2026届高三物理一轮复习课件：光电效应 波粒二象性

第1节　光电效应 波粒二象性 2026届高三一轮复习课件 一、光电效应 1. 定义: 在光（包含不可见光）的照射下，金属中的电子从表面逸出的现象，逸出的电子称为光电子。 2. 产生条件: 入射光的频率大于截止频率。 思考：锌板带什么电？验电器带什么电？ 二、对光电效应的研究 1、存在截止频率：当入射光的频率减小到某一数值vc 时，光电流消失，这表明已经没有光电子了。vc称为截止频率或极限频率。这就是说，当入射光的频率低于截止频率时不发生光电效应。 2、存在饱和电流：在光照条件不变的情况下，随着所加电压的增大，光电流趋于一个饱和值。也就是说，在电流较小时电流随着电压的增大而增大；但当电流增大到一定值之后，即使电压再增大，电流也不会再进一步增大了。 3、存在截止电压：如果施加反向电压，也就是阴极接电源正极、阳极接电源负极，在光电管两极间形成使电子减速的电场，电流有可能为0。使光电流减小到0的反向电压Uc称为截止电压。 4、光电效应具有瞬时性：当频率超过截止频率vc时，无论入射光怎样微弱，照到金属时会立即产生光电流。精确测量表明产生电流的时间很快，即光电效应几乎是瞬时发生的。 三、光电效应方程 光电效应方程：hv＝ Ek＋W0 或 Ek＝hv - W0 解释光电效应实验现象： ● 这个方程表明，只有当hv > W0 时，光电子才可以从金属中逸出， W0 ＝ hvc，vc就是光电效应的截止频率。 ● 这个方程还表明，光电子的最大初动能Ek与入射光的频率v有关，而与光的强弱无关。这就解释了截止电压和光强无关。 ● 电子一次性吸收光子的全部能量，不需要积累能量的时间，光电流自然几乎是瞬时产生的。 ● 对于同种频率的光，光较强时，单位时间内照射到金属表面的光子数较多，照射金属时产生的光电子较多，因而饱和电流较大。 利用光电子的初动能 Ek ＝eUc和爱因斯坦光电效应方程Ek＝ hv－W0， 可以消去Ek，从而得到Uc 与v、W0 的关系，即 目的：测量金属的截止电压Uc与入射光的频率v，由此算出普朗克常量h，并与普朗克根据黑体辐射得出的h相比较，以检验爱因斯坦光电效应方程的正确性。 1.Ek－ν图像 (1)写出最大初动能Ek与入射光频率ν的关系式：____________________。 (2)由图像获得的信息： ①图线与ν轴交点的横坐标：___________。 ②图线与Ek轴交点坐标的绝对值：__________。 ③图线的斜率：____________。 Ek＝hν－W0＝h(ν－ν0) 截止频率ν0 逸出功W0 普朗克常量h 光电效应常见的三类图像 2.Uc－ν图像(此时两极间接反向电压) (1)写出遏止电压Uc与入射光频率ν的关系式____________。 (2)由图像获得的信息： ①图线与横轴交点的坐标：___________。 ②图线的斜率k＝___。 截止频率ν0 光电效应常见的三类图像 (1)甲、乙两种色光比较： 两种色光对应的光电子最大初动能 Ek甲___Ek乙，两色光频率ν甲___ν乙， 两种色光对应的截止频率ν0甲___ν0乙，两种色光强度关系_________。 (2)丙、丁两种色光的比较：两种色光对应的光电子最大初动能Ek丙__Ek丁，两色光频率ν丙___ν丁；两种色光对应的截止频率ν0丙___ν0丁。 3.光电流I与电压U的关系(用同一光电管做实验) ＝ ＝ ＝ 甲光较强 < < ＝ 光电效应常见的三类图像 美国物理学家康普顿在研究石墨对X射线的散射时，发现在散射的X射线中，除了与入射波长λ0相同的成分外，还有波长大于λ0的成分，这个现象称为康普顿效应。 四、康普顿效应 康普顿效应说明光子有能量，还有动量，具有粒子性。 五、光的波粒二象性 在麦克斯韦的电磁理论建立之后，人们认识到光是一种电磁波，从而光的波动说被普遍接受，人们不再认为光是由粒子组成的。而爱因斯坦的光电效应理论和康普顿效应理论表明，光在某些方面确实会表现得像是由一些粒子（即一个个有确定能量和动量的“光子”）组成的。也就是说，光电效应和康普顿效应重新揭示了光的粒子性。当然，此时人们对光的粒子性的认识，是以最新的实验和量子理论为基础的，已经和牛顿时代的光的粒子说根本不同，其深度远远超出后者。