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第2课时光电效应波粒二象性[知识梳理]知识点一、黑体和黑体辐射普朗克能量子假说1．黑体与黑体辐射(1)黑体：是指能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射的物体。(2)黑体辐射的实验规律①一般材料的物体，辐射的电磁波除与温度有关外，还与材料的种类及表面状况有关。②黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关。a．随着温度的升高，各种波长的辐射强度都增加。b．随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。2．能量子(1)定义：普朗克认为，带电微粒辐射或者吸收能量时，只能辐射或吸收某个值的整数倍。即能量的辐射或者吸收只能是一份一份的。这个不可再分的最小能量值ε叫做能量子。(2)能量子的大小：ε＝hν，其中ν是电磁波的频率，h称为普朗克常量。h＝6.63×10－34J·s。最小能量知识点二、光电效应1．定义照射到金属表面的光，能使金属中的你从表面逸出的现象。2．光电子中发射出来的电子。电子光电效应3．光电效应规律(1)每种金属都有一个极限频率，入射光的频率必须这个极限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)光电子的最大初动能与入射光的无关，只随入射光频率的增大而。(3)光电效应的发生的，一般不超过10－9s。(4)当入射光的频率大于极限频率时，饱和光电流的强度与入射光的强度成。大于强度增大几乎瞬时正比知识点三、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＝。其中h＝6.63×10－34J·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。3．最大初动能发生光电效应时，金属表面上的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。hν最小值电子4．爱因斯坦光电效应方程(1)表达式：Ek＝hν－。(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，剩下的表现为逸出后光电子的最大初动能Ek＝12mev2。W0逸出功W05．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Uc。(2)截止频率：能使某种金属发生光电效应的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。(3)逸出功：电子从金属中逸出所需做功的，叫做该金属的逸出功。最小最小值知识点四、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。(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。波动性粒子波粒二象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＝hp，p为运动物体的动量，h为普朗克常量。大小思维深化判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。(1)只要光照射的时间足够长，任何金属都能产生光电效应。()(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。()答案(1)×(2)×(3)√(4)×(5)×[题组自测]题组一黑体辐射和能量子的理解1．能正确解释黑体辐射实验规律的是()A．能量的连续经典理论B．普朗克提出的能量量子化理论C．以上两种理论体系任何一种都能解释D．牛顿提出的能量微粒说解析根据黑体辐射的实验规律，随着温度的升高，一方面各种波长的辐射强度都增加；另一方面，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，只能用普朗克提出的能量量子化理论才能得到较满意的解释，故B正确。答案B2．下列描绘两种温度下黑体辐射强度与波长关系的图中，符合黑体辐射实验规律的是()解析由黑体实验规律知温度越高，辐射越强，且最大强度向波长小的方向移动，A对，B、C、D错。答案A题组二光电效应现象及光电效应方程的应用3．(多选)如图1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()图1A．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．锌板带负电解析用紫外线照射锌板是能够发生光电效应的，锌板上的电子吸收紫外线的能量从锌板表面逸出，称之为光电子，故A错误、B正确；锌板与验电器相连，带有相同电性的电荷，锌板失去电子应该带正电，且失去电子越多，带正电的电荷量越多，验电器指针张角越大，故C正确、D错误。答案BC4．关于光电效应的规律，下列说法中正确的是()A．只有入射光的波长大于该金属的极限波长，光电效应才能产生B．光电子的最大初动能跟入射光强度成正比C．发生光电效应的反应时间一般都大于10－7sD．发生光电效应时，单位时间内从金属内逸出的光电子数目与入射光强度成正比解析由ε＝hν＝hcλ知，当入射光波长小于金属的极限波长时，发生光电效应，故A错；由Ek＝hν－W0知，最大初动能由入射光频率决定，与入射光强度无关，故B错；发生光电效应的时间一般不超过10－9s，故C错；发生光电效应时，单位时间内从金属内逸出的光电子数目与入射光的强度是成正比的，D正确。答案D题组三波粒二象性物质波5．(多选)关于物质的波粒二象性，下列说法中正确的是()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解析由德布罗意波可知A、C对；运动的微观粒子，达到的位置具有随机性，而没有特定的运动轨道，B对；由德布罗意理论知，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。