新课标2023版高考物理一轮总复习第十五章原子物理第1讲光电效应波粒二象性课件

第十五章

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原子物理第1讲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____从表面逸出的现象，发射出来的电子叫______。(2)产生条件：入射光的频率____________金属的极限频率。2．光电效应的三条规律(1)每种金属都有一个______频率，入射光的频率必须___________这个极限频率才能产生光电效应。电子光电子大于或等于极限大于或等于(2)光电子的最大初动能与入射光的______无关，只随入射光频率的增大而_____。(3)光电效应的发生几乎是______的，一般不超过10－9s。二、爱因斯坦的光电效应理论1．光子说(1)在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫作一个光子，光子的能量ε＝_____。(2)普朗克常量：h＝6.63×10－34J·s。2．爱因斯坦光电效应方程(1)表达式：Ek＝hν－____。强度增大瞬时hνW0电子波动粒子波粒二象大小微点判断

(1)光子和光电子都是实物粒子。

()(2)只要入射光的强度足够强，就可以使金属发生光电效应。

()(3)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。()(4)光电子的最大初动能与入射光子的频率成正比。

()(5)光的频率越高，光的粒子性越明显，但仍具有波动性。

()(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。

()(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。

()××√×√×√(一)光电效应规律的理解及应用1．与光电效应有关的五组概念对比(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。(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：入射光强度指单位时间内照射到金属表面单位面积上的总能量，而光子能量E＝hν。(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．光电效应的研究思路(1)两条线索(2)两条对应关系

①入射光强度大→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。3．光电效应中三个重要关系(1)爱因斯坦光电效应方程：Ek＝hν－W0。(2)光电子的最大初动能Ek与遏止电压Uc的关系：Ek＝eUc。(3)逸出功W0与极限频率νc的关系：W0＝

hνc。[多维训练]1．[光电效应的理解](选自粤教版新教材)硅光电池是利用光电效应原理制成的器件，下列表述正确的是

(

)A．硅光电池是把光能转化为电能的一种装置B．硅光电池中吸收了光子能量的电子都能逸出C．逸出的光电子的最大初动能与入射光的频率无关D．任意频率的光照射到硅光电池上都能产生光电效应解析：硅光电池是把光能转化为电能的装置，A正确；硅光电池中吸收了光子能量大于逸出功的电子才能逸出，B错误；在发生光电效应的情况下，入射光的频率越高，逸出的光电子的最大初动能越大，C错误；只有大于极限频率的入射光照到硅光电池上才能产生光电效应，D错误。答案：A

2．[光电效应规律的研究](多选)利用光电管研究光电效应的实验电路图如图所示，用频率为ν的可见光照射阴极K，电流表中有电流通过，则

(

)A．改用紫外线照射阴极K，电流表中没有电流通过B．只增加该可见光的强度，电流表中通过的电流将变大C．若将滑动变阻器的滑片滑到A端，电流表中一定无电流通过D．若将滑动变阻器的滑片向B端滑动，电流表示数可能不变解析：由题意知，该可见光的频率大于或等于阴极材料的极限频率，紫外线的频率大于可见光的频率，故用紫外线照射阴极K，也一定能发生光电效应，电流表中有电流通过，A错误；只增加可见光的强度，单位时间内逸出金属表面的光电子数增多，电流表中通过的电流将变大，B正确；滑动变阻器的滑片滑到A端，光电管两端的电压为零，但光电子有初动能，故电流表中仍有电流通过，C错误；滑动变阻器的滑片向B端滑动时，若电流已达到饱和光电流，则电流表示数可能不变，D正确。答案：BD

3．[极限频率的求解]用波长为300nm的光照射锌板，电子逸出锌板表面的最大初动能为1.28×10－19J。已知普朗克常量为6.63×10－34J·s，真空中的光速为3.00×108m·s－1。能使锌产生光电效应的单色光的最低频率约为

(

)A．1×1014Hz

B．8×1014HzC．2×1015Hz D．8×1015Hz答案：B

答案：C(二)光电效应的图像及应用光电效应四类图像对比续表答案：AD

2．[Uc-ν图像]

用金属铷为阴极的光电管，观测光电效应现象，实验装置示意图如图甲所示，实验中测得铷的遏止电压Uc与入射光频率ν之间的关系如图乙所示，图线与横轴交点的横坐标为5.15×1014Hz。已知普朗克常量h＝6.63×10－34J·s。则下列说法中正确的是

(

)A．欲测遏止电压，应选择电源左端为正极B．当电源左端为正极时，滑动变阻器的滑片向右滑动，电流表的示数持续增大C．增大照射光的强度，产生的光电子的最大初动能一定增大D．如果实验中入射光的频率ν＝7.00×1014Hz，则产生的光电子的最大初动能Ek＝1.2×10－19

