高考物理一輪復習 波的形成與傳播課件 (28)

1、光電效應光電效應一一. 光電效應現象光電效應現象二二.光電效應規(guī)律光電效應規(guī)律三三.光子說光子說四四. 愛因斯坦光電效應方程愛因斯坦光電效應方程五、光的波粒二象性五、光的波粒二象性例題例題 例例1、 例例2、 例例3、 例例4、 例例5、 例例6 例例7、 例例8、 例例9、 例例10、 例例11、高考題選高考題選 95年年 96年上海年上海 97年上海年上海7 92年年 98年全國年全國8 03年江蘇年江蘇2 04年廣東年廣東6 00年天津年天津 00年廣東年廣東6 04年天津年天津 04年廣西年廣西6 04年北京年北京18 04年浙江年浙江192005年天津卷年天津卷17光電效應光電效應

2、一一. 光電效應現象光電效應現象二二. .光電效應規(guī)律光電效應規(guī)律1. 每種金屬都有發(fā)生光電效應的極限頻率每種金屬都有發(fā)生光電效應的極限頻率2.光電效應的產生幾乎是瞬時的光電效應的產生幾乎是瞬時的3.光電子的最大初動能光電子的最大初動能Ekm和入射光強度無關和入射光強度無關, 只隨入射光頻率只隨入射光頻率的增大而增大的增大而增大4.4. 單位時間打出的光電子與入射光強度成正比單位時間打出的光電子與入射光強度成正比三三.光子說：在空間傳播的光不是連續(xù)的，而是一份光子說：在空間傳播的光不是連續(xù)的，而是一份一份的一份的, 每一份叫每一份叫光子光子, 光子的能量跟頻率成正比光子的能量跟頻率成正比 E=

3、h h=6.6310 34 J.s普朗克恒量普朗克恒量返回返回四四. . 愛因斯坦光電效應方程愛因斯坦光電效應方程WhEWhmvKm或221愛因斯坦光電效應方程的圖象愛因斯坦光電效應方程的圖象Ek0-W0愛因斯坦光電效應方程是能量守恒定律在愛因斯坦光電效應方程是能量守恒定律在 光電效應現象中的表現形式光電效應現象中的表現形式逸出功和極限頻率的關系逸出功和極限頻率的關系0hW 極限波長和極限頻率的關系極限波長和極限頻率的關系由由 v= f 得得 00c返回返回五、光的波粒二象性五、光的波粒二象性光的干涉和衍射表明光確實是一種波，光電光的干涉和衍射表明光確實是一種波，光電 效應和康普頓效應無可辯駁

4、地證明了光是效應和康普頓效應無可辯駁地證明了光是 一種粒子，因此說：光是一種波，同時光一種粒子，因此說：光是一種波，同時光 也是一種粒子，光具有波粒二象性也是一種粒子，光具有波粒二象性 單個光子表現為粒子性單個光子表現為粒子性 大量光子的運動表現為波動性大量光子的運動表現為波動性 波長較長、頻率較低的光，波動性較顯著波長較長、頻率較低的光，波動性較顯著 波長較短、頻率較高的光，粒子性較顯著波長較短、頻率較高的光，粒子性較顯著 光是一種概率波光是一種概率波 一切微觀粒子都有波粒二象性一切微觀粒子都有波粒二象性 返回返回 例例在研究光電效應的實驗中，根據測得的數據繪在研究光電效應的實驗中，根據測得

5、的數據繪出光電子最大初動能出光電子最大初動能Ek跟照射光頻率跟照射光頻率的關系圖象如的關系圖象如圖所示圖所示.圖線的斜率圖線的斜率tg ，橫軸上的截距表示，橫軸上的截距表示該金屬發(fā)生光電效應的該金屬發(fā)生光電效應的 ，縱軸上的截距，縱軸上的截距的絕對值表示該金屬的的絕對值表示該金屬的 的大小的大小.若換用其他金若換用其他金屬做同樣的實驗，測繪得到的圖線與此圖的圖線相屬做同樣的實驗，測繪得到的圖線與此圖的圖線相比較比較 相同，相同， 不同不同. h極限頻率極限頻率逸出功逸出功斜率斜率縱橫截距縱橫截距返回返回Ek0 光電效應的規(guī)律是：光電效應的規(guī)律是： 任何一種金屬都有一個任何一種金屬都有一個_頻率

