第1講 光電效應(yīng) 波粒二象性高考物理總復(fù)習(xí)新教材版

第十六章

近代物理初步

第0講光電效應(yīng)波粒二象性

［教材閱讀指導(dǎo)］

（對(duì)應(yīng)人教版新教材選擇性必修第三冊(cè)頁碼及相關(guān)問題）

IDP74圖4.2-4,圖線的橫截距、圖線的縱截距的絕對(duì)值、圖線的斜率

分別對(duì)應(yīng)什么物理量？

提示：圖線的橫截距對(duì)應(yīng)這種金屬的極限頻率以；圖線的縱截距的絕對(duì)值對(duì)

應(yīng)這種金屬的逸出功胸；圖線的斜率對(duì)應(yīng)普朗克常量及

?P75圖42-5,這種金屬的極限頻率大約是多少？

提示:4.27X1014Hzo

IBP76閱讀“康普頓效應(yīng)和光子的動(dòng)量”這一部分內(nèi)容，康普頓效應(yīng)說

明了光具有波動(dòng)性還是粒子性？

提示：粒子性。

13P77［練習(xí)與應(yīng)用］T1。

提示：若入射光的波長(zhǎng)確定而強(qiáng)度增加，光電流的飽和值將增大；若入射光

的頻率增加，遏止電壓將增大。

I?P93圖4.5-1、圖4.5-2,說明了電子的什么性質(zhì)？

提示：均說明了電子的波動(dòng)性。

I鼠P98［復(fù)習(xí)與提高］A組T1。

提示：（1）乙大；（2）丙大；（3）一樣大；（4）一樣大。

物理觀念回顧與蠶建|

物理觀念1光電效應(yīng)及其規(guī)律

1.定義

照射到金屬表面的光，能使金屬中的畫也壬從表面逸出的現(xiàn)象。

2.光電子

麗光電效應(yīng)中發(fā)射出來的電子。

3.光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律

(1)存在截止頻率：當(dāng)入射光的頻率畫低王截止頻率時(shí)不發(fā)生光電效應(yīng)。不

同金屬的截止頻率不同，即截止頻率與金屬自身的性質(zhì)有關(guān)。

(2)存在飽和電流：在光照條件不變的情況下，隨著所加電壓的增大，光電

流趨于一個(gè)飽和值，即在一定的光照條件下，單位時(shí)間陰極K發(fā)射的光電子的

數(shù)目是一定的。實(shí)驗(yàn)表明，光的頻率一定時(shí)，入射光越強(qiáng)，飽和電流畫越大,

單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)國(guó)越多。

(3)存在遏止電壓：使光電流減小到0的反向電壓”稱為遏止電壓。遏止電

壓的存在意味著光電子的初動(dòng)能有最大值，Ekm=|me^=et/c,稱為光電子的最

大初動(dòng)能。實(shí)驗(yàn)表明，遏止電壓(或光電子的最大初動(dòng)能)與入射光的畫強(qiáng)度無

關(guān)，只隨入射光頻率的增大而回增大。

(4)光電效應(yīng)具有瞬時(shí)性：當(dāng)入射光的頻率超過截止頻率Vc時(shí)，無論入射光

怎樣微弱，光電效應(yīng)幾乎是瞬時(shí)發(fā)生的。物理觀念2愛因斯坦光電效應(yīng)方

程

1.光子說

光本身就是由一個(gè)個(gè)不可分割的能量子組成的，頻率為V的光的能量為國(guó)

hv,其中/I=6.63X10-34J.S(稱為普朗克常量)。這些能量子后來稱為光子。

2.逸出功胸

要使電子脫離某種金屬，需要外界對(duì)它做功，做功的畫最小值叫作這種金

屬的逸出功。

3.光電子的最大初動(dòng)能

在光電效應(yīng)中，金屬中的兩電子吸收光子后,除了要克服金屬的逸出功外,

有時(shí)還要克服原子的其他束縛而做功，這時(shí)光電子的初動(dòng)能就比較??；當(dāng)逸出過

程只克服金屬的逸出功而逸出時(shí)，光電子的初動(dòng)能稱為最大初動(dòng)能。

4.愛因斯坦光電效應(yīng)方程

(1)表達(dá)式：與=畫近二史。

(2)物理意義：金屬表面的電子吸收一個(gè)光子獲得的能量是hv,在這些能量

中，一部分大小為死的能量被電子用來同引脫離金屬，剩下的是逸出后電子的

最大初動(dòng)能Ek=畫必宜。

5.對(duì)光電效應(yīng)規(guī)律的解釋

對(duì)應(yīng)規(guī)律對(duì)規(guī)律的解釋

電子從金屬表面逸出，必須克服金屬的逸出功的，則入

射光子的能量不能小于死，對(duì)應(yīng)的頻率必須不小于北

存在截止頻率Vc

=畫華，即截止頻率

電子吸收光子能量后，一部分用來克服金屬的逸出功，

光電子的最大初動(dòng)能隨

剩余部分表現(xiàn)為光電子的初動(dòng)能，只有直接從金屬表面

著入射光頻率的增大而

飛出的光電子才具有最大初動(dòng)能。對(duì)于確定的金屬，Wo

增大，與入射光的強(qiáng)度

是一定的，故光電子的最大初動(dòng)能只隨入射光頻率的增

無關(guān)

