第49讲光电效应和波粒二象性-2024届高中物理一轮复习提升素养导学案（全国通用）

第49讲 光电效应和波粒二象性 学习目标 【学习目标】 明确目标 确定方向 1.知道什么是光电效应，理解光电效应的实验规律. 2.会利用光电效应方程计算逸出功、极限频率、最大初动能等物理量. 3.知道光的波粒二象性，知道物质波的概念． 【知识回归】 回归课本 夯实基础 第一部分：基础知识梳理 一、光电效应 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，称为光电效应，发射出来的电子称为光电子。 2．光电效应的四个规律 (1)每种金属都有一个极限频率 (2)光照射到金属表面时，光电子的发射几乎是瞬时的。 (3)光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光的频率增大而增大。 (4)光电流的强度与入射光的强度成正比 3．遏止电压与截止频率 (1)遏止电压：使光电流减小到零的反向电压Uc。 (2)截止频率：能使某种金属发生光电效应的最小频率叫做该种金属的截止频率(又叫极限频率)。不同的金属对应着不同的极限频率。 二、爱因斯坦光电效应方程 1．光子说 在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光的能量子，简称光子，光子的能量ε＝hν。其中h＝6.63×10－34 J·s。(称为普朗克常量) 2．逸出功W0：使电子脱离某种金属所做功的最小值 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．爱因斯坦光电效应方程 (1)表达式：Ek＝hν－W0。 (2)物理意义：金属表面的电子吸收一个光子获得的能量是hν，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光电子的最大初动能Ek＝mev2。 三、光的波粒二象性 1．光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有波动性。 2．光电效应、康普顿效应说明光具有粒子性。 3．光既具有波动性，又具有粒子性，称为光的波粒二象性。 第二部分：重点难点辨析 1．与光电效应有关的五组概念对比 (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。光子是光电效应的因，光电子是果。 (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的情况，才具有最大初动能。光电子的初动能小于等于光电子的最大初动能。 (3)光电流和饱和光电流：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。 (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。 2．三个关系 (1)爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0。 (2)光电子的最大初动能Ek可以利用光电管用实验的方法测得，即Ek＝eUc，其中Uc是遏止电压。 (3)光电效应方程中的W0为逸出功，它与极限频率νc的关系是W0＝hνc。 【典例分析】 精选例题 提高素养 多选【例1】．体温枪是测量人体体温常用的仪器。当红外线照射到某体温枪的温度传感器时，发生光电效应，将光信号转化为电信号，从而显示出人体的体温。已知人的体温正常时能辐射波长为的红外线，用该红外线照射光电管的阴极K时，电路中有光电流产生，如图甲所示，光电流随电压变化的图像如图乙所示，已知真空中的光速，则（　　）    A．波长的红外线在真空中的频率为 B．将图甲中的电源正负极反接，则一定不会产生电信号 C．光电子的最大初动能为0.02eV D．若人体温度升高，辐射红外线的强度增强，则光电管转换成的光电流增大 【例2】．光电倍增管是进一步提高光电管灵敏度的光电转换器件。管内除光电阴极和阳极外，两极间还放置多个瓦形倍增电极。使用时相邻两倍增电极间均加有电压，以此来加速电子。如图所示，光电阴极受光照后释放出光电子，在电场作用下射向第