人们意识到，光既具有波动性，又具有粒子性。换句话说，光具有波粒二象性。 粒子性 光电效应和康普顿效应 频率高，波长短（γ 射线，γ光子） 个别光子的作用 波动性 光的干涉、衍射、偏振现象 频率低，波长长（无线电波） 大量光子的作用 光的波粒二象性 1.光的波粒二象性 (1)光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有_______。 (2)光电效应和康普顿效应说明光具有_______。 (3)光既具有波动性，又具有粒子性，称为光的____________。 波动性 粒子性 波粒二象性 光的波粒二象性与物质波 思考　用很弱的光做双缝干涉实验，把入射光减弱到可以认为光源和感光胶片之间不可能同时有两个光子存在，如图所示是不同数量的光子照射到感光胶片上得到的照片。试从光的本性解释光的干涉现象产生的原因。 光的波粒二象性与物质波 答案　大量光子的行为表现为波动性，少数光子的行为表现为粒子性；光在传播过程中表现为波动性，光在与物质作用时表现为粒子性。光的干涉现象是大量光子的运动遵循波动规律的表现。如果用比较弱的光曝光时间比较短，少量光子通过狭缝在屏的感光底片上显示出一个个光点，显示出粒子性；如果曝光时间比较长，很多光子的行为就显示出波动性，亮条纹是光子到达概率大的地方，暗条纹是光子到达概率小的地方。 光的波粒二象性与物质波 2.物质波：_________认为，任何一个运动着的物体，小到电子、质子， 大到行星、太阳都有一种波和它对应，波长λ＝___，其中p是运动物体的动量，h是普朗克常量，数值为6.63×10－34 J·s。人们把这种波称为___________，也叫物质波。 德布罗意 德布罗意波 光的波粒二象性与物质波 思考　一名运动员正以10 m/s的速度奔跑，已知他的质量为60 kg，普朗克常量h＝6.6×10－34 J·s，试估算他的德布罗意波长。为什么我们观察不到运动员的波动性？ 光的波粒二象性与物质波 例1　(2024·广东广州市华南师大附中测试)物理学家G.P.汤姆孙曾在实验中让静止的电子束通过电场加速后，通过多晶薄膜得到了如图所示衍射图样，则 A.该图样说明了电子具有粒子性 B.电子的位置和动量可以同时被确定 C.加速电压越大，电子的德布罗意波的波长越长 D.让静止的电子束和质子束通过相同的加速电场，电子的德布罗意波的 波长更长 √ 光的波粒二象性与物质波 题图为电子束通过多晶薄膜的衍射图样，因为衍射是波所特有的现象，所以说明了电子具有波动性，故A错误； 根据不确定性关系，不可能同时准确地知道电子的位置和动量，故B错误； 光的波粒二象性与物质波 光的波粒二象性与物质波 例2　(多选)(2022·浙江1月选考·16)电子双缝干涉实验是近代证实物质波存在的实验。如图所示，电子枪持续发射的电子动量为1.2×10－23 kg·m/s，然后让它们通过双缝打到屏上。已知电子质量取9.1×10－31 kg，普朗克常量取6.6×10－34 J·s，下列说法正确的是 A.发射电子的动能约为8.0×10－15 J B.发射电子的物质波波长约为5.5×10－11 m C.只有成对电子分别同时通过双缝才能发生干涉 D.如果电子是一个一个发射的，仍能得到干涉图样 √ √ 光的波粒二象性与物质波 光的波粒二象性与物质波 物质波也具有波粒二象性，故电子的波动性是每个电子本身的性质，则每个电子依次通过双缝都能发生干涉现象，只是需要大量电子显示出干涉图样，故C错误，D正确。 返回 光的波粒二象性与物质波 六、真题分析 D B CD A BD ABC Uc＝(ν－ν0)   答案　λ＝＝ m＝1.1×10－36 m，因为实际的障碍物(或小孔)的尺寸远大于运动员的德布罗意波长，所以观察不到干涉和衍射等波动特性。 由德布罗意波的波长公式可得λ＝，又eU＝mv2，p＝mv＝，联立可得λ＝。可知加速电压越大，电子的德布罗意波的波长越短，故C错误； 根据λ＝，让静止的电子束和质子束通过相同的加速电场，由于电子的质量比质子的质量更小，可知电子的德布罗意波的波长更长，故D正确。 根据动量的大小与动能的关系可知发射电子的动能约为Ek＝＝ J≈8.0×10－17 J，故A错误； 发射电子的物质波波长约为λ＝＝ m＝5.5×10－11 m，故B正确； $