ppt课件--《三维设计》2014新课标高考物理一轮总复习课件 第十三章 动量第2单元 波粒二象性(49张ppt).ppt

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1、想一想,光电效应及其规律,如图1321所示，用紫外光照射不带电的锌板时，发现验电器指针发生了偏转，试分析验电器指针偏转的原因。,图1321,提示 用紫外光照射不带电的锌板时，锌板发生光电效应，射出了光电子，因此锌板带正电，验电器也就带了正电，引起指针偏转。,记一记,1光电效应现象 在光的照射下，金属中的 从表面逸出的现象，发射出来的电子叫 。 2光电效应的产生条件 入射光的频率 金属的极限频率。 3用光电管研究光电效应 (1)电路如图1322所示。,电子,光电子,大于,图1322,(2)光电流与饱和光电流： 入射光强度：指单位时间内入射到金属表面单位面积上的能量。可以理解为频率一定时，光强越大

2、，光子数 。 光电流：指光电子在电路中形成的电流。光电流有最大值，未达到最大值以前，其大小和光强、_都有关，达到最大值以后，光电流和光强成 。 饱和光电流：指在一定频率与强度的光照射下的最大光电流，饱和光电流 电路中电压的增大而增大。,越多,电压,正比,不随,4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。 (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 。 (3)光电效应的发生几乎是瞬时的，一般不超过109 s。 (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 。,大于,强度,增大,正比,试一试 1关于光

3、电效应的规律，下列说法中正确的是( ) A只有入射光的波长大于该金属的极限波长，光电 效应才能产生 B光电子的最大初动能跟入射光强度成正比 C发生光电效应的反应时间一般都大于107 s D发生光电效应时，单位时间内从金属内逸出的光 电子数目与入射光强度成正比,答案：D,爱因斯坦光电效应方程,记一记,1光子说 在空间传播的光不是连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光子，光子的能量 。 2光电效应方程 (1)表达式：hEkW0或EkhW0,Eh,试一试 2某金属的逸出功为2.3 eV，这意味着 ( ) A这种金属内部的电子克服原子核引力做2.3 eV的功 即可脱离表面 B这种金属表层的电子克服原

4、子核引力做2.3 eV的功 即可脱离表面 C要使这种金属有电子逸出，入射光子的能量必须 大于2.3 eV D这种金属受到光照时若有电子逸出，则电子离开金 属表面时的动能至少等于2.3 eV 解析：逸出功是指原子的外层电子脱离原子核克服引力所做的功，B对；由发生光电效应的条件知C对。 答案：BC,光的波粒二象性,想一想,光能发生干涉、衍射现象，说明光具有波动性，光电效应现象又说明光具有粒子性，那么光是粒子还是波？ 提示：光不是传统意义上的粒子，也不是传统意义上的波，光既具有波动性，又具有粒子性，光具有波粒二象性。,记一记,(1)光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有 性。 (2)光电效应、康普顿效应

5、说明光具有 性。 (3)光既具有 性，又具有 性，称为光的波粒二象性。,波动,粒子,波动,粒子,试一试 3下列有关光的波粒二象性的说法中，正确的是( ) A有的光是波，有的光是粒子 B光子与电子是同样的一种粒子 C光的波长越长，其波动性越显著；波长越短，其 粒子性越显著 D大量光子的行为往往显示出粒子性,解析：一切光都具有波粒二象性，光的有些行为(如干涉、衍射)表现出波动性，光的有些行为(如光电效应)表现出粒子性，所以，不能说有的光是波，有的光是粒子。 光子与电子都是微观粒子，都具有波粒二象性，但电子是实物粒子，有静止质量，光子不是实物粒子，没有静止质量；电子是以实物形式存在的物质，光子是以场

6、形式存在的物质，所以不能说光子与电子是同样的一种粒子。,光的波粒二象性的理论和实验表明，大量光子的行为表现出波动性，个别光子的行为表现出粒子性。光的波长越长，衍射性越好，即波动性越显著；光的波长越短，其光子的能量越大，个别或少数光子的作用就足以引起光接收装置的反应，所以其粒子性就很显著。 综上所述，本题应选C项。 答案：C,对光电效应规律的理解,1.光电效应的研究思路 (1)两条线索：,(2)两条对应关系：光强大光子数目多发射光电子多光电流大； 光子频率高光子能量大光电子的最大初动能大。,2对光电效应规律的解释,电子吸收光子能量后，一部分克服阻碍作用做功，剩余部分转化为光电子的初动能，只有直接

7、从金属表面飞出的光电子才具有最大初动能，对于确定的金属，W0是一定的，故光电子的最大初动能只随入射光的频率增大而增大,光电子的最大初动能随着入射光频率的增大而增大，与入射光强度无关,对规律的产生的解释,对应规律,光较强时，包含的光子数较多，照射金属时产生的光电子较多，因而饱和电流较大,光较强时饱和电流大,光照射金属时，电子吸收一个光子的能量后，动能立即增大，不需要能量积累的过程,光电效应具有瞬时性,对规律的产生的解释,对应规律,例1 关于光电效应，下列说法正确的是( ) A极限频率越大的金属材料逸出功越大 B只要光照射的时间足够长，任何金属都能产生光电效应 C相同频率的光照射不同金属，则从金属

