（江浙選考1）2020版高考物理總復(fù)習(xí) 第十六章 近代物理初步 第36講 光電效應(yīng) 波粒二象性課件.ppt

第36講光電效應(yīng)波粒二象性,考點(diǎn)一,考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,能量的量子化 核心知識(shí)整合 1.量子化假設(shè) 黑體的空腔壁由大量振子(振動(dòng)著的帶電微粒)組成,其能量只能是某一最小能量值的,并以這個(gè)最小能量值為單位一份一份地吸收或輻射。 2.能量子 (1)定義:不可再分的最小能量值。 (2)關(guān)系式:=h,是,h是, h=6.6310-34 Js。,整數(shù)倍,電磁波的頻率,普朗克常量,考點(diǎn)一,考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,關(guān)鍵能力提升 命題點(diǎn)一能量子 【例1】 以下宏觀概念,哪些是“量子化”的() A.木棒的長度B.物體的質(zhì)量 C.物體的動(dòng)量D.學(xué)生的個(gè)數(shù),答案:D 解析:木棒的長度、物體的質(zhì)量、物體的動(dòng)量都可以取任意數(shù)值,因而不是量子化的,而學(xué)生的個(gè)數(shù)只能是分立的數(shù)目,是量子化的。,考點(diǎn)一,考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,【例2】 2017年初,我國研制的“大連光源”極紫外自由電子激光裝置,發(fā)出了波長在100 nm(1 nm=10-9 m)附近連續(xù)可調(diào)的極紫外激光脈沖,大連光源因其光子的能量大、密度高,可在能源利用、光刻技術(shù)、霧霾治理等領(lǐng)域的研究中發(fā)揮重要作用。一個(gè)處于極紫外波段的光子所具有的能量可以電離一個(gè)分子,但又不會(huì)把分子打碎。據(jù)此判斷,能夠電離一個(gè)分子的能量約為(取普朗克常量h=6.610-34 Js,真空光速c=3108 m/s)() A.10-21 JB.10-18 J C.10-15 JD.10-12 J,答案:B 解析:=h= ,代入已知數(shù)據(jù)可得,=210-18 J。,考點(diǎn)一,考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,方法技巧1.物體在輻射或吸收能量的時(shí)候,只能從某一狀態(tài)“飛躍”地過渡到另一狀態(tài),而不可能停留在不符合這些能量的任何一個(gè)中間狀態(tài)。 2.在宏觀尺度內(nèi)研究物體的運(yùn)動(dòng)時(shí)我們可以認(rèn)為,物體的運(yùn)動(dòng)是連續(xù)的,能量變化是連續(xù)的,不必考慮量子化;在研究微觀粒子時(shí)必須考慮能量量子化。,考點(diǎn)一,考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,命題點(diǎn)二黑體與黑體輻射 【例3】 能正確解釋黑體輻射實(shí)驗(yàn)規(guī)律的是() A.能量的連續(xù)經(jīng)典理論 B.普朗克提出的能量量子化理論 C.以上兩種理論體系任何一種都能解釋 D.牛頓提出的能量微粒說,答案:B 解析:根據(jù)黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律,隨著溫度的升高,一方面各種波長的輻射強(qiáng)度都有增加;另一方面,輻射強(qiáng)度的極大值向波長較短的方向移動(dòng),只能用普朗克提出的能量量子化理論才能得到滿意的解釋,B正確。,考點(diǎn)一,考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,光的粒子性 核心知識(shí)整合 1.光電效應(yīng)現(xiàn)象:在光的照射下金屬中的電子從金屬表面逸出的現(xiàn)象,叫,發(fā)射出來的電子叫。,光電效應(yīng),光電子,考點(diǎn)一,考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,2.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,入射光的頻率必須這個(gè)極限頻率才能發(fā)生光電效應(yīng),這個(gè)極限頻率則不能發(fā)生光電效應(yīng)。(均選填“大于”“小于”或“等于”) (2)光電子的最大初動(dòng)能與入射光的無關(guān),隨入射光 的增大而增大。 (3)金屬受到光照,光電子的發(fā)射是瞬時(shí)的,一般不超過10-9 s。 (4)當(dāng)入射光的頻率不變且大于極限頻率時(shí),飽和光電流與入射光的成正比。,大于,小于,強(qiáng)度,頻率,強(qiáng)度,考點(diǎn)一,考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,3.幾個(gè)重要的概念 (1)入射光強(qiáng)度:單位時(shí)間內(nèi)入射到金屬表面單位面積上的能量。在實(shí)驗(yàn)中,入射光的頻率不變,因而入射光強(qiáng)度越大,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,其大小和入射光強(qiáng)度、電壓都有關(guān);達(dá)到最大值以后,光電流和入射光強(qiáng)度成正比。 (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。 4.愛因斯坦光電效應(yīng)方程 (1)光子:愛因斯坦提出,空間傳播的光不是的,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成正比,即=,其中h=6.6310-34 Js,叫普朗克常量。 (2)愛因斯坦光電效應(yīng)方程:h=Ek+W0或Ek=h-W0。,連續(xù),頻率,h,考點(diǎn)一,考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,5.對(duì)光電效應(yīng)規(guī)律的解釋 (1)存在極限頻率0: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,因而入射光子能量不小于W0,對(duì)應(yīng)的頻率即極限頻率,(2)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):電子吸收光子的能量后,一部分克服金屬內(nèi)部的阻礙作用做功,剩余部分轉(zhuǎn)化為電子的初動(dòng)能,只有直接從金屬表面飛出的電子克服阻礙作用做功最少(逸出功W0),才具有最大初動(dòng)能,對(duì)于確定的金屬,W0一定,故光電子的最大初動(dòng)能只隨著入射光頻率的增大而增大。,考點(diǎn)一,考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,(3)光電效應(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。 (4)入射光強(qiáng)度越大飽和光電流越大:入射光較強(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。,考點(diǎn)一,考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,關(guān)鍵能力提升 命題點(diǎn)一光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)原理 【例4】 用一束紫外線照射某金屬時(shí)不能發(fā)生光電效應(yīng),可能使該金屬發(fā)生光電效應(yīng)的措施是() A.改用紅光照射 B.改用X射線照射 C.改用強(qiáng)度更大的原紫外線照射 D.延長原紫外線的照射時(shí)間,答案,解析,考點(diǎn)一,考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,【例5】 用強(qiáng)度相同的紅光和藍(lán)光分別照射同一種金屬,均能使該金屬發(fā)生光電效應(yīng)。下列判斷正確的是() A.用紅光照射時(shí),該金屬的逸出功小,用藍(lán)光照射時(shí)該金屬的逸出功大 B.用紅光照射時(shí),該金屬的截止頻率低,用藍(lán)光照射時(shí)該金屬的截止頻率高 C.用紅光照射時(shí),逸出光電子所需時(shí)間長,用藍(lán)光照射時(shí)逸出光電子所需時(shí)間短 D.用紅光照射時(shí),逸出的光電子最大初動(dòng)能小,用藍(lán)光照射時(shí)逸出的光電子最大初動(dòng)能大,答案,解析,考點(diǎn)一,考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,命題點(diǎn)二愛因斯坦光電效應(yīng)方程 【例6】 (多選)在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中,分別用頻率為a、b的單色光a、b照射到同種金屬上,測(cè)得相應(yīng)的遏止電壓分別為Ua和Ub、光電子的最大初動(dòng)能分別為Eka和Ekb。h為普朗克常量。下列說法正確的是() A.若ab,則一定有Uab,則一定有EkaEkb C.若Uab,則一定有ha-Ekahb-Ekb,答案,解析,考點(diǎn)一,考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,【例7】 (多選)下圖是用光照射某種金屬時(shí)逸出的光電子的最大初動(dòng)能隨入射光頻率的變化圖線(直線與橫軸的交點(diǎn)為4.27,與縱軸交點(diǎn)為0.5)。由圖可知() A.該金屬的截止頻率為4.271014 Hz B.該金屬的截止頻率為5.51014 Hz C.該圖線的斜率表示普朗克常量 D.該金屬的逸出功為0.5 eV,答案,解析,考點(diǎn)一,考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,方法技巧光電效應(yīng)常用四類圖象,考點(diǎn)一,考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,考點(diǎn)一,考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,命題點(diǎn)三康普頓效應(yīng) 【例8】 (多選)(2017浙江寧波北侖中學(xué)期中)下列實(shí)驗(yàn)中,深入地揭示了光的粒子性一面的有(),答案,解析,考點(diǎn)一,考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,【例9】 (多選)美國物理學(xué)家康普頓在研究石墨對(duì)X射線的散射時(shí),發(fā)現(xiàn)光子除了具有能量之外還具有動(dòng)量,被電子散射的X光子與入射的X光子相比() A.速度減小 B.頻率減小 C.波長減小 D.能量減小 易錯(cuò)提醒康普頓效應(yīng)證明光具有粒子性,X光散射后光子的動(dòng)量 減小,碰撞前后光子速度保持光速不變,即頻率減小,光子能量h減小。,答案,解析,考點(diǎn)一,考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,粒子的波動(dòng)性 核心知識(shí)整合 1.光的波粒二象性 (1)光的干涉、衍射、偏振現(xiàn)象證明光具有性。 (2)光電效應(yīng)說明光具有性。 (3)光既具有波動(dòng)性,又具有粒子性,稱為光的性。 2.物質(zhì)波 任何一個(gè)運(yùn)動(dòng)著的物體,小到微觀粒子大到宏觀物體都有一種波與它對(duì)應(yīng),其波長 ,p為運(yùn)動(dòng)物體的,h為普朗克常量。,波動(dòng),粒子,波粒二象,動(dòng)量,考點(diǎn)一,考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,3.概率波 大量光子產(chǎn)生的效果顯示出,個(gè)別光子產(chǎn)生的效果顯示出,光波是,光子的行為服從規(guī)律,對(duì)于電子和其他微粒,由于同樣具有波粒二象性,所以它們的物質(zhì)波也是。 4.不確定性關(guān)系 在經(jīng)典力學(xué)中,一個(gè)質(zhì)點(diǎn)的位置和動(dòng)量是可以同時(shí)測(cè)定的,在量子力學(xué)中,要同時(shí)測(cè)出微觀粒子的位置和動(dòng)量是不可能的,我們把這種關(guān)系叫關(guān)系。,波動(dòng)性,粒子性,概率波,統(tǒng)計(jì),概率波,不確定性,考點(diǎn)一,考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,關(guān)鍵能力提升 命題點(diǎn)一物質(zhì)波 【例10】 (2017浙江寧波諾丁漢大學(xué)附屬中學(xué)期末)一個(gè)德布羅意波長為1的中子和另一個(gè)德布羅意波長為2的氘核同向正碰后結(jié)合成一個(gè)氚核,該氚核的德布羅意波長為(),答案,解析,考點(diǎn)一,考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,命題點(diǎn)二概率波 【例11】 用很弱的光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn),把入射光減弱到可以認(rèn)為光源和感光膠片之間不可能同時(shí)有兩個(gè)光子存在,如圖所示是不同數(shù)量的光子照射到感光膠片上得到的照片。這些照片說明() A.光只有粒子性沒有波動(dòng)性 B.光只有波動(dòng)性沒有粒子性 C.少量光子的運(yùn)動(dòng)顯示波動(dòng)性,大量光子的運(yùn)動(dòng)顯示粒子性 D.少量光子的運(yùn)動(dòng)顯示粒子性,大量光子的運(yùn)動(dòng)顯示波動(dòng)性,答案,解析,考點(diǎn)一,考點(diǎn)二,考點(diǎn)三,【例12】 (多選)在單縫衍射實(shí)驗(yàn)中,中央亮條紋的光強(qiáng)占從單縫射入的整個(gè)光強(qiáng)的95%以上,假設(shè)現(xiàn)在只讓一個(gè)光子通過單縫,那么該光子() A.一定落在中央亮條紋處 B.一定落在亮條紋處 C.可能落在暗條紋處 D.落在中央亮條紋處的可能性最大,答案,解析,1,2,3,4,5,1.(多選)(2018浙江湖州期末)下列說法正確是() A.電子的衍射圖樣說明光的波動(dòng)性 B.粒子散射實(shí)驗(yàn)證實(shí)原子核由質(zhì)子、中子組成 C.德布羅意波和光波都是概率波 D.康普頓效應(yīng)和光電效應(yīng)深入揭示了光的粒子性,答案,解析,1,2,3,4,5,2.(多選)(2018浙江杭州預(yù)測(cè))關(guān)于近代物理實(shí)驗(yàn),下列說法正確的有() A.光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中,一定顏色的可以產(chǎn)生光電效應(yīng)的光,入射光越強(qiáng),單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)越多 B.在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中,入射光的頻率大于截止頻率時(shí)不發(fā)生光電效應(yīng) C.康普頓效應(yīng)表明,光子除了具有能量之外還具有動(dòng)量 D.一個(gè)電子和一個(gè)質(zhì)子具有同樣的動(dòng)能時(shí),質(zhì)子的德布羅意波波長更長,答案,解析,1,2,3,4,5,3.(多選)(2018浙江11月選考)處于較高能級(jí)的氫原子向較低能級(jí)躍遷時(shí),能輻射出a、b兩種可見光,a光照射某金屬表面時(shí)有光電子逸出,b光照射該金屬表面時(shí)沒有光電子逸出,則() A.以相同的入射角射向一平行玻璃磚,a光的側(cè)移量小于b光的 B.垂直入射到同一單縫衍射裝置,a光的衍射中央亮條紋寬度小于b光的 C.a光和b光的頻率之比可能是 D.a光子的動(dòng)量大于b光子的,答案,解析,1,2,3,4,5,4.某激光器能發(fā)射波長為的激光,發(fā)射功率為P,c表示光速,h表示普朗克常量,則激光器每分鐘發(fā)射的光子數(shù)為 (),答案,解析,1,2,3,4,5,5.如圖甲所示,合上開關(guān),用光子能量為2.5 eV的一束光照射陰極K,發(fā)現(xiàn)電流表讀數(shù)不為零。調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器,發(fā)現(xiàn)當(dāng)電壓表讀數(shù)小于0.60 V時(shí),電流表計(jì)數(shù)仍不為零,當(dāng)電壓表讀數(shù)大于或等于0.60 V時(shí),電流表讀數(shù)為零。把電路改為圖乙,當(dāng)電壓表讀數(shù)為2 V時(shí),則逸出功及電子到達(dá)陽極時(shí)的最大動(dòng)能為() A.1.5 eV0.6 eVB.1.7 eV1.9 eV C.1.9 eV2.6 eVD.3.1 eV4.5 eV,答案,解析,