1、第29讲 波粒二象性,一 光电效应,二 爱因斯坦光电效应方程,三 光的波粒二象性与物质波,教材研读,突破一 光电效应的理解,突破二 光电效应的图像分析,突破三 对波粒二象性的理解,重难突破,3.研究光电效应的电路图其中A是 阳极 、K是 阴极 。,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 大于 这个极 限频率才能产生光电效应。低于这个频率的光不能产生光电效应。 (2)光电子的最大初动能与入射光的 强度 无关,只随入射光频率 的增大而 增大 。 (3)光电效应的发生几乎是 瞬时 的,一般不超过10-9 s。 (4)当入射光的频率大于极限频率时,饱和光电流的大小与入射光的
2、强 度成 正比 。,3.最大初动能 发生光电效应时,金属表面上的 电子 吸收光子后克服原子核的引 力逸出时所具有的动能的最大值。 4.遏止电压与截止频率 (1)遏止电压:使光电流减小到零的反向电压Uc。 (2)截止频率:能使某种金属发生光电效应的 最小 频率叫做该种金属的截止频率(又叫极限频率)。不同的金属对应着不同的极限频率。,5.爱因斯坦光电效应方程 (1)表达式:Ek=h- W0 。 (2)物理意义:金属表面的电子吸收一个光子获得的能量是h,这些能量 的一部分用来克服金属的 逸出功W0 ,剩下的表现为逸出后光电 子的最大初动能Ek= mev2 。,三、光的波粒二象性与物质波 1.光的波粒
3、二象性 (1)光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有 波动 性。 (2)光电效应说明光具有 粒子 性。 (3)光既具有波动性,又具有粒子性,称为光的 波粒二象 性。 2.物质波 (1)概率波 光的干涉现象是大量光子的运动遵守波动规律的表现,亮条纹是光子到,达概率 大 的地方,暗条纹是光子到达概率 小 的地方,因此 光波又叫概率波。 (2)物质波 任何一个运动着的物体,小到微观粒子大到宏观物体都有一种波与它对,应,其波长= ,p为运动物体的动量,h为普朗克常量。,3.不确定性关系 微观粒子的 动量 和位置是不能同时确定的。,1.判断下列说法的正误: (1)光电子就是光子。 ( ) (2)只要光强度足
4、够强,任何金属都能发生光电效应。 ( ) (3)极限频率越大的金属材料逸出功越大。 ( ) (4)爱因斯坦认为光是一份一份的,每一份叫光量子。 ( ) (5)宏观物体不具有波动性。 ( ) (6)光子和光电子都是实物粒子。 ( ),(7)要使某金属发生光电效应,入射光子的能量必须大于金属的逸出 功。 ( ) (8)光电子的最大初动能与入射光子的频率成正比。 ( ) (9)光的频率越高,光的粒子性越明显,但仍具有波动性。 ( ) (10)德国物理学家普朗克提出了量子假说,成功地解释了光电效应规 律。 ( ) (11)美国物理学家康普顿发现了康普顿效应,证实了光的粒子性。( ) (12)法国物理学
5、家德布罗意大胆预言了实物粒子在一定条件下会表现 为波动性。 ( ),2.(多选)关于光的波粒二象性的理解正确的是 ( AD ) A.大量光子的效果往往表现出波动性,个别光子的行为往往表现出粒子性 B.光在传播时是波,而与物质相互作用时就转变成粒子 C.高频光是粒子,低频光是波 D.波粒二象性是光的根本属性,有时它的波动性显著,有时它的粒子性显著,3.(多选)如图所示,用导线把验电器与锌板相连接,当用紫外线照射锌板 时,发生的现象是 ( BC ) A.有光子从锌板逸出 B.有电子从锌板逸出 C.验电器指针张开一个角度 D.锌板带负电,4.(多选)在光电效应实验中,用频率为的光照射光电管阴极,发生
