高考物理核心高頻考點(diǎn)專題備考專題54 光電效應(yīng)　波粒二象性（解析版）

專題54光電效應(yīng)波粒二象性一、求解光電效應(yīng)問題應(yīng)抓住的三個(gè)關(guān)系式①愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek=hν-W0。②光電子的最大初動(dòng)能Ek,可以利用光電管用實(shí)驗(yàn)的方法測(cè)得,即Ek=eUc,其中Uc是遏止電壓。③光電效應(yīng)方程中的W0為逸出功,它與截止頻率νc(或極限波長)的關(guān)系是W0=hνc=hcλ二、光電效應(yīng)的四類圖象分析圖象名稱圖線形狀由圖線直接(間接)得到的物理量最大初動(dòng)能Ek與入射光頻率ν的關(guān)系圖線①截止頻率:圖線與ν軸交點(diǎn)的橫坐標(biāo)νc;②逸出功:圖線與Ek軸交點(diǎn)的縱坐標(biāo)的絕對(duì)值W0=|-E|=E;③普朗克常量:圖線的斜率k=h顏色相同、強(qiáng)度不同的光,光電流與電壓的關(guān)系①遏止電壓Uc:圖線與橫軸的交點(diǎn);②飽和電流Im:電流的最大值;③最大初動(dòng)能:Ek=eUc顏色不同時(shí),光電流與電壓的關(guān)系①遏止電壓Uc1、Uc2;②飽和電流;③最大初動(dòng)能Ek1=eUc1,Ek2=eUc2遏止電壓Uc與入射光頻率ν的關(guān)系圖線①截止頻率νc:圖線與橫軸的交點(diǎn)②遏止電壓Uc:隨入射光頻率的增大而增大;③普朗克常量h:等于圖線的斜率與電子電荷量的乘積,即h=ke(注:此時(shí)兩極之間接反向電壓)三、對(duì)光的波粒二象性的進(jìn)一步理解表現(xiàn)說明二者關(guān)系波動(dòng)性—干涉和衍射①光是一種概率波,即光子在空間各點(diǎn)出現(xiàn)的可能性大小(概率)不同;②大量的光子在傳播時(shí),表現(xiàn)出波動(dòng)性①光的波動(dòng)性是光本身的屬性,不是光子之間相互作用產(chǎn)生的;②光的波動(dòng)性不同于宏觀觀念的波①光子說并未否定波動(dòng)說,E=hν=hcλ②波動(dòng)性和粒子性在宏觀世界是對(duì)立的,而在微觀世界卻是統(tǒng)一的粒子性—光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)①光與物質(zhì)發(fā)生作用時(shí),表現(xiàn)出粒子性;②少量或個(gè)別光子顯示出粒子性①粒子的含義是“不連續(xù)”“一份一份”的;②光子不同于宏觀觀念的粒子四、波粒二象性的“三個(gè)易錯(cuò)點(diǎn)”①光子表現(xiàn)為波動(dòng)性,并不否認(rèn)光子具有粒子性。②宏觀物體也具有波動(dòng)性。③微觀粒子的波動(dòng)性與機(jī)械波不同,微觀粒子的波是概率波?！镜淅?】[光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律]（多選）如圖所示為研究光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置，閉合開關(guān)，滑片P處于滑動(dòng)變阻器的中央位置，當(dāng)一束單色光照到此裝置的金屬表面K時(shí)，電流表有示數(shù)，下列說法正確的是(????)。A.若僅增大該單色光入射的強(qiáng)度，則光電子的最大初動(dòng)能增大，電流表示數(shù)也增大

