2020届高考物理总复习讲义：光电效应波粒二象性

1、第十二章原子物理学全国卷 5 年考情分析（说明：20142016 年，本章内容以选考题目出现）基础考点常考考点（20142018 考情统计）命题概率常考角度氢原子光谱（I）氢原子的能级结构、能级公式（I）放射性同位素（I）裂变反应和聚变反应、裂变反应堆（I）射线的危害和防护（I）以上 5 个考点未曾独立命 题光电效应（I）18n卷7（6 分）17 川卷 T 佃（6 分）16I卷 T35（1）（5 分）独立命题概率 60%（1）光电效应现象 与光电效应方程的应用（2）原子核式结构（3）氢原子光谱规 律、能级跃迁（4）核衰变与核反 应方程（5）核能与爱因斯 坦质能方程爱因斯坦光电效应方程（I）15

2、I卷 T35（1）（5 分）15n卷 T35（1）（5 分）独立命题概率 40%原子核的组成、放 射性、原子核的衰 变、半衰期（I）17n卷 T15（6 分）14I卷 T35（1）（6 分）14n卷 T35（1）（5 分）独立命题概率 60%核力、核反应方程（I）18 川卷 T14（6 分）16n卷 T35（1）（5 分）独立命题概率 40%结合能、质量亏损（I）17I卷 T17（6 分）独立命题概率 30%第 1 节光电效应波粒二象性住解透槪念公式-定理、光电效应1.光电效应现象： 在光的照射下金属中的电子从金属表面逸出的现象注 1 ,称为光 电效应，发射岀来的电子称为光电子。2.光电效应的

3、四个规律（1）每种金属都有一个极限频率。(2) 光照射到金属表面时，光电子的发射几乎是瞬时的。光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光的频率增大而增大。光电流的强度与入射光的强度成正比。注 23.遏止电压与截止频率(1) 遏止电压：使光电流减小到零的反向电压Uc。(2) 截止频率：能使某种金属发生光电效应的最小频率叫做该种金属的截止频率( (又叫极限频率) )。不同的金属对应着不同的极限频率。二、爱因斯坦光电效应方程1. 光子说在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光的能量子，简称光 子，光子的能量s=hv其中 h= 6.63x103434Jsoso (称为普朗克常量

4、) )2. 逸出功 Wo使电子脱离某种金属所做功的最小 注 33. 最大初动能发生光电效应时，金属表面上的电子吸收光子后克服原子核的引力逸出时所具有的动 能的最大值。4. 爱因斯坦光电效应方程(1)表达式：Ek=hvWo物理意义：金属表面的电子吸收一个光子获得的能量是hv,这些能量的一部分用来克服金属的逸出功 Wo,剩下的表现为逸出后光电子的最大初动能Ek=；mev2 2。三、光的波粒二象性1.光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有波动性。2.光电效应说明光具有粒子性。3 光既具有波动性，又具有粒子性，称为光的波粒二象性。【注解释疑】注 1光电效应现象可认为是光子把原子最外层的电子撞了出来，是一对

5、一的关系，而且是瞬时的。注 2光照强度决定着每秒钟光源发射的光子数，频率决定着每个光子的能量。注 3金属越活跃，逸出功越小，越容易发生光电效应。深化理解1 每种金属都有一个极限频率，入射光的频率不低于这个极限频率才能使金属产生光 电效应。2.当入射光的频率大于极限频率时，饱和光电流的强度与入射光的强度成正比。3谒止电压 Uc与入射光频率v逸出功 Wo间的关系式：Uc=hv-Woe e4.截止频率v与逸出功 Wo的关系：hvWo= 0,据此求出截止频率vo基础自测一、判断题（1）光子和光电子都是实物粒子。（X）（2）只要入射光的强度足够强，就可以使金属发生光电效应。（X）（3）要想在光电效应实验

6、中测到光电流，入射光子的能量必须大于金属的逸出功。（V）（4）光电子的最大初动能与入射光子的频率成正比。（X）（5）光的频率越高， 光的粒子性越明显， 但仍具有波动性。（V）（6）德国物理学家普朗克提出了量子假说，成功地解释了光电效应规律。（X）（7）美国物理学家康普顿发现了康普顿效应，证实了光的粒子性。（V）二、选择题1.人教版选修 3 5 P30演示实验改编（多选）如图所示，用导线把验电器与锌板相连接，当用紫外线照射锌板时，发生的现象是（）A 有光子从锌板逸出B.有电子从锌板逸出C 验电器指针张开一个角度D .锌板带负电答案：BC2 在光电效应实验中，用波长为正确的是（）入的光照射光电管阴

7、极，发生了光电效应，下列说法A .仅增大入射光的强度，光电流大小不变B.仅减小入射光的强度，光电效应现象可能消失C 改用波长大于 入的光照射，光电子的最大初动能变大D 改用波长大于 入的光照射，可能不发生光电效应解析：选 D 当发生光电效应时，增大入射光的强度，则光电流会增大，故A 错误；入射光的频率不低于金属的极限频率，就会发生光电效应，与入射光的强度无关，故B 错误；在光电效应中，根据光电效应方程知，Ekm=hC W0，改用波长大于 入的光照射，光电入子的最大初动能变小，或者可能不发生光电效应，故C 错误，D 正确。研究好题型*考法”技巧 _/ 重难理清能力大増）高考对本节内容的考查，主要

