2020年高考物理一輪復(fù)習(xí) 第13章 近代物理初步 第59講 光電效應(yīng) 波粒二象性學(xué)案(含解析).doc
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第59講 光電效應(yīng) 波粒二象性 [研讀考綱明方向] [重讀教材定方法] (對應(yīng)人教版選修3-5的頁碼及相關(guān)問題) 1.P31結(jié)合圖17.2-2閱讀“光電效應(yīng)的實驗規(guī)律”一段。從圖17.2-3中各圖線能得出什么規(guī)律? 提示:由圖可知,隨著正向電壓增大,光電流趨于飽和值,且光的顏色一定時(黃光),光越強飽和光電流越大;加反向電壓時,光電流逐漸減小到零,即存在遏止電壓,且遏止電壓與光的頻率有關(guān),與光的強度無關(guān),頻率越大,遏止電壓越大。 2.P33[思考與討論]推導(dǎo)Uc與ν、W0的關(guān)系。 提示:由mev=eUc,Ek=hν-W0,Ek=mev,聯(lián)立得eUc=hν-W0。 3.P34[例題]體會由實驗數(shù)據(jù)畫出圖象的方法,圖17.2-4中圖象的斜率、截距分別有什么物理意義? 提示:由Ek=hν-W0,Ek=eUc得Uc=ν-,故Uc-ν 圖象的斜率為,令Uc=0,得橫截距νc=,即截止頻率,縱截距即ν=5.51014 Hz時的遏止電壓。 4.P37閱讀教材:哪些現(xiàn)象說明光具有粒子性?哪些現(xiàn)象說明光具有波動性? 提示:粒子性:光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng);波動性:光的干涉、衍射、偏振。 5.P58圖18.4-2思考:一群氫原子處于量子數(shù)為3的激發(fā)態(tài)時,可發(fā)出幾種頻率的光子? 提示:3種 6.P69[問題與練習(xí)]T6,Cu里有多少質(zhì)子?多少中子? 提示:29個質(zhì)子,37個中子。 7.P71閱讀教材:β衰變中出現(xiàn)的電子來源于哪里? 提示:核內(nèi)中子轉(zhuǎn)化為一個質(zhì)子和一個電子。 8.P73[問題與練習(xí)]T6,鉍210的半衰期是5天,經(jīng)過多少天后,20 g鉍還剩1.25 g? 提示:m=m0,代入數(shù)據(jù)得t=20天。 9.P82圖19.5-3思考:重核裂變時比結(jié)合能變大還是變???輕核聚變時呢? 提示:都變大。 第59講 光電效應(yīng) 波粒二象性 考點一 光電效應(yīng)的實驗規(guī)律和光電效應(yīng)方程 1.光電效應(yīng)現(xiàn)象 在光的照射下金屬中的電子從金屬表面逸出的現(xiàn)象,叫做光電效應(yīng),發(fā)射出來的電子叫做光電子。 2.光電效應(yīng)的實驗規(guī)律 (1)存在著飽和光電流:即光照條件不變時,隨著電壓增大,光電流趨于一個飽和值。對于一定顏色(頻率)的光,入射光越強,飽和光電流越大,即單位時間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)越多。 (2)存在著遏止電壓Uc:即存在使光電流減小到零的反向電壓。這說明光電子有初速度且初速度的最大值vc滿足mev=eUc。遏止電壓只與光的頻率有關(guān),與光的強弱無關(guān),這表明光電子的能量只與入射光的頻率有關(guān)。 (3)存在截止頻率νc:當(dāng)入射光的頻率小于截止頻率νc(又叫極限頻率)時,不發(fā)生光電效應(yīng)。不同金屬的截止頻率不同。 (4)光電效應(yīng)具有瞬時性:光照射到金屬表面時,產(chǎn)生光電流的時間不超過10-9 s,即光電效應(yīng)的發(fā)生幾乎是瞬時的。 3.愛因斯坦光電效應(yīng)方程 (1)光子說:空間傳播的光是不連續(xù)的,而是一份一份的,每一份叫做一個光子。光子的能量為ε=hν,其中h是普朗克常量,其值為6.6310-34 Js。 (2)光電效應(yīng)方程:Ek=hν-W0。 其中hν為入射光的能量,Ek為光電子的最大初動能,即逸出光電子初動能的最大值;W0是金屬的逸出功即電子從金屬中逸出所需做功的最小值。 4.