【先學后教新思路】2020高考物理一輪復習-教案52-光電效應-波粒二象性

光電效應波粒二象性考綱解讀1.知道什么是光電效應，理解光電效應的試驗規(guī)律.2.會用光子說解釋光電效應.3.知道光的波粒二象性，知道物質波的概念．1．下列說法正確的是 ()A．一般物體輻射電磁波的狀況與溫度無關，只與材料的種類及表面狀況有關B．黑體能完全吸取入射的各種波長的電磁波，不反射C．帶電微粒輻射和吸取的能量，只能是某一最小能量值的整數(shù)倍D．普朗克最先提出了能量子的概念答案BCD2．關于光電效應的規(guī)律，下列說法中正確的是 ()A．只有入射光的波長大于該金屬的極限波長，光電效應才能產(chǎn)生B．光電子的最大初動能跟入射光強度成正比C．發(fā)生光電效應的反應時間一般都大于10－7sD．發(fā)生光電效應時，單位時間內(nèi)從金屬內(nèi)逸出的光電子數(shù)目與入射光強度成正比答案D解析由ε＝hν＝heq\f(c,λ)知，當入射光波長小于金屬的極限波長時，發(fā)生光電效應，故A錯．由Ek＝hν－W0知，最大初動能由入射光頻率打算，與入射光強度無關，故B錯．發(fā)生光電效應的時間一般不超過10－9s，故C錯．3．下列說法正確的是 ()A．光電效應反映了光的粒子性B．大量光子產(chǎn)生的效果往往顯示出粒子性，個別光子產(chǎn)生的效果往往顯示出波動性C．光的干涉、衍射、偏振現(xiàn)象證明白光具有波動性D．只有運動著的小物體才有一種波和它相對應，大的物體運動是沒有波和它對應的答案AC考點梳理一、黑體輻射與能量子1．黑體與黑體輻射(1)黑體：是指能夠完全吸取入射的各種波長的電磁波而不發(fā)生反射的物體．(2)黑體輻射的試驗規(guī)律①一般材料的物體，輻射的電磁波除與溫度有關外，還與材料的種類及表面狀況有關．②黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體的溫度有關．a(chǎn)．隨著溫度的上升，各種波長的輻射強度都增加．b．隨著溫度的上升，輻射強度的極大值向波長較短的方向移動．2．能量子(1)定義：普朗克認為，帶電微粒輻射或者吸取能量時，只能輻射或吸取某個最小能量值的整數(shù)倍．即能量的輻射或者吸取只能是一份一份的．這個不行再分的最小能量值ε叫做能量子．(2)能量子的大?。害牛絟ν，其中ν是電磁波的頻率，h稱為普朗克常量．h＝6.63×10－34J·s.二、光電效應1．光電效應現(xiàn)象光電效應：在光的照射下金屬中的電子從金屬表面逸出的現(xiàn)象，叫做光電效應，放射出來的電子叫做光電子．2．光電效應規(guī)律(1)每種金屬都有一個極限頻率．(2)光子的最大初動能與入射光的強度無關，只隨入射光的頻率增大而增大．(3)光照射到金屬表面時，光電子的放射幾乎是瞬時的．(4)光電流的強度與入射光的強度成正比．3．愛因斯坦光電效應方程(1)光子說：空間傳播的光的能量是不連續(xù)的，是一份一份的，每一份叫做一個光子．光子的能量為ε＝hν，其中h是普朗克常量，其值為6.63×10－34J·s.(2)光電效應方程：Ek＝hν－W0.其中hν為入射光的能量，Ek為光電子的最大初動能，W0是金屬的逸出功．4．遏止電壓與截止頻率(1)遏止電壓：使光電流減小到零的反向電壓Uc.(2)截止頻率：能使某種金屬發(fā)生光電效應的最小頻率叫做該種金屬的截止頻率(又叫極限頻率)．不同的金屬對應著不同的極限頻率．(3)逸出功：電子從金屬中逸出所需做功的最小值，叫做該金屬的逸出功．三、光的波粒二象性與物質波1．光的波粒二象性(1)光的干涉、衍射、偏振現(xiàn)象證明光具有波動性．