高中物理新高考第一轮复习教案：第1讲　光电效应　波粒二象性

第十五章

原子物理第1讲光电效应波粒二象性必备知识新学法基础落实一、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，称为光电效应，发射出来的电子称为__________．2．光电效应的四个规律(1)每种金属都有一个__________．(2)光照射到金属表面时，光电子的发射几乎是__________的．(3)光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光的__________增大而增大．(4)光电流的强度与入射光的__________成正比．[主干知识·填一填]光电子极限频率瞬时频率强度3．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__________频率叫作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．最小二、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，每一份叫作一个光的能量子，简称光子，光子的能量ε＝__________．其中h＝6.63×10－34

J·s.(称为普朗克常量)2．逸出功W0使电子脱离某种金属所做功的__________．3．最大初动能发生光电效应时，金属表面上的__________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．hν最小值电子W0

三、光的波粒二象性1．波动性：光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有__________性．2．粒子性：光电效应、康普顿效应说明光具有__________性．3．光既具有__________性，又具有__________性，称为光的波粒二象性．波动粒子波动粒子四、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，亮条纹是光子到达概率__________的地方，暗条纹是光子到达概率__________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λ＝，p为运动物体的动量，h为普朗克常量．大小[规律结论·记一记]一、易混易错判断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．光电子的最大初动能与入射光子的频率成正比．()4．光的频率越高，光的粒子性越明显，但仍具有波动性．()5．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．()6．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．()7．法国物理学家德布罗意大胆预言了实物粒子具有波动性．()[必刷小题·测一测]××√×√√×二、经典小题速练1．(粤教版选择性必修第三册P98T2)根据爱因斯坦的“光子说”可知(

)A．“光子说”本质就是牛顿的“微粒说”B．光的波长越大，光子的能量越小C．一束单色光的能量可以连续变化D．只有光子数很多时，光才具有粒子性B2．(粤教版选择性必修第三册P98T3)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：A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．A3．(鲁科版选择性必修第三册P138T3)(多选)利用金属晶格(大小约10－10m)作为障碍物观察电子的衍射图样，对应的方法是让电子通过电场加速后，形成电子束照射到金属晶格上，从而得到电子的衍射图样．如果加速电压为U，则下列说法正确的是(

)A．该实验说明了电子具有波动性B．加速电压U越大，物质波波长越短C．加速电压U越大，电子的衍射现象越明显D．若用相同动能的质子替代电子，衍射现象更明显AB关键能力新探究思维拓展命题点一光电效应及其方程(自主学习)[核心整合]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和金属材料的逸出功．(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：(2)两条对应关系：入射光强度大→光子数目多→发射光电子多→光电流大；光子频率高→光子能量大→光电子的最大初动能大．3．三个关系式(1)爱因斯坦光电效应方程：Ek＝hν－W0.(2)最大初动能与遏止电压的关系：Ek＝eUc.(3)逸出功与极限频率的关系W0＝hνc.[题组突破]1．(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．下列说法正确的是(

)A．保持入射光的频率不变，入射光的强度变大，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．保持入射光的强度不变，不断减小入射光的频率，始终有光电流产生AC解析：AC根据光电效应实验得出的结论：保持入射光的频率不变，入射光的强度变大，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，与入射光的强度无关，保持入射光的强度不变，若低于截止频率，则没有光电流产生，故D错误．2．(光电效应规律的研究)(多选)如图所示的电路可研究光电效应规律．图中标有A和K的为光电管，其中A为阳极，K为阴极．理想电流计可检测通过光电管的电流，理想电压表用来显示光电管两端的电压．现接通电源，用光子能量为10.5eV的光照射阴极K，电流计中有示数，若将滑动变阻器的滑片P缓慢向右滑动，电流计的读数逐渐减小，当滑至某一位置时电流计的读数恰好为零，读出此时电压表的示数为6.0V．现保持滑片P位置不变，以下判断正确的是(