愛因斯坦光電效應(yīng)方程對實驗規(guī)律的解釋 (1)愛因斯坦光電效應(yīng)方程表明光電子的最大初動能Ek與入射光的頻率ν有關(guān),而與光的強弱無關(guān),即規(guī)律(2)。 (2)只有當(dāng)hν>W0時,才有Ek>0,從而有光電子逸出,νc=就是光電效應(yīng)的截止頻率,即規(guī)律(3)。 (3)頻率ν一定的光,光較強時,單位時間照射的光子數(shù)較多,產(chǎn)生的光電子數(shù)較多,因而飽和光電流較大,即規(guī)律(1)。 (4)電子一次性吸收光子的全部能量,不需要積累能量的時間,即光電流幾乎是瞬時產(chǎn)生的,即規(guī)律(4)。 5.幾組重要概念的理解 (1)光子與光電子:光子指光在空間傳播時的每一份能量,光子不帶電;光電子是金屬表面受到光照射時發(fā)射出來的電子,其本質(zhì)是電子。 (2)光電子的動能與光電子的最大初動能:光照射到金屬表面時,電子吸收光子的全部能量,可能向各個方向運動,需克服原子核和其他原子的阻礙作用而損失一部分能量,剩余部分為光電子的初動能;只有金屬表面的電子直接向外飛出時,只需克服原子核的引力做功,才具有最大初動能。光電子的初動能小于或等于光電子的最大初動能。 (3)光電流與飽和光電流:金屬板飛出的光電子到達陽極,回路中便產(chǎn)生光電流,隨著所加正向電壓的增大,光電流趨于一個飽和值,這個飽和值是飽和光電流,在一定的光照條件下,飽和光電流與所加電壓大小無關(guān)。 (4)入射光強度與光子能量:入射光強度指單位時間內(nèi)照射到金屬表面單位面積上的總能量。所以光的強度I=nhν,n是單位時間內(nèi)照射到單位面積上的光子數(shù)。從此式可以看出飽和光電流正比于n,所以只有當(dāng)光的頻率一定時,飽和光電流與入射光強度成正比;對于不同頻率的光,由于每個光子的能量不同,飽和光電流與入射光強度之間沒有簡單的正比關(guān)系。 1.(多選)如圖所示,用導(dǎo)線把驗電器與鋅板相連接,當(dāng)用紫外線照射鋅板時,發(fā)生的現(xiàn)象是( ) A.有光子從鋅板逸出 B.有電子從鋅板逸出 C.驗電器指針張開一個角度 D.鋅板帶負電 答案 BC 解析 由于光電效應(yīng),在光的照射下鋅板中的電子從鋅板表面逸出,A錯誤,B正確;驗電器與鋅板相連,鋅板因失去電子帶正電,驗電器指針張開一個角度,C正確,D錯誤。 2.[教材母題] (人教版選修3-5 P36T4)鋁的逸出功是4.2 eV,現(xiàn)在將波長200 nm的光照射鋁的表面。 (1)求光電子的最大初動能。 (2)求遏止電壓。 (3)求鋁的截止頻率。 [變式子題] (多選)用如圖所示的裝置研究光電效應(yīng)現(xiàn)象,當(dāng)用光子能量為3.2 eV的光照射到光電管上時,電流表G的讀數(shù)為0.2 mA。移動變阻器的觸點c,當(dāng)電壓表的示數(shù)大于或等于0.8 V時,電流表讀數(shù)為0,則( ) A.光電管陰極的逸出功為2.4 eV B.開關(guān)S斷開后,電流表G示數(shù)不為0 C.光電子的最大初動能為0.8 eV D.改用能量為2 eV的光子照射,電流表G也有電流,但電流較小 答案 ABC 解析 該裝置所加的電壓為反向電壓,發(fā)現(xiàn)當(dāng)電壓表的示數(shù)大于或等于0.8 V時,電流表示數(shù)為0,則光電子的最大初動能為0.8 eV,根據(jù)光電效應(yīng)方程Ekm=hν-W0,W0=3.2 eV-0.8 eV=2.4 eV,故A、C項正確;用光子能量為3.2 eV的光照射到光電管上時發(fā)生了光電效 應(yīng),有光電子逸出,開關(guān)S斷開后,沒有反向電壓,則有電流流過電流表,故B項正確;改用能量為2 eV的光子照射,由于光子的能量小于逸出功,不能發(fā)生光電效應(yīng),無光電流,故D項錯誤。 3.(2017全國卷Ⅲ)(多選)在光電效應(yīng)實驗中,分別用頻率為νa、νb的單色光a、b照射到同種金屬上,測得相應(yīng)的遏止電壓分別為Ua和Ub、光電子的最大初動能分別為Eka和Ekb。h為普朗克常量。下列說法正確的是( ) A.若νa>νb,則一定有Ua- 1.請仔細閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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