大而網(wǎng)增大,和光強(qiáng)無關(guān)

光照射金屬時(shí)，電子一次性吸收光子的全部能量，不需

光電效應(yīng)具有瞬時(shí)性

要畫積累能量的時(shí)間

對(duì)于同種頻率的光，光較強(qiáng)時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)照射到金屬

光較強(qiáng)時(shí)飽和電流較大表面的光子數(shù)較多，照射金屬時(shí)產(chǎn)生的國(guó)光電子較多,

因而飽和電流較大

物理觀念3波粒二象性

1.光的波粒二象性

（1）光的干涉、衍射、偏振現(xiàn)象說明光具有畫波動(dòng)性。

（2）光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)說明光具有質(zhì)粒子性。

（3）國(guó)光既具有波動(dòng)性，又具有粒子性,即光具有波粒二象性。

（4）光子的能量￡=畫如光子的動(dòng)量?=畫§。

2.物質(zhì)波

（1）1924年，法國(guó)物理學(xué)家德布羅意提出：實(shí)物粒子也具有波動(dòng)性，即每一

個(gè)運(yùn)動(dòng)的粒子都與一個(gè)對(duì)應(yīng)的波相聯(lián)系，這種波叫作物質(zhì)波，也叫麗德布羅意

波。所以實(shí)物粒子也具有波粒二象性。

（2）粒子的能量￡和動(dòng)量p跟它所對(duì)應(yīng)的波的頻率v和波長(zhǎng)7之間，遵從的關(guān)

系為：曠=畫’;八國(guó)也

,必備知識(shí)夯實(shí)

-堵點(diǎn)疏通

1.光子和光電子都是實(shí)物粒子。（）

2.只要入射光的強(qiáng)度足夠強(qiáng)，就能發(fā)生光電效應(yīng)。（）

3.光電效應(yīng)說明光具有粒子性，說明光的波動(dòng)說是錯(cuò)誤的。（）

4.電子槍發(fā)射電子的現(xiàn)象就是光電效應(yīng)。（）

5.光電子的最大初動(dòng)能與入射光的頻率成正比。（）

6.光的波長(zhǎng)越長(zhǎng)，越容易發(fā)生干涉和衍射現(xiàn)象。（）

7.光電效應(yīng)方程Ek=切-胸中v為入射光子的頻率，而不是金屬的極限頻

率。（）

8.不同的金屬一定對(duì)應(yīng)著相同的極限頻率。（）

答案l.X2.X3.X4.X5.X6.V7.V8.X

二對(duì)點(diǎn)激活

1.（2017.上海高考）光子的能量與其（）

A.頻率成正比B.波長(zhǎng)成正比

C.速度成正比D.速度平方成正比

答案A

解析根據(jù)￡=人可知，光子的能量與其頻率成正比，A正確。

2.（人教版選擇性必修第三冊(cè)P7r問題改編）（多選）如圖所示，用導(dǎo)線把不帶電

的驗(yàn)電器與鋅板相連接，當(dāng)用紫外線照射鋅板時(shí)，發(fā)生的現(xiàn)象是（）

A.有光子從鋅板逸出

B.有電子從鋅板逸出

C.驗(yàn)電器指針張開一個(gè)角度

D.鋅板帶負(fù)電

答案BC

解析用紫外線照射鋅板時(shí)，鋅板里的電子吸收紫外線的能量從鋅板表面逸

出，稱之為光電子，故A錯(cuò)誤，B正確；鋅板與驗(yàn)電器相連，帶有相同電性的

電荷，鋅板失去電子帶正電，且失去的電子越多，帶正電的電荷量越多，驗(yàn)電器

指針張角越大，故C正確，D錯(cuò)誤。

3.（人教版選擇性必修第三冊(cè)-P77?TI改編）（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（）

A.增大入射光的強(qiáng)度，光電流增大

B.減小入射光的強(qiáng)度，光電效應(yīng)現(xiàn)象消失

C.改用頻率小于v的光照射，一定不發(fā)生光電效應(yīng)

D.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

解析增大入射光的強(qiáng)度，單位時(shí)間內(nèi)照射到單位面積上的光子數(shù)增加，則

光電流增大，故A正確；光電效應(yīng)是否發(fā)生取決于入射光的頻率，而與入射光

強(qiáng)度無關(guān)，故B錯(cuò)誤；用頻率為v的光照射光電管陰極，發(fā)生光電效應(yīng)，用頻

率小于v的光照射時(shí)，若光的頻率仍大于極限頻率，則仍會(huì)發(fā)生光電效應(yīng)，C錯(cuò)

誤；根據(jù)加-胸=&可知，改用頻率大于”的光照射，光電子的最大初動(dòng)能變

大，故D正確。

4.（人教版選擇性必修第三冊(cè)P75?圖改編）（多選）在做光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)時(shí)，某金

屬被光照射發(fā)生了光電效應(yīng)，實(shí)驗(yàn)測(cè)得光電子的遏止電壓”與入射光的頻率v

的關(guān)系如圖所示，由實(shí)驗(yàn)圖線可求出（）

A.該金屬的截止頻率

B.普朗克常量

C.該金屬的逸出功

D.單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子數(shù)