8、表面出来的光电子的最大初动能越大，这种金属的逸出功越小 D入射光的光强一定时，频率越高，单位时间内逸出的光电子数就越多,审题指导 解答本题时应注意以下三个方面： (1)光电效应的瞬时性(109s)及产生条件。 (2)逸出功的计算方法及决定因素。 (3)光电子数目的决定因素。 尝试解题 由W0h0可知A正确。照射光的频率大于极限频率时才能发生光电效应，即B错。由EkhW0可知C对。光强一定时，频率越高，则光子的能量越大，单位时间内射向金属的光子数目少，逸出的光电子数少，故D错。,答案 AC,光电效应实质及发生条件 (1)光电效应的实质是金属中的电子获得能量后逸出金属表面，从而使金属带上正电。 (

9、2)能否发生光电效应，不取决于光的强度，而是取决于光的频率。只要照射光的频率大于该金属的极限频率，无论照射光强弱，均能发生光电效应。,光电效应方程的应用,1.Ek曲线 如图1323甲所示的是光电子最大初动能Ek随入射光频率的变化曲线。由EkhW0可知，横轴上的截距是金属的截止频率或极限频率，纵轴上的截距是金属的逸出功的负值，斜率为普朗克常量。,图1323,2IU曲线 如图乙所示的是光电流强度I随光电管两极板间电压U的变化曲线，图中Im为饱和光电流，Uc为遏止电压。 3利用光电效应分析问题，应把握的三个关系 (1)爱因斯坦光电效应方程EkhW0。 (2)光电子的最大初动能Ek可以利用光电管用实验

10、的方法测得，即EkeUc，其中Uc是遏止电压。 (3)光电效应方程中的W0为逸出功，它与极限频率c的关系是W0hc。,例2 (1)研究光电效应的电路如图1324所示。用频率相同、强度不同的光分别照射密封真空管的钠极板(阴极K)，钠极板发射出的光电子被阳极A吸收，在电路中形成光电流。下列光电流I与A、K之间的电压UAK的关系图象中，正确的是 ( ),图1324,图1325,(2)钠金属中的电子吸收光子的能量，从金属表面逸出，这就是光电子。光电子从金属表面逸出的过程中，其动量的大小_(选填“增大”“减小”或“不变”)，原因是_。 (3)已知氢原子处在第一、第二激发态的能级分别为3.40 eV和1.

11、51 eV，金属钠的截止频率为5.531014 Hz，普朗克常量h6.631034 Js。请通过计算判断，氢原子从第二激发态跃迁到第一激发态过程中发出的光照射金属钠板，能否发生光电效应。,(2)钠金属中的电子吸收光子的能量，从金属表面逸出，由于光电子在从金属表面逸出的过程中，要受到金属表面层中力的阻碍作用(或需要克服逸出功)。所以在光电子从金属表面逸出的过程中，其动量的大小减小。 (3)氢原子从第二激发态跃迁到第一激发态过程中，放出的光子能量为EE3E2，代入数据得E1.89 eV，金属钠的逸出功W0h0，代入数据得W02.3 eV，因为EW0，所以不能发生光电效应。,答案 (1)C (2)减

12、小 光电子从金属表面逸出的过程中要受到金属表面层中力的阻碍作用(或需要克服逸出功) (3)见解析,入射光两要素影响光电效应 (1)入射光的频率决定着能否产生光电效应，以及发生光电效应时光电子的最大初动能和遏止电压的大小。 (2)入射光的强度决定着单位时间内发射出来的光电子数，也即为光电流的强度。,对光的波粒二象性的理解,(1)个别光子的作用效果往往表现为粒子性；大量光子的作用效果往往表现为波动性。 (2)频率越低波动性越显著，越容易看到光的干涉和衍射现象；频率越高粒子性越显著，越不容易看到光的干涉和衍射现象，贯穿本领越强。 (3)光在传播过程中往往表现出波动性；在与物质发生作用时往往表现为粒子

13、性。,例3 用很弱的光做双缝干涉实验，把入射光减弱到可以认为光源和感光胶片之间不可能同时有两个光子存在，如图1326所示是不同数量的光子照射到感光胶片上得到的照片。这些照片说明,图1326,A光只有粒子性没有波动性 B光只有波动性没有粒子性,C少量光子的运动显示波动性，大量光子的运动显示粒子性 D少量光子的运动显示粒子性，大量光子的运动显示波动性 审题指导 光具有波粒二象性，光子表现为波动性，并不否认光具有粒子性。 解析 少量光子落在胶片上，落点位置不确定，说明少量光子的运动显示粒子性，大量光子落在胶片上，出现了干涉条纹，呈现出波动性规律，说明大量光子的运动显示波动性，但不能说光只具有粒子性或

