光電效應(yīng)波粒二象性

光電效應(yīng)波粒二象性【基礎(chǔ)回顧】考點(diǎn)內(nèi)容要求考綱解讀光電效應(yīng)I.扣道什由是光電效應(yīng)，理解光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律..會(huì)利用光電效應(yīng)方程計(jì)算逸出功、極限頻率、最大初動(dòng)能等物理量.土知道光的波粒二象性，知道物質(zhì)波的概念.愛因斯坦光物應(yīng)方程I考點(diǎn)一光電效應(yīng)現(xiàn)象和光電效應(yīng)方程的應(yīng)用對(duì)光電效應(yīng)的四點(diǎn)提醒能否發(fā)生光電效應(yīng)，不取決于光的強(qiáng)度而取決于光的頻率。光電效應(yīng)中的“光”不是特指可見光，也包括不可見光。逸出功的大小由金屬本身決定，與入射光無關(guān)。光電子不是光子，而是電子。兩條對(duì)應(yīng)關(guān)系光強(qiáng)大一光子數(shù)目多一發(fā)射光電子多一光電流大；光子頻率高一光子能量大一光電子的最大初動(dòng)能大。定量分析時(shí)應(yīng)抓住三個(gè)關(guān)系式⑴愛因斯坦光電效應(yīng)方程：Ek=hv—W0。(2)最大初動(dòng)能與遏止電壓的關(guān)系：Ek=eUc。⑶逸出功與極限頻率的關(guān)系：W0=hv0?？键c(diǎn)二對(duì)光的波粒二象性、物質(zhì)波的考查光既具有波動(dòng)性，又具有粒子性，兩者不是孤立的，而是有機(jī)的統(tǒng)一體，其表現(xiàn)規(guī)律為：個(gè)別光子的作用效果往往表現(xiàn)為粒子性；大量光子的作用效果往往表現(xiàn)為波動(dòng)性。頻率越低波動(dòng)性越顯著，越容易看到光的干涉和衍射現(xiàn)象；頻率越高粒子性越顯著，越不容易看到光的干涉和衍射現(xiàn)象，而貫穿本領(lǐng)越強(qiáng)。光在傳播過程中往往表現(xiàn)出波動(dòng)性；在與物質(zhì)發(fā)生作用時(shí)，往往表現(xiàn)為粒子性。【技能方法】光電效應(yīng)的圖象分析兩條線索通過頻率分析：光子頻率高一光子能量大一產(chǎn)生光電子的最大初動(dòng)能大.通過光的強(qiáng)度分析：入射光強(qiáng)度大一光子數(shù)目多一產(chǎn)生的光電子多一光電流大

圖彖名稱圖線形狀由圖線直接（間接）得到的物理重最大初動(dòng)能正與瓦射光頻率『的關(guān)系圖線&-Ezrt,極限頻率：圖繡與『軸交點(diǎn)的橫坐標(biāo)匚逸出功：圖線與瓦軸交點(diǎn)的縱坐標(biāo)的值庠=|—石|=￡晉朗克常童=圖妓的斜率Jc=A顏色相同氣強(qiáng)度不同的光，光電流與電壓的美系1.La——強(qiáng)光（ii?舟府光（黃j遏止電壓如圖線與橫軸的交點(diǎn)飽和光電流&電流的最大值最人初動(dòng)能=&=W顏色不同時(shí)，光電流與電壓的關(guān)系:」一黃咒zlL-—敢比遏止電壓認(rèn)一、邕飽和光電流最大初動(dòng)能孩=IE.AV遏止電壓巨與入射疲率『的關(guān)系圖線①截止頻率七圖線與橫軸的交點(diǎn)幼曷止電由電隨入射光頻率的增大而增大③普朗克常重血等于圖線的斜率與電子電重0°的乘積|即為=上方（注:此時(shí)兩極之間接反向電壓）【基礎(chǔ)達(dá)標(biāo)】1.關(guān)于光電效應(yīng)，下列說法正確的是：（）光照時(shí)間越長(zhǎng)光電流越大入射光的光強(qiáng)一定時(shí)，頻率越高，單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子數(shù)就越多金屬鈉的每個(gè)電子可以吸收一個(gè)或一個(gè)以上的光子，當(dāng)它積累的動(dòng)能最夠大時(shí)，就能逸出金屬不同頻率的光照射同一種金屬時(shí)，頻率越高，光電子的最大初動(dòng)能越大【答案】D【解析】在發(fā)生光電效應(yīng)的情況下，入射光的強(qiáng)度越高，單位時(shí)間內(nèi)發(fā)出光電子的數(shù)目越多，光電流才越大，與光照時(shí)間長(zhǎng)短無關(guān)，故A錯(cuò)誤.入射光的光強(qiáng)一定時(shí)，頻率越高，單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子數(shù)就越少.故B錯(cuò)誤.