B.無論是增大入射光的頻率還是增加入射光的強(qiáng)度，金屬的逸出功都不變

C.保持頻率不變，當(dāng)光強(qiáng)減弱時(shí)，發(fā)射光電子的時(shí)間將明顯增加

D.若滑動(dòng)變阻器滑片左移，則電壓表示數(shù)減小，電流表示數(shù)增大【答案】BD【解析】若僅增大該單色光入射的強(qiáng)度，由于每個(gè)光子的能量不變，因此光電子的最大初動(dòng)能不變，但單位時(shí)間內(nèi)射出的光電子數(shù)增多，因此光電流增大，故A項(xiàng)錯(cuò)誤;逸出功由金屬材料自身決定，與是否有光照無關(guān)，故B項(xiàng)正確;發(fā)生光電效應(yīng)不需要時(shí)間積累，只要入射光的頻率大于極限頻率即可，故C項(xiàng)錯(cuò)誤;若滑動(dòng)變阻器滑片左移，則電壓表所分配的電壓減小，又電壓是反向電壓，因此電壓減小時(shí)，光電子更容易到達(dá)A極形成電流，電流表示數(shù)反而增大，故D項(xiàng)正確?！镜淅?】[光電效應(yīng)的有關(guān)計(jì)算]如圖所示，某種頻率的光照射金屬鋇使一些電子從鋇表面發(fā)射出來。為了測(cè)量這些電子的最大初動(dòng)能，在鋇表面上方放置一帶電金屬板，調(diào)節(jié)金屬板電勢(shì)，使所有電子均不能到達(dá)金屬板(金屬板電勢(shì)低于鋇表面)。若鋇表面相對(duì)于金屬板的最小電勢(shì)差為3.02V，已知金屬鋇的逸出功為2.50eV，普朗克常量為6.63×10?34J?sA.電子的最大初動(dòng)能為2.50eV

B.照射光的頻率約為1.33×1015Hz

C.所有電子返回鋇表面時(shí)的動(dòng)能都為3.02eV【答案】B【解析】A、由題意可知，遏止電壓Uc=3.02V，所以電子的最大初動(dòng)能Ek=3.02eV，A錯(cuò)；B、根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek=?v?W0得照射光的頻率為：v=Ek+W0?=(3.02eV+2.50eV)×1.6×10?196.63×10?34Hz=1.33×1015Hz，故B正確；C、電子返回鋇表面時(shí)的動(dòng)能的最大為A.該金屬的逸出功為de

B.普朗克常量為db

C.入射光頻率為a時(shí)，只要照射時(shí)間足夠長，就能發(fā)生光電效應(yīng)

D.入射光頻率為c【答案】A【解析】A.根據(jù)光電效應(yīng)方程Ekm=?ν?W0和eUC=EKm得，Uc=?νe?W0e，縱軸的截距d=W0e，可知金屬的逸出功：W0=de，故A正確；B.當(dāng)遏止電壓為零時(shí)，最大初動(dòng)能為零，則入射光的能量等于逸出功，所以W【典例4】[光電效應(yīng)中的I-U圖象]（多選）下圖是研究光電效應(yīng)的電路圖，乙圖是用a、b、c光照射光電管得到的I?U圖線，Uc1、Uc2表示遏止電壓，下列說法正確的是(????)A.在光照條件不變的情況下，隨著所加電壓的增大，光電流一直會(huì)增加

B.a、c光的頻率相等

C.光電子的能量只與入射光的強(qiáng)弱有關(guān)，而與入射光的頻率無關(guān)。

D.a光的波長大于b光的波長?！敬鸢浮緽D【解析】A.如圖乙可以知道，在光照條件不變的情況下，隨著所加電壓的增大，光電流增加到某一值后不再增加，飽和光電流出現(xiàn)了，故A錯(cuò)誤；B.光電流恰為零，此時(shí)光電管兩端加的電壓為遏止電壓，可以知道，a，c光對(duì)應(yīng)的遏止電壓相等，根據(jù)eUc=12mvm2=?ν?W，說明a，c光的頻率相等，故B正確；C.根據(jù)eUc=12mvm2=?ν?W可知，入射光的頻率越高，對(duì)應(yīng)的光電子的能量越大，說明光電子的能量與入射光的頻率有關(guān)，故C錯(cuò)誤；D.【典例5】[光電效應(yīng)中的Ek-ν圖象]（多選）如圖所示是用光照射某種金屬時(shí)逸出的光電子的最大初動(dòng)能隨入射光頻率的變化圖線(直線與橫軸的交點(diǎn)坐標(biāo)4.27，與縱軸交點(diǎn)坐標(biāo)0.5)。由圖可知(????)A.該金屬的截止頻率為4.27×1014Hz

