新教科版第15章第1講光電效應(yīng)波粒二象性課件（33張）

第1講光電效應(yīng)波粒二象性第十五章內(nèi)容索引0102強(qiáng)基礎(chǔ)固本增分研考點(diǎn)精準(zhǔn)突破課程標(biāo)準(zhǔn)1.通過(guò)實(shí)驗(yàn),了解光電效應(yīng)現(xiàn)象。能根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)論說(shuō)明光的波粒二象性。知道愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程及其意義。2.知道實(shí)物粒子具有波動(dòng)性,了解微觀世界的量子化現(xiàn)象。體會(huì)量子論的建立對(duì)人們認(rèn)識(shí)物質(zhì)世界的影響。3.了解人類探索原子結(jié)構(gòu)的歷史。知道原子核式結(jié)構(gòu)模型。通過(guò)對(duì)氫原子光譜的分析,了解原子的能級(jí)結(jié)構(gòu)。4.了解原子核的組成和核力的性質(zhì)。知道四種基本相互作用。能根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒寫出核反應(yīng)方程。5.了解放射性和原子核衰變。知道半衰期及其統(tǒng)計(jì)意義。了解放射性同位素的應(yīng)用,知道射線的危害與防護(hù)。6.認(rèn)識(shí)原子核的結(jié)合能,了解核裂變反應(yīng)和核聚變反應(yīng)。關(guān)注核技術(shù)應(yīng)用對(duì)人類生活和社會(huì)發(fā)展的影響核心素養(yǎng)

試題情境生活實(shí)踐類霓虹燈、氖管、光譜儀、原子鐘、威耳遜云室、射線測(cè)厚儀、原子彈、反應(yīng)堆與核電站、太陽(yáng)、氫彈、環(huán)流器裝置等學(xué)習(xí)探索類光電效應(yīng)現(xiàn)象、愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程及其意義、光的波粒二象性、原子的核式結(jié)構(gòu)模型、氫原子光譜、原子的能級(jí)結(jié)構(gòu)、原子核的組成、核反應(yīng)方程、放射性和原子核衰變、半衰期及其統(tǒng)計(jì)意義、放射性同位素的應(yīng)用、射線的危害與防護(hù)、原子核的結(jié)合能、核裂變反應(yīng)和核聚變反應(yīng)等強(qiáng)基礎(chǔ)固本增分一、光電效應(yīng)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,稱為光電效應(yīng),發(fā)射出來(lái)的電子稱為光電子。

本質(zhì)是電子,而不是光子2.光電效應(yīng)的規(guī)律(1)存在著飽和電流:對(duì)于一定顏色的光,入射光越強(qiáng),單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)

越多

。

(2)存在著遏止電壓和截止頻率:光電子的能量只與入射光的

頻率

有關(guān),而與入射光的

強(qiáng)弱

無(wú)關(guān)。當(dāng)入射光的頻率低于截止頻率時(shí)不發(fā)生光電效應(yīng)。

(3)光電效應(yīng)具有瞬時(shí)性:當(dāng)頻率超過(guò)截止頻率時(shí),無(wú)論入射光怎樣微弱,在照到金屬時(shí)會(huì)立即產(chǎn)生光電流,即光電效應(yīng)幾乎是瞬時(shí)發(fā)生的。易錯(cuò)辨析·判一判(1)只要入射光足夠強(qiáng),就可以使金屬發(fā)生光電效應(yīng)。(

×

)(2)只要光照射的時(shí)間足夠長(zhǎng),任何金屬都能發(fā)生光電效應(yīng)。(

×

)二、愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程1.光子說(shuō)在空間傳播的光是不連續(xù)的,而是一份一份的,每一份叫一個(gè)光的能量子,簡(jiǎn)稱光子,光子的能量ε=

hν

。其中h=6.63×10-34J·s,稱為普朗克常量。

金屬越活躍,逸出功越小,越容易發(fā)生光電效應(yīng)2.逸出功W0使電子脫離某種金屬所做功的

最小值

。

3.最大初動(dòng)能發(fā)生光電效應(yīng)時(shí),金屬表面上的

電子

吸收光子后克服原子核的引力逸出時(shí)所具有的動(dòng)能的最大值。

4.愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程(1)表達(dá)式:Ek=hν-

W0

。

(2)物理意義:金屬中的電子吸收一個(gè)光子獲得的能量是hν,這些能量的一部分用來(lái)克服金屬的逸出功W0,剩下的表現(xiàn)為逸出后電子的初動(dòng)能。易錯(cuò)辨析·判一判(3)光子和光電子都是實(shí)物粒子。(

×

)(4)要想在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中測(cè)到光電流,入射光子的能量必須大于金屬的逸出功。(

√

)(5)光電子的最大初動(dòng)能與入射光子的頻率成正比。(

×

)三、光的波粒二象性與物質(zhì)波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

波動(dòng)

