2025高考物理复习光电效应波粒二象性课件教案练习题

第十六章波粒二象性原子结构与原子核三年考情光电效应2023·浙江1月选考·T15、2022·河北卷·T4、2021·海南卷·T3、2021·江苏卷·T8能级跃迁、光子的动量2023·辽宁卷·T6、2023·山东卷·T1、2023·新课标卷·T16、2023·湖北卷·T1、2023·浙江1月选考·T15、2023·海南卷·T10、2023·江苏卷·T14、2023·浙江1月选考·T11、2022·广东卷·T5、2022·浙江6月选考·T7、2022·北京卷·T1、2022·重庆卷·T6黑体辐射、原子的核式结构、物质波2023·浙江6月选考·T15、2022·浙江1月选考·T16、2020·天津卷·T1、2020·江苏卷·T12(1)三年考情原子核的衰变、半衰期2023·湖南卷·T1、2023·浙江1月选考·T9、2023·浙江6月选考·T5、2023·海南卷·T1、2022·全国甲卷·T17、2022·山东卷·T1、2022·浙江6月选考·T14、2021·全国甲卷·T17、2021·全国乙卷·T17、2021·山东卷·T1、2021·广东卷·T1、2021·湖南卷·T1、2021·河北卷·T1、2021·福建卷·T9、2021·重庆卷·T2核反应、核能2023·全国甲卷·T15、2023·全国乙卷·T16、2023·湖南卷·T1、2022·浙江1月选考·T14、2022·湖北卷·T1、2022·辽宁卷·T2、2021·浙江6月选考·T14、2021·北京卷·T1、2021·海南卷·T5、2021·江苏卷·T1命题规律目标定位本章主要考查光电效应、能级跃迁、原子核的衰变、半衰期、核反应与核能。原子的核式结构考查较少，能级跃迁、原子核的衰变考查频次增加。该知识模块综合性不强。常见的综合点有：能级跃迁与光电效应、衰变次数与半衰期的计算、核反应方程与核能的计算等。第1讲光电效应波粒二象性课标要求1．通过实验，了解光电效应现象，知道爱因斯坦光电效应方程及其意义，能根据实验结论说明光的波粒二象性。2．知道实物粒子具有波动性，了解微观世界的量子化特征。体会量子论的建立对人们认识物质世界的影响。考点一黑体辐射能量子考点二光电效应的规律考点三光电效应的图像内容索引课时测评考点四光的波粒二象性物质波考点一黑体辐射能量子1．热辐射(1)定义：周围的一切物体都在辐射________，这种辐射与物体的______有关，所以叫热辐射。(2)特点：热辐射强度按波长的分布情况随物体______的不同而有所不同。知识梳理电磁波温度温度2．黑体、黑体辐射的实验规律(1)黑体：能够__________入射的各种波长的电磁波而不发生反射的物体。(2)黑体辐射的实验规律①对于一般材料的物体，辐射电磁波的情况除与____有关外，还与材料的______及表面状况有关。②黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的______有关。随着温度的升高，一方面，各种波长的辐射强度都有______，另一方面，辐射强度的极大值向波长较____的方向移动，如图所示。完全吸收温度种类温度增加短3．能量子(1)定义：普朗克认为，当带电微粒辐射或吸收能量时，只能辐射或吸收某个最小能量值ε的________，这个不可再分的最小能量值ε叫作能量子。(2)能量子的大小：ε＝_____，其中ν是带电微粒吸收或辐射电磁波的频率，h称为普朗克常量(一般取h＝6.63×10－34J·s)。整数倍hν自主训练1黑体和黑体辐射(多选)关于黑体与黑体辐射，下列说法正确的是A．黑体只吸收电磁波，不反射电磁波，看上去是黑的B．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温度有关，与材料的种类及表面状况无关C．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布除与温度有关外，还与材料的种类及表面状况有关D．如果在一个空腔壁上开一个很小的孔，射入小孔的电磁波在空腔内表面经多次反射和吸收，最终不能从小孔射出，这个空腔就成了一个黑体√√黑体能100%地吸收入射到其表面的电磁辐射，并且不会有任何的反射与透射，这样的物体称为黑体，但不一定是黑色的，故A错误；黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温度有关，与材料种类及表面状况无关，故C错误，B正确；如果在一个空腔壁上开一个很小的孔，射入小孔的电磁波在空腔内表面经多次反射和吸收，最终不能从空腔射出，就相当于吸收了所有电磁波，因此空腔成了一个黑体，故D正确。故选BD。自主训练2黑体辐射的规律四种温度下黑体热辐射的强度与波长的关系如图所示。有关黑体辐射的实验规律和科学家们对黑体辐射的研究，下列说法正确的是A．在同一温度下，波长越短的电磁波辐射强度越大B．随着温度升高，辐射强度的极大值向波长较长的方向移动C．随着温度升高，波长短的辐射强度增大，波长长的辐射强度减小D．德国物理学家普朗克借助于能量子假说，提出的黑体辐射强度公式与实验相符√由题图可知，随着温度升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，B错误；随着温度升高，各种波长的辐射强度都增大，C错误；在同一温度下，随着波长变短，电磁波辐射强度先增大后减小，A错误；德国物理学家普朗克借助于能量子假说，提出的黑体辐射强度公式与实验相符，D正确。自主训练3能量子公式ε＝hν的应用(多选)(2023·海南高考)已知一个激光发射器功率为P，发射波长为λ的光，光速为c，普朗克常量为h，则A．光的频率为B．光子的能量为C．光子的动量为D．在时间t内激光器发射的光子数为√√光的频率ν＝

