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第2讲光电效应波粒二象性基础过关知识梳理1.用某种频率的光照射锌板,使其发射出光电子。为了增大光电子的最大初动能,下列措施可行的是 (C)A.增大入射光的强度B.增加入射光的照射时间C.换用频率更高的入射光照射锌板D.换用波长更长的入射光照射锌板基础自测解析根据光电效应方程Ekm=hν-W0得,光电子的最大初动能与入射光的强度、照射时间无关。入射光的频率越高或波长越短,光电子的最大初动能越大,故C项正确,A、B、D项错误。2.(2013江苏单科)如果一个电子的德布罗意波长和一个中子的相等,则它们下列哪个物理量也相等 (C)A.速度B.动能C.动量D.总能量解析由德布罗意波长λ= 知二者的动量应相等,故C正确。由p=mv可知二者速度不相等,Ek= mv2= ,二者动能不相等,由E=mc2可知总能量也不相等,A、B、D均错。hp1222pm考点一光电效应考点二光电效应方程和光电效应图像考点突破考点三光的波粒二象性、物质波考点一光电效应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.光电效应的研究思路(1)两条线索: (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例1(2018南京调研)如图所示,把一块不带电的锌板连接在验电器上。当用紫外线照射锌板时,发现验电器指针偏转一定角度,则 (B)A.锌板带正电,验电器带负电B.若改用强度更小的紫外线照射锌板,验电器的指针也会偏转C.若改用红外线照射锌板,验电器的指针仍然会发生偏转D.这个现象可以说明光具有波动性解析用紫外线照射锌板,锌板失去电子带正电,验电器与锌板相连,则验电器的金属球和金属指针带正电,故A项错误;根据光电效应的条件可知发生光电效应与光的强度无关,若改用强度更小的紫外线照射锌板,验电器的指针也会偏转,故B项正确;根据光电效应的条件可知若改用红外线照射锌板,不一定能发生光电效应,所以验电器的指针不一定会发生偏转,故C项错误;光电效应说明光具有粒子性,故D项错误。例2(2018苏锡常镇四市调研)如图所示为研究光电效应现象的实验,电路中所有元件完好,当光照射到光电管上时,灵敏电流计中没有电流通过,可能的原因是 (B)A.入射光强度较弱B.入射光波长太长C.电源电压太高D.光照射时间太短解析光的强度和光照时间都不能决定能否发生光电效应;光照射到光电管上时,灵敏电流计中没有电流通过,则可能是没有发生光电效应,即入射光的频率过小,波长较大造成的;电源电压也不能决定光电管中能否有光电流;故选项B正确,A、C、D项错误。考点二光电效应方程和光电效应图像光电效应的图像分析图像名称图线形状由图线直接(或间接)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νc:图线与ν轴交点的横坐标②逸出功:图线与Ek轴交点的纵坐标的绝对值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:Ek=eUc颜色不同的光,光电流与电压的关系 ①遏止电压:Uc1、Uc2②饱和光电流:电流的最大值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极限频率νc:图线与横轴的交点的横坐标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荷量的乘积,即h=ke(注:此时两极之间接反向电压)例3(2018盐城三模)光照射某金属产生光电效应时,实验测得光电子最大初动能与照射光频率的图像如图所示,其中图线与横轴交点坐标为5.5×1014Hz。用一束波长范围为4.0×10-7~9.0×10-7m的可见光照射该金属时,求光电子的最大初动能。(已知普朗克常量为h=6.6×10-34J·s) 答案1.32×10-19J解析可见光波长越短,频率越高,由c=λν得Emax=h -hν0=1.32×10-19Jmincλ例4(2018黄桥中学模拟)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),如图所示。则可判断出 (B)A.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.甲光的光强等于乙光的光强解析由于是同一光电管,因而不论对哪种光,截止频率和金属的逸出功均相同,对于甲、乙两种光,反向遏止电压相同,因而频率相同,且甲光的光强大于乙光的光强,故A、C、D项错误;丙光对应的反向遏止电压较大,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B项正确。方法技巧利用光电效应分析问题,应把握的三个关系(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。考点三光的波粒二象性、物质波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,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。