物理選修3-5人教新課標(biāo)第十七章-波粒二象性課件

近代物理初步近代物理初步22一、光電效應(yīng)及其規(guī)律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．2．光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律(1)任何一種金屬都有一個(gè)極限頻率，入射光的頻率必須大于這個(gè)極限頻率才能發(fā)生光電效應(yīng)，低于這個(gè)極限頻率則不能發(fā)生光電效應(yīng)．(2)光電子的最大初動(dòng)能與入射光的強(qiáng)度無關(guān)，隨入射光頻率的增大而增大．(3)金屬受到光照，光電子的發(fā)射一般不超過10－9s.(4)當(dāng)入射光的頻率大于極限頻率時(shí)，飽和光電流的強(qiáng)度與入射光的強(qiáng)度成正比．一、光電效應(yīng)及其規(guī)律4(1)照射光的頻率決定著是否發(fā)生光電效應(yīng)及光電子的最大初動(dòng)能．(2)光電子是金屬表面受光照射逸出的電子，光電子也是電子，與光子不同，光子的本質(zhì)是光．4(1)照射光的頻率決定著是否發(fā)生光電效應(yīng)及光電子的最大初動(dòng)5二、光子說對(duì)光電效應(yīng)規(guī)律的理解1．光子說愛因斯坦提出：空間傳播的光不是連續(xù)的，而是一份一份的，每一份稱為一個(gè)光子，光子具有的能量與光的頻率成正比，即：E＝hν，其中h＝6.63×10－34J·s.2．愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0(Ek是光電子的最大初動(dòng)能；W0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)．3．用圖象表示光電效應(yīng)方程(1)最大初動(dòng)能Ek與入射光頻率ν的關(guān)系圖線如圖．(2)由曲線可以得到的物理量①極限頻率：圖線與ν軸交點(diǎn)的橫坐標(biāo)ν0.②逸出功：圖線與Ek軸交點(diǎn)的縱坐標(biāo)的值W0＝E.③普朗克常量：圖線的斜率k＝h.5二、光子說對(duì)光電效應(yīng)規(guī)律的理解64．對(duì)光電效應(yīng)規(guī)律的解釋對(duì)應(yīng)規(guī)律對(duì)規(guī)律的產(chǎn)生的解釋存在極限頻率ν0電子從金屬表面逸出，首先必須克服金屬原子核的引力做功W0，要使入射光子能量不小于W0，對(duì)應(yīng)的頻率ν0＝，即極限頻率光電子的最大初動(dòng)能隨著入射光頻率的增大而增大，與入射光強(qiáng)度無關(guān)電子吸收光子能量后，一部分克服阻礙作用做功，剩余部分轉(zhuǎn)化為光電子的初動(dòng)能，只有直接從金屬表面飛出的光電子才具有最大初動(dòng)能，對(duì)于確定的金屬，W0是一定的，故光電子的最大初動(dòng)能只隨入射光的頻率增大而增大效應(yīng)具有瞬時(shí)性光照射金屬時(shí)，電子吸收一個(gè)光子的能量后，動(dòng)能立即增大，不需要能量積累的過程光較強(qiáng)時(shí)飽和電流大光較強(qiáng)時(shí)，包含的光子數(shù)較多，照射金屬時(shí)產(chǎn)生的光電子較多，因而飽和電流較大光電效應(yīng)方程研究的對(duì)象是從金屬表面逸出的光電子，其列式依據(jù)為能量的轉(zhuǎn)化和守恒定律．64．對(duì)光電效應(yīng)規(guī)律的解釋對(duì)應(yīng)規(guī)律對(duì)規(guī)律的產(chǎn)生的解釋存在極限7三、用光電管研究光電效應(yīng)1．常見電路2．光電流與飽和光電流(1)入射光強(qiáng)度：指單位時(shí)間內(nèi)入射到金屬表面單位面積上的能量，可以理解為頻率一定時(shí)，光強(qiáng)越大，光子數(shù)越多．(2)光電流：指光電子在電路中形成的電流．光電流有最大值，未達(dá)到最大值以前，其大小和光強(qiáng)、電壓都有關(guān)，達(dá)到最大值以后，光電流只和光強(qiáng)有光，光強(qiáng)強(qiáng)，光電流就大．(3)飽和光電流：指在一定頻率與強(qiáng)度的光照射下的最大光電流，飽和光電流不隨電路中電壓的增大而增大．3．兩條分析線索(1)通過頻率分析：光子頻率高→光子能量大→產(chǎn)生光電子的最大初動(dòng)能大．(2)通過光的強(qiáng)度分析：對(duì)確定某種光而言，入射光強(qiáng)度大→光子數(shù)目多→產(chǎn)生的光電子多→光電流大．7三、用光電管研究光電效應(yīng)84．常見概念辨析光強(qiáng)指單位時(shí)間內(nèi)在垂直于光的傳播方向上，單位面積上光子的總能量，即n·hν(其中n為光子數(shù)，hν指一個(gè)光子的能量)．84．常見概念辨析光強(qiáng)指單位時(shí)間內(nèi)在垂直于光的傳播方向上，單9910理解光的波粒二象性時(shí)不可把光當(dāng)成宏觀觀念中的波，也不可把光當(dāng)成宏觀觀念中的粒子．10理解光的波粒二象性時(shí)不可把光當(dāng)成宏觀觀念中的波，也不可把對(duì)光電效應(yīng)規(guī)律的理解

