2023版高三一轮总复习物理（新教材新高考）第15章第1节光电效应波粒二象性

1、 高考备考指南命题分析核心素养1高考命题以选择题为主。命题热点为光电效应规律、原子跃迁、原子核的衰变规律、核反应方程及核能的计算。2高考命题由过去的相对简单的单一知识点考查向综合性小题过渡，主要考查学生对基本概念的掌握。物理观念：光电效应、氢原子光谱、原子跃迁、核能、质能方程。科学思维：光电管、核能的计算方法。科学探究：探究光电效应的规律、粒子散射实验。科学态度与责任：光谱分析、射线的应用、核电站。光电效应波粒二象性一、光电效应1光电效应现象(1)定义：在光的照射下金属中的电子从表面逸出的现象，叫作光电效应，发射出来的电子叫作光电子。(2)几个名词解释遏止电压：使光电流减小到0的反向电压，用U

2、c表示。截止频率：能使某种金属发生光电效应的最小频率叫作该种金属的截止频率(又叫极限频率)，用c表示，不同的金属对应着不同的截止频率。最大初动能：发生光电效应时，金属表面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。2光电效应规律(1)每种金属都有一个截止频率，入射光的频率低于截止频率时不发生光电效应。(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)只要入射光的频率大于金属的截止频率，照到金属表面时，光电子的发射几乎是瞬时的，一般不超过109 s，与光的强度无关。(4)当入射光的频率大于金属的截止频率时，饱和光电流的强度与入射光的强度成正比。二、爱因

3、斯坦光电效应方程1光子说：在空间传播的光不是连续的，而是一份一份的，每一份叫作一个光子，光子的能量h。2逸出功W0：电子从金属中逸出所需做功的最小值。3爱因斯坦光电效应方程(1)表达式：hEkW0或EkhW0。(2)物理意义：金属表面的电子吸收一个光子获得的能量是h，这些能量的一部分用来克服金属的逸出功W0，剩下的表现为逸出后电子的最大初动能。三、光的波粒二象性与物质波1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。2物质波(1)概率波：光的干涉现象是大量光子的运动遵守波动规律的表现，亮条纹

4、是光子到达概率大的地方，暗条纹是光子到达概率小的地方，因此光波又叫概率波。(2)物质波：任何一个运动着的物体，小到微观粒子，大到宏观物体，都有一种波与它对应，其波长eq f(h,p)，p为运动物体的动量，h为普朗克常量。一、易错易误辨析(正确的打“”，错误的打“”)(1)要想在光电效应实验中测到光电流，入射光子的能量必须大于金属的逸出功。()(2)光子和光电子都是实物粒子。()(3)只要入射光的强度足够强，就可以使金属发生光电效应。()(4)光的频率越高，光的粒子性越明显，但仍具有波动性。()(5)光电子的最大初动能与入射光子的频率成正比。()二、教材习题衍生1(鲁科版选择性必修第三册P137

5、T2改编)(多选)关于物质的波粒二象性，下列说法正确的是()A不仅光子具有波粒二象性，一切运动的微粒都具有波粒二象性B运动的微观粒子与光子一样，当它们通过一个小孔时，都没有特定的运动轨道C波动性和粒子性在宏观现象中是矛盾的、对立的，但在微观高速运动的现象中是统一的D实物粒子的运动有特定的轨道，所以实物粒子不具有波粒二象性ABC德布罗意在爱因斯坦光子说的基础上提出物质波的概念，认为一切运动的物体都具有波粒二象性，故A正确、D错误；运动的微观粒子与光子一样，当它们通过一个小孔时，没有特定的运动轨道，故B正确；波动性和粒子性，在宏观现象中是矛盾的、对立的，但在微观高速运动的现象中是统一的，故C正确。

6、故选ABC。2(人教版选择性必修第三册P98T7改编)光电管的原理图如图所示，已知当有波长为0的光照到阴极K上时，电路中有光电流，则()A若减小入射光强度，电路中可能没有光电流B若增加电路中电源电压，电路中光电流可能先增大后不变C若将电源极性反接，电路中一定没有光电流产生D若换用波长为1(10)的光照射阴极K，电路中一定没有光电流答案B3(鲁科版选择性必修第三册P133T4改编)(多选)对于钠和钙两种金属，其遏止电压Uc与入射光频率的关系如图所示。用h、e分别表示普朗克常量和电子电荷量。下列说法正确的是()A钠的逸出功小于钙的逸出功B图中直线的斜率为eq f(h,e)C在得到这两条直线时，必须

