【物理】2018届一轮复习人教版光电效应波粒二象性教案 4页

第 47 讲 光电效应 波粒二象性 【教学目标】 1.知道什么是光电效应，理解光电效应的实验规律. 2.会利用光电效应方程计算逸出功、极限频率、最大初动能等物理量. 3.知道光的波粒二象性，知道物质波的概念． 【教学过程】 ★重难点一、对光电效应的理解★ 1．与光电效应有关的五组概念对比 (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，只需克服原子核的引力做功的情况，才 具有最大初动能。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：入射光强度指单位时间内照射到金属表面单位面积上的总能量。 (5)光的强度与饱和光电流：饱和光电流与入射光强度成正比的规律是对频率相同的光照射 金属产生光电效应而言的，对于不同频率的光，由于每个光子的能量不同，饱和光电流与入 射光强度之间没有简单的正比关系。 2．光电效应的研究思路 (1)两条线索： (2)两条对应关系： ①光强大→光子数目多→发射光电子多→光电流大； ②光子频率高→光子能量大→光电子的最大初动能大 【典型例题】（多选）下列对光电效应的理解，正确的是( ) A．金属钠的每个电子可以吸收一个或一个以上的光子，当它积累的动能足够大时，就能逸 出金属 B．如果入射光子的能量小于金属表面的电子克服原子核的引力而逸出时所需做的最小功， 便不能发生光电效应 C．发生光电效应时，入射光越强，光子的能量就越大，光电子的最大初动能就越大 D．由于不同金属的逸出功是不相同的，因此使不同金属产生光电效应，入射光的最低频率 也不同 【答案】BD 【解析】按照爱因斯坦的光子说，光子的能量由光的频率决定，与光强无关，入射光的频率 越大，发生光电效应时产生的光电子的最大初动能越大；但要使电子离开金属，须使电子具 有足够的动能，而电子增加的动能只能来源于照射光的光子能量，且一个电子只能吸收一个 光子，不能吸收多个光子，否则即使光的频率低，若照射时间足够长，也会产生光电效应现 象；电子从金属逸出时，只有从金属表面向外逸出的电子克服原子核的引力所做的功最小； 综上所述，选项 B、D 正确。 ★重难点二、爱因斯坦的光电效应方程及应用★ 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，它与极限频率νc 的关系是 W0＝hνc。 2．四类图象 图象名称 图线形状 由图线直接(间接)得到的物理量 最大初动能 Ek 与入射光 频率ν的关系图线 ①极限频率：图线与ν轴交点的横 坐标νc ②逸出功：图线与 Ek 轴交点的纵 坐标的值 W0＝|－E|＝E ③普朗克常量：图线的斜率 k＝h 颜色相同、强度不同的 光，光电流与电压的关系 ①遏止电压 Uc：图线与横轴的交 点 ②饱和光电流 Im：电流的最大值 ③最大初动能：Ekm＝eUc 颜色不同时，光电流与电 压的关系 ①遏止电压 Uc1、Uc2 ②饱和光电流 ③最大初动能 Ek1＝eUc1，Ek2＝ eUc2 遏止电压 Uc 与入射光频 率ν的关系图线 ①截止频率νc：图线与横轴的交点 ②遏止电压 Uc：随入射光频率的 增大而增大 ③普朗克常量 h：等于图线的斜率 与电子电量的乘积，即 h＝ke。(注： 此时两极之间接反向电压) 3.应用光电效应方程时的注意事项 （1）每种金属都有一个截止频率，光频率大于这个截止频率才能发生光电效应。 （2）截止频率是发生光电效应的最小频率，对应着光的极限波长和金属的逸出功，即 hνc ＝h c λc＝W0。 （3）应用光电效应方程 Ek＝hν－W0 时，注意能量单位电子伏和焦耳的换算(1 eV＝1.6×10－ 19 J)。 【典型例题】在某次光电效应实验中，得到的遏止电压 Uc 与入射光的频率的关系如图所示。 若该直线的斜率和截距分别为 k 和 b，电子电荷量的绝对值为 e，则普朗克常量可表示为 ________，所用材料的逸出功可表示为________。 【答案】 ek －eb 【解析】 根据光电效应方程 Ekm＝hν－W0 及 Ekm＝eUc 得 Uc＝ hν e － W0 e ，故 h e＝k，b＝－ W0 e ， 得 h＝ek，W0＝－eb。 【典型例题】 ★重难点三、对波粒二象性的理解★ 1． 对波粒二象性的进一步理解 实验基础 表现 说明 光的波 动性 干涉和衍射 ①光是一种概率波，即光子在 空间各点出现的可能性大小 (概率)可用波动规律来描述 ②大量的光子在传播时，表现 出波的性质 ①光的波动性是光子本身的一 种属性，不是光子之间相互作用 产生的 ②光的波动性不同于宏观观念 的波 光的粒 光电效应、康普 ①当光同物质发生作用时，这 ①粒子的含义是“不连续”、“一 子性 顿效应 种作用是“一份一份”进行的， 表现出粒子的性质 ②少量或个别光子清楚地显 示出光的粒子性 份一份”的 ②光子不同于宏观观念的粒子 波动性 和粒子 性的对 立、统 一 1 大量光子易显示出波动性，而少量光子易显 示出粒子性 ②波长长(频率低)的光波动性强，而波长短(频 率高)的光粒子性强 ①光子说并未否定波动说，E＝ hν＝hcλ中，ν和λ就是波的概念 ②波和粒子在宏观世界是不能 统一的，而在微观世界却是统一 的 2.物质波 (1)定义：任何运动着的物体都有一种波与之对应，这种波叫做物质波，也叫德布罗意波。 (2)物质波的波长：λ＝h p＝ h mv，h 是普朗克常量。 【典型例题】关于物质的波粒二象性，下列说法中不正确的是 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．实物的运动有特定的轨道，所以实物不具有波粒二象性 【答案】 D 【解析】 光具有波粒二象性是微观世界具有的特殊规律，大量光子运动的规律表现出光的 波动性，而单个光子的运动表现出光的粒子性。光的波长越长，波动性越明显，光的频率越 高，粒子性越明显，而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。