原子物理和波粒二象性优秀PPT.ppt

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1、第第3 3课时课时 波粒二象性波粒二象性基基 础础 回回 扣扣1.1.光电效应光电效应(1)(1)光电效应定义光电效应定义:物体在光物体在光(包括不行见光包括不行见光)的照射的照射下从表面放射出电子的现象叫光电效应下从表面放射出电子的现象叫光电效应.放射出的放射出的常称为光电子常称为光电子.(2)(2)光电效应的规律光电效应的规律:每种金属都有一个截止频率（极限频率）每种金属都有一个截止频率（极限频率）,入射入射光的频率必需光的频率必需 截止频率才能产生光电截止频率才能产生光电效应效应.电子电子等于或大于等于或大于光电子的光电子的 与入射光的强度无关与入射光的强度无关,只只随入射光频率的增大而

2、增大随入射光频率的增大而增大.只要入射光频率高于金属的截止频率只要入射光频率高于金属的截止频率,照到金属照到金属表面时间电子的放射几乎是瞬时的表面时间电子的放射几乎是瞬时的,一般不超过一般不超过10-10-9s,9s,与光的强度与光的强度 关关.当入射光的频率大于截止频率时当入射光的频率大于截止频率时,光电流的强度光电流的强度与入射光的强度成与入射光的强度成 .最大初动能最大初动能无无正比正比2.2.光子说光子说(1)(1)光子说光子说:在普朗克提出的电磁波的能量是不连续在普朗克提出的电磁波的能量是不连续的基础上的基础上,爱因斯坦提出了光子说爱因斯坦提出了光子说,即空间传播着的即空间传播着的光

3、是一份一份的光是一份一份的,每一份叫一个光子每一份叫一个光子,一个光子的能一个光子的能量为量为E=h ,E=h ,其中其中h=h=,为光的频为光的频率率.(2)(2)光子说的重要意义光子说的重要意义:光子说能很好地说明光电效光子说能很好地说明光电效应应.光由大量的微粒即光子构成光由大量的微粒即光子构成,光的确具有光的确具有 性性.6.63106.6310-34-34JsJs粒子粒子思思 路路 方方 法法(1)(1)照射光的频率确定着是否发生光电效应及光电子照射光的频率确定着是否发生光电效应及光电子的初动能的初动能.(2)(2)光电子是金属表面受光照射出来的电子光电子是金属表面受光照射出来的电子

4、,与光子不与光子不同同.(3).(3)光电效应中的光包括不行见光光电效应中的光包括不行见光.如如:紫外线等紫外线等.(4)(4)光电效应的实质光电效应的实质:光现象光现象电现象电现象.题型题型1 1 光电效应现象及其规律光电效应现象及其规律【例【例1 1】光电效应试验的装置如图光电效应试验的装置如图8-3-18-3-1所示所示,用弧光用弧光的灯照射锌板的灯照射锌板,验电器指针张开一个角度验电器指针张开一个角度.则下面说则下面说法中正确的是法中正确的是()图图8-3-18-3-1A.A.用紫外线照射锌板用紫外线照射锌板,验电器指针会发生偏转验电器指针会发生偏转B.B.用绿光照射锌板用绿光照射锌板

5、,验电器指针会发生偏转验电器指针会发生偏转C.C.锌板带的是负电荷锌板带的是负电荷D.D.使验电器指针发生偏转的是正电荷使验电器指针发生偏转的是正电荷解析解析 将擦得很亮的锌板与验电器连接将擦得很亮的锌板与验电器连接,用弧光灯照用弧光灯照射锌板射锌板(弧光灯发出紫外线弧光灯发出紫外线),),验电器指针张开一个角验电器指针张开一个角度度,说明锌板带了电说明锌板带了电,进一步探讨表明锌板带正电进一步探讨表明锌板带正电.这这说明在紫外线的照射下说明在紫外线的照射下,锌板中有一部分自由电子从锌板中有一部分自由电子从表面飞出来表面飞出来,锌板中缺少电子锌板中缺少电子,于是带正电于是带正电,选项选项A A

