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第 二 章 波粒二象性,知識點1 光電效應 Ⅰ 【思維激活1】(多選)如圖所示,用導線 把驗電器與鋅板相連接,當用紫外線照射 鋅板時,發(fā)生的現(xiàn)象是( ) A.有光子從鋅板逸出 B.有電子從鋅板逸出 C.驗電器指針張開一個角度 D.鋅板帶負電,【解析】選B、C。用紫外線照射鋅板是能夠發(fā)生光電效應的,鋅板上的電子吸收紫外線的能量從鋅板表面逸出,稱之為光電子,故A錯誤、B正確;鋅板與驗電器相連,帶有相同電性的電荷,鋅板失去電子應該帶正電,且失去電子越多,帶正電的電荷量越多,驗電器指針張角越大,故C正確、D錯誤。,【知識梳理】 1.定義：照射到金屬表面的光,能使金屬中的_____從表面逸 出的現(xiàn)象。 2.光電子：_________中發(fā)射出來的電子。 3.光電效應規(guī)律： (1)每種金屬都有一個極限頻率,入射光的頻率必須_____這個 極限頻率才能產(chǎn)生光電效應。低于這個頻率的光不能產(chǎn)生光 電效應。 (2)光電子的最大初動能與入射光的_____無關,只隨入射光頻 率的增大而_____。,電子,光電效應,大于,強度,增大,(3)光電效應的發(fā)生___________的,一般不超過10-9s。 (4)當入射光的頻率大于極限頻率時,飽和光電流的強度與 入射光的強度成_____。,幾乎是瞬時,正比,知識點2 愛因斯坦光電效應方程 Ⅰ 【思維激活2】(2012·上海高考)在光電效應實驗中,用單色光照射某種金屬表面,有光電子逸出,則光電子的最大初動能取決于入射光的( ) A.頻率 B.強度 C.照射時間 D.光子數(shù)目,【解析】選A。根據(jù)愛因斯坦光電效應方程Ek=hν-W0可知,當金屬的極限頻率確定時,光電子的最大初動能取決于入射光的頻率,與光照強度、照射時間、光子數(shù)目無關,選項A對,B、C、D錯。,【知識梳理】 1.光子說：在空間傳播的光是不連續(xù)的,而是一份一份的,每一 份叫作一個光的能量子,簡稱光子,光子的能量ε=____。其中 h=6.63×10-34J·s。(稱為普朗克常量) 2.逸出功W0：使電子脫離某種金屬所做功的_______。 3.最大初動能：發(fā)生光電效應時,金屬表面上的_____吸收光 子后克服原子核的引力逸出時所具有的動能的最大值。,hν,最小值,電子,4.愛因斯坦光電效應方程： (1)表達式：Ek=hν-__。 (2)物理意義：金屬表面的電子吸收一個光子獲得的能量是 hν,這些能量的一部分用來克服金屬的________,剩下的表 現(xiàn)為逸出后光電子的最大初動能Ek=________。,W0,逸出功W0,5.對光電效應規(guī)律的解釋：,增大,積累能量,光電子,【微點撥】 1.對光電效應的四點提醒： (1)能否發(fā)生光電效應,不取決于光的強度而取決于光的頻率。 (2)光電效應中的“光”不是特指可見光,也包括不可見光。 (3)逸出功的大小由金屬本身決定,與入射光無關。 (4)光電子不是光子,而是電子。 2.波粒二象性的三個易錯點： (1)光子表現(xiàn)為波動性,并不否認光具有粒子性。 (2)宏觀物體也具有波動性。 (3)微觀粒子的波動性與機械波不同,微觀粒子的波是概率波。,考點1 光電效應規(guī)律的理解 區(qū)分光電效應中的五組概念 1.光子與光電子：光子指光在空間傳播時的每一份能量,光子不帶電;光電子是金屬表面受到光照射時發(fā)射出來的電子,其本質是電子。光子是光電效應的因,光電子是果。,深化 理解,2.光電子的動能與光電子的最大初動能：光照射到金屬表面時,電子吸收光子的全部能量,可能向各個方向運動,需克服原子核和其他原子的阻礙而損失一部分能量,剩余部分為光電子的初動能;只有金屬表面的電子直接向外飛出時,只需克服原子核的引力做功的情況,才具有最大初動能。光電子的初動能小于等于光電子的最大初動能。