22届高中物理一轮总复习 29　光电效应　波粒二象性(共49张PPT)

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霓虹灯、氖管、光谱仪、原子钟、威耳逊云室、射线测厚仪、原子弹、反应堆与核电站、太阳、氢弹、环流器装置等
光电效应现象、爱因斯坦光电效应方程及其意义、光的波粒二象性、原子的核式结构模型、氢原子光谱、原子的能级结构、原子核的组成、核反应方程、放射性和原子核衰变、半衰期及其统计意义、放射性同位素的应用、射线的危害与防护、原子核的结合能、核裂变反应和核聚变反应等
本章内容属于高考考查的热点,题型一般为选择题,可能与其他知识结合出计算题。考查的具体内容主要包括以下几点:①原子的能级跃迁;②原子核的衰变规律;③核反应方程的书写;④质量亏损和核能的计算;⑤三种射线的特点及应用;⑥光电效应的规律及应用等。还要注意学科内的综合问题,比如光电效应与带电粒子在电场和磁场中运动的综合,核反应与动量的综合等
一、光电效应1.定义①:在光的照射下从物体发射出　　　　的现象(发射出的电子称为光电子)。 2.产生条件:入射光的频率　　　　　　　极限频率。 
3.光电效应规律(1)存在着饱和电流:对于一定颜色的光,入射光强度越大,单位时间内发射出的光电子数　　　　。 (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　　　　有关,而与入射光的　　　　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,几乎在照到金属时立即产生光电流,时间不超过10-9 s。
二、光子说及光电效应方程1.光子说空间传播的光是一份一份的,每一份叫一个光子,一个光子的能量为E=hν,其中h=6.63×10-34 J·s(称为普朗克常量)。2.光电效应方程(1)表达式②:光电子的最大初动能Ek与入射光光子的能量hν和逸出功W0之间的关系:Ek=　　　　　　。其中逸出功是指使某种金属原子中的电子脱离金属所做功的　　　　　　。 (2)物理意义:金属中电子吸收一个光子获得的能量是hν,这些能量一部分用于克服金属的　　　　　　,剩下的表现为逸出电子的　　　　　　。 
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　　　　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(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　　的地方,暗条纹是光子到达概率　　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λ=　　　　,p为运动物体的动量,h为普朗克常量。 
1.判断下列说法的正误。(1)只要光照射的时间足够长,任何金属都能发生光电效应。(　　)(2)光电子就是光子。(　　)(3)极限频率越大的金属材料逸出功越大。(　　)(4)从金属表面出来的光电子的最大初动能越大,这种金属的逸出功越小。(　　)(5)入射光的频率越大,逸出功越大。(　　)
2.(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(　　)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
3.(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.波动性和粒子性在宏观现象中是矛盾的、对立的,但在微观高速运动的现象中是统一的D.实物粒子的运动有特定的轨道,所以实物粒子不具有波粒二象性
4.(新教材人教版选择性必修第三册P77T3改编)钙的逸出功是4.2eV,现在将波长为200 nm的光照射钙的表面(结果保留一位小数)。(1)求光电子的最大初动能。(2)求遏止电压。
答案(1)2.0 eV　(2)2.0 V解析(1)Ek= -W0=2.0 eV;(2)由-eU=0-Ek,解得U=2.0 V。
一、与光电效应有关的概念对比1.光子与光电子:光子不带电;光电子是光电效应时发射出来的电子,其本质是电子。2.光电子的初动能与光电子的最大初动能:光电子的初动能小于等于光电子的最大初动能。3.光电流和饱和光电流:金属板飞出的光电子到达阳极,回路中便产生光电流,随着所加正向电压的增大,光电流趋于一个饱和值,这个饱和值是饱和光电流。在一定的光照条件下,饱和光电流与所加电压大小无关。
4.入射光强度与光子能量:入射光强度是指单位时间内照射到单位面积上的总能量,与光子的能量和单位时间内光子的数目有关。5.光的强度与饱和光电流:频率相同的光照射金属产生光电效应,入射光越强,饱和光电流越大。
二、对光电效应规律的解释
三、光电管上加正向与反向电压情况分析(1)光电管加正向电压时的情况①P右移时,参与导电的光电子数增加;②P移到某一位置时,所有逸出的光电子恰好都参与了导电,光电流恰好达到最大值;③P再右移时,光电流不再增大。
(2)光电管加反向电压时的情况①P右移时,参与导电的光电子数减少;②P移到某一位置时,所有逸出的光电子恰好都不参与导电,光电流恰好为0,此时光电管两端加的电压为遏止电压;③P再右移时,光电流始终为0。
