第1講光電效應(yīng)波粒二象性學(xué)習(xí)目標(biāo)1.理解光電效應(yīng)的實驗規(guī)律，會利用光電效應(yīng)方程計算逸出功、最大初動能、截止頻率等物理量。2.會分析光電效應(yīng)的圖像問題。3.理解物質(zhì)波的概念，理解光的波粒二象性。一、光電效應(yīng)及其規(guī)律1.光電效應(yīng)現(xiàn)象金屬在光的照射下發(fā)射電子的現(xiàn)象，發(fā)射出來的電子叫________。2.光電效應(yīng)的產(chǎn)生條件入射光的頻率________金屬的截止頻率。3.光電效應(yīng)規(guī)律(1)每種金屬都有一個截止頻率，入射光的頻率必須________這個極限頻率才能產(chǎn)生光電效應(yīng)。(2)光電子的最大初動能與入射光的________無關(guān)，只隨入射光頻率的增大而________。(3)光電效應(yīng)的發(fā)生幾乎是瞬時的，一般不超過10－9s。(4)當(dāng)入射光的頻率大于截止頻率時，飽和光電流的大小與入射光的強(qiáng)度成________。二、愛因斯坦光電效應(yīng)方程1.能量子(1)定義：普朗克認(rèn)為，當(dāng)帶電微粒輻射或吸收能量時，只能輻射或吸收某個最小能量值ε的____________，這個不可再分的最小能量值ε叫作能量子。(2)能量子大小：ε＝____________，其中ν是帶電微粒吸收或輻射電磁波的頻率，h稱為普朗克常量。h＝6.626×10－34J·s(一般取h＝6.63×10－34J·s)。2.光子說：在空間傳播的光不是連續(xù)的，而是一份一份的，每一份叫作一個光子，光子的能量ε＝________。3.逸出功W0：電子從金屬中逸出所需做功的________。4.最大初動能：發(fā)生光電效應(yīng)時，金屬表面上的________吸收光子后克服原子核的引力逸出時所具有的動能的最大值。5.光電效應(yīng)方程：hν＝Ek＋W0或Ek＝________。三、光的波粒二象性與物質(zhì)波1.光的波粒二象性(1)光的干涉、衍射、偏振現(xiàn)象證明光具有________性。(2)光電效應(yīng)說明光具有________性。(3)光既具有波動性，又具有粒子性，即光具有________________。2.物質(zhì)波：任何一個運動著的物體，小到微觀粒子大到宏觀物體都有一種波與它對應(yīng)，其波長λ＝________，p為運動物體的動量，h為普朗克常量。考點一光電效應(yīng)規(guī)律的理解和應(yīng)用1.“四點”提醒(1)能否發(fā)生光電效應(yīng)，不取決于光的強(qiáng)度而取決于光的頻率。(2)光電效應(yīng)中的“光”不是特指可見光，也包括不可見光。(3)逸出功的大小由金屬本身決定，與入射光無關(guān)。(4)光電子不是光子，而是電子。2.“兩條”關(guān)系(1)光的強(qiáng)度大→光子數(shù)目多→發(fā)射光電子多→光電流大。(2)光子頻率高→光子能量大→產(chǎn)生光電子的最大初動能大→遏止電壓大。3.“三個”關(guān)系式(1)愛因斯坦光電效應(yīng)方程：Ek＝hν－W0。(2)最大初動能與遏止電壓的關(guān)系：eq\f(1,2)meveq\o\al(2,c)＝eUc。(3)逸出功與極限頻率的關(guān)系：W0＝hνc。例1用如圖1所示的實驗裝置研究光電效應(yīng)現(xiàn)象。用光子能量為2.75eV的光照射到光電管上時發(fā)生了光電效應(yīng)，電流表G的示數(shù)不為零。移動滑動變阻器的滑片P，發(fā)現(xiàn)當(dāng)電壓表的示數(shù)大于或等于1.7V時，電流表示數(shù)為零，則在該實驗中()圖1A.光電子的最大初動能為1.05eVB.光電管陰極的逸出功為1.7eVC.開關(guān)S斷開，電流表G示數(shù)為零D.當(dāng)滑動變阻器的滑片P由b端向a端滑動時，電壓表示數(shù)增大聽課筆記1.(2023·遼寧卷，6)原子處于磁場中，某些能級會發(fā)生劈裂，某種原子能級劈裂前后的部分能級圖如圖2所示，相應(yīng)能級躍遷放出的光子分別設(shè)為①②③④。若用①照射某金屬表面時能發(fā)生光電效應(yīng)，且逸出光電子的最大初動能為Ek，則()圖2A.①和③的能量相等B.②的頻率大于④的頻率C.用②照射該金屬一定能發(fā)生光電效應(yīng)D.