,3.光電流和飽和光電流：金屬板飛出的光電子到達陽極,回路中便產(chǎn)生光電流,隨著所加正向電壓的增大,光電流趨于一個飽和值,這個飽和值是飽和光電流,在一定的光照條件下,飽和光電流與所加電壓大小無關。 4.入射光強度與光子能量：入射光強度指單位時間內(nèi)照射到金屬表面單位面積上的總能量。 5.光的強度與飽和光電流：飽和光電流與入射光強度成正比的規(guī)律是對頻率相同的光照射金屬產(chǎn)生光電效應而言的,對于不同頻率的光,由于每個光子的能量不同,飽和光電流與入射光強度之間沒有簡單的正比關系。,【題組通關方案】 【典題1】入射光照射到某金屬表面上發(fā)生光電效應,若入射光的強度減弱,而頻率保持不變,則( ) A.從光照至金屬表面上到發(fā)射出光電子之間的時間間隔將明顯增加 B.逸出的光電子的最大初動能將減小 C.單位時間內(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,【典題解析】選C。光電效應的發(fā)生幾乎是瞬時的,一般不超過10-9s,且與入射光的強度無關,A錯;光電子的最大初動能與入射光的強度無關,只隨著入射光頻率的增大而增大,入射光的強度減弱而頻率保持不變,逸出的光電子的最大初動能將不變,B錯;光強減弱,單位時間內(nèi)入射的光子數(shù)減少,則單位時間內(nèi)從金屬表面逸出的光電子數(shù)目將減少,C對;只要入射光的頻率大于極限頻率就能產(chǎn)生光電效應,入射光只是強度減弱而頻率保持不變,故仍能發(fā)生光電效應,D錯。,【典題2】(2012·江蘇高考)A、B兩種光子的能量之比為2∶1,它們都能使某種金屬發(fā)生光電效應,且所產(chǎn)生的光電子最大初動能分別為EA、EB。求A、B兩種光子的動量之比和該金屬的逸出功。,【典題解析】光子能量ε=hν, 動量p= 且ν= 得p= 則pA∶pB=2∶1 A照射時,光電子的最大初動能 EA=εA-W0。 同理,EB=εB-W0, 解得W0=EA-2EB 答案：2∶1 EA-2EB,【加固訓練】 1.硅光電池是利用光電效應原理制成的器件,下列表述正確的是( ) A.硅光電池是把光能轉變?yōu)殡娔艿囊环N裝置 B.硅光電池中吸收了光子能量的電子都能逸出 C.逸出的光電子的最大初動能與入射光的頻率無關 D.任意頻率的光照射到硅光電池上都能產(chǎn)生光電效應,【解析】選A。光電效應是光(包括不可見光)照射金屬使其逸出電子的現(xiàn)象,因此,硅光電池是把光能轉化為電能的一種裝置,A正確。根據(jù)光電效應規(guī)律知,大于極限頻率的光才能被金屬中的電子吸收而發(fā)生光電效應,跑向金屬內(nèi)部的電子并不能飛出金屬,B、D錯誤。光電子的最大初動能隨入射光頻率的增大而增大,C錯誤。,2.已知金屬銫的極限波長為0.66μm,用0.50μm的光照射銫金屬表面時發(fā)射光電子的最大初動能為多少焦耳?銫金屬的逸出功為多少焦耳?(普朗克常量h=6.63×10-34J·s),【解析】金屬銫發(fā)生光電效應的極限頻率ν0= 金屬銫的逸出功 W=hν0= =6.63×10-34× ≈3×10-19 J 由光電效應方程 Ek=hν-W0= =6.63×10-34×3×108× =9.6×10-20 J 答案：9.6×10-20 J 3×10-19 J,【學科素養(yǎng)升華】 光電效應的兩個決定關系 (1)逸出功W0一定時,入射光的頻率決定著能否產(chǎn)生光電效應以及光電子的最大初動能。 (2)入射光的頻率一定時,入射光的強度決定著單位時間內(nèi)發(fā)射出來的光電子數(shù)。,考點2 光電效應的圖像分析,對比 分析,【題組通關方案】 【典題3】(2011·福建高考)愛因斯坦因提出 了光量子概念并成功地解釋光電效應的規(guī)律而 獲得1921年諾貝爾物理學獎。某種金屬逸出光 電子的最大初動能Ekm與入射光頻率ν的關系如 圖所示,其中ν0為極限頻率。