第1講　光電效應(yīng)　波粒二象性【公眾號(hào)：屋里學(xué)家】

第1講光電效應(yīng)波粒二象性學(xué)習(xí)目標(biāo)1.理解光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律，會(huì)利用光電效應(yīng)方程計(jì)算逸出功、最大初動(dòng)能、截止頻率等物理量。2.會(huì)分析光電效應(yīng)的圖像問(wèn)題。3.理解物質(zhì)波的概念，理解光的波粒二象性。一、光電效應(yīng)及其規(guī)律1.光電效應(yīng)現(xiàn)象金屬在光的照射下發(fā)射電子的現(xiàn)象，發(fā)射出來(lái)的電子叫________。2.光電效應(yīng)的產(chǎn)生條件入射光的頻率________金屬的截止頻率。3.光電效應(yīng)規(guī)律(1)每種金屬都有一個(gè)截止頻率，入射光的頻率必須________這個(gè)極限頻率才能產(chǎn)生光電效應(yīng)。(2)光電子的最大初動(dòng)能與入射光的________無(wú)關(guān)，只隨入射光頻率的增大而________。(3)光電效應(yīng)的發(fā)生幾乎是瞬時(shí)的，一般不超過(guò)10－9s。(4)當(dāng)入射光的頻率大于截止頻率時(shí)，飽和光電流的大小與入射光的強(qiáng)度成________。二、愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程1.能量子(1)定義：普朗克認(rèn)為，當(dāng)帶電微粒輻射或吸收能量時(shí)，只能輻射或吸收某個(gè)最小能量值ε的____________，這個(gè)不可再分的最小能量值ε叫作能量子。(2)能量子大?。害牛絖___________，其中ν是帶電微粒吸收或輻射電磁波的頻率，h稱(chēng)為普朗克常量。h＝6.626×10－34J·s(一般取h＝6.63×10－34J·s)。2.光子說(shuō)：在空間傳播的光不是連續(xù)的，而是一份一份的，每一份叫作一個(gè)光子，光子的能量ε＝________。3.逸出功W0：電子從金屬中逸出所需做功的________。4.最大初動(dòng)能：發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)，金屬表面上的________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。5.光電效應(yīng)方程：hν＝Ek＋W0或Ek＝________。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________性。(2)光電效應(yīng)說(shuō)明光具有________性。(3)光既具有波動(dòng)性，又具有粒子性，即光具有________________。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(zhǎng)λ＝________，p為運(yùn)動(dòng)物體的動(dòng)量，h為普朗克常量?？键c(diǎn)一光電效應(yīng)規(guī)律的理解和應(yīng)用1.“四點(diǎn)”提醒(1)能否發(fā)生光電效應(yīng)，不取決于光的強(qiáng)度而取決于光的頻率。(2)光電效應(yīng)中的“光”不是特指可見(jiàn)光，也包括不可見(jiàn)光。(3)逸出功的大小由金屬本身決定，與入射光無(wú)關(guān)。(4)光電子不是光子，而是電子。2.“兩條”關(guān)系(1)光的強(qiáng)度大→光子數(shù)目多→發(fā)射光電子多→光電流大。(2)光子頻率高→光子能量大→產(chǎn)生光電子的最大初動(dòng)能大→遏止電壓大。3.“三個(gè)”關(guān)系式(1)愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程：Ek＝hν－W0。(2)最大初動(dòng)能與遏止電壓的關(guān)系：eq\f(1,2)meveq\o\al(2,c)＝eUc。(3)逸出功與極限頻率的關(guān)系：W0＝hνc。例1用如圖1所示的實(shí)驗(yàn)裝置研究光電效應(yīng)現(xiàn)象。用光子能量為2.75eV的光照射到光電管上時(shí)發(fā)生了光電效應(yīng)，電流表G的示數(shù)不為零。移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片P，發(fā)現(xiàn)當(dāng)電壓表的示數(shù)大于或等于1.7V時(shí)，電流表示數(shù)為零，則在該實(shí)驗(yàn)中()圖1A.光電子的最大初動(dòng)能為1.05eVB.光電管陰極的逸出功為1.7eVC.開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)，電流表G示數(shù)為零D.當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑片P由b端向a端滑動(dòng)時(shí)，電壓表示數(shù)增大聽(tīng)課筆記1.