6、、D D正确正确.绿光不能使锌板发生光电效应绿光不能使锌板发生光电效应.答案答案 AD AD预料演练预料演练1 1 入射光照射到某金属表面上发生光电效入射光照射到某金属表面上发生光电效应应,若入射光的强度减弱若入射光的强度减弱,而频率保持不变而频率保持不变,那么那么()A.A.从光照至金属表面上到放射出光电子之间的时间间从光照至金属表面上到放射出光电子之间的时间间 隔将明显增加隔将明显增加B.B.逸出的光电子的最大初动能将减小逸出的光电子的最大初动能将减小C.C.单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将削减单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将削减D.D.有可能不发生光电效应有可能不发生光电效应

7、解析解析 光电效应瞬时光电效应瞬时(10-9 s)(10-9 s)发生发生,与光强无关与光强无关,A,A错错;能否发生光电效应能否发生光电效应,只取决于入射光的频率是否大于只取决于入射光的频率是否大于截止频率截止频率,与光强无关与光强无关,D,D错错;对于某种特定金属对于某种特定金属,光电光电子的最大初动能只与入射光频率有关子的最大初动能只与入射光频率有关,入射光频率越入射光频率越大大,最大初动能越大最大初动能越大,B,B错错;光电子数目多少与入射光强光电子数目多少与入射光强度有关度有关,可理解为一个光子能打出一个电子可理解为一个光子能打出一个电子,光强减弱光强减弱,逸出的电子数目削减逸出的电

8、子数目削减,C,C对对.答案答案 C C分析光电效应问题的关键分析光电效应问题的关键:(1)(1)深刻理解截止频率和逸出功的概念深刻理解截止频率和逸出功的概念,从能量转从能量转化角度理解最大初动能化角度理解最大初动能.(2)(2)必需驾驭光电效应的规律必需驾驭光电效应的规律:产生条件产生条件:每种金每种金属都有一个截止频率属都有一个截止频率,入射光的频率必需大于这个截入射光的频率必需大于这个截止频率止频率,才能产生光电效应才能产生光电效应;光电子的最大初动能与光电子的最大初动能与入射光的强度无关入射光的强度无关,只随入射光的频率增大而增大只随入射光的频率增大而增大;光电效应的产生几乎是瞬时的光

9、电效应的产生几乎是瞬时的,一般不超过一般不超过10-9 s.10-9 s.题型题型2 2 光电效应方程及应用光电效应方程及应用例例2 2 已知金属铯的极限波长为已知金属铯的极限波长为0.66 m,0.66 m,用用0.50 m0.50 m的光照射铯金属表面放射光电子的最大初动能为多的光照射铯金属表面放射光电子的最大初动能为多少焦耳少焦耳?铯金属的逸出功为多少焦耳铯金属的逸出功为多少焦耳?解析解析 铯的逸出功为铯的逸出功为W0=W0=将将c=3108 m/s,h=6.6310-34 Js,c=3108 m/s,h=6.6310-34 Js,0=0.6610-6 m,0=0.6610-6 m,代入

10、上式可得代入上式可得W0=310-19 JW0=310-19 J依据光电效应方程可知依据光电效应方程可知,当用波长为当用波长为=0.50 m=0.50 m的的光照射金属铯时光照射金属铯时,光电子的最大初动能为光电子的最大初动能为E Ek k=h h -WW0 0=-=-WW0 0=6.6310=6.6310-34-34 J-310 J-310-19-19 J J=9.810=9.810-20-20 J J答案答案 9.8109.810-20-20 J 310 J 310-19-19 J J预料演练预料演练2 2 如图如图8-3-28-3-2所示所示,当开关当开关S S断开时断开时,用光子能量用

