第十六章 第1课时 原子结构和波粒二象性-【直击双1流】2024高考物理一轮复习讲义

第十六章 近代物理初步 第 1 课时 原子结构和波粒二象性 一、光电效应 1.光电效应现象中的几个概念 (1) 光电效应:照射到金属表面的光,能使 金属中的电子从表面逸出,这个现象称为光电效 应,这种电子常称为光电子。 (2) 截止频率:能使某种金属发生光电效应 的最小频率叫作该金属的截止频率或极限 频率。 (3) 逸出功:电子从金属中逸出所需做功的 最小值叫作该金属的逸出功。 (4) 遏止电压:使光电流减小到零时的反向 电压称为遏止电压。 (5) 光子:在空间传播的光不是连续的,而 是一份一份的,每一份叫作光的能量子,简称光 子,光子的能量 ε = hν。 2.光电效应实验及其实验规律 (1) 实验电路 (2) 实验原理 用不同强度和颜色(频率) 的光照射金属板 K,会逸出光电子,在 K、A 两端加上电压后,光电 子就会加速(正向电压) 或减速(反向电压) 运动 到 A,从而形成电流,通过改变滑动变阻器滑片 的位置来改变 K、A 之间的电压,通过灵敏电流计 测量电流。 (3) 实验规律及其解释 实验规律 解释 光电子的最大初动 能随着入射光频率 的增大而增大,与入 射光的强度无关 电子吸收光子能量后,一部分克服阻 碍作用做功,剩余部分转化为光电子 的初动能,只有直接从金属表面飞出 的光电子才具有最大初动能, 对于确 定的金属,逸出功W0 是一定的,故光电 子的最大初动能只随入射光频率的增 大而增大 光 电 效 应 具 有 瞬 时性 光照射金属时,电子吸收一个光子的 能量后,动能立即增大,不需要能量积 累的过程 光 较 强 时 饱 和 电 流大 光较强时,包含的光子数较多,照射金 属时产生的光电子较多,因而饱和电 流较大 3.爱因斯坦光电效应方程 (1) 光电效应方程:Ek = hν - W0,Ek 为光电 子的最大初动能,h 为普朗克常量, 其值为 6. 626 × 10 -34 J·s,ν 为入射光的频率,W0 为金属 的逸出功。 (2) 对光电效应方程的理解 ① 方程 Ek = hν - W0 中,Ek 为光电子的最大 初动能,就某个光电子而言,其离开金属时的动 能大小可以是零到最大值范围内的任何数值。 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 ② 方程 Ek = hν - W0 实质上是能量守恒 方程。 ③ 方程Ek = hν - W0 包含了发生光电效应的 条件,即要发生光电效应,须满足 Ek = hν - W0 > 0,即 hν > W0,ν > W0 h ,而ν c = W0 h 就是金属的截 止频率或极限频率。 ④ 方程 Ek = hν - W0 表明 光电子的最大初动能 Ek 与入 射光的频率 ν 存在线性关系 (如图所示), 与光的强度无 关。 图中横截距是截止频率, 纵截距是逸出功的负值, 图线的斜率为普朗克 常量。 ⑤ 方程 Ek = hν - W0 中的逸出功W0 为电子 从金属表面逸出所克服束缚而消耗的最少能量, 不同金属的逸出功是不同的。 例 1 (2023 原创) 如图所示为某同学研究 光电效应的电路图,现用三种不同频率的单色光 甲、乙、丙完成实验,用甲光照射 K 极时测得的遏 止电压为Uc,用乙光照射 K 极时测得的遏止电压 为 1 3 Uc。 已知甲、乙、丙三种单色光的波长之比 为 1 ∶ 2 ∶ 3,电子的电荷量为 e,普朗克常量为 h。 则下列说法正确的是 (　 　 ) A. K 极的逸出功为 1 6 eUc B. 用丙光照射 K 极时不能发生光电效应 C. 用丙光照射 K 极时遏止电压为 1 9 Uc D. 若将电源的正、负极对调,无论如何调节 滑动变阻器的滑片 P,电流计均无示数 由题可知,甲、乙、丙三种单色光的波 长之比为 λ甲 ∶ λ乙 ∶ λ丙 = 1 ∶ 2 ∶ 3,由光子的频率 ν = c λ ,可知甲、乙、丙三种单色光的频率之比为 ν甲 ∶ ν乙 ∶ ν丙 = 6 ∶ 3 ∶ 2。 设甲光的频率为 6ν′,则 乙光的频率为 3ν′,丙光的频率为 2ν′,根据爱因 斯坦光电效应方程 Ek = hν - W0 和 eUc = Ek 得 eUc = h·6ν′ - W0, 1 3 eUc = h·3ν′ - W0,联立解得 K极的逸出功W0 = 1 3 eUc = 3 2 hν′,A错误。 丙光光 子的能量为 2hν′ > W0,故丙