，A正确；光子的能量E＝hν＝

，B错误；光子的动量p＝

，C正确；在时间t内激光器发射的光子数n＝

，D错误。返回考点二光电效应的规律1．光电效应及其规律(1)光电效应现象在光的照射下，金属中的______从表面逸出的现象，发射出来的电子叫作________。(2)光电效应的产生条件入射光的频率______金属的极限频率。知识梳理电子光电子大于(3)光电效应规律①每种金属都有一个极限频率，入射光的频率必须______这个极限频率才能产生光电效应。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瞬时的，一般不超过10－9s。④当入射光的频率大于极限频率时，饱和电流的大小与入射光的强度成______。大于强度增大正比2．爱因斯坦光电效应方程(1)表达式：Ek＝hν－W0。(2)物理意义：金属中的电子吸收一个光子获得的能量是hν，在这些能量中一部分大小为W0的能量被电子用来脱离金属，剩下的是逸出后电子的________。(3)逸出功W0：电子从金属中逸出所需做功的________。初动能最小值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。 (

)基础知识判断××√×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．光电效应中的三个重要关系式(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。核心突破3．四点提醒(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。(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。考向1光电效应的规律(2023·广西柳州二模)已知能使某金属产生光电效应的极限频率为νc，则A．当用频率为2νc的单色光照射该金属时，则逸出功随之增大B．当用频率为2νc的单色光照射该金属时，所产生的光电子的最大初动能为hνcC．当照射光的频率ν增大时，光电流强度也随之增大D．当照射光的频率ν大于νc时，若ν增大一倍，则光电子的最大初动能也增大一倍例1√金属中电子的逸出功为W0＝hνc，是一定的，

νc称为金属的极限频率，与入射光的频率无关，故A错误；根据光电效应方程Ek＝hν－W0＝2hνc－hνc＝hνc，故B正确；发生光电效应时，光电流的大小与入射光的频率无关，与入射光的强度有关，故C错误；根据光电效应方程Ek＝hν－W0，光电子的最大初动能不和入射光的频率成正比，故D错误。故选B。(2023·山东济南模拟)光电管是一种利用光照产生电流的装置，当入射光照在管中金属板上时，可以形成光电流。下表中记录了某同学进行光电管实验时的数据。例2次数入射光子的能量/eV光的强弱

