2018年高考物理一轮复习专题13.1光电效应波粒二象性精讲深剖

1、束光照射同一种金属。已知用光束2 照射时，恰能产生光电子。下列说法正确的是专题 13.1 光电效应 波粒二象性1.（ 2017 新课标川 19 ） 19.在光电效应试验中，分别用频率为va,vb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Eka和Ekb。h为普朗克常量。下列说法 正确的是A.右VaVb,则定有Ua UbB.若VaVb,则定有Eka -EkbC. 若Ua:：Ub，则定有EkaEkbD.若VaVb,则定有hVa -EkahVb -Ekb【答案】BC【解析】由爱因斯坦光电效应方程耳=hv-w=hv-w由动能定理可得：所臥当岭 A%

2、时5 沁,样故A错误，B正确；若贝 L 定有瓦 瓦故G正确由光电效应方 程可得：金属的逸出功护二饨-昭二盹-爲“故D错误。【考点定位】光电效应【名师点睛】本题主要考查光电效应。发生光电效应的条件是入射光的频率大于金属的极限频率，光的强 弱只影响单位时间内发出光电子的数目；准备判断光电效应中的最大初动能、频率和遏止电压之间的关系，逸出功由金属本身决定，与光的频率无关。2 . （ 2017 海南，7）（多选）三束单色光1、2 和 3 的波长分别为入1、入2和入3（入1入2入3）。分别用着三束光照射同一种金属。已知用光束2 照射时，恰能产生光电子。下列说法正确的是A. 用光束 1 照射时，不能产生光

3、电子B. 用光束 3 照射时，不能产生光电子C. 用光束 2 照射时，光越强，单位时间内产生的光电子数目越多D. 用光束 2 照射时，光越强，产生的光电子的最大初动能越大【答案】AC【解析】依据波长与频率的关系：因八3，那么2Y 3;由于用光束2照射时，恰能产生光电子，因此用光束 1 照射时，不能产生光电子，而光束 3 照射时，一定能产生光电子，故 A 正 确，B 错误；用光束 2 照射时，光越强，单位时间内产生的光电子数目越多，而由光电效应方程：Ekn=hY-W 可知，光电子的最大初动能与光的强弱无关，故 C 正确，D 错误。3.（ 2017 海南，7）（多选）三束单色光1、2 和 3 的波

4、长分别为入1、入2和入3（入1入2入3）。分别用着三A.用光束 1 照射时，不能产生光电子B. 用光束 3 照射时，不能产生光电子C. 用光束 2 照射时，光越强，单位时间内产生的光电子数目越多D. 用光束 2 照射时，光越强，产生的光电子的最大初动能越大【答案】AC【解析】依 IS 滾长与频率的关系：X 寿，因九拒，那么由于用光束 2 照射时恰能产 生光电子，因此用光束 1照身須衣不能产生光电子，而光束 3 照射时！ 一定能产生光电子，故閱正确，B 错误,用光束 2 照射时，光越强，单位时间内产生的光电子数目越多，而由光电效应方程：也知瓯可 知，光电子的最大初动能与光的强弱无关，故C 正确，

5、D 错误。4.（ 2017 北京，18） 2017 年年初，我国研制的“大连光源”一一极紫外自由电子激光装置，发出了波长在100nm （1nm=1C-9m）附近连续可调的世界上个最强的极紫外激光脉冲，大连光源因其光子的能量大、密度高,可在能源利用、光刻技术、雾霾治理等领域的研究中发挥重要作用。一个处于极紫外波段的光子所具有的能量可以电离一个分子，但又不会把分子打碎。据此判断，能够电离一个分子的能量约为（取普朗克常量h =6.6 104J s，真空光速c=3 108m/s）A.1021JB.10J8JC.10J5JD.10J2J【答案】B【解析】一个处于极紫外波段的光子的能量为：E=hC=2X1