答案ABC

hWo

解析由光電效應(yīng)方程Ek=6-胸和e&=Ek可知當(dāng)”=0

時(shí)，v=-y=vC,即圖線在橫軸上的截距在數(shù)值上等于金屬的截止頻率；圖線的

斜率在數(shù)值上等于7故可求出普朗克常量/?；當(dāng)v=o時(shí)，uc=即圖線在

縱軸上的截距的絕對(duì)值乘以電子電荷量e在數(shù)值上等于金屬的逸出功，A、B、C

正確。由實(shí)驗(yàn)圖線不能求出單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子數(shù)，D錯(cuò)誤。

5.關(guān)于物質(zhì)波，以下說法正確的是（）

A.任何一個(gè)運(yùn)動(dòng)著的物體都有一種波與之對(duì)應(yīng)

B.抖動(dòng)細(xì)繩一端，繩上的波就是物質(zhì)波

C.動(dòng)能相等的質(zhì)子和電子相比，質(zhì)子的物質(zhì)波波長(zhǎng)長(zhǎng)

D.宏觀物體不會(huì)發(fā)生明顯的衍射或干涉現(xiàn)象，所以沒有物質(zhì)波

答案A

解析根據(jù)德布羅意假設(shè)，任何一個(gè)運(yùn)動(dòng)著的物體都有一種波與之對(duì)應(yīng)，A

正確；繩上的波是機(jī)械波，不是物質(zhì)波，B錯(cuò)誤；動(dòng)能相等時(shí)，由°=4方瓦得

h

質(zhì)子的動(dòng)量大些，由2=］知質(zhì)子的物質(zhì)波波長(zhǎng)短，c錯(cuò)誤；宏觀物體物質(zhì)波波長(zhǎng)

太短，難以觀測(cè)到衍射或干涉現(xiàn)象，但具有波動(dòng)性，D錯(cuò)誤。

---------------------核心素養(yǎng)||發(fā)展與提升|

考點(diǎn)1光電效應(yīng)規(guī)律的理解函

［科學(xué)思維梳理］

1.與光電效應(yīng)有關(guān)的五組概念對(duì)比

(1)光子與光電子：光子指光在空間傳播時(shí)的每一份能量，光子不帶電；光

電子是金屬表面受到光照射時(shí)發(fā)射出來的電子，其本質(zhì)是電子。光子是光電效應(yīng)

的因，光電子是果。

(2)光電子的初動(dòng)能與光電子的最大初動(dòng)能：光照射到金屬表面時(shí)，電子吸

收光子的全部能量，可能向各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，需克服原子核和其他原子的阻礙而損

失一部分能量，剩余部分為光電子的初動(dòng)能；只有金屬表面的電子直接向外飛出，

只需克服原子核的引力做功的情況，光電子才具有最大初動(dòng)能。光電子的初動(dòng)能

小于或等于光電子的最大初動(dòng)能。

(3)光電流與飽和光電流：金屬板飛出的光電子到達(dá)陽極，回路中便產(chǎn)生光

電流，隨著所加正向電壓的增大，光電流趨于一個(gè)飽和值，這個(gè)飽和值是飽和光

電流。在一定的光照條件下，飽和光電流與所加電壓大小無關(guān)。

(4)入射光的強(qiáng)度與光子的能量：入射光的強(qiáng)度指單位時(shí)間內(nèi)照射到金屬表

面單位面積上的總能量，即/=〃〃v,〃是單位時(shí)間照射到單位面積上的光子數(shù)。

(5)光的強(qiáng)度與飽和光電流：飽和光電流隨入射光的強(qiáng)度增大而增大的規(guī)律

是對(duì)頻率相同的光照射金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)而言的，對(duì)于不同頻率的光，由于每個(gè)

光子的能量不同，飽和光電流與入射光的強(qiáng)度之間沒有簡(jiǎn)單的正比關(guān)系。

2.四點(diǎn)提醒

(1)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。

⑵光電效應(yīng)中的“光”不是特指可見光，也包括不可見光。

⑶逸出功的大小由金屬本身決定，與入射光無關(guān)。

⑷光電子不是光子，而是電子。

3.三個(gè)關(guān)系式

⑴愛因斯坦光電效應(yīng)方程：Ek=hv-Wo0

(2)最大初動(dòng)能與遏止電壓的關(guān)系：Ek=eUco

(3)逸出功與極限頻率的關(guān)系：W0=hvco

4.兩條對(duì)應(yīng)關(guān)系

(1)光強(qiáng)大(頻率一定時(shí))一光子數(shù)目多一發(fā)射光電子多一飽和光電流大。

(2)光子頻率高一光子能量大一光電子的最大初動(dòng)能大。

例1(2019?北京高考)光電管是一種利用光照射產(chǎn)生電流的裝置，當(dāng)入射光

照在管中金屬板上時(shí)，可能形成光電流。表中給出了6次實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。

入射光子的相對(duì)光電流大逸出光電子的

組次

能量/eV光強(qiáng)小/mA最大動(dòng)能/eV

14.0弱290.9

第一組24.0中430.9

34.0強(qiáng)600.9

46.0弱272.9

第二組56.0中402.9

66.0強(qiáng)552.9

由表中數(shù)據(jù)得出的論斷中不正確的是()