6、頻率, 入射光的入射光的頻率必須頻率必須_這個頻率這個頻率, 才能產生光電效應才能產生光電效應; (2) 光電子的最大初動能與光電子的最大初動能與 無關無關, 只只隨著隨著 的增大而增大的增大而增大; (3) 入射光照射到金屬上時入射光照射到金屬上時, 光電子的發(fā)射幾乎是光電子的發(fā)射幾乎是_, 一般不超過一般不超過_; (4) 產生光電效應時產生光電效應時, 光電流的強度與光電流的強度與 成成正比正比. 極限極限大于大于入射光的強度入射光的強度入射光頻率入射光頻率瞬時的瞬時的10-9秒秒入射光的強度入射光的強度例例1返回返回例例2、在、在X射線管中，由陰極發(fā)射的電子被加速后打射線管中，由陰極發(fā)

7、射的電子被加速后打到陽極，會產生包括到陽極，會產生包括X光在內的各種能量的光子，其光在內的各種能量的光子，其中光子能量的最大值等于電子的動能。若倫琴射線中光子能量的最大值等于電子的動能。若倫琴射線管陽極與陰極間所加電壓為管陽極與陰極間所加電壓為3.00104V, 求倫琴射線求倫琴射線管所發(fā)出的管所發(fā)出的X射線的最短波長是多少射線的最短波長是多少?解解：電子被加速后具有的能量：電子被加速后具有的能量 EK=eU電子撞擊陽極發(fā)出電子撞擊陽極發(fā)出X射線，當電子的動能全部變射線，當電子的動能全部變 為光子的能量為光子的能量h時，時， X射線的波長最短射線的波長最短 EK= h eU=hc= hc/ e

8、U=4.1410 -11 m返回返回 例例3、從太陽到達地球的光流強度，在垂直于光的、從太陽到達地球的光流強度，在垂直于光的傳播方向上是傳播方向上是1.4103 W/m2 ，如果把太陽光看成是，如果把太陽光看成是平均頻率為平均頻率為5 1014 Hz的單色光，在垂直于太陽光的的單色光，在垂直于太陽光的地球表面的地球表面的 1 cm2 的面積上，每秒接收到的光子數有的面積上，每秒接收到的光子數有多少個？多少個？解解：每秒鐘太陽光照到地球上：每秒鐘太陽光照到地球上1 cm2的能量為的能量為E= 1.4103 110-4= 0.14 J 每個光子的能量為每個光子的能量為E 1=h=6.63 10-3

9、4 5 1014 =3.3 10 -19 J n=E/ E 1 = 0.14 / 3.3 10 -19 =4.2 10 17個個返回返回例例4、 有一小燈泡的規(guī)格為有一小燈泡的規(guī)格為“6V、0.3A”，正常工作時大約有正常工作時大約有6%的電能轉變?yōu)榭梢姽?，的電能轉變?yōu)榭梢姽猓嚬浪忝恳幻腌娽尫懦鰜淼目梢姽獾墓庾訑?。試估算每一秒鐘釋放出來的可見光的光子數。解：解：一秒鐘消耗電能一秒鐘消耗電?W=Pt=UIt=1.8J 一秒鐘轉變成的可見光能一秒鐘轉變成的可見光能 E=0.06 1.8= 0.108J 每個光子的能量為每個光子的能量為 E1=h E= n h 可見光的頻率粗略取可見光的頻率粗略

10、取 =510 14Hzn=Eh =0.108(6.6310 34 51014) = 310 17返回返回例例5在綠色植物光合作用下，每放出在綠色植物光合作用下，每放出1mol 的的O2，植，植物儲存物儲存451.5kJ 能量，綠色植物能量轉化效率（即植能量，綠色植物能量轉化效率（即植物儲存的能量與植物吸收光的能量之比）約物儲存的能量與植物吸收光的能量之比）約50%，則綠色植物每放出則綠色植物每放出1個氧分子要吸收個氧分子要吸收 個波長為個波長為 的光子，的光子， （普朗克常量（普朗克常量 ），）， 阿伏加德羅常量阿伏加德羅常量m106.637sJ106.63h34123mo106.02Nl解：

11、解：每放出每放出1個氧分子儲存能量為個氧分子儲存能量為451.5103/N (J)每放出每放出1個氧分子要吸收能量為個氧分子要吸收能量為E=2451.5103/N (J）=1.5 10-18 J一個光子的能量為一個光子的能量為 E1=hc/=310 -19 Jn=E/E1=5 (個）個）5返回返回 例例6、某金屬用頻率為、某金屬用頻率為v2 的光照射時產生的光電的光照射時產生的光電子的最大初動能是用頻率為子的最大初動能是用頻率為v1的光照射產生的光的光照射產生的光電子的最大初動能的電子的最大初動能的2倍，則這種金屬的逸出功倍，則這種金屬的逸出功W 解：解：WhE1K1WhE2K2W)2(hWh