[例1]

(1)關(guān)于光電效應(yīng)，下列說法正確的是(

)A．極限頻率越大的金屬材料逸出功越大B．只要光照射的時(shí)間足夠長(zhǎng)，任何金屬都能產(chǎn)生光電效應(yīng)C．從金屬表面逸出的光電子的最大初動(dòng)能越大，這種金屬的逸出功越小D．入射光的光強(qiáng)一定時(shí)，頻率越高，單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子數(shù)就越多(2)用紅光照射某一光電管發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)，測(cè)得光子的最大初動(dòng)能為Ek1，光電流強(qiáng)度為I1；若改用光的強(qiáng)度與上述紅光相同的紫光照射該光電管時(shí)，測(cè)得光電子的最大初動(dòng)能為Ek2，光電流強(qiáng)度為I2，則Ek1與Ek2，I1與I2的大小關(guān)系為：Ek2________Ek1，I2________I1(選填“＞”“＝”或“＜”)[思路點(diǎn)撥]

求解此題應(yīng)把握以下兩點(diǎn)：(1)強(qiáng)度相同的紅光和紫光，光子個(gè)數(shù)不同．(2)應(yīng)用光電效應(yīng)現(xiàn)象的規(guī)律求解光電子的最大初動(dòng)能、逸出功、光電流等．對(duì)光電效應(yīng)規(guī)律的理解[例1](1)關(guān)于光電效應(yīng)，下列說12[解析]

(1)由W＝hν可知A正確．照射光的頻率大于極限頻率時(shí)才能發(fā)生光電效應(yīng)，即B錯(cuò)．由Ek＝hν－W0可知C錯(cuò)．入射光的強(qiáng)度一定時(shí)，頻率越高，單個(gè)光子的能量hν越大，光子數(shù)越少，單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子數(shù)越少，故D錯(cuò)．(2)紅光光子的頻率比紫光光子的頻率小，因此紅光的光子能量小，紫光的光子能量大，當(dāng)紅光和紫光的強(qiáng)度相同時(shí)，即單位時(shí)間內(nèi)單位面積上照射的紅光光子個(gè)數(shù)多，而照射的紫光的光子個(gè)數(shù)少，根據(jù)光電效應(yīng)原理，紅光照射時(shí)，產(chǎn)生的光電子數(shù)多，光電流的強(qiáng)度大，故I1＞I2.由于紫光光子能量大，同一光電管，逸出功W0相同，根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程hν＝W0＋Ek得：用紫光照射時(shí)，光電子的最大初動(dòng)能大，Ek2＞Ek1.[答案]

