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第十二章近代物理（选修3-5）返回导航光电效应Ⅰ2017年Ⅲ卷19题2016年Ⅰ卷35题爱因斯坦方程Ⅰ2015年Ⅰ卷35题Ⅱ卷35题原子核的组成、放射性、原子核的衰变、半衰期Ⅰ2017年Ⅱ卷15题核力、核反应方程Ⅰ2016年Ⅱ卷35题2018年Ⅲ卷14题结合能、质量亏损Ⅰ2017年Ⅰ卷17题裂变反应和聚变反应、裂变反应堆Ⅰ返回导航一、光电效应及其规律1．爱因斯坦光子说光在空间传播时不是连续的，而是___________的，一份叫做一个光量子，简称光子．光子的能量E跟_____________成正比，即E＝hν，其中h为普朗克常量．一份一份光的频率ν返回导航实验规律解释对于各种金属都存在着一个极限频率．当入射光的频率高于这个极限频率时才能产生光电效应不同金属的逸出功不同，金属中的电子只有获得大于逸出功的能量的光子才能成为光电子，即入射光的频率必须大于某一频率光电子的最大初动能随着入射光频率的增加而增加，与入射光的强度无关当入射光频率大于极限频率时，入射光的频率越大，光电子获得的能量越大，则最大初动能就越大，而光子能量与光的强度无关2．光电效应的实验规律及其解释返回导航实验规律解释当发生光电效应时，单位时间内从金属表面逸出的电子数随入射光强度的增加而增加光的强度决定于入射光子数目的多少，入射光强度增加，入射的光子数增加，则单位时间产生的光电子数增加入射光射到金属表面时，光电子的产生几乎是瞬时的，不超过1×10－9s金属中电子吸收光子的能量时是一对一进行的，吸收过程十分迅速，因此光电子的产生几乎是瞬时的返回导航3.光电效应方程Ek＝____________．4．光的波粒二象性(1)光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有______性．(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．5．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.hν－W0波动粒子波粒二象返回导航考点一光电效应规律的理解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；(入射光的频率大于极限频率)光子频率高→光子能量大→光电子的最大初动能大．返回导航【例1】(2018全国2卷)用波长为300nm的光照射锌板，电子逸出锌板表面的最大初动能为1.28×10－19J。已知普朗克常量为6.63×10－34J·s，真空中的光速为3.00×108m·s－1，能使锌产生光电效应的单色光的最低频率约为()A．1×1014HzB．8×1014HzC．2×1015HzD．8×1015Hz答案：B返回导航【例2】(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返回导航【变式1】(光电效应的理解)(2018深圳调研)(多选)关于光电效应，下列说法正确的是()A．爱因斯坦用光子说成功解释了光电效应现象B．入射光的频率低于极限频率就不能发生光电效应C．光电子的最大初动能与入射光的强度成正比D．光电子的最大初动能与入射光的频率成正比返回导航AB解析：只有认为光是一份一份的，每份就是一个光子，每个光子都具有一定的能量，一个光子置换一个电子，才能解释光电效应现象；发生光电效应的条件是入射光的频率大于极限频率；光电子的最大初动能与入射光的强度无关，随入射光频率的增大而增大，并非成正比关系．返回导航【变式2】(多选)如图所示为光电管的工作电路图，分别用波长为λ0、λ1、λ2的单色光做实验，已知λ1＞λ0＞λ2.当开关闭合后，用波长为λ0的单色光照射光电管的阴极K时，电流表有示数．则下列说法正确的是()A．光电管阴极材料的逸出功与入射光无关B．若用波长为λ1的单色光进行实验，则电流表的示数一定为零C．若仅增大电源的电动势，则电流表的示数一定增大D．若仅将电源的正负极对调，则电流表的示数可能为零返回导航AD解析：光电管阴极材料的逸出功只与材料有关，而与入射光的频率、入射光的强度无关，A正确．用波长为λ0的光照射阴极K时，电路中有光电流，可知波长为λ0的光照射阴极K时，发生了光电效应；若用波长为λ1(λ1＞λ0)的光照射阴极K时，虽然入射光的频率变小，但仍可能大于阴极的极限频率，仍可能发生光电效应，因此电流表的示数可能不为零，B错误．仅增大电路中电源的电动势，光电管两端电压增大，当达到饱和电流后，电流表的示数不再增大，C错误．将电路中电源的正负极对调，光电子做减速运动，还可能到达阳极，所以还可能有光电流；若电源电动势大于光电管的遏止电压，电子到达不了阳极，则此时电流表的示数不为零，D正确．返回导航考点二光电效应方程的应用及图像分析1．光电效应方程(1)最大初动能与入射光子频率的关系：Ek＝hν－W0.(2)若入射光子的能量恰等于金属的逸出功W0，则光电子的最大初动能为零，入射光的频率就是金属的截止频率．