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适用于新教材2024版高考物理一轮总复习第15章近代物理第1讲光电效应波粒二象性课件
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这是一份适用于新教材2024版高考物理一轮总复习第15章近代物理第1讲光电效应波粒二象性课件，共33页。PPT课件主要包含了内容索引，强基础固本增分，研考点精准突破，2两条对应关系，答案C等内容，欢迎下载使用。
一、光电效应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,称为光电效应,发射出来的电子称为光电子。 本质是电子,而不是光子2.光电效应的规律(1)存在着饱和电流:对于一定颜色的光,入射光越强,单位时间内发射的光电子数 越多 。 (2)存在着遏止电压和截止频率:光电子的能量只与入射光的 频率 有关,而与入射光的 强弱 无关。当入射光的频率低于截止频率时不发生光电效应。 (3)光电效应具有瞬时性:当频率超过截止频率时,无论入射光怎样微弱,在照到金属时会立即产生光电流,即光电效应几乎是瞬时发生的。
易错辨析·判一判(1)只要入射光足够强,就可以使金属发生光电效应。( × )(2)只要光照射的时间足够长,任何金属都能发生光电效应。( × )
二、爱因斯坦光电效应方程1.光子说在空间传播的光是不连续的,而是一份一份的,每一份叫一个光的能量子,简称光子,光子的能量ε= hν 。其中h=6.63×10-34 J·s,称为普朗克常量。 金属越活跃,逸出功越小,越容易发生光电效应2.逸出功W0使电子脱离某种金属所做功的 最小值 。
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.爱因斯坦光电效应方程(1)表达式:Ek=hν- W0 。 (2)物理意义:金属中的电子吸收一个光子获得的能量是hν,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电子的初动能。易错辨析·判一判(3)光子和光电子都是实物粒子。( × )(4)要想在光电效应实验中测到光电流,入射光子的能量必须大于金属的逸出功。( √ )(5)光电子的最大初动能与入射光子的频率成正比。( × )
三、光的波粒二象性与物质波1.光的波粒二象性(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
易错辨析·判一判(6)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。( √ )(7)光的频率越高,光的粒子性越明显,但仍具有波动性。( √ )(8)所有运动的物体都对应着一种波。( √ )
1.研究光电效应的两条思路(1)两条线索
2.光电效应中三个重要关系(1)爱因斯坦光电效应方程:Ek=hν-W0。(2)光电子的最大初动能Ek与遏止电压Uc的关系:Ek=eUc。(3)逸出功W0与极限频率νc的关系:W0=hνc。
典例1.如图所示,有一束单色光入射到截止频率为ν0的金属板K上,具有最大初动能的某出射电子,沿垂直于平行板电容器极板的方向,从左侧极板上的小孔入射到两极板间的匀强电场中,到达右侧极板时速度刚好为零。已知电容器的电容为C,所带电荷量为Q,极板间距为d,普朗克常量为h,电子电荷量的绝对值为e,不计电子的重力。关于电容器右侧极板的带电情况和入射光的频率ν,以下判断正确的是( )
思维点拨 根据电容的定义式求出两极板间的电势差U= ,电子在两极板间运动时,根据动能定理得-eU=0-Ek,求出最大初动能。由W0=hν0计算出金属的逸出功,根据光电效应方程hν-W0=Ek求出入射光的频率。答案 C解析 电子在电容器里面减速运动,受到向左的静电力的作用,所以电场强度方向向右,电容器右侧极板带负电。一束单色光入射到截止频率为ν0的金属板K上,射出电子的最大初动能为Ek=hν-W0,hν0=W0,电子在电容器中