14、只具有波动性，故只有D正确。 答案 D,(1)我们平时所看到的宏观物体，其运动时，我们看不出它们的波动性来，但也有一个波长与之对应。例如飞行子弹的波长约为1034 m。 (2)波粒二象性是微观粒子的特殊规律，一切微观粒子都存在波动性；宏观物体也存在波动性，只是波长太小，难以观测。 (3)德布罗意波也是概率波，衍射图样中的亮圆是电子落点概率大的地方，但概率的大小受波动规律的支配。,随堂巩固落实 1下列描绘两种温度下黑体辐射强度与波长关系的图中(如图1327)，符合黑体辐射实验规律的是 ( ),图1327,解析：黑体辐射的强度随着温度的升高，一方面各种波长的辐射强度都增加，另一方面辐射强度的极大值

15、向着波长较短的方向移动，所以A正确。,答案：A,2光电效应实验中，下列表述正确的是 ( ) A光照时间越长光电流越大 B入射光足够强就可以有光电流 C遏止电压与入射光的频率有关 D入射光频率大于极限频率才能产生光电子 解析：在光电效应中，若照射光的频率小于极限频率，无论光照时间多长，光照强度多大，都无光电流，当照射光的频率大于极限频率时，立刻有光电子产生，时间间隔很小。故A、B错误，D正确。由eU0Ek，EkhW，可知U(hW)/e，即遏止电压与入射光频率有关。 答案：CD,3.如图1328所示，一验电器与锌板相 连，现用一弧光灯照射锌板，关灯后 指针仍保持一定偏角，下列判断中正 确的是 (

16、) A用一带负电(带电量较少)的金属小球与锌板接触，则验 电器指针偏角将增大 B用一带负电(带电量较少)的金属小球与锌板接触，则验 电器指针偏角将减小 C使验电器指针回到零后，改用强度更大的弧光灯照射 锌板，验电器指针偏角将比原来大 D使验电器指针回到零后，改用强度更大的红外线灯照 射锌板，验电器指针一定偏转,图1328,解析：根据光电效应的原理可知锌板带正电，用带负电的小球与锌板接触会中和一部分锌板上的电荷，使锌板上的电荷量减少，同时验电器上的电荷量也减少，所以验电器指针偏角将减小，B正确、A错误；使验电器的指针回到零后，改用强度更大的弧光灯照射锌板，会有更多的电子从锌板逸出，锌板带的电荷量

17、更多，验电器指针偏角将比原来大，C正确；用红外线照射锌板，不发生光电效应，验电器指针不偏转，D错误。 答案：BC,4用不同频率的紫外线分别照射钨和锌的表面而产生 光电效应，可得到光电子最大初动能Ek随入射光频率变化的Ek图象，已知钨的逸出功是3.28 eV，锌的逸出功是3.34 eV，若将二者的图线画在同一个Ek坐标系中，如图1329所示中用实线表示钨，虚线表示锌，则正确反映这一过程的是 ( ),图1329,答案：A,5美国物理学家康普顿在研究石墨对X射线的散射时， 发现光子除了有能量之外还有动量，被电子散射的X光子与入射的X光子相比 ( ) A速度减小 B频率减小 C波长减小 D能量减小 解

18、析：光速不变，A错误；光子将一部分能量转移到电子，其能量减小，随之光子的频率减小、波长变长，B、D正确，C错误。 答案：BD,6A、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。,答案：21 EA2EB,课时跟踪检测 见“课时跟踪检 测（四十六）”,（给有能力的学生加餐）,1在光电效应实验中，小明同学用同一实验装置(如图 1(a)所示)在甲、乙、丙三种光的照射下得到了三条电流表与电压表读数之间的关系曲线，如图(b)所示。则正确的是 ( ),图1,A乙光的频率小于甲光的频率 B甲光的波长大于丙

19、光的波长 C丙光的光子能量小于甲光的光子能量 D乙光对应的光电子最大初动能小于丙光的光电子最大初 动能,答案：B,2在光电效应实验中，其金属的截止频率相应的波长 为0，该金属的逸出功为_。若用波长为(0)的单色光做该实验，则其遏止电压为_。已知电子的电荷量、真空中的光速和普朗克常量分别为e、c和h。,3普朗克常量h6.631034 Js，铝的逸出功W0 6.721019 J，现用波长200 nm的光照射铝的表面(结果保留三位有效数字)。 (1)求光电子的最大初动能； (2)若射出的一个具有最大初动能的光电子正对一个原来静止的电子运动，求在此运动过程中两电子电势能增加的最大值(电子所受的重力不计)。,答案：(1)3.231019 J (2)1.621019 J,图2,(1)阴极K所用金属的极限频率； (2)用题目中所给条件表示普朗克常量h。,