11、光子能量为为2.5 eV2.5 eV的一束光照射阴极的一束光照射阴极P,P,发觉电流表读数不为零发觉电流表读数不为零.合上合上开关开关,调整滑线变阻器调整滑线变阻器,发觉发觉 图图8-3-28-3-2当电压表读数小于当电压表读数小于0.60 V0.60 V时时,电流表读数仍不为零电流表读数仍不为零;当当电压表读数大于或等于电压表读数大于或等于0.60 V0.60 V时时,电流表读数为零电流表读数为零.(1)(1)求此时间电子的最大初动能的大小求此时间电子的最大初动能的大小.(2)(2)求该阴极材料的逸出功求该阴极材料的逸出功.解析解析 设用光子能量为设用光子能量为2.5 eV2.5 eV的光照

12、射时的光照射时,光电子的光电子的最大初动能为最大初动能为Ek,Ek,阴极材料逸出功为阴极材料逸出功为W0.W0.当反向电压达到当反向电压达到U=0.60 VU=0.60 V以后以后,具有最大初动能的光具有最大初动能的光电子也达不到阳极电子也达不到阳极,因此因此eU=EkeU=Ek由光电效应方程由光电效应方程:Ek=h -W0:Ek=h -W0由以上二式由以上二式:Ek=0.6 eV,W0=1.9 eV:Ek=0.6 eV,W0=1.9 eV所以此时最大初动能为所以此时最大初动能为0.6 eV,0.6 eV,该材料的逸出功为该材料的逸出功为1.9 eV.1.9 eV.答案答案 (1)0.6 eV

13、 (2)1.9 eV (1)0.6 eV (2)1.9 eV 金属的逸出功在数值上等于频率金属的逸出功在数值上等于频率(波长波长)为截止频为截止频率率(波长波长)的光子能量的光子能量,即即WW0 0=.【例【例3 3】（1616分）波长为分）波长为=0.17 m=0.17 m的紫外线照射的紫外线照射至金属筒上能使其放射光电子至金属筒上能使其放射光电子,光电子在磁感应强光电子在磁感应强度为度为B B的匀强磁场中的匀强磁场中,做最大半径为做最大半径为r r的匀速圆周运的匀速圆周运动时动时,已知已知rB=5.610-6 Tm,rB=5.610-6 Tm,光电子质量光电子质量m m=9.110-31

14、kg,=9.110-31 kg,电荷量电荷量e=1.610-19 C.e=1.610-19 C.求求:(1)(1)光电子的最大动能光电子的最大动能.(2)(2)金属筒的逸出功金属筒的逸出功.题型3 光电结合问题解析解析 (1)(1)光电子光电子做做半径半径最最大的大的匀 匀速速圆周运圆周运动时动时,它的动它的动能即是能即是最最大动能大动能.由由evBevB=得得v v=（4 4分）分）所以所以 mvmv2 2=m m()()2 2=(4(4分分)代入数据得代入数据得 mvmv2 2=4.4110=4.4110-19-19 J J(2(2分分)(2)(2)由爱因斯坦光电效应方程得由爱因斯坦光电效

15、应方程得WW=h h -mvmv2 2=mvmv2 2(4(4分分)代入数据得代入数据得WW=7.310=7.310-19-19 J J(2(2分分)答案答案 (1)4.4110(1)4.4110-19-19 J (2)7.310 J (2)7.310-19-19 J J 光电效应现象中发出的光电子可以在磁场或电场光电效应现象中发出的光电子可以在磁场或电场中运动中运动,这就是物理光学与电场磁场的结合点这就是物理光学与电场磁场的结合点.这类问这类问题实质上还是带电粒子在电场、磁场中的运动问题题实质上还是带电粒子在电场、磁场中的运动问题,多为在电场中的类平抛、在磁场中的匀速圆周运动多为在电场中的类

