第十六章 原子物理学 第79课时　光电效应和波粒二象性　双基落实课学生用

第79课时光电效应和波粒二象性[双基落实课]（人教版选择性必修第三册P71问题）把一块锌板连接在验电器上，并使锌板带负电，验电器指针张开。用紫外线灯照射锌板，观察验电器指针的变化。判断下列说法的正误：（1）紫外线照射该金属极板时有光电子逸出，验电器的张角变小。（）（2）增大入射光的强度时，逸出的光电子初动能增大。（）（3）用绿光照射该金属极板时也一定能使验电器张角变小。（）（4）换用红外线照射时也一定能使验电器张角变小。（）

考点一黑体辐射和能量子[素养自修类]1.【能量子公式ε＝hν的应用】（2022·全国乙卷17题）一点光源以113W的功率向周围所有方向均匀地辐射波长约为6×10－7m的光，在离点光源距离为R处每秒垂直通过每平方米的光子数为3×1014个。普朗克常量为h＝6.63×10－34J·s。R约为（）A.1×102m B.3×102mC.6×102m D.9×102m2.【黑体辐射的实验规律】（多选）关于黑体辐射的实验规律如图所示，下列说法正确的是（）A.黑体能够完全吸收照射到它上面的光波B.随着温度的降低，各种波长的光辐射强度都有所增加C.随着温度的升高，辐射强度极大值向波长较长的方向移动D.黑体辐射的强度只与它的温度有关，与形状和黑体材料无关1.黑体辐射的实验规律随着温度的升高，一方面，各种波长的辐射强度都有增加，另一方面，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。2.能量子（1）普朗克假设：组成黑体的振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整数倍。例如，可能是ε或2ε、3ε……他把这个不可再分的最小能量值ε叫作能量子。（2）表达式为ε＝hν，这里的ν是带电微粒的振动频率，即带电微粒吸收或辐射电磁波的频率。考点二光电效应规律的理解及应用[互动共研类]1.光电效应的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。

2.光电效应中三个重要关系式（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。3.光电管上加正向与反向电压情况分析①P右移时，参与导电的光电子数增加；②P移到某一位置时，所有逸出的光电子恰好都参与了导电，光电流恰好达到最大值；③P再右移时，光电流不再增大①P右移时，参与导电的光电子数减少；②P移到某一位置时，所有逸出的光电子恰好都不参与导电，光电流恰好为0，此时光电管两端加的电压为遏止电压；③P再右移时，光电流始终为0【典例1】用如图所示的实验装置研究光电效应现象。用光子能量为2.75eV的光照射到光电管上时发生了光电效应，电流表G的示数不为零，移动滑动变阻器的触点c，发现当电压表的示数大于或等于1.7V时，电流表示数为零，则在该实验中（）A.光电子的最大初动能为1.05eV B.光电管阴极的逸出功为1.7eVC.开关S断开，电流表G示数为零 D.当触点c向a端滑动时，电压表示数增大听课记录1.【爱因斯坦光电效应方程的应用】光电管是一种利用光照产生电流的装置，当入射光照射在管中金属板上时，可以形成光电流。表中记录了某同学进行光电管实验时的数据。次入射光子能量/eV相对光强饱和光电流大小/mA逸出光电子的最大初动能/eV14.0弱290.824.0中430.834.0强600.8由表中数据得出的以下论断中正确的是（）A.三次实验采用了不同频率的入射光B.三次实验光电管中的金属板材质不同C.若入射光子的能量为5.0eV，不论光强多大，饱和光电流一定大于60mAD.若入射光子的能量为5.0eV，逸出光电子的最大初动能为1.8eV2.【对光子说的理解】（2023·浙江1月选考11题）被誉为“中国天眼”的大口径球面射电望远镜已发现660余颗新脉冲星，领先世界。天眼对距地球为L的天体进行观测，其接收光子的横截面半径为R。若天体射向天眼的辐射光子中，有η（η＜1）倍被天眼接收，天眼每秒接收到该天体发出的频率为ν的N个光子。普朗克常量为h，则该天体发射频率为ν光子的功率为（）A.4NL2hνC.ηL2hν4

考点三光电效应的图像问题[多维探究类]光电效应的三类图像的对比分析图像名称图像形状由图像直接（间接）得到的物理量最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图像（1）极限频率：图像与ν轴交点的横坐标νc。（2）逸出功：图像与Ek轴交点的纵坐标的绝对值W0＝｜－E｜＝E。（3）普朗克常量：图像的斜率k＝h光电流I与电压U的关系图像颜色相同、强度不同的光（1）遏止电压Uc：图像与横轴的交点的横坐标。（2）饱和光电流Im1、Im2：光电流的最大值。（3）最大初动能：Ek＝eUc颜色不同的光（1）遏止电压Uc1、Uc2：图像与横轴的交点的横坐标。（2）饱和光电流：光电流的最大值。（3）最大初动能：Ek1＝eUc1，Ek2＝eUc2遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图像（1）极限频率νc：图像与横轴的交点的横坐标。（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：等于图像的斜率与电子电荷量的乘积，即h＝ke考向一光电效应的Ek-ν图像问题【典例2】用不同频率的紫外线分别照射钨和锌的表面而产生光电效应，可得到光电子最大初动能Ek随入射光频率ν变化的Ek-ν图像，已知钨的逸出功是4.54eV，锌的逸出功是3.34eV，若将二者的图线画在同一个Ek-ν图像中，如图所示，用实线表示钨的Ek-ν图线，虚线表示锌的Ek-ν图线，则正确反映这一过程的是（）听课记录

考向二光电效应的I-U图像问题【典例3】在研究光电效应现象时，先后用单色光a、b、c照射同一光电管，所得到的光电流I与光电管两端所加电压U间的关系曲线如图所示，下列说法正确的是（）A.b、c两种单色光的颜色相同B.a、b两种单色光的光照强度相同C.增大c光的光照强度，电路中的饱和电流将增大D.增大b光的光照强度，射出的光电子的最大初动能增大听课记录考向三光电效应的Uc-ν图像问题【典例4】（2022·河北高考4题）如图是密立根于1916年发表的钠金属光电效应的遏止电压Uc与入射光频率ν的实验曲线，该实验直接证明了爱因斯坦光电效应方程，并且第一次利用光电效应实验测定了普朗克常量h。由图像可知（）A.钠的逸出功为hνc B.钠的截止频率为8.5×1014HzC.图中直线的斜率为普朗克常量h D.遏止电压Uc与入射光频率ν成正比听课记录考点四对波粒二象性和物质波的理解[素养自修类]1.【对波粒二象性的理解】图1是用很弱的光做双缝干涉实验得到的不同数量的光子照射到感光胶片上的照片。图2是1927年戴维森和G.P.汤姆孙分别完成的电子衍射实验简化图，该实验是荣获诺贝尔奖的重大近代物理实验之一。关于这两个图片，下列说法中正确的是（）A.图1这些照片说明光只有粒子性没有波动性B.图1这些照片说明光只有波动性没有粒子性C.图2中该实验再次说明光子具有波动性D.图2中该实验说明实物粒子具有波动性2.【对康普顿效应的理解】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，散射光频率不变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3.【对物质波的理解】（2021·浙江6月选考13题）已知普朗克常量h＝6.63×10－34J·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.10161.对光的波粒二象性的理解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光的频率越低，其波动性越显著，越容易看到光的干涉和衍射现象；光的频率越高，其粒子性越显著，越不容易看到光的干涉和衍射现象，贯穿本领越强从传播与作用上看光在