(2023·遼寧卷，6)原子處于磁場(chǎng)中，某些能級(jí)會(huì)發(fā)生劈裂，某種原子能級(jí)劈裂前后的部分能級(jí)圖如圖2所示，相應(yīng)能級(jí)躍遷放出的光子分別設(shè)為①②③④。若用①照射某金屬表面時(shí)能發(fā)生光電效應(yīng)，且逸出光電子的最大初動(dòng)能為Ek，則()圖2A.①和③的能量相等B.②的頻率大于④的頻率C.用②照射該金屬一定能發(fā)生光電效應(yīng)D.用④照射該金屬逸出光電子的最大初動(dòng)能小于Ek2.如圖3所示，分別用波長(zhǎng)為λ、2λ的光照射光電管的陰極K，對(duì)應(yīng)的遏止電壓之比為3∶1，則光電管的極限波長(zhǎng)是()圖3A.2λ B.3λC.4λ D.6λ考點(diǎn)二光電效應(yīng)的四類(lèi)圖像問(wèn)題圖像名稱(chēng)圖線(xiàn)形狀由圖線(xiàn)直接(間接)得到的物理量最大初動(dòng)能Ek與入射光頻率ν的關(guān)系圖線(xiàn)①極限頻率：圖線(xiàn)與ν軸交點(diǎn)的橫坐標(biāo)νc②逸出功：圖線(xiàn)與Ek軸交點(diǎn)的縱坐標(biāo)的絕對(duì)值W0＝|－E|＝E③普朗克常量：圖線(xiàn)的斜率k＝h顏色相同、強(qiáng)度不同的光，光電流與電壓的關(guān)系圖線(xiàn)①遏止電壓Uc：圖線(xiàn)與橫軸的交點(diǎn)的橫坐標(biāo)②飽和光電流Im：光電流的最大值③最大初動(dòng)能：Ek＝eUc顏色不同時(shí)，光電流與電壓的關(guān)系圖線(xiàn)①遏止電壓Uc1、Uc2②飽和光電流③最大初動(dòng)能：Ek1＝eUc1，Ek2＝eUc2遏止電壓Uc與入射光頻率ν的關(guān)系圖線(xiàn)①極限頻率νc：圖線(xiàn)與橫軸的交點(diǎn)的橫坐標(biāo)②遏止電壓Uc：隨入射光頻率的增大而增大③普朗克常量h：等于圖線(xiàn)的斜率與電子電荷量的乘積，即h＝ke(注：此時(shí)兩極之間接反向電壓)例2研究某種金屬的光電效應(yīng)規(guī)律，所得相關(guān)圖像分別如圖甲、乙、丙、丁所示，Ek為光電子的最大初動(dòng)能、ν為入射光的頻率、I為光電流、U為兩極板間的電壓、Uc為遏止電壓。下列說(shuō)法正確的是()A.由圖甲知，入射光的頻率為eq\f(νc,2)時(shí)，產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能為eq\f(Ek,2)B.由圖乙知，入射光的光照強(qiáng)度越大，光電子的最大初動(dòng)能越大C.由圖丙知，入射光2的頻率大于入射光1的頻率D.由圖丁知，入射光的頻率大于νc時(shí)，入射光的頻率越大，遏止電壓越大聽(tīng)課筆記3.在研究光電效應(yīng)現(xiàn)象時(shí)，先后用單色光a、b、c照射同一光電管，所得到的光電流與光電管兩端所加電壓U間的關(guān)系曲線(xiàn)如圖4所示，下列說(shuō)法正確的是()圖4A.b、c兩種單色光的顏色相同B.a、b兩種單色光的光照強(qiáng)度相同C.增大c光的光照強(qiáng)度，電路中的飽和光電流將增大D.增大b光的光照強(qiáng)度，射出的光電子的最大初動(dòng)能增大4.(2022·河北卷，4)如圖5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(xiàn)，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()圖5A.鈉的逸出功為hνcB.鈉的截止頻率為8.5×1014HzC.圖中直線(xiàn)的斜率為普朗克常量hD.遏止電壓Uc與入射光頻率ν成正比考點(diǎn)三光的波粒二象性物質(zhì)波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)一由光子的能量ε＝hν、光子的動(dòng)量表達(dá)式p＝eq\f(h,λ)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)任何一個(gè)運(yùn)動(dòng)的物體，無(wú)論大小，都有一種波與之對(duì)應(yīng)。(2)物質(zhì)波的波長(zhǎng)：λ＝eq\f(h,p)＝eq\f(h,mv)，h是普朗克常量。例3(多選)(2023·6月浙江選考，15)有一種新型光電效應(yīng)量子材料，其逸出功為W0。當(dāng)紫外光照射該材料時(shí)，只產(chǎn)生動(dòng)能和動(dòng)量單一的相干光電子束。用該電子束照射間距為d的雙縫，在與縫相距為L(zhǎng)的觀測(cè)屏上形成干涉條紋，測(cè)得條紋間距為Δx，已知電子質(zhì)量為m，普朗克常量為h，光速為c，則()A.電子的動(dòng)量pe＝eq\f(hL,dΔx)B.電子的動(dòng)能Ek＝eq\f(hL2,2md2Δx2)C.光子的能量E＝W0＋eq\f(chL,dΔx)D.光子的動(dòng)量p＝eq\f(W0,c)＋eq\f(h2L2,2cmd2Δx2)聽(tīng)課筆記5.用極微弱的可見(jiàn)光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，隨著時(shí)間的增加，在屏上先后出現(xiàn)如圖6(a)(b)(c)所示的圖像，則()圖6A.圖像