物理第十二章 近代物理 第1節(jié) 光電效應(yīng) 波粒二象性 新人教版

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1、第十二章近代物理-2-第1節(jié)光電效應(yīng)波粒二象性-4-知識梳理考點自診一、光電效應(yīng)1.定義:在光的照射下從物體發(fā)射出 電子的現(xiàn)象(發(fā)射出的電子稱為光電子)。2.產(chǎn)生條件:入射光的頻率 大于或等于極限頻率。3.光電效應(yīng)規(guī)律(1)存在著飽和電流:對于一定顏色的光,入射光強度越大,單位時間內(nèi)發(fā)射出的光電子數(shù) 越多。(2)存在著遏止電壓和截止頻率:光電子的能量只與入射光的 頻率有關(guān),而與入射光的 強弱無關(guān)。當入射光的頻率低于截止頻率時不發(fā)生光電效應(yīng)。(3)光電效應(yīng)具有瞬時性:當頻率超過截止頻率時,無論入射光怎樣微弱,幾乎在照到金屬時立即產(chǎn)生光電流,時間不超過10-9s。-5-知識梳理考點自診二、光子說及

2、光電效應(yīng)方程1.光子說空間傳播的光是一份一份的,每一份叫一個光子,一個光子的能量為E=h,其中h=6.6310-34Js(稱為普朗克常量)。2.光電效應(yīng)方程(1)表達式:光電子的最大初動能Ek與入射光光子的能量h和逸出功W0之間的關(guān)系:Ek= h-W0。其中逸出功是指使某種金屬原子中的電子脫離金屬所做功的 最小值。(2)物理意義:金屬中電子吸收一個光子獲得的能量是h,這些能量一部分用于克服金屬的 逸出功,剩下的表現(xiàn)為逸出電子的 初動能。-6-知識梳理考點自診三、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)說明光具有 粒子性。(3)光既

3、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。-7-知識梳理考點自診1.(2017黑龍江哈爾濱期中)用一束紫外線照射某金屬時不能產(chǎn)生光電效應(yīng),可能使該金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)的措施是 ()A.改用紅光照射B.改用X射線照射C.改用強度更大的原紫外線照射D.延長原紫外線的照射時間 答案解析解析關(guān)閉根據(jù)光電效應(yīng)的產(chǎn)生條件0,

4、要產(chǎn)生光電效應(yīng),必須用頻率更高的光。能否發(fā)生光電效應(yīng)與光的強度和照射時間無關(guān),X射線的頻率大于紫外線的頻率。故A、C、D錯誤,B正確。 答案解析關(guān)閉B-8-知識梳理考點自診2.(多選)如圖所示,用導(dǎo)線把驗電器與鋅板相連接,已知紫光頻率大于鋅的極限頻率,當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.驗電器兩箔片張開一個角度D.鋅板帶負電 答案解析解析關(guān)閉用紫外線照射鋅板是能夠發(fā)生光電效應(yīng)的,鋅板上的電子吸收紫外線的能量從鋅板表面逸出,稱之為光電子,故A錯誤,B正確;鋅板與驗電器相連,使驗電器帶有相同電性的電荷,驗電器的指針就會張開一個角度,鋅板失去電子應(yīng)該帶正

5、電,且鋅板失去電子越多,帶正電的電荷量越多,驗電器兩箔片張角越大,故C正確,D錯誤。 答案解析關(guān)閉BC-9-知識梳理考點自診3.關(guān)于光電效應(yīng)的規(guī)律,下列說法正確的是()A.只有入射光的波長大于該金屬的極限波長,光電效應(yīng)才能產(chǎn)生B.光電子的最大初動能跟入射光強度成正比C.發(fā)生光電效應(yīng)的反應(yīng)時間一般都大于10-7sD.發(fā)生光電效應(yīng)時,單位時間內(nèi)從金屬內(nèi)逸出的光電子數(shù)目與入射光強度成正比 答案解析解析關(guān)閉 答案解析關(guān)閉-10-知識梳理考點自診4.請判斷下列說法是否正確。(1)只要光照射的時間足夠長,任何金屬都能發(fā)生光電效應(yīng)。()(2)光電子就是光子。()(3)極限頻率越大的金屬材料逸出功越大。()(

