物理第十二章 近代物理 第1节 光电效应 波粒二象性 新人教版

第十二章近代物理-2-第1节光电效应波粒二象性-4-知识梳理考点自诊一、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。(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,几乎在照到金属时立即产生光电流,时间不超过10-9s。-5-知识梳理考点自诊二、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=6.6310-34Js(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。其中逸出功是指使某种金属原子中的电子脱离金属所做功的 最小值。(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。-6-知识梳理考点自诊三、光的波粒二象性与物质波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。-7-知识梳理考点自诊1.(2017黑龙江哈尔滨期中)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 答案解析解析关闭根据光电效应的产生条件0,要产生光电效应,必须用频率更高的光。能否发生光电效应与光的强度和照射时间无关,X射线的频率大于紫外线的频率。故A、C、D错误,B正确。 答案解析关闭B-8-知识梳理考点自诊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.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 答案解析解析关闭用紫外线照射锌板是能够发生光电效应的,锌板上的电子吸收紫外线的能量从锌板表面逸出,称之为光电子,故A错误,B正确;锌板与验电器相连,使验电器带有相同电性的电荷,验电器的指针就会张开一个角度,锌板失去电子应该带正电,且锌板失去电子越多,带正电的电荷量越多,验电器两箔片张角越大,故C正确,D错误。 答案解析关闭BC-9-知识梳理考点自诊3.关于光电效应的规律,下列说法正确的是()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.发生光电效应的反应时间一般都大于10-7sD.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 答案解析解析关闭 答案解析关闭-10-知识梳理考点自诊4.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 答案关闭(1)(2)(3)(4)(5)-11-命题点一命题点二命题点三对光电效应的理解对光电效应的理解与光电效应有关的概念对比1.光子与光电子:光子不带电;光电子是光电效应时发射出来的电子,其本质是电子。2.光电子的初动能与光电子的最大初动能:光电子的初动能小于等于光电子的最大初动能。3.光电流和饱和光电流: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。-12-命题点一命题点二命题点三5.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。-13-命题点一命题点二命题点三例1(多选)(2016全国卷)现用某一光电管进行光电效应实验,当用某一频率的光入射时,有光电流产生。下列说法正确的是()A.保持入射光的频率不变,入射光的光强变大,饱和光电流变大B.入射光的频率变高,饱和光电流变大C.入射光的频率变高,光电子的最大初动能变大D.保持入射光的光强不变,不断减小入射光的频率,始终有光电流产生E.遏止电压的大小与入射光的频率有关,与入射光的光强无关 答案解析解析关闭 答案解析关闭-14-命题点一命题点二命题点三思维点拨本题主要考查光电效应。发生光电效应的条件是入射光的频率大于金属的极限频率,光的强弱只影响单位时间内发出光电子的数目;本题涉及的光电效应知识较多,很多结论都是识记的,注意把握现象的实质,明确其间的联系与区别;平时积累物理知识。-15-命题点一命题点二命题点三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-16-命题点一命题点二命题点三即学即练即学即练1.(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EkaEkbC.若UaUb,则一定有Ekab,则一定有ha-Ekahb-Ekb 答案解析解析关闭根据光电效应方程Ek=h-W和光电子的最大初动能与遏止电压的关系-eU=0-Ek,得eU=h-W,A错,B、C正确;若ab,则一定有ha-Eka=hb-Ekb=W,D错。 答案解析关闭BC-17-命题点一命题点二命题点三2.(多选)(2017四川成都一诊)下图所示为光电管的工作电路图,分别用波长为0、1、2的单色光做实验,已知102。当开关闭合后,用波长为0的单色光照射光电管的阴极K时,电流表有示数。则下列说法正确的是 ()A.光电管阴极材料的逸出功与入射光无关B.若用波长为1的单色光进行实验,则电流表的示数一定为零C.若仅增大电源的电动势,则电流表的示数一定增大D.若仅将电源的正负极对调,则电流表的示数可能为零 答案解析解析关闭光电管阴极材料的逸出功只与材料有关,而与入射光的频率、入射光的强度无关,A正确;用波长为0的光照射阴极K时,电路中有光电流,可知波长为0的光照射阴极K时,发生了光电效应;若用波长为1(10)的光照射阴极K时,虽然入射光的频率变小,但仍可能大于阴极的极限频率,仍可能发生光电效应,因此电流表的示数可能不为零,B错误;仅增大电路中电源的电动势,光电管两端电压增大,当达到饱和电流后,电流表的示数不再增大,C错误;将电路中电源的正负极对调,光电子做减速运动,若电子不能到达阳极,则此时电流表的示数为零,D正确。 