(江苏专版)2019年高考物理总复习-第62讲-光电效应波粒二象性讲义

第62讲光电效应波粒二象性考查内容考纲要求考查年份考查详情能力要求普朗克能量子假说黑体和黑体辐射、光电效应、光的波粒二象性物质波Ⅰ14年T12C(1)—选择，考查了光电效应方程的应用分析综合15年T12C(1)—选择，考查了光电效应、热中子衍射、黑体辐射、德布罗意波波长的理解分析综合17年T12C(2)—填空，考查了德布罗意波长分析综合弱项清单,光电效应计算错误，没有正确理解光电效应产生的条件，答题技巧欠佳；p＝hλ＝hνc公式记忆不到位，物理量字母书写不规范．知识整合一、黑体辐射与能量子1．黑体与黑体辐射(1)黑体：是指能够完全________入射的各种波长的电磁波而不发生________的物体．(2)黑体辐射的实验规律①一般材料的物体，辐射的电磁波除与________有关外，还与材料的________及________有关．②黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的________有关．a．随着温度的升高，各种波长的辐射强度都________．b．随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较________的方向移动．2．能量子为解释黑体辐射规律，1900年普朗克提出了能量________假说．(1)定义：普朗克认为，带电微粒辐射或者吸收能量时，只能辐射或吸收某个________值的整数倍．即能量的辐射或者吸收只能是一份一份的．这个不可再分的最小能量值ε叫做能量子．(2)能量子的大小：ε＝hν，其中ν是电磁波的频率，h称为普朗克常量．h＝6.63×10－34J·s.二、光电效应1．光电效应现象光电效应：在光的照射下金属中的电子从金属表面逸出的现象，叫做光电效应，发射出来的电子叫做________，形成的电流称________．2．光电效应规律(1)存在着饱和电流．在光照条件不变的情况下，随着光电管所加正向电压的增大，光电流增大，但最终光电流趋于一个定值，不再随正向电压的增大而增大，这个稳定的光电流称________，饱和电流的强度随入射光强度的增大而________．(2)存在着遏止电压．光电管两端加反向电压时，使光电流________的反向电压，称为遏止电压．反向遏止电压的存在意味着光电子具有最大的初动能．实验表明，对于一定频率的光，遏止电压都是一样的，与光强无关，与频率有关．频率越大，遏止电压越大．意味着光子的最大初动能与入射光的________无关，只随入射光的______增大而增大．(3)存在截止频率．当入射光的频率减小到某一数值时，即使不加反向电压也没有光电流．这表明：当低于这个频率时，没有光电子从金属表面逸出，不能发生光电效应．不同的金属的截止频率________．(4)光电效应具有瞬时性．光照射到金属表面时，光电子的发射几乎是________的，不需要时间的积累．3．爱因斯坦光电效应方程(1)光子说：空间传播的光的能量是不连续的，是一份一份的，每一份叫做一个光子．光子的能量为ε＝________.(2)光电效应方程：____________．三、康普顿效应光电效应和康普顿效应深入地揭示了光的粒子性的一面．前者表明光子具有________，后者表明光子除了具有________之外还具有________．四、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________性． (2)光电效应说明光具有________性．(3)光既具有波动性，又具有粒子性，称为光的______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________的地方，暗条纹是光子到达概率________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＝hp ，p 为运动物体的动量，h 为普朗克常量．方法技巧考点1 光电效应方程及光子说对光电效应的解释1．光照射金属时，电子吸收一个光子(形成光电子)的能量后，动能立即增大，不需要积累能量的过程．2．电子从金属表面逸出，首先必须克服金属原子核的引力做功(逸出功W)，要使入射光子的能量不小于W 才会发生光电效应．频率ν＝Wh，即是极限频率．3．对于确定的金属，W 是一定的，故光电子的最大初动能只随入射光频率的增大而增大． 4．光强越强，光子数目越多，逸出的光电子数目越多，饱和电流也越大．【典型例题1】 (17年常州一模)如图所示的是研究光电效应的装置的电路图，若用某一频率的光照射光电管阴极P ，发现电流表有读数，则增加光的强度，电流表示数________(选填“变大”、“变小”或“不变”)．