6、0-18J，由题意可知，光子的能量应比电离一个分入子的能量稍大，因此数量级必须相同，故选项B 正确。【考点定位】有关普朗克常量的估算问题。【名师点睛】根据题意可知光子的能量足以电离一个分子，因此该光子的能量应比该分子的电离能大，同时又不能把分子打碎，因此两者能量具有相同的数量级，不能大太多。5.（2017 江苏卷，12C （2）质子（）和a粒子（）被加速到相同动能时，质子的动量 _ （选填“大于”、“小于”或“等于”）a粒子的动量，质子和a粒子的德布罗意波波长之比为 _.【答案】小于 2:1【解析】动量与动能的关系：，又质子的质量小于a粒子的质量所以质子的动量小于a粒子的3【考点定位】物质波动

7、量，且；根据，可得质子和a粒子的德布罗意波波长之比为2:1【名师点睛】考查公式，动量与动能的关系以及物质的波的波长个公式，较容易。(二)考纲解读主题内容要求说明波粒二象性光电效应I爱因斯坦光电效应方程I本讲有两个一级考点，是 2018 年新增必考考点，要格外重视。(三)考点精讲考向一 光电效应的实验规律1.对光电效应的四点提醒(1) 能否发生光电效应，不取决于光的强度而取决于光的频率.(2) 光电效应中的“光”不是特指可见光，也包括不可见光.(3) 逸出功的大小由金属本身决定，与入射光无关.(4) 光电子不是光子，而是电子.2 光电效应的研究思路(1) 两条线索：J拯度 决定若悔杪钟光源发射的

8、光了-数-照射光(频率逡定善毎牛址子的腿域花=加-J福秒种逸出的光电了垃決定着光电流的大小I妣 珥光电了-逸岀后的最尢初动能Ek=2-(2) 两条对应关系：3 .定量分析时应抓住三个关系式(1) 爱因斯坦光电效应方程：Ec=hv W.(2) 最大初动能与遏止电压的关系：Ec=eUC.(3) 逸出功与极限频率的关系：W=hvo.【例 1】(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，有光电流产生下列说法 正确的是()A. 保持入射光的频率不变，入射光的光强变大，饱和光电流变大光强大T光子数目多T发射光电子多光电流大光子频率咼T光子能量大T光电子的最大初动能大5B. 入射光的频率

9、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，始终有光电流产生【答案】AC【解析】在发生光电效应时，饱和光电流犬小由光照强度来决定与频率无关，光照强度越犬饱和光电流 越大，因此 A 正确，B 错误 j 根据岛尸加-齡可知，对于同 F 电管，逸出功晞不变，当频率变高，最 大初动能醞变大因此 E 正确由光电效应规律可知，当频率低于截止频率时无论光照强度多大，都不 会有光电流产生，因此 D 错误.阶梯练习1.（多选）下列对光电效应的理解，正确的是（）A. 金属钠的每个电子可以吸收一个或一个以上的光子，当它积累的动能足够大时，就能逸出金

10、属表面B. 如果入射光子的能量小于金属表面的电子克服原子核的引力而逸出时所需做的最小功，便不能发生光电效应C. 发生光电效应时，入射光越强，光子的能量就越大，光电子的最大初动能就越大D. 由于不同金属的逸出功是不相同的，因此使不同金属产生光电效应，入射光的最低频率也不同【答案】BD【解析】金属内的每个电子吸收一个光子，获取能量，若足够克服金属做功，就能逸出金属，若不够克服金属做功，就不会逸出金属，更不会发生积累.故A 错误。根据光电效应的条件可知，入射光子的能量小于电子脱离某种金属所做功的最小值，不能发生光电效应.故B 正确.光电子的最大初动能与入射光的频率有关，与光的强度无关.故C 错误.不

11、同的金属逸出功不同，截止频率不同，根据光电效应方程可知发生光电效应的入射光的最低频率不同.故D 正确.2. （多选）用如图 3 所示的光电管研究光电效应， 用某种频率的单色光a照射光电管阴极 K,电流计 G 的指针发生偏转.而用另一频率的单色光b照射光电管阴极 K 时，电流计 G 的指针不发生偏转，那么（）A. a光的频率一定大于b光的频率B.只增加a光的强度可使通过电流计 G 的电流增大C.增加 b 光的强度可能使电流计 G 的指针发生偏转D.用a光照射光电管阴极 K 时通过电流计 G 的电流是由d到c【答案】AB【解析】用某种频率的单邑光3媚射光电管阴扱 K,电流计G G的指针发生偏為 知