每個(gè)電子可以吸收一個(gè)光子，當(dāng)它入射光的能量大于逸出功，就能逸出金屬.故C錯(cuò)誤.根據(jù)光電效應(yīng)方程得Ekm=hv-W0當(dāng)頻率越高，光電子的最大初動(dòng)能越大，故D正確.故選D.某光源發(fā)出的光由不同波長(zhǎng)的光組成，不同波長(zhǎng)的光的強(qiáng)度如圖所示，表中給出了一些材料的極限波長(zhǎng)，用該光源發(fā)出的光照射表中材料：（）僅鈉能產(chǎn)生光電子僅鈉、銅能產(chǎn)生光電子僅銅、鉑能產(chǎn)生光電子D.都能產(chǎn)生光電子【答案】D【解析】根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程可知，只有光源的波長(zhǎng)小于某金屬的極限波長(zhǎng)，就有光電子逸出，該光源發(fā)出的光的波長(zhǎng)有小于100nm，小于鈉、銅、鉑三個(gè)的極限波長(zhǎng)，都能產(chǎn)生光電子，故D正確，A、B、C錯(cuò)誤。（多選）在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，用同一種單色光，先后照射鋅和銀的表面，都能產(chǎn)生光電效應(yīng)。對(duì)于這兩個(gè)過程。下列四個(gè)物理量中，一定不同的是：（）遏制電壓B.飽和光電流C.光電子的最大初動(dòng)能D.逸出功【答案】ACD【解析】hv-W0U=不同的金屬具有不同的逸出功，遏制電壓為巳，光電子的最大初動(dòng)能為Ek=hv-W0,飽和光電流由單位時(shí)間內(nèi)的入射光子數(shù)決定，綜上可知ACD正確。如圖所示，電路中所有元件完好，當(dāng)光照射到光電管上時(shí)，靈敏電流計(jì)中沒有電A射光波長(zhǎng)太長(zhǎng)C.光照射時(shí)間太短電源正負(fù)極接反【答案】BD【解析】靈敏電流計(jì)中沒有電流通過，可能是未發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象，即入射光的頻率小于金屬的極限頻率，與光照強(qiáng)度無關(guān)，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤；選項(xiàng)B正確；與入射光的照射時(shí)間無關(guān)，故選項(xiàng)C錯(cuò)誤；還可能由于電源正負(fù)極接反，即電場(chǎng)反向?qū)е拢蔬x項(xiàng)D正確。實(shí)物粒子和光都具有波粒二象性，下列事實(shí)中突出體現(xiàn)波動(dòng)性的是。（填正確答案標(biāo)號(hào)，選對(duì)1個(gè)給2分，選對(duì)2個(gè)得4分，選對(duì)3個(gè)得5分，每選錯(cuò)1個(gè)扣3分，最低得分0分）電子束通過雙縫實(shí)驗(yàn)后可以形成干涉圖樣0射線在云室中穿過會(huì)留下清晰的徑跡人們利慢中子衍射來研究晶體的結(jié)構(gòu)D.人們利用電子顯微鏡觀測(cè)物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，光電子的最大初動(dòng)能與入射光的頻率有關(guān)，與入射光的強(qiáng)度無關(guān)【答案】ACD【解析】電子束通過雙縫實(shí)驗(yàn)后可以形成干涉圖樣，可以說明電子是一種波，故A正確；p射線在云室中穿過會(huì)留下清晰的徑跡，可以說明p射線是一種粒子，故B錯(cuò)誤；人們利慢中子衍射來研究晶體的結(jié)構(gòu)，中子衍射說明中子是一種波，故C正確；人們利用電子顯微鏡觀測(cè)物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)，利用了電子的干涉現(xiàn)象，說明電子是一種波，故D正確；光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，光電子的最大初動(dòng)能與入射光的頻率有關(guān)，與入射光的強(qiáng)度無關(guān)，說明光是一種粒子，故E錯(cuò)誤?！灸芰μ嵘?.如果一個(gè)電子的德布羅意波長(zhǎng)和一個(gè)中子的相等，則它們的也相等。速度B.動(dòng)能C.動(dòng)量D.總能量【答案】C【解析】P二*由德布羅意波長(zhǎng)與粒子的動(dòng)量關(guān)系式孔可知，由于電子的德布羅意波長(zhǎng)和一個(gè)中子的相等，則它們的動(dòng)量也相等，故C正確。