若开关K 断开时，用光子能量为2.5 eV 的一束光照射阴极P ，发现电流表读数不为零，合上开关，调节滑动变阻器，当电压表读数大于或等于0.60 V 时，电流表读数为零，由此可知阴极材料的逸出功为________eV .1.(17年苏锡常镇一模)如图所示为研究光电效应现象的实验，电路中所有元件完好，当光照射到光电管上时，灵敏电流计中没有电流通过，可能的原因是( )A．入射光强度较弱B．入射光波长太长C．电源电压太高D．光照射时间太短【学习建议】加强对产生光电效应的条件进行正确地理解．考点2 光电效应曲线图象的理解1．E km­ν曲线如图所示的是光电子最大初动能E km随入射光频率ν的变化曲线．这里，横轴上的截距是阴极金属的极限频率；纵轴上的截距是阴极金属的逸出功的负值；斜率为普朗克常量．2．I­U曲线(1)如图所示的是光电流I随光电管两极板间电压U的变化曲线，图中I m为饱和光电流，U c为遏止电压．(2)在用相同频率不同强度的光去照射阴极K时，得到I­U曲线如图所示，它显示出对于不同强度的光，U c是相同的，这说明同频率、不同强度的光所产生的光电子的最大初动能是相同的．【典型例题2】(17年南京一模)光照射某金属产生光电效应时，实验测得光电子最大初动能与照射光频率的图象如图所示，其中图线与横轴交点坐标为ν0，则该金属的逸出功为________．用一束波长范围为λ1～λ2，且λ1<λ2的光照射该金属时产生光电效应，则光电子的最大初动能为________．已知普朗克常量为h，光在真空中传播速度为c.【学习建议】对ν＝cλ公式的记忆要牢固，提高计算的正确率．2.(17年苏北四市联考)图示为金属A和B的遏止电压U c和入射光频率ν的关系图象，由图可知金属A的截止频率________(选填“大于”、“小于”或“等于”)金属B的截止频率；如果用频率为5.5×1014Hz的入射光照射两种金属，从金属______(选填“A”或“B”)逸出光电子的最大初动能较大．【典型例题3】(16年常州一模)用同一光电管研究a、b两种单色光产生的光电效应，得到光电流I与光电管两极间所加电压U的关系如图．则a光光子的频率________(选填“大于”、“小于”或“等于”)b光光子的频率；a光的强度________(选填“大于”、“小于”或“等于”)b光的强度．考点3 对光的波粒二象性、物质波的理解光既有波动性，又有粒子性，两者不是孤立的，而是有机的统一体，其表现规律为：1．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．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．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．【典型例题4】(多选)在单缝实验中，中央亮纹的光强占从单缝射入的整个光强的95%以上．假设现在只让一个光子通过单缝，那么该光子( )A．一定落在中央亮纹上B．一定落在亮纹处C．可能落在暗纹处D．落在中央亮纹处的可能性最大【学习建议】加强对波粒二象性及概率波的理解．当堂检测 1.(17年苏北六市联考)(多选)2017年1月，我国“墨子号”量子科学实验卫星正式进入应用研究．在量子理论中，有共同来源的两个微观粒子，不论它们相距都远，它们总是相关的，一个粒子状态的变化会立即影响到另一个粒子，这就是所谓的量子纠缠．关于量子理论，下列说法中正确的有( )A．玻尔氢原子理论，第一次提出了能量量子化的观念B．爱因斯坦研究光电效应提出光子说，光子说属于量子理论的范畴C．量子理论中，实物粒子具有波粒二象性D．微观粒子在受力状况和初速度确定的前提下，可以确定它此后运动状态和位置2．(17年苏锡常镇二模)如图是研究光电效应的实验装置，用一定频率的光照射阴极K，当滑片P处于图示位置时，电流表的示数不为零，为使电流表示数减小，下列办法可行的是( )第2题图A．将滑片P向右移动B．减小入射光的强度C．换用电动势更大的电源D．将电源的正、负极对调3．(17年江苏高考)质子(11H)和α粒子(42He)被加速到相同动能时，质子的动量________(选填“大于”、“小于”或“等于”)α粒子的动量，质子和α粒子的德布罗意波波长之比为________．4．小明用金属铷为阴极的光电管，观测光电效应现象，实验装置示意如图甲所示．已知普朗克常量h＝6.63×10－34J·s.甲乙第4题图(1)图甲中电极A为光电管的________(选填“阴极”或“阳极”)；(2)实验中测得铷的遏止电压U c与入射光频率ν之间的关系如图乙所示，则铷的截止频率νc＝________Hz，逸出功W0＝________J；(3)如果实验中入射光的频率ν＝7.00×1014Hz，则产生的光电子的最大初动能E k＝________J.5．