A.兩組實(shí)驗(yàn)采用了不同頻率的入射光

B.兩組實(shí)驗(yàn)所用的金屬板材質(zhì)不同

C.若入射光子的能量為5.0eV,逸出光電子的最大動(dòng)能為L(zhǎng)9eV

D.若入射光子的能量為5.0eV,相對(duì)光強(qiáng)越強(qiáng)，光電流越大

［答案］B

［解析］光子的能量E=〃％兩組實(shí)驗(yàn)中入射光子的能量不同，故入射光的

頻率不同，A正確；由愛因斯坦的光電效應(yīng)方程加=W+Ek,可求出兩組實(shí)驗(yàn)中

金屬板的逸出功W均為3.1eV,故兩組實(shí)驗(yàn)所用的金屬板材質(zhì)相同，B錯(cuò)誤；

由〃v=W+Ek,W=3.1eV,當(dāng)〃v=5.0eV時(shí)，Ek=1.9eV,C正確；相對(duì)光強(qiáng)越

強(qiáng)，單位時(shí)間內(nèi)射出的光子數(shù)越多，單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子數(shù)越多，形成的光

電流越大，D正確。

［關(guān)鍵能力升華］

對(duì)光電效應(yīng)的幾點(diǎn)提醒

(1)光的頻率決定光子的能量，￡=屏。

(2)光的強(qiáng)度是指單位時(shí)間光照射到單位面積上的能量，即I=nhv,所以單

位時(shí)間照射到單位面積上的光子數(shù)由光強(qiáng)和光的頻率共同決定。

(3)光電子逸出后的最大初動(dòng)能由光子的頻率和逸出功共同決定。

(4)由耳=人-胸求出的是光電子的最大初動(dòng)能，金屬內(nèi)部逸出的光電子的

動(dòng)能小于這個(gè)值，而且光電子的射出方向是隨機(jī)的，不一定都能到達(dá)陽極。

(5)每秒逸出的光電子數(shù)決定著飽和光電流的大小，而不是光電流的大小。

［對(duì)點(diǎn)跟進(jìn)訓(xùn)練］

1.(光電效應(yīng)方程的應(yīng)用)單色光B的頻率為單色光A的兩倍，用單色光A

照射到某金屬表面時(shí)，從金屬表面逸出的光電子最大初動(dòng)能為Ei；用單色光B

照射該金屬表面時(shí)，逸出的光電子最大初動(dòng)能為則該金屬的逸出功為()

E2O

A.E2—E\B.E2—2Ei

Ei+Ei

C.2E\—E2D.2

答案B

解析根據(jù)光電效應(yīng)方程，用單色光A照射某金屬表面時(shí)，有Ei=E-W逸

出功，用單色光B照射該金屬表面時(shí)，有E2=^2v-W逸出功，聯(lián)立解得W逸出功=

E2-2E1,故A、C、D錯(cuò)誤，B正確。

2.(光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn))如圖所示為一光電管電路，滑動(dòng)變阻器觸頭位于ab上

某點(diǎn)，用黃光照射光電管陰極，電表指針無偏轉(zhuǎn)，要使電表指針偏轉(zhuǎn)，可采取的

可行措施有（）

A.增大黃光的強(qiáng)度B.換用藍(lán)光照射

C.將P向?；瑒?dòng)D.將電源正、負(fù)極對(duì)調(diào)

答案B

解析由題意可知，光電管兩端加的是正向電壓，則電表指針沒有偏轉(zhuǎn)，是

由于沒有發(fā)生光電效應(yīng)，發(fā)生光電效應(yīng)的條件為V>VO,故只有換用頻率較高的

藍(lán)光照射，才可能發(fā)生光電效應(yīng)，使電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，故A、C、D錯(cuò)誤，

B正確。

3.（光電效應(yīng)規(guī)律的應(yīng)用）在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，某實(shí)驗(yàn)小組用同種頻率的單

色光，先后照射鋅和銀的表面，都能產(chǎn)生光電效應(yīng)。對(duì)這兩個(gè)過程，下列四個(gè)物

理量中，可能相同的是（）

A.飽和光電流B.遏止電壓

C.光電子的最大初動(dòng)能D.逸出功

答案A

解析飽和光電流和入射光的強(qiáng)度有關(guān)，這個(gè)實(shí)驗(yàn)中可以通過控制入射光的

強(qiáng)度來實(shí)現(xiàn)飽和光電流相同，A正確；不同金屬的逸出功是不同的，同種頻率的

單色光，光子能量〃v相同，根據(jù)光電效應(yīng)方程及=〃v-Wb可知，兩種金屬中逸

出的光電子的最大初動(dòng)能Ek不同，C、D錯(cuò)誤；根據(jù)遏止電壓和光電子最大初動(dòng)

Ek

能的關(guān)系”=工可知，光電子的最大初動(dòng)能不同，遏止電壓也不同，B錯(cuò)誤。

2對(duì)比

考點(diǎn)光電效應(yīng)的圖像分析府斤I

［科學(xué)思維梳理］

由圖線可直接（或

圖像名稱圖線形狀

間接）得到的物理量

①極限頻率VC：圖線與V軸交點(diǎn)

的橫坐標(biāo)

標(biāo)

光電子的最大初動(dòng)能Ek②逸出功胸：圖線與Ek軸交點(diǎn)