(2)光電效應說明光具有粒子性．(3)光既具有波動性，又具有粒子性，稱為光的波粒二象性．2．物質波(1)概率波光的干涉現(xiàn)象是大量光子的運動遵守波動規(guī)律的表現(xiàn)，亮條紋是光子到達概率大的地方，暗條紋是光子到達概率小的地方，因此光波又叫概率波．(2)物質波任何一個運動著的物體，小到微觀粒子大到宏觀物體都有一種波與它對應，其波長λ＝eq\f(h,p)，p為運動物體的動量，h為普朗克常量.考點一對光電效應規(guī)律的理解例11905年是愛因斯坦的“奇跡”之年，這一年他先后發(fā)表了三篇具有劃時代意義的論文，其中關于光量子的理論成功的解釋了光電效應現(xiàn)象．關于光電效應，下列說法正確的是 ()A．當入射光的頻率低于極限頻率時，不能發(fā)生光電效應B．光電子的最大初動能與入射光的頻率成正比C．光電子的最大初動能與入射光的強度成正比D．某單色光照射一金屬時不發(fā)生光電效應，改用波長較短的光照射該金屬可能發(fā)生光電效應解析依據(jù)光電效應現(xiàn)象的試驗規(guī)律，只有入射光頻率大于極限頻率才能發(fā)生光電效應，故A、D正確．依據(jù)光電效應方程，最大初動能與入射光頻率為線性關系，但非正比關系，B錯誤；依據(jù)光電效應現(xiàn)象的試驗規(guī)律，光電子的最大初動能與入射光強度無關，C錯誤．答案AD突破訓練1入射光照射到某金屬表面上發(fā)生光電效應，若入射光的強度減弱，而頻率保持不變，則 ()A．從光照至金屬表面上到放射出光電子之間的時間間隔將明顯增加B．逸出的光電子的最大初動能將減小C．單位時間內(nèi)從金屬表面逸出的光電子數(shù)目將減小D．有可能不發(fā)生光電效應答案C解析光電效應瞬時(10－9s)發(fā)生，與光強無關，A錯；能否發(fā)生光電效應，只取決于入射光的頻率是否大于極限頻率，與光強無關，D錯；對于某種特定金屬，光電子的最大初動能只與入射光頻率有關，入射光頻率越大，最大初動能越大，B錯；光電子數(shù)目多少與入射光強度有關(可理解為一個光子能打出一個電子)，光強減弱，逸出的電子數(shù)目削減，C對．考點二對光電效應方程的應用和Ek－ν圖象的考查1．愛因斯坦光電效應方程Ek＝hν－W0hν：光電子的能量W0：逸出功，即從金屬表面直接飛出的光電子克服正電荷引力所做的功．Ek：光電子的最大初動能．2．由Ek－ν圖象(如圖1)可以得到的信息(1)極限頻率：圖線與ν軸交點的橫坐標νc.(2)逸出功：圖線與Ek軸交點的縱坐標的值E＝W0.(3)普朗克常量：圖線的斜率k＝h. 圖1例2如圖2所示是用光照射某種金屬時逸出的光電子的最大初動能隨入射光頻率的變化圖線(直線與橫軸的交點坐標為4.27，與縱軸交點坐標為0.5)．由圖可知 ()圖2A．該金屬的截止頻率為4.27×1014HzB．該金屬的截止頻率為5.5×1014HzC．該圖線的斜率表示普朗克常量D．該金屬的逸出功為0.5eV解析圖線在橫軸上的截距為截止頻率，A正確，B錯誤；由光電效應方程Ek＝hν－W0可知圖線的斜率為普朗克常量，C正確；金屬的逸出功為W0＝hνc＝eq\f(6.63×10－34×4.27×1014,1.6×10－19)eV＝1.77eV，D錯誤．答案AC突破訓練2已知鋅的逸出功為3.34eV，用某單色紫外線照射鋅板時，逸出光電子的最大速度為106m/s，求該紫外線的波長λ(電子質量me＝9.11×10－31kg，普朗克常量h＝6.63×10－34J·s,1eV＝1.60×10－19答案2.01×10－7解析依據(jù)愛因斯坦光電效應方程eq\f(hc,λ)＝W0＋eq\f(1,2)mev2所以λ＝2.01×10－7m考點三對光的波粒二象性、物質波的考查光既有波動性，又有粒子性，兩者不是孤立的，而是有機的統(tǒng)一體，其表現(xiàn)規(guī)律為：(1)個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)為波動性．