4.由光子的能量ε=hν和光子的动量p= 两个表达式也可以看出,光的波动性和粒子性并不矛盾:表示粒子性的粒子能量和动量的计算式中含有表示波的特征的物理量——频率ν和波长λ。由以上两式和波速公式c=λν还可以得出:ε=pc。hλ例5(2017南京、盐城一模)历史上美国宇航局曾经完成了用“深度撞击”号探测器释放的撞击器“击中”坦普尔1号彗星的实验;如图所示,探测器上所携带的重达370kg的彗星“撞击器”将以1.0×104m/s的速度径直撞向彗星的彗核部分,撞击彗星后“撞击器”融化消失,这次撞击使该彗星自身的运行速度出现1.0×10-7m/s的改变。已知普朗克常量h=6.6×10-34J·s,(计算结果保留两位有效数字)。求: (1)撞击前彗星“撞击器”对应物质波波长;(2)根据题中相关信息数据估算出彗星的质量。答案(1)1.8×10-40m(2)3.7×1013kg解析(1)撞击前彗星“撞击器”的动量p=mv=3.7×106kg·m/s物质波的波长λ= ≈1.8×10-40m(2)撞击过程中,由动量守恒定律得mv=MΔv解得M=3.7×1013kghp易错警示波粒二象性的“三个易错”(1)光子表现为波动性,并不否认光子具有粒子性。(2)宏观物体也具有波动性。(3)微观粒子的波动性与机械波不同,微观粒子的波是概率波。探根溯源析教材考题加油小站例6(2019扬州中学月考)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(A) 解析根据黑体辐射的实验规律:随着温度的升高,各波长的辐射强度都增加,辐射强度的极大值向波长较短的方向移动,可知正确选项为A。例7(1)(多选)下列说法中正确的是 ()A.电子的衍射图样证实了实物粒子具有波动性B.为了解释黑体辐射规律,普朗克提出了能量量子化的观点C.氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时将放出光子D.光电效应现象中存在极限频率,导致含有光电管的电路存在饱和电流(2)用极微弱的红光做双缝干涉实验,随着曝光时间的延长,可以先后得到如图(a)、(b)、(c)所示的图样,这里的图样(选填“是”或“不是”)光子之间相互作用引起的,实验表明光波是一种(选填“概率波”或“物质波”)。 答案(1)AB(2)不是概率波解析(1)衍射是波的特有现象,电子的衍射图样证实了实物粒子具有波动性,故A项正确;为了解释黑体辐射规律,普朗克提出了能量量子化的观点,故B项正确;氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时,能量增大,需吸收光子,故C项错误;饱和电流的大小与极限频率无关,与入射光的强度有关,故D项错误。(2)用极微弱的红光做双缝干涉实验,随着曝光时间的延长,能出现图示现象,说明不是光子之间的相互作用力引起的,从而实验现象说明光波是一种概率波。随堂巩固1.(多选)美国物理学家康普顿在研究石墨对X射线的散射时,发现光子除了具有能量之外还具有动量,被电子散射的X光子与入射的X光子相比 (BD)A.速度减小B.频率减小C.波长减小D.能量减小解析光速不变,A项错误;光子将一部分能量转移到电子,其能量减小,随之光子的频率减小、波长变长,B、D项正确,C项错误。2.(多选)波粒二象性是微观世界的基本特征,以下说法正确的有 (AB)A.光电效应现象揭示了光的粒子性B.热中子束射到晶体上产生衍射图样说明中子具有波动性C.黑体辐射的实验规律可用光的波动性解释D.动能相等的质子和电子,它们的德布罗意波长也相等答案黑体辐射引发了普朗克的光量子假说,C错误;λ= ,p= ,得λ= ,质子和电子质量相差很多,当它们的动能相等时,德布罗意波长λ不相等,D错误。hpk2mEk2hmE3.(多选)(2017海南单科)三束单色光1、2和3的波长分别为λ1、λ2和λ3(λ1λ2λ3);分别用这三束光照射同一种金属,已知用光束2照射时,恰能产生光电子。下列说法正确的是 (AC)A.用光束1照射时,不能产生光电子B.用光束3照射时,不能产生光电子C.用光束2照射时,光越强,单位时间内产生的光电子数目越多D.用光束2照射时,光越强,产生的光电子的最大初动能越大解析依据波长与频率的关系λ= ,因λ1λ2λ3,那么ν1ν2ν3;由于用光束2照射时,恰能产生光电子,因此用光束1照射时,不能产生光电子,而光束3照射时,一定能产生光电子,故A项正确,B项错误;用光束2照射时,光越强,单位时间内产生的光电子数目越多,而由光电效应方程:Ekm=hν-W,可知,光电子的最大初动能与光的强弱无关,故C项正确,D项错误。cν4.(2018江苏单科)光电效应实验中,用波长为λ0的单色光A照射某金属板时,刚好有光电子从金属表面逸出;当波长为 的单色光B照射该金属板时,光电子的最大初动能为,A、B两种光子的动量之比为。(已知普朗克常量为h、光速为c)02λ答案 1:20hcλ解析根据光电效应方程Ek=hν-W0,又ν= ,所以有0= -W0,Ek= -W0,解得Ek= ;又光子动量p= ,所以A、B两种光子的动量之比为1:2。cλ0hcλ02hcλ0hcλhλ