饱和电流的

大小/mA逸出光电子的最大初动能/eV

14.0弱290.824.0中430.834.0强600.8由表中数据得出的以下论断正确的是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，不论光照多强，饱和电流一定大于60mAD．若入射光子的能量为5.0eV，逸出光电子的最大初动能为1.8eV√由于入射光子能量相同，根据光子能量公式ε＝hν，可知三次实验入射光子的频率相同，A错误；由于入射光子能量相同，逸出光电子的最大初动能相同，根据爱因斯坦光电效应方程，可知逸出功相同，可知三次实验光电管中的金属板材质相同，B错误；饱和电流只与光照强度有关，与照射光的光子能量无关，C错误；若入射光子的能量为4.0eV，逸出光电子的最大初动能为0.8eV，根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0，则有W0＝ε1－Ek1＝4.0eV－0.8eV＝3.2eV，若入射光子的能量为5.0eV，代入数据解得Ek2＝5.0eV－3.2eV＝1.8eV，D正确。故选D。考向2光电效应的电路分析(2023·湘豫名校联盟)光电传感器是智能技术领域不可或缺的关键器件，而光电管又是光电传感器的重要元件。如图所示，某光电管K极板的逸出功W0＝hν，若分别用频率为2ν的a光和频率为5ν的b光照射该光电管，则下列说法正确的是A．a光和b光的波长之比为2∶5B．用a光和b光分别照射该光电管，逸出光电子的最大初动能之比为2∶5C．加反向电压时，对应的遏止电压之比为1∶4D．加正向电压时，对应形成的饱和电流之比为1∶4例3√根据c＝λν，a光和b光的波长之比等于频率的反比，即为5∶2，故A错误；根据Ek＝hν－W0，逸出光电子的最大初动能之比

，故B错误；根据eUc＝Ek，加反向电压时，对应的遏止电压之比

，故C正确；不知光照强度的关系，无法判断饱和电流的关系，故D错误。故选C。返回考点三光电效应的图像光电效应的四类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ν的关系①极限频率νc：图线与ν轴交点的横坐标②逸出功W0：图线与Ek轴交点的纵坐标的绝对值，即W0＝

＝E③普朗克常量h：图线的斜率，即k＝h图像名称图线形状由图线直接(间接)得到的物理量遏止电压Uc与入射光频率ν的关系①极限频率νc：图线与横轴交点的横坐标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：等于图线的斜率与电子电荷量的乘积，即h＝ke④逸出功W0：图线与Uc轴交点的纵坐标的绝对值与电荷量的乘积，即W0＝eUm图像名称图线形状由图线直接(间接)得到的物理量颜色不同时，光电流与电压的关系①遏止电压Uc1、Uc2②饱和电流③最大初动能Ek1＝eUc1，Ek2＝eUc2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：图线与横轴交点的横坐标②饱和电流Im1、Im2：光电流的最大值③最大初动能Ek＝eUc考向1

Ek-ν图像

甲、乙两种金属发生光电效应时，光电子的最大初动能与入射光频率间的关系分别如图中的a、b所示。下列判断正确的是A．图线a与b不一定平行B．图线a与b的斜率是定值，与入射光和金属材料均无关系C．乙金属的极限频率小于甲金属的极限频率D．甲、乙两种金属发生光电效应时，若光电子的最大初动能相同，甲金属的入射光频率大例4√根据光电效应方程Ek＝hν－W0可知，图线的斜率代表普朗克常量，两直线一定平行，A错误；普朗克常量与入射光和金属材料均无关系，B正确；横轴截距表示最大初动能为零时的入射光频率，也就是金属的极限频率，故乙金属的极限频率大于甲金属的极限频率，C错误；甲、乙两种金属发生光电效应时，若光电子的最大初动能相同，甲金属的入射光频率小，D错误。考向2

Uc-ν图像

用光电管探究光电效应规律的实验中，当用不同频率的光照射两种光电管的阴极时，得到的遏止电压Uc与入射光的频率ν的关系分别为图中a、b图线所示。由图中数据可知A．B．C．普朗克常量h＝D．a图线对应的阴极材料的逸出功为W0＝eU2例5√由光电效应方程Ek＝hν－W0和Ek＝eUc，可得Uc＝

，结合题图可知图像的斜率k＝

，故A、B错误；由k＝

，可得普朗克常量h＝

，故C正确；a图线对应的阴极材料的逸出功为W0＝eU1，故D错误。故选C。考向3

I-U图像(多选)(2023·安徽马鞍山)分别用a、b两种单色光照射同一金属，测得的光电流和电压的关系如图所示，则A．a、b两种光从同种介质射入空气发生全反射时，a光的临界角大B．光b的光子动量大于光a的光子动量C．该金属被光a照射时的逸出功小于被光b照射时的逸出功D．该金属被光a照射时射出的光电子的动能一定大于被光b照射时射出的光电子的动能例6√√根据eUc＝Ek＝hν－W0可知，频率越大的截止电压越大，所以a光的频率比b光的小，同种介质对a光的折射率更小，根据全反射临界角公式sinC＝