與入射光的頻率V的關(guān)系的縱坐標(biāo)的絕對(duì)值,Wb=|-E|

0

圖線=E

-E

③普朗克常量力：圖線的斜率左

=h

①遏止電壓Uc：圖線與橫軸的

交點(diǎn)的橫坐標(biāo)的值

顏色相同、強(qiáng)度不同的光，-------強(qiáng)光（黃）

4,-------弱光（黃）

②飽和光電流/m：電流的最大

光電流與電壓的關(guān)系圖線-----------------A

ucoU值

③最大初動(dòng)能：Ekm=eUc

①遏止電壓Ucl、Uc2

匕一一黃光

顏色不同、強(qiáng)度相同的光，②飽和光電流

---------藍(lán)光

光電流與電壓的關(guān)系圖線

匕匕3U③最大初動(dòng)能反1=eUci,Ek2=

eUC2

①截止頻率vc:圖線與橫軸的交

點(diǎn)的橫坐標(biāo)的值

②遏止電壓Uc：隨入射光頻率

遏止電壓”與入射光的

的增大而增大

頻率V的關(guān)系圖線

③普朗克常量比等于圖線的斜

匕V

率與電子電荷量的乘積，即人=

左e（注：此時(shí)兩極之間接反向電

壓）

例2（2021.江蘇高考）如圖所示，分別用1、2兩種材料作K極進(jìn)行光電效

應(yīng)探究，其截止頻率口。2,保持入射光不變，則光電子到達(dá)A極時(shí)動(dòng)能的最大

值Ekm隨電壓。變化關(guān)系的圖像是（）

［答案］C

［解析］光電管所加電壓為正向電壓,則根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程及動(dòng)能

定理可知光電子到達(dá)A極時(shí)動(dòng)能的最大值Ekm=eU+E-/zv截止，可知Ekm-U圖

像的斜率相同，均為e；截止頻率越大，則圖像在縱軸上的截距越小，因vi<V2,

則圖像C正確，A、B、D錯(cuò)誤。

［關(guān)鍵能力升華］

解決光電效應(yīng)圖像問題的幾個(gè)關(guān)系式

⑴光電效應(yīng)方程：Ek=/zv-W）o

⑵發(fā)生光電效應(yīng)的臨界條件：Ek=o,Vc=-yo

⑶反向遏止電壓與光電子的最大初動(dòng)能和入射光頻率的關(guān)系：-eUc=0-

hW

Epk，TT一"0

［對(duì)點(diǎn)跟進(jìn)訓(xùn)練］

1.（光電效應(yīng)中的“-V圖像）利用如圖甲所示的電路完成光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)，金

屬的遏止電壓&與入射光頻率V的關(guān)系如圖乙所示，圖乙中U1、VI、0均已知，

電子電荷量用e表示。下列說法正確的是（）

A.入射光頻率為vi時(shí)，光電子的最大初動(dòng)能Ek=Uie-人。

U\e

B.由&-v圖像可求得普朗克常量〃=-----

VI-V0

C.滑動(dòng)變阻器的滑片P向N端移動(dòng)過程中電流表示數(shù)一定一直增加

D.把電源正負(fù)極對(duì)調(diào)之后，滑動(dòng)變阻器的滑片P向N端移動(dòng)過程中電流表

示數(shù)一直增加

答案B

解析當(dāng)入射光頻率為也時(shí)，依題得，光電子的最大初動(dòng)能為Ek=Uie,故

A錯(cuò)誤；根據(jù)光電效應(yīng)方程結(jié)合圖乙有：Ek=/zvi-W）,其中的=心（），根據(jù)動(dòng)能

定理有-eUi=O-Ek,聯(lián)立可得普朗克常量為九=一」一，故B正確；滑動(dòng)變阻

VI-V0

器的滑片P向N端移動(dòng)過程中，光電管兩端的反向電壓增大，則電流表示數(shù)逐

漸減小，若反向電壓足夠大，則可減小至零，C錯(cuò)誤；把電源正負(fù)極對(duì)調(diào)之后，

滑動(dòng)變阻器的滑片P向N端移動(dòng)過程中，光電管兩端的正向電壓增大，由于存

在飽和光電流，故電流表示數(shù)可能先增加后不變，D錯(cuò)誤。

2.（光電效應(yīng)中的圖像）（多選）如圖甲為研究光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置，用頻

率為v的單色光照射光電管的陰極K,得到光電流/與光電管兩端電壓U的關(guān)系

圖線如圖乙所示，已知電子電荷量的絕對(duì)值為e,普朗克常量為山貝女）

A.測(cè)量遏止電壓”時(shí)開關(guān)S應(yīng)扳向“1”

B.只增大光照強(qiáng)度時(shí)，圖乙中a的值會(huì)增大

C.只增大光照強(qiáng)度時(shí)，圖乙中To的值會(huì)減小

hv-eU

D.陰極K所用材料的極限頻率為一不一c

答案AD

解析測(cè)量遏止電壓”時(shí)應(yīng)在光電管兩端加反向電壓，即開關(guān)S應(yīng)扳向“1”,

故A正確；由動(dòng)能定理得ea=Ek,由愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek=人-胸可知，

圖乙中”的值與光照強(qiáng)度無關(guān)，故B錯(cuò)誤；圖乙中To的值表示飽和光電流，只

增大光照強(qiáng)度時(shí)，飽和光電流增大，故C錯(cuò)誤；由動(dòng)能定理得-6a=0-反,

由愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek=屏-胸，可得Wo=E-eUc,則陰極K所用材料