16、平抛、在磁场中的匀速圆周运动.解决问题的关键就是抓住两种运动的特点及处理方法解决问题的关键就是抓住两种运动的特点及处理方法.1.1.某金属在一黄光照射下某金属在一黄光照射下,正好有电子逸出正好有电子逸出,下述说法下述说法中中,哪种是正确的哪种是正确的()A.A.增大光强增大光强,而不变更光的频率而不变更光的频率,光电子的最大初动光电子的最大初动 能将不变能将不变B.B.用一束更大强度的红光代替黄光用一束更大强度的红光代替黄光,仍能发生光电仍能发生光电 效应效应C.C.用强度相同的紫光代替黄光用强度相同的紫光代替黄光,光电流强度将不变光电流强度将不变D.D.用强度较弱的紫光代替黄光用强度较弱的紫

17、光代替黄光,有可能不发生光电有可能不发生光电 效应效应解析解析 逸出的光电子的最大初动能逸出的光电子的最大初动能Ekm=h -W,Ekm=h -W,频率频率不不变变,故故EkmEkm不变不变,A,A正确正确.红光频率小于黄光频率红光频率小于黄光频率,即小于即小于极限频率极限频率,故不能发生光电效应故不能发生光电效应,B,B错错.由于紫光频率大由于紫光频率大于黄光频率于黄光频率,即使光强减小即使光强减小,仍能发生光电效应仍能发生光电效应,因此因此D D错误错误.用强度相同的紫光代替黄光用强度相同的紫光代替黄光,使得入射光的光子使得入射光的光子数削减数削减,导致光电子数削减导致光电子数削减,形成的

18、光电流强度将减形成的光电流强度将减少少,C,C错错.答案答案 A A2.2.如图如图8-3-38-3-3所示所示,运用强度相同运用强度相同的连续光谱中的红光到紫光按的连续光谱中的红光到紫光按依次照射光电管的阴极依次照射光电管的阴极,电流电流表均有示数表均有示数.在螺线管外悬套一在螺线管外悬套一金属线圈金属线圈,理论上在线圈中能产生感应电流的是理论上在线圈中能产生感应电流的是()A.A.用紫光照射时用紫光照射时B.B.用红光照射时用红光照射时C.C.变更照射光颜色的过程中变更照射光颜色的过程中D.D.均没有感应电流均没有感应电流图图8-3-38-3-3解析解析 使金属线圈中产生感应电流的条件是通

19、电螺使金属线圈中产生感应电流的条件是通电螺线管的磁场发生变更线管的磁场发生变更,即螺线管中的电流发生变更即螺线管中的电流发生变更.由于光电管形成的电流随照射光的频率变更而变更由于光电管形成的电流随照射光的频率变更而变更,而光的颜色由频率确定而光的颜色由频率确定,故选故选C.C.答案答案 C C3.3.在演示光电效应的试验中在演示光电效应的试验中,原来不带电的一块锌板原来不带电的一块锌板与灵敏静电计相连与灵敏静电计相连,用弧光灯照射锌板时用弧光灯照射锌板时,静电计的静电计的指针张开一个角度指针张开一个角度,如图如图8-3-48-3-4所示所示,这时这时()A.A.锌板带正电锌板带正电,指针带负电

20、指针带负电B.B.锌板带正电锌板带正电,指针带正电指针带正电C.C.锌板带负电锌板带负电,指针带正电指针带正电D.D.锌板带负电锌板带负电,指针带负电指针带负电图图8-3-48-3-4解析解析 锌板受弧光灯照射锌板受弧光灯照射,吸取紫外线的光子吸取紫外线的光子,发生发生光电效应光电效应,放出光电子放出光电子,中性的锌板因失去电子而带中性的锌板因失去电子而带正电正电,与锌板连在一起的静电计指针也带正电与锌板连在一起的静电计指针也带正电.答案答案 B B4.4.用不同频率的紫外线分别照射钨和锌的表面而产生用不同频率的紫外线分别照射钨和锌的表面而产生光电效应光电效应,可得到光电子的最大初动能可得到光

