1、第36讲 光电效应 波粒二象性,-2-,-3-,考点一,考点二,考点三,能量的量子化 核心知识整合 1.量子化假设 黑体的空腔壁由大量振子(振动着的带电微粒)组成,其能量只能是某一最小能量值的 ,并以这个最小能量值为单位一份一份地吸收或辐射。 2.能量子 (1)定义:不可再分的最小能量值。 (2)关系式:=h,是 ,h是 , h=6.6310-34 Js。,整数倍,电磁波的频率,普朗克常量,-4-,考点一,考点二,考点三,关键能力提升 命题点一 能量子 【例1】 以下宏观概念,哪些是“量子化”的( ) A.木棒的长度 B.物体的质量 C.物体的动量 D.学生的个数,答案:D 解析:木棒的长度、
2、物体的质量、物体的动量都可以取任意数值,因而不是量子化的,而学生的个数只能是分立的数目,是量子化的。,-5-,考点一,考点二,考点三,【例2】 2017年初,我国研制的“大连光源”极紫外自由电子激光装置,发出了波长在100 nm(1 nm=10-9 m)附近连续可调的极紫外激光脉冲,大连光源因其光子的能量大、密度高,可在能源利用、光刻技术、雾霾治理等领域的研究中发挥重要作用。一个处于极紫外波段的光子所具有的能量可以电离一个分子,但又不会把分子打碎。据此判断,能够电离一个分子的能量约为(取普朗克常量h=6.610-34 Js,真空光速c=3108 m/s)( ) A.10-21 J B.10-1
3、8 J C.10-15 J D.10-12 J,答案:B 解析:=h= ,代入已知数据可得,=210-18 J。,-6-,考点一,考点二,考点三,方法技巧1.物体在辐射或吸收能量的时候,只能从某一状态“飞跃”地过渡到另一状态,而不可能停留在不符合这些能量的任何一个中间状态。 2.在宏观尺度内研究物体的运动时我们可以认为,物体的运动是连续的,能量变化是连续的,不必考虑量子化;在研究微观粒子时必须考虑能量量子化。,-7-,考点一,考点二,考点三,命题点二 黑体与黑体辐射 【例3】 能正确解释黑体辐射实验规律的是( ) A.能量的连续经典理论 B.普朗克提出的能量量子化理论 C.以上两种理论体系任何
4、一种都能解释 D.牛顿提出的能量微粒说,答案:B 解析:根据黑体辐射的实验规律,随着温度的升高,一方面各种波长的辐射强度都有增加;另一方面,辐射强度的极大值向波长较短的方向移动,只能用普朗克提出的能量量子化理论才能得到满意的解释,B正确。,-8-,考点一,考点二,考点三,光的粒子性 核心知识整合 1.光电效应现象:在光的照射下金属中的电子从金属表面逸出的现象,叫 ,发射出来的电子叫 。,光电效应,光电子,-9-,考点一,考点二,考点三,2.光电效应的实验规律 (1)任何一种金属都有一个极限频率,入射光的频率必须 这个极限频率才能发生光电效应, 这个极限频率则不能发生光电效应。(均选填“大于”“
5、小于”或“等于”) (2)光电子的最大初动能与入射光的 无关,随入射光的增大而增大。 (3)金属受到光照,光电子的发射是瞬时的,一般不超过10-9 s。 (4)当入射光的频率不变且大于极限频率时,饱和光电流与入射光的 成正比。,大于,小于,强度,频率,强度,-10-,考点一,考点二,考点三,3.几个重要的概念 (1)入射光强度:单位时间内入射到金属表面单位面积上的能量。在实验中,入射光的频率不变,因而入射光强度越大,光子数越多。 (2)光电流:指光电子在电路中形成的电流。光电流有最大值,未达到最大值以前,其大小和入射光强度、电压都有关;达到最大值以后,光电流和入射光强度成正比。 (3)饱和光电