12、12)2h(W21)2h(21返回返回例例7、 已知某金屬表面接受波長為已知某金屬表面接受波長為和和2的單色光照的單色光照射時射時, 釋放出的光電子的最大初動能分別為釋放出的光電子的最大初動能分別為30eV和和10eV, 則能使此金屬表面產生光電效應的入射光的極則能使此金屬表面產生光電效應的入射光的極限波長是限波長是 .解：由光電效應方程解：由光電效應方程 EK1 = hc /- W=30eV （1）EK2 = hc /2- W= 10eV （2）由極限波長的定義由極限波長的定義0= hc/0- W （3）解得解得 W=10eV hc /=40 eV 0 = 44返回返回 例例8、 用光子能量

13、為用光子能量為4.5eV的光照射某金屬的光照射某金屬, 從該金從該金屬表面逸出的電子最大初動能為屬表面逸出的電子最大初動能為2.0eV. 這種金屬的這種金屬的電子逸出功為電子逸出功為_, 能使這種金屬產生光電效應能使這種金屬產生光電效應的光的極限頻率為的光的極限頻率為 _ . 如果以光子能如果以光子能量量8.0eV的光照射該金屬的光照射該金屬, 則逸出的電子的最大初動則逸出的電子的最大初動能是能是_.解：解：W=h- EK= 4.5 - 2.0 =2.5 eV0=W/h=2.5 1.6 10-19 / 6.6310-34= 61014HzEK1= h1- W = 8 - 2.5 = 5.5 e

14、V2.5eV61014Hz5.5eV返回返回 例例9、已知每秒鐘從太陽已知每秒鐘從太陽射到地球上垂直于太陽光的每平射到地球上垂直于太陽光的每平方米截面上的輻射能為方米截面上的輻射能為1.410 3 J，其中可見光約占，其中可見光約占45%。設可見光的波長均為。設可見光的波長均為0.55m，太陽向各個方向的輻射，太陽向各個方向的輻射是均勻的，太陽與地球間距離為是均勻的，太陽與地球間距離為1.510 11 m，則太陽每，則太陽每 秒輻射出的可見光的光子數大約為秒輻射出的可見光的光子數大約為 。（只要求二位有效數字）（只要求二位有效數字）解解：太陽每秒輻射出來的能量太陽每秒輻射出來的能量 E=4R2

15、 1.410 3 J = 4 3.14 (1.5 1011) 2 1.4 103 = 410 26 J 根據題意有，根據題意有，E 45%=n hc/ n= E 45% / hc =410 26 0.45 0.55 10 - 66.6 10-34 3 108 = 4.910 44 4.910 44返回返回返回返回例例10、 在光電效應實驗中，當用光子能量在光電效應實驗中，當用光子能量E3.1eV的單色光照射陰極的單色光照射陰極K時，時，(如圖如圖)，產生少量電流，產生少量電流.若若K極接正，極接正，A極接負，當兩極間電壓為極接負，當兩極間電壓為0.9V時，光電流時，光電流恰好截止恰好截止.那么

16、當那么當A極接正，極接正，K極接負，電壓仍為極接負，電壓仍為0.9V的時光電子到達的時光電子到達A極的最大動能極的最大動能Ek2 eV，此，此金屬的逸出功金屬的逸出功W eV.解解：打出的光電子具有初動能，若：打出的光電子具有初動能，若A、K間加上反向電間加上反向電壓時，電場力做負功，當壓時，電場力做負功，當E K=eU反反光電流恰好截止光電流恰好截止. E K1=0.9 eV由由 E K1=E-W 逸出功逸出功W=E- E K1 =2.2 eV 若若A、K間加上正向電壓時，電場力做正功，光電子間加上正向電壓時，電場力做正功，光電子 到達到達A極的最大動能為：極的最大動能為：Ek2E K1+

17、eU =0.9+0.9=1.8 eV1.82.2返回返回例例11、圖、圖(a)所示為光電效應實驗電路圖所示為光電效應實驗電路圖.在某一定強在某一定強度，一定頻率的色光照射下，調節(jié)電位器可得到不度，一定頻率的色光照射下，調節(jié)電位器可得到不同電壓與電流曲線如圖同電壓與電流曲線如圖(b)所示所示.若改變照射光頻率若改變照射光頻率可可得到圖得到圖(c)所示光電子最大初動能與照射光頻率的關所示光電子最大初動能與照射光頻率的關系曲線系曲線.當用波長為當用波長為510-7m的光照射時，已知截止的光照射時，已知截止電壓電壓Uc- 0.38V.試求：試求：(1)光電子的最大初動能；光電子的最大初動能；(2)陰極