对点演练1.(2022山东淄博一模)某光源发出的光由不同频率的光组成,不同频率的光的强度如图所示,表中给出了某些材料的截止频率,用该光源发出的光照射表中材料,下列说法正确的是( )A.仅钾能产生光电子B.钨、钙能产生光电子C.钙、钾能产生光电子D.钨、钙、钾都能产生光电子答案 D
解析 由题图可知,该光源发出的光的频率大约在6×1014 Hz到14×1014 Hz之间,而三种材料中,截止频率最大的钨的截止频率是10.95×1014 Hz,小于14×1014 Hz,所以该光源能使三种材料都产生光电效应,故选D。
2.(多选)(2023浙江杭州模拟)如图是研究光电效应的实验装置,某同学进行了如下操作:(1)用频率为ν1的光照射光电管,此时微安表中有电流,将滑动变阻器滑片P调至位置M(图中未画出),使微安表示数恰好变为0,此时电压表示数为U1;(2)用频率为ν2的光照射光电管,将滑片P调至位置N(图中未画出),使微安表示数恰好变为0,此时电压表的示数为U2。已知元电荷为e,ν1<ν2。关于该实验,下列说法正确的是( )A.位置M比位置N更靠近b端B.位置M、N与光的强弱有关
解析 根据电路图,结合逸出电子受到电场阻力时,微安表示数才可能为零,知只有K的电势高于A的电势,即触头P向a端滑动时,才能实现微安表示数恰好变为零,根据光电效应方程可得Ek=hν-W0=eUc,因ν1<ν2,则U1
解析 根据遏止电压与最大初动能的关系有eUc=Ek,根据光电效应方程有Ek=hν-W0,结合图像可知,当Uc为0时,W0=hνc,A正确;钠的截止频率为νc,根据图像可知,截止频率小于8.5×1014 Hz,B错误;结合遏止电压与光电效应
射光的频率关系式可知,遏止电压Uc与入射光频率ν成线性关系,不是成正比,D错误。
对点演练3.(2021江苏卷)如图所示,分别用1、2两种材料作K极进行光电效应探究,其截止频率ν1<ν2,保持入射光不变,则光电子到达A极时动能的最大值Ekm随电压U变化关系的图像是( )
解析 光电管所加电压为正向电压,则根据爱因斯坦光电效应方程可知,光电子到达A极时动能的最大值Ekm=Ue+hν-hνc,可知Ekm-U图像的斜率相同,均为e;截止频率越大,则图像在纵轴上的截距越小,因ν1<ν2,则图像C正确,A、B、D错误。
4.(2023广东肇庆模拟)如图甲所示,阴极K和阳极A是密封在真空玻璃管中的两个电极,阴极K在受到光照时能够发射光电子。阴极K与阳极A之间电压U的大小可以调整,电源的正负极也可以对调。闭合开关后,阳极A吸收阴极K发出的光电子,在电路中形成光电流。现分别用蓝光、弱黄光、强黄光照射阴极K,形成的光电流与电压的关系图像如图乙所示,图中a、b、c光依次为( )A.蓝光、弱黄光、强黄光B.弱黄光、蓝光、强黄光C.强黄光、蓝光、弱黄光D.蓝光、强黄光、弱黄光答案 C
解析 设遏止电压为Uc,由动能定理eUc=Ek=hν-W0可知,对于同一种金属W0不变,遏止电压与入射光的频率有关。对于一定频率的光,无论光的强弱如何,遏止电压都是一样的,故a、c是同种颜色的光,在光的频率不变的情况下,入射光越强,饱和电流越大,所以a为强黄光,c为弱黄光。b的遏止电压最大,故b光的频率最大,为蓝光,故选C。
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,这种波叫作德布罗意波,也叫物质波。
对点演练5.(多选)关于物质的波粒二象性,下列说法正确的是( )A.不仅光子具有波粒二象性,一切运动的微粒都具有波粒二象性B.运动的微观粒子与光子一样,当它们通过一个小孔时,都没有特定的运动轨道C.康普顿效应说明光具有粒子性D.宏观物体的运动有特定的轨道,所以宏观物体不具有波粒二象性答案 ABC