6、了光 电效应,下列说法正确的是 ( AD ) A.增大入射光的强度,光电流增大 B.减小入射光的强度,光电效应现象消失 C.改用频率小于的光照射,一定不发生光电效应 D.改用频率大于的光照射,光电子的最大初动能变大,2.正确理解光电效应方程 (1)对光电效应的四点提醒 能否发生光电效应,不取决于光的强度而取决于光的频率。 光电效应中的“光”不是特指可见光,也包括不可见光。 逸出功的大小由金属本身决定,与入射光无关。 光电子不是光子,而是电子。 (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。 (3)定量分析时应抓住三个关系式 爱因斯坦光电效
7、应方程:Ek=h-W0。 最大初动能与遏止电压的关系:Ek=eUc。 逸出功与极限频率的关系:W0=hc。,典例1 (2016浙江4月选考,16,2分)(多选)在光电效应实验中,采用极限 频率为0=5.51014 Hz的钠做阴极,已知普朗克常量h=6.610-34 Js,电子 质量m=9.110-31 kg。用频率=7.51014 Hz的紫光照射钠阴极产生光电 子的 ( AD ) A.动能的数量级为10-19 J B.速率的数量级为108 m/s C.动量的数量级为10-27 kgm/s D.德布罗意波长的数量级为10-9 m,解析 根据Ek=h-W,W=h0,得:Ek=1.3210-19 J
8、,A正确。由Ek= mv2,得v 5105 m/s,B错误。动量p= 4.910-25 kgm/s,C错误。由p=h/得 = m1.310-9 m,故D正确。,规律总结 应用光电效应方程时的注意事项 (1)每种金属都有一个截止频率,入射光频率大于这个截止频率时才能 发生光电效应。 (2)截止频率是发生光电效应的最小频率,对应着光的极限波长和金属 的逸出功,即hc= =W0。 (3)应用光电效应方程Ek=h-W0时,注意能量单位电子伏和焦耳的换算 1eV=1.610-19J)。,1-1 分别用波长为和 的单色光照射同一金属板,逸出的光电子的最 大初动能之比为1 2,以h表示普朗克常量,c表示真空
9、中的光速,则此金 属板的逸出功为 ( A ) A. B. C. D.,:,解析 设此金属的逸出功为W0,根据光电效应方程得: 当用波长为的光照射时:Ek1=h -W0 当用波长为 的光照射时:Ek2=h -W0 又Ek1Ek2=12 解得W= 。 故选A。,1-2 2016课标,35(1),5分(多选)现用某一光电管进行光电效应实验,当用某一频率的光入射时,有光电流产生。下列说法正确的是 ( ACE ) A.保持入射光的频率不变,入射光的光强变大,饱和光电流变大 B.入射光的频率变高,饱和光电流变大 C.入射光的频率变高,光电子的最大初动能变大 D.保持入射光的光强不变,不断减小入射光的频率,
10、始终有光电流产生 E.遏止电压的大小与入射光的频率有关,与入射光的光强无关,解析 保持入射光的频率不变,入射光的光强变大,单位时间内逸出的 光电子个数增加,则饱和光电流变大,故A正确。饱和光电流的大小与入 射光的频率无直接关系,故B错。由Ek=h-W0,可知C正确。当入射光的 频率小于金属的极限频率时,光电效应不能发生,故D错。由eUc= mv2= h-W0得eUc=h-W0,可见,遏止电压Uc随的增大而增大,与入射光的光强 无关,故E正确。,突破二 光电效应的图像分析,典例2 (多选)在光电效应实验中,某同学用同一种材料在不同实验条 件下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线(甲光、乙光、丙光