性。

(2)光電效應(yīng)說(shuō)明光具有

粒子

性。

(3)光既具有波動(dòng)性,又具有粒子性,稱為光的

波粒二象

性。

2.物質(zhì)波易錯(cuò)辨析·判一判(6)美國(guó)物理學(xué)家康普頓發(fā)現(xiàn)了康普頓效應(yīng),證實(shí)了光的粒子性。(

√

)(7)光的頻率越高,光的粒子性越明顯,但仍具有波動(dòng)性。(

√

)(8)所有運(yùn)動(dòng)的物體都對(duì)應(yīng)著一種波。(

√

)研考點(diǎn)精準(zhǔn)突破考點(diǎn)一光電效應(yīng)規(guī)律的理解及應(yīng)用(師生共研)1.研究光電效應(yīng)的兩條思路(1)兩條線索(2)兩條對(duì)應(yīng)關(guān)系

2.光電效應(yīng)中三個(gè)重要關(guān)系(1)愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程:Ek=hν-W0。(2)光電子的最大初動(dòng)能Ek與遏止電壓Uc的關(guān)系:Ek=eUc。(3)逸出功W0與極限頻率νc的關(guān)系:W0=hνc。典例1.如圖所示,有一束單色光入射到截止頻率為ν0的金屬板K上,具有最大初動(dòng)能的某出射電子,沿垂直于平行板電容器極板的方向,從左側(cè)極板上的小孔入射到兩極板間的勻強(qiáng)電場(chǎng)中,到達(dá)右側(cè)極板時(shí)速度剛好為零。已知電容器的電容為C,所帶電荷量為Q,極板間距為d,普朗克常量為h,電子電荷量的絕對(duì)值為e,不計(jì)電子的重力。關(guān)于電容器右側(cè)極板的帶電情況和入射光的頻率ν,以下判斷正確的是(

)思維點(diǎn)撥

根據(jù)電容的定義式求出兩極板間的電勢(shì)差U=,電子在兩極板間運(yùn)動(dòng)時(shí),根據(jù)動(dòng)能定理得-eU=0-Ek,求出最大初動(dòng)能。由W0=hν0計(jì)算出金屬的逸出功,根據(jù)光電效應(yīng)方程hν-W0=Ek求出入射光的頻率。答案

C解析

電子在電容器里面減速運(yùn)動(dòng),受到向左的靜電力的作用,所以電場(chǎng)強(qiáng)度方向向右,電容器右側(cè)極板帶負(fù)電。一束單色光入射到截止頻率為ν0的金屬板K上,射出電子的最大初動(dòng)能為Ek=hν-W0,hν0=W0,電子在電容器中對(duì)點(diǎn)演練1.(2022山東淄博一模)某光源發(fā)出的光由不同頻率的光組成,不同頻率的光的強(qiáng)度如圖所示,表中給出了某些材料的截止頻率,用該光源發(fā)出的光照射表中材料,下列說(shuō)法正確的是(

)A.僅鉀能產(chǎn)生光電子B.鎢、鈣能產(chǎn)生光電子C.鈣、鉀能產(chǎn)生光電子D.鎢、鈣、鉀都能產(chǎn)生光電子答案

D材料鉀鈣鎢截止頻率(1014Hz)5.447.7310.95解析

由題圖可知,該光源發(fā)出的光的頻率大約在6×1014

Hz到14×1014

Hz之間,而三種材料中,截止頻率最大的鎢的截止頻率是10.95×1014

Hz,小于14×1014

Hz,所以該光源能使三種材料都產(chǎn)生光電效應(yīng),故選D。2.(多選)(2023浙江杭州模擬)如圖是研究光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置,某同學(xué)進(jìn)行了如下操作:(1)用頻率為ν1的光照射光電管,此時(shí)微安表中有電流,將滑動(dòng)變阻器滑片P調(diào)至位置M(圖中未畫出),使微安表示數(shù)恰好變?yōu)?,此時(shí)電壓表示數(shù)為U1;(2)用頻率為ν2的光照射光電管,將滑片P調(diào)至位置N(圖中未畫出),使微安表示數(shù)恰好變?yōu)?,此時(shí)電壓表的示數(shù)為U2。已知元電荷為e,ν1<ν2。關(guān)于該實(shí)驗(yàn),下列說(shuō)法正確的是(

)A.位置M比位置N更靠近b端B.位置M、N與光的強(qiáng)弱有關(guān)AD解析

根據(jù)電路圖,結(jié)合逸出電子受到電場(chǎng)阻力時(shí),微安表示數(shù)才可能為零,知只有K的電勢(shì)高于A的電勢(shì),即觸頭P向a端滑動(dòng)時(shí),才能實(shí)現(xiàn)微安表示數(shù)恰好變?yōu)榱?根據(jù)光電效應(yīng)方程可得Ek=hν-W0=eUc,因ν1<ν2,則U1<U2,即位置M對(duì)應(yīng)的電壓較小,位置M比位置N更靠近b端,A正確;位置M、N對(duì)應(yīng)的是遏止電壓,與入射光的頻率有關(guān),與入射光的強(qiáng)弱無(wú)關(guān),B錯(cuò)誤;根據(jù)光電效應(yīng)方程可得Ek1=hν1-W0=eU1,Ek2=hν2-W0=eU2,聯(lián)立兩式可得普朗克?？键c(diǎn)二光電效應(yīng)三類圖像問(wèn)題(師生共研)典例2.(2022河北卷)如圖是密立根于1916年發(fā)表的鈉金屬光電效應(yīng)的遏止電壓Uc與入射光頻率ν的實(shí)驗(yàn)曲線,該實(shí)驗(yàn)直接證明了愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程,并且第一次利用光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)定了普朗克常量h。由圖像可知(