(2)頻率越低波動性越顯著，越簡潔看到光的干涉和衍射現(xiàn)象；頻率越高粒子性越顯著，越不簡潔看到光的干涉和衍射現(xiàn)象，貫穿本事越強．(3)光在傳播過程中往往表現(xiàn)出波動性；在與物質發(fā)生作用時，往往表現(xiàn)為粒子性．例3關于物質的波粒二象性，下列說法中不正確的是 ()A．不僅光子具有波粒二象性，一切運動的微粒都具有波粒二象性B．運動的微觀粒子與光子一樣，當它們通過一個小孔時，都沒有特定的運動軌道C．波動性和粒子性，在宏觀現(xiàn)象中是沖突的、對立的，但在微觀高速運動的現(xiàn)象中是統(tǒng)一的D．實物的運動有特定的軌道，所以實物不具有波粒二象性解析光具有波粒二象性是微觀世界具有的特殊規(guī)律，大量光子運動的規(guī)律表現(xiàn)出光的波動性，而單個光子的運動表現(xiàn)出光的粒子性．光的波長越長，波動性越明顯，光的頻率越高，粒子性越明顯．而宏觀物體的德布羅意波的波長太小，實際很難觀看到波動性，不是不具有波粒二象性．答案D突破訓練3關于光的本性，下列說法正確的是 ()A．光既具有波動性，又具有粒子性，這是相互沖突和對立的B．光的波動性類似于機械波，光的粒子性類似于質點C．大量光子才具有波動性，個別光子只具有粒子性D．由于光既具有波動性，又具有粒子性，無法只用其中一種去說明光的一切行為，只能認為光具有波粒二象性答案D解析光既具有波動性，又具有粒子性，但不同于宏觀的機械波和機械粒子，波動性和粒子性是光在不同的狀況下的不同表現(xiàn)，是同一客體的兩個不同的側面、不同屬性，只能認為光具有波粒二象性，選項D正確.51．用光電管爭辯光電效應的規(guī)律例4(2010·江蘇單科·12C(1))爭辯光電效應的電路如圖3所示．用頻率相同、強度不同的光分別照射密封真空管的鈉極板(陰極K)，鈉極板放射出的光電子被陽極A吸取，在電路中形成光電流．下列光電流I與A、K之間的電壓UAK的關系圖象中，正確的是________．圖3解析由于光的頻率相同，所以對應的反向截止電壓相同，選項A、B錯誤；發(fā)生光電效應時，在同樣的加速電壓下，光強度越大，逸出的光電子數(shù)目越多，形成的光電流越大，所以選項C正確，D錯誤．答案C1.常見電路(如圖4所示)圖42．兩條線索(1)通過頻率分析：光子頻率高→光子能量大→產(chǎn)生光電子的最大初動能大．(2)通過光的強度分析：入射光強度大→光子數(shù)目多→產(chǎn)生的光電子多→光電流大．高考題組1．(2022·四川理綜·18)a、b兩種單色光組成的光束從介質進入空氣時，其折射光束如圖5所示．用a、b兩束光 ()A．先后照射雙縫干涉試驗裝置，在縫后屏上都能毀滅干涉條紋，由 此確定光是橫波 圖5B．先后照射某金屬，a光照射時恰能逸出光電子，則b光照射時也能逸出光電子C．從同一介質以相同方向射向空氣，其界面為平面，若b光不能進入空氣，則a光也不能進入空氣D．從同一介質以相同方向射向空氣，其界面為平面，a光的反射角比b光的反射角大答案C解析光的干涉說明光是一種波，光的偏振說明光是橫波，選項A錯誤．由題圖可知，光束a的折射角ra大于光束b的折射角rb.依據(jù)n＝eq\f(sinr,sini)，知兩束光的折射率na>nb，頻率νa>νb，因此a光照射金屬時恰能逸出光電子，b光照射時則不能逸出光電子，選項B錯誤．