【紅對勾】高考物理復(fù)習(xí) 161 光電效應(yīng) 波粒二象性課件.ppt

第十六章波粒二象性原子結(jié)構(gòu)與原子核 考綱展示 命題導(dǎo)向高考對該部分知識要求較低 但每年均有試題涉及 其中氫原子能級和核反應(yīng)方程和質(zhì)能方程等命題頻率較高 其次對物理學(xué)史 著名實驗和重要的物理學(xué)理論等 近幾年高考中也時有出現(xiàn) 其他知識點 試題呈交替出現(xiàn)情況 因此 對本章的復(fù)習(xí)應(yīng)注意既突出重點 又不丟細(xì)節(jié) 復(fù)習(xí)策略本章的重點是 氫原子能級原子核的人工轉(zhuǎn)變 原子核的組成和核能 難點是 核能和核反應(yīng)方程的書寫 宏觀領(lǐng)域的經(jīng)驗和規(guī)律在微觀領(lǐng)域遇到嚴(yán)重的障礙 微觀領(lǐng)域問題的研究方法是 從實驗事實出發(fā) 經(jīng)過分析總結(jié) 提出假設(shè) 建立模型 再經(jīng)過實驗的驗證 并發(fā)現(xiàn)新的問題 從而對假設(shè)進(jìn)行修正 如此循環(huán) 使人類的認(rèn)識不斷進(jìn)步 課時1光電效應(yīng)波粒二象性 梳理知識突破難點 課前自主學(xué)習(xí) 知識回顧 1 光電效應(yīng) 在光 包括不可見光 的照射下 從物體發(fā)射出電子的現(xiàn)象稱為光電效應(yīng) 2 光電效應(yīng)的實驗規(guī)律 簡易裝置 如圖1所示 1 任何一種金屬都有一個極限頻率 入射光的頻率必須大于這個極限頻率才能發(fā)生光電效應(yīng) 低于這個極限頻率則不能發(fā)生光電效應(yīng) 2 光電子的最大初動能與入射光的強度無關(guān) 隨入射光頻率的增大而增大 3 大于極限頻率的光照射金屬時 光電流強度 反映單位時間內(nèi)發(fā)射出的光電子數(shù)的多少 與入射光強度成正比 4 金屬受到光照 光電子的發(fā)射一般不超過10 9s 3 光子說 1 量子論 1900年德國物理學(xué)家普朗克提出 電磁波的發(fā)射和吸收不是不連續(xù)的 而是一份一份的 每一份電磁波的能量e h 2 光子說 1905年愛因斯坦提出 空間傳播的光也是不連續(xù)的 而是一份一份的 每一份稱為一個光子 光子具有的能量與光的頻率成正比 即 e h 其中h為普朗克常量 h 6 63 10 34j s 要點深化 1 金屬中的自由電子 獲得光子后其能量增大 當(dāng)能量大于逸出功時 電子即可脫離金屬表面 入射光的頻率越大 光子能量越大 電子獲得的能量也越大 飛出時的最大初動能也越大 2 光電效應(yīng)是金屬中的自由電子吸收了光子的能量后 其動能大到足以克服金屬離子對其的引力而逃逸出金屬表面 成為光電子 對一定的金屬來說 逸出功是一定的 照射光的頻率越大 光子的能量越大 從金屬中逸出的光電子的初動能就越大 如果入射光子的頻率較低 它的能量小于金屬的逸出功 就不能使金屬產(chǎn)生光電效應(yīng) 這就是存在極限頻率的原因 3 光子說成功地解釋了光電效應(yīng)現(xiàn)象 光電效應(yīng)現(xiàn)象表明光具有粒子性 基礎(chǔ)自測 2009 上海高考 光電效應(yīng)的實驗結(jié)論是 對于某種金屬 a 無論光強多強 只要光的頻率小于極限頻率就不能產(chǎn)生光電效應(yīng)b 無論光的頻率多低 只要光照時間足夠長就能產(chǎn)生光電效應(yīng)c 超過極限頻率的入射光強度越弱 所產(chǎn)生的光電子的最大初動能就越小d 超過極限頻率的入射光頻率越高 所產(chǎn)生的光電子的最大初動能就越大 知識回顧 1 愛因斯坦光電效應(yīng)方程 ek h w ek是光電子的最大初動能 w是逸出功 即從金屬表面直接飛出的光電子克服正電荷引力所做的功 2 逸出功w與極限頻率 0的關(guān)系為w h 