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1、第十二章 近代物理,-2-,第1节 光电效应 波粒二象性,-4-,基础夯实,自我诊断,一、光电效应 1.定义 在光的照射下从物体发射出电子 的现象(发射出的电子称为光电子)。 2.产生条件 入射光的频率大于或等于 截止频率(又叫极限频率)。 3.光电效应规律 (1)存在着饱和电流:对于一定颜色的光,入射光强度越大,单位时间内发射出的光电子数越多 。 (2)存在着遏止电压和截止频率:光电子的能量只与入射光的频率 有关,而与入射光的强弱 无关。当入射光的频率低于截止频率时不发生光电效应。,-5-,基础夯实,自我诊断,(3)光电效应具有瞬时性:当频率超过截止频率时,无论入射光怎样微弱,几乎在照到金属
2、时立即产生光电流,时间不超过10-9 s。 4.逸出功 使电子脱离某种金属所做功的最小值 ,叫作这种金属的逸出功,用W0表示。,-6-,基础夯实,自我诊断,二、光子说及光电效应方程 1.光子说 空间传播的光是一份一份的,每一份叫一个光子,一个光子的能量为E=h,其中h=6.62610-34 Js(称为普朗克常量)。 2.光电效应方程 (1)表达式:光电子的最大初动能Ek与入射光光子的能量h和逸出功W0之间的关系:Ek=h-W0 。 (2)物理意义:金属中电子吸收一个光子获得的能量是h,这些能量一部分用于克服金属的逸出功 ,剩下的表现为逸出电子的初动能 。,-7-,基础夯实,自我诊断,三、光的波
3、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= ,p为运动物体的动量,h为普朗克常量。,-8-,基础夯实,自我诊断,光电效应的电路图如图所示,用频率为的光照射阴极K,发生了光电效应,阴极金属的逸出功为W0,电压表
4、的读数为U,到达阳极A的光电子的最大动能是多大? 提示：从阴极K射出的光电子的最大初动能Ek=h-W0,光电子从K极到A极又被电场加速,由动能定理得,到达A极光电子的最大动能Em=h-W0+Ue。,-9-,基础夯实,自我诊断,1.用一束紫外线照射某金属时不能产生光电效应,可能使该金属产生光电效应的措施是( ) A.改用红光照射 B.改用X射线照射 C.改用强度更大的原紫外线照射 D.延长原紫外线的照射时间,答案,解析,-10-,基础夯实,自我诊断,2.(多选)如图所示,用导线把验电器与锌板相连接,已知紫光频率大于锌的极限频率,当用紫外线照射锌板时,发生的现象是( ) A.有光子从锌板逸出 B.
5、有电子从锌板逸出 C.验电器两箔片张开一个角度 D.锌板带负电,答案,解析,-11-,基础夯实,自我诊断,3.有关光的本性,下列说法正确的是( ) A.光既具有波动性,又具有粒子性,两种性质是不相容的 B.光的波动性类似于机械波,光的粒子性类似于质点 C.大量光子才具有波动性,个别光子只具有粒子性 D.由于光既具有波动性,又具有粒子性,无法只用其中一种性质去说明光的一切行为,只能认为光具有波粒二象性,答案,解析,-12-,基础夯实,自我诊断,4.关于光电效应的规律,下列说法中正确的是( ) A.只有入射光的波长大于该金属的极限波长,光电效应才能产生 B.光电子的最大初动能跟入射光强度成正比 C
6、.发生光电效应的反应时间一般都大于10-7 s D.发生光电效应时,单位时间内从金属内逸出的光电子数目与入射光强度成正比,答案,解析,-13-,基础夯实,自我诊断,5.请判断下列说法是否正确。 (1)只要光照射的时间足够长,任何金属都能发生光电效应。( ) (2)光电子就是光子。( ) (3)极限频率越大的金属材料逸出功越大。( ) (4)从金属表面出来的光电子的最大初动能越大,这种金属的逸出功越小。( ) (5)入射光的频率越大,逸出功越大。( ),答案,-14-,考点一,考点二,考点三,对光电效应的理解(自主悟透) 与光电效应有关的概念对比 1.光子与光电子:光本身是由一个个不可分割的能量
7、子组成的,这些能量子称为光子,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,其本质是电子。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,电子吸收光子的全部能量,可能向各个方向运动,需克服原子核和其他原子的阻碍而损失一部分能量,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。光电子的初动能小于等于光电子的最大初动能。,-15-,考点一,考点二,考点三,3.光电流和饱和光电流:从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