，可知a光的临界角大，故A正确；由于a光的频率比b光的小，则a光的波长比b光大，根据p＝

，可知单色光a的光子动量比单色光b的光子动量小，故B正确；逸出功是金属的自身属性，与入射光无关，故C错误；b光照射时的最大初动能比a光照射时的大，但是动能介于零和最大初动能之间，因此无法比较，故D错误。故选AB。规律总结1．光电流为零时对应的电压为遏止电压Uc。2．结合光电效应方程Ek＝hν－W0和遏止电压计算公式eUc＝Ek分析求解。

返回考点四光的波粒二象性物质波1．光的波粒二象性(1)光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有______性。(2)光电效应说明光具有______性。(3)光既具有波动性，又具有粒子性，即光具有__________性。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。知识梳理波动粒子波粒二象自主训练1波粒二象性图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√光具有波粒二象性，题图1说明少量光子粒子性表现明显，大量光子波动性表现明显，故A、B错误；题图2是电子束的衍射实验，证明实物粒子具有波动性，而不是光子，故C错误，D正确。自主训练2波粒二象性关于光的波粒二象性，下列说法正确的是A．光既具有波动性，又具有粒子性，这是互相矛盾和对立的B．光的波动性类似于机械波，光的粒子性类似于质点C．大量光子才具有波动性，个别光子只具有粒子性D．由于光既具有波动性，又具有粒子性，无法只用其中一种去说明光的一切行为，只能认为光具有波粒二象性√光既具有粒子性，又具有波动性，大量的光子波动性比较明显，个别光子粒子性比较明显，并不矛盾和对立，故A、C错误；光是概率波，不同于机械波，光的粒子性也不同于质点，即单个光子既具有粒子性也具有波动性，故B错误；由于光既具有波动性，又具有粒子性，即光的波动性与粒子性是光子本身的一种属性，故无法只用其中一种去说明光的一切行为，只能认为光具有波粒二象性，故D正确。自主训练3物质波已知电子的质量约为9.1×10－31kg，一个电子和一个直径为4μm的油滴具有相同的动能，则电子与水滴的德布罗意波长之比的数量级为A．10－8

B．10－4

C．102

D．108√根据德布罗意波长公式λ＝

和p＝

，解得λ＝

，由题意可知，电子与油滴的动能相同，则其波长与质量的二次方根成反比，所以有

，油的密度比水的密度小，约为0.8×103kg/m3，由于已知油滴的直径，则油滴的质量为m油＝ρ·πd3≈2.7×10－14kg，代入数据解得

≈1.7×108，故选D。返回课时测评1．如图为黑体辐射的实验规律，关于黑体辐射，以下叙述正确的是A．随温度升高，各种波长的辐射强度都有增加B．随温度降低，各种波长的辐射强度都有增加C．随温度升高，辐射强度的极大值向波长较长的方向移动D．黑体辐射电磁波的情况除与温度有关外还与材料的种类及表面状况有关√根据题图可知，随温度升高，各种波长的辐射强度都有增加，故A正确，B错误；根据题图可知，随温度升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，故C错误；黑体辐射电磁波的情况只与温度有关，故D错误。2．(多选)一单色光照到某金属表面时，有光电子从金属表面逸出，下列说法中正确的是A．无论增大入射光的频率还是增加入射光的强度，金属的逸出功都不变B．只延长入射光照射时间，光电子的最大初动能将增加C．只增大入射光的频率，光电子的最大初动能将增大D．只增大入射光的频率，光电子逸出所经历的时间将缩短√√逸出功的大小由金属本身决定，与入射光无关，故A正确；根据光电效应方程Ek＝hν－W0可知，光电子的最大初动能由入射光的频率和逸出功决定，即使只延长入射光照射时间，光电子的最大初动能也将不变，故B错误；根据光电效应方程Ek＝hν－W0，光电子的最大初动能由入射光的频率和逸出功决定，只增大入射光的频率，光电子的最大初动能将增大，故C正确；发生光电效应的条件是入射光的频率大于截止频率，光电效应几乎是瞬时发生的，即光电子逸出所经历的时间不变，故D错误。3．频率为ν的光照射某金属时，产生光电子的最大初动能为Ek。改为频率为2ν的光照射同一金属，所产生光电子的最大初动能为(h为普朗克常量)A．Ek－hν B．2EkC．Ek＋hν D．Ek＋2hν√根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0可知，若入射光频率变为2ν，则Ek′＝h·2ν－W0＝2hν－(hν－Ek)＝Ek＋hν，故C正确。4．如图所示，分别用波长为λ、2λ的光照射光电管的阴极K，对应的遏止电压之比为3∶1，则光电管的极限波长是A．2λ

