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1、第第 1515 章章 近代物理初步近代物理初步第 1 節(jié)光電效應(yīng)波粒二象性一、光電效應(yīng)1光電效應(yīng)現(xiàn)象：在光的照射下金屬中的電子從金屬表面逸出的現(xiàn)象， 稱為光電效應(yīng)，發(fā)射出來的電子稱為光電子。2光電效應(yīng)的四個規(guī)律(1)每種金屬都有一個極限頻率。(2)光照射到金屬表面時，光電子的發(fā)射幾乎是瞬時的。(3)光電子的最大初動能與入射光的強度無關(guān)，只隨入射光的頻率增大而增大。(4)光電流的強度與入射光的強度成正比。3遏止電壓與截止頻率(1)遏止電壓：使光電流減小到零的反向電壓Uc。(2)截止頻率： 能使某種金屬發(fā)生光電效應(yīng)的最小頻率叫作該種金屬的截止頻率(又叫極限頻率)。不同的金屬對應(yīng)著不同的極限頻率。二

2、、愛因斯坦光電效應(yīng)方程1光子說在空間傳播的光是不連續(xù)的， 而是一份一份的， 每一份叫作一個光的能量子， 簡稱光子，光子的能量h。其中h6.63102逸出功W0使電子脫離某種金屬所做功的最小值。3最大初動能發(fā)生光電效應(yīng)時， 金屬表面上的電子吸收光子后克服原子核的引力逸出時所具有的動能的最大值。4愛因斯坦光電效應(yīng)方程(1)表達式：EkhW0。(2)物理意義：金屬表面的電子吸收一個光子獲得的能量是h，這些能量的一部分用12來克服金屬的逸出功W0，剩下的表現(xiàn)為逸出后光電子的最大初動能Ekmev。2三、光的波粒二象性與物質(zhì)波1光的波粒二象性(1)光的干涉、衍射、偏振現(xiàn)象證明光具有波動性。(2)光電效應(yīng)說

3、明光具有粒子性。(3)光既具有波動性，又具有粒子性，稱為光的波粒二象性。2物質(zhì)波(1)概率波：光的干涉現(xiàn)象是大量光子的運動遵守波動規(guī)律的表現(xiàn)，亮條紋是光子到達概率大的地方，暗條紋是光子到達概率小的地方，因此光波又叫概率波。(2)物質(zhì)波：任何一個運動著的物體，小到微觀粒子，大到宏觀物體，都有一種波與它對應(yīng)，其波長 ，p為運動物體的動量，h為普朗克常量。1思考辨析(正確的畫“”，錯誤的畫“”)(1)光子說中的光子，指的是光電子。()(2)只要光足夠強，照射時間足夠長，就一定能發(fā)生光電效應(yīng)。()()()34Js(稱為普朗克常量)。hp(3)極限頻率越大的金屬材料逸出功越大。(4)原子中絕大部分是空的

4、，原子核很小。(5)核式結(jié)構(gòu)學(xué)說是盧瑟福在 粒子散射實驗的基礎(chǔ)上提出的。()(6)在玻爾模型中，原子的狀態(tài)是不連續(xù)的。()2 (人教版選修 35P30演示實驗改編)(多選)如圖所示， 用導(dǎo)線把驗電器與鋅板相連接，當(dāng)用紫外線照射鋅板時，發(fā)生的現(xiàn)象是()A有光子從鋅板逸出B有電子從鋅板逸出C驗電器指針張開一個角度D鋅板帶負電答案BC3(粵教版選修 35P40T2改編)(多選)下列說法中正確的是()A光的波粒二象性學(xué)說徹底推翻了麥克斯韋的光的電磁說B在光的雙縫干涉實驗中，暗條紋的地方是光子永遠不能到達的地方C光的雙縫干涉實驗中，大量光子打在光屏上的落點是有規(guī)律的，暗紋處落下光子的概率小D單個光子具有

