【物理】2020届一轮复习人教版 光电效应波粒象性 学案

【物理】2020届一轮复习人教版 光电效应波粒象性 学案

第59讲 光电效应 波粒二象性 ‎[研读考纲明方向]‎ ‎[重读教材定方法]‎ ‎(对应人教版选修3－5的页码及相关问题)‎ ‎1．P31结合图17.2－2阅读“光电效应的实验规律”一段。从图17.2－3中各图线能得出什么规律？‎ 提示：由图可知，随着正向电压增大，光电流趋于饱和值，且光的颜色一定时(黄光)，光越强饱和光电流越大；加反向电压时，光电流逐渐减小到零，即存在遏止电压，且遏止电压与光的频率有关，与光的强度无关，频率越大，遏止电压越大。‎ ‎2．P33[思考与讨论]推导Uc与ν、W0的关系。‎ 提示：由mev＝eUc，Ek＝hν－W0，Ek＝mev，联立得eUc＝hν－W0。‎ ‎3．P34[例题]体会由实验数据画出图象的方法，图17.2－4中图象的斜率、截距分别有什么物理意义？‎ 提示：由Ek＝hν－W0，Ek＝eUc得Uc＝ν－，故Uc－ν 图象的斜率为，令Uc＝0，得横截距νc＝，即截止频率，纵截距即ν＝5.5×1014 Hz时的遏止电压。‎ ‎4．P37阅读教材：哪些现象说明光具有粒子性？哪些现象说明光具有波动性？‎ 提示：粒子性：光电效应、康普顿效应；波动性：光的干涉、衍射、偏振。‎ ‎5．P58图18.4－2思考：一群氢原子处于量子数为3的激发态时，可发出几种频率的光子？‎ 提示：3种 ‎6．P69[问题与练习]T6，Cu里有多少质子？多少中子？‎ 提示：29个质子，37个中子。‎ ‎7．P71阅读教材：β衰变中出现的电子来源于哪里？‎ 提示：核内中子转化为一个质子和一个电子。‎ ‎8．P73[问题与练习]T6，铋210的半衰期是5天，经过多少天后，‎20 g铋还剩‎1.25 g?‎ 提示：m＝m0·，代入数据得t＝20天。‎ ‎9．P82图19.5－3思考：重核裂变时比结合能变大还是变小？轻核聚变时呢？‎ 提示：都变大。‎ 第59讲　光电效应　波粒二象性 考点一　光电效应的实验规律和光电效应方程 ‎1．光电效应现象 在光的照射下金属中的电子从金属表面逸出的现象，叫做光电效应，发射出来的电子叫做光电子。‎ ‎2．光电效应的实验规律 ‎(1)存在着饱和光电流：即光照条件不变时，随着电压增大，光电流趋于一个饱和值。对于一定颜色(频率)的光，入射光越强，饱和光电流越大，即单位时间内发射的光电子数越多。‎ ‎(2)存在着遏止电压Uc：即存在使光电流减小到零的反向电压。这说明光电子有初速度且初速度的最大值vc满足mev＝eUc。遏止电压只与光的频率有关，与光的强弱无关，这表明光电子的能量只与入射光的频率有关。‎ ‎(3)存在截止频率νc：当入射光的频率小于截止频率νc(又叫极限频率)时，不发生光电效应。不同金属的截止频率不同。‎ ‎(4)光电效应具有瞬时性：光照射到金属表面时，产生光电流的时间不超过10－9 s，即光电效应的发生几乎是瞬时的。‎ ‎3．爱因斯坦光电效应方程 ‎(1)光子说：空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光子。光子的能量为ε＝hν，其中h是普朗克常量，其值为6.63×10－34 J·s。‎ ‎(2)光电效应方程：Ek＝hν－W0。‎ 其中hν为入射光的能量，Ek为光电子的最大初动能，即逸出光电子初动能的最大值；W0是金属的逸出功即电子从金属中逸出所需做功的最小值。‎ ‎4．爱因斯坦光电效应方程对实验规律的解释 ‎(1)爱因斯坦光电效应方程表明光电子的最大初动能Ek与入射光的频率ν有关，而与光的强弱无关，即规律(2)。‎ ‎(2)只有当hν>W0时，才有Ek>0，从而有光电子逸出，νc＝ 就是光电效应的截止频率，即规律(3)。