)ACA．光电管阴极材料的逸出功为4.5eVB．若增大入射光的强度，电流计的读数不为零C．若用光子能量为12eV的光照射阴极K，光电子的最大初动能一定变大D．若用光子能量为9.5eV的光照射阴极K，同时把滑片P向左移动少许，电流计的读数一定不为零解析：AC由题给电路图可知，图中所加电压为反向减速电压，根据题意可知遏止电压为6V，由Ek＝hν－W0＝eUc，得W0＝4.5eV，选项A正确，当电压达到遏止电压时，所有电子都不能到达A极，无论光强如何变化，电流计示数仍为零，选项B错误；若光子能量增大，根据光电效应方程，光电子的最大初动能一定变大，选项C正确；若用光子能量为9.5eV的光照射阴极K，则遏止电压为5V，滑片P向左移动少许，电流计的读数可能仍为零，选项D错误．BC题后反思命题点二光电效应四类图像(多维探究)图像名称图线形状读取信息最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图线①截止频率(极限频率)：横轴截距②逸出功：纵轴截距的绝对值W0＝|－E|＝E③普朗克常量：图线的斜率k＝h遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图线①截止频率νc：横轴截距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颜色相同、强度不同的光，光电流与电压的关系①遏止电压Uc：横轴截距②饱和光电流Im：电流的最大值③最大初动能：Ekm＝eUc颜色不同时，光电流与电压的关系①遏止电压Uc1、Uc2②饱和光电流③最大初动能Ek1＝eUc1，Ek2＝eUc2例

1AD第2维度光电效应的I­U图像……

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光频率最小例

2B解析：B

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．例

3AC命题点三光的波粒二象性物质波(自主学习)[核心整合]1．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：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衍射现象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2.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．[题组突破]1．(粒子的波动性的实验验证)(多选)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．如图所示的是该实验装置的简化图，下列说法正确的是(

)A．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解析：ABD亮条纹处到达的电子多，因此概率大，故A正确；该实验证明电子具有波动性，但与光子具有波动性无关，从而验证了物质波理论正确性，故B、D正确，C错误，所以选ABD.ABD2．(德布罗意波长的计算)(2021·浙江卷)已知普朗克常量h＝6.63×10－34

J·s，电子的质量为9.11×10－31kg，一个电子和一滴直径约为4μm的油滴具有相同动能，则电子与油滴的德布罗意波长之比的数量级为(

)A．10－8

B．106C．108 D．1016C3．(光的粒子性的实验验证)(多选)关于光电效应和康普顿效应的规律，下列说法正确的是(

)A．光电效应中，金属板向外发射的光电子又可以叫作光子B．用光照射金属不能发生光电效应是因为该入射光的频率小于金属的截止频率C．对于同种金属而言，遏止电压与入射光的频率无关D．石墨对X射线散射时，部分X射线的散射光波长会变长，这个现象称为康普顿效应BD解析：BD光电效应中，金属板向外发射的电子叫光电子，光子是光能量子的简称，A错误；用光照射金属不能发生光电效应是因为该入射光的频率小于金属的截止频率，B正确；根据光电效应方程hν＝W0＋eUc可知，对于同种金属而言(逸出功一样)，入射光的频率越大，遏止电压也越大，即遏止电压与入射光的频率有关，C错误；在石墨对X射线散射时，部分X射线的散射光波长会变长的现象称为康普顿效应，D正确．4．(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．β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：ACD干涉和衍射体现的是波动性，A、C正确；β射线在云室中留下清晰的径迹，体现的是粒子性，不能体现波动性，B错误；电子显微镜利用电子束衍射工作，体现的是波动性，D正确．ACD限时规范训练[基础巩固]1．(2021·河南南阳期末)利用如图所示的装置观察光电效应现象，将光束照射在金属板上，发现验电器指针没有张开．欲使验电器指针张开，可(

)A．改用逸出功更大的金属板材料B．改用频率更大的入射光束C．增加该光束的照射时间D．增大该光束的强度123456789101112B解析：B本题考查产生光电效应的条件．改用逸出功更大的金属板材料，更不可能发生光电效应现象，验电器指针不能张开，故A错误；发生光电效应现象的条件是入射光的频率要大于金属的极限频率，与入射光的强度和入射光的照射时间无关，则改用频率更大的入射光束，可以使验电器指针张开，故B正确，C、D错误．1234567891011122．以“拓展亚欧光电市场，打造丝路光电核心区”为宗旨的第七届亚欧光电展于2020年4月19日至21日在新疆国际会展中心举办．关于光电效应现象，以下说法正确的是(

)A．极限频率越大的金属材料逸出功越小B．只要光照射的时间足够长，任何金属都能产生光电效应C．从金属表面出来的光电子的最大初动能与入射光的频率成正比D．若发生了光电效应且入射光的频率一定时，光强越强，单位时间内逸出的光电子数就越多123456789101112D解析：D由W0＝hν0可知，极限频率越大的金属材料逸出功越大，A错误；只要入射光的频率低于金属的极限频率，无论光照时间多长，都不会产生光电效应，B错误；由Ek＝hν－W0知，光电子的最大初动能与入射光的频率是线性关系而不是正比关系，C错误；入射光的强度越大，入射的光子数越多，单位时间内逸出的光电子数就越多，选项D正确．1234567891011123．(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．实物的运动有特定的轨道，所以实物不具有波粒二象性解析：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．123456789101112ABC4．用一束绿光和一束蓝光照射某种金属的表面，均发生了光电效应．下列说法正确的是(

