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  • 2021-05-22 发布

【物理】2020届一轮复习人教版 光电效应波粒象性 学案

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第59讲 光电效应 波粒二象性 ‎[研读考纲明方向]‎ ‎[重读教材定方法]‎ ‎(对应人教版选修3-5的页码及相关问题)‎ ‎1.P31结合图17.2-2阅读“光电效应的实验规律”一段。从图17.2-3中各图线能得出什么规律?‎ 提示:由图可知,随着正向电压增大,光电流趋于饱和值,且光的颜色一定时(黄光),光越强饱和光电流越大;加反向电压时,光电流逐渐减小到零,即存在遏止电压,且遏止电压与光的频率有关,与光的强度无关,频率越大,遏止电压越大。‎ ‎2.P33[思考与讨论]推导Uc与ν、W0的关系。‎ 提示:由mev=eUc,Ek=hν-W0,Ek=mev,联立得eUc=hν-W0。‎ ‎3.P34[例题]体会由实验数据画出图象的方法,图17.2-4中图象的斜率、截距分别有什么物理意义?‎ 提示:由Ek=hν-W0,Ek=eUc得Uc=ν-,故Uc-ν 图象的斜率为,令Uc=0,得横截距νc=,即截止频率,纵截距即ν=5.5×1014 Hz时的遏止电压。‎ ‎4.P37阅读教材:哪些现象说明光具有粒子性?哪些现象说明光具有波动性?‎ 提示:粒子性:光电效应、康普顿效应;波动性:光的干涉、衍射、偏振。‎ ‎5.P58图18.4-2思考:一群氢原子处于量子数为3的激发态时,可发出几种频率的光子?‎ 提示:3种 ‎6.P69[问题与练习]T6,Cu里有多少质子?多少中子?‎ 提示:29个质子,37个中子。‎ ‎7.P71阅读教材:β衰变中出现的电子来源于哪里?‎ 提示:核内中子转化为一个质子和一个电子。‎ ‎8.P73[问题与练习]T6,铋210的半衰期是5天,经过多少天后,‎20 g铋还剩‎1.25 g?‎ 提示:m=m0·,代入数据得t=20天。‎ ‎9.P82图19.5-3思考:重核裂变时比结合能变大还是变小?轻核聚变时呢?‎ 提示:都变大。‎ 第59讲 光电效应 波粒二象性 考点一 光电效应的实验规律和光电效应方程 ‎1.光电效应现象 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光电子。‎ ‎2.光电效应的实验规律 ‎(1)存在着饱和光电流:即光照条件不变时,随着电压增大,光电流趋于一个饱和值。对于一定颜色(频率)的光,入射光越强,饱和光电流越大,即单位时间内发射的光电子数越多。‎ ‎(2)存在着遏止电压Uc:即存在使光电流减小到零的反向电压。这说明光电子有初速度且初速度的最大值vc满足mev=eUc。遏止电压只与光的频率有关,与光的强弱无关,这表明光电子的能量只与入射光的频率有关。‎ ‎(3)存在截止频率νc:当入射光的频率小于截止频率νc(又叫极限频率)时,不发生光电效应。不同金属的截止频率不同。‎ ‎(4)光电效应具有瞬时性:光照射到金属表面时,产生光电流的时间不超过10-9 s,即光电效应的发生几乎是瞬时的。‎ ‎3.爱因斯坦光电效应方程 ‎(1)光子说:空间传播的光是不连续的,而是一份一份的,每一份叫做一个光子。光子的能量为ε=hν,其中h是普朗克常量,其值为6.63×10-34 J·s。‎ ‎(2)光电效应方程:Ek=hν-W0。‎ 其中hν为入射光的能量,Ek为光电子的最大初动能,即逸出光电子初动能的最大值;W0是金属的逸出功即电子从金属中逸出所需做功的最小值。‎ ‎4.爱因斯坦光电效应方程对实验规律的解释 ‎(1)爱因斯坦光电效应方程表明光电子的最大初动能Ek与入射光的频率ν有关,而与光的强弱无关,即规律(2)。‎ ‎(2)只有当hν>W0时,才有Ek>0,从而有光电子逸出,νc= 就是光电效应的截止频率,即规律(3)。‎ ‎(3)频率ν一定的光,光较强时,单位时间照射的光子数较多,产生的光电子数较多,因而饱和光电流较大,即规律(1)。‎ ‎(4)电子一次性吸收光子的全部能量,不需要积累能量的时间,即光电流几乎是瞬时产生的,即规律(4)。‎ ‎5.几组重要概念的理解 ‎(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,其本质是电子。‎ ‎(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作用而损失一部分能量,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,才具有最大初动能。光电子的初动能小于或等于光电子的最大初动能。‎ ‎(3)光电流与饱和光电流: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:入射光强度指单位时间内照射到金属表面单位面积上的总能量。所以光的强度I=nhν,n是单位时间内照射到单位面积上的光子数。从此式可以看出饱和光电流正比于n,所以只有当光的频率一定时,饱和光电流与入射光强度成正比;对于不同频率的光,由于每个光子的能量不同,饱和光电流与入射光强度之间没有简单的正比关系。‎ ‎1.(多选)如图所示,用导线把验电器与锌板相连接,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.有电子从锌板逸出 C.验电器指针张开一个角度 D.锌板带负电 答案 BC 解析 由于光电效应,在光的照射下锌板中的电子从锌板表面逸出,A错误,B正确;验电器与锌板相连,锌板因失去电子带正电,验电器指针张开一个角度,C正确,D错误。‎ ‎2.[教材母题] (人教版选修3-5 P36·T4)铝的逸出功是4.2 eV,现在将波长200 nm的光照射铝的表面。‎ ‎(1)求光电子的最大初动能。‎ ‎(2)求遏止电压。‎ ‎(3)求铝的截止频率。‎ ‎[变式子题] (多选)用如图所示的装置研究光电效应现象,当用光子能量为3.2 eV的光照射到光电管上时,电流表G的读数为0.2 mA。移动变阻器的触点c,当电压表的示数大于或等于0.8 V时,电流表读数为0,则(  )‎ A.光电管阴极的逸出功为2.4 eV B.开关S断开后,电流表G示数不为0‎ C.光电子的最大初动能为0.8 eV D.改用能量为2 eV的光子照射,电流表G也有电流,但电流较小 答案 ABC 解析 该装置所加的电压为反向电压,发现当电压表的示数大于或等于0.8 V时,电流表示数为0,则光电子的最大初动能为0.8 eV,根据光电效应方程Ekm=hν-W0,W0=3.2 eV-0.8 eV=2.4 eV,故A、C项正确;用光子能量为3.2 eV的光照射到光电管上时发生了光电效 应,有光电子逸出,开关S断开后,没有反向电压,则有电流流过电流表,故B项正确;改用能量为2 eV的光子照射,由于光子的能量小于逸出功,不能发生光电效应,无光电流,故D项错误。‎ ‎3.(2017·全国卷Ⅲ)(多选)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(  )‎ A.若νa>νb,则一定有Uaνb,则一定有Eka>Ekb C.若Uaνb,则一定有hνa-Eka>hνb-Ekb 答案 BC 解析 光电效应中遏止电压与最大初动能之间的关系为eU=Ek,根据光电效应方程可知Ek=hν-W0,若νa>νb,则Eka>Ekb,Ua>Ub,选项A错误,选项B正确;若Ua