1、【 精品教育资源文库 】 第 32 讲 波粒二象性 考纲要求 考情分析 命题趋势 1.光电效应 2爱因斯坦光电效应方程 2016 全国卷 ， 35(1) 高考对本部分知识的考查主要以选择题的形式出现高考试题往往综合考查光电效应、波粒二象性学习中要注意对光电效应规律的理解和光电效应方程的理解、应用 1光电效应及其规律 (1)光电效应现象 在光的照射下，金属中的 _电子 _从表面逸出的现象，发射出来的电子叫 _光电子 _ (2)光电效应的产生条件 入射光的频率 _大于 _金属的极限频率 (3)光电效应规律 每种金属都有一个极限频率，入射光的频率必须 _大于 _这个极限频率才能产生光电效应 光电子
2、的最大初动能与入射光的 _强度 _无关，只随入射光频率的增大而 _增大 _ 光电效应的发生几乎是瞬时的，一般不超过 10 9 s 当入射光的频率大于极限频率时，饱和光电流的大小与入射光的强度成 _正比 _ 2光子说及光电效应方程 (1)光子说：在空间传播的光不是连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光子，光子的能量 _h _ (2)逸出功 W0：电子从金属中逸出所需做功的 _最小值 _ (3)最大 初动能：发生光电效应时，金属表面上的 _电子 _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 (4)光电效应方程 表达式： h Ek W0或 Ek _h W0_ 物理意义：金属表面的电子吸收
3、一个光子获得的能量是 h ，这些能量的一部分用来克服金属的逸出功 W0，剩下的表现为逸出后电子的最大初动能 3光的波粒二象性 【 精品教育资源文库 】 (1)光电效应说明光具有粒子性，同时光还具有波动性，即光具有 _波粒二象性 _ (2)大量光子运动的规律主要表现为光的 _波动 _性，单个光子的运动主要表现为光的_粒子 _性 (3)光的波长越长，波动性越 _强 _，光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有波动性 (4)光的频率越高，粒子性越 _强 _，穿透本领 _越大 _.光电效应、康普顿效应说明光具有粒子性 1判断正误 (1)任何频率的光照射到金属表面都可以发生光电效应 ( ) (2)要使某金属
4、发生光电效应，入射光子的能量必须大于金属的逸出功 ( ) (3)光电子的最大初动能与入射光子的频率成正比 ( ) (4)光的频率越高，光的粒子性越明显，但仍具有波动性 ( ) (5)德国物理学家普朗克提出了量子 假说，成功地解释了光电效应规律 ( ) (6)美国物理学家康普顿发现了康普顿效应，证实了光的粒子性 ( ) (7)法国物理学家德布罗意大胆预言了实物粒子具有波动性 ( ) 一 光电效应的实验规律 1光子与光电子 光子是指光在空间传播时的每一份能量，光子不带电；光电子是指金属表面受到光照射时发射出来的电子，光子是光电效应的因，光电子是果 2光电子的最大初动能与光电子的动能 当光照射金属时
5、，光子的能量全部被电子吸收，电子吸收光子的能量后可能向各个方向运动有的向金属内部运动，有的向金 属表面运动，但因途径不同，运动途中消耗的能量也不同唯独在金属表面的电子，只要克服金属原子核的引力做功，就能从金属中逸出而具有最大初动能根据爱因斯坦光电效应方程可以算出光电子的最大初动能为 Ek h W0 (W0为金属的逸出功 )而其他经过不同的路径射出的光电子，其动能一定小于最大初动能 3光电流与饱和光电流 在一定频率与强度的光照射下产生光电效应，光电流与电压之间的关系为：开始时，光电流随电压 U 的增大而增大，当 U 比较大时，光电流达到饱和值 Im.这时即使再增大 U，在单位时间内也不可能有更多
6、的光电子定向 移动，光电流也就不会再增大，即饱和光电流是在一定频率与强度的光照射下的最大光电流在一定光照条件下，饱和光电流与所加电压大小【 精品教育资源文库 】 无关 4入射光强度和光子能量 入射光强度是单位时间内照射到金属表面单位面积上总的能量，光子能量即每个光子的能量，入射光的总能量等于光子能量与入射光子数的乘积 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 解决光电效应规律问题的技巧 放不放 (光电子 )，看截频 (截止频率，即最低频率 )；放
7、多少 (光电子 )，看光强； (光电子的 )最大初动能 (大小 )，看 (入射光的 )频率；要放瞬时放 例 1(2017 湖北宜昌质检 )(多选 )用如图所示的光电管研究光电效应的实验中，用某种频率的单色光 a 照射光电管阴极 K，电流计 G 的指针发生偏转而用另一频率的单色光 b照射光电管阴极 K 时，电流计 G 的指针不发生偏转，那么 ( ABE ) A a 光的频率一定大于 b 光的频率 B只增加 a 光的强度可使通过电流计 G 的电流增大 C增加 b 光的强度可能使电流计 G 的指针发生偏转 D用 a 光照射光电管阴极 K 时通过电流计 G 的电流是由 d 到 c E用 a 光照射时，