6、4)從金屬表面出來的光電子的最大初動能越大,這種金屬的逸出功越小。()(5)入射光的頻率越大,逸出功越大。() 答案 答案關(guān)閉(1)(2)(3)(4)(5)-11-命題點一命題點二命題點三對光電效應(yīng)的理解對光電效應(yīng)的理解與光電效應(yīng)有關(guān)的概念對比1.光子與光電子:光子不帶電;光電子是光電效應(yīng)時發(fā)射出來的電子,其本質(zhì)是電子。2.光電子的初動能與光電子的最大初動能:光電子的初動能小于等于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)。4.

7、入射光強度與光子能量:入射光強度是指單位時間內(nèi)照射到單位面積上的總能量,與光子的能量和單位時間內(nèi)光子的數(shù)目有關(guān)。-12-命題點一命題點二命題點三5.光的強度與飽和光電流:頻率相同的光照射金屬產(chǎn)生光電效應(yīng),入射光越強,飽和光電流越大。-13-命題點一命題點二命題點三例1(多選)(2016全國卷)現(xiàn)用某一光電管進行光電效應(yīng)實驗,當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.入射光的頻率變高,光電子的最大初動能變大D.保持入射光的光強不變,不斷減小入射光的頻率,始終有光電流產(chǎn)生E.遏止電壓的

8、大小與入射光的頻率有關(guān),與入射光的光強無關(guān) 答案解析解析關(guān)閉 答案解析關(guān)閉-14-命題點一命題點二命題點三思維點撥本題主要考查光電效應(yīng)。發(fā)生光電效應(yīng)的條件是入射光的頻率大于金屬的極限頻率,光的強弱只影響單位時間內(nèi)發(fā)出光電子的數(shù)目;本題涉及的光電效應(yīng)知識較多,很多結(jié)論都是識記的,注意把握現(xiàn)象的實質(zhì),明確其間的聯(lián)系與區(qū)別;平時積累物理知識。-15-命題點一命題點二命題點三光電效應(yīng)的研究思路(1)兩條線索:(2)兩條對應(yīng)關(guān)系:光強大光子數(shù)目多發(fā)射光電子多光電流大光子頻率高光子能量大光電子的最大初動能大-16-命題點一命題點二命題點三即學(xué)即練即學(xué)即練1.(多選)(2017全國卷)在光電效應(yīng)實驗中,分別

9、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Ekb。h為普朗克常量。下列說法正確的是()A.若ab,則一定有Uab,則一定有EkaEkbC.若UaUb,則一定有Ekab,則一定有ha-Ekahb-Ekb 答案解析解析關(guān)閉根據(jù)光電效應(yīng)方程Ek=h-W和光電子的最大初動能與遏止電壓的關(guān)系-eU=0-Ek,得eU=h-W,A錯,B、C正確;若ab,則一定有ha-Eka=hb-Ekb=W,D錯。 答案解析關(guān)閉BC-17-命題點一命題點二命題點三2.(多選)(2017四川成都一診)下圖所示為光電管的工作電路圖,分別用波長為0、1、2的

10、單色光做實驗,已知102。當開關(guān)閉合后,用波長為0的單色光照射光電管的陰極K時,電流表有示數(shù)。則下列說法正確的是 ()A.光電管陰極材料的逸出功與入射光無關(guān)B.若用波長為1的單色光進行實驗,則電流表的示數(shù)一定為零C.若僅增大電源的電動勢,則電流表的示數(shù)一定增大D.若僅將電源的正負極對調(diào),則電流表的示數(shù)可能為零 答案解析解析關(guān)閉光電管陰極材料的逸出功只與材料有關(guān),而與入射光的頻率、入射光的強度無關(guān),A正確;用波長為0的光照射陰極K時,電路中有光電流,可知波長為0的光照射陰極K時,發(fā)生了光電效應(yīng);若用波長為1(10)的光照射陰極K時,雖然入射光的頻率變小,但仍可能大于陰極的極限頻率,仍可能發(fā)生光電