6、流:指在一定频率与强度的光照射下的最大光电流,饱和光电流不随电路中电压的增大而增大。 4.爱因斯坦光电效应方程 (1)光子:爱因斯坦提出,空间传播的光不是 的,而是一份一份的,每一份称为一个光子,光子具有的能量与光的 成正比,即= ,其中h=6.6310-34 Js,叫普朗克常量。 (2)爱因斯坦光电效应方程:h=Ek+W0或Ek=h-W0。,连续,频率,h,-11-,考点一,考点二,考点三,5.对光电效应规律的解释 (1)存在极限频率0:电子从金属表面逸出,首先必须克服金属原子核的引力做功W0,因而入射光子能量不小于W0,对应的频率即极限频率,(2)光电子的最大初动能随着入射光频率的增大而增
7、大,与入射光强度无关:电子吸收光子的能量后,一部分克服金属内部的阻碍作用做功,剩余部分转化为电子的初动能,只有直接从金属表面飞出的电子克服阻碍作用做功最少(逸出功W0),才具有最大初动能,对于确定的金属,W0一定,故光电子的最大初动能只随着入射光频率的增大而增大。,-12-,考点一,考点二,考点三,(3)光电效应具有瞬时性:光照射金属时,电子吸收一个光子的能量后,动能立即增大,不需要能量积累的过程。 (4)入射光强度越大饱和光电流越大:入射光较强时,包含的光子数较多,照射金属时产生的光电子较多,因而饱和电流较大。,-13-,考点一,考点二,考点三,关键能力提升 命题点一 光电效应实验原理 【例
8、4】 用一束紫外线照射某金属时不能发生光电效应,可能使该金属发生光电效应的措施是( ) A.改用红光照射 B.改用X射线照射 C.改用强度更大的原紫外线照射 D.延长原紫外线的照射时间,答案,解析,-14-,考点一,考点二,考点三,【例5】 用强度相同的红光和蓝光分别照射同一种金属,均能使该金属发生光电效应。下列判断正确的是( ) A.用红光照射时,该金属的逸出功小,用蓝光照射时该金属的逸出功大 B.用红光照射时,该金属的截止频率低,用蓝光照射时该金属的截止频率高 C.用红光照射时,逸出光电子所需时间长,用蓝光照射时逸出光电子所需时间短 D.用红光照射时,逸出的光电子最大初动能小,用蓝光照射时
9、逸出的光电子最大初动能大,答案,解析,-15-,考点一,考点二,考点三,命题点二 爱因斯坦光电效应方程 【例6】 (多选)在光电效应实验中,分别用频率为a、b的单色光a、b照射到同种金属上,测得相应的遏止电压分别为Ua和Ub、光电子的最大初动能分别为Eka和Ekb。h为普朗克常量。下列说法正确的是( )A.若ab,则一定有Uab,则一定有EkaEkb C.若Uab,则一定有ha-Ekahb-Ekb,答案,解析,-16-,考点一,考点二,考点三,【例7】 (多选)下图是用光照射某种金属时逸出的光电子的最大初动能随入射光频率的变化图线(直线与横轴的交点为4.27,与纵轴交点为0.5)。由图可知(
10、)A.该金属的截止频率为4.271014 Hz B.该金属的截止频率为5.51014 Hz C.该图线的斜率表示普朗克常量 D.该金属的逸出功为0.5 eV,答案,解析,-17-,考点一,考点二,考点三,方法技巧光电效应常用四类图象,-18-,考点一,考点二,考点三,-19-,考点一,考点二,考点三,命题点三 康普顿效应 【例8】 (多选)(2017浙江宁波北仑中学期中)下列实验中,深入地揭示了光的粒子性一面的有( ),答案,解析,-20-,考点一,考点二,考点三,【例9】 (多选)美国物理学家康普顿在研究石墨对X射线的散射时,发现光子除了具有能量之外还具有动量,被电子散射的X光子与入射的X光
11、子相比( ) A.速度减小 B.频率减小 C.波长减小 D.能量减小 易错提醒康普顿效应证明光具有粒子性,X光散射后光子的动量减小,碰撞前后光子速度保持光速不变,即频率减小,光子能量h减小。,答案,解析,-21-,考点一,考点二,考点三,粒子的波动性 核心知识整合 1.光的波粒二象性 (1)光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有 性。 (2)光电效应说明光具有 性。 (3)光既具有波动性,又具有粒子性,称为光的 性。 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 ,h为普朗克常量。,波动,粒子,波粒二象,动量,-22-,考点一,考点二,考点