5、粒子性，大量光子具有波動性答案CD4(人教版選修 35P36T2改編)(多選)在光電效應(yīng)實驗中，用頻率為的光照射光電管陰極，發(fā)生了光電效應(yīng)，下列說法正確的是()A增大入射光的強度，光電流增大B減小入射光的強度，光電效應(yīng)現(xiàn)象消失C改用頻率小于的光照射，一定不發(fā)生光電效應(yīng)D改用頻率大于的光照射，光電子的最大初動能變大答案AD光電效應(yīng)規(guī)律和光電效應(yīng)方程的應(yīng)用依題組訓(xùn)練1(多選)(2016全國卷改編)現(xiàn)用某一光電管進行光電效應(yīng)實驗，當(dāng)用某一頻率的光入射時，有光電流產(chǎn)生。下列說法正確的是()A保持入射光的頻率不變，入射光的光強變大，飽和光電流變大B入射光的頻率變高，飽和光電流變大C保持入射光的光強不變，

6、不斷減小入射光的頻率，始終有光電流產(chǎn)生D遏止電壓的大小與入射光的頻率有關(guān)，與入射光的光強無關(guān)AD根據(jù)光電效應(yīng)實驗得出的結(jié)論：保持入射光的頻率不變，入射光的光強變大，飽和光電流變大，故A 正確，B 錯誤；遏止電壓的大小與入射光的頻率有關(guān)，與入射光的光強無關(guān)，保持入射光的光強不變，若低于截止頻率， 則沒有光電流產(chǎn)生，故C 錯誤，D 正確。2(2018全國卷)用波長為300 nm 的光照射鋅板，電子逸出鋅板表面的最大初動能為 1.2810119 J。已知普朗克常量為6.631034Js，真空中的光速為3.0010 ms8。能使鋅產(chǎn)生光電效應(yīng)的單色光的最低頻率約為()A110 HzC210 Hz151

7、4B810 HzD810 Hz1514B根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程EkhW0hh0，代入數(shù)據(jù)解得0810Hz，B 正確。3(多選)(2017全國卷)在光電效應(yīng)實驗中，分別用頻率為a、b的單色光a、b照射到同種金屬上，測得相應(yīng)的遏止電壓分別為Ua和Ub、光電子的最大初動能分別為Eka和c14Ekb。h為普朗克常量。下列說法正確的是()A若ab，則一定有UaUbB若ab，則一定有EkaEkbC若UaUb，則一定有EkaEkbD若ab，則一定有haEkahbEkbBC光電效應(yīng)中遏止電壓與最大初動能之間的關(guān)系為eUEk，根據(jù)光電效應(yīng)方程可知EkhW0，若ab，則EkaEkb，UaUb，選項 A 錯誤，選

8、項 B 正確；若UaUb，則EkaEkb，選項 C 正確；由光電效應(yīng)方程可得W0hEk，則haEkahbEkb，選項 D 錯誤。4(2019陽江模擬)用如圖所示的光電管研究光電效應(yīng)的實驗中，用某種頻率的單色光a照射光電管陰極 K，電流計G 的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)。而用另一頻率的單色光b照射光電管陰極 K 時，電流計 G 的指針不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，那么()Aa光的波長一定大于b光的波長B增加b光的強度可能使電流計G 的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)C用a光照射光電管陰極K時通過電流計 G 的電流是由d到cD只增加a光的強度可使通過電流計G 的電流增大D用一定頻率的a單色光照射光電管時， 電流計指針會發(fā)生偏轉(zhuǎn)， 知a0，a光的波長

