第2课时光电效应波粒二象性

2课时光电效应波粒二象性考纲解读1.知道什么是光电效应理解光电效应的试验规律.2.会利用光电效应方程计算逸出功、截止频率、最大初动能等物理量.3.知道光的波粒二象性，知道物质波的概念．1．[黑体辐射和能量子的理解]以下说法正确的选项是 ( A．一般物体辐射电磁波的状况与温度无关，只与材料的种类及外表状况有关B．黑体能完全吸取入射的各种波长的电磁波，不反射C．带电微粒辐射和吸取的能量，只能是某一最小能量值的整数倍D．普朗克最先提出了能量子的概念答案BCD2．[光电效应规律的理解]关于光电效应的规律，以下说法中正确的选项是 ( A．只有入射光的波长大于该金属的极限波长，光电效应才能产生B．光电子的最大初动能跟入射光强度成正比C．发生光电效应的反响时间一般都大于10－7sD．发生光电效应时，单位时间内从金属内逸出的光电子数目与入射光强度成正比答案Dcλ解析ε＝hν＝hAλE＝hν－W

知，最大初动能由入射光频率打算，与入射光强度无关，故B错．发生光k 010－9s，故C错．3．[光的波粒二象性的理解]以下说法正确的选项是 ( A．光电效应反映了光的粒子性B．大量光子产生的效果往往显示出粒子性，个别光子产生的效果往往显示出波动性C．光的干预、衍射、偏振现象证明白光具有波动性D．只有运动着的小物体才有一种波和它相对应，大的物体运动是没有波和它对应的答案AC一、黑体辐射与能量子黑体与黑体辐射黑体：是指能够完全吸取入射的各种波长的电磁波而不发生反射的物体．(2)黑体辐射的试验规律①一般材料的物体，辐射的电磁波除与温度有关外，还与材料的种类及外表状况有关．②黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关．a．随着温度的上升，各种波长的辐射强度都增加．b．随着温度的上升，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动．能量子定义：普朗克认为，带电微粒辐射或者吸取能量时，只能辐射或吸取某个最小能量值的整数倍．即能量的辐射或者吸取只能是一份一份的．这个不行再分的最小能量值ε叫做能量子．能量子的大小：ε＝hνν是电磁波的频率，h称为普朗克常量．h＝6.63×10－34J·s.二、光电效应光电效应现象来的电子叫做光电子．光电效应规律每种金属都有一个极限频率．光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．(3)光照耀到金属外表时，光电子的放射几乎是瞬时的．(4)光电流的强度与入射光的强度成正比．3．爱因斯坦光电效应方程ε＝hνh6.63×10－34J·s.光电效应方程：E＝hν－W.kkhν为入射光的能量，Ek遏止电压与截止频率

0为光电子的最大初动能，W0

是金属的逸出功．遏止电压：使光电流减小到零的反向电压Uc.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．逸出功：电子从金属中逸出所需做功的最小值，叫做该金属的逸出功．三、光的波粒二象性与物质波光的波粒二象性光的干预、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．物质波概率波光的干预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．物质波＝h，p为运动物体的动量，h为普朗克常量.p考点一对光电效应试验规律的理解光电效应试验规律可理解为放不放光电子，看入射光的最低频率．放多少光电子，看光的强度．光电子的最大初动能大小，看入射光的频率．要放光电子，瞬时放．例11905年是爱因斯坦的“奇迹”之年，这一年他先后发表了三篇具有划时代意义的论文其中关于光量子的理论成功的解释了光电效应现象关于光电效应以下说法正确的选项是 ()A．当入射光的频率低于极限频率时，不能发生光电效应B．光电子的最大初动能与入射光的频率成正比C．光电子的最大初动能与入射光的强度成正比D．某单色光照耀一金属时不发生光电效应，改用波长较短的光照耀该金属可能发生光电效应解析依据光电效应现象的试验规律，只有入射光频率大于极限频率才能发生光电效应，故A、D正确．依据光电效应方程，最大初动能与入射光频率为线性关系，但非正比关系，B，C错误．答案AD突破训练1用光照耀某种金属，有光电子从金属外表逸出，假设光的频率不变，而减弱光的强度，则 ()A．逸出的光电子数削减，光电子的最大初动能不变B．逸出的光电子数削减，光电子的最大初动能减小C．逸出的光电子数不变，光电子的最大初动能减小D．光的强度减弱到某一数值，就没有光电子逸出了答案A解析电子的最大初动能也不变；而减弱光的强度，逸出的光电子数就会削减，选项A正确．ν考点二对光电效应方程的应用和E－图象的考察νk爱因斯坦光电效应方程E＝hν－Wk 0hν：光电子的能量W：逸出功，即从金属外表直接飞出的光电子抑制正电荷引力所做的功．0E：光电子的最大初动能．kνE－图象(1)可以得到的信息νkc(1)νν.cEk