11、),如 图所示。则可判断出 ( BCE ) A.甲光的频率大于乙光的频率 B.乙光的波长大于丙光的波长 C.甲光、乙光波长相等 D.甲光对应的光电子最大初动能大于丙光对应的光电子最大初动能 E.甲光对应的光电子最大初动能等于乙光对应的光电子最大初动能,解析 由eUc= m =h-W0知,入射光的频率越高,对应的遏止电压Uc越 大。甲光、乙光对应的遏止电压相等,所以甲光、乙光的频率相等,则 用甲光与乙光照射而逸出的光电子的最大初动能相等,A错误,E正确;丙 光对应的遏止电压大于乙光对应的遏止电压,所以丙光的频率大于乙光 的频率,则乙光的波长大于丙光的波长,B正确;甲光、乙光的频率相等, 则甲光、
12、乙光波长相等,C正确;丙光对应的遏止电压大于甲光对应的遏 止电压,所以甲光对应的光电子最大初动能小于丙光对应的光电子最大 初动能,D错误。,2-1 (多选)用某单色光照射金属钛表面,发生光电效应。从钛表面放出 光电子的最大初动能与入射光频率的关系图线如图。则下列说法正确 的是 ( ABD ) A.钛的逸出功为6.6710-19 J B.钛的极限频率为1.01015 Hz C.光电子的最大初动能为1.010-18 J D.由图线可求得普朗克常量为6.6710-34 Js,解析 根据光电效应方程Ek=h-W0知,图线的斜率表示普朗克常量,则h = Js=6.6710-34 Js,D正确;当最大初动
13、能为零时,入射光的频率 等于金属的极限频率,则0=1.01015 Hz,可知逸出功W0=h0=6.6710-341 1015 J=6.6710-19 J,A、B正确;入射光的频率越大,光电子的最大初动能 越大,根据题图无法得出光电子的最大初动能,C错误。,2-2 (多选)图甲是光电效应的实验装置图,图乙是光电流与加在阴极K 和阳极A上的电压的关系图像,下列说法正确的是( AB ) A.由图线、可知在光的颜色不变的情况下, 入射光越强,饱和电流越大 B.由图线、可知对某种确定的金属来说, 其遏止电压只由入射光的频率决定 C.只要增大电压,光电流就会一直增大 D.不论哪种颜色的入射光,只要光足够强
14、,就能发生光电效应,解析 由图线、可知在光的颜色不变的情况下,入射光越强,饱和 电流越大,故A正确;根据光电效应方程知,Ekm=h-W0=eUc,可知入射光频 率越大,最大初动能越大,遏止电压越大,对于确定的金属,遏止电压只与 入射光的频率有关,故B正确;增大电压,当电压增大到一定值,光电流达 到饱和,不再增大,故C错误;发生光电效应的条件是入射光的频率大于 截止频率,与入射光的强度无关,故D错误。,突破三 对波粒二象性的理解,1.对光的波粒二象性的理解,2.物质波 (1)定义:任何运动着的物体都有一种波与之对应,这种波叫做物质波,也 叫德布罗意波。 (2)物质波的波长:= = ,h是普朗克常
15、量。,典例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 ( D ) 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,解析 由这些照片可以看出,少量光子的运动显示粒子性,大量光子的 运动显示波动性,故D正确。,3-1 (多选)关于光电效应和康普顿效应的规律,下列说法正确的是 ( BD ) A.光电效应中,金属板向外发射的光电子又可以叫做光子 B.用光照射金属不能发生光电效应是因为该入射光的频率小于金属的 截止频率 C.对于同种金属而言,遏止电压与入射光的频率无关 D.石墨对X射线散射时,部分X射线的散射光波长会变长,这个现象称为 康普顿效应,解析 光电效应中,金属板向外发射的电子叫光电子,A错误;用光照射 金属不能发生光电效应是因为该入射光的频率小于金属的截止频率,B 正确;根据光电效应方程h-W0=eUc可知,对于同种金属而言(逸出功一 样),入射光的频率越大,遏止电压就越大,即遏止电压与入射光的频率有 关,C错误;在石墨对X射线散射时,部分X射线的散射光波长会变长的现 象称为康普顿效应,D正确。,