B.該金屬的截止頻率為5.5×1014Hz

【答案】ACD【解析】選ACD由光電效應(yīng)方程Ek=?ν?W0可知，題圖中橫軸的截距為該金屬的截止頻率，選項(xiàng)A正確，B錯(cuò)誤；圖線的斜率表示普朗克常量?，C正確；該金屬的逸出功W0=?ν0=6.63×10?34×4.27×1014

A.光的折射、色散現(xiàn)象

B.康普頓效應(yīng)、干涉現(xiàn)象

C.光的衍射現(xiàn)象、偏振現(xiàn)象

D.光的直線傳播現(xiàn)象、光電效應(yīng)現(xiàn)象【答案】C【解析】光具有粒子性實(shí)驗(yàn)：康普頓效應(yīng)、光電效應(yīng)。光具有波動(dòng)性實(shí)驗(yàn)：光的干涉、衍射、偏振。

光的直線傳播、折射、色散現(xiàn)象無法證明光的波動(dòng)性和粒子性。故選C。

【典例7】[光的粒子性]能夠證明光具有粒子性的現(xiàn)象是(????)A.光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng) B.光的衍射和光的色散

C.光的折射和透鏡成像 D.光的干涉和康普頓效應(yīng)【答案】A【解析】A、光電效應(yīng)現(xiàn)象說明光的能量是一份一份的，隨后的康普頓效應(yīng)說明光子除了能量之外還有動(dòng)量，這兩個(gè)現(xiàn)象都說明光具有粒子性，故A正確。B、衍射是波動(dòng)性的特征，光的衍射只能說明光具有波動(dòng)性，而光的色散也與粒子性無關(guān)，故B錯(cuò)誤；C、光的折射和透鏡成像，與光的粒子性無關(guān)，故C錯(cuò)誤。

D、光的干涉，說明光具有波動(dòng)性，故D錯(cuò)誤。故選：A。

【典例8】[光的波粒二象性]（多選）關(guān)于物質(zhì)的波粒二象性，下列說法中正確的是(????)A.不僅光子具有波粒二象性，一切運(yùn)動(dòng)的微粒都具有波粒二象性

B.運(yùn)動(dòng)的微觀粒子與光子不一樣，當(dāng)它們通過一個(gè)小孔時(shí)，有特定的運(yùn)動(dòng)軌道

C.波動(dòng)性和粒子性，在宏觀現(xiàn)象中是矛盾的、對(duì)立的，但在微觀高速運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象中是統(tǒng)一的

D.實(shí)物的運(yùn)動(dòng)有特定的軌道，所以實(shí)物不具有波粒二象性【答案】AC【解析】AD、德布羅意在愛因斯坦光子說的基礎(chǔ)上提出物質(zhì)波的概念，認(rèn)為一切運(yùn)動(dòng)的物體都具有波粒二象性。故A正確、D錯(cuò)誤。B、運(yùn)動(dòng)的微觀粒子與光子一樣，當(dāng)它們通過一個(gè)小孔時(shí)，沒有特定的運(yùn)動(dòng)軌道，故B錯(cuò)誤。C、波動(dòng)性和粒子性，在宏觀現(xiàn)象中是矛盾的、對(duì)立的，但在微觀高速運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象中是統(tǒng)一的，故C正確。故選：AC。

【典例9】[德布羅意波]已知普朗克常量?=6.63×10?34J?s，電子的質(zhì)量為9.11×10A.10?8 B.106 C.108【答案】C【解析】直徑為d=4μm的油滴的半徑為r=2μm=2×10?6m，其質(zhì)量為：m油=ρV=43ρπr3，油的密度比水的密度小，約為ρ=0.8×103kg/m3，代入數(shù)據(jù)解得：m【點(diǎn)對(duì)點(diǎn)01】下列說法中正確的是(????)A.黑體熱輻射強(qiáng)度與波長有關(guān)，溫度升高，各種波長的輻射都有增加，且輻射強(qiáng)度的極大值向波長較長的方向移動(dòng)．普朗克在對(duì)黑體輻射的研究時(shí)，提出了光子的假說

B.