【典例1】 (2020山东模拟)如图所示,有一束单色光入射到极限频率为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后,到达右侧极板时速度刚好为零。已知电容器的电容为C,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(　　)
破题 根据电容的定义式求出两板电压U= ,电子在两板间运动时,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-W=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,所以受到向左的电场力的作用,所以电场强度方向向右,电容器右侧的极板带负电。一束单色光入射到极限频率为ν0的金属板K上,射出电子的最大初动能为Ek,hν-W=Ek,hν0=W,电子在电容器中减速运动,由动能定理得:-eU=0-Ek,电容器两极板间的电势差为: ,根据以上各式,解得:ν=ν0+ ,故选项C正确,选项A、B、D错误。
解决本类问题主要是抓好两个过程,一个是电子从金属板逸出过程,根据光电效应方程列式,另一个是电子在两板间减速运动过程,根据动能定理列式。
1.(2018全国卷Ⅱ)用波长为300 nm的光照射锌板,电子逸出锌板表面的最大初动能为1.28×10-19 J,已知普朗克常量为6.63×10-34 J·s,真空中的光速为3.00×108 m·s-1,能使锌产生光电效应的单色光的最低频率约为(　　)A.1×1014 HzB.8×1014 HzC.2×1015 HzD.8×1015 Hz
答案 B解析 对逸出电子,根据光电方程有,hν=Ek+W0, ,W0=hνc,其中,Ek=1.28×10-19 J,λ=300 nm=3×10-7 m,得νc=8×1014 Hz,选项B正确。
2.(2020山东泰安一模)如图所示为研究光电效应现象的实验原理图。已知光电管阴极材料的极限频率为ν0,现用频率为ν(ν>ν0)的单色光照射光电管,发现滑动变阻器的滑片P处于图示位置时,灵敏电流计的示数为零,下列说法正确的是(　　)
A.灵敏电流计的示数为零,是因为没有发生光电效应B.若不断向左移动滑片P,则灵敏电流计一定会有示数C.若不断向右移动滑片P,则灵敏电流计一定会有示数D.仅不断增大入射光的光照强度,灵敏电流计一定会有示数
答案 C解析 灵敏电流计的示数为零,是因为如图加在光电管两端的反向电压使得打出的光电子无法到达对阴极,从而没有形成光电流,而不是没有发生光电效应,故A错误;由题知,滑动变阻器的滑片P处于图示位置时,灵敏电流计的示数为零;故若不断向左移动滑片P,则使得加在光电管两端的反向电压增大,则光电子一定不能达到对阴极形成光电流,所以灵敏电流计一定不会有示数,故B错误;若不断向右移动滑片P,则使得加在光电管两端的反向电压减小,则光电子一定能达到对阴极形成光电流,所以灵敏电流计一定会有示数,故C正确;仅不断增大入射光的光照强度,对打出光电子的最大初动能没有影响;所以,灵敏电流计的示数仍为零,故D错误。
【典例2】 如图甲所示是研究光电效应的电路图。某同学利用该装置在不同实验条件下得到了三条光电流I与A、K两极之间的电压UAK的关系曲线(甲光、乙光、丙光),如图乙所示。则下列说法正确的是(　　)
A.甲光照射光电管发出光电子的初动能一定小于丙光照射光电管发出光电子的初动能B.单位时间内甲光照射光电管发出光电子比乙光的少C.用强度相同的甲、丙光照射该光电管,则单位时间内逸出的光电子数相等D.对于不同种金属,若照射光频率不变,则逸出光电子的最大初动能与金属的逸出功为线性关系
答案 D　解析 当光照射到K极时,如果入射光的频率足够大(大于K极金属的极限频率),就会从K极发出光电子。当反向电压增加到某一值时,电流表A中电流就会变为零,此时 ,式中vc表示光电子的最大初速度,e为电子的电荷量,Uc为遏止电压,根据爱因斯坦光电效应方程可知丙光的最大初动能较大,故丙光的频率较大,但丙光照射光电管发出光电子的初动能不一定比甲光照射光电管发出光电子的初动能大,所以A错误。
对于甲、乙两束频率相同的光来说,入射光越强,单位时间内发射的光电子数越多,所以B错误。对甲、丙两束不同频率的光来说,光强相同是单位时间内照射到光电管单位面积上的光子的总能量相等,由于丙光的光子频率较高,每个光子的能量较大,所以单位时间内照射到光电管单位面积上的光子数就较少,所以单位时间内发出的光电子数就较少,因此C错误。对于不同金属,若照射光频率不变,根据爱因斯坦光电效应方程Ek=hν-W0,知Ek与金属的逸出功为线性关系,D正确。
破题 (1)在题图乙中,Uc1和Uc2的意义是什么?由此能否得出,甲、乙、丙三种光的频率关系?(2)光强相同的两种色光,如何比较单位时间内照射到单位面积上的光子数的多少?
解答光电效应有关图像问题的三个关键点(1)明确图像的种类。(2)弄清图线的纵轴、横轴截距的物理意义。(3)选准光电效应的有关方程。
3.(2020山东泰安二模)用金属钙做光电效应实验时,得到的光电子的最大初动能Ekm与入射光频率ν的关系如图所示。用其他金属做实验,得到的Ekm-ν图线也为直线。表中列出了几种金属的截止频率和逸出功,下列判断正确的是(　　)
A.如用金属钨做实验,得到的Ekm-ν图线的斜率比图中直线的斜率大B.如用金属钨做实验,得到的Ekm-ν图线的斜率比图中直线的斜率小C.如用金属钠做实验,得到的Ekm-ν图线延长线与纵轴交点的坐标为(0,-Ek2),则Ek2>Ek1D.如用金属钠做实验,得到的Ekm-ν图线延长线与纵轴交点的坐标为(0,-Ek2),则Ek2