（课标通用版）2020版高考物理总复习 第十二章 01 第1讲 光电效应 波粒二象性课件

第1讲光电效应波粒二象性一光电效应二光电效应方程三光的波粒二象性与物质波基础过关考点一对光电效应现象的理解考点二爱因斯坦光电效应方程和图像问题考点三光的波粒二象性物质波考点突破基础过关一、光电效应1.光电效应现象在光的照射下,金属中的①电子从表面逸出的现象。发射出来的电子叫②光电子。2.光电效应的产生条件入射光的频率③大于金属的极限频率。3.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④大于这个极限频率才能发生光电效应。(2)光电子的最大初动能与入射光的⑤强度无关,只随入射光频率的增大而⑥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,饱和光电流随入射光的增强而增大。二、光电效应方程1.光子说在空间传播的光是不连续的,而是一份一份的,一份叫做一个光量子,简称光子。光子的能量ε=⑦hν,其中h=6.63×10-34J·s(称为普朗克常量)。2.逸出功W0使电子脱离某种金属所做功的⑧最小值。3.最大初动能发生光电效应时,金属表面上的⑨电子吸收光子后克服原子核的引力逸出时所具有的动能的最大值。4.爱因斯坦光电效应方程(1)表达式:Ek=hν-⑩W0。(2)物理意义:金属表面的电子吸收一个光子获得的能量是hν,这些能量的一部分用来克服金属的 逸出功W0,剩下的表现为逸出后光电子的最大初动能Ek= mev2。12三、光的波粒二象性与物质波1.光的波粒二象性(1)光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有 波动性。(2)光电效应、康普顿效应说明光具有 粒子性。(3)光既具有 波动性,又具有 粒子性,称为光的波粒二象性。2.物质波(1)概率波:光的干涉现象是大量光子的运动遵守波动规律的表现,亮条纹是光子到达概率 大的地方,暗条纹是光子到达概率 小的地方,因此光波又叫概率波。(2)物质波:任何一个运动着的物体,小到微观粒子大到宏观物体都有一种波与它对应,其波长λ=  ,p为运动物体的动量,h为普朗克常量。hp1.判断下列说法对错。(1)光子和光电子都是实物粒子。 (✕)(2)只要入射光的强度足够强,就可以使金属发生光电效应。 (✕)(3)要使某金属发生光电效应,入射光子的能量必须大于金属的逸出功。 (√)(4)光电子的最大初动能与入射光子的频率成正比。 (✕)(5)光的频率越高,光的粒子性越明显,但仍具有波动性。 (√)2.(多选)(2018安徽蚌埠月考)关于光电效应和康普顿效应的规律,下列说法正确的是 (BD)A.光电效应中,金属板向外发射的光电子又可以叫做光子B.用光照射金属不能发生光电效应是因为该入射光的频率小于金属的截止频率C.对于同种金属而言,遏止电压与入射光的频率无关D.石墨对X射线散射时,部分X射线的散射光波长会变长,这个现象称为康普顿效应3.(多选)关于物质的波粒二象性,下列说法中正确的是 (ABC)A.不仅光子具有波粒二象性,一切运动的微粒都具有波粒二象性B.运动的微观粒子与光子一样,当它们通过一个小孔时,都没有特定的运动轨道C.波动性和粒子性在宏观现象中是矛盾的、对立的,但在微观高速运动的现象中是统一的D.实物粒子的运动有特定的轨道,所以实物不具有波粒二象性考点一对光电效应现象的理解考点突破1.光电效应的研究思路(1)两条线索(2)两条对应关系光强大→光子数目多→发射光电子多→光电流大;光子频率高→光子能量大→光电子的最大初动能大。2.对光电效应规律的解释对应规律对规律的产生的解释光电子的最大初动能随着入射光频率的增大而增大,与入射光强度无关电子吸收光子能量后,一部分用于克服阻碍作用做功,剩余部分转化为光电子的初动能。只有直接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的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光较强时饱和光电流大光较强时,包含的光子数较多,照射金属时产生的光电子较多,因而饱和光电流较大3.