光電效應(yīng)揭示了光的粒子性，而康普頓效應(yīng)則反映了光的波動(dòng)性

C.

電子和其他微觀粒子，都具有波粒二象性

D.

光波是一種概率波，光的波動(dòng)性是由于光子之間的相互作用引起的，這是光子自身的固有性質(zhì)【答案】C【解析】A、根據(jù)黑體輻射的規(guī)律可知，隨溫度的升高，相同波長的光輻射強(qiáng)度都會(huì)增加，輻射強(qiáng)度的極大值向波長較短的方向移動(dòng)，故A錯(cuò)誤；B、光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)都揭示了光的粒子性，故B錯(cuò)誤；

C、任何一個(gè)運(yùn)動(dòng)著的物體，小到電子質(zhì)子大到行星太陽，都有一種波與之對(duì)應(yīng)這種波稱為物質(zhì)波，故電子和其他微觀粒子，都具有波粒二象性，故C正確；D、波粒二象性是光的根本屬性，與光子之間的相互作用無關(guān)，故D錯(cuò)誤。故選C。

【點(diǎn)對(duì)點(diǎn)02】關(guān)于近代物理實(shí)驗(yàn)，下列說法正確的有(????)A.光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，一定顏色的可以產(chǎn)生光電效應(yīng)的光，入射光越強(qiáng)，單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)越少

B.在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，入射光的頻率大于截止頻率時(shí)不發(fā)生光電效應(yīng)

C.康普頓效應(yīng)表明，光子除了具有能量之外還具有動(dòng)量

D.一個(gè)電子和一個(gè)質(zhì)子具有同樣的動(dòng)能時(shí)，質(zhì)子的德布羅意波波長更長【答案】C【解析】A.入射光的強(qiáng)度超強(qiáng)，單位時(shí)間內(nèi)射到金屬上的光子數(shù)就越多，發(fā)射出光電子數(shù)，則形成的光電流越大，所以光電流強(qiáng)度與入射光的強(qiáng)度成正比，故A錯(cuò)誤；B.發(fā)生光電效應(yīng)的條件是入射光的頻率大于金屬的極限頻率，才能發(fā)生光電效應(yīng)，故B錯(cuò)誤；C.康普頓效應(yīng)表明光子除了具有能量之外還具有動(dòng)量，故C正確；D.相同動(dòng)能的一個(gè)電子和一個(gè)質(zhì)子，由EK=p22m可知，電子的動(dòng)量小于質(zhì)子的動(dòng)量，再由λ=?【點(diǎn)對(duì)點(diǎn)03】下列觀點(diǎn)不正確的是(????)A.一切物體都在不停的輻射電磁波，且輻射強(qiáng)度只與物體的溫度有關(guān)

B.運(yùn)動(dòng)著的物體，不論是宏觀物體還是微觀粒子，都有相應(yīng)的波與之對(duì)應(yīng)，這就是物質(zhì)波

C.光的波粒二象性表現(xiàn)在少量光子往往表現(xiàn)出粒子性，大量光子往往表現(xiàn)出波動(dòng)性

D.電子和其他微觀粒子同樣具有波粒二象性，所以與它們相聯(lián)系的物質(zhì)波也是概率波【答案】A【解析】A.實(shí)際物體輻射電磁波情況與溫度、表面情況、材料都有關(guān)，黑體輻射電磁波的情況只與溫度有關(guān)，是實(shí)際物體的理想化模型，故A錯(cuò)誤，符合題意；B.物質(zhì)波是一種概率波，沒有確定的位置，在微觀物理學(xué)中不可以用軌跡來描述粒子的運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)著的物體，不論是宏觀物體還是微觀粒子，都有相應(yīng)的波與之對(duì)應(yīng)，這就是物質(zhì)波，故B正確，不符合題意；C.光的波粒二象性表現(xiàn)在少量光子往往表現(xiàn)出粒子性，大量光子往往表現(xiàn)出波動(dòng)性，

