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第 二 章 波粒二象性,知识点1 光电效应 【思维激活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,【解析】选B、C。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,带有相同电性的电荷,锌板失去电子应该带正电,且失去电子越多,带正电的电荷量越多,验电器指针张角越大,故C正确、D错误。,【知识梳理】 1.定义：照射到金属表面的光,能使金属中的_从表面逸 出的现象。 2.光电子：_中发射出来的电子。 3.光电效应规律： (1)每种金属都有一个极限频率,入射光的频率必须_这个 极限频率才能产生光电效应。低于这个频率的光不能产生光 电效应。 (2)光电子的最大初动能与入射光的_无关,只随入射光频 率的增大而_。,电子,光电效应,大于,强度,增大,(3)光电效应的发生_的,一般不超过10-9s。 (4)当入射光的频率大于极限频率时,饱和光电流的强度与 入射光的强度成_。,几乎是瞬时,正比,知识点2 爱因斯坦光电效应方程 【思维激活2】(2012上海高考)在光电效应实验中,用单色光照射某种金属表面,有光电子逸出,则光电子的最大初动能取决于入射光的( ) A.频率 B.强度 C.照射时间 D.光子数目,【解析】选A。根据爱因斯坦光电效应方程Ek=h-W0可知,当金属的极限频率确定时,光电子的最大初动能取决于入射光的频率,与光照强度、照射时间、光子数目无关,选项A对,B、C、D错。,【知识梳理】 1.光子说：在空间传播的光是不连续的,而是一份一份的,每一 份叫作一个光的能量子,简称光子,光子的能量=_。其中 h=6.6310-34Js。(称为普朗克常量) 2.逸出功W0：使电子脱离某种金属所做功的_。 3.最大初动能：发生光电效应时,金属表面上的_吸收光 子后克服原子核的引力逸出时所具有的动能的最大值。,h,最小值,电子,4.爱因斯坦光电效应方程： (1)表达式：Ek=h-_。 (2)物理意义：金属表面的电子吸收一个光子获得的能量是 h,这些能量的一部分用来克服金属的_,剩下的表 现为逸出后光电子的最大初动能Ek=_。,W0,逸出功W0,5.对光电效应规律的解释：,增大,积累能量,光电子,【微点拨】 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.波粒二象性的三个易错点： (1)光子表现为波动性,并不否认光具有粒子性。 (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。,考点1 光电效应规律的理解 区分光电效应中的五组概念 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。光子是光电效应的因,光电子是果。,深化 理解,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的情况,才具有最大初动能。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：入射光强度指单位时间内照射到金属表面单位面积上的总能量。 5.光的强度与饱和光电流：饱和光电流与入射光强度成正比的规律是对频率相同的光照射金属产生光电效应而言的,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。,【题组通关方案】 【典题1】入射光照射到某金属表面上发生光电效应,若入射光的强度减弱,而频率保持不变,则( ) A.从光照至金属表面上到发射出光电子之间的时间间隔将明显增加 B.逸出的光电子的最大初动能将减小 C.单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将减少 D.有可能不发生光电效应,【典题解析】选C。光电效应的发生几乎是瞬时的,一般不超过10-9s,且与入射光的强度无关,A错;光电子的最大初动能与入射光的强度无关,只随着入射光频率的增大而增大,入射光的强度减弱而频率保持不变,逸出的光电子的最大初动能将不变,B错;光强减弱,单位时间内入射的光子数减少,则单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将减少,C对;只要入射光的频率大于极限频率就能产生光电效应,入射光只是强度减弱而频率保持不变,故仍能发生光电效应,D错。,【典题2】(2012江苏高考)A、B两种光子的能量之比为21,它们都能使某种金属发生光电效应,且所产生的光电子最大初动能分别为EA、EB。求A、B两种光子的动量之比和该金属的逸出功。,【典题解析】光子能量=h, 动量p= 且= 得p= 则pApB=21 A照射时,光电子的最大初动能 EA=A-W0。 同理,EB=B-W0, 解得W0=EA-2EB 答案：21 EA-2EB,【加固训练】 1.硅光电池是利用光电效应原理制成的器件,下列表述正确的是( ) A.硅光电池是把光能转变为电能的一种装置 B.硅光电池中吸收了光子能量的电子都能逸出 C.