18、材料的逸出功；陰極材料的逸出功；(3)陰極材料的極限頻率陰極材料的極限頻率.(b)Ek00UIUC(c)解：解：入射光子的能量為入射光子的能量為hc/=6.6310-34 3108/ 510-7 =3.98 10-19J = 2.49eV(1) EK=-eUc=0.38eV= 6.0810-20J(2)W= hc/- EK=2.49-0.38=2.11eV(3)0=W/h=2.111.6 10-19 / 6.6310-34 = 5.11014Hz返回返回4、在演示光電效應的實驗中，原來不帶電的、在演示光電效應的實驗中，原來不帶電的一塊鋅板與靈敏驗電器相連用弧光燈照射鋅一塊鋅板與靈敏驗電器相連用

19、弧光燈照射鋅板時，驗電器的指針就張開一個角度，這時板時，驗電器的指針就張開一個角度，這時 ( )A鋅板帶正電，指針帶負電鋅板帶正電，指針帶負電B鋅板帶正電，指針帶正電鋅板帶正電，指針帶正電C鋅板帶負電，指針帶正電鋅板帶負電，指針帶正電D鋅板帶負電，指針帶負電鋅板帶負電，指針帶負電B返回返回當某種單色光照射到金屬表面時，金屬表面有光電子當某種單色光照射到金屬表面時，金屬表面有光電子逸出如果光的強度減弱，頻率不變，則：逸出如果光的強度減弱，頻率不變，則： ( )A光的強度減弱到某一最低數值時，就沒有光電子光的強度減弱到某一最低數值時，就沒有光電子逸出逸出B單位時間內逸出的光電子數減少單位時間內逸出

20、的光電子數減少C逸出光電子的最大初動能減小逸出光電子的最大初動能減小D單位時間內逸出的光電子數和光電子的最大初動單位時間內逸出的光電子數和光電子的最大初動能都要減小能都要減小B6、紅、橙、黃、綠四種單色光中，光子能量最小的、紅、橙、黃、綠四種單色光中，光子能量最小的是：（是：（96年全國高考題年全國高考題） ( )A紅光紅光 B橙光橙光 C黃光黃光 D綠光綠光A返回返回 7、關于光的本性，早期有牛頓、關于光的本性，早期有牛頓的微粒說和惠更斯的的微粒說和惠更斯的 ，后來又有麥克斯韋，后來又有麥克斯韋的電磁說本世紀初，為解釋的電磁說本世紀初，為解釋 現象，愛現象，愛因斯坦提出了光子說因斯坦提出了光

21、子說波動說波動說光電效應光電效應97年上海高考年上海高考如圖所示，一靜電計與鋅板相連，在如圖所示，一靜電計與鋅板相連，在A處處用一紫外燈照射鋅板，關燈后，指針保持一定偏角用一紫外燈照射鋅板，關燈后，指針保持一定偏角（1）現用一帶負電的金屬小球與鋅板接觸，則靜電計）現用一帶負電的金屬小球與鋅板接觸，則靜電計指針偏角將指針偏角將_（填增大、減小或不變）；（填增大、減小或不變）；（2）使靜電計指針回到零，再用相同強度的鈉燈發(fā)出）使靜電計指針回到零，再用相同強度的鈉燈發(fā)出的黃光照射鋅板，靜電計指針無偏轉那么，若改用的黃光照射鋅板，靜電計指針無偏轉那么，若改用強度更大的紅外線燈照射鋅板，可觀察到靜電計指

22、針強度更大的紅外線燈照射鋅板，可觀察到靜電計指針_（填有或無）偏轉（填有或無）偏轉減小減小無無返回返回 8.已知銫的極限頻率為已知銫的極限頻率為4.5451014赫，鈉的赫，鈉的極限頻率為極限頻率為6.0001014赫，銀的為赫，銀的為1.153/1015赫赫，鉑的為，鉑的為1.5291015赫。當用波長為赫。當用波長為0.375微米微米的光照射它們時，可發(fā)生光電效應的是的光照射它們時，可發(fā)生光電效應的是 _ 。 f=c/= 3108 / 0.375 10 6 =8 1014Hz銫銫 、鈉、鈉返回返回8、一細束平行光經玻璃三棱鏡折射后分解、一細束平行光經玻璃三棱鏡折射后分解為互相分離的三束光，