依據(jù)臨界角公式sinC＝eq\f(1,n)知兩束光的臨界角Ca<Cb，因此入射角相同時b光發(fā)生全反射，a光也確定發(fā)生全反射，選項C正確．依據(jù)反射定律，反射角總等于入射角，所以兩束光以相同的入射角射到界面上時，兩束光的反射角相等，選項D錯誤．2．(2011·江蘇單科·12C(1))下列描繪兩種溫度下黑體輻射強度與波長關系的圖中，符合黑體輻射試驗規(guī)律的是 ()答案A解析隨著溫度的上升，黑體輻射的強度與波長有這樣的關系：一方面，各種波長的輻射強度都有增加，另一方面，輻射強度的極大值向波長較短的方向移動．由此規(guī)律可知應選A.3．(2010·浙江理綜·16)在光電效應試驗中，飛飛同學用同一光電管在不同試驗條件下得到了三條光電流與電壓之間的關系曲線(甲光、乙光、丙光)，如圖6所示．則可推斷出()圖6A．甲光的頻率大于乙光的頻率B．乙光的波長大于丙光的波長C．乙光對應的截止頻率大于丙光的截止頻率D．甲光對應的光電子最大初動能大于丙光的光電子最大初動能答案B解析由題圖可知，甲、乙兩光對應的反向截止電壓均為Uc2，由愛因斯坦光電效應方程Ekm＝hν－W0及－eUc2＝0－Ekm可知甲、乙兩光頻率相同，且均小于丙光頻率，選項A、C均錯；甲光頻率小，則甲光對應的光電子最大初動能小于丙光對應的光電子最大初動能，選項D錯誤；乙光頻率小于丙光頻率，故乙光的波長大于丙光的波長，選項B正確．模擬題組4．用光照射某種金屬，有光電子從金屬表面逸出，假如光的頻率不變，而減弱光的強度，則 ()A．逸出的光電子數(shù)削減，光電子的最大初動能不變B．逸出的光電子數(shù)削減，光電子的最大初動能減小C．逸出的光電子數(shù)不變，光電子的最大初動能減小D．光的強度減弱到某一數(shù)值，就沒有光電子逸出了答案A解析光的頻率不變，表示光子能量不變，仍會有光電子從該金屬表面逸出，逸出的光電子的最大初動能也不變；而減弱光的強度，逸出的光電子數(shù)就會削減，選項A正確．5．如圖7所示，用a、b兩種不同頻率的光分別照射同一金屬板，發(fā)覺當a光照射時驗電器的指針偏轉，b光照射時指針未偏轉，以下說法正確的是 ()圖7A．增大a光的強度，驗電器的指針偏角確定減小B．a(chǎn)光照射金屬板時驗電器的金屬小球帶負電C．a(chǎn)光在真空中的波長小于b光在真空中的波長D．若a光是氫原子從n＝4的能級向n＝1的能級躍遷時產(chǎn)生的，則b光可能是氫原子從n＝5的能級向n＝2的能級躍遷時產(chǎn)生的答案CD解析增大a光的強度，從金屬板飛出的光電子增多，金屬板帶電荷量增大，驗電器的指針偏角確定增大，選項A錯誤；a光照射金屬板時，光電子從金屬板飛出，金屬板帶正電，驗電器的金屬小球帶正電，選項B錯誤；經(jīng)分析，a光在真空中的頻率大于b光在真空中的頻率，故a光在真空中的波長小于b光在真空中的波長，選項C正確；氫原子躍遷，由于|E4－E1|>|E5－E2|，故選項D正確．(限時：30分鐘)?題組1對光的波粒二象性的考查1．下列說法正確的是 ()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．光的波長越長，其波動性越顯著；波長越短，其粒子性越顯著D．γ射線具有顯著的粒子性，而不具有波動性答案C解析從光的波粒二象性可知：光是同時具有波粒二象性的，只不過在有的狀況下波動性顯著，有的狀況下粒子性顯著．光的波長越長，越簡潔觀看到其顯示波動特征．光子是一種不帶電的微觀粒子，而電子是帶負電的實物粒子，它們雖然都是微觀粒子，但有本質區(qū)分，故上述選項中正確的是C.2．