(1)A

(2)＞＜12[解析](1)由W＝hν可知A正確．照射光的頻率大于極13光電效應(yīng)方程的應(yīng)用[例2]如圖，當(dāng)電鍵S斷開時(shí)，用光子能量為2.5eV的一束光照射陰極P，發(fā)現(xiàn)電流表讀數(shù)不為零．合上電鍵，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，發(fā)現(xiàn)當(dāng)電壓表讀數(shù)小于0.60V時(shí)，電流表讀數(shù)仍不為零．當(dāng)電壓表讀數(shù)大于或等于0.60V時(shí)，電流表讀數(shù)為零．(1)求此時(shí)光電子的最大初動(dòng)能的大?。?2)求該陰極材料的逸出功．[思路點(diǎn)撥]

13光電效應(yīng)方程的應(yīng)用[例2]如圖，當(dāng)電鍵S斷開時(shí)，用光14[解析]

設(shè)用光子能量為2.5eV的光照射時(shí)，光電子的最大初動(dòng)能為Ek，陰極材料逸出功為W0，當(dāng)反向電壓達(dá)到U＝0.60V以后，具有最大初動(dòng)能的光電子也達(dá)不到陽極，因此eU＝Ek由光電效應(yīng)方程：Ek＝hν－W0由以上二式：Ek＝0.6eV，W0＝1.9eV.所以光電子最大初動(dòng)能為0.6eV，該材料的逸出功為1.9eV.[答案]

(1)0.6eV

(2)1.9eV14[解析]設(shè)用光子能量為2.5eV的光照射時(shí)，光電子的15對(duì)光的波粒二象性的理解

[例3]

物理學(xué)家做了一個(gè)有趣的實(shí)驗(yàn)：在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，在光屏處放上照相底片，若減弱光的強(qiáng)度，使光子只能一個(gè)一個(gè)地通過狹縫，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，如果曝光時(shí)間不太長(zhǎng)，底片上只出現(xiàn)一些不規(guī)則的點(diǎn)子；如果曝光時(shí)間足夠長(zhǎng)，底片上就會(huì)出現(xiàn)規(guī)則的干涉條紋，對(duì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果認(rèn)識(shí)正確的是(

)A．曝光時(shí)間不長(zhǎng)時(shí)，出現(xiàn)不規(guī)則的點(diǎn)子，表現(xiàn)出光的波動(dòng)性B．單個(gè)光子通過雙縫后的落點(diǎn)無法預(yù)測(cè)C．干涉條紋中明亮的部分是光子到達(dá)機(jī)會(huì)較多的地方D．只有大量光子的行為才能表現(xiàn)出光的粒子性[思路點(diǎn)撥]

利用光的波粒二象性和光波是一種概率波分析解答．[解析]

由于光波是一種概率波，故B、C正確．A中的現(xiàn)象說明了光的粒子性，個(gè)別光子的行為通常表現(xiàn)出粒子性，故A、D錯(cuò)誤．[答案]

