2020届二轮复习光电效应波粒二象性课件（39张） 39页

第2讲　光电效应　波粒二象性 基础过关 知识梳理 1. 用某种频率的光照射锌板 , 使其发射出光电子。为了增大光电子的最大初动能 , 下列措施可行的是   ( 　 C 　 ) A. 增大入射光的强度 B. 增加入射光的照射时间 C. 换用频率更高的入射光照射锌板 D. 换用波长更长的入射光照射锌板 基础自测 解析     　根据光电效应方程 E km = hν - W 0 得,光电子的最大初动能与入 射光的强度、照射时间无关。入射光的频率越高或波长越短,光电子的 最大初动能越大,故C项正确,A、B、D项错误。 2. (2013 江苏单科 ) 如果一个电子的德布罗意波长和一个中子的相等 , 则它们下列哪个物理量也相等   ( 　 C 　 ) A. 速度　     B. 动能 C. 动量　     D. 总能量 解析      　由德布罗意波长 λ =   知二者的动量应相等,故C正确。由 p = mv 可知二者速度不相等, E k =   mv 2 =   ,二者动能不相等,由 E = mc 2 可知总 能量也不相等,A、B、D均错。 考点一 光电效应 考点二 光电效应方程和光电效应图像 考点突破 考点三 光的波粒二象性、物质波 考点一　光电效应 1.对光电效应的四点提醒 (1)能否发生光电效应,不取决于光的强度而取决于光的频率。 (2)光电效应中的“光”不是特指可见光,也包括不可见光。 (3)逸出功的大小由金属本身决定,与入射光无关。 (4)光电子不是光子,而是电子。 2.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 例1     (2018南京调研)如图所示,把一块不带电的锌板连接在验电器 上。当用紫外线照射锌板时,发现验电器指针偏转一定角度,则   (　 B 　) A.锌板带正电,验电器带负电 B.若改用强度更小的紫外线照射锌板,验电器的 指针也会偏转 C.若改用红外线照射锌板,验电器的指针仍然会发生偏转 D.这个现象可以说明光具有波动性 解析         用紫外线照射锌板,锌板失去电子带正电,验电器与锌板相 连,则验电器的金属球和金属指针带正电,故A项错误;根据光电效应的 条件可知发生光电效应与光的强度无关,若改用强度更小的紫外线照射 锌板,验电器的指针也会偏转,故B项正确;根据光电效应的条件可知若 改用红外线照射锌板,不一定能发生光电效应,所以验电器的指针不一 定会发生偏转,故C项错误;光电效应说明光具有粒子性,故D项错误。 例2     (2018苏锡常镇四市调研)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   (　 B 　) 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 解析     　光的强度和光照时间都不能决定能否发生光电效应;光照射 到光电管上时,灵敏电流计中没有电流通过,则可能是没有发生光电效 应,即入射光的频率过小,波长较大造成的;电源电压也不能决定光电管 中能否有光电流;故选项B正确,A、C、D项错误。 考点二　光电效应方程和光电效应图像 光电效应的图像分析 图像名称 图线形状 由图线直接(或间接) 得到的物理量 最大初动能 E k 与入射光频率 ν 的关系图线   ①极限频率 ν c :图线与 ν 轴交点的横坐标 ②逸出功:图线与 E k 轴交点的纵坐标的绝对值 W 0 =|- E |= E ③普朗克常量:图线的斜率 k = h 颜色相同、强度不同的光,光电流与电压的关系   ①遏止电压 U c :图线与横轴的交点 ②饱和光电流 I m :电流的最大值 ③最大初动能: E k = eU c 颜色不同的光,光电流与电压的关系   ①遏止电压: U c1 、 U c2 ②饱和光电流:电流的最大值 ③最大初动能: E k1 = eU c1 , E k2 = eU c2 遏止电压 U c 与入射光频率 ν 的关系图线   ①极限频率 ν c :图线与横轴的交点的横坐标 ②遏止电压 U c :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 (注: 此时两极之间接反向电压) 例3     (2018盐城三模)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像如图所示,其中图线与横轴交点坐标为 5.5 × 10 14 Hz。用一束波长范围为4.0 × 10 -7 ~9.0 × 10 -7 m的可见光照射该金 属时,求光电子的最大初动能。(已知普朗克常量为 h =6.6 × 10 -34 J·s)   答案 　1.32 × 10 -19 J 解析 　可见光波长越短,频率越高,由 c = λν 得 E max = h   - hν 0 =1.32 × 10 -19 J 例4     (2018黄桥中学模拟)在光电效应实验中,飞飞同学用同一光电管 在不同实验条件下得到了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   (　 B 　) 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的截止频率 D.甲光的光强等于乙光的光强 解析     　由于是同一光电管,因而不论对哪种光,截止频率和金属的逸 出功均相同,对于甲、乙两种光,反向遏止电压相同,因而频率相同,且甲 光的光强大于乙光的光强,故A、C、D项错误;丙光对应的反向遏止电 压较大,因而丙光的频率较高,波长较短,对应的光电子的最大初动能较 大,故B项正确。 方法技巧 利用光电效应分析问题,应把握的三个关系 (1)爱因斯坦光电效应方程 E k = hν - W 0 。 (2)光电子的最大初动能 E k 可以利用光电管用实验的方法测得,即 E k = eU c ,其中 U c 是遏止电压。 (3)光电效应方程中的 W 0 为逸出功,它与极限频率 ν c 的关系是 W 0 = hν c 。 