解析 德布罗意在爱因斯坦光子说的基础上提出了物质波的概念,认为一切运动的物体都具有波粒二象性,A正确;运动的微观粒子与光子一样,当它们通过一个小孔时,没有特定的运动轨道,B正确;康普顿效应说明光具有粒子性,C正确;宏观物体的德布罗意波的波长太小,实际很难观察到波动性,不是不具有波粒二象性,D错误。
一、光电效应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,称为光电效应,发射出来的电子称为光电子。 本质是电子,而不是光子2.光电效应的规律(1)存在着饱和电流:对于一定颜色的光,入射光越强,单位时间内发射的光电子数 越多 。 (2)存在着遏止电压和截止频率:光电子的能量只与入射光的 频率 有关,而与入射光的 强弱 无关。当入射光的频率低于截止频率时不发生光电效应。 (3)光电效应具有瞬时性:当频率超过截止频率时,无论入射光怎样微弱,在照到金属时会立即产生光电流,即光电效应几乎是瞬时发生的。
易错辨析·判一判(1)只要入射光足够强,就可以使金属发生光电效应。( × )(2)只要光照射的时间足够长,任何金属都能发生光电效应。( × )
二、爱因斯坦光电效应方程1.光子说在空间传播的光是不连续的,而是一份一份的,每一份叫一个光的能量子,简称光子,光子的能量ε= hν 。其中h=6.63×10-34 J·s,称为普朗克常量。 金属越活跃,逸出功越小,越容易发生光电效应2.逸出功W0使电子脱离某种金属所做功的 最小值 。
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.爱因斯坦光电效应方程(1)表达式:Ek=hν- W0 。 (2)物理意义:金属中的电子吸收一个光子获得的能量是hν,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电子的初动能。易错辨析·判一判(3)光子和光电子都是实物粒子。( × )(4)要想在光电效应实验中测到光电流,入射光子的能量必须大于金属的逸出功。( √ )(5)光电子的最大初动能与入射光子的频率成正比。( × )
三、光的波粒二象性与物质波1.光的波粒二象性(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
易错辨析·判一判(6)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。( √ )(7)光的频率越高,光的粒子性越明显,但仍具有波动性。( √ )(8)所有运动的物体都对应着一种波。( √ )
1.研究光电效应的两条思路(1)两条线索
2.光电效应中三个重要关系(1)爱因斯坦光电效应方程:Ek=hν-W0。(2)光电子的最大初动能Ek与遏止电压Uc的关系:Ek=eUc。(3)逸出功W0与极限频率νc的关系:W0=hνc。
典例1.如图所示,有一束单色光入射到截止频率为ν0的金属板K上,具有最大初动能的某出射电子,沿垂直于平行板电容器极板的方向,从左侧极板上的小孔入射到两极板间的匀强电场中,到达右侧极板时速度刚好为零。已知电容器的电容为C,所带电荷量为Q,极板间距为d,普朗克常量为h,电子电荷量的绝对值为e,不计电子的重力。关于电容器右侧极板的带电情况和入射光的频率ν,以下判断正确的是( )
思维点拨 根据电容的定义式求出两极板间的电势差U= ,电子在两极板间运动时,根据动能定理得-eU=0-Ek,求出最大初动能。由W0=hν0计算出金属的逸出功,根据光电效应方程hν-W0=Ek求出入射光的频率。答案 C解析 电子在电容器里面减速运动,受到向左的静电力的作用,所以电场强度方向向右,电容器右侧极板带负电。一束单色光入射到截止频率为ν0的金属板K上,射出电子的最大初动能为Ek=hν-W0,hν0=W0,电子在电容器中
对点演练1.(2022山东淄博一模)某光源发出的光由不同频率的光组成,不同频率的光的强度如图所示,表中给出了某些材料的截止频率,用该光源发出的光照射表中材料,下列说法正确的是( )A.仅钾能产生光电子B.钨、钙能产生光电子C.钙、钾能产生光电子D.钨、钙、钾都能产生光电子答案 D