逸出的光电子的最大初动能与入射光的频率无关 D.任意频率的光照射到硅光电池上都能产生光电效应,【解析】选A。光电效应是光(包括不可见光)照射金属使其逸出电子的现象,因此,硅光电池是把光能转化为电能的一种装置,A正确。根据光电效应规律知,大于极限频率的光才能被金属中的电子吸收而发生光电效应,跑向金属内部的电子并不能飞出金属,B、D错误。光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大,C错误。,2.已知金属铯的极限波长为0.66m,用0.50m的光照射铯金属表面时发射光电子的最大初动能为多少焦耳?铯金属的逸出功为多少焦耳?(普朗克常量h=6.6310-34Js),【解析】金属铯发生光电效应的极限频率0= 金属铯的逸出功 W=h0= =6.6310-34 310-19 J 由光电效应方程 Ek=h-W0= =6.6310-343108 =9.610-20 J 答案：9.610-20 J 310-19 J,【学科素养升华】 光电效应的两个决定关系 (1)逸出功W0一定时,入射光的频率决定着能否产生光电效应以及光电子的最大初动能。 (2)入射光的频率一定时,入射光的强度决定着单位时间内发射出来的光电子数。,考点2 光电效应的图像分析,对比 分析,【题组通关方案】 【典题3】(2011福建高考)爱因斯坦因提出 了光量子概念并成功地解释光电效应的规律而 获得1921年诺贝尔物理学奖。某种金属逸出光 电子的最大初动能Ekm与入射光频率的关系如 图所示,其中0为极限频率。从图中可以确定 的是( ) A.逸出功与有关 B.Ekm与入射光强度成正比 C.当0时,会逸出光电子 D.图中直线的斜率与普朗克常量有关,【典题解析】选D。金属的逸出功与入射光的频率无关,只与极限频率0有关,A错;光电子的最大初动能与入射光强度无关,与入射光的频率和金属的逸出功有关,B错;当入射光的频率小于极限频率,不能发生光电效应现象,C错;据光电效应方程Ek=h-W0可知,图像的斜率即为普朗克常量,D对。,【典题4】(2013浙江高考)小明用金属铷为阴极的光电管观测光电效应现象,实验装置示意图如图甲所示。已知普朗克常量h=6.6310-34Js。,(1)图甲中电极A为光电管的 (选填“阴极”或“阳极”); (2)实验中测得铷的遏止电压Uc与入射光频率之间的关系如图乙所示,则铷的截止频率c= Hz,逸出功W0= J; (3)如果实验中入射光的频率=7.001014Hz,则产生的光电子的最大初动能Ek= J。,【典题解析】(1)由光电管的结构知,A为阳极。 (2)Uc-图像中横轴的截距表示截止频率,c=5.141014Hz,逸出功W0=hc=6.6310-345.141014J=3.4110-19J。 (3)由爱因斯坦的光电效应方程Ek=h-W0=6.6310-34 7.001014J-3.4110-19J=1.2310-19J。 答案：(1)阳极 (2)(5.125.18)1014 (3.393.43)10-19 (3)(1.211.25)10-19,【加固训练】 1.研究光电效应规律的实验装置如图所示,以频率为的光照射光电管阴极K时,有光电子产生。由于光电管K、A间加的是反向电压,光电子从阴极K发射后将向阳极A做减速运动。光电流i由图中电流计G测出。反向电压U由电压表V测出,且遏止电压为U0。在下列表示光电效应实验规律的图像中,错误的是( ),【解析】选B。当反向电压U和入射光频率一定时,光电效应产生的光电子数与光强成正比,则单位时间内到达阳极A的光电子数与光强也成正比,故光电流i与光强I成正比,所以选项A正确。由动能定理得-eU0=0-Ek,又因Ek=h-W0,所以可知遏止电压U0与频率是线性关系,但不是正比例关系,故选项B错误。当光强与入射光频率一定时,单位时间内逸出的光电子数及其最大初动能是一定的,所形成的光电流强度会随反向电压的增大而减小,选项C正确。根据光电效应的瞬时性规律,可知选项D正确。,2.从1907年起,美国物理学家密立根开始以精湛的技术测量光电效应中几个重要的物理量。他通过如图所示的实验装置测量某金属的遏止电压Uc与入射光频率,作出Uc-的图像,由此算出普朗克常量h,并与普朗克根据黑体辐射测出的h相比较,以检验爱因斯坦方程的正确性。图中频率1、2,遏止电压Uc1、Uc2及电子的电荷量e均为已知,求： (1)普朗克常量h; (2)该金属的截止频率0。,【解析】根据爱因斯坦光电效应方程Ek=h-W0及动能定理 eUc=Ek得Uc= 结合图像知 普朗克常量 答案：,【学科素养升华】 光电效应中有关图像问题的解题方法 (1)明确图像中纵坐标和横坐标所表示的物理量。 (2)明确图像所表示的物理意义及所对应的函数关系,同时还要知道截距、交点等特殊点的意义。例如, Ekm-图像,表示了光电子的最大初动能Ekm随入射光频率的变化曲线,图甲中横轴上的截距是阴极金属的极限频率,纵轴上的截距表示了阴极金属的逸出功负值,直线的斜率为普朗克常量,图像的函数式：Ek= h-W0。,光电效应中的U-I图像,是光电流强度I随两极板间电压U的变化曲线,图乙中的Im是饱和光电流,Uc为遏止电压。,
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