21、电子的最大初动能EkEk随入射光随入射光频率频率 变更的变更的Ek Ek 图象图象.已知钨的逸出功是已知钨的逸出功是3.28 eV,3.28 eV,锌的逸出功是锌的逸出功是3.34 eV,3.34 eV,若将二者的图线画若将二者的图线画在同一个坐标图中在同一个坐标图中,以实线表示钨以实线表示钨,虚线表示锌虚线表示锌,如如下图所示下图所示,则正确反映这一过程的图象是则正确反映这一过程的图象是()解析解析 由方程由方程E Ek k=h h -WW0 0可可知知,E Ek k与与 的关系图象的的关系图象的斜率为斜率为h h,不同的金属不同的金属WW0 0不同不同,但斜率相同但斜率相同,A,A正正确确

22、.答案答案 A5.探讨光电效应规律的试验装置探讨光电效应规律的试验装置如图如图8-3-5所示所示,用频率为用频率为 的光的光照射光电管阴极照射光电管阴极K时时,有光电子有光电子产生产生.由于光电管由于光电管K、A间加的是间加的是反向电压反向电压,光电子从阴极光电子从阴极K放射放射后将向阳极后将向阳极A做减速运动做减速运动.光电光电流流i由图中电流计由图中电流计G测出测出,反向电压反向电压U由电压表由电压表V测出测出.当电流计的示数恰好为零时当电流计的示数恰好为零时,电压表的示数称为反电压表的示数称为反向截止电压向截止电压U0,在下列表示光电效应试验规律的图在下列表示光电效应试验规律的图象中象中

23、,错误的是错误的是()图图8-3-5解析解析 由光电效应规律可知由光电效应规律可知,光电流的强度与光强成光电流的强度与光强成正比正比,光射到金属上时光射到金属上时,光电子的放射是瞬时的光电子的放射是瞬时的,不不须要时间积累须要时间积累,故故A、D图象正确图象正确;从金属中打出的光从金属中打出的光电子电子,在反向电压作用下做减速运动在反向电压作用下做减速运动,随着反向电压随着反向电压的增大的增大,到达阳极的光电子数削减到达阳极的光电子数削减,故故C图象正确图象正确;由由光电效应方程可知光电效应方程可知:h =h +Ekm,而而eU0=Ekm,所以有所以有h =h +eU0,由此可知由此可知,B图

24、象错误图象错误.答案答案 B6.6.已知能使某金属产生光电效应的截止频率为已知能使某金属产生光电效应的截止频率为 ,则则()A.A.当用频率为当用频率为2 2 的单色光照射该金属时的单色光照射该金属时,确定能产确定能产 生光电子生光电子B.B.当用频率为当用频率为2 2 的单色光照射该金属时的单色光照射该金属时,所产生所产生 的光电子的最大初动能为的光电子的最大初动能为h hC.C.当照射光的频率当照射光的频率 大于大于 时时,若若 增大增大,则逸出功则逸出功 增大增大D.D.当照射光的频率当照射光的频率 大于大于 时时,若若 增大一倍增大一倍,则光则光 电子的最大初动能也增大一倍电子的最大初

25、动能也增大一倍解析解析 由光电效应方程由光电效应方程h =h +Ekmh =h +Ekm知知,当入当入射光频率为射光频率为2 2 时时,确定能产生光电子确定能产生光电子,其最大初动其最大初动能能Ekm=h -h =2h -h =h ,Ekm=h -h =2h -h =h ,故故A A、B B正确正确,D,D错误错误;逸出功与金属材料有关逸出功与金属材料有关,与入射光频率无关与入射光频率无关,故故C C错错.答案答案 AB AB7.7.如图如图8-3-68-3-6所示所示,阴极阴极K K用极用极限波长限波长0=0.66 m0=0.66 m的金属的金属铯制成铯制成,用波长用波长=0.50 m=0.