光电效应中应区分的几个概念(1)光子与光电子光子指光在空间传播时的每一份能量,光子不带电,光电子是金属表面受到光照射时发射出来的电子,光子是光电效应的因,光电子是果。(2)光电子的动能与光电子的最大初动能光照射到金属表面时,电子吸收光子的能量,可能向各个方向运动,除了要做逸出功外,有时还要克服原子的其他束缚的作用力,剩余部分为光电子的初动能;只有金属表面的电子直接向外飞出时,只需克服原子核的引力做功的情况,才具有最大初动能。(3)光电流和饱和电流金属板飞出的光电子到达阳极,回路中便产生光电流,随着所加正向电压的增大,光电流趋于一个饱和值,这个饱和值是饱和电流,在一定的光照条件下,饱和电流与所加电压大小无关。(4)入射光强度与光子能量入射光强度指单位时间内照射到金属表面单位面积上的总能量,光子能量即每个光子的能量。光的总能量等于光子能量与入射光子数的乘积。1.(多选)[2016课标Ⅰ,35(1),5分]现用某一光电管进行光电效应实验,当用某一频率的光入射时,有光电流产生。下列说法正确的是（ACE）A.保持入射光的频率不变,入射光的光强变大,饱和光电流变大B.入射光的频率变高,饱和光电流变大C.入射光的频率变高,光电子的最大初动能变大D.保持入射光的光强不变,不断减小入射光的频率,始终有光电流产生E.遏止电压的大小与入射光的频率有关,与入射光的光强无关解析保持入射光的频率不变,入射光的光强变大,单位时间内逸出的光电子个数增加,则饱和光电流变大,故A项正确。饱和光电流的大小与入射光的频率无直接关系,故B项错误。由Ek=hν-W0,可知C项正确。当入射光的频率小于金属的极限频率时,光电效应不能发生,故D项错误。由eUc= mv2=hν-W0得eUc=hν-W0,可见,遏止电压Uc随ν的增大而增大,与入射光的光强无关,故E项正确。122.(2018陕西西安六校联考)如图所示,当一束一定强度某一频率的黄光照射到光电管阴极K上时,此时滑片P处于A、B中点,电流表中有电流通过,则 ()A.若将滑动触头P向B端移动时,电流表读数有可能不变B.若将滑动触头P向A端移动时,电流表读数一定增大C.若用红外线照射阴极K时,电流表中一定没有电流通过D.若用一束强度相同的紫外线照射阴极K时,电流表读数不变答案A解析所加的电压使光电子到达阳极,电流表中有电流通过,且可能处于饱和电流,当滑片向B端移动时,电流表读数有可能不变,当滑片向A端移动时,所加电压减小,则光电流可能减小,也可能不变,故A正确,B错误。若用红外线照射阴极K,红外线频率小于黄光的频率,但是不一定不能发生光电效应,电流表中不一定没有电流通过,故C错误。若用一束强度相同的紫外线照射阴极K时,紫外线的频率大于黄光的频率,则单位时间内逸出的光电子数目减小,电流表读数减小,故D错误。考点二爱因斯坦光电效应方程和图像问题1.三个关系(1)爱因斯坦光电效应方程Ek=hν-W0。(2)光电子的最大初动能Ek可以利用光电管实验的方法测得,即Ek=eUc,其中Uc是遏止电压。(3)光电效应方程中的W0为逸出功,它与极限频率νc的关系是W0=hνc。2.四类图像图像名称图线形状读取信息最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图线 ①截止频率(极限频率):横轴截距②逸出功:纵轴截距是金属逸出功的负值③普朗克常量:图线的斜率k=h遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图线 ①截止频率νc:横轴截距②遏止电压Uc:随入射光频率的增大而增大③普朗克常量h:等于图线的斜率与电子电荷量的乘积,即h=ke颜色相同、强度不同的光照射金属,光电流与电压的关系 ①遏止电压Uc:横轴截距②饱和光电流Im:电流的最大值③最大初动能:Ekm=eUc颜色不同时,光电流与电压的关系 ①遏止电压Uc1、Uc2②饱和光电流Im1、Im2③最大初动能Ek1=eUc1,Ek2=eUc23.