BC15對(duì)光的波粒二象性的理解[例3]物理學(xué)家做了一個(gè)有趣的1616本小節(jié)結(jié)束請(qǐng)按ESC鍵返回本小節(jié)結(jié)束近代物理初步近代物理初步192一、光電效應(yīng)及其規(guī)律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．2．光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律(1)任何一種金屬都有一個(gè)極限頻率，入射光的頻率必須大于這個(gè)極限頻率才能發(fā)生光電效應(yīng)，低于這個(gè)極限頻率則不能發(fā)生光電效應(yīng)．(2)光電子的最大初動(dòng)能與入射光的強(qiáng)度無關(guān)，隨入射光頻率的增大而增大．(3)金屬受到光照，光電子的發(fā)射一般不超過10－9s.(4)當(dāng)入射光的頻率大于極限頻率時(shí)，飽和光電流的強(qiáng)度與入射光的強(qiáng)度成正比．一、光電效應(yīng)及其規(guī)律21(1)照射光的頻率決定著是否發(fā)生光電效應(yīng)及光電子的最大初動(dòng)能．(2)光電子是金屬表面受光照射逸出的電子，光電子也是電子，與光子不同，光子的本質(zhì)是光．4(1)照射光的頻率決定著是否發(fā)生光電效應(yīng)及光電子的最大初動(dòng)22二、光子說對(duì)光電效應(yīng)規(guī)律的理解1．光子說愛因斯坦提出：空間傳播的光不是連續(xù)的，而是一份一份的，每一份稱為一個(gè)光子，光子具有的能量與光的頻率成正比，即：E＝hν，其中h＝6.63×10－34J·s.2．愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0(Ek是光電子的最大初動(dòng)能；W0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)．3．用圖象表示光電效應(yīng)方程(1)最大初動(dòng)能Ek與入射光頻率ν的關(guān)系圖線如圖．(2)由曲線可以得到的物理量①極限頻率：圖線與ν軸交點(diǎn)的橫坐標(biāo)ν0.②逸出功：圖線與Ek軸交點(diǎn)的縱坐標(biāo)的值W0＝E.③普朗克常量：圖線的斜率k＝h.5二、光子說對(duì)光電效應(yīng)規(guī)律的理解234．對(duì)光電效應(yīng)規(guī)律的解釋對(duì)應(yīng)規(guī)律對(duì)規(guī)律的產(chǎn)生的解釋存在極限頻率ν0電子從金屬表面逸出，首先必須克服金屬原子核的引力做功W0，要使入射光子能量不小于W0，對(duì)應(yīng)的頻率ν0＝，即極限頻率光電子的最大初動(dòng)能隨著入射光頻率的增大而增大，與入射光強(qiáng)度無關(guān)電子吸收光子能量后，一部分克服阻礙作用做功，剩余部分轉(zhuǎn)化為光電子的初動(dòng)能，只有直接從金屬表面飛出的光電子才具有最大初動(dòng)能，對(duì)于確定的金屬，W0是一定的，故光電子的最大初動(dòng)能只隨入射光的頻率增大而增大效應(yīng)具有瞬時(shí)性光照射金屬時(shí)，電子吸收一個(gè)光子的能量后，動(dòng)能立即增大，不需要能量積累的過程光較強(qiáng)時(shí)飽和電流大光較強(qiáng)時(shí)，包含的光子數(shù)較多，照射金屬時(shí)產(chǎn)生的光電子較多，因而飽和電流較大光電效應(yīng)方程研究的對(duì)象是從金屬表面逸出的光電子，其列式依據(jù)為能量的轉(zhuǎn)化和守恒定律．64．對(duì)光電效應(yīng)規(guī)律的解釋對(duì)應(yīng)規(guī)律對(duì)規(guī)律的產(chǎn)生的解釋存在極限24三、用光電管研究光電效應(yīng)1．常見電路2．光電流與飽和光電流(1)入射光強(qiáng)度：指單位時(shí)間內(nèi)入射到金屬表面單位面積上的能量，可以理解為頻率一定時(shí)，光強(qiáng)越大，光子數(shù)越多．(2)光電流：指光電子在電路中形成的電流．光電流有最大值，未達(dá)到最大值以前，其大小和光強(qiáng)、電壓都有關(guān)，達(dá)到最大值以后，光電流只和光強(qiáng)有光，光強(qiáng)強(qiáng)，光電流就大．(3)飽和光電流：指在一定頻率與強(qiáng)度的光照射下的最大光電流，飽和光電流不隨電路中電壓的增大而增大．3．兩條分析線索(1)通過頻率分析：光子頻率高→光子能量大→產(chǎn)生光電子的最大初動(dòng)能大．(2)通過光的強(qiáng)度分析：對(duì)確定某種光而言，入射光強(qiáng)度大→光子數(shù)目多→產(chǎn)生的光電子多→光電流大．7三、用光電管研究光電效應(yīng)254．常見概念辨析光強(qiáng)指單位時(shí)間內(nèi)在垂直于光的傳播方向上，單位面積上光子的總能量，即n·hν(其中n為光子數(shù)，hν指一個(gè)光子的能量)．84．常見概念辨析光強(qiáng)指單位時(shí)間內(nèi)在垂直于光的傳播方向上，單26927理解光的波粒二象性時(shí)不可把光當(dāng)成宏觀觀念中的波，也不可把光當(dāng)成宏觀觀念中的粒子．10理解光的波粒二象性時(shí)不可把光當(dāng)成宏觀觀念中的波，也不可把對(duì)光電效應(yīng)規(guī)律的理解