Wohv-eUc

的極限頻率為w=不=—%—，故D正確。

考點(diǎn)3光的波粒二象性和物質(zhì)波鐲

［科學(xué)思維梳理］

1.對(duì)光的波粒二象性的理解

光既有波動(dòng)性，又有粒子性，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：

(1)從頻率上看：頻率越低的光波動(dòng)性越顯著，越容易看到光的干涉和衍射

現(xiàn)象；頻率越高的光粒子性越顯著，越不容易看到光的干涉和衍射現(xiàn)象，其穿透

本領(lǐng)越強(qiáng)。

(2)從傳播與作用上看：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)出粒子性。

h

(3)波動(dòng)性與粒子性的統(tǒng)一：由光子的能量￡=屏、光子的動(dòng)量p=］也可以看

出，光的波動(dòng)性和粒子性并不矛盾：表示粒子性的光子能量和動(dòng)量的計(jì)算式中都

含有表示波的特征的物理量一頻率V或波長(zhǎng)九

(4)理解光的波粒二象性時(shí)不可把光當(dāng)成宏觀概念中的波，也不可把光當(dāng)成

宏觀概念中的粒子。

2.物質(zhì)波

(1)定義：每一個(gè)運(yùn)動(dòng)的粒子都與一個(gè)對(duì)應(yīng)的波相聯(lián)系，這種波叫作物質(zhì)波,

也叫德布羅意波。

phh

(2)物質(zhì)波的頻率v=%；物質(zhì)波的波長(zhǎng)心片嬴，力是普朗克常量。

例3下列關(guān)于光的波粒二象性的說法中，正確的是()

A.有的光是波，有的光是粒子

B.光子與電子是同樣的一種粒子

C.光的波長(zhǎng)越長(zhǎng)，其波動(dòng)性越顯著；波長(zhǎng)越短，其粒子性越顯著

D.康普頓效應(yīng)揭示了光的波動(dòng)性

［答案］C

［解析］光既有波動(dòng)性又有粒子性，A錯(cuò)誤；光子不帶電，沒有靜止質(zhì)量，

而電子帶負(fù)電，有質(zhì)量，B錯(cuò)誤；光的波長(zhǎng)越長(zhǎng)，其波動(dòng)性越顯著，波長(zhǎng)越短，

其粒子性越顯著，C正確；康普頓效應(yīng)揭示了光的粒子性，D錯(cuò)誤。

例4(2021.浙江6月選考)已知普朗克常量/Z=6.63X10-34J.S,電子的質(zhì)量

為9.11X10-31kg,一個(gè)電子和一滴直徑約為4Rm的油滴具有相同動(dòng)能，則電子

與油滴的德布羅意波長(zhǎng)之比的數(shù)量級(jí)為()

A.10-8B.106

C.108D.1016

［答案］C

［解析］根據(jù)德布羅意波長(zhǎng)公式以及動(dòng)量與動(dòng)能的關(guān)系式"=體瓦,

h

得2=高忘，由題意可知，電子與油滴的動(dòng)能相同，—,已知油滴

機(jī)電

的直徑約為d=4|im,則油滴的質(zhì)量約為加油=p油］?！?0.8X1。3><卷

A*/2.7X10T4

X3.14X(4X10-6)3kg=2.7X10-14kg,代入數(shù)據(jù)解得廣=、k也,

/I油\JJZ.171/X1U

故選C。

［關(guān)鍵能力升華］

波粒二象性的深入理解

（1）雖然平時(shí)看到的宏觀物體運(yùn)動(dòng)時(shí)，看不出其波動(dòng)性，但也有一個(gè)波長(zhǎng)與

之對(duì)應(yīng)。例如飛行中的子彈的波長(zhǎng)約為10-34H1。

（2）波粒二象性是微觀粒子的特殊性質(zhì)，一切微觀粒子都存在波動(dòng)性；宏觀

物體也存在波動(dòng)性，只是波長(zhǎng)太小，難以觀測(cè)。

［對(duì)點(diǎn)跟進(jìn)訓(xùn)練］

1.（物質(zhì)波的理解）（2021.江蘇省鹽城市高三三模）2003年物理學(xué)家評(píng)選出

“十大最美物理實(shí)驗(yàn)”，排名第一的為1961年物理學(xué)家利用“托馬斯?楊”雙縫

干涉實(shí)驗(yàn)裝置，進(jìn)行電子干涉的實(shí)驗(yàn)。從輻射源輻射出的電子束經(jīng)兩靠近的狹縫

后在顯微鏡的熒光屏上出現(xiàn)干涉條紋，該實(shí)驗(yàn)說明（）

s,：狹縫

A.光具有波動(dòng)性

B.光具有波粒二象性

C.微觀粒子也具有波動(dòng)性

D.微觀粒子也是一種電磁波

答案C

解析干涉是波所特有的現(xiàn)象，電子的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)說明微觀粒子具有波動(dòng)