光电效应中有关图像问题的解题方法(1)明确图像中纵坐标和横坐标所表示的物理量。(2)明确图像所表示的物理意义及所对应的函数关系,同时还要知道截距、交点等特殊点的意义。例(2018课标Ⅱ,17,6分)用波长为300nm的光照射锌板,电子逸出锌板表面的最大初动能为1.28×10-19J。已知普朗克常量为6.63×10-34J·s,真空中的光速为3.00×108m·s-1。能使锌产生光电效应的单色光的最低频率约为 (B)A.1×1014HzB.8×1014HzC.2×1015HzD.8×1015Hz解析本题考查光电效应规律。由光电效应方程得Ek= -W0,而能使锌产生光电效应的单色光的最低频率ν0应满足hν0=W0,联立得ν0= - =8×1014Hz,故选项B正确。hcλcλkEh考向1对Ek-ν图像的理解1.(多选)如图所示是用光照射某种金属时逸出的光电子的最大初动能随入射光频率的变化图线(图线与横轴的交点的横坐标为4.27×1014Hz,与纵轴交点的纵坐标为0.5eV)。由图可知 ()A.该金属的截止频率为4.27×1014HzB.该金属的截止频率为5.5×1014HzC.该图线的斜率表示普朗克常量D.该金属的逸出功为0.5eV答案AC解析Ek-ν图线在横轴上的截距为金属的截止频率,A正确,B错误;由爱因斯坦光电效应方程Ek=hν-W0可知,Ek-ν图线的斜率为普朗克常量,C正确;金属的逸出功为W0=hνc= eV=1.77eV,D错误。3414196.63104.27101.610考向2对I-U图像的理解2.如图甲所示是研究光电效应规律的光电管。用波长λ=0.50μm的绿光照射阴极K,实验测得流过表G的电流I与A、K之间的电势差UAK满足如图乙所示规律,取普朗克常量h=6.63×10-34J·s。结合图像,求:(结果保留两位有效数字) (1)每秒钟阴极发射的光电子数和光电子飞出阴极K时的最大初动能。(2)该阴极材料的极限波长。解析(1)光电流达到饱和时,阴极发射的光电子全部到达阳极A,阴极每秒钟发射的光电子的个数n= = = =4.0×1012光电子的最大初动能为Ek=eUc=1.6×10-19C×0.6V=9.6×10-20J。(2)设阴极材料的极限波长为λc,根据爱因斯坦光电效应方程有Ek=h -h ,代入数据得λc≈0.66μm。qemIte6190.64101.610cλccλ答案(1)4.0×10129.6×10-20J(2)0.66μm考向3对Uc-ν图像的理解3.在某次光电效应实验中,得到的遏止电压Uc与入射光的频率ν的关系如图所示。若该直线的斜率和截距分别为k和b,电子电荷量的绝对值为e,则普朗克常量可表示为,所用材料的逸出功可表示为。 答案ek–eb解析根据爱因斯坦光电效应方程有Ek=hν-W0,又因为Ek=eUc,得到Uc= ν- ,所以 =k,h=ek;- =b,W0=-eb。he0Wehe0We考向4光电效应方程的应用4.(多选)(2017课标Ⅲ,19,6分)在光电效应实验中,分别用频率为νa、νb的单色光a、b照射到同种金属上,测得相应的遏止电压分别为Ua和Ub、光电子的最大初动能分别为Eka和Ekb。h为普朗克常量。下列说法正确的是 (BC)A.若νaνb,则一定有UaUbB.若νaνb,则一定有EkaEkbC.若UaUb,则一定有EkaEkbD.若νaνb,则一定有hνa-Ekahνb-Ekb解析光照射到同种金属上,同种金属的逸出功相同。若νaνb,据hν-W0=Ek,得EkaEkb,则B项正确。由hν-W0=Ek=eUc,可知当νaνb时UaUb,则A项错误。若UaUb说明EkaEkb,则C项正确。由hν-Ek=W0,而同一种金属W0相同,则D项错误。应用爱因斯坦光电效应方程时的注意事项(1)每种金属都有一个截止频率,入射光的频率大于这个截止频率才能发生光电效应。(2)截止频率对应着光的极限波长和金属的逸出功,即hνc=h =W0。(3)应用爱因斯坦光电效应方程Ek=hν-W0时,注意能量单位电