0 要點深化 1 每個電子只能吸收一個光子的能量 光子的本質(zhì)是光 光電子的本質(zhì)是電子 二者有本質(zhì)的區(qū)別 2 金屬的逸出功w0是由金屬材料本身決定的 3 光電子的最大初動能與入射光的頻率是線性關(guān)系 但不是正比例關(guān)系 a 逸出功與 有關(guān)b ekm與入射光強度成正比c 當(dāng) 0時 會逸出光電子d 圖中直線的斜率與普朗克常量有關(guān)解析 由光電效應(yīng)方程ekm h w w h 0 與y kx b相對應(yīng)可知只有d項正確 答案 d 知識回顧 1 光的波粒二象性 1 干涉 衍射和偏振以無可辯駁的事實表明光是一種波 光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)又用無可辯駁的事實表明光是一種粒子 因此現(xiàn)代物理學(xué)認(rèn)為 光具有波粒二象性 2 正確理解波粒二象性 波粒二象性中所說的波是一種概率波 對大量光子才有意義 波粒二象性中所說的粒子 是指其不連續(xù)性 是一份能量 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 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 越不容易看到光的干涉和衍射現(xiàn)象 貫穿本領(lǐng)越強 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 4 康普頓效應(yīng) 在研究電子對x射線的散射時發(fā)現(xiàn) 有些散射波的波長比入射波的波長略大 康普頓認(rèn)為這是因為光子不僅有能量 也具有動量 實驗結(jié)果證明這個設(shè)想是正確的 因此康普頓效應(yīng)也證明了光具有粒子性 3 物質(zhì)波不是機械波 也不是電磁波 物質(zhì)波的某一地方的強度跟該處找到它所代表的概率成正比 物質(zhì)波仍是一種概率波 4 對于光子這樣的微觀粒子只有從波粒二象性的角度出發(fā) 才能統(tǒng)一說明光的各種 行為 光子說并不否認(rèn)光的電磁說 在理解光的波粒二象性時 既不能把光當(dāng)成宏觀概念中的波 也不能把光當(dāng)成微觀概念中的粒子 基礎(chǔ)自測 物理學(xué)家做了一個有趣的實驗 在光屏處放上照相用的底片 若減弱光的強度 使光子只能一個一個地通過狹縫 實驗結(jié)果表明 如果曝光時間不太長 底片只能出現(xiàn)一些不規(guī)則的點子 如果曝光時間足夠長 底片上就會出現(xiàn)規(guī)則的干涉條紋 對這個實驗結(jié)果有下列認(rèn)識 其中正確的是 a 曝光時間不太長時 底片上只能出現(xiàn)一些不規(guī)則的點子 表現(xiàn)出光的波動性b 單個光子通過雙縫后的落點可以預(yù)測c 只有大量光子的行為才能表現(xiàn)出光的粒子性d 干涉條紋中明亮的部分是光子到達(dá)機會較多的地方 解析 每個光子的運動規(guī)律是不確定的 底片上出現(xiàn)的一些不規(guī)則的點子 表明了光的粒子性 只有大量光子的行為才能表現(xiàn)出光的波動性 干涉條紋中明亮的部分是光子到達(dá)機會較多的地方 暗條紋處是光子到達(dá)機會較少的地方 答案 d 師生互動規(guī)律總結(jié) 課堂講練互動 例1 入射光照射到某金屬表面上發(fā)生光電效應(yīng) 若入射光的強度減弱 而頻率保持不變 那么 a 從光照至金屬表面上到發(fā)射出光電子之間的時間間隔將明顯增加b 逸出的光電子的最大初動能將減小c 單位時間內(nèi)從金屬表面逸出的光電子數(shù)目將減少d 有可能不發(fā)生光電效應(yīng) 解析 光電效應(yīng)瞬時 10 9s 發(fā)生 與光強無關(guān) a錯 能否發(fā)生光電效應(yīng) 只取決于入射光的頻率是否大于極限頻率 