[例1]

(1)關(guān)于光電效應(yīng)，下列說法正確的是(

)A．極限頻率越大的金屬材料逸出功越大B．只要光照射的時(shí)間足夠長(zhǎng)，任何金屬都能產(chǎn)生光電效應(yīng)C．從金屬表面逸出的光電子的最大初動(dòng)能越大，這種金屬的逸出功越小D．入射光的光強(qiáng)一定時(shí)，頻率越高，單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子數(shù)就越多(2)用紅光照射某一光電管發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)，測(cè)得光子的最大初動(dòng)能為Ek1，光電流強(qiáng)度為I1；若改用光的強(qiáng)度與上述紅光相同的紫光照射該光電管時(shí)，測(cè)得光電子的最大初動(dòng)能為Ek2，光電流強(qiáng)度為I2，則Ek1與Ek2，I1與I2的大小關(guān)系為：Ek2________Ek1，I2________I1(選填“＞”“＝”或“＜”)[思路點(diǎn)撥]

求解此題應(yīng)把握以下兩點(diǎn)：(1)強(qiáng)度相同的紅光和紫光，光子個(gè)數(shù)不同．(2)應(yīng)用光電效應(yīng)現(xiàn)象的規(guī)律求解光電子的最大初動(dòng)能、逸出功、光電流等．對(duì)光電效應(yīng)規(guī)律的理解[例1](1)關(guān)于光電效應(yīng)，下列說29[解析]

(1)由W＝hν可知A正確．照射光的頻率大于極限頻率時(shí)才能發(fā)生光電效應(yīng)，即B錯(cuò)．由Ek＝hν－W0可知C錯(cuò)．入射光的強(qiáng)度一定時(shí)，頻率越高，單個(gè)光子的能量hν越大，光子數(shù)越少，單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子數(shù)越少，故D錯(cuò)．(2)紅光光子的頻率比紫光光子的頻率小，因此紅光的光子能量小，紫光的光子能量大，當(dāng)紅光和紫光的強(qiáng)度相同時(shí)，即單位時(shí)間內(nèi)單位面積上照射的紅光光子個(gè)數(shù)多，而照射的紫光的光子個(gè)數(shù)少，根據(jù)光電效應(yīng)原理，紅光照射時(shí)，產(chǎn)生的光電子數(shù)多，光電流的強(qiáng)度大，故I1＞I2.由于紫光光子能量大，同一光電管，逸出功W0相同，根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程hν＝W0＋Ek得：用紫光照射時(shí)，光電子的最大初動(dòng)能大，Ek2＞Ek1.[答案]

(1)A

(2)＞＜12[解析](1)由W＝hν可知A正確．照射光的頻率大于極30光電效應(yīng)方程的應(yīng)用[例2]如圖，當(dāng)電鍵S斷開時(shí)，用光子能量為2.5eV的一束光照射陰極P，發(fā)現(xiàn)電流表讀數(shù)不為零．合上電鍵，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，發(fā)現(xiàn)當(dāng)電壓表讀數(shù)小于0.60V時(shí)，電流表讀數(shù)仍不為零．當(dāng)電壓表讀數(shù)大于或等于0.60V時(shí)，電流表讀數(shù)為零．(1)求此時(shí)光電子的最大初動(dòng)能的大小．(2)求該陰極材料的逸出功．[思路點(diǎn)撥]

13光電效應(yīng)方程的應(yīng)用[例2]如圖，當(dāng)電鍵