J解析：用题图甲所示的实验装置测量铷的遏止电压Uc与入射光频率ν，光电管左端是阳极，则电源左端为负极，A错误；当电源左端为正极时，将滑动变阻器的滑片向右滑动的过程中，刚开始电压增大，光电流增大，当光电流达到饱和值，不再增大，即电流表读数的变化是先增大，后不变，B错误；光电子的最大初动能与入射光的频率和金属的逸出功有关，与入射光的强度无关，C错误；根据题图乙可知，铷的截止频率νc＝5.15×1014Hz，根据hνc＝W0，该金属的逸出功大小W0＝6.63×10－34×5.15×1014J≈3.41×10－19J，根据光电效应方程Ek＝hν－W0，当入射光的频率为ν＝7.00×1014Hz时，则最大初动能为Ek＝6.63×10－34×7.0×1014J－3.41×10－19J≈1.2×10－19J，D正确。答案：D3．[同频率入射光的I-U图像](2022·山东潍坊模拟)为防范新冠病毒蔓延，额温枪成为重要的防疫装备。有一种红外测温仪的原理是：任何物体的温度在高于绝对零度(－273℃)时都会向外发出红外线，额温枪通过红外线照射到温度传感器，发生光电效应，将光信号转化为电信号，计算出温度数据。已知人的体温正常时能辐射波长为10μm的红外线，如图甲所示，用该红外线照射光电管的阴极K时，电路中有光电流产生，实验得到的电流随电压变化的图像如图乙所示，已知h＝6.63×10－34J·s，e＝1.6×10－19C，则

(

)A．波长为10μm的红外线在真空中的频率为3×1014HzB．将图甲的电源反接，一定不会产生电信号C．由图乙数据可知，该光电管的阴极金属逸出功约为0.1eVD．若人体温度升高，则辐射红外线的强度减弱，光电管转换成的光电流减小答案：C4．[不同频率入射光的I-U图像比较]

用如图甲所示的电路研究光电效应中光电流与照

射光的强弱、频率等物理量的关系。图中A、K

两极间的电压大小可调，电源的正负极也可以对

调，分别用a、b、c三束单色光照射，调节A、K间的电压U，得到光电流I与电压U的关系如图乙所示，由图可知

(

)A．单色光a和c的频率相同，且a光更弱些，b光频率最大B．单色光a和c的频率相同，且a光更强些，b光频率最大C．单色光a和c的频率相同，且a光更弱些，b光频率最小D．单色光a和c的频率不同，且a光更强些，b光频率最小解析：a、c两单色光照射后遏止电压相同，根据Ek＝eUc，可知产生的光电子最大初动能相等，则a、c两单色光的频率相等，光子能量相等，由于a光的饱和光电流较大，则a光的强度较大，单色光b照射后遏止电压较大，根据Ek＝eUc，可知b光照射后产生的光电子最大初动能较大，根据光电效应方程Ek＝hν－W0得，b光的频率大于a光的频率，故A、C、D错误，B正确。答案：B

(三)对波粒二象性、物质波的理解[题点全练通]1．[粒子性与康普顿效应]实验表明：光子与速度不太大的电子碰撞发生散射时，光的波长会变长或者不变，这种现象叫康普顿散射，该过程遵循能量守恒定律和动量守恒定律。如果电子具有足够大的初速度，以至于在散射过程中有能量从电子转移到光子，则该散射被称为逆康普顿散射，这一现象已被实验证实。关于上述逆康普顿散射，下列说法正确的是

(

)A．相对于散射前的入射光，散射光在介质中的传播速度变大B．若散射前的入射光照射某金属表面时能发生光电效应，则散射光照射该金属时，光电子的最大初动能将变大C．散射后电子的速度一定变大D．散射后电子的能量一定变大解析：光在介质中的传播速度只与介质本身有关，而与其他因素无关，散射前后的介质不变，所以散射光在介质中的传播速度保持不变，故A错误；根据题意，在逆康普顿散射中，能量从电子转移到光子，所以，散射后电子的速度和能量变小，光子的能量变大，光子的频率变大，故C、D错误；根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0可知，h和W0为定值，ν越大，E越大，因此若散射前的入射光照射某金属表面时能发生光电效应，则散射光照射该金属时，光电子的最大初动能将变大，故B正确。答案：B

2．[粒子性与波动性的理解]用很弱的光做双缝干涉实验，把入射光减弱到可以认为光源和感光胶片之间不可能同时有两个光子存在，如图所示是不同数量的光子照射到感光胶片上得到的照片。这些照片说明

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)A．光只有粒子性没有波动性B．光只有波动性没有粒子性C．少量光子的运动显示波动性，大量光子的运动显示粒子性D．少量光子的运动显示粒子性，大量光子的运动显示波动性解析：光具有波粒二象性，这些照片说明少量光子的运动显示粒子性，大量光子的运动显示波动性，故D正确。答案：D3．[波粒二象性的理解](多选)关于光的波粒二象性，正确的说法是

(

)A．光的频率越高，光子的能量越大，粒子性越显著B．光的波长越长，光的能量越小，波动性越显著C．频率高的光子不具有波动性，波长较长的光子不具有粒子性D．个别光子产生的效果往往显示粒子性，大量光子产生的效果往往显示波动性解析：光具有波粒二象性，但在不同情况下表现不同，频率越高，波长越短，粒子性越强，反之波动性明显，个别光子易显示粒子性