【紅對(duì)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(duì)該部分知識(shí)要求較低 但每年均有試題涉及 其中氫原子能級(jí)和核反應(yīng)方程和質(zhì)能方程等命題頻率較高 其次對(duì)物理學(xué)史 著名實(shí)驗(yàn)和重要的物理學(xué)理論等 近幾年高考中也時(shí)有出現(xiàn) 其他知識(shí)點(diǎn) 試題呈交替出現(xiàn)情況 因此 對(duì)本章的復(fù)習(xí)應(yīng)注意既突出重點(diǎn) 又不丟細(xì)節(jié) 復(fù)習(xí)策略本章的重點(diǎn)是 氫原子能級(jí)原子核的人工轉(zhuǎn)變 原子核的組成和核能 難點(diǎn)是 核能和核反應(yīng)方程的書(shū)寫(xiě) 宏觀領(lǐng)域的經(jīng)驗(yàn)和規(guī)律在微觀領(lǐng)域遇到嚴(yán)重的障礙 微觀領(lǐng)域問(wèn)題的研究方法是 從實(shí)驗(yàn)事實(shí)出發(fā) 經(jīng)過(guò)分析總結(jié) 提出假設(shè) 建立模型 再經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證 并發(fā)現(xiàn)新的問(wèn)題 從而對(duì)假設(shè)進(jìn)行修正 如此循環(huán) 使人類的認(rèn)識(shí)不斷進(jìn)步 課時(shí)1光電效應(yīng)波粒二象性 梳理知識(shí)突破難點(diǎn) 課前自主學(xué)習(xí) 知識(shí)回顧 1 光電效應(yīng) 在光 包括不可見(jiàn)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(shí)驗(yàn)規(guī)律 簡(jiǎn)易裝置 如圖1所示 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(wú)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(shí) 光電流強(qiáng)度 反映單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射出的光電子數(shù)的多少 與入射光強(qiáng)度成正比 4 金屬受到光照 光電子的發(fā)射一般不超過(guò)10 9s 3 光子說(shuō) 1 量子論 1900年德國(guó)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(shuō) 1905年愛(ài)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(gè)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(diǎn)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(shí) 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(shí)的最大初動(dòng)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(dòng)能大到足以克服金屬離子對(duì)其的引力而逃逸出金屬表面 成為光電子 對(duì)一定的金屬來(lái)說(shuō) 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(dòng)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(shuō)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(cè) 2009 上海高考 光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)論是 對(duì)于某種金屬 a 無(wú)論光強(qiáng)多強(qiáng) 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(wú)論光的頻率多低 只要光照時(shí)間足夠長(zhǎng)就能產(chǎn)生光電效應(yīng)c 超過(guò)極限頻率的入射光強(qiáng)度越弱 所產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能就越小d 超過(guò)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(dòng)能就越大 知識(shí)回顧 1 愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程 ek h w ek是光電子的最大初動(dòng)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(diǎn)深化 1 每個(gè)電子只能吸收一個(gè)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(dòng)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(qiáng)度成正比c 當(dāng) 0時(shí) 會(huì)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(duì)應(yīng)可知只有d項(xiàng)正確 答案 d 知識(shí)回顧 1 光的波粒二象性 1 干涉 衍射和偏振以無(wú)可辯駁的事實(shí)表明光是一種波 光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)又用無(wú)可辯駁的事實(shí)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(shuō)的波是一種概率波 對(duì)大量光子才有意義 波粒二象性中所說(shuō)的粒子 是指其不連續(xù)性 是一份能量 個(gè)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(dòng)性 頻率越低波動(dòng)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(qiáng) 光在傳播過(guò)程中往往表現(xiàn)出波動(dòng)性 在與物質(zhì)發(fā)生作用時(shí)往往表現(xiàn)為粒子性 4 康普頓效應(yīng) 在研究電子對(duì)x射線的散射時(shí)發(fā)現(xiàn) 有些散射波的波長(zhǎng)比入射波的波長(zhǎng)略大 康普頓認(rèn)為這是因?yàn)楣庾硬粌H有能量 也具有動(dòng)量 實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明這個(gè)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(jī)械波 也不是電磁波 物質(zhì)波的某一地方的強(qiáng)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(duì)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(shuō)明光的各種 行為 光子說(shuō)并不否認(rèn)光的電磁說(shuō) 