11、效應(yīng),因此電流表的示數(shù)可能不為零,B錯誤;僅增大電路中電源的電動勢,光電管兩端電壓增大,當達到飽和電流后,電流表的示數(shù)不再增大,C錯誤;將電路中電源的正負極對調(diào),光電子做減速運動,若電子不能到達陽極,則此時電流表的示數(shù)為零,D正確。 答案解析關(guān)閉AD-18-命題點一命題點二命題點三光電效應(yīng)四類圖象問題光電效應(yīng)四類圖象問題四類圖象-19-命題點一命題點二命題點三-20-命題點一命題點二命題點三例2(多選)(2017山西運城模擬)美國物理學(xué)家密立根利用圖示的電路研究金屬的遏止電壓Uc與入射光頻率的關(guān)系,描繪出圖乙中的圖象,由此算出普朗克常量h,電子電荷量用e表示,下列說法正確的是()A.入射光的頻

12、率增大,測遏制電壓時,應(yīng)使滑動變阻器的滑片P向M端移動B.增大入射光的強度,光電子的最大初動能也增大C.由Uc-圖象可知,這種金屬截止頻率為c 答案解析解析關(guān)閉 答案解析關(guān)閉-21-命題點一命題點二命題點三定量分析時應(yīng)抓住三個關(guān)系式(1)愛因斯坦光電效應(yīng)方程:Ek=h-W0。(2)最大初動能與遏止電壓的關(guān)系:Ek=eUc。(3)逸出功與極限頻率的關(guān)系:W0=h0。-22-命題點一命題點二命題點三即學(xué)即練即學(xué)即練3.(2017甘肅蘭州模擬)在光電效應(yīng)實驗中,某同學(xué)用同一光電管在不同實驗條件下得到三條光電流與電壓之間的關(guān)系曲線(甲光、乙光、丙光),如圖所示。則可判斷出()A.甲光的頻率大于乙光的頻

13、率B.乙光的波長大于丙光的波長C.乙光對應(yīng)的截止頻率大于丙光的截止頻率D.甲光對應(yīng)的光電子最大初動能大于丙光的光電子最大初動能 答案解析解析關(guān)閉由圖象知,甲、乙光對應(yīng)的遏止電壓相等,由eUc=Ek和h=W0+Ek得甲、乙光的頻率相等,A錯誤;丙光的頻率大于乙光的頻率,則丙光的波長小于乙光的波長,B正確;金屬發(fā)生光電效應(yīng)的截止頻率只與金屬本身有關(guān),所以C錯誤;由光電效應(yīng)方程知,甲光對應(yīng)的光電子最大初動能小于丙光對應(yīng)的光電子最大初動能,D錯誤。 答案解析關(guān)閉B-23-命題點一命題點二命題點三4.(多選)下圖是用光照射某種金屬時逸出的光電子的最大初動能隨入射光頻率的變化圖線(直線與橫軸的交點坐標4.

14、27,與縱軸交點坐標0.5)。已知普朗克常量為6.6310-34Js,則由圖可知()A.該金屬的截止頻率為4.271014HzB.該金屬的截止頻率為5.51014HzC.該圖線的斜率表示普朗克常量D.該金屬的逸出功為0.5eV 答案解析解析關(guān)閉圖線在橫軸上的截距為截止頻率,A正確,B錯誤;由光電效應(yīng)方程Ek=h-W0,可知圖線的斜率為普朗克常量,C正確;金屬的逸出功為W0=h0=6.6310-344.271014J=2.8310-19J=1.77eV,D錯誤。 答案解析關(guān)閉AC-24-命題點一命題點二命題點三對波粒二象性的理解對波粒二象性的理解-25-命題點一命題點二命題點三-26-命題點一命

15、題點二命題點三例3(2017浙江臺州模擬)1927年戴維孫和湯姆孫分別完成了電子衍射實驗,該實驗是榮獲諾貝爾獎的重大近代物理實驗之一。如圖所示的是該實驗裝置的簡化圖,下列說法不正確的是()A.亮條紋是電子到達概率大的地方B.該實驗說明物質(zhì)波理論是正確的C.該實驗再次說明光子具有波動性D.該實驗說明實物粒子具有波動性 答案解析解析關(guān)閉由題意可知,亮條紋是電子到達概率大的地方,暗條紋是粒子到達概率小的地方,故A正確;電子是實物粒子,能發(fā)生衍射現(xiàn)象,該實驗說明物質(zhì)波理論是正確的,不能說明光子的波動性,故B、D正確,C錯誤。本題選錯誤的,故選C。 答案解析關(guān)閉C-27-命題點一命題點二命題點三光的波粒