(17年南通泰州一模)一铜板暴露在波长为λ的紫外线中，观测到有电子从铜板表面逸出．在铜板所在空间加一方向垂直于板面、大小为E的匀强电场时，电子能运动到距板面的最大距离为d.已知真空中的光速为c，普朗克常量为h，电子电荷量为e，求：(1)入射光光子的能量；(2)铜板的极限频率．第62讲 光电效应 波粒二象性知识整合基础自测一、1.(1)吸收 反射 (2)①温度 种类 表面状况 ②温度 a ．增加 b ．短 2．量子化 (1)最小能量 二、1.光电子 光电流2．(1)饱和电流 增大 (2)减小到零 强度 频率 (3)不同 (4)瞬时 3．(1)hν (2)E k ＝hν－W 0 三、能量 能量 动量四、1.(1)波动 (2)粒子 (3)波粒二象 2. (1)大 小 方法技巧·典型例题1· 变大 1.9 【解析】 电流表有计数，说明发生了光电效应，光电流的大小与光的强度成正比，增加光的强度，电流表示数变大．电压表读数大于或等于0.6 V 时，电流表计数为零根据题意光电子的最大初动能为E k ＝qU ＝0.6 eV ，根据光电效应方程W 0＝hν－E k ＝1.9 eV.·变式训练1·B 【解析】 光的强度和光照时间不能决定能否发生光电效应， 电源电压为正向电压且光照到光电管上灵敏电流计中没有电流，则可能没有发生光电效应，即入射光的频率过小，波长过长造成的．·典型例题2·hν0 hCλ1－hν0 【解析】 最大初动能为零，则入射光的能量等于逸出功，所以W 0＝hν0.根据光电效应方程， E km ＝hν－W 0，用一束波长范围为λ1～λ2，且λ1<λ2的光照射该金属时产生光电效应，入射光的最小波长为λ1～λ2，且λ1，即频率最大， 那么产生的光电子的最大初动能为E km ＝hCλ1－hν0, ·变式训练2·小于 A 【解析】 根据爱因斯坦光电效应方程E km ＝hν－W 0及能量守恒定律方程：E km ＝eU c ，得eU c ＝hν－W 0即U c ＝hνe －W 0e.当 U c ＝0 时，对应的频率为截止频率，由图知金属 A 的截止频率小于金属 B 的截止频率．金属的逸出功为W 0＝hν0，根据E km＝hν－hν0可知ν 相同时，由于金属 A 的截止频率较小，所以从金属 A 逸出光电子的最大初动能较大．·典型例题3·大于 大于 【解析】 由U c e ＝hν－W 0可知遏止电压越大，入射光的频率越大．饱和电流越大，光照越强，a 光的强度大于b 光的强度．·典型例题4·CD 【解析】 根据光的概率波的概念，对于一个光子通过单缝落在何处，是不可确定的，但概率最大的是落在中央亮纹处，可达到95%以上，当然也可能落在其他亮纹处和暗纹处，只不过概率比落在中央亮纹处的要小，故C 、D 正确．当堂检测1．BC 【解析】 普朗克为了解释黑体辐射现象，第一次提出了能量量子化理论，故A 错误；爱因斯坦为了解释光电效应的规律，提出了光子说，光子说属于量子理论的范畴．所以B 选项是正确的； 在量子理论中，实物粒子具有波粒二象性，所以C 选项是正确的；根据测不准原理可以知道，微观粒子在受力状况和初速度确定的前提下，并不能同时确定它此后运动状态和位置，故D 错误．2．B 【解析】 若滑片P 向右移动，导致正向电压增大，而光子的最大初动能不变，饱和光电流不会变，则光电流的大小不变．故A 错误．若减小入射光的强度，导致光子数目减小，则电流表的示数会减小．所以B 选项是正确的．若换用电动势更大的电源，与滑片向右移动一样，饱和电流不变，则电流表示数不变．故C 错误．若电源的正、负极对调，则光电管两端的电压为反向电压，若保持照射光的频率和强度不变，反向电压会阻碍光电子的移动，导致光电流可能会减小，但并一定会减小，故D 错误.3. 小于 2∶1 【解析】 动能与动量的关系P ＝2mE k ，质子(11H)和α粒子(42He)质量之比为1∶4，所以小于．物质波的波长λ＝h P， 可得λ＝h2mE k，物质波的波长之比为2∶1.4．(1)阳极 (2)5.15(5.12～5.18)×10143．41(3.39～3.43)×10－19 (3)1.23(1.21～1.25)×10－19【解析】 (1)由光电管的结构知，A 为阳极；(2)U c ­ν图象中横轴的截距表示截止频率νc ，逸出功W 0＝hνc ；(3)由爱因斯坦的光电效应方程E k ＝hν－W 0，可求结果．5．(1)h c λ (2)c λ－eEd h 【解析】 (1)根据光子能量E ＝hν，及ν＝cλ， 那么入射光光子的能量h c λ. (2)由功能关系可以知道光电子的最大初动能E km ＝eEd ，设铜板的极限频率为ν0, 则E ＝hν0＋eEd ，计算得出ν0＝c λ－eEdh.。