在理解光的波粒二象性時(shí) 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(cè) 物理學(xué)家做了一個(gè)有趣的實(shí)驗(yàn) 在光屏處放上照相用的底片 若減弱光的強(qiáng)度 使光子只能一個(gè)一個(gè)地通過(guò)狹縫 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明 如果曝光時(shí)間不太長(zhǎng) 底片只能出現(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)果有下列認(rèn)識(shí) 其中正確的是 a 曝光時(shí)間不太長(zhǎng)時(shí) 底片上只能出現(xiàn)一些不規(guī)則的點(diǎn)子 表現(xiàn)出光的波動(dòng)性b 單個(gè)光子通過(guò)雙縫后的落點(diǎn)可以預(yù)測(cè)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(jī)會(huì)較多的地方 解析 每個(gè)光子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律是不確定的 底片上出現(xiàn)的一些不規(guī)則的點(diǎn)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(dòng)性 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 暗條紋處是光子到達(dá)機(jī)會(huì)較少的地方 答案 d 師生互動(dòng)規(guī)律總結(jié) 課堂講練互動(dòng) 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(qiáng)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(shí)間間隔將明顯增加b 逸出的光電子的最大初動(dòng)能將減小c 單位時(shí)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(shí) 10 9s 發(fā)生 與光強(qiáng)無(wú)關(guān) a錯(cuò) 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(qiáng)無(wú)關(guān) d錯(cuò) 對(duì)于某種特定金屬 光電子的最大初動(dòng)能只與入射光頻率有關(guān) 入射光頻率越大 最大初動(dòng)能越大 b錯(cuò) 光電子數(shù)目多少與入射光強(qiáng)度有關(guān) 可理解為一個(gè)光子能打出一個(gè)光電子 光強(qiáng)減弱 逸出的光電子數(shù)目減少 c對(duì) 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(dòng)能 3 光電效應(yīng)的瞬時(shí)性 10 9s 變式1 1 2011 廣東卷 光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中 下列表述正確的是 a 光照時(shí)間越長(zhǎng)光電流越大b 入射光足夠強(qiáng)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(wú)論光照時(shí)間多長(zhǎng) 光照強(qiáng)度多大 都無(wú)光電流 當(dāng)照射光的頻率大于極限頻率時(shí) 立刻有光電子產(chǎn)生 時(shí)間間隔很小 故a b錯(cuò)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(zhǎng)為4000a 金屬鈉的逸出功為3 5 1019j 求 1 每個(gè)紫光光子的能量為多大 2 若用該紫光照射金屬鈉時(shí) 產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)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(zhǎng)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(dòng)能 例3 關(guān)于物質(zhì)的波粒二象性 下列說(shuō)法中不正確的是 a 不僅光子具有波粒二象性 一切運(yùn)動(dòng)的微粒都具有波粒二象性b 運(yùn)動(dòng)的微觀粒子與光子一樣 當(dāng)它們通過(guò)一個(gè)小孔時(shí) 都沒(méi)有特定的運(yùn)動(dòng)軌道c 波動(dòng)性和粒子性 在宏觀現(xiàn)象中是矛盾的 對(duì)立的 但在微觀高速運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象中是統(tǒng)一的d 實(shí)物的運(yùn)動(dòng)有特定的軌道 所以實(shí)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(yùn)動(dòng)的規(guī)律表現(xiàn)出光的波動(dòng)性 而單個(gè)光子的運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)出光的粒子性 光的波長(zhǎng)越長(zhǎng) 波動(dòng)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(zhǎng)太小 實(shí)際很難觀察到波動(dòng)性 不是不具有波粒二象性 d項(xiàng)合題意 答案 d 變式3 1在單縫衍射實(shí)驗(yàn)中 中央亮紋的光強(qiáng)占整個(gè)從單縫射入的光強(qiáng)的95 以上 假設(shè)現(xiàn)在只讓一個(gè)光子通過(guò)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(dòng)性 當(dāng)大量光子通過(guò)單縫時(shí)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(duì)少一些 落在暗紋處光子最少 注意的是暗紋處不是沒(méi)有光子落在上面 只是很少而已 只讓一個(gè)光子通過(guò)單縫 這個(gè)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(jī)會(huì)更大 有95 以上 答案 cd 感悟真題檢驗(yàn)技能 隨堂鞏固訓(xùn)練 3 研究光電效應(yīng)規(guī)律的實(shí)驗(yàn)裝置如圖4所示 用頻率為 的光照射光電管陰極k時(shí) 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(yáng)極a做減速運(yùn)動(dòng) 光電流i由圖中電流計(jì)g測(cè)出 反向電壓u由電壓表v測(cè)出 當(dāng)電流計(jì)的示數(shù)恰好為零時(shí) 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(shí)驗(yàn)規(guī)律的圖象中 錯(cuò)誤的是 解析 由光電效應(yīng)規(guī)律可知 光電流的強(qiáng)度與光強(qiáng)成正比 光照射到金屬上時(shí) 光電子的發(fā)射是瞬時(shí)的 不需要時(shí)