性，故C正確，A、B、D錯(cuò)誤。

2.（物質(zhì)波的理解）（多選）運(yùn)動(dòng)的微觀粒子具有波粒二象性，有能量E、動(dòng)量

P，也對(duì)應(yīng)著一定的波長(zhǎng)九根表示粒子的質(zhì)量，下列圖像正確的是（）

答案AC

解析根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程可知，粒子的能量￡=機(jī)。2,則E-機(jī)圖像是一

h

個(gè)正比例函數(shù)圖像，故A正確，B錯(cuò)誤；根據(jù)德布羅意波長(zhǎng)公式4=萬可知，粒

h1

子的動(dòng)量P=Q則圖像是正比例函數(shù)圖像，故C正確，D錯(cuò)誤。

課時(shí)彳乍業(yè)|

一、選擇題（本題共9小題，其中第1?5題為單選，第6?9題為多選）

1.黑體輻射的研究表明：輻射強(qiáng)度、波長(zhǎng)分布與輻射體的溫度有密切關(guān)系。

此研究對(duì)冶金工業(yè)的迅速發(fā)展有巨大貢獻(xiàn)。如圖所示，圖中畫出了四種溫度下黑

體輻射的強(qiáng)度與波長(zhǎng)的關(guān)系，從中可以看出（）

輻射強(qiáng)度

A.溫度越高，輻射電磁波的波長(zhǎng)越短

B.溫度越低，輻射電磁波的波長(zhǎng)越長(zhǎng)

C.同一波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度隨著溫度的升高而增強(qiáng)

D.不同溫度時(shí)輻射強(qiáng)度的最大值變化無規(guī)律可循

答案C

解析無論溫度高低，黑體都會(huì)輻射各種波長(zhǎng)的電磁波，故A、B錯(cuò)誤；同

一波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度隨著溫度的升高而增強(qiáng)，故C正確；溫度升高，輻射強(qiáng)度的

最大值向波長(zhǎng)短、頻率高的方向移動(dòng)，故D錯(cuò)誤。

2.（2021.遼寧高考）赫茲在研究電磁波的實(shí)驗(yàn)中偶然發(fā)現(xiàn)，接收電路的電極

如果受到光照，就更容易產(chǎn)生電火花。此后許多物理學(xué)家相繼證實(shí)了這一現(xiàn)象，

即照射到金屬表面的光，能使金屬中的電子從表面逸出。最初用量子觀點(diǎn)對(duì)該現(xiàn)

象給予合理解釋的科學(xué)家是（）

A.玻爾B.康普頓

C.愛因斯坦D.德布羅意

答案C

解析根據(jù)題目可知描述的是光電效應(yīng)現(xiàn)象，愛因斯坦最初用量子觀點(diǎn)對(duì)光

電效應(yīng)現(xiàn)象給予合理解釋，故c正確。

3.（2021.北京市順義區(qū)二模）如圖所示為研究光電效應(yīng)現(xiàn)象的電路圖，當(dāng)用

綠光照射到陰極K時(shí)，電路中有光電流，下列說法正確的是（）

A.若只減弱綠光的光照強(qiáng)度，光電流會(huì)減小

B.若換用紅光照射陰極K時(shí)，一定也有光電流

C.若將電源的極性反接，電路中一定沒有光電流

D.如果不斷增大光電管兩端的電壓，電路中光電流會(huì)一直增大

答案A

解析若只減弱綠光的光照強(qiáng)度，則單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的光電子減少，故光電

流會(huì)減小，A正確；紅光的頻率低于綠光的頻率，所以用紅光照射陰極K時(shí)不

一定能發(fā)生光電效應(yīng)，故B錯(cuò)誤；若將電源的極性反接，只要光電管兩端的電

壓小于遏止電壓，則電路中還會(huì)有光電流，故C錯(cuò)誤；如果不斷增大光電管兩

端的電壓，電路中光電流不會(huì)一直增大，因?yàn)榇嬖陲柡碗娏?，故D錯(cuò)誤。

4.可見光的波長(zhǎng)的大致范圍是400?760nmo下表給出了幾種金屬發(fā)生光

電效應(yīng)的極限波長(zhǎng)，下列說法正確的是（）

金屬鴇鈣鈉鉀

極限波長(zhǎng)（nm）274388542551

A.表中所列金屬，鉀的逸出功最大

B.只要光照時(shí)間足夠長(zhǎng)或強(qiáng)度足夠大，所有波長(zhǎng)的可見光都可以使鈉發(fā)生

光電效應(yīng)

C.用波長(zhǎng)為760nm的光照射金屬鈉、鉀，則鈉逸出的光電子的最大初動(dòng)

能較大

D.用波長(zhǎng)為400nm的光照射金屬鈉、鉀，則鉀逸出的光電子的最大初動(dòng)