12、粗光频率大于金属的极限 频率.用另一频率的单鱼光 b 照射光电管阴极 K 时，电流计 G 的扌制不发生偏悅知 b 光的频率小于金属 的极限频率，所以/光的频率一走大于 b 光的频率.故 A 正确.増加鼻光的强度，贝惮位时间内发出的光 电子数目増多，通过电流计的电流増大.故 B 正确*増加 b 光的强度仍然不能发生光电效应，电浇计指 针不偏转.故匚错误.光电子从 K向 A 运动而电流的方向与员电荷定向移动的方向相反，即电溢的方向 向左，所以通过电溢计 G 的电浚是由(:到 d 故 D 错误3如图 4 甲所示为光电管的原理图，当频率为v的可见光照射到阴极 K 上时，电流表中有电流通过.当变阻器的滑

13、片 P 向_ 滑动时(填“左”或“右”)，通过电流表的电流将会减小.(2) 由乙图IU图象可知光电子的最大初动能为 _ .(3) 如果不改变入射光的频率，而减小入射光的强度，则光电子的最大初动能_(填“增加”“减小”或“不变”).【答案】 右(2)2 eV (3)不变【解析】(1)由题图可知光电管两端所加的电压为反向电压，当变阻器的滑动端P向右移动时，反向电压增卞、*光电子到达右端的速度减小，则通过电流表的电流减小.(2)当电溢表电流刚减小到零时，电圧表的读数为 S 根据动能定理得“ fU 二討 b 贝1 光电子的最大初动能 为戈西04 鳩光电效应方程屜二加-知入射光狮率不变，则光电子的最犬初

14、动能不变.考向二 光电效应方程和光电效应图象甲71 三个关系爱因斯坦光电效应方程Ek=hv-W光电子的最大初动能Ek可以利用光电管用实验的方法测得，即Ek=eUC,其中U是遏止电压.（3）光电效应方程中的 W 为逸出功，它与极限频率vc的关系是W= h vc.2 四类图象图象名称图线形状由图线直接（间接）得到的物理量最大初动能云与入射光频率v的关系图线r1极限频率：图线与v轴交点的横坐标vc2逸出功：图线与 云轴交点的纵坐标的值MW=| E| =E3普朗克常量：图线的斜率k=h颜色相同、强度不同的光，光电流与电压的关系0U1遏止电压UC：图线与横轴的交点2饱和光电流Im：电流的最大值3最大初动

15、能：Ekm=eu颜色不冋时，光电流与电压的关系一-截屮1遏止电压UCi、UC22饱和光电流3最大初动冃匕Eki=eUi,E2=eUUa 0U遏止电压U=与入射光频率v的关系图线L41截止频率vc：图线与横轴的交占八、2遏止电压UC：随入射光频率的增大而增大3普朗克常量h：等于图线的斜率 与电子电量的乘积，即h=ke.（注： 此时两极之间接反向电压）【例 2】用如图 5 甲所示的装置研究光电效应现象，当用光子能量为5 eV 的光照射到光电管上时，测得电流计上的示数随电压变化的图象如图乙所示则光电子的最大初动能为_J._J ，金属的逸出功为-2O附【答案】3.2x10一194.8x10 T9【解析

16、】由题團乙可知当该装羞所加的电压为反向电压尊于-2 时，电流表示数为山则光电子的最大 初动能为民 m=2rv 二 3 少炉也儿 根 JS 光电效应方程民 rn=加肮知，J=3eV=4.8xlO-J.【例 3】(2016 江苏单科 12C)(1)贝可勒尔在120 年前首先发现了天然放射现象，如今原子核的放射性在众多领域中有着广泛应用下列属于放射性衰变的是 _A.1；N+-1e2351139951B.92U+onT53I+39丫+2onC.1H+；He+OnD.4He+13AIT15P+On已知光速为c,普朗克常数为h,则频率为v的光子的动量为 _ ,用该频率的光垂直照射平面镜，光被镜面全部垂直反