答案解析关闭AD-18-命题点一命题点二命题点三光电效应四类图象问题光电效应四类图象问题四类图象-19-命题点一命题点二命题点三-20-命题点一命题点二命题点三例2(多选)(2017山西运城模拟)美国物理学家密立根利用图示的电路研究金属的遏止电压Uc与入射光频率的关系,描绘出图乙中的图象,由此算出普朗克常量h,电子电荷量用e表示,下列说法正确的是()A.入射光的频率增大,测遏制电压时,应使滑动变阻器的滑片P向M端移动B.增大入射光的强度,光电子的最大初动能也增大C.由Uc-图象可知,这种金属截止频率为c 答案解析解析关闭 答案解析关闭-21-命题点一命题点二命题点三定量分析时应抓住三个关系式(1)爱因斯坦光电效应方程:Ek=h-W0。(2)最大初动能与遏止电压的关系:Ek=eUc。(3)逸出功与极限频率的关系:W0=h0。-22-命题点一命题点二命题点三即学即练即学即练3.(2017甘肃兰州模拟)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()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.甲光对应的光电子最大初动能大于丙光的光电子最大初动能 答案解析解析关闭由图象知,甲、乙光对应的遏止电压相等,由eUc=Ek和h=W0+Ek得甲、乙光的频率相等,A错误;丙光的频率大于乙光的频率,则丙光的波长小于乙光的波长,B正确;金属发生光电效应的截止频率只与金属本身有关,所以C错误;由光电效应方程知,甲光对应的光电子最大初动能小于丙光对应的光电子最大初动能,D错误。 答案解析关闭B-23-命题点一命题点二命题点三4.(多选)下图是用光照射某种金属时逸出的光电子的最大初动能随入射光频率的变化图线(直线与横轴的交点坐标4.27,与纵轴交点坐标0.5)。已知普朗克常量为6.6310-34Js,则由图可知()A.该金属的截止频率为4.271014HzB.该金属的截止频率为5.51014HzC.该图线的斜率表示普朗克常量D.该金属的逸出功为0.5eV 答案解析解析关闭图线在横轴上的截距为截止频率,A正确,B错误;由光电效应方程Ek=h-W0,可知图线的斜率为普朗克常量,C正确;金属的逸出功为W0=h0=6.6310-344.271014J=2.8310-19J=1.77eV,D错误。 答案解析关闭AC-24-命题点一命题点二命题点三对波粒二象性的理解对波粒二象性的理解-25-命题点一命题点二命题点三-26-命题点一命题点二命题点三例3(2017浙江台州模拟)1927年戴维孙和汤姆孙分别完成了电子衍射实验,该实验是荣获诺贝尔奖的重大近代物理实验之一。如图所示的是该实验装置的简化图,下列说法不正确的是()A.亮条纹是电子到达概率大的地方B.该实验说明物质波理论是正确的C.该实验再次说明光子具有波动性D.该实验说明实物粒子具有波动性 答案解析解析关闭由题意可知,亮条纹是电子到达概率大的地方,暗条纹是粒子到达概率小的地方,故A正确;电子是实物粒子,能发生衍射现象,该实验说明物质波理论是正确的,不能说明光子的波动性,故B、D正确,C错误。本题选错误的,故选C。 答案解析关闭C-27-命题点一命题点二命题点三光的波粒二象性的规律1.从数量上看: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.从频率上看: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,贯穿本领越强,越不容易看到光的干涉和衍射现象。3.从传播与作用上看: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。-28-命题点一命题点二命题点三4.波动性与粒子性的统一:由光子的能量E=h、光子的动量表达式p=也可以看出,光的波动性和粒子性并不矛盾:表示粒子性的能量和动量的计算式中都含有表示波的特征的物理量频率和波长。-29-命题点一命题点二命题点三即学即练即学即练5.(多选)图甲为实验小组利用100多个电子通过双缝后的干涉图样,可以看出每一个电子都是一个点;如图乙为该小组利用70000多个电子通过双缝后的干涉图样,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 答案解析解析关闭题图甲中的每一个电子都是一个点,说明少数粒子体现粒子性,到达的位置不同,说明单个电子的运动轨道不确定,A正确,C错误;题图乙中明暗相间的条纹说明大量的粒子表现为波动性,B错误;明条纹是电子到达概率大的地方,D正确。 答案解析关闭AD-30-命题点一命题点二命题点三6.(2017北京平谷模拟)2016年8月16日1时40分,我国在酒泉卫星发射中心用长征二号丁运载火箭成功将世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”发射升空。在量子世界中,一个物体可以同时处在多个位置,一只猫可以处在“死”和“活”的叠加状态上;所有物体都具有“波粒二象性”,既是粒子也是波;两个处于“纠缠态”的粒子,即使相距遥远也具有“心电感应”,一个发生变化,另一个会瞬时发生相应改变。正是由于量子具有这些不同于宏观物理世界的奇妙特性,才构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、不可克隆和测不准的特性,所以一旦存在窃听就必然会被发送者察觉并规避。通过阅读以上材料可知()-31-命题点一命题点二命题点三A.电磁波是量子化的B.量子不具有波粒二象性C.可以准确测定量子的位置D.量子相互独立互不干扰 答案解析解析关闭电磁波是一份份的能量,所以电磁波是量子化的,同时也具有波粒二象性,故A正确,B错误;微观的粒子与光子都具有波粒二象性,不能准确测定量子的位置,故C错误;由题可知,两个处于“纠缠态”的粒子,即使相距遥远也具有“心电感应”,一个发生变化,另一个会瞬时发生相应改变,故D错误。故选A。 答案解析关闭A-32-命题点一命题点二命题点三7.(2017江苏卷)质子被加速到相同动能时,质子的动量(选填“大于”“小于”或“等于”)粒子的动量,质子和粒子的德布罗意波波长之比为。 答案解析解析关闭 答案解析关闭