8、集中在对光电效应的理解、爱因斯坦的光电效应方程及应用、 对波粒二象性的理解，通常以选择题的形式呈现，对这些内容主要靠在理解的基础上进行识记，所以题目难度一般都不大。考点一 对光电效应的理解基础自修类题点全练A 若增加电路中电源电压，电路中光电流一定增大B.若将电源极性反接，电路中一定没有光电流产生C 若换用波长为 入（心乃）的光照射阴极 K 时，电路中一定没有光电流D .若换用波长为 加（X 乃）的光照射阴极 K 时，电路中一定有光电流解析：选 D 光电流的强度与入射光的强度有关，当光越强时，光电子数目会增多，初始时电压增加光电流可能会增加，当达到饱和光电流后，再增大电压，光电流不会增大， 故

9、 A 错误；将电路中电源的极性反接，电子受到电场阻力，到达A 极的数目会减小，则电路中电流会减小，甚至没有电流，故B 错误；波长为 入（九乃）的光的频率有可能大于极限频率，电路中可能有光电流，故C 错误；波长为 妊脸 v?o）的光的频率一定大于极限频率，电路中一定有光电流，故 D 正确。2.光电效应现象的理解（多选）现用某一光电管进行光电效应实验，当用某一频率的光入射时，有光电流产生。F 列说法正确的是（）A 保持入射光的频率不变，入射光的光强变大，饱和光电流变大B.入射光的频率变高，饱和光电流变大C 入射光的频率变高，光电子的最大初动能变大D 保持入射光的光强不变，不断减小入射光的频率，始终

10、有光电流产生解析：选 AC 根据光电效应实验得出的结论：保持入射光的频率不变，入射光的光强 变大，饱和光电流变大，故 A 正确，B 错误；根据爱因斯坦光电效应方程得：入射光的频 率变高，光电子的最大初动能变大，故C 正确；遏止电压的大小与入射光的频率有关，与入射光的光强无关，保持入射光的光强不变，若低于截止频率，则没有光电流产生，故D错误。名师微点1 与光电效应有关的五组概念对比1.光电效应的产生条件如图所示是光电管的原理图，已知当有波长为 电路中有光电流，则（）A）的光照到阴极K上时，上L11一 +白就电源一(1) 光子与光电子：光子指光在空间传播时的每一份能量，光子不带电；光电子是金属 表

11、面受到光照射时发射出来的电子，其本质是电子。光子是因，光电子是果。(2) 光电子的动能与光电子的最大初动能：只有金属表面的电子直接向外飞出时，只需 克服原子核的引力做功的情况，才具有最大初动能。光电流和饱和光电流：金属板飞出的光电子到达阳极，回路中便产生光电流，随着 所加正向电压的增大，光电流趋于一个饱和值，这个饱和值是饱和光电流，在一定的光照 条件下，饱和光电流与所加电压大小无关。(4) 入射光强度与光子能量：入射光强度指单位时间内照射到金属表面单位面积上的总 能量。(5) 光的强度与饱和光电流：频率相同的光照射金属产生光电效应，入射光越强，饱和 光电流越大，但不是简单的正比关系。2.光电效

12、应的研究思路(1) 两条线索：j强攬决定着帶秒讲比源发射的扯子数-廉射光(颗率决宦看母个朮子的能碓E二方 -每秒钟逸止的光电子數抉定善光电瞬的大小光电子 J 光电子逸出后的帘人初动能寸册沖 -1(2) 两条对应关系：入射光强度大T光子数目多T发射光电子多T光电流大；光子频率高T光子能量大T光电子的最大初动能大。考点二 爱因斯坦的光电效应方程及应用师生共研类1.三个关系(1)爱因斯坦光电效应方程Ek= hvWo。光电子的最大初动能 Ek可以利用光电管实验的方法测得，即 Ek= eUc,其中 Uc是遏止电压。解析设单色光的最低频率为v,由爱因斯坦光电效应方程得Ek= hv-W,0= hvW,逸出功

13、 Wo与极限频率v的关系是 Wo= hv。2.四类图像图像名称图线形状读取信息截止频率（极限频率）：横轴截距最大初动能 Ek与入 射光频率V的关系逸出功：纵轴截距的绝对值W0= |图线0-E| = E普朗克常量：图线的斜率k= h谒止电压截止频率V：横轴截距Uc与入射* z遏止电压 Uc：随入射光频率的增大而增大光频率V的/ 一O- v普朗克常量 h：等于图线的斜率与关系图线电子电何量的乘积，即h ke遏止电压 Uc：横轴截距颜色相同、强度不I祝费冋的光，光电流与JL litJ饱和光电流 Im:电流的最大值电压的关系0最大初动冃匕：Ekm eUc遏止电压Uc1、Uc2颜色不冋时，光电流与电压的