考点三　光的波粒二象性、物质波 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。 4. 由光子的能量 ε = hν 和光子的动量 p =   两个表达式也可以看出,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含有 表示波的特征的物理量——频率 ν 和波长 λ 。由以上两式和波速公式 c = λν 还可以得出: ε = pc 。 例5     (2017南京、盐城一模)历史上美国宇航局曾经完成了用“深度撞 击”号探测器释放的撞击器“击中”坦普尔1号彗星的实验;如图所示, 探测器上所携带的重达370 kg的彗星“撞击器”将以1.0 × 10 4 m/s的速 度径直撞向彗星的彗核部分,撞击彗星后“撞击器”融化消失,这次撞 击使该彗星自身的运行速度出现1.0 × 10 -7 m/s的改变。已知普朗克常量 h =6.6 × 10 -34 J·s,(计算结果保留两位有效数字)。求:   (1)撞击前彗星“撞击器”对应物质波波长; (2)根据题中相关信息数据估算出彗星的质量。 答案 　(1)1.8 × 10 -40 m　(2)3.7 × 10 13 kg 解析 　(1)撞击前彗星“撞击器”的动量 p = mv =3.7 × 10 6 kg·m/s 物质波的波长 λ =   ≈ 1.8 × 10 -40 m (2)撞击过程中,由动量守恒定律得 mv = M Δ v 解得 M =3.7 × 10 13 kg 易错警示 波粒二象性的“三个易错” (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。 探根溯源　析教材考题 加油小站 例6     (2019扬州中学月考)下列描绘两种温度下黑体辐射强度与波长关 系的图中,符合黑体辐射实验规律的是(　 A 　)   解析     　根据黑体辐射的实验规律:随着温度的升高,各波长的辐射强 度都增加,辐射强度的极大值向波长较短的方向移动,可知正确选项 为A。 例7 　(1)(多选)下列说法中正确的是   (　　) A.电子的衍射图样证实了实物粒子具有波动性 B.为了解释黑体辐射规律,普朗克提出了能量量子化的观点 C.氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时将放出 光子 D.光电效应现象中存在极限频率,导致含有光电管的电路存在饱和电流 (2)用极微弱的红光做双缝干涉实验,随着曝光时间的延长,可以先后得 到如图(a)、(b)、(c)所示的图样,这里的图样 　　　     (选填“是”或 “不是”)光子之间相互作用引起的,实验表明光波是一种 　　　     (选 填“概率波”或“物质波”)。   答案 　(1)AB　(2)不是　概率波 解析 　(1)衍射是波的特有现象,电子的衍射图样证实了实物粒子具有 波动性,故A项正确;为了解释黑体辐射规律,普朗克提出了能量量子化 的观点,故B项正确;氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大 的轨道时,能量增大,需吸收光子,故C项错误;饱和电流的大小与极限频 率无关,与入射光的强度有关,故D项错误。 (2)用极微弱的红光做双缝干涉实验,随着曝光时间的延长,能出现图示 现象,说明不是光子之间的相互作用力引起的,从而实验现象说明光波 是一种概率波。 随堂巩固 1. (多选)美国物理学家康普顿在研究石墨对X射线的散射时,发现光子 除了具有能量之外还具有动量,被电子散射的X光子与入射的X光子相 比   (　 BD 　) A.速度减小　    B.频率减小 C.波长减小　    D.能量减小 解析     　光速不变,A项错误;光子将一部分能量转移到电子,其能量 减小,随之光子的频率减小、波长变长,B、D项正确,C项错误。 2. (多选)波粒二象性是微观世界的基本特征,以下说法正确的有   (     AB 　) A.光电效应现象揭示了光的粒子性 B.热中子束射到晶体上产生衍射图样说明中子具有波动性 C.黑体辐射的实验规律可用光的波动性解释 D.动能相等的质子和电子,它们的德布罗意波长也相等 答案      　黑体辐射引发了普朗克的光量子假说,C错误; λ =   , p =   ,得 λ =   ,质子和电子质量相差很多,当它们的动能相等时,德 布罗意波长 λ 不相等,D错误。 3. (多选)(2017海南单科)三束单色光1、2和3的波长分别为 λ 1 、 λ 2 和 λ 3 ( λ 1 > λ 2 > λ 3 );分别用这三束光照射同一种金属,已知用光束2照射时,恰能产 生光电子。下列说法正确的是   (　 AC 　) A.用光束1照射时,不能产生光电子 B.用光束3照射时,不能产生光电子 C.用光束2照射时,光越强,单位时间内产生的光电子数目越多 D.用光束2照射时,光越强,产生的光电子的最大初动能越大 解析      　依据波长与频率的关系 λ =   ,因 λ 1 > λ 2 > λ 3 ,那么 ν 1 < ν 2 < ν 3 ;由于 用光束2照射时,恰能产生光电子,因此用光束1照射时,不能产生光电子, 而光束3照射时,一定能产生光电子,故A项正确,B项错误;用光束2照射 时,光越强,单位时间内产生的光电子数目越多,而由光电效应方程: E km = hν - W ,可知,光电子的最大初动能与光的强弱无关,故C项正确,D项错 误。 4. (2018江苏单科)光电效应实验中,用波长为 λ 0 的单色光 A 照射某金属板 时,刚好有光电子从金属表面逸出;当波长为   的单色光 B 照射该金属板 时,光电子的最大初动能为 　　　     , A 、 B 两种光子的动量之比为 　     　     。(已知普朗克常量为 h 、光速为 c ) 答案        　1 : 2 解析 　根据光电效应方程 E k = hν - W 0 ,又 ν =   ,所以有0=   - W 0 , E k =   - W 0 , 解得 E k =   ;又光子动量 p =   ,所以 A 、 B 两种光子的动量之比为1 : 2。