8、是饱和光电流。在一定的光照条件下,饱和光电流与所加电压大小无关。 4.入射光强度与光子能量:入射光强度是指单位时间内照射到单位面积上的总能量,与光子的能量和单位时间内光子的数目有关。 5.光的强度与饱和光电流:频率相同的光照射金属产生光电效应,入射光越强,饱和光电流越大。,-16-,考点一,考点二,考点三,突破训练 1.研究光电效应的实验装置如图所示,闭合开关,滑片P处于滑动变阻器中央位置,当一束单色光照到此装置的碱金属表面K时,电流表有示数。下列说法正确的是( ) A.若仅增大该单色光入射的强度,则光电子 的最大初动能增大,电流表示数也增大 B.无论增大入射光的频率还是增加入射光的 强度,碱
9、金属的逸出功都不变 C.保持频率不变,当光强减弱时,发射光电子 的时间将明显增加 D.若滑动变阻器滑片左移,则电压表示数减小,电流表示数减小,答案,解析,-17-,考点一,考点二,考点三,2.(多选)在探究光电效应现象时,某小组的同学分别用波长为、2的单色光照射某金属,逸出的光电子最大速度之比为21。普朗克常量用h表示,光在真空中的速度用c表示。则( ) A.光电子的最大初动能之比为21,答案,解析,-18-,考点一,考点二,考点三,规律总结光电效应规律的“四点”理解 1.放不放光电子,看入射光的频率。 2.放多少光电子,看光的强度。 3.光电子的最大初动能大小,看入射光的频率。 4.放光电子
10、“不需要时间”,瞬时放。,-19-,考点一,考点二,考点三,光电效应方程及图像(师生共研) 1.三个关系 (1)爱因斯坦光电效应方程Ek=h-W0。 (2)光电子的最大初动能Ek可以利用光电管通过实验的方法测得,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,由金属本身决定,它与金属的极限频率c的关系是W0=hc。,-20-,考点一,考点二,考点三,2.四类图像,-21-,考点一,考点二,考点三,-22-,考点一,考点二,考点三,例1在光电效应实验中,某同学用同一光电管在不同实验条件下得到三条光电流与电压之间的关系曲线(甲光、乙光、丙光),如图所示。则可判断出( )
11、A.甲光的频率大于乙光的频率 B.乙光的波长大于丙光的波长 C.乙光对应的截止频率大于丙光对应的截止频率 D.甲光对应的光电子最大初动能大于丙光对应的光电子最大初动能,答案,解析,-23-,考点一,考点二,考点三,例2(多选)(2017全国卷)在光电效应实验中,分别用频率为a、b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( ) A.若ab,则一定有Uab,则一定有EkaEkb C.若Uab,则一定有ha-Ekahb-Ekb,答案,解析,-24-,考点一,考点二,考点三,例3小明用金属铷为阴极的光电
12、管,观测光电效应现象,实验装置示意图如图甲所示。已知普朗克常量h=6.6310-34 Js。,(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Uc与入射光频率之间的关系如图乙所示,则铷的截止频率c= Hz,逸出功W0= J; (3)如果实验中入射光的频率=7.001014 Hz,则产生的光电子的最大初动能Ek= J。,答案,解析,-25-,考点一,考点二,考点三,特别提醒应用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(极限频率),光频率大于这个截止频率(极限频率)才能发生光电效应。 2.截止频率是发生光电效应的最小频率,对应着光的极限波长和金
13、属的逸出功,即hc=h =W0。 3.应用光电效应方程Ek=h-W0时,注意能量单位电子伏和焦耳的换算(1 eV=1.610-19 J)。,-26-,考点一,考点二,考点三,突破训练 3.如图所示,相距为d的两平行金属板A、B足够大,板间电压恒为U,有一波长为的细激光束照射到B板表面,使B板发生光电效应,已知普朗克常量为h,金属板B的逸出功为W0,电子质量为m,电荷量为e,求: (1)从B板运动到A板所需时间最短的光电子到达A板时的动能; (2)光电子从B板运动到A板所需的最长时间。,答案,解析,-27-,考点一,考点二,考点三,对波粒二象性的理解(自主悟透),-28-,考点一,考点二,考点三
14、,-29-,考点一,考点二,考点三,突破训练 4.(多选)图甲为实验小组利用100多个电子通过双缝后形成的干涉图样,可以看出每一个电子都是一个点;如图乙为该小组利用70 000多个电子通过双缝后形成的干涉图样,为明暗相间的条纹。则对本实验的理解正确的是( ) A.图甲体现了电子的粒子性 B.图乙体现了电子的粒子性 C.单个电子运动轨道是确定的 D.图乙中明条纹是电子到达概率大的地方,答案,解析,-30-,考点一,考点二,考点三,5.下列说法正确的是( ) A.实物的运动有特定的轨道,所以实物不具有波粒二象性 B.康普顿效应说明光子既有能量又有动量 C.光是高速运动的微观粒子,单个光子不具有波粒二象性 D.宏观物体的物质波波长非常小,极易观察到它的波动性,答案,解析,-31-,考点一,考点二,考点三,特别提醒波粒二象性的三个易错点 1.光子表现为波动性,并不否认光子具有粒子性。 2.宏观物体也具有波动性。 3.微观粒子的波动性与机械波不同,微观粒子的波是概率波。,