E＝W.0k＝h.例2如图2所示是用光照耀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 ( )A．该金属的截止频率为4.27×1014HzB．该金属的截止频率为5.5×1014HzC．该图线的斜率表示普朗克常量D0.5eVkc解析图线在横轴上的截距为截止频率，A正确，BE＝hν－kcW 可知图线的斜率为普朗克常量，C 正确；金属的逸出功为W0

＝hν＝6.63×10－34×4.27×10141.6×10－19答案AC

eV＝1.77eV，D错误．λ突破训练2(2023·课标全国·35)在光电效应试验中某金属的截止频率相应的波长为，λ00该金属的逸出功为 ．假设用波长为λ(λ<λ)的单色光做该试验，则其遏止电压为0 ．电子的电荷量、真空中的光速和普朗克常量分别为e、c和h.hc hcλ－λ答案λ

0eλλ0 0解析由光电效应方程知，光电子的最大初动能E

＝hν－W，其中金属的逸出功Wk 0 0hc hc hc λ－λ＝hν，又由c＝λν知W＝，用波长为λ的单色光照耀时，其E＝－＝hc0 .0 0 λ k λ λ λλ0 0 0E hcλ－λ又由于eU＝E，所以遏止电压U＝k＝ 0 .k e eλλ0考点三对光的波粒二象性、物质波的考察(1)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)频率越低波动性越显著，越简洁看到光的干预和衍射现象；频率越高粒子性越显著，越不简洁看到光的干预和衍射现象，而贯穿本领越强．(3)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．例3关于物质的波粒二象性，以下说法中不正确的选项是 ( )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，在宏观现象中是冲突的、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光具有波粒二象性是微观世界具有的特别规律波动性，而单个光子的运动表现出光的粒子性．光的波长越长，波动性越明显，光的频不是不具有波粒二象性．答案D突破训练3用很弱的光做双缝干预试验，把入射光减弱到可以认为光源和感光胶片之间不行能同时有两个光子存在如图3所示是不同数量的光子照耀到感光胶片上得到的照片．这些照片说明 ()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答案D解析显示波动性，故D正确．53.53.用光电管争论光电效应的规律例4小明用金属铷为阴极的光电管观测光电效应现象试验装置示意图如图4甲所示h＝6.63×10－34J·s，结果保存三位有效数字．4图甲中电极A为光电管的 (填“阴极”或“阳极”)；νU与入射光频率之间的关系如图乙所示，则铷的截止频νc率ν＝ Hz，逸出功W＝ J；c 0ν假照试验中入射光的频率 ＝7.00×1014Hz，则产生的光电子的最大初动能E＝νk J.ν 解析(1)由光电管的构造知，A为阳极；(2)Uν c cW＝hν；(3)E＝hν－W

，可求结果．0 c k 0答案(1)阳极(2)5.15×1014(5.10×1014～5.20×1014均可) 3.41×10－19(3.38×10－19～3.45×10－19均可)(3)1.23×10－19(1.19×10－19～1.26×10－19均可)突破训练4(2023·江苏单科·12C(1))争论光电效应的电路如图5所示．用频率一样、强度阴极KAI与A、KU的关系图象中，正确的选项是AK ．5答案C解析由于光的频率一样，所以对应的反向截止电压一样，选项A、B错误；发生光电大，所以选项C正确，D错误．常见电路(6所示)6νU－图象得到的物理量：νcν截止频率：图线与横轴的交点；νcU：随入射光频率的增大而增大；c普朗克常量h：等于图线的斜率与电子电荷量的乘积，即h＝ke.(注：此时两极之间接反向电压)高考题组1．(2023·海南单科·19(1))Ek，以下说法正确的是 ( )对于同种金属，E与照耀光的强度无关k对于同种金属，E与照耀光的波长成反比k对于同种金属，E与光照耀的时间成正比k对于同种金属，E与照耀光的频率成线性关系k对于不同种金属，假设照耀光频率不变，E与金属的逸出功成线性关系k答案ADE解析