用④照射該金屬逸出光電子的最大初動能小于Ek2.如圖3所示，分別用波長為λ、2λ的光照射光電管的陰極K，對應(yīng)的遏止電壓之比為3∶1，則光電管的極限波長是()圖3A.2λ B.3λC.4λ D.6λ考點二光電效應(yīng)的四類圖像問題圖像名稱圖線形狀由圖線直接(間接)得到的物理量最大初動能Ek與入射光頻率ν的關(guān)系圖線①極限頻率：圖線與ν軸交點的橫坐標(biāo)νc②逸出功：圖線與Ek軸交點的縱坐標(biāo)的絕對值W0＝|－E|＝E③普朗克常量：圖線的斜率k＝h顏色相同、強(qiáng)度不同的光，光電流與電壓的關(guān)系圖線①遏止電壓Uc：圖線與橫軸的交點的橫坐標(biāo)②飽和光電流Im：光電流的最大值③最大初動能：Ek＝eUc顏色不同時，光電流與電壓的關(guān)系圖線①遏止電壓Uc1、Uc2②飽和光電流③最大初動能：Ek1＝eUc1，Ek2＝eUc2遏止電壓Uc與入射光頻率ν的關(guān)系圖線①極限頻率νc：圖線與橫軸的交點的橫坐標(biāo)②遏止電壓Uc：隨入射光頻率的增大而增大③普朗克常量h：等于圖線的斜率與電子電荷量的乘積，即h＝ke(注：此時兩極之間接反向電壓)例2研究某種金屬的光電效應(yīng)規(guī)律，所得相關(guān)圖像分別如圖甲、乙、丙、丁所示，Ek為光電子的最大初動能、ν為入射光的頻率、I為光電流、U為兩極板間的電壓、Uc為遏止電壓。下列說法正確的是()A.由圖甲知，入射光的頻率為eq\f(νc,2)時，產(chǎn)生的光電子的最大初動能為eq\f(Ek,2)B.由圖乙知，入射光的光照強(qiáng)度越大，光電子的最大初動能越大C.由圖丙知，入射光2的頻率大于入射光1的頻率D.由圖丁知，入射光的頻率大于νc時，入射光的頻率越大，遏止電壓越大聽課筆記3.在研究光電效應(yīng)現(xiàn)象時，先后用單色光a、b、c照射同一光電管，所得到的光電流與光電管兩端所加電壓U間的關(guān)系曲線如圖4所示，下列說法正確的是()圖4A.b、c兩種單色光的顏色相同B.a、b兩種單色光的光照強(qiáng)度相同C.增大c光的光照強(qiáng)度，電路中的飽和光電流將增大D.增大b光的光照強(qiáng)度，射出的光電子的最大初動能增大4.(2022·河北卷，4)如圖5是密立根于1916年發(fā)表的鈉金屬光電效應(yīng)的遏止電壓Uc與入射光頻率ν的實驗曲線，該實驗直接證明了愛因斯坦光電效應(yīng)方程，并且第一次利用光電效應(yīng)實驗測定了普朗克常量h。由圖像可知()圖5A.鈉的逸出功為hνcB.鈉的截止頻率為8.5×1014HzC.圖中直線的斜率為普朗克常量hD.遏止電壓Uc與入射光頻率ν成正比考點三光的波粒二象性物質(zhì)波1.對光的波粒二象性的理解從數(shù)量上看個別光子的作用效果往往表現(xiàn)為粒子性，大量光子的作用效果往往表現(xiàn)為波動性從頻率上看頻率越低波動性越顯著，越容易看到光的干涉和衍射現(xiàn)象，頻率越高粒子性越顯著，越不容易看到光的干涉和衍射現(xiàn)象，貫穿本領(lǐng)越強(qiáng)從傳播與作用上看光在傳播過程中往往表現(xiàn)出波動性，在與物質(zhì)發(fā)生作用時往往表現(xiàn)出粒子性波動性與粒子性的統(tǒng)一由光子的能量ε＝hν、光子的動量表達(dá)式p＝eq\f(h,λ)也可以看出，光的波動性和粒子性并不矛盾，表示粒子性的粒子能量和動量的計算式中都含有表示波的特征的物理量——頻率ν和波長λ2.物質(zhì)波(1)任何一個運動的物體，無論大小，都有一種波與之對應(yīng)。(2)物質(zhì)波的波長：λ＝eq\f(h,p)＝eq\f(h,mv)，h是普朗克常量。例3(多選)(2023·6月浙江選考，15)有一種新型光電效應(yīng)量子材料，其逸出功為W0。當(dāng)紫外光照射該材料時，只產(chǎn)生動能和動量單一的相干光電子束。用該電子束照射間距為d的雙縫，在與縫相距為L的觀測屏上形成干涉條紋，測得條紋間距為Δx，已知電子質(zhì)量為m，普朗克常量為h，光速為c，則()A.電子的動量pe＝eq\f(hL,dΔx)B.電子的動能Ek＝eq\f(hL2,2md2Δx2)C.光子的能量E＝W0＋eq\f(chL,dΔx)D.光子的動量p＝eq\f(W0,c)＋eq\f(h2L2,2cmd2Δx2)聽課筆記5.用極微弱的可見光做雙縫干涉實驗，隨著時間的增加，在屏上先后出現(xiàn)如圖6(a)(b)(c)所示的圖像，則()圖6A.圖像