26、50 m的绿光照射阴极的绿光照射阴极K,K,调整两个调整两个极板间的电压极板间的电压,当当A A板电压比板电压比阴极高出阴极高出2.5 V2.5 V时时,光电流达光电流达到饱和到饱和,电流表示数为电流表示数为0.64 A,0.64 A,求求:(1)(1)每秒钟阴极放射的光电子数和光电子飞出阴极每秒钟阴极放射的光电子数和光电子飞出阴极时的最大初动能时的最大初动能.(2)(2)假如把照射阴极的绿光光强增大为原来的假如把照射阴极的绿光光强增大为原来的2 2倍倍,每秒钟阴极放射的光电子数和光电子飞出阴极的最每秒钟阴极放射的光电子数和光电子飞出阴极的最大初动能大初动能.图图8-3-6解析解析 (1)(1

27、)光电流达到饱和时光电流达到饱和时,阴极放射的光电子全阴极放射的光电子全部到达阳极部到达阳极A,A,阴极每秒钟放射的光电子的个数阴极每秒钟放射的光电子的个数n=n=4.01012 =4.01012个个依据爱因斯坦光电方程依据爱因斯坦光电方程,光电子的最大初动能光电子的最大初动能 mvmax2=h -W0=mvmax2=h -W0=6.6310-343108=6.6310-343108 J J=9.610-20J=9.610-20J (2)(2)假如假如照照射光的频率不变射光的频率不变,光强加倍光强加倍,依据光电效应依据光电效应试验规律试验规律,阴极每秒阴极每秒钟钟放射的光电子数为放射的光电子数

28、为n=2n=8.01012n=2n=8.01012个个光电子的光电子的最最大初动能仍旧是大初动能仍旧是 mvmax2=9.610-20 J mvmax2=9.610-20 J 答案答案 (1)4.01012 (1)4.01012个个 9.610-20J 9.610-20J (2)8.01012 (2)8.01012个个 9.610-20J 9.610-20J8.8.如图如图8-3-78-3-7是测定光电效应产生是测定光电效应产生的光电子比荷的试验原理图的光电子比荷的试验原理图,两两块平行板相距为块平行板相距为d,d,放在真空容放在真空容器中器中,其中其中N N金属板受光照射时金属板受光照射时发

29、出沿不同方向运动的光电子发出沿不同方向运动的光电子形成电流形成电流,从而引起电流表指针的偏转从而引起电流表指针的偏转,若调整若调整R,R,渐渐渐增大极板间的电压渐增大极板间的电压,可发觉电流渐渐削减可发觉电流渐渐削减,当电压当电压表示数为表示数为U U时时,电流恰好为零电流恰好为零,切断开关切断开关,在在MNMN间加上间加上垂直纸面的匀强磁场垂直纸面的匀强磁场,渐渐增大磁感应强度渐渐增大磁感应强度,也能使也能使电流为零电流为零,当磁感应强度为当磁感应强度为B B时时,电流恰好为零电流恰好为零,由此由此可算得光电子的比荷可算得光电子的比荷 为多大为多大?图图8-3-7解析解析 由于当电压表示数为

30、由于当电压表示数为U U时时,电流恰好为零电流恰好为零,故故光电子的最大初动能为光电子的最大初动能为Ek=mv02=eUEk=mv02=eU又由于切断开关又由于切断开关,在在MNMN间加上垂直于纸面的匀强磁间加上垂直于纸面的匀强磁场场,渐渐增大磁感应强度渐渐增大磁感应强度,也能使电流为零也能使电流为零,当磁感当磁感应强度为应强度为B B时时,电流恰为零电流恰为零,故当磁感强度为故当磁感强度为B B时时,最最大动能的电子做圆周运动的直径刚好为两块平行板大动能的电子做圆周运动的直径刚好为两块平行板的距离的距离d,d,据向心力公式得据向心力公式得:ev0B=ev0B=由此可算得光电子的比荷为由此可算得光电子的比荷为答案答案返回