＝hν－WE与照耀光的强度及照耀时间无关，与ν成线性关系，应选项k 0 khcA、D正确，C错误．由E＝－WE

λ不成反比，应选项B错误．在hν不变k λ 0 k的状况下，EWk

成线性关系，应选项E正确．2．(2023·北京·20)以往我们生疏的光电效应是单光子光电效应，即一个电子在极短时间内只能吸取到一个光子而从金属外表逸出．强激光的消灭丰富了人们对于光电效应的生疏，能，从而形成多光子光电效应，这已被试验证明．光电效应试验装置示意图如图7所示用频率为ν的一般光源照耀阴极K，没有发生光电效应，换用同样频率ν的强激光照耀阴极K，则发生了光电效应；此时，假设加上反向电压U，马上阴极K接电源正极，阳极A接电源负极，在K、A之间就形成了使光电子减速的电场．渐渐增大U，光电流会渐渐减小；当光电流恰好减小到零时，所加反向电压U可能是以下的(其中W为逸出功，h为普朗克常量，e为电子电量) ( )hν WA

72hν W．U＝e－e

B．U＝

e－eC．U＝2hν－W答案B

5hν WD．U＝2e－e1解析由光电效应方程可知nh＝＋m2＝2,34) ①2 m1在减速电场中由动能定理得：－eU＝0－mv2 ②2 mnhνW联立①②式得：U＝ee(n＝2,3,4„)，应选项B正确．模拟题组如图8所示，用a、b两种不同频率的光分别照耀同一金属板，觉察当a光照耀时验电器的指针偏转，b光照耀时指针未偏转，以下说法正确的选项是 ( )图8Aa光的强度，验电器的指针偏角肯定减小B．a光照耀金属板时验电器的金属小球带负电C．ab光在真空中的速度D．ab光在真空中的波长答案D解析a指针偏角肯定增大，选项A错误；a光照耀金属板时，光电子从金属板飞出，金属板带正电，验电器的金属小球带正电，选项Bc，选项C错误；经分析，aba光在真空中的波长小于b光在真空中的波长，选项D正确．如图9所示的试验电路，当用黄光照耀光电管中的金属涂层时，毫安表的指针发生了偏转．假设将电路中的滑动变阻器的滑片P向右移动到某一位置时，毫安表的读数恰好减小到零，此时电压表读数为U.假设此时增加黄光照耀的强度，则毫安表 (选填“有”或“无”)示数．假设改用蓝光照耀光电管中的金属涂层，则毫安(选填“有”或“无”)示数．9答案无有解析光电效应的原理是当有频率足够大的光照耀到金属外表时光电子的最大初动能增大，光电子能到达A极，形成电流．(限时：30分钟)题组1 对光的波粒二象性的考察以下说法正确的选项是 ( )有的光是波，有的光是粒子B．光子与电子是同样的一种粒子C．光的波长越长，其波动性越显著；波长越短，其粒子性越显著D．γ射线具有显著的粒子性，而不具有波动性答案C解析本质区分，故上述选项中正确的选项是C.物理学家做了一个好玩的试验：在双缝干预试验中，在光屏处放上照相底片，假设减弱光的强度．使光子只能一个一个地通过狭缝．试验结果说明，假设曝光时间不太长底片上只能消灭一些不规章的点假设曝光时间足够长底片上就会消灭规章的干预条纹对这个试验结果以下生疏正确的选项是 ()曝光时间不长时，光的能量太小，底片上的条纹看不清楚，故消灭不规章的点B．单个光子的运动没有确定的规律C．干预条纹中光明的局部是光子到达时机较多的地方D．只有大量光子的行为才表现出波动性答案BCD解析为表现为波动性．所以正确选项为B、C、D.2对光电效应理解的考察光电效应试验中，以下表述正确的选项是 ( A．光照时间越长光电流越大入射光足够强就可以有光电流C．遏止电压与入射光的频率有关D．入射光频率大于极限频率时才能产生光电子答案CD解析由爱因斯坦光电效应方程知，只有当入射光频率大于极限频率时才能产生光电子，光电流几乎是瞬时产生的，其大小与光强有关，与光照时间长短无关，易知eUchν－Whνk 0 c k