23、分別照射到相同的金為互相分離的三束光，分別照射到相同的金屬板屬板a，b，c上，如圖所示已知金屬板上，如圖所示已知金屬板b有有光電子放出，則可知光電子放出，則可知 ( )A板板a一定不放出光電子一定不放出光電子B板板a一定放出光電子一定放出光電子C板板c一定不放出光電子一定不放出光電子D板板c一定放出光電子一定放出光電子acbD返回返回2用某種單色光照射某種金屬表面，發(fā)生光電效用某種單色光照射某種金屬表面，發(fā)生光電效應，現將該單色光的光強減弱，則（應，現將該單色光的光強減弱，則（ ）A光電子的最大初動能不變光電子的最大初動能不變 B光電子的最大初動能減少光電子的最大初動能減少C單位時間內產生的光

24、電子數減少單位時間內產生的光電子數減少 D可能不發(fā)生光電效應可能不發(fā)生光電效應A C返回返回 分別用波長為分別用波長為和和 的單色光照射同一的單色光照射同一金屬板金屬板,發(fā)出的光電子的最大初動能之比為發(fā)出的光電子的最大初動能之比為1:2,以以h表示普朗克常量表示普朗克常量,c表示真空中的光速表示真空中的光速,則此則此金屬板的逸出功為金屬板的逸出功為（ ） A B C D3412hc23hc45hchc43B返回返回已知金屬銫的逸出功為已知金屬銫的逸出功為1.9eV ，在光電效應實，在光電效應實驗中，要使銫表面發(fā)出的光電子的最大動能為驗中，要使銫表面發(fā)出的光電子的最大動能為1.0eV，入射光的波

25、長應為，入射光的波長應為 m。解：解：根據愛因斯坦光電效應方程根據愛因斯坦光電效應方程E=h-WHzhWE143419100 . 71063. 6106 . 19 . 2mc7148103 . 4100 . 71034.310-7 m返回返回6圖為圖為X射線管的結構示意圖，射線管的結構示意圖，E為燈絲電源，要為燈絲電源，要使射管發(fā)出使射管發(fā)出X射線，須在射線，須在K、A兩電極間加上幾萬伏的兩電極間加上幾萬伏的直流高壓，直流高壓， ( ) （A）高壓高源正極應接在）高壓高源正極應接在P點，點，X射線從射線從K極發(fā)出極發(fā)出（B）高壓電源正極應接在）高壓電源正極應接在P點，點，X射線從射線從A極發(fā)出

26、極發(fā)出（C）高壓電源正極應接在）高壓電源正極應接在Q點，點，X射線從射線從K極發(fā)出極發(fā)出（D）高壓電源正極應接在）高壓電源正極應接在Q點，點，X射線從射線從A極發(fā)出極發(fā)出D返回返回 20人眼對綠光最為敏感。正常人的眼睛接收到波人眼對綠光最為敏感。正常人的眼睛接收到波長為長為530nm的綠光時，只要每秒有的綠光時，只要每秒有6個綠光的光子射入個綠光的光子射入瞳孔，眼睛就能察覺。普朗克常量為瞳孔，眼睛就能察覺。普朗克常量為 6.6310-34 J S ，光速為光速為 3108 m/s ，則人眼能察覺到綠光時所接收到，則人眼能察覺到綠光時所接收到的最小功率是的最小功率是（ ）A 2.31018 W

27、B 3.81019 WC 71048 W D 1.21048 WA返回返回 氦氦氖激光器發(fā)出波長為氖激光器發(fā)出波長為633nm的激光，當激光器的激光，當激光器的輸出功率為的輸出功率為1mW時，每秒發(fā)出的光子數為時，每秒發(fā)出的光子數為 （ ） A2.21015 B3.21015 C2.21014 D3.21014解：每個光子的能量為解：每個光子的能量為E1=hc/= 6.6310-34 3108633 10-9 =3.14 10-19J 由題意由題意 nE1=Pt n= Pt /E1= 10-3 / 3.14 10-19 = 3.21015 B04年上海年上海9、 在光電效應實驗中在光電效應實驗中,如果實驗儀器及線路完好如果實驗儀器及線路完好,當光照射到光電管上時當光照射到光電管上時,靈敏電流計中沒有電流通過靈敏電流計中沒有電流通過,可可能的原因是：能的原因是： 。入射光波長太大（或反向電壓太大）入射光波長太大（或反向電壓太大） 返回返回 已知一束可見光已知一束可見光a是由是由m、n、p三種三種單色光組成的。檢測發(fā)現三種單色光中，單色光組成的。檢測