12、三,3.概率波 大量光子产生的效果显示出 ,个别光子产生的效果显示出 ,光波是 ,光子的行为服从 规律,对于电子和其他微粒,由于同样具有波粒二象性,所以它们的物质波也是 。 4.不确定性关系 在经典力学中,一个质点的位置和动量是可以同时测定的,在量子力学中,要同时测出微观粒子的位置和动量是不可能的,我们把这种关系叫 关系。,波动性,粒子性,概率波,统计,概率波,不确定性,-23-,考点一,考点二,考点三,关键能力提升 命题点一 物质波 【例10】 (2017浙江宁波诺丁汉大学附属中学期末)一个德布罗意波长为1的中子和另一个德布罗意波长为2的氘核同向正碰后结合成一个氚核,该氚核的德布罗意波长为(
13、 ),答案,解析,-24-,考点一,考点二,考点三,命题点二 概率波 【例11】 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( )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,答案,解析,-25-,考点一,考点二,考点三,【例12】 (多选)在单缝衍射实验中,中央亮条纹的光强占从单缝射入的整个光强的95%以上,假设现在只让一个光子通过单缝,那么该光子( ) A.
14、一定落在中央亮条纹处 B.一定落在亮条纹处 C.可能落在暗条纹处 D.落在中央亮条纹处的可能性最大,答案,解析,-26-,1,2,3,4,5,1.(多选)(2018浙江湖州期末)下列说法正确是( ) A.电子的衍射图样说明光的波动性 B.粒子散射实验证实原子核由质子、中子组成 C.德布罗意波和光波都是概率波 D.康普顿效应和光电效应深入揭示了光的粒子性,答案,解析,-27-,1,2,3,4,5,2.(多选)(2018浙江杭州预测)关于近代物理实验,下列说法正确的有( ) A.光电效应实验中,一定颜色的可以产生光电效应的光,入射光越强,单位时间内发射的光电子数越多 B.在光电效应实验中,入射光的
15、频率大于截止频率时不发生光电效应 C.康普顿效应表明,光子除了具有能量之外还具有动量 D.一个电子和一个质子具有同样的动能时,质子的德布罗意波波长更长,答案,解析,-28-,1,2,3,4,5,3.(多选)(2018浙江11月选考)处于较高能级的氢原子向较低能级跃迁时,能辐射出a、b两种可见光,a光照射某金属表面时有光电子逸出,b光照射该金属表面时没有光电子逸出,则( ) A.以相同的入射角射向一平行玻璃砖,a光的侧移量小于b光的 B.垂直入射到同一单缝衍射装置,a光的衍射中央亮条纹宽度小于b光的 C.a光和b光的频率之比可能是 D.a光子的动量大于b光子的,答案,解析,-29-,1,2,3,
16、4,5,4.某激光器能发射波长为的激光,发射功率为P,c表示光速,h表示普朗克常量,则激光器每分钟发射的光子数为 ( ),答案,解析,-30-,1,2,3,4,5,5.如图甲所示,合上开关,用光子能量为2.5 eV的一束光照射阴极K,发现电流表读数不为零。调节滑动变阻器,发现当电压表读数小于0.60 V时,电流表计数仍不为零,当电压表读数大于或等于0.60 V时,电流表读数为零。把电路改为图乙,当电压表读数为2 V时,则逸出功及电子到达阳极时的最大动能为( )A.1.5 eV 0.6 eV B.1.7 eV 1.9 eV C.1.9 eV 2.6 eV D.3.1 eV 4.5 eV,答案,解析,