为逸出功，ν为入射光的频率)．由以上分析知，A、B错误，C、D正确．用一束紫外线照耀某金属时不能产生光电效应，可能使该金属发生光电效应的措施是( )改用频率更小的紫外线照耀B．改用X射线照耀C．改用强度更大的原紫外线照耀D．延长原紫外线的照耀时间答案B解析要使该金属发生光电效应必需使光的频率大于极限频率X线的频率．光电效应的试验结论是：对于某种金属 ( A．无论光强多强，只要光的频率小于极限频率就不能产生光电效应B．无论光的频率多低，只要光照时间足够长就能产生光电效应C．超过极限频率的入射光强度越弱，所产生的光电子的最大初动能就越小D．超过极限频率的入射光频率越高，所产生的光电子的最大初动能就越大答案AD解析依据光电效应规律可知，选项A正确；依据光电效应方程E＝hν－W

知，频率k 0ν越高，初动能就越大，选项D正确．入射光照耀到某金属外表上发生光电效应，假设入射光的强度减弱，而频率保持不变，以下说法中正确的选项是 ( )有可能不发生光电效应B．从光照耀到金属外表上至放射出光电子之间的时间间隔将明显增加C．逸出的光电子的最大初动能将减小D．单位时间内从金属外表逸出的光电子数目将削减答案D解析E

＝hν－W

k 0，A、C错，D对；光电效应具有瞬时性，B错．对光电效应的理解正确的选项是 ( )金属钠的每个电子可以吸取一个或一个以上的光子，当它积存的动能足够大时，就能逸出金属假设入射光子的能量小于金属外表的电子抑制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一样的，因此使不同金属发生光电效应，入射光的最低频率也不同答案BD解析引力而逸出时所需做的最小功，不会发生光电效应．综上所述，选项B、D正确．3对光电效应方程应用的考察ν1E与入射光频率的关系图νk象．由图象可知 ()cA．该金属的逸出功等于EBhνcν2νc

E2 ν E2 入射光的频率为c时，产生的光电子的最大初动能为答案ABC解析E

＝hν－W得，E＝hν－EW＝EA对；当k 0 k 0E＝0时，ν＝νE＝hν，应选项B对；ν＝2ν时，可得出E

＝E，应选项C对；当k c c c kν2入射光的频率为c时，不发生光电效应，应选项D错．2用不同频率的紫外线分别照耀钨和锌的外表而产生光电效应，可得到光电子的最大初动能Ek随入射光频率ν变化的E—ν3.28e3.34eV，假设将二者的图线画在同一个坐标图中，以实线表示钨，虚线表示锌，如下图，则正确反映这一过程的图象是 ( )答案A解析E

＝hν－Wh，所以两条线应平行；横轴截k 0Wν，ν＝0ν

大些．c c h c在光电效应试验中飞飞同学用同一光电管在不同试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2所示，则可推断出 ( )A．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．乙光的频率大于丙光的频率D．甲光对应的光电子最大初动能大于丙光的光电子最大初动能答案B解析由题图可知，甲、乙两光对应的遏止电压均为U，由爱因斯坦光电效应方程Ec2 k0＝hν－W0

和－eU＝0－Ec

可知甲、乙两光的频率一样，且小于丙光的频率，应选项A、CDc＝λν可知乙光的波长大于丙光的波长，选项B正确．如图3所示是光电管的原理图，当有波长为λ0的光照到阴极K上时，电路中有光电流，则 ()3λ λ 假设换用波长为( > )的光照耀阴极Kλ λ 1 1 0λ λ 假设换用波长为( < )的光照耀阴极Kλ λ 2 2 0增加电路中电源电压，电路中光电流肯定增大D．假设将电源极性反接，电路中肯定没有光电流产生答案Bλcλ解析用波长为0

的光照耀阴极K，电路中有光电流，说明入射光的频率ν＝λ大于金0属的极限频率，换用波长为λ

的光照耀阴极Kλ

c>λν＝λ1 1 0 λ 1A错误；同理可以推断，B光电流与电压之间的关系为：开头时，光电流随电压UU增大到肯定U，在单位时间内也不行能