故C正確，不符合題意；D.光和電子、質(zhì)子等實(shí)物粒子都具有波粒二象性，電子和其他微觀粒子同樣具有波粒二象性，物質(zhì)波和光波一樣都是概率波，

故D正確，不符合題意。故選A。

【點(diǎn)對(duì)點(diǎn)04】關(guān)于光的本性，下列說法中正確的是(????)A.光電效應(yīng)現(xiàn)象表明在一定條件下，光子可以轉(zhuǎn)化為電子

B.光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，只有光的強(qiáng)度足夠大時(shí)，才能觀察到光電流

C.康普頓效應(yīng)表明光子和電子、質(zhì)子等實(shí)物粒子一樣也具有能量和動(dòng)量

D.光在傳播過程中表現(xiàn)為粒子性，在于物質(zhì)相互作用時(shí)表現(xiàn)為波動(dòng)性【答案】C【解析】A、光電效應(yīng)現(xiàn)象表明在一定條件下，光子的能量可以被電子吸收，故A錯(cuò)誤；B、光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，只有光的頻率大于金屬的極限頻率，才可能觀察到光電流；與光照強(qiáng)度無關(guān)；故B錯(cuò)誤；C、康普頓效應(yīng)表明光子和電子、質(zhì)子等實(shí)物粒子一樣也具有能量和動(dòng)量，故C正確。D、光的波長越長，波動(dòng)性越明顯，頻率越高，粒子性越明顯；大量光子的運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)為波動(dòng)性，單個(gè)光子的運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)為粒子性，光在傳播時(shí)波動(dòng)性顯著，光與物質(zhì)相互作用時(shí)粒子性顯著，故D錯(cuò)誤；故選：C?！军c(diǎn)對(duì)點(diǎn)05】從1907年起，美國物理學(xué)家密立根就開始以精湛的技術(shù)測(cè)量光電效應(yīng)中幾個(gè)重要的物理量。他通過如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置測(cè)量某金屬的遏止電壓Uc與入射光頻率ν，作出圖乙所示的Uc?ν的圖象，由此算出普朗克常量?，并與普朗克根據(jù)黑體輻射測(cè)出的?相比較，以檢驗(yàn)愛因斯坦方程的正確性。已知電子的電荷量e，則下列普朗克常量?的表達(dá)式正確的是(

A.?=e(Uc2?Uc1)ν2【答案】A【解析】由光電效應(yīng)方程Ekm=?ν?W，由動(dòng)能定理和逸出功的概念可知W=?ν0，eUC=Ek=?ν??【點(diǎn)對(duì)點(diǎn)06】用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置研究光電效應(yīng)現(xiàn)象。所用光子能量為2.75eV的光照射到光電管上時(shí)發(fā)生了光電效應(yīng)，電流表G的示數(shù)不為零，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的觸頭c，發(fā)現(xiàn)當(dāng)電壓表的示數(shù)大于或等于1.7V時(shí)，電流表G的示數(shù)為零，則在該實(shí)驗(yàn)中(