16、二象性的規(guī)律1.從數(shù)量上看: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。2.從頻率上看:頻率越低波動性越顯著,越容易看到光的干涉和衍射現(xiàn)象;頻率越高粒子性越顯著,貫穿本領(lǐng)越強,越不容易看到光的干涉和衍射現(xiàn)象。3.從傳播與作用上看:光在傳播過程中往往表現(xiàn)出波動性;在與物質(zhì)發(fā)生作用時往往表現(xiàn)為粒子性。-28-命題點一命題點二命題點三4.波動性與粒子性的統(tǒng)一:由光子的能量E=h、光子的動量表達式p=也可以看出,光的波動性和粒子性并不矛盾:表示粒子性的能量和動量的計算式中都含有表示波的特征的物理量頻率和波長。-29-命題點一命題點二命題點三即學(xué)即練即學(xué)即練5.(多選)圖甲為

17、實驗小組利用100多個電子通過雙縫后的干涉圖樣,可以看出每一個電子都是一個點;如圖乙為該小組利用70000多個電子通過雙縫后的干涉圖樣,為明暗相間的條紋。則對本實驗的理解正確的是()A.圖甲體現(xiàn)了電子的粒子性B.圖乙體現(xiàn)了電子的粒子性C.單個電子運動軌道是確定的D.圖乙中明條紋是電子到達概率大的地方 答案解析解析關(guān)閉題圖甲中的每一個電子都是一個點,說明少數(shù)粒子體現(xiàn)粒子性,到達的位置不同,說明單個電子的運動軌道不確定,A正確,C錯誤;題圖乙中明暗相間的條紋說明大量的粒子表現(xiàn)為波動性,B錯誤;明條紋是電子到達概率大的地方,D正確。 答案解析關(guān)閉AD-30-命題點一命題點二命題點三6.(2017北京

18、平谷模擬)2016年8月16日1時40分,我國在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心用長征二號丁運載火箭成功將世界首顆量子科學(xué)實驗衛(wèi)星“墨子號”發(fā)射升空。在量子世界中,一個物體可以同時處在多個位置,一只貓可以處在“死”和“活”的疊加狀態(tài)上;所有物體都具有“波粒二象性”,既是粒子也是波;兩個處于“糾纏態(tài)”的粒子,即使相距遙遠也具有“心電感應(yīng)”,一個發(fā)生變化,另一個會瞬時發(fā)生相應(yīng)改變。正是由于量子具有這些不同于宏觀物理世界的奇妙特性,才構(gòu)成了量子通信安全的基石。在量子保密通信中,由于量子的不可分割、不可克隆和測不準的特性,所以一旦存在竊聽就必然會被發(fā)送者察覺并規(guī)避。通過閱讀以上材料可知()-31-命題點一命題點二命題

19、點三A.電磁波是量子化的B.量子不具有波粒二象性C.可以準確測定量子的位置D.量子相互獨立互不干擾 答案解析解析關(guān)閉電磁波是一份份的能量,所以電磁波是量子化的,同時也具有波粒二象性,故A正確,B錯誤;微觀的粒子與光子都具有波粒二象性,不能準確測定量子的位置,故C錯誤;由題可知,兩個處于“糾纏態(tài)”的粒子,即使相距遙遠也具有“心電感應(yīng)”,一個發(fā)生變化,另一個會瞬時發(fā)生相應(yīng)改變,故D錯誤。故選A。 答案解析關(guān)閉A-32-命題點一命題點二命題點三7.(2017江蘇卷)質(zhì)子被加速到相同動能時,質(zhì)子的動量(選填“大于”“小于”或“等于”)粒子的動量,質(zhì)子和粒子的德布羅意波波長之比為。 答案解析解析關(guān)閉 答案解析關(guān)閉