B．3λC．4λ

D．6λ√根据eUc＝

，则eUc1＝

，eUc2＝

，其中

，解得λ0＝4λ，故选C。5．(多选)如图甲所示，合上开关，用光子能量为2.5eV的一束光照射阴极K，发现电流表示数不为零。调节滑动变阻器，发现当电压表示数小于0.60V时，电流表示数仍不为零，当电压表示数大于或等于0.60V时，电流表示数为零。把电路改为图乙，当电压表示数为2V时，下列说法正确的是A．逸出功为1.9eVB．逸出功为1.7eVC．电子到达阳极时的最大动能为2.6eVD．电子到达阳极时的最大动能为4.5eV√√光子能量hν＝2.5eV的光照射阴极，电流表示数不为零，则能发生光电效应，当电压表示数大于0.6V时，电流表示数为零，则电子不能到达阳极，由动能定理eU＝

mv知，最大初动能Ek＝eU＝0.6eV，由hν＝Ek＋W0知，W0＝1.9eV，对题图乙，当电压表示数为2V时，电子到达阳极的最大动能Ek′＝Ek＋eU′＝0.6eV＋2eV＝2.6eV，故A、C正确。6．用单色光去照射光电管中某种金属电极，发生光电效应，该金属逸出的光电子的最大初动能Ek与单色光的频率ν间关系图像如图所示。已知光电子的电荷量大小为e，图中a、b、c为已知量，则下列说法正确的是A．该金属的截止频率为aB．普朗克常量h＝C．该金属的光电子逸出功为D．当光照频率为a时，该金属光电效应的遏止电压为Uc＝√该金属光电效应截止时，光电子的最大初动能为零，所以截止频率为b，故A错误；根据光电效应方程Ek＝hν＋W0，变形得ν＝

Ek＋

W0，对照题中图线可知斜率k＝

，即h＝

，故B错误；当Ek等于零时，即光子能量恰好等于光电子的逸出功W0＝hν＝

，故C错误；当光照频率为a时，光电子具有最大初动能Ek＝c，eUc＝Ek，解得Uc＝

，故D正确。7．(多选)下列四幅图是与光电效应实验有关的图，则关于这四幅图的说法正确的是A．图1中，如果先让锌板带负电，再用紫外线灯照射锌板，则验电器的张角先变小后变大B．图2中，同一频率的黄光越强，饱和电流越大C．图3中，图像的斜率为普朗克常量D．由图4可知，E等于该金属的逸出功√√√题图1中，先让锌板带负电，再用紫外线灯照射锌板，由于光电效应逸出电子，锌板电荷量减少，所以验电器的张角会变小，等锌板电荷量为零时，验电器就无法张开，如果紫外线灯继续照射锌板，就会使锌板带正电，验电器的张角又增大，故A正确；由题图2可知，电压相同时，光照越强，饱和电流越大，故B正确；光电效应方程为Ek＝hν－W0，根据动能定理可得－eUc＝0－Ek，联立解得Uc＝

，可知Uc-ν图像的斜率为

，故C错误；根据光电效应方程Ek＝hν－W0，可知Ek-ν图线的纵轴截距为－W0＝－E，可知E等于该金属的逸出功，故D正确。故选ABD。8．某实验小组研究光电效应的规律时，用不同频率的光照射同一光电管并记录数据，得到遏止电压与频率的关系图线如图甲所示，当采用绿色强光、绿色弱光、紫色弱光三种光照射同一光电管时，得到的光电流与电压的关系如图乙所示。已知电子的电荷量为e，结合图中数据可知A．普朗克常量h＝B．光电管的K极材料的逸出功为C．a光为紫色弱光D．c光为绿色强光√光电效应方程Ek＝hν－W0，根据动能定理可得－eUc＝0－Ek，联立可得Uc＝

，可知Uc-ν图像的斜率为k＝

，解得h＝

，故A正确；根据Uc＝

，由Uc-ν图像可知当Uc＝0时ν＝ν0，则有0＝

，解得该实验所用光电管的K极材料的逸出功为W0＝hν0＝

，故B错误；入射光频率越大，遏止电压越大，所以a、b为同一种光，且a、b的频率小于c的频率，则a、b