人教版高考物理一轮复习第15章第1讲光电效应波粒二象性PPT课件

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1.了解人类探索原子结构的历史。知道原子核式结构模型。通过对氢原子光谱的分析,了解原子的能级结构。2.了解原子核的组成和核力的性质。知道四种基本相互作用。能根据质量数守恒和电荷数守恒写出核反应方程。3.了解放射性和原子核衰变。知道半衰期及其统计意义。了解放射性同位素的应用,知道射线的危害与防护。4.认识原子核的结合能,了解核裂变反应和核聚变反应。关注核技术应用对人类生活和社会发展的影响。5.了解人类对物质结构的探索历程。6.通过实验,了解光电效应现象。能根据实验结论说明光的波粒二象性。知道爱因斯坦光电效应方程及其意义。7.知道实物粒子具有波动性,了解微观世界的量子化现象。体会量子论的建立对人们认识物质世界的影响。
1.能够用爱因斯坦光电效应方程解释光电效应现象,认识光及实物粒子的波粒二象性。2.了解原子、原子核的结构和特点,能说明原子核的衰变、裂变、聚变和放射现象,形成较为完整的物理观念。3.重点对光电效应、能级跃迁、核反应方程及核能进行分析和计算,突出用数学知识解决物理问题的能力。4.通过多种方法,创设多种问题情境,广泛了解核能对人类生活和社会发展的影响。
第一环节　必备知识落实
第二环节　关键能力形成
1.定义照射到金属表面的光,能使金属中的电子从表面逸出。这个现象称为光电效应,发射出的电子称为光电子。
2.光电效应规律(1)存在截止频率:每种金属都有一个截止频率或极限频率,入射光的频率必须大于这个截止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)存在饱和电流:在光照条件不变的情况下,随着所加电压的增大,光电流趋于一个饱和值。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越多。(3)存在遏止电压:对于同一种金属,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。(4)光电效应具有瞬时性:当入射光的频率超过截止频率时,无论入射光怎样微弱,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。
3.几个概念(1)截止频率:能使某种金属发生光电效应的最小频率。不同的金属对应着不同的截止频率。 (2)遏止电压:使光电流减小到零的反向电压Uc。(3)要使电子脱离某种金属,需要外界对它做功,做功的最小值叫作这种金属的逸出功,用W0表示。
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=6.626×10-34 J·s,称为普朗克常量。2.光电效应方程(1)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=hν-W0。(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逸出功,剩下的表现为逸出电子的初动能。
追本溯源光电效应的电路图如图所示,用频率为ν的光照射阴极K,发生了光电效应,金属阴极的逸出功为W0,电压表的读数为U,假设电流表G为理想电流表,则到达阳极A的光电子的最大动能是多大?提示 从阴极K射出的光电子的最大初动能Ek=hν-W0,光电子从阴极K到阳极A又被电场加速,由动能定理得,到达阳极A光电子的最大动能Em=hν-W0+Ue。
1.思考判断(1)光子和光电子都是实物粒子。(　　)(2)只要入射光的强度足够强,就可以使金属发生光电效应。(　　)(3)要使某金属发生光电效应,入射光的能量必须大于金属的逸出功。(　　)(4)光电子的最大初动能与入射光的频率成正比。(　　)(5)光的频率越高,光的粒子性越明显,但仍具有波动性。(　　)
2.有关光的本性,下列说法正确的是(　　)A.光既具有波动性,又具有粒子性,两种性质是不相容的B.光的波动性类似于机械波,光的粒子性类似于质点C.大量光子才具有波动性,个别光子只具有粒子性D.由于光既具有波动性,又具有粒子性,无法只用其中一种性质去说明光的一切行为,只能认为光具有波粒二象性