答案ABC6．用很弱的光做双缝干涉实验，把入射光减弱到可以认为光源和感光胶片之间不可能同时有两个光子存在，如图2所示是不同数量的光子照射到感光胶片上得到的照片。这些照片说明()图5A．光只有粒子性没有波动性B．光只有波动性没有粒子性C．少量光子的运动显示波动性，大量光子的运动显示粒子性D．少量光子的运动显示粒子性，大量光子的运动显示波动性解析光具有波粒二象性，这些照片说明少量光子的运动显示粒子性，大量光子的运动显示波动性，故D正确。答案D考点一光电效应现象和光电效应方程的应用1．对光电效应的四点提醒(1)能否发生光电效应，不取决于光的强度而取决于光的频率。(2)光电效应中的“光”不是特指可见光，也包括不可见光。(3)逸出功的大小由金属本身决定，与入射光无关。(4)光电子不是光子，而是电子。2．两条对应关系光强大→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。3．定量分析时应抓住三个关系式(1)爱因斯坦光电效应方程：Ek＝hν－W0。(2)最大初动能与遏止电压的关系：Ek＝eUc。(3)逸出功与极限频率的关系：W0＝hν0。【例1】[2014·江苏卷，12C(1)]已知钙和钾的截止频率分别为7.73×1014Hz和5.44×1014Hz，在某种单色光的照射下两种金属均发生光电效应，比较它们表面逸出的具有最大初动能的光电子，钙逸出的光电子具有较大的()A．波长B．频率C．能量D．动量解析由爱因斯坦光电效应方程hν＝W0＋12mv2m，又由W0＝hν0，可得光电子的最大初动能12mv2m＝hν－hν0，由于钙的截止频率大于钾的截止频率，所以钙逸出的光电子的最大初动能较小，因此它具有较小的能量、频率和动量，B、C、D错；又由c＝λf可知光电子频率较小时，波长较大，A对。答案A【变式训练】1．关于光电效应，下列说法正确的是()A．极限频率越大的金属材料逸出功越大B．只要光照射的时间足够长，任何金属都能产生光电效应C．从金属表面逸出的光电子的最大初动能越大，这种金属的逸出功越小D．入射光的光强一定时，频率越高，单位时间内逸出的光电子数就越多解析逸出功W0＝hν0，W0∝ν0，A正确；只有照射光的频率ν大于金属极限频率ν0，才能产生光电效应现象，B错；由光电效应方程Ekm＝hν－W0知，因ν不确定时，无法确定Ekm与W0的关系，C错；光强E＝nhν，ν越大，E一定，则光子数n越小，单位时间内逸出的光电子数就越少，D错。答案A考点二光电效应的图象分析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νc②逸出功：图线与Ek轴交点的纵坐标的值W0＝|－E|＝E③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、Uc2②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)【例2】在光电效应实验中，飞飞同学用同一光电管在不同实验条件下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线(甲光、乙光、丙光)，如图3所示。则可判断出()图3A．甲光的频率大于乙光的频率B．乙光的波长大于丙光的波长C．乙光对应的截止频率大于丙光的截止频率D．甲光对应的光电子最大初动能大于丙光的光电子最大初动能解析由于是同一光电管，因而不论对哪种光，极限频率和金属的逸出功相同，对于甲、乙两种光，反向截止电压相同，因而频率相同，A错误；丙光对应的反向截止电压较大，因而丙光的频率较高，波长较短，对应的光电子的最大初动能较大，故C、D均错，B正确。答案B【变式训练】2.爱因斯坦因提出了光量子概念并成功地解释光电效应的规律而获得1921年诺贝尔物理学奖。某种金属逸出光电子的最大初动能Ekm与入射光频率ν的关系如图4所示，其中ν0为极限频率。从图中可以确定的是()图4A．逸出功与ν有关B．Ekm与入射光强度成正比C．当νν0时，会逸出光电子D．图中直线的斜率与普朗克常量有关解析由爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0和W0＝hν0(W0为金属的逸出功)可得，Ek＝hν－hν0，可见图象的斜率表示普朗克常量，D正确；只有ν≥ν0时才会发生光电效应，C错；金属的逸出功只和金属的极限频率有关，与入射光的频率无关，A错；最大初动能取决于入射光的频率，而与入射光的强度无关，B错。答案D考点三对光的波粒二象性、物质波的考查光既具有波动性，又具有粒子性，两者不是孤立的，而是有机的统一体，其表现规律为：(1)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)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，越不容易看到光的干涉和衍射现象，而贯穿本领越强。(3)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。【例3】下列说法正确的是()A．有的光是波，有的光是粒子B．光子与电子是同样的一种粒子C．光的波长越长，其波动性越显著；波长越短，其粒子性越显著D.γ射线具有显著的粒子性，而不具有波动性解析从光的波粒二象性可知：光是同时具有波粒二象性的，只不过在有的情况下波动性显著，有的情况下粒子性显著。光的波长越长，越容易观察到其显示波动特征。光子是一种不带电的微观粒子，而电子是带负电的微观粒子，它们虽然都是微观粒子，但有本质区别，故上述选项中正确的是C。答案C【变式训练】3．[2013·江苏单科，12C(1)]如果一个电子的德布罗意波长和一个中子的相等，则它们的________也相等。A．速度B．动能C．动量D．总能量解析由德布罗意波长λ＝hp知二者的动量应相同，故C正确，由p＝mv可知二者速度不同，Ek＝12mv2＝p22m，二者动能不同，由E＝mc2可知总能量也不同，故A、