17、射回去，则光子在反射前后动量改变量的大小为_(3)几种金属的逸出功W见下表：金属钨钙钠钾铷Wx1019J)7.265.123.663.603.41用一束可见光照射上述金属的表面，请通过计算说明哪些能发生光电效应.已知该可见光的波长范围为4.0 x10 7.6x10 t m,普朗克常数h= 6.63x10一34Js.hv2hv【答案】(1)A (2)(3)钠、钾、铷能发生光电效应.c c9【解析】（皿属于卩衰变，B属于裂变，C是聚变，D是原子核的人工转变故选A项.（2犹子的动重P-选光被镜面反射回去的方向为正方向，则円=罗hvhv动量的变化量APPPI- pi二警”V子的能量 4 竽取；1= 4

18、_010_1m,则=5 Oxlfl iPj根1EQ肌判断，钠、钾、钿能发生光电效应.阶梯练习4 在光电效应实验中，飞飞同学用同一光电管在不同实验条件下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线（甲光、乙光、丙光），如图 6 所示则可判断出（）g g ov/v图 6A. 甲光的频率大于乙光的频率B. 乙光的波长大于丙光的波长C. 乙光对应的截止频率大于丙光的截止频率D. 甲光对应的光电子最大初动能大于丙光对应的光电子最大初动能【答案】B【解析】由于是同一光电管，因而不论对哪种光，极限频率和金属的逸出功都相同，对于甲、乙两种光，反向遏止电压相同，因而频率相同，A 错误；丙光对应的反向遏止电压较大，因而丙

19、光的频率较高，波长较短，对应的光电子的最大初动能较大，故C、D 均错，B 正确.5.（多选）如图 7 所示是用光照射某种金属时逸出的光电子的最大初动能随入射光频率的变化图线（直线与横轴的交点坐标为 4.27，与纵轴交点坐标为 0.5）.由图可知（）4.0 4.5 5.0 5 矗 6.0 6.5 ?L0r/(x If11Hz)A. 该金属的截止频率为 4.27X1014HzB. 该金属的截止频率为 5.5X1014HzC. 该图线的斜率表示普朗克常量D. 该金属的逸出功为 0.5 eV【答案】AC【解析】團线在横轴上的截距为截止频率，A 正确，B 错误；由光电效应方程区二加- 可知團线的斜x i

20、l_?7X1 fji+率为普朗克常量，E 正确金属的逸出功为：肮=血=皿:总;:加应,D 错误.6如图 8 甲所示是研究光电效应规律的光电管用波长入=0.50 卩 m 的绿光照射阴极 K 实验测得流过？表的电流I与 AK 之间的电势差UAK满足如图乙所示规律，取h= 6.63X1034J s.结合图象，求：(结果保 留两位有效数字)图 8(1) 每秒钟阴极发射的光电子数和光电子飞出阴极K 时的最大动能.(2) 该阴极材料的极限波长.12一20【答案】(1)4.0X10 个 9.6X10 J (2)0.66 卩 m【解析】(1)光电流达到饱和时，阴极发射的光电子全部到达阳极A,阴极每秒钟发射的光

21、电子的个数光电子的最大初动能为：1920Em=eUC=1.6X10CX0.6 V=9.6X10 J.(2)设该阴极材料的极限波长为 入c，根据爱因斯坦光电效应方程：Em=，代入数据得 入c- 0.66 卩 m.考向三 光的波粒二象性和物质波11光既有波动性，又有粒子性，两者不是孤立的，而是有机的统一体，其表现规律为:图 9 所示的是该实验装置的简化图，下列说法不正确的是( )(1) 从数量上看：个别光子的作用效果往往表现为粒子性；大量光子的作用效果往往表现为波动性.(2) 从频率上看：频率越低波动性越显著，越容易看到光的干涉和衍射现象：频率越高粒子性越显著，贯穿本领越强，越不容易看到光的干涉和

22、衍射现象.(3) 从传播与作用上看：光在传播过程中往往表现出波动性；在与物质发生作用时往往表现为粒子性.波动性与粒子性的统一：由光子的能量E=hv、光子的动量表达式也可以看出，光的波动性和粒入子性并不矛盾：表示粒子性的能量和动量的计算式中都含有表示波的特征的物理量 频率v和波长入.(5)理解光的波粒二象性时不可把光当成宏观概念中的波，也不可把光当成宏观概念中的粒子.【例 4】(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.3射线在云室中穿过会留下清晰的径迹B. 人们利用慢中子衍射来研究晶体的结构C. 人们利用电子显微镜观测物质的微观结构D. 光电效应实验中，光电子的最