物理學家做了一個好玩的試驗：在雙縫干涉試驗中，在光屏處放上照相底片，若減弱光的強度．使光子只能一個一個地通過狹縫．試驗結果表明，假如曝光時間不太長，底片上只能毀滅一些不規(guī)章的點；假如曝光時間足夠長，底片上就會毀滅規(guī)章的干涉條紋．對這個試驗結果下列生疏正確的是 ()A．曝光時間不長時，光的能量太小，底片上的條紋看不清楚，故毀滅不規(guī)章的點B．單個光子的運動沒有確定的規(guī)律C．干涉條紋中光明的部分是光子到達機會較多的地方D．只有大量光子的行為才表現(xiàn)出波動性答案BCD解析單個光子通過雙縫后的落點無法猜想，大量光子的落點呈現(xiàn)確定的規(guī)律性，落在某些區(qū)域的可能性較大，這些區(qū)域正是波通過雙縫后發(fā)生干涉時振幅加強的區(qū)域，因而把光波叫做概率波．光具有波粒二象性，少數(shù)光子的行為表現(xiàn)為粒子性，大量光子的行為表現(xiàn)為波動性．所以正確選項為B、C、D.?題組2對光電效應理解的考查3．利用光子說對光電效應的解釋，下列說法正確的是 ()A．金屬表面的一個電子只能吸取一個光子B．電子吸取光子后確定能從金屬表面逸出，成為光電子C．金屬表面的一個電子吸取若干個光子，積累了足夠的能量才能從金屬表面逸出D．無論光子能量大小如何，電子吸取光子并積累了能量后，總能逸出成為光電子答案A解析依據(jù)光子說，金屬的一個電子一次只能吸取一個光子，若所吸取的光子頻率大于金屬的極限頻率，電子逸出金屬表面，成為光電子，且光子的吸取是瞬時的，不需要時間的積累，若所吸取的光子能量小于逸出功(光子頻率小于金屬的極限頻率)，則電子不能逸出金屬表面，不能成為光電子．4．入射光照射到某金屬表面上發(fā)生光電效應，若入射光的強度減弱，而頻率保持不變，下列說法中正確的是 ()A．有可能不發(fā)生光電效應B．從光照射到金屬表面上至放射出光電子之間的時間間隔將明顯增加C．逸出的光電子的最大初動能將減小D．單位時間內(nèi)從金屬表面逸出的光電子數(shù)目將削減答案D解析由光電效應方程Ek＝hν－W0可知，光電子的最大初動能只與入射光的頻率有關，與光強沒有關系，但入射光的強度減弱，單位時間內(nèi)從金屬表面逸出的光電子數(shù)目將削減，選項A、C錯，D對；光電效應具有瞬時性，B錯．5．光電效應的試驗結論是：對于某種金屬 ()A．無論光強多強，只要光的頻率小于極限頻率就不能產(chǎn)生光電效應B．無論光的頻率多低，只要光照時間足夠長就能產(chǎn)生光電效應C．超過極限頻率的入射光強度越弱，所產(chǎn)生的光電子的最大初動能就越小D．超過極限頻率的入射光頻率越高，所產(chǎn)生的光電子的最大初動能就越大答案AD解析依據(jù)光電效應規(guī)律可知，選項A正確；依據(jù)光電效應方程hν＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,max)＋W0知，頻率ν越高，初動能就越大，選項D正確．6．對光電效應的理解正確的是 ()A．金屬鈉的每個電子可以吸取一個或一個以上的光子，當它積累的動能足夠大時，就能逸出金屬B．假如入射光子的能量小于金屬表面的電子克服原子核的引力而逸出時所需做的最小功，便不能發(fā)生光電效應C．發(fā)生光電效應時，入射光越強，光子的能量就越大，光電子的最大初動能就越大D．由于不同金屬的逸出功是不相同的，因此使不同金屬產(chǎn)生光電效應，入射光的最低頻率也不同答案BD解析依據(jù)愛因斯坦的光子說，光子的能量由光的頻率打算，與光強無關，入射光的頻率越大，發(fā)生光電效應時產(chǎn)生的光電子的最大初動能越大．