能較大

答案D

he

解析根據(jù)的=〃/=萬可知，表中所列金屬，鉀的極限波長(zhǎng)九最大，則鉀

的逸出功死最小，A錯(cuò)誤；能否發(fā)生光電效應(yīng)，與光照的時(shí)間和強(qiáng)度無關(guān)，只

與入射光的頻率有關(guān)，B錯(cuò)誤；用波長(zhǎng)為760nm的光照射金屬鈉、鉀，由于入

射光的波長(zhǎng)均大于兩金屬的極限波長(zhǎng)，根據(jù)光電效應(yīng)的產(chǎn)生條件可知，鈉、鉀都

不能發(fā)生光電效應(yīng)，C錯(cuò)誤；當(dāng)用波長(zhǎng)為400nm的光照射金屬鈉、鉀時(shí)，鈉、

鉀都可以發(fā)生光電效應(yīng)，鉀的逸出功最小，根據(jù)反=E-的，鉀逸出的光電子

的最大初動(dòng)能較大，D正確。

5.（2021.江蘇省蘇、錫、常、鎮(zhèn)四市高三下5月教學(xué)情況調(diào)研二）在探究光

電效應(yīng)現(xiàn)象時(shí)，某同學(xué)分別用頻率為V1、V2的兩單色光照射密封真空管的鈉陰極,

鈉陰極發(fā)射出的光電子被陽極A吸收，在電路中形成光電流，實(shí)驗(yàn)得到了兩條

光電流與電壓之間的關(guān)系曲線（甲、乙），如圖所示，已知。1=2。2,V1>V2,普朗

克常量用h表示。則以下說法正確的是（）

A.曲線甲為頻率為vi的光照射時(shí)的圖像

B.頻率為ri的光在單位時(shí)間內(nèi)照射到鈉陰極的光子數(shù)多

C.兩單色光的頻率之比為2:1

D.該金屬的逸出功為力（2丫2-也）

答案D

解析根據(jù)光電效應(yīng)方程Ek=人-Wo,遏止電壓與光電子最大初動(dòng)能的關(guān)

系為eUc=Ek,聯(lián)立可得屏-Wb=eUc,則入射光的頻率越大，遏止電壓越大，

所以曲線乙為頻率為也的光照射時(shí)的圖像，則A錯(cuò)誤；由圖像可知甲的飽和光

電流比乙的大，甲的頻率又比乙的頻率小，所以頻率為V2的光在單位時(shí)間內(nèi)照

射到鈉陰極的光子數(shù)多，則B錯(cuò)誤；由于-的=eUi,hv2-W0=eU2,5=

vieUi+W）2（eU2+Wo）2

202,聯(lián)立解得該金屬的逸出功的=/?（2V2-VI）,-==7,

V2eU2+Woeui+Woi

所以c錯(cuò)誤，D正確。

6.波粒二象性是微觀世界的基本特征，以下說法正確的是（）

A.黑體輻射規(guī)律可用光的波動(dòng)性解釋

B.光電效應(yīng)現(xiàn)象揭示了光的粒子性

C.電子束射到晶體上產(chǎn)生衍射圖樣說明電子具有波動(dòng)性

D.動(dòng)能相等的質(zhì)子和電子，它們的德布羅意波波長(zhǎng)也相等

答案BC

解析黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律不能用光的波動(dòng)性解釋，而普朗克借助于能量子

假說，完美地解釋了黑體輻射規(guī)律，破除了“能量連續(xù)變化”的傳統(tǒng)觀念，故A

錯(cuò)誤；光既有波動(dòng)性又有粒子性，光電效應(yīng)現(xiàn)象揭示了光的粒子性，故B正確；

德布羅意提出了實(shí)物粒子同樣具有波動(dòng)性，電子束射到晶體上產(chǎn)生的衍射圖樣是

h

波的特征，證明了電子具有波動(dòng)性，故c正確；根據(jù)德布羅意波長(zhǎng)公式4=3

又p而瓦，則裊，若一個(gè)電子和一個(gè)質(zhì)子的動(dòng)能Ek相等，由于質(zhì)子

質(zhì)量比電子質(zhì)量大得多，則其德布羅意波波長(zhǎng)不相等，故D錯(cuò)誤。

7.用一束波長(zhǎng)為丸的綠光照射某極限波長(zhǎng)為弱的金屬，能產(chǎn)生光電效應(yīng)，

下列說法正確的是（）

A.該金屬的逸出功為胸=研）

B.把這束綠光遮住一半，則光電流強(qiáng)度減小

C.若改用一束紅光照射，則不可能產(chǎn)生光電效應(yīng)

hcfl

D.要使光電流為0,光電管兩極至少需要加大小為工的電壓

答案BD

解析該金屬逸出功為：W0=hv0=h^,故A錯(cuò)誤；將這束綠光遮住一半，

單位時(shí)間內(nèi)入射的光子數(shù)目減小，則單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子數(shù)目減小，則光電

流強(qiáng)度減小，故B正確；若改用一束紅光照射，因?yàn)榧t光的頻率小于綠光的頻

率，則可能不發(fā)生光電效應(yīng)，也可能發(fā)生光電效應(yīng)，故C錯(cuò)誤；光電效應(yīng)方程

為：Ek=hv-W0,且v=*根據(jù)動(dòng)能定理可得光電流恰為0時(shí)有：-ea=0-

Ek,聯(lián)立解得：&=短-勺，故D正確。

8.用如圖的裝置研究光電效應(yīng)現(xiàn)象，當(dāng)用光子能量為2.5eV的光照射到光

電管上時(shí)，電流表G的讀數(shù)為0.2mA,移動(dòng)變阻器的滑片C,當(dāng)電壓表的示數(shù)

大于或等于0.7V時(shí)，電流表讀數(shù)為0。貝版）

光線\光電管

E

A.光電管陰極的逸出功為L(zhǎng)8eV

B.開關(guān)S斷開后，沒有電流流過電流表G

C.光電子的最大初動(dòng)能為0.7eV

D.改用能量為L(zhǎng)5eV的光子照射，電流表G也有電流，但電流較小

答案AC

解析由題圖可知，光電管兩端所加的電壓為反向電壓，由電壓表的示數(shù)大

于或等于0.7V時(shí)，電流表示數(shù)為0,可知光電子的最大初動(dòng)能為0.7eV,根據(jù)

光電效應(yīng)方程Ek=E-Wo,可得胸=