從圖中可以確定 的是( ) A.逸出功與ν有關 B.Ekm與入射光強度成正比 C.當νν0時,會逸出光電子 D.圖中直線的斜率與普朗克常量有關,【典題解析】選D。金屬的逸出功與入射光的頻率ν無關,只與極限頻率ν0有關,A錯;光電子的最大初動能與入射光強度無關,與入射光的頻率和金屬的逸出功有關,B錯;當入射光的頻率小于極限頻率,不能發(fā)生光電效應現(xiàn)象,C錯;據(jù)光電效應方程Ek=hν-W0可知,圖像的斜率即為普朗克常量,D對。,【典題4】(2013·浙江高考)小明用金屬銣為陰極的光電管觀測光電效應現(xiàn)象,實驗裝置示意圖如圖甲所示。已知普朗克常量h=6.63×10-34J·s。,(1)圖甲中電極A為光電管的 (選填“陰極”或“陽極”); (2)實驗中測得銣的遏止電壓Uc與入射光頻率ν之間的關系如圖乙所示,則銣的截止頻率νc= Hz,逸出功W0= J; (3)如果實驗中入射光的頻率ν=7.00×1014Hz,則產(chǎn)生的光電子的最大初動能Ek= J。,【典題解析】(1)由光電管的結構知,A為陽極。 (2)Uc-ν圖像中橫軸的截距表示截止頻率,νc=5.14×1014Hz,逸出功W0=hνc=6.63×10-34×5.14×1014J=3.41×10-19J。 (3)由愛因斯坦的光電效應方程Ek=hν-W0=6.63×10-34 ×7.00×1014J-3.41×10-19J=1.23×10-19J。 答案：(1)陽極 (2)(5.12～5.18)×1014 (3.39～3.43)×10-19 (3)(1.21～1.25)×10-19,【加固訓練】 1.研究光電效應規(guī)律的實驗裝置如圖所示,以頻率為ν的光照射光電管陰極K時,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)射后將向陽極A做減速運動。光電流i由圖中電流計G測出。反向電壓U由電壓表V測出,且遏止電壓為U0。在下列表示光電效應實驗規(guī)律的圖像中,錯誤的是( ),【解析】選B。當反向電壓U和入射光頻率ν一定時,光電效應產(chǎn)生的光電子數(shù)與光強成正比,則單位時間內(nèi)到達陽極A的光電子數(shù)與光強也成正比,故光電流i與光強I成正比,所以選項A正確。由動能定理得-eU0=0-Ek,又因Ek=hν-W0,所以可知遏止電壓U0與頻率ν是線性關系,但不是正比例關系,故選項B錯誤。當光強與入射光頻率一定時,單位時間內(nèi)逸出的光電子數(shù)及其最大初動能是一定的,所形成的光電流強度會隨反向電壓的增大而減小,選項C正確。根據(jù)光電效應的瞬時性規(guī)律,可知選項D正確。,2.從1907年起,美國物理學家密立根開始以精湛的技術測量光電效應中幾個重要的物理量。他通過如圖所示的實驗裝置測量某金屬的遏止電壓Uc與入射光頻率ν,作出Uc-ν的圖像,由此算出普朗克常量h,并與普朗克根據(jù)黑體輻射測出的h相比較,以檢驗愛因斯坦方程的正確性。圖中頻率ν1、ν2,遏止電壓Uc1、Uc2及電子的電荷量e均為已知,求： (1)普朗克常量h; (2)該金屬的截止頻率ν0。,【解析】根據(jù)愛因斯坦光電效應方程Ek=hν-W0及動能定理 eUc=Ek得Uc= 結合圖像知 普朗克常量 答案：,【學科素養(yǎng)升華】 光電效應中有關圖像問題的解題方法 (1)明確圖像中縱坐標和橫坐標所表示的物理量。 (2)明確圖像所表示的物理意義及所對應的函數(shù)關系,同時還要知道截距、交點等特殊點的意義。例如, ①Ekm-ν圖像,表示了光電子的最大初動能Ekm隨入射光頻率ν的變化曲線,圖甲中橫軸上的截距是陰極金屬的極限頻率,縱軸上的截距表示了陰極金屬的逸出功負值,直線的斜率為普朗克常量,圖像的函數(shù)式：Ek= hν-W0。,②光電效應中的U-I圖像,是光電流強度I隨兩極板間電壓U的變化曲線,圖乙中的Im是飽和光電流,Uc為遏止電壓。,