8、增大光电管两端的电压时，流过 G 的电流可能不变 解析 产生光电效应的条件是入射光的频率大于极限频率 vC，故选项 A 正确， C 错误；在能发生光电效应的前提条件下，只增加 a光的强度可使阴极 K单位时间发射出更多光电子，选项 B 正确；光电管中的光电子 (带负电荷 )从 K 到 A，故 G 中电流从 c 到 d，选项 D 错误；当用 a 光照射时，若已达饱和电流，即使再增大光电管两端电压， G 中电流也不变，选项 E正确 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 【 精品教育资源文库 】 最大初动能 Ek与入射光频率 的关系图线 极限频率： 0
9、逸出功： W0 | E| E 普朗克常量：图线的斜率 k h 遏止电压 Uc与入射光频率 的关系图线 截止 (极限 )频率： 0 遏止电压 Uc：随入射光频率的增大而增大 普朗克常量： h ke (k 为斜率，e 为电子电量 ) 频率相同、光强不同时，光电流与电压的关系 遏止电压： Uc 饱和光电流： Im(电流的最大值 ) 最大初动能： Ekm eUc 频率不同、光强相同时，光电流与电压的关系 遏 止电压： Uc1、 Uc2 饱和光电流：电流最大值 最大初动能： Ek1 eUc1， Ek2 eUc2 定量分析光电效应时应抓住的三个关系式 (1)爱因斯坦光电效应方程： Ek h W0 (2)最
10、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 c的关系： W0 h c h cc 例 2(2017 湖北武汉模拟 )从 1907 年起，美国物理学家密立根开始以精湛的技术测量光电效应中几个重要的物理量他通过如图所示的实验装置测量某金属的遏止电压 Uc 与入射光频率 ，作出 Uc 的图象，由此算出普朗克常量 h，并与普朗克根据黑体辐射测出的 h 相比较，以检验爱因斯坦方程的正确性图中频率 1、 2，遏止电压 Uc1、 Uc2及电子的电荷量 e 均为已知，求： (1)普朗克常量 h； (2)该金属的截止频率 0 思维导引 (1)明确最大初动能 Ek与入射光的频率 的关
11、系； 【 精品教育资源文库 】 (2)明确最大初动能与遏止电压 Uc的关系； (3)理解 Uc 图线与横轴交点的物理意义 解析 根据爱因斯坦光电效应方程 Ek h W0及动能定理 eUc Ek得 Uc he he 0， 结合图象知 k he Uc2 Uc12 1 Uc11 0， 普朗克常量 h e?Uc2 Uc1?2 1， 0 Uc2 1 Uc1 2Uc2 Uc1 答案 (1)e?Uc2 Uc1?2 1(2)Uc2 1 Uc1 2Uc2 Uc1三 光的波粒二象性 物质波 光既有波动性，又有粒子性，两者不是孤立的，而是有机的统一体，其表现规律为 (1)从数量上看：个别光子的作用效果往往表现为粒
12、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 (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为粒子性 (4)波动性与粒子性的统一：由光子的能量 E h 、光子的动量表达式 p h 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 和波长 (5)理解光的波粒二象性时不可把光当成宏观概念中的波，也不可把光当成宏观概念中的粒子 波粒二象性的深入理解 (1)虽然平时看到宏观物体
13、运动时，看不出其波动性，但也有一个波长与之对应例如飞行子弹的波长约为 10 34 m (2)波粒二象性是微观粒子的特殊规律，一切微观粒子都存在波动性；宏观物体也存在波动性，只是波长太小，难以观测 (3)德布罗意波也是概率波，衍射图样中的亮圆是电子落点概率大的地方，但概率的大小受波动规律的支配 例 3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【 精品教育资源文库 】 片说明 ( D ) A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 由这些照片可以看出，少量光子的运动显示粒子性，大量光子的运动呈现出波动性，故选项 D 正确 1 (多选 )用频率为 1 的单色光照射某种金属表面，发生了光电效应现象现改为频率为 2的另一单色光照射该金属表 面，下列说法正确的是 ( AC ) A如果 2 1，能够发生光电效应 B如果 2 1，逸出光电子的最大初动能增大 D如果