9、小于b光的波長，故A 項錯誤；發(fā)生光電效應(yīng)的條件：0，增加b光的強度不能使電流計 G 的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，故 B 項錯誤；發(fā)生光電效應(yīng)時，電子從光電管左端運動到右端，而電流的方向與電子定向移動的方向相反，所以流過電流計G 的電流方向是c流向d，故 C項錯誤；增加a光的強度可使通過電流計G 的電流增大，故 D 項正確。1對光電效應(yīng)的四點提醒(1)能否發(fā)生光電效應(yīng)，不取決于光的強度而取決于光的頻率。(2)光電效應(yīng)中的“光”不是特指可見光，也包括不可見光。(3)逸出功的大小由金屬本身決定，與入射光無關(guān)。(4)光電子不是光子，而是電子。2兩條分析線索(1)(2)3定量分析時應(yīng)抓住三個關(guān)系式(1)愛因斯坦光

10、電效應(yīng)方程：EkhW0。(2)最大初動能與遏止電壓的關(guān)系：EkeUc。(3)逸出功與極限頻率的關(guān)系：W0h0。4區(qū)分光電效應(yīng)中的三組概念(1)光子與光電子：光子指光在空間傳播時的每一份能量，光子不帶電；光電子是金屬表面受到光照射時發(fā)射出來的電子，其本質(zhì)是電子。光子是因，光電子是果。(2)光電子的動能與光電子的最大初動能。(3)光電流和飽和光電流：金屬板飛出的光電子到達陽極，回路中便產(chǎn)生光電流，隨著所加正向電壓的增大，光電流趨于一個飽和值， 這個飽和值是飽和光電流， 在一定的光照條件下，飽和光電流與所加電壓大小無關(guān)。光電效應(yīng)的圖象問題講典例示法圖象名稱圖線形狀讀取信息最大初動能Ek與入射光頻率的

11、關(guān)系圖線截止頻率(極限頻率)：橫軸截距逸出功：縱軸截距的絕對值W0|E|E普朗克常量：圖線的斜率kh截止頻率c：橫軸截距遏止電壓Uc與入射光頻率的關(guān)系圖線遏止電壓Uc：隨入射光頻率的增大而增大普朗克常量h：等于圖線的斜率與電子電荷量的乘積，即hke顏色相同、強度不同的光，光電流與電壓的關(guān)系顏色不同時，光電流與電壓的關(guān)系遏止電壓Uc：橫軸截距飽和光電流Im：電流的最大值最大初動能：EkmeUc遏止電壓Uc1、Uc2飽和光電流最大初動能Ek1eUc1，Ek2eUc2典例示法(多選)(2019海南高考)對于鈉和鈣兩種金屬，其遏止電壓Uc與入射光頻率的關(guān)系如圖所示。用h、e分別表示普朗克常量和電子電荷

12、量，則()A鈉的逸出功小于鈣的逸出功B圖中直線的斜率為C在得到這兩條直線時，必須保證入射光的光強相同D若這兩種金屬產(chǎn)生的光電子具有相同的最大初動能，則照射到鈉的光頻率較高12AB根據(jù)UcemvmhW2逸出功he，即UcheW逸出功，則由圖象可知鈉的逸出功小于e鈣的逸出功，選項 A 正確；圖中直線的斜率為 ，選項 B 正確；在得到這兩條直線時，與入12射光的強度無關(guān)，選項C 錯誤；根據(jù)mvmhW逸出功，若這兩種金屬產(chǎn)生的光電子具有相2同的最大初動能，則照射到鈉的光頻率較低，選項D 錯誤。跟進訓(xùn)練he光電效應(yīng)的Ek圖象1用如圖甲所示的裝置研究光電效應(yīng)現(xiàn)象。閉合開關(guān)S，用頻率為的光照射光電管時發(fā)生了

13、光電效應(yīng)。圖乙是該光電管發(fā)生光電效應(yīng)時光電子的最大初動能Ek與入射光頻率的關(guān)系圖象，圖線與橫軸的交點坐標為(a,0)，與縱軸的交點坐標為(0，b)。下列說法正確的是()甲乙A普朗克常量為hB斷開開關(guān) S 后，電流表 G 的示數(shù)不為零C僅增加照射光的強度，光電子的最大初動能將增大D保持照射光強度不變，僅提高照射光頻率，電流表G 的示數(shù)保持不變B由EkhW0，可知圖線的斜率為普朗克常量，即h ，故 A 錯誤；斷開開關(guān) S后，仍有光電子產(chǎn)生，所以電流表G 的示數(shù)不為零，故B 正確；只有增大入射光的頻率，才能增大光電子的最大初動能，與光的強度無關(guān)，故C 錯誤；保持照射光強度不變，僅提高照射光頻率，單個