‎ ‎(3)频率ν一定的光，光较强时，单位时间照射的光子数较多，产生的光电子数较多，因而饱和光电流较大，即规律(1)。‎ ‎(4)电子一次性吸收光子的全部能量，不需要积累能量的时间，即光电流几乎是瞬时产生的，即规律(4)。‎ ‎5．几组重要概念的理解 ‎(1)光子与光电子：光子指光在空间传播时的每一份能量，光子不带电；光电子是金属表面受到光照射时发射出来的电子，其本质是电子。‎ ‎(2)光电子的动能与光电子的最大初动能：光照射到金属表面时，电子吸收光子的全部能量，可能向各个方向运动，需克服原子核和其他原子的阻碍作用而损失一部分能量，剩余部分为光电子的初动能；只有金属表面的电子直接向外飞出时，只需克服原子核的引力做功，才具有最大初动能。光电子的初动能小于或等于光电子的最大初动能。‎ ‎(3)光电流与饱和光电流：金属板飞出的光电子到达阳极，回路中便产生光电流，随着所加正向电压的增大，光电流趋于一个饱和值，这个饱和值是饱和光电流，在一定的光照条件下，饱和光电流与所加电压大小无关。‎ ‎(4)入射光强度与光子能量：入射光强度指单位时间内照射到金属表面单位面积上的总能量。所以光的强度I＝nhν，n是单位时间内照射到单位面积上的光子数。从此式可以看出饱和光电流正比于n，所以只有当光的频率一定时，饱和光电流与入射光强度成正比；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。‎ ‎1．(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 解析　由于光电效应，在光的照射下锌板中的电子从锌板表面逸出，A错误，B正确；验电器与锌板相连，锌板因失去电子带正电，验电器指针张开一个角度，C正确，D错误。‎ ‎2．[教材母题]　(人教版选修3－5 P36·T4)铝的逸出功是4.2 eV，现在将波长200 nm的光照射铝的表面。‎ ‎(1)求光电子的最大初动能。‎ ‎(2)求遏止电压。‎ ‎(3)求铝的截止频率。‎ ‎[变式子题]　(多选)用如图所示的装置研究光电效应现象，当用光子能量为3.2 eV的光照射到光电管上时，电流表G的读数为0.2 mA。移动变阻器的触点c，当电压表的示数大于或等于0.8 V时，电流表读数为0，则(　　)‎ A．光电管阴极的逸出功为2.4 eV B．开关S断开后，电流表G示数不为0‎ C．光电子的最大初动能为0.8 eV D．改用能量为2 eV的光子照射，电流表G也有电流，但电流较小 答案　ABC 解析　该装置所加的电压为反向电压，发现当电压表的示数大于或等于0.8 V时，电流表示数为0，则光电子的最大初动能为0.8 eV，根据光电效应方程Ekm＝hν－W0，W0＝3.2 eV－0.8 eV＝2.4 eV，故A、C项正确；用光子能量为3.2 eV的光照射到光电管上时发生了光电效 应，有光电子逸出，开关S断开后，没有反向电压，则有电流流过电流表，故B项正确；改用能量为2 eV的光子照射，由于光子的能量小于逸出功，不能发生光电效应，无光电流，故D项错误。‎ ‎3．(2017·全国卷Ⅲ)(多选)在光电效应实验中，分别用频率为νa、νb的单色光a、b照射到同种金属上，测得相应的遏止电压分别为Ua和Ub、光电子的最大初动能分别为Eka和Ekb。h为普朗克常量。下列说法正确的是(　　)‎ A．若νa>νb，则一定有Uaνb，则一定有Eka>Ekb C．若Uaνb，则一定有hνa－Eka>hνb－Ekb 答案　BC 解析　光电效应中遏止电压与最大初动能之间的关系为eU＝Ek，根据光电效应方程可知Ek＝hν－W0，若νa>νb，则Eka>Ekb，Ua>Ub，选项A错误，选项B正确；若Ua

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