)A.光電子的最大初動(dòng)能為1.05eV

B.光電管陰極的逸出功為1.7eV

C.開關(guān)S斷開，電流表G的示數(shù)為零

D.當(dāng)滑動(dòng)觸頭向a端滑動(dòng)時(shí)，電壓表示數(shù)增大【答案】D【解析】A.由題目可知，遏制電壓UC=1.7V，最大初動(dòng)能，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；B.根據(jù)光電效應(yīng)方程可知，逸出功，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；C.斷開開關(guān)S，光電效應(yīng)依然發(fā)生，有光電流，光電管、電流表、滑動(dòng)變速器構(gòu)成閉合回路，電流表中電流不為零，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；D.電源電壓為反向電壓，當(dāng)滑動(dòng)觸頭向a端滑動(dòng)時(shí)，反向電壓增大，電壓表示數(shù)增大，選項(xiàng)D正確。故選D?！军c(diǎn)對(duì)點(diǎn)07】光電效應(yīng)揭示了光的粒子性的一面，但德布羅意認(rèn)為粒子動(dòng)量p=?λ.用甲、乙兩種不同的色光照射某金屬時(shí)均能從該金屬的表面發(fā)射出光電子，已知甲、乙兩種色光的動(dòng)量之比為3:1，乙的波長為λ，乙發(fā)射出的光電子的最大初動(dòng)能Ek，普朗克常量用?A.甲、乙兩種色光的波長之比為1:3

B.甲、乙兩種色光光子的能量之比為1:3

C.光電效應(yīng)表明光子具有粒子性又有波動(dòng)性【答案】A【解析】A、由題意可知，光子的動(dòng)量為p=?λ，則甲、乙兩種色光的波長之比為1:3，故A正確；B、又光子的能量E=?ν=?cλ，則甲、乙兩種色光的能量之比3:1，故B錯(cuò)誤；C、光電效應(yīng)表明光子具有粒子性，故C錯(cuò)誤；D、根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程可知Ek=?cλ【點(diǎn)對(duì)點(diǎn)08】（多選）某同學(xué)用同一裝置做光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)，在不同光照條件下得到了三條光電流I與電壓U的關(guān)系曲線(甲光、乙光、丙光)，如圖所示。則下列說法正確的是(A.甲光照射光電管發(fā)出光電子的初動(dòng)能不一定小于丙光照射光電管發(fā)出光電子的初動(dòng)能

B.單位時(shí)間內(nèi)甲光照射光電管發(fā)出光電子比乙光的少

C.用強(qiáng)度相同的甲、丙光照射該光電管，飽和光電流大小相同

D.乙光對(duì)應(yīng)的截止頻率等于丙光的截止頻率【答案】AD【解析】A.由圖知，甲光照射光電管時(shí)的反向截止電壓小于丙光照射光電管時(shí)的反向截止電壓，可知甲光照射光電管發(fā)出光電子的最大初動(dòng)能小于丙光照射光電管發(fā)出光電子的最大初動(dòng)能，但不是每個(gè)甲光照射出的光電子的動(dòng)能都小于丙光照射出的光電子的動(dòng)能，故A正確；B.甲光強(qiáng)度大于乙光強(qiáng)度，則單位時(shí)間內(nèi)甲光照射光電管發(fā)出光電子比乙光的多，故B錯(cuò)誤；C.用強(qiáng)度相同的甲、丙光照射該光電管，單位時(shí)間內(nèi)發(fā)出的光電子數(shù)相同，但因?yàn)榘l(fā)出的光電子最大初動(dòng)能不同，光電子速率不同，所以飽和光電流大小不相同，故C錯(cuò)誤；D.金屬的逸出功一定，剛好發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)對(duì)應(yīng)的截止頻率一定，故D正確。故選AD。

【點(diǎn)對(duì)點(diǎn)09】（多選）關(guān)于近代物理學(xué)，下列圖象在描述現(xiàn)象中，解釋正確的是(

)A.如圖甲所示，由黑體的輻射強(qiáng)度與輻射光波長的關(guān)系可知，隨溫度的升高，輻射強(qiáng)度的極大值向波長較長方向移動(dòng)

B.如圖乙所示，發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)，入射光越強(qiáng)，光電子的最大初動(dòng)能也就越大

C.如圖丙所示