此时有hνc＝W0，即νc＝W0h，可求出截止频率．返回导航2．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轴交点的纵坐标的绝对值W0＝|－E|＝E返回导航颜色相同、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饱和光电流返回导航遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图线①截止频率ν：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)返回导航3.定量分析光电效应时应抓住的3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、极限波长λ0的关系：W0＝hνc＝hcλ0.返回导航【典例3】(2015全国新课标理综Ⅰ)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ν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________．返回导航【审题图示】解析：根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0，又因为Ek＝eUc，得到Uc＝heν－W0e，所以he＝k，h＝ek；－W0e＝b，W0＝－eb.答案：ek－eb返回导航光电效应图像的应用(1)Ekν图像，表示了光电子的最大初动能Ek随入射光频率ν的变化曲线，图(甲)中横轴上的截距是金属的极限频率，纵轴上的截距表示了金属的逸出功的负值，直线的斜率为普朗克常量，图像的函数式Ek＝hν－W0.(2)光电效应中的IU图像，是光电流强度I随两极板间电压U的变化曲线，图(乙)中的Im是饱和电流，Uc为遏止电压．返回导航【变式3】(2018天津六校联考)(多选)如图所示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(直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4.27×1014HzB．该金属的截止频率为5.5×1014HzC．该图线的斜率表示普朗克常量D．该金属的逸出功为0.5eV返回导航AC解析：图线在横轴上的截距为截止频率，A正确，B错误；由光电效应方程Ek＝hν－W0可知图线的斜率为普朗克常量，C正确；金属的逸出功为W0＝hνc＝1.77eV，D错误．返回导航【变式4】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Ek与入射光频率ν的关系如图所示，其中νc为极限频率．从图中可以确定的是()A．逸出功与ν有关B．Ek与入射光强度成正比C．当ν＜νc时，会逸出光电子D．图中直线的斜率与普朗克常量有关返回导航D解析：由爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0和W0＝hνc(W0为金属的逸出功)可得，Ek＝hν－hνc，可见图象的斜率表示普朗克常量，D正确；只有ν≥νc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．返回导航考点三光的波粒二象性和物质波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．返回导航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出粒子性．4．波动性与粒子性的统一：由光子的能量E＝hν、光子的动量表达式p＝hλ也可以看出，光的波动性和粒子性并不矛盾：表示粒子性的能量和动量的计算式中都含有表示波的特征的物理量——频率ν和波长λ.返回导航【例4】(多选)(2015·全国卷Ⅱ·35(1)改编)实物粒子和光都具有波粒二象性．下列事实中突出体现波动性的是()A．电子束通过双缝实验装置后可以形成干涉图样B．β射线在云室中穿过会留下清晰的径迹C．人们利用慢中子衍射来研究晶体的结构D．人们利用电子显微镜观测物质的微观结构返回导航ACD解析：电子束通过双缝实验装置后可以形成干涉图样，说明电子是一种波，故A正确；β射线在云室中穿过会留下清晰的径迹，可以说明β射线是一种粒子，故B错误；人们利用慢中子衍射来研究晶体的结构，中子衍射说明中子是一种波，故C正确；人们利用电子显微镜观测物质的微观结构，利用了电子束的衍射现象，说明电子束是一种波，故D正确．返回导航【变式5】(多选)1927年戴维孙和汤姆孙分别完成了电子衍射实验，该实验是荣获诺贝尔奖的重大近代物理实验之一．如图所示的是该实验装置的简化图，下列说法正确的是()A．亮条纹是电子到达概率大的地方B．该实验说明物质波理论是正确的C．该实验再次说明光子具有波动性D．该实验说明实物粒子具有波动性答案ABD