解析:光既具有波动性,又具有粒子性,但它又不同于宏观观念中的机械波和粒子。波动性和粒子性是光在不同情况下的不同表现,是同一客体的两个不同侧面、不同属性,我们无法只用其中的一种性质去说明光的一切行为,只能认为光具有波粒二象性。
3.(2020·浙江卷)下列说法正确的是(　　)A.质子的德布罗意波长与其动能成正比B.天然放射的三种射线中,穿透能力最强的是α射线C.光电效应实验中的截止频率与入射光的频率有关D.电子束穿过铝箔后的衍射图样说明电子具有波动性
整合构建1.与光电效应有关的概念对比(1)光子与光电子。光子指光在空间传播时的每一份能量,光子不带电;光电子是金属表面受到光照射时发射出来的电子,其本质是电子。光子是光电效应的因,光电子是果。(2)光电子的动能与光电子的最大初动能。光照射到金属表面时,电子吸收光子的全部能量,可能向各个方向运动,需克服原子核和其他原子的阻碍而损失一部分能量,剩余部分为光电子的初动能;只有金属表面的电子直接向外飞出时,才只需克服原子核的引力做功,即具有最大初动能。光电子的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)光的强弱与饱和光电流。对同频率的光,光照越强,饱和光电流越大。
2.光电效应的研究思路(1)两条线索:
(2)两条对应关系:光照强度大→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。
训练突破1.(2020·重庆梁平红旗中学月考)某种频率的光射到金属表面上时,金属表面有电子逸出,若光的频率不变而强度减弱,下列说法正确的是(　　)A.逸出的电子最大初动能减小B.逸出的电子最大初动能增大C.单位时间内逸出的电子数减少D.光的强度减弱到某一数值时,就没有电子逸出
解析:根据爱因斯坦光电效应方程可知,光的频率不变而强度减弱,逸出的电子最大初动能不变,故A、B错误。光的频率不变而强度减弱,单位时间内射到金属表面上的光子数减少,单位时间内逸出的电子数减少,故C正确。发生光电效应时,只要光的强度不为零,就有电子逸出,故D错误。
2.(多选)右图为研究光电效应规律的实验电路,电源的两个电极分别与接线柱c、d连接。用一定频率的单色光a照射光电管时,灵敏电流表G的指针会发生偏转,而用另一频率的单色光b照射该光电管时,灵敏电流表G的指针不偏转。下列说法正确的是(　　)A.a光的频率一定大于b光的频率B.电源正极可能与c接线柱连接C.用b光照射光电管时,一定没有发生光电效应D.若灵敏电流表的指针发生偏转,则电流方向一定是e→G→f
解析:由于电源的接法不知道,所以有两种情况:(1)c接负极,d接正极。用某种频率的单色光a照射光电管阴极K,电流表G的指针发生偏转,知a光频率大于金属的极限频率。用另一频率的单色光b照射光电管阴极K时,电流表G的指针不发生偏转,知b光的频率小于金属的极限频率,所以a光的频率大于b光的频率。(2)c接正极,d接负极。用某种频率的单色光a照射光电管阴极K,电流表G的指针发生偏转,知a光产生的光电子能到达负极d端。用另一频率的单色光b照射光电管阴极K时,电流表G的指针不发生偏转,知b光产生的光电子不能到达负极d端,所以a光产生的光电子的最大初动能大,所以a光的频率大于b光的频率,A、B正确。由以上的分析可知,用b光照射光电管时,有没有发生光电效应无法判断,C错误。电流的方向与负电荷定向移动的方向相反,若灵敏电流表的指针发生偏转,则电流方向一定是e→G→f,D正确。
整合构建1.三个关系(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可以利用光电管用实验的方法测得,即Ek=eUc,其中Uc是遏止电压。(3)光电效应方程中的W0为逸出功,它与截止频率νc的关系是W0=hνc。2.几个决定关系(1)逸出功W0一定时,入射光的频率决定着能否产生光电效应以及光电子的最大初动能。(2)入射光的频率一定时,入射光的强弱决定着单位时间内发射出来的光电子数。