由于電子和中子的質(zhì)量不等，根=-IDV二-Fv據(jù)p=mv,氐32,E=mc2可推知它們的速度、動(dòng)能、總能量均不等。故答案為:C。在如圖所示的光電效應(yīng)現(xiàn)象中，光電管陰極K的極限頻率為v0,現(xiàn)用頻率為v（v〉v0）的光照射在陰極上，若在A、K之間加一數(shù)值為U的反向電壓時(shí)，光電流恰好為零，則下列判斷錯(cuò)誤的是：（）陰極材料的逸出功等于hv0有光電子逸出，且光電子的最大初動(dòng)能可表示eU有光電子逸出，且光電子的最大初動(dòng)能可表示為hv-hv0D.無光電子逸出，因?yàn)楣怆娏鳛榱恪敬鸢浮緿【解析】陰極材料的逸出功w0=hv0,選項(xiàng)A正確。由于入射光的頻率v〉v0,則能發(fā)生光電效應(yīng)，有光電子逸出，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。但是AK間加的是反向電壓，電子飛出后要做減速運(yùn)動(dòng)，當(dāng)速度最大的光電子減速到A端速度為零時(shí)，光電流恰好為零，由動(dòng)能定理得:-eU=0-Ekm，則Ekm=eU,選項(xiàng)B正確。由愛因斯坦光電效應(yīng)方程：Ekm=hv-w0，可得Ekm=hv-hv°,選項(xiàng)C正確。本題選錯(cuò)誤的，故選D。（多選）下列說法中正確的是：（）光電效應(yīng)現(xiàn)象說明光具有粒子性普朗克在研究黑體輻射問題時(shí)提出了能量子假說玻爾建立了量子理論，成功解釋了各種原子發(fā)光現(xiàn)象D?運(yùn)動(dòng)的宏觀物體也具有波動(dòng)性，其速度越大物質(zhì)波的波長(zhǎng)越大【答案】AB【解析】光電效應(yīng)說明光具有粒子性.故A正確；普朗克在研究黑體輻射問題時(shí)提出了能量子假說.故B正確；玻爾建立了量子理論，能夠很好解釋氫原子發(fā)光現(xiàn)象，但是不能解釋所有原子的發(fā)光現(xiàn)象.故C錯(cuò)誤；宏觀物體粒子性明顯，根據(jù)A=h/p知，速度大波長(zhǎng)短.故D錯(cuò)誤.已知鈣和鉀的截止頻率分別為7.73x1014Hz和5.44x1011Hz，在某種單色光的照射下兩種金屬均發(fā)生光電效應(yīng)，比較它們表面逸出的具有最大初動(dòng)能的光電子，鈣逸出的光電子具有較大的：（）波長(zhǎng)B.頻率C.能量D.動(dòng)量【答案】A【解析】設(shè)入射光的頻率為u，根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程可知Ek=hu—W0，W0=hu0，由題意可知，鈣的截止頻率比鉀的大，因此鈣表面逸出的光電子的最大初動(dòng)能比鉀的小，其動(dòng)量也小，故選項(xiàng)C、D錯(cuò)誤；根據(jù)德布羅意波長(zhǎng)公式可知：hP,又有：c=f故選項(xiàng)A正確；選項(xiàng)B錯(cuò)誤。5.（多選）波粒二象性時(shí)微觀世界的基本特征，以下說法正確的有：（）光電效應(yīng)現(xiàn)象揭示了光的粒子性熱中子束射到晶體上產(chǎn)生衍射圖樣說明中子具有波動(dòng)性黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律可用光的波動(dòng)性解釋動(dòng)能相等的質(zhì)子和電子，它們的德布羅意波也相等【答案】AB【解析】光電效應(yīng)說明光的粒子性，所以A正確；熱中子在晶體上產(chǎn)生衍射圖樣，即運(yùn)動(dòng)的實(shí)物粒子具有波的特性，即說明中子具有波動(dòng)性，所以B正確；黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律說明電磁輻射具有量子化，即黑體輻射是不連續(xù)的、一份一份的，所以黑體輻射用光的粒子性解釋，即C錯(cuò)誤；根據(jù)的德布羅意波長(zhǎng)公式：P,p2=2mEk,又質(zhì)子的質(zhì)量大于電子的質(zhì)量，所以動(dòng)能相等的質(zhì)子和電子，質(zhì)子的德布羅意波較短，所以D錯(cuò)誤。【終極闖關(guān)】1.[2015-上海?10】用很弱的光做單縫衍射實(shí)驗(yàn)，改變曝光時(shí)間，在膠片上出現(xiàn)的圖像如圖所示，該實(shí)驗(yàn)表明：（）時(shí)間較短時(shí)問帶長(zhǎng)時(shí)間我箕光的本質(zhì)是波光的本質(zhì)是粒子光的能量在膠片上分布不均勻D.