)A.鈉的逸出功為hνcB.鈉的截止頻率為8.5×1014HzC.圖中直線的斜率為普朗克常量hD.遏止電壓Uc與入射光頻率ν成正比答案

A解析

根據(jù)遏止電壓與最大初動(dòng)能的關(guān)系有eUc=Ek,根據(jù)光電效應(yīng)方程有Ek=hν-W0,結(jié)合圖像可知,當(dāng)Uc為0時(shí),W0=hνc,A正確;鈉的截止頻率為νc,根據(jù)圖像可知,截止頻率小于8.5×1014

Hz,B錯(cuò)誤;結(jié)合遏止電壓與光電效應(yīng)射光的頻率關(guān)系式可知,遏止電壓Uc與入射光頻率ν成線性關(guān)系,不是成正比,D錯(cuò)誤。對(duì)點(diǎn)演練3.(2021江蘇卷)如圖所示,分別用1、2兩種材料作K極進(jìn)行光電效應(yīng)探究,其截止頻率ν1<ν2,保持入射光不變,則光電子到達(dá)A極時(shí)動(dòng)能的最大值Ekm隨電壓U變化關(guān)系的圖像是(

)答案

C解析

光電管所加電壓為正向電壓,則根據(jù)愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程可知,光電子到達(dá)A極時(shí)動(dòng)能的最大值Ekm=Ue+hν-hνc,可知Ekm-U圖像的斜率相同,均為e;截止頻率越大,則圖像在縱軸上的截距越小,因ν1<ν2,則圖像C正確,A、B、D錯(cuò)誤。4.(2023廣東肇慶模擬)如圖甲所示,陰極K和陽(yáng)極A是密封在真空玻璃管中的兩個(gè)電極,陰極K在受到光照時(shí)能夠發(fā)射光電子。陰極K與陽(yáng)極A之間電壓U的大小可以調(diào)整,電源的正負(fù)極也可以對(duì)調(diào)。閉合開(kāi)關(guān)后,陽(yáng)極A吸收陰極K發(fā)出的光電子,在電路中形成光電流。現(xiàn)分別用藍(lán)光、弱黃光、強(qiáng)黃光照射陰極K,形成的光電流與電壓的關(guān)系圖像如圖乙所示,圖中a、b、c光依次為(

)A.藍(lán)光、弱黃光、強(qiáng)黃光B.弱黃光、藍(lán)光、強(qiáng)黃光C.強(qiáng)黃光、藍(lán)光、弱黃光D.藍(lán)光、強(qiáng)黃光、弱黃光答案

C解析

設(shè)遏止電壓為Uc,由動(dòng)能定理eUc=Ek=hν-W0可知,對(duì)于同一種金屬W0不變,遏止電壓與入射光的頻率有關(guān)。對(duì)于一定頻率的光,無(wú)論光的強(qiáng)弱如何,遏止電壓都是一樣的,故a、c是同種顏色的光,在光的頻率不變的情況下,入射光越強(qiáng),飽和電流越大,所以a為強(qiáng)黃光,c為弱黃光。b的遏止電壓最大,故b光的頻率最大,為藍(lán)光,故選C?？键c(diǎn)三對(duì)波粒二象性、物質(zhì)波的理解(自主探究)1.對(duì)光的波粒二象性的理解

從數(shù)量上看個(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)性從頻率上看頻率越低波動(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)從傳播與作用上看光在傳播過(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)出粒子性波動(dòng)性與粒子性的統(tǒng)一由粒子的能量和動(dòng)量表達(dá)式ε=hν、p=

也可以看出,光的波動(dòng)性和粒子性并不矛盾,表示粒子性的粒子能量和動(dòng)量的計(jì)算式中都含有表示波的特征的物理量——頻率ν和波長(zhǎng)λ2.物質(zhì)波(1)定義:任何運(yùn)動(dòng)著的物體都有一種波與之對(duì)應(yīng),這種波叫作德布羅意波,也叫物質(zhì)波。對(duì)點(diǎn)演練5.(多選)關(guān)于物質(zhì)的波粒二象性,下列說(shuō)法正確的是(

)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.康普頓效應(yīng)說(shuō)明光具有粒子性D.宏觀物體的運(yùn)動(dòng)有特定的軌道,所以宏觀物體不具有波粒二象性答案

ABC解析

德布羅意在愛(ài)因斯坦光子說(shuō)的基礎(chǔ)上提出了物質(zhì)波的概念,認(rèn)為一切運(yùn)