【典例1】 (多选)某同学采用如图所示的实验装置来研究光电效应现象。当用某单色光照射光电管的阴极K时,会发生光电效应现象。闭合开关S,在阳极A和阴极K之间加上反向电压,通过调节滑动变阻器的滑片逐渐增大电压,直至电流表中电流恰为零,此电压表的电压值U称为遏止电压,根据遏止电压,可以计算出光电子的最大初动能Ek。现分别用频率为ν1和ν2的单色光照射阴极,测量到遏止电压分别为U1和U2,设电子质量为m、电荷量为e,则下列关系式正确的是(　　)
思维点拨(1)用频率为ν1的光照射时根据动能定理求光电子的最大初速度。(2)分别用频率为ν1和ν2的单色光照射阴极时,根据光电效应方程分别列式可得阴极K的逸出功和普朗克常量。(3)根据逸出功,用公式W0=hν0可求截止频率。
训练突破3.某光电管的阴极是用金属钾制成的,它的逸出功为2.21 eV,用波长为2.5×10-7 m的紫外线照射阴极,已知真空中光速为3.0×108 m/s,元电荷为1.6×10-19 C,普朗克常量为6.63×10-34 J·s,钾的截止频率和该光电管发射的光电子的最大初动能应分别是(　　)A.5.3×1014 Hz,2.2 JB.5.3×1014 Hz,4.4×10-19 JC.3.3×1033 Hz,2.2 JD.3.3×1033 Hz,4.4×10-19 J
【典例2】 在如图甲所示的装置中,K为一个金属板,A为一个金属电极,都密封在真空玻璃管中,单色光可通过玻璃壳照在K上,E为可调直流电源。实验发现,当用某种频率的单色光照射K时,K会发出电子(光电效应),这时,即使A、K间的电压等于零,回路中也有电流,当A的电势低于K时,电流仍不为零。A的电势比K低得越多,电流越小,当A比K的电势低到某一值Uc(遏止电压)时,电流消失。当改变照射光的频率ν时,遏止电压Uc也将随之改变。某次实验根据测出的一系列数据作出的Uc-ν图像如图乙所示,若知道电子的电荷量e,则根据图像可求出:
(1)该金属的截止频率为____________; (2)该金属的逸出功W0为____________; (3)普朗克常量h为____________。 思维点拨(1)由图知,直线与ν轴的交点νc即为该金属的截止频率。(2)当照射光的频率为νc时,遏止电压Uc=0,说明在此频率下,金属板刚好发生光电效应,再结合光电效应方程可求逸出功和普朗克常量。
训练突破4.(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,图线与横轴的交点坐标为4.27,与纵轴交点坐标为0.5。由图可知(　　)A.该金属的截止频率为4.27×1014 HzB.该金属的截止频率为5.5×1014 HzC.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
整合构建1.光的波粒二象性光既有波动性,又有粒子性,两者不是孤立的,而是有机的统一体,其表现规律为:(1)从数量上看:个别光子的作用效果往往表现为粒子性;大量光子的作用效果往往表现为波动性。(2)从频率上看:频率越低波动性越显著,越容易看到光的干涉和衍射现象;频率越高粒子性越显著,贯穿本领越强,越不容易看到光的干涉和衍射现象。(3)从传播与作用上看:光在传播过程中往往表现出波动性;在与物质发生作用时往往表现为粒子性。
2.波粒二象性的深入理解(1)虽然平时看到宏观物体运动时,看不出其波动性,但也有一个波长与之对应。例如飞行子弹的波长约为10-34 m。(2)波粒二象性是微观粒子的特殊规律,一切微观粒子都存在波动性;宏观物体也存在波动性,只是波长太小,难以观测。(3)德布罗意波也是概率波,衍射图样中的亮圆是电子落点概率大的地方,但概率的大小受波动规律的支配。
训练突破5.(多选)用极微弱的可见光做双缝干涉实验,随着时间的增加,在屏上先后出现如图甲、乙、丙所示的图像,则(　　) A.图像甲表明光具有粒子性B.图像丙表明光具有波动性C.用紫外光观察不到类似的图像D.实验表明光是一种概率波
解析:图像甲只有分散的亮点,表明光具有粒子性;图像丙呈现干涉条纹,表明光具有波动性;用紫外光也可以观察到类似的图像,实验表明光是一种概率波,选项A、B、D正确,选项C错误。