14、光子的能量增大，而光的強度不變，那么光子數(shù)一定減少， 發(fā)出的光電子數(shù)也減少，電流表 G 的示數(shù)要減小，故 D 錯誤。光電效應(yīng)的IU圖象2.(多選)用甲、 乙兩種單色光照射同一金屬做光電效應(yīng)實驗， 發(fā)現(xiàn)光電流與電壓的關(guān)系如圖所示。已知普朗克常量為h，被照射金屬的逸出功為W0，遏止電壓為Uc，電子的電荷量為e。下列說法正確的是()abbaA甲光的強度大于乙光的強度B甲光的頻率大于乙光的頻率C甲光照射時產(chǎn)生的光電子初動能均為eUcD乙光的頻率為W0eUchAD根據(jù)光的強度越強，則光電子數(shù)目越多，對應(yīng)的光電流越大，即可判定甲光的強1212度較大，選項A 正確；由光電效應(yīng)方程mvhW0，mvUce，結(jié)合

15、題圖可知，甲、乙的22遏止電壓相同，故甲、乙的頻率相同，選項B 錯誤；甲光照射時產(chǎn)生的光電子的最大初動能12UceW0為eUc,選項 C 錯誤； 根據(jù)mvhW0Uce，可得，選項 D 正確。2h光電效應(yīng)的Uc圖象3如圖為密立根研究某金屬的遏止電壓Uc和入射光頻率的關(guān)系圖象，則下列說法正確的是 ()A圖象的斜率為普朗克常量B該金屬的截止頻率約為5.510 HzC由圖象可得該金屬的逸出功為0.5 eVD由圖象可知，光電子的最大初動能與入射光的頻率成一次函數(shù)關(guān)系D根據(jù)光電效應(yīng)方程得，EkmhW0，又EkmeUc，解得Uc14hW0 ，可知圖線的ee斜率k ，故 A 項錯誤；當(dāng)遏止電壓為零時，入射光的

16、頻率等于金屬的截止頻率，大約為4.210 Hz，故 B 項錯誤；圖線的斜率k ，則逸出功W0h0ke01414hehe0.5141.3104.210eV1.6 eV，故 C 項錯誤；根據(jù)光電效應(yīng)方程得，EkmhW0，即eUchW0，光電子的最大初動能與入射光的頻率成一次函數(shù)關(guān)系，故D 項正確。光的波粒二象性物質(zhì)波依題組訓(xùn)練1(2019朔州模擬)下列有關(guān)光的波粒二象性的說法中，正確的是()A有的光是波，有的光是粒子B光子與電子是同樣的一種粒子C光的波長越長，其波動性越顯著；波長越短，其粒子性越顯著D大量光子的行為往往顯示出粒子性C光既有波動性又有粒子性，故 A 項錯誤；光子不帶電，沒有靜止質(zhì)量， 而電子帶負電，有質(zhì)量，故 B 項錯誤；光的波長越長，其波動性越顯著，波長越短，其粒子性越顯著，故 C 項正確； 個別光子的作用效果往往表現(xiàn)為粒子性， 大量光子的作用效果往往表現(xiàn)為波動性，故 D 項錯誤。2(多選)實物粒子和光都具有波粒二象性。下列事實中突出體現(xiàn)波動性的是()A電子束通過雙縫實驗裝置后可以形成干涉圖樣B 射線在云室中穿過會留下清晰的徑跡C人們利用慢中子衍射來研究晶體的結(jié)構(gòu)D人們利用