7、保证入射光的光强相同D若这两种金属产生的光电子具有相同的最大初动能，则照射到钠的光频率较高AB根据UceEkhW0，即Uceq f(h,e)eq f(W0,e)，再由图像可知，钠的逸出功小于钙的逸出功，故A正确；图中直线的斜率为eq f(h,e)，故B正确；在得到这两条直线时，入射光的强度不必相同，故C错误；由图像可知，若这两种金属产生的光电子具有相同的最大初动能，则照射到钠的光频率较低，故D错误。 光电效应规律1与光电效应有关的五组概念对比(1)光子与光电子：光子不带电；光电子是光电效应发生时发射出来的电子，其本质是电子。(2)光电子的初动能与光电子的最大初动能：光电子的初动能小于等于光电子

8、的最大初动能。(3)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：入射光强度是指单位时间内照射到单位面积上的总能量，与光子的能量和单位时间内光子的数目有关。(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。2两条线索3两条对应关系(1)(频率相同)光照强度大光子数目多发射光电子多光电流大；(2)光子频率高光子能量大光电子的最大初动能大。4三个关系式(1)爱因斯坦光电效应方程：EkhW0。

9、(2)最大初动能与遏止电压的关系：EkeUc。(3)逸出功与极限频率的关系W0hc。题组突破1(光电效应现象的理解)(多选)(2021滨州模拟)如图所示为研究光电效应的实验装置，接线柱O固定在滑动变阻器电阻丝ab的中点，初始时，滑动触头P位于滑动变阻器的中点位置。现用一束单色光照射光电管阴极，电流表有示数。下列说法正确的是()A滑动触头P向b端移动，电流表示数可能先变大后不变B滑动触头P向a端移动，电流表示数不变C若滑动触头P不动，仅增大入射光的强度，电流表的示数变大D若滑动触头P不动，仅增大入射光的强度，电流表的示数不变AC滑动触头P向b端移动时，光电管所加电压为正向电压且逐渐变大，则光电流

10、逐渐变大，当达到饱和光电流时保持不变，则电流表示数先变大后不变，选项A正确；滑动触头P向a端移动，光电管所加的是反向电压且逐渐变大，则光电流逐渐减小，即电流表示数逐渐减小，选项B错误；若滑动触头P不动，仅增大入射光的强度，则单位时间逸出的光电子数增加，则光电流变大，即电流表的示数变大，选项C正确、D错误。2(光电效应方程的应用)(20218省市模考江苏)我国中微子探测实验利用光电管把光信号转换为电信号。如图所示，A和K分别是光电管的阳极和阴极，加在A、K之间的电压为U。现用发光功率为P的激光器发出频率为的光全部照射在K上，回路中形成电流。已知阴极K材料的逸出功为W0，普朗克常量为h，电子电荷量

11、为e。(1)求光电子到达A时的最大动能Ekm。(2)若每入射N个光子会产生1个光电子，所有的光电子都能到达A，求回路的电流I。解析(1)根据光电效应方程可知hW0Ek0逸出的电子在电场中加速向A运动，根据动能定理有eUEkmEk0联立解得EkmeUhW0。(2)设每秒钟到达K极的光子数量为n，则nhP设每秒钟逸出电子个数为a个，则aeq f(n,N)回路的电流Ieq f(q,t)ae联立得Ieq f(Pe,Nh)。答案(1)UehW0(2)eq f(Pe,Nh) 光电效应图像图像名称图线形状由图线直接(间接)得到的物理量最大初动能Ek与入射光频率的关系图线极限频率：图线与轴交点的横坐标c逸出功

12、：图线与Ek轴交点的纵坐标的值W0|E|E普朗克常量：图线的斜率kh颜色相同、强度不同的光，光电流与电压的关系遏止电压Uc：图线与横轴的交点饱和光电流Im：电流的最大值最大初动能：EkmeUc颜色不同时，光电流与电压的关系遏止电压Uc1、Uc2饱和光电流最大初动能Ek1eUc1，Ek2eUc2遏止电压Uc与入射光频率的关系图线截止频率c：图线与横轴的交点遏止电压Uc：随入射光频率的增大而增大普朗克常量h：等于图线的斜率与电子电荷量的乘积，即hke(注：此时两极之间接反向电压)典例(2021山东临沂模拟)图甲所示是研究光电效应的电路图(电源的正负极可对调)，图乙所示是光电流与电压的关系。根据图甲