14、关系黄光饱和光电流岛血0U最大初动能 Ek1 eUd, Ek2 eUc2典例（2018 全国卷n）用波长为 300 nm 的光照射锌板，电子逸出锌板表面的最大初动能为 1.28X101919J。已知普朗克常量为 6.63X103434Js,真空中的光速为 3.00 x108 8m1 1。能使锌产生光电效应的单色光的最低频率约为（）1414A.1X10 HzB.8X10Hz1515C.2X10 HzD.8X10Hz又v=C，整理得v=C_E?，代入数据解得8xlOHz。人人 h答案B延伸思考(1) 求金属锌的逸出功 Wo。(2) 求用波长为 300 nm 光照射锌板时的遏止电压Uc。提示：( (

15、1)逸出功 Wo= hvEk= 5.35x10 j。Ek遏止电压 Uc= e = 0.80V。易错提醒应用光电效应方程时的注意事项(1) 每种金属都有一个截止频率， 入射光频率不低于这个截止频率时才能发生光电效应。c(2) 截止频率对应着光的极限波长和金属的逸出功，即hv=h-= W。/c应用光电效应方程Ek= hvW0时，注意能量单位电子伏和焦耳的换算( (1 eV =1.6x101919J)。题点全练1.光电效应方程的应用(多选)(2017 全国卷川)在光电效应实验中，分别用频率为v、v的单色光 a、b 照射到同种金属上，测得相应的遏止电压分别为 Ua和 Ub、光电子的最大初动能分别为 E

16、ka和 Ekb。 h 为普朗克常量。下列说法正确的是( ( ) )A 若vv,则定有UaVUbB.若vv,则定有Eka EkbC 若 UaUb，则-定有Ekav,则定有hvEkahvbEkb解析：选 BC 设该金属的逸出功为 W,根据爱因斯坦光电效应方程有Ek= hvW,同种金属的 W 不变，则逸出光电子的最大初动能随v的增大而增大，B 项正确；又 Ek= eU,则最大初动能与遏止电压成正比，C 项正确；根据上述有 eU = hvW，遏止电压 U 随v增大而增大，A 项错误；又有 hvEk= W, W 相同，则 D 项错误。2.光电效应的Ek-v图像用如图甲所示的装置研究光电效应现象。闭合开关

17、 S,用频率为v的光照射光电管时发生了光电效应。图乙是该光电管发生光电效应时光电子的最大初动能Ek与入射光频率v的关系图像，图线与横轴的交点坐标为（a,0），与纵轴的交点坐标为（0, b）。下列说法正确的是（）（）A .普朗克常量为 h= bB断开开关 S 后，电流表 G 的示数不为零C 仅增加照射光的强度，光电子的最大初动能将增大D .保持照射光强度不变，仅提高照射光频率，电流表解析：选 B 由 Ek= hvWo,可知图线的斜率为普朗克常量，即h= ，故 A 错误;a断开开关 S 后，仍有光电子产生，所以电流表G 的示数不为零，故 B 正确；只有增大入射光的频率，才能增大光电子的最大初动能，

18、与光的强度无关，故C 错误；保持照射光强度不变，仅提高照射光频率，单个光子的能量增大，而光的强度不变，那么光子数一定减少， 发出的光电子数也减少，电流表G 的示数要减小，故 D 错误。3.光电效应的I-U图像（多选）用甲、乙两种单色光照射同一金属做光电效应实验，发现光 电流与电压的关系如图所示。已知普朗克常量为h,被照射金属的逸出功为 Wo,遏止电压为 Uc,电子的电荷量为 e。下列说法正确的是（A 甲光的强度大于乙光的强度B.甲光的频率大于乙光的频率G 的示数保持不变)C .甲光照射时产生的光电子初动能均为eUcWo+ eUcD.乙光的频率为一 h -解析：选 AD 根据光的强度越强，则光电

19、子数目越多，对应的光电流越大，即可判定 甲光的强度较大，选项 A 正确；由光电效应方程 mv2 2=hvW0, 2mv2 2= Uce，结合题图可 知，甲、乙的遏止电压相同，故甲、乙的频率相同，选项B 错误；甲光照射时产生的光电子的最大初动能为 eUc,选项 C 错误；根据 1mv2 2= hvW0= U,可得v=卩怡：如0,选项 D 正确。考点三 对波粒二象性的理解基础自修类题点全练1.波粒二象性的理解（多选）实物粒子和光都具有波粒二象性。下列事实中突出体现波动性的是（）A 电子束通过双缝实验装置后可以形成干涉图样B.B射线在云室中穿过会留下清晰的径迹C 人们利用慢中子衍射来研究晶体的结构D 人们利用电子显微镜观测物质的微观结构解析：选 ACD 干涉和衍射体现的是波动性，A、C 正确；B射线在云室中留下清晰的径迹，体现的是粒子性，不