23、大初动能与入射光的频率有关，与入射光的强度无关【答案】BC【解析】P射线在云室中穿过会留下清晰的径迹，可以说明0射芝疑一种粒子故A错误$人们利用慢中 子衍射来研究晶体的结构，中子衍射说明中子是一种忍故E正确J人们利用电子显微镜观测物质的徴观 结构，利用了电子束的衍射现象，说明电子束是一种波，故C正翻光电效应实验中，光电子的最大初动 能与入射光的频率有关，与入射光的强度无关，说明光是一种粒子，故D错误.阶梯练习7 下列各组现象能说明光具有波粒二象性的是()A. 光的色散和光的干涉B. 光的干涉和光的衍射C. 泊松亮斑和光电效应D. 光的反射和光电效应【答案】C【解析】光的色散、干涉或衍射现象说明

24、光具有波动性，光电效应现象说明光又具有粒子性泊松亮斑是由于光的衍射形成的，说明光具有波动性。8.1927 年戴维孙和汤姆孙分别完成了电子衍射实验，该实验是荣获诺贝尔奖的重大近代物理实验之一如13A. 亮条纹是电子到达概率大的地方B. 该实验说明物质波理论是正确的C. 该实验再次说明光子具有波动性D.该实验说明实物粒子具有波动性【答案】C【解析】由题意可知，亮条纹是电子到达概率大的地方，暗条纹是粒子到达的擬率小，故 A 正确；电子是 实物粒壬能发生衍射现象该实脸说明物质波理论是正确的，不能说明光子的波动性，故眈正确C 错 误；本題选择错误的，故选：G9.（多选）（2015江苏物理 12C（1）波

25、粒二象性是微观世界的基本特征，以下说法正确的有（）A. 光电效应现象揭示了光的粒子性B. 热中子束射到晶体上产生衍射图样说明中子具有波动性C. 黑体辐射的实验规律可用光的波动性解释D. 动能相等的质子和电子，它们的德布罗意波长也相等【答案】AB【解析】光电效应说明光具有粒子性，A 正确衍射是波的特点，说明中子具有波动性，B 正确黑体辐射的实验规律说明光具有粒子性，C 错误.动能相等的质子和电子，二者质量不同，德布罗意波长不相等，D错误.图 9(四)知识还原第 2 讲光电效应波粒二象性基础知识一、 普朗克能量子假说黑体与黑体辐射1.黑体与黑体辐射(1) 黑体：如果某种物质能够完全吸收入射的各种波

26、长的电磁波而不发生反射，这种物体就是绝对黑体.(2) 黑体辐射：辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关_2 普朗克能量子假说当带电微粒辐射或吸收能量时，是以最小能量值为单位一份一份地辐射或吸收的，这个最小能量值叫做能量子. =hV.二、 光电效应及其规律1 .光电效应现象在光的照射下，金属中的电子丛表面逸出的现象，发射出来的电子叫光电子._2 .光电效应的产生条件入射光的频率大于等于金属的极限频率.3.光电效应规律(1) 每种金属都有一个极限频率，入射光的频率必须大于等于这个极限频率才能产生光电效应.(2) 光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光频率的增大而增大. _(3)

27、光电效应的发生几乎是瞬时的，一般不超过109s.(4) 当入射光的频率大于等于极限频率时，饱和光电流的大小与入射光的强度成正比. _4 .爱因斯坦光电效应方程(1)光子说：光的能量不是连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光子，光子的能量=hv.逸出功W:电子从金属中逸出所需做功的最小值.(3) 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) 光电效应方程1表达式：hv=E+W或E=hvW2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15W,剩下的表现为逸出后电子的最大初动能.三、光的波粒二象性物质波1 .光的波粒二象性波动性：光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有波动T_(2) 粒子性：光电效应、康普顿效应说明光具有粒子性_(3)