與光強無關(guān) d錯 對于某種特定金屬 光電子的最大初動能只與入射光頻率有關(guān) 入射光頻率越大 最大初動能越大 b錯 光電子數(shù)目多少與入射光強度有關(guān) 可理解為一個光子能打出一個光電子 光強減弱 逸出的光電子數(shù)目減少 c對 答案 c 題后反思 1 光電效應(yīng)的產(chǎn)生條件 入射光頻率大于金屬的極限頻率 2 入射光的頻率決定最大初動能 3 光電效應(yīng)的瞬時性 10 9s 變式1 1 2011 廣東卷 光電效應(yīng)實驗中 下列表述正確的是 a 光照時間越長光電流越大b 入射光足夠強就可以有光電流c 遏止電壓與入射光的頻率有關(guān)d 入射光頻率大于極限頻率才能產(chǎn)生光電子解析 在光電效應(yīng)中 若照射光的頻率小于極限頻率 無論光照時間多長 光照強度多大 都無光電流 當(dāng)照射光的頻率大于極限頻率時 立刻有光電子產(chǎn)生 時間間隔很小 故a b錯誤 d正確 由 eu 0 ek ek h w 可知u h w e 即遏止電壓與入射光頻率 有關(guān) 答案 cd 例2 紫光的波長為4000a 金屬鈉的逸出功為3 5 1019j 求 1 每個紫光光子的能量為多大 2 若用該紫光照射金屬鈉時 產(chǎn)生的光電子的最大初動能是多大 1a 10 10m 答案 1 5 0 10 19j 2 1 5 10 19j 變式2 1某光電管的陰極是用金屬鉀制成的 它的逸出功為2 21ev 用波長為2 5 10 7m的紫外線照射陰極 已知真空中光速為3 0 108m s 元電荷為1 6 10 19c 普朗克常量為6 63 10 34j s 求鉀的極限頻率和該光電管發(fā)射的光電子的最大初動能 例3 關(guān)于物質(zhì)的波粒二象性 下列說法中不正確的是 a 不僅光子具有波粒二象性 一切運動的微粒都具有波粒二象性b 運動的微觀粒子與光子一樣 當(dāng)它們通過一個小孔時 都沒有特定的運動軌道c 波動性和粒子性 在宏觀現(xiàn)象中是矛盾的 對立的 但在微觀高速運動的現(xiàn)象中是統(tǒng)一的d 實物的運動有特定的軌道 所以實物不具有波粒二象性 解析 光具有波粒二象性是微觀世界具有的特殊規(guī)律 大量光子運動的規(guī)律表現(xiàn)出光的波動性 而單個光子的運動表現(xiàn)出光的粒子性 光的波長越長 波動性越明顯 光的頻率越高 粒子性越明顯 而宏觀物體的德布羅意波的波長太小 實際很難觀察到波動性 不是不具有波粒二象性 d項合題意 答案 d 變式3 1在單縫衍射實驗中 中央亮紋的光強占整個從單縫射入的光強的95 以上 假設(shè)現(xiàn)在只讓一個光子通過單縫 那么該光子 a 一定落在中央亮紋處b 一定落在亮紋處c 可能落在暗紋處d 落在中央亮紋處的可能性最大 解析 大量光子的行為顯示出波動性 當(dāng)大量光子通過單縫時光子落在亮紋處的概率較大 尤其是中央亮紋處 依題將有95 以上的光子落在中央亮紋處 落在其他亮處相對少一些 落在暗紋處光子最少 注意的是暗紋處不是沒有光子落在上面 只是很少而已 只讓一個光子通過單縫 這個光子落在哪一位置是不可確定的 可以落在亮紋處 也可以落在暗紋處 只是落在中央亮紋的機會更大 有95 以上 答案 cd 感悟真題檢驗技能 隨堂鞏固訓(xùn)練 3 研究光電效應(yīng)規(guī)律的實驗裝置如圖4所示 用頻率為 的光照射光電管陰極k時 有光電子產(chǎn)生 由于光電管k a間加的是反向電壓 光電子從陰極k發(fā)射后將向陽極a做減速運動 光電流i由圖中電流計g測出 反向電壓u由電壓表v測出 當(dāng)電流計的示數(shù)恰好為零時 電壓表的示數(shù)稱為反向截止電壓u0 在下列表示光電效應(yīng)實驗規(guī)律的圖象中 錯誤的是 解析 由光電效應(yīng)規(guī)律可知 光電流的強度與光強成正比 光照射到金屬上時 光電子的發(fā)射是瞬時的 不需要時