高2021届高2018级高中物理大一轮复习资料三维设计课件教师用书第十二章原子物理学

第1节光电效应波粒二象性

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。[注1]

2.光电效应的四个规律

(1)每种金属都有一个极限频率。[注2]

(2)光照射到金属表面时,光电子的发射几乎是瞬时的。

(3)光电子的最大初动能与入射光的强度无关,只随入射光的频率增大而增大。

(4)光电流的强度与入射光的强度成正比。[注3]

3.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U c。

(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。

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,每一份叫做一个光的能量子,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)

2.逸出功W0

使电子脱离某种金属所做功的最小值。[注4]

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:E k ＝h ν－W 0。

(2)物理意义:金属表面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W 0,剩下的表现为逸出后光电子的最大初动能E k ＝12

m e v 2。 三、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、康普顿效应*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。

【注解释疑】

[注1] 光电子的本质就是电子,而不是光子。

[注2] 每种金属都有一个极限频率,入射光的频率不低于这个极限频率才能使金属产生光电效应。

[注3] 光照强度决定着每秒钟光源发射的光子数,频率决定着每个光子的能量。

[注4] 金属越活跃,逸出功越小,越容易发生光电效应。

【基础自测】

一、判断题

(1)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。(×)

(2)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。*(√)

(3)光子和光电子都是实物粒子。(×)

(4)只要入射光的强度足够强,就可以使金属发生光电效应。(×)

(5)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。(√)

(6)光电子的最大初动能与入射光子的频率成正比。(×)

(7)光的频率越高,光的粒子性越明显,但仍具有波动性。(√)

二、选择题

1.[人教版选修3－5P 30演示实验改编](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

答案:BC

2.[人教版选修3－5P36T2改编](多选)在光电效应实验中,用频率为ν的光照射光电管阴极,发生了光电效应,下列说法正确的是()

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ν的光照射,一定不发生光电效应

D.改用频率大于ν的光照射,光电子的最大初动能变大

答案:AD

3.[粤教版选修3－5P40T2改编](多选)下列说法中正确的是()

A.光的波粒二象性学说彻底推翻了麦克斯韦的光的电磁说

B.在光的双缝干涉实验中,暗条纹的地方是光子永远不能到达的地方

C.光的双缝干涉实验中,大量光子打在光屏上的落点是有规律的,暗纹处落下光子的概率小

D.单个光子具有粒子性,大量光子具有波动性

答案:CD

考点一光电效应规律的理解及应用[基础自修类]

【题点全练】

1.[爱因斯坦光子说的应用]

(2017·北京高考)2017年年初,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)附近连续可调的世界上最强的极紫外激光脉冲。“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＝6.6×10－34J·s,真空光

速c＝3×108 m/s)()

A.10－21 J

B.10－18 J

C.10－15 J

D.10－12 J

解析:选B光子的能量E＝hν,c＝λν,联立解得E≈2×10－18 J,B项正确。

2.[光电效应的判断]

如图所示是光电管的原理图,已知当有波长为λ0的光照到阴极K上时,

电路中有光电流,则()

A.若增加电路中电源电压,电路中光电流一定增大

B.若将电源极性反接,电路中一定没有光电流产生

C.若换用波长为λ1(λ1>λ0)的光照射阴极K时,电路中一定没有光电流

D.若换用波长为λ2(λ2<λ0)的光照射阴极K时,电路中一定有光电流

解析:选D光电流的强度与入射光的强度有关,当光越强时,光电子数目会增多,初始时电压增加光电流可能会增加,当达到饱和光电流后,再增大电压,光电流不会增大,故A错误；将电路中电源的极性反接,电子受到电场阻力,到达A极的数目会减小,则电路中电流会减小,甚至没有电流,故B错误；波长为λ1(λ1>λ0)的光的频率有可能大于极限频率,电路中可能有光电流,故C错误；波长为λ2(λ2<λ0)的光的频率一定大于极限频率,电路中一定有光电流,故D 正确。

3.[爱因斯坦光电效应方程的应用]

(2020·山东等级考模拟卷)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,带电量为Q,极板间距为d,普朗克常量为h,电子电量的绝对值为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()

A.带正电,ν0＋Q e

Ch B.带正电,

ν0＋

Q e

Chd

C.带负电,ν0＋Q e

Ch D.带负电,

ν0＋

Q e

Chd