高中物理-第十七章-波粒二象性章末复习总结17课件-5

第十七章波粒二象性章末复习总结专题1光电效应的规律和光电效应方程[整合概述]1．产生条件入射光的频率大于金属的极限频率。2．光电效应规律(1)每种金属都有一个极限频率，入射光的频率必须大于这个极限频率才能产生光电效应。(2)光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光频率的增大而增大。(3)光电效应的发生几乎是瞬时的，一般不超过10－9s。(4)当入射光的频率大于极限频率时，饱和光电流的强度与入射光的强度成正比。3．光电效应方程爱因斯坦光电效应方程：Ek＝hν－W0。hν：光子的能量。W0：逸出功，即从金属表面直接飞出的光电子克服正电荷引力所做的功。Ek：光电子的最大初动能。4.对光电效应规律解释存在极限频率νc电子从金属表面逸出，首先需克服金属原子核的引力做功W0，要使入射光子能量不小于W0，对应的频率νc＝W0h，即极限频率光电子的最大初动能随着入射光频率的增大而增大，与入射光的强度无关电子吸收光子能量后，一部分克服阻碍作用做功，剩余部分转化为光电子的初动能，只有从金属表面飞出的光电子才具有最大初动能，对于确定的金属，W0是一定的，故光电子的最大初动能只随入射光的频率增大而增大光电效应具有瞬时性光照射金属时，电子吸收一个光子的能量后，动能立即增大，不需要能量积累的过程[典例指津1](1)研究光电效应的电路如图1所示。用频率相同、强度不同的光分别照射密封真空管的钠极板(阴极K)，钠极板发射出的光电子被阳极A吸收，在电路中形成光电流。如图中的光电流I与A、K之间的电压UAK的关系图象中，正确的是()(2)钠金属中的电子吸收光子的能量，从金属表面逸出，这就是光电子。光电子从金属表面逸出的过程中，其动量的大小________(选填“增大”“减小”或“不变”)，原因是___________________________________________________________。[解析](1)由爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0和动能定理－eUc＝0－Ek可得Uc＝heν－W0e，遏止电压Uc与入射光的频率有关，与光强无关，故选项A、B错误；由发生光电效应的规律可知，光电流与光的强度有关，光越强，光电流越强，所以选项C正确，D错误。(2)钠金属中的电子吸收光子的能量，从金属表面逸出，由于光电子在从金属表面逸出过程中，要受到金属表面层中力的阻碍作用(或需要克服逸出功)，所以在光电子从金属表面逸出的过程中，其动量的大小减小。[答案](1)C(2)减小光电子从金属表面逸出过程中要受到金属表面层中力的阻碍作用(或需要克服逸出功)[总结提升]光电效应问题的分析方向有关光电效应的问题主要有两个方面：一是关于光电效应现象的判断，另一个就是运用光电效应方程进行简单计算。解题的关键在于掌握光电效应规律，明确各概念之间的决定关系。[变式训练1]100多年前的1905年是爱因斯坦的“奇迹”之年，这一年他先后发表了三篇具有划时代意义的论文，其中成功地解释了光电效应现象。关于光电效应，下列说法正确的是()A．当入射光的频率低于极限频率时，不能发生光电效应B．光电子的最大初动能与入射光的频率成正比C．光电子的最大初动能与入射光的强度成正比D．某单色光照射一金属时不发生光电效应，改用波长较短的光照射该金属可能发生光电效应解析：由Ek＝hν－W0可知BC错，由ν＝cλ可知波长越短频率越大，D对。答案：AD专题2光的波粒二象性、概率波、物质波[整合概述](1)光的干涉、衍射、光的偏振说明光具有波动性，光电效应现象、康普顿效应则证明光具有粒子性，因此，光具有波粒二象性，对于光子这样的微观粒子只有从波粒二象性出发，才能统一说明光的各种行为。(2)在光的干涉现象中，若曝光时间不长，在底片上只出现一些不规则的点，这些点表示光子的运动跟宏观的质点不同。但曝光时间足够长时，底片上出现了有规律的干涉条纹。可见，光的波动性是大量光子表现出来的现象。在干涉条纹中，光强大的地方，光子到达的机会多，或者说光子出现的概率大。光强小的地方，光子到达的概率小。所以大量光子产生的效果显示出光的波动性，少数光子产生的效果显示出粒子性，且随着光的频率的增大，波动性越来越不显著，而粒子性却越来越显著。要综合理解各种频率的电磁波，就必须综合地运用波动和粒子两种观点。从发现光的波粒二象性起，才使人们认识到微观世界具有特殊的规律。后来人们观察到电子的衍射图象，这些说明一些物质微粒也像光子一样具有波粒二象性。(3)任何一个运动着的物体，小到电子、质子，大到行星，太阳都有一种波和它对应，波长λ＝hp，人们把这种波叫做物质波。物质波和光波一样，也属于概率波，概率波的实质是指粒子在空间分布的概率是受波动规律支配的。[典例指津2]为了验证光的波粒二象性，在双缝干涉实验中将光屏换成照相底片，并设法减弱光的强度，下列说法正确的是()A．使光子一个一个地通过双缝干涉实验装置的狭缝，如果时间足够长，底片上将出现双缝干涉图样B．使光子一个一个地通过双缝干涉实验装置的狭缝，如果时间足够长，底片上将出现不太清晰的双缝干涉图样C．大量光子的运动规律显示出光的粒子性D．个别光子的运动显示出光的粒子性[解析]单个光子运动具有不确定性，大量光子落点的概率分布遵循一定规律，显示出光的波动性。使光子一个一个地通过双缝，如果时间足够长，底片上会出现明显的干涉图样，A正确，B、C错误；由光的波粒二象性知，个别光子的运动显示出光的粒子性，D正确。[答案]AD[总结提升]波粒二象性的表现(1)从数量上看：个别光子的作用效果往往表现为粒子性；大量光子的作用效果往往表现为波动性。(2)从频率上看：频率越低波动性越显著，越容易看到光的干涉和衍射现象；频率越高粒子性越显著，越不容易看到光的干涉和衍射现象，贯穿本领越强。(3)从传播与作用上看：光在传播过程中往往表现出波动性；在与物质发生作用时往往表现为粒子性。(4)波动性与粒子性的统一：由光子的能量E＝hν，光子的动量p＝hλ表达式也可以看出，光的波动性和粒子性并不矛盾：表示粒子性的粒子能量和动量的计算式中都含有表示波的特征的物理量——频率ν和波长λ。(5)理解光的波粒二象性时不可把光当成宏观概念中的波，也不可把光当成宏观概念中的粒子。[变式训练2]金属晶体中晶格大小的数量级是10－10m。电子经加速电场加速，形成一电子束，电子束照射该金属晶体时，获得明显的衍射图样。问这个加速电场的电压约为多少？(已知电子的电荷量为e＝1.6×10－19C，质量为m＝0.90×10－30kg)解析：据发生明显衍射的条件可知，当运动电子的德布罗意波波长与晶格大小差不多时，可以观察到明显的衍射现象。设加速电场的电压为U，电子经电场加速后获得的速度为v，对加速过程由动能定理得eU＝12mv2①据物质波理论知，电子的德布罗意波长λ＝hp②其中p＝mv③解①②③方程组可得U＝h22emλ2＝153V。答案：153V