解析 由题图可知,该光源发出的光的频率大约在6×1014 Hz到14×1014 Hz之间,而三种材料中,截止频率最大的钨的截止频率是10.95×1014 Hz,小于14×1014 Hz,所以该光源能使三种材料都产生光电效应,故选D。
2.(多选)(2023浙江杭州模拟)如图是研究光电效应的实验装置,某同学进行了如下操作:(1)用频率为ν1的光照射光电管,此时微安表中有电流,将滑动变阻器滑片P调至位置M(图中未画出),使微安表示数恰好变为0,此时电压表示数为U1;(2)用频率为ν2的光照射光电管,将滑片P调至位置N(图中未画出),使微安表示数恰好变为0,此时电压表的示数为U2。已知元电荷为e,ν1<ν2。关于该实验,下列说法正确的是( )A.位置M比位置N更靠近b端B.位置M、N与光的强弱有关
解析 根据电路图,结合逸出电子受到电场阻力时,微安表示数才可能为零,知只有K的电势高于A的电势,即触头P向a端滑动时,才能实现微安表示数恰好变为零,根据光电效应方程可得Ek=hν-W0=eUc,因ν1<ν2,则U1
解析 根据遏止电压与最大初动能的关系有eUc=Ek,根据光电效应方程有Ek=hν-W0,结合图像可知,当Uc为0时,W0=hνc,A正确;钠的截止频率为νc,根据图像可知,截止频率小于8.5×1014 Hz,B错误;结合遏止电压与光电效应
射光的频率关系式可知,遏止电压Uc与入射光频率ν成线性关系,不是成正比,D错误。
对点演练3.(2021江苏卷)如图所示,分别用1、2两种材料作K极进行光电效应探究,其截止频率ν1<ν2,保持入射光不变,则光电子到达A极时动能的最大值Ekm随电压U变化关系的图像是( )
解析 光电管所加电压为正向电压,则根据爱因斯坦光电效应方程可知,光电子到达A极时动能的最大值Ekm=Ue+hν-hνc,可知Ekm-U图像的斜率相同,均为e;截止频率越大,则图像在纵轴上的截距越小,因ν1<ν2,则图像C正确,A、B、D错误。
4.(2023广东肇庆模拟)如图甲所示,阴极K和阳极A是密封在真空玻璃管中的两个电极,阴极K在受到光照时能够发射光电子。阴极K与阳极A之间电压U的大小可以调整,电源的正负极也可以对调。闭合开关后,阳极A吸收阴极K发出的光电子,在电路中形成光电流。现分别用蓝光、弱黄光、强黄光照射阴极K,形成的光电流与电压的关系图像如图乙所示,图中a、b、c光依次为( )A.蓝光、弱黄光、强黄光B.弱黄光、蓝光、强黄光C.强黄光、蓝光、弱黄光D.蓝光、强黄光、弱黄光答案 C
解析 设遏止电压为Uc,由动能定理eUc=Ek=hν-W0可知,对于同一种金属W0不变,遏止电压与入射光的频率有关。对于一定频率的光,无论光的强弱如何,遏止电压都是一样的,故a、c是同种颜色的光,在光的频率不变的情况下,入射光越强,饱和电流越大,所以a为强黄光,c为弱黄光。b的遏止电压最大,故b光的频率最大,为蓝光,故选C。
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,这种波叫作德布罗意波,也叫物质波。
对点演练5.(多选)关于物质的波粒二象性,下列说法正确的是( )A.不仅光子具有波粒二象性,一切运动的微粒都具有波粒二象性B.运动的微观粒子与光子一样,当它们通过一个小孔时,都没有特定的运动轨道C.康普顿效应说明光具有粒子性D.宏观物体的运动有特定的轨道,所以宏观物体不具有波粒二象性答案 ABC
解析 德布罗意在爱因斯坦光子说的基础上提出了物质波的概念,认为一切运动的物体都具有波粒二象性,A正确;运动的微观粒子与光子一样,当它们通过一个小孔时,没有特定的运动轨道,B正确;康普顿效应说明光具有粒子性,C正确;宏观物体的德布罗意波的波长太小,实际很难观察到波动性,不是不具有波粒二象性,D错误。
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