但要使電子離開金屬，須使電子具有足夠的動能，而電子增加的動能只能來源于入射光的光子能量，且電子只能吸取一個光子，不能吸取多個光子．電子從金屬逸出時只有從金屬表面對外逸出的電子克服原子核的引力所做的功最?。C上所述，選項B、D正確．題組3對光電效應方程應用的考查7.如圖1是某金屬在光的照射下產(chǎn)生的光電子的最大初動能Ek與入射光頻率ν的關系圖象．由圖象可知 ()A．該金屬的逸出功等于EB．該金屬的逸出功等于hνc 圖1C．入射光的頻率為2νc時，產(chǎn)生的光電子的最大初動能為ED．入射光的頻率為eq\f(νc,2)時，產(chǎn)生的光電子的最大初動能為eq\f(E,2)答案ABC解析由題圖并結合Ek＝hν－W0得，Ek＝hν－E，故逸出功W0＝E，故選項A對；當Ek＝0時，ν＝νc，故E＝hνc，故選項B對；ν＝2νc時，可得出Ek＝E，故選項C對；當入射光的頻率為eq\f(νc,2)時，不發(fā)生光電效應，故選項D錯．8．下表給出了一些金屬材料的逸出功.材料銫鈣鎂鈹鈦逸出功(10－19J)3.04.35.96.26.6現(xiàn)用波長為400nm的單色光照射上述材料，能產(chǎn)生光電效應的材料最多有幾種(普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，光速c＝3.0×108m/s)A．2種B．3種C．4種D．5種答案A解析要發(fā)生光電效應，則入射光的能量必需大于金屬的逸出功，由題可算出波長為400nm的光的能量為E＝hν＝heq\f(c,λ)＝6.63×10－34×eq\f(3.0×108,400×10－9)J＝4.97×10－19J，大于銫和鈣的逸出功．所以A選項正確．9．如圖2所示是光電管的原理圖，已知當有波長為λ0的光照到陰極K上時，電路中有光電流，則 ()A．若換用波長為λ1(λ1>λ0)的光照射陰極K時，電路中確定沒有光電流B．若換用波長為λ2(λ2<λ0)的光照射陰極K時，電路中確定有 光電流 圖2C．增加電路中電源電壓，電路中光電流確定增大D．若將電源極性反接，電路中確定沒有光電流產(chǎn)生答案B解析用波長為λ0的光照射陰極K，電路中有光電流，說明入射光的頻率ν＝eq\f(c,λ0)大于金屬的極限頻率，換用波長為λ1的光照射陰極K，由于λ1>λ0，依據(jù)ν＝eq\f(c,λ)可知，波長為λ1的光的頻率不愿定大于金屬的極限頻率，因此不愿定能發(fā)生光電效應現(xiàn)象，A錯誤；同理可以推斷，B正確；光電流的大小與入射光的強度有關，在確定頻率與強度的光照射下，光電流與電壓之間的關系為：開頭時，光電流隨電壓U的增加而增大，當U增大到確定程度時，光電流達到飽和值，這時即使再增大U，在單位時間內(nèi)也不行能有更多的光電子定向移動，光電流也就不會再增加，即飽和光電流是在確定頻率與強度的光照射下的最大光電流，增大電源電壓，若光電流達到飽和值，則光電流也不會增大，C錯誤；將電源極性反接，若光電子的最大初動能大于光電管兩極間電場力做的功，電路中仍有光電流產(chǎn)生，D錯誤．10．2009年諾貝爾物理學獎得主威拉德·博伊爾和喬治·史密斯主要成就是制造了電荷耦合器件(CCD)圖象傳感器．他們的制造利用了愛因斯坦的光電效應原理．如圖3所示電路可爭辯光電效應規(guī)律．圖中標有A和K的為光電管，其中K為陰極，A為陽極．抱負電流計可檢測通過光電管的電流，抱負電壓表用來指示光電管兩端的電壓．現(xiàn)接通電源，用光子能量為10．5eV的 圖3光照射陰極K，電流計中有示數(shù)；若將滑動變阻器的滑片P緩慢向右滑動，電流計的讀數(shù)漸漸減小，當滑至某一位置時電流計