光到達(dá)膠片上不同位置的概率相同【答案】C【解析】用很弱的光做單縫衍射實(shí)驗(yàn)，改變曝光時(shí)間在膠片出現(xiàn)的圖樣，說明光有波粒二象性，故A、B錯(cuò)誤；說明光到達(dá)膠片上的不同位置的概率是不一樣的，也就說明了光的能量在膠片上分而不均勻，故C正確，D錯(cuò)誤。2.【2015-全國(guó)新課標(biāo)1-35（1）】在某次光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，得到的遏制電壓u0與入射光的頻率v的關(guān)系如圖所示，若該直線的斜率和截距分別為k和b,電子電荷量的絕對(duì)值為e,則普朗克常量可表示為，所用材料的逸出功可表示為。【答案】h=ek；w0=-eb【解析】光電效應(yīng)中，入射光子能量hv，克服逸出功w0后多余的能量轉(zhuǎn)換為電子動(dòng)ii=-v能，反向遏制電壓eu=hv-w0;整理得巳十，斜率即已，所以普朗克常量h=ek，截距為b,即eb=-w0,所以逸出功w0=-eb3.【2014-廣東卷】（多選）在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，用頻率為v的光照射光電管陰極，發(fā)生了光電效應(yīng)，下列說法正確的是：（）增大入射光強(qiáng)度，光電流增大減小入射光的強(qiáng)度，光電效應(yīng)現(xiàn)象消失改用頻率小于v的光照射，一定不發(fā)生光電效應(yīng)改用頻率大于v的光照射，光電子的最大初動(dòng)能變大【答案】AD【解析】已知用頻率為v的光照射光電管陰極，發(fā)生光電效應(yīng)，可知光電管陰極金屬材料的極限頻率肯定小于v,改用頻率較小的光照射時(shí)，仍有可能發(fā)生光電效應(yīng)，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek=hv-W0可知，增加照射光頻率，光電子最大初動(dòng)能也增大，故選項(xiàng)D正確；增大入射光強(qiáng)度，單位時(shí)間內(nèi)照射到單位面積的光電子數(shù)增加，則光電流將增大，故選項(xiàng)A正確；光電效應(yīng)是否產(chǎn)生于照射光頻率有關(guān)而與照射光強(qiáng)度無關(guān)，故選項(xiàng)B錯(cuò)誤?！?014-上海卷】在光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果中，與光的波動(dòng)理論不矛盾的是：（）光電效應(yīng)是瞬時(shí)發(fā)生的所有金屬都存在極限頻率光電流隨著入射光增強(qiáng)而變大入射光頻率越大，光電子最大初動(dòng)能越大【答案】C【解析】按照光的波動(dòng)理論，電子通過波動(dòng)吸收能量，若波的能量不足以使得電子逸出，那么就需要多吸收一些，需要一個(gè)能量累積的過程，而不是瞬時(shí)的，選項(xiàng)A對(duì)波動(dòng)理論矛盾。根據(jù)波動(dòng)理論，能量大小與波動(dòng)的振幅有關(guān)，而與頻率無關(guān)，即使光的能量不夠大，只要金屬表面的電子持續(xù)吸收經(jīng)過一個(gè)能量累積過程，都可以發(fā)生光電效應(yīng)，與選項(xiàng)B矛盾；光電子逸出后的最大初動(dòng)能與入射光的能量有關(guān)，即與入射光的波動(dòng)振幅有關(guān)，與頻率無關(guān)，所以波動(dòng)理論與選項(xiàng)D矛盾。對(duì)于光電流大小，根據(jù)波動(dòng)理論，入射光增強(qiáng)，能量增大，所以光電流增大，選項(xiàng)C與波動(dòng)理論并不矛盾，選項(xiàng)C正確。（2013-北京卷）以往我們認(rèn)識(shí)的光電效應(yīng)是單光子光電效應(yīng)，即一個(gè)電子極短時(shí)間內(nèi)能吸收到一個(gè)光子而從金屬表面逸出。強(qiáng)激光的出現(xiàn)豐富了人們對(duì)于光電效應(yīng)的認(rèn)識(shí)，用強(qiáng)激光照射金屬，由于其光子密度極大，一個(gè)電子在短時(shí)間內(nèi)吸收多個(gè)光子成為可能，從而形成多光子電效應(yīng)，這已被實(shí)驗(yàn)證實(shí)。光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置示意如圖。用頻率為v的普通光源照射陰極k,沒有發(fā)生光電效應(yīng)，換同樣頻率為v的強(qiáng)激光照射陰極k,則發(fā)