13、和图乙中提供的信息，下列说法正确的是()甲乙A在光照条件不变的情况下，随着所加电压的增大，光电流趋于一个饱和值B在光的颜色不变的情况下，入射光越强，饱和电流越小C蓝光比黄光的饱和电流大D对一定颜色(频率)的光，光越强，遏止电压越高A随着所加电压的增大，电流增大，当达到饱和电流后，再增加电压时电流也不会增加，趋于一个饱和值，故A正确；由题图乙可知在光的颜色不变的情况下，入射光越强，饱和电流越大，故B错误；由题图乙可知蓝光的饱和光电流不一定比黄光大，故C错误；根据光电效应方程EkmhW0以及EkmeUc可得，遏止电压随入射光的频率增大而增大，与入射光的强度无关，即光的频率不变，遏止电压不变，故D错

14、误。光电效应中有关图像问题的解题方法(1)明确图像中纵坐标和横坐标所表示的物理量。(2)明确图像所表示的物理意义及所对应的函数关系，同时还要知道截距、交点等特殊点的物理意义。跟进训练1在研究甲、乙两种金属发生光电效应现象的实验中，光电子的最大初动能Ek与入射光频率的关系如图所示，则下列说法正确的是()A两条图线与横轴的夹角和一定不相等B若增大入射光频率，则所需的遏止电压Uc将增大C某一频率的光可以使乙金属发生光电效应，则不一定能使甲金属发生光电效应D若不改变入射光频率，而增加入射光的强度，则光电子的最大初动能Ek将增大B根据爱因斯坦光电效应方程EkhW0可知，Ek图线的斜率kh，所以两条图线的

15、斜率一定相等，两条图线与横轴的夹角和一定相等，A项错误；由EkhW0可知，若增大入射光的频率，则产生的光电子的最大初动能增大，由eUcEk可知，所需的遏止电压Uc将增大，B项正确；Ek图线与横轴的截距等于金属的逸出功W0与普朗克常量h的比值(截止频率)，由图像可知甲的截止频率较小，因此某一频率的光可以使乙金属发生光电效应，则一定能使甲金属发生光电效应，C项错误；根据光电效应规律，若不改变入射光频率，只增加入射光的强度，则光电子的最大初动能不变，D项错误。2(2020重庆市5月调研)在某次光电效应实验中，得到了入射光频率与遏止电压Uc的关系如图所示。该直线的斜率为k，电子电荷量为e，则下列说法正

16、确的是()A实验所用金属材料的逸出功可表示为eq f(be,k)B普朗克常量可表示为keC若换另外一种金属实验，则k会发生变化D若换另外一种金属实验，则b不会发生变化A由光电效应方程EkhW0，结合EkeUc可得入射光频率与遏止电压Uc的关系是eq f(W0,h)eq f(eUc,h)，式中W0为金属的逸出功，纵截距beq f(W0,h)，而斜率keq f(e,h)，则W0hbeq f(eb,k)，A项正确；普朗克常量可表示为heq f(e,k)，B项错误；若换另外一种金属实验，斜率k不变，C项错误；不同金属的逸出功不同，D项错误。 光的波粒二象性物质波1对光的波粒二象性的理解(1)麦克斯韦的

17、电磁理论揭示了光是一种电磁波；光电效应和康普顿效应反映了光的粒子性。(2)理解光的波粒二象性时，不可把光当成宏观概念中的粒子、也不可把光当成微观概念中的波。光的波动性与粒子性的统一遵从如下关系：光子的能量Eh，光子的动量peq f(h,)。从频率上看：频率越低，则波动性越显著，越容易看到光的干涉和明显的衍射现象；频率越高，则粒子性越显著，贯穿本领越强，越不容易看到光的干涉和明显的衍射现象。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粒子的波动性德布罗意提出物质波的观念被实验证实，表明电子、质子、原子等粒子不但具有粒子的性质，而且具有波动的性质。运动的粒

18、子都与一个对应的波相联系。粒子的能量E和动量p跟它所对应的波的频率和波长之间遵从如下关系：eq f(E,h)，eq f(h,p)。题组突破1(物质波)(2021浙江6月选考)已知普朗克常量h6.631034 Js，电子的质量为9.111031 kg。一个电子和一滴直径约为4 m的油滴具有相同动能，A108 B106 C108C利用Ekeq f(1,2)mv2和pmv，得到peq r(2mEk)，由于德布罗意波长的公式为eq f(h,p)，则eq f(电子,油滴)eq f(p油滴,p电子)eq f(r(2m油滴Ek油滴),r(2m电子Ek电子)，由于两者的动能相等，且m油滴eq f(4,3)eq blc(rc)(avs4alco1(f(D,2)eq sup12(3)，则eq f(电子,油滴)eq f(r(m油滴)