)A．用蓝光照射金属时，逸出的光电子最大初动能更大B．用蓝光照射金属时，单位时间内逸出的光电子数更多C．增加光照强度，逸出的光电子最大初动能增大D．如果换用红光照射，一定能使该金属发生光电效应解析：A因为蓝光的频率更高，根据光电效应方程Ek＝hν－W0，可知用蓝光照射时，光电子的最大初动能更大，A正确；单位时间内逸出的光电子数与光强有关，由于不知道光的强度，所以无法确定逸出的光电子数，B错误；根据Ek＝hν－W0，可知最大初动能与光强无关，C错误；因为红光的频率比绿光的小，但无法比较红光的频率与该金属极限频率的大小关系，故无法确定是否会发生光电效应，D错误．123456789101112A5.(2021·河南濮阳一中月考)某种金属发生光电效应时，光电子的最大初动能Ek与入射光频率ν的关系如图所示，E、ν0为已知量．由图可知(

)A．该金属的逸出功W0＝EB．图线的斜率表示普朗克常量的倒数C．图中E与ν0的值与入射光的强度、频率均有关D．若入射光频率为3ν0，则光电子的最大初动能为3E123456789101112A解析：A本题考查光电效应的图像问题．根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0知，Ek＝0时，有hν0－W0＝0，所以该金属的逸出功W0＝hν0，由题图可知，当ν＝0时，－E＝0－W0，所以W0＝E，故A正确；任何一种金属的逸出功W0一定，根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0可知，Ek随频率ν的变化而变化，且呈线性关系(与y＝ax＋b类似)，因此图线的斜率表示普朗克常量，故B错误；根据A的分析可知，E为该金属的逸出功，所以图中E与ν0的值与入射光的强度、频率均无关，故C错误；根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0可知，若入射光频率3ν0，则光电子的最大初动能为3hν0－W0＝2hν0＝2E，故D错误．1234567891011126．波粒二象性是微观粒子的基本特征，以下说法正确的有(

)A．光电效应现象揭示了光的波动性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123456789101112B1234567891011127．以下说法正确的是(

)A．康普顿效应说明光具有波动性B．爱因斯坦指出“光不仅在发射和吸收时能量是一份一份的，而且光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的”C．光表现出波动性时，就不具有粒子性了；光表现出粒子性时，就不再具有波动性了D．只有运动着的微观粒子才有物质波，对于宏观物体，不论其是否运动，都没有相对应的物质波123456789101112B解析：B本题考查对康普顿效应、波粒二象性的理解．康普顿效应说明光具有粒子性，故A错误；爱因斯坦认为，光不仅在发射和吸收时能量是一份一份的，而且光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，故B正确；光具有波粒二象性，当光表现出波动性时，仍具有粒子性，光表现出粒子性时，也仍具有波动性，故C错误；只要是运动着的物体，不论是宏观物体还是微观粒子，都有相应的波与之对应，这就是物质波，故D错误．1234567891011128．如图所示，用频率为ν1和ν2的甲、乙两种光分别照射同一光电管，对应的遏止电压分别为U1和U2.已知ν1<ν2，则(

)A．遏止电压U1<U2B．用甲、乙两种光分别照射时，金属的截止频率不同C．增加乙光的强度，遏止电压U2变大D．滑动变阻器滑片P移至最左端，电流表示数为零123456789101112A解析：A本题考查对光电效应的理解．根据爱因斯坦光电效应方程有Ekm＝hν－W0，遏止电压与最大初动能的关系为－eUc＝0－Ekm，联立解得eUc＝hν－W0，所以入射光频率越大，遏止电压越大，遏止电压与入射光的强度无关，故A正确，C错误；金属的截止频率与入射光无关，取决于金属，因甲、乙两种光分别照射同一光电管，所以金属的截止频率相同，故B错误；滑动变阻器滑片P移至最左端，所加的反向电压为零，因能发生光电效应，所以电流表示数不为零，故D错误．123456789101112[能力提升]9．(多选)如图所示的实验中，分别用波长为λ1