2024高考物理一轮复习第12章波粒二象性原子结构和原子核第1讲光电效应波粒二象性教案

PAGEPAGE8第1讲光电效应波粒二象性eq\x(学问点一)光电效应1．光电效应现象在光的照耀下金属中的电子从金属表面逸出的现象，称为光电效应，放射出来的电子称为光电子。2．光电效应的四个规律(1)每种金属都有一个极限频率。(2)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)光照耀到金属表面时，光电子的放射几乎是瞬时的。(4)饱和光电流的强度与入射光的强度成正比。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最小频率称为该种金属的截止频率(又称极限频率)。不同的金属对应着不同的极限频率。(3)逸出功：电子从金属中逸出所需做功的最小值，叫作该金属的逸出功。eq\x(学问点二)爱因斯坦光电效应方程1．光子说：光是不连续的，是一份一份的，每一份光叫一个光子，一个光子的能量为ε＝hν。2．逸出功：使电子脱离某种金属所做功的最小值，用W0表示，不同金属的逸出功不同。3．爱因斯坦光电效应方程(1)表达式：Ek＝hν－W0。(2)物理意义：金属表面的电子汲取一个光子获得的能量是hν，这些能量的一部分用来克服金属的逸出功W0，剩下的表现为逸出后光电子的最大初动能Ek＝eq\f(1,2)meveq\o\al(2,e)。eq\x(学问点三)波粒二象性1．光的波粒二象性(1)光的干涉、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(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大的地方，暗条纹是光子到达概率小的地方，因此光波是一种概率波。(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＝eq\f(h,p)，p为运动物体的动量，h为普朗克常量。1．(2024·上海奉贤区期末)用单色光照耀一光电管的阴极时，有无光电效应现象发生取决于该单色光的()A．频率 B．强度C．照耀时间 D．光子数目A[本题考查光电效应发生的条件。发生光电效应现象的条件是入射光频率大于光电管阴极金属的截止频率，与其他因素无关，故A正确，B、C、D错误。]2.(2024·广东珠海一模)如图所示，用紫外线灯照耀锌板，发觉验电器的指针偏转，以下说法正确的是()A．锌板带正电，指针带负电B．锌板带负电，指针带正电C．锌板带正电，指针带正电D．锌板带负电，指针带负电C[本题考查光电效应。用紫外线灯照耀锌板，有电子逸出，所以锌板带正电，验电器指针与锌板连接，同样带正电。所以C正确，A、B、D错误。]3．用很弱的光做单缝衍射试验，变更曝光时间，在胶片上出现的图象如图所示，该试验表明()A．光的本质是波B．光的本质是粒子C．光的能量在胶片上分布不匀称D．光到达胶片上不同位置的概率相同C[用很弱的光做单缝衍射试验，变更曝光时间在胶片出现的图样，说明光有波粒二象性，故A、B项错误；说明光到达胶片上的不同位置的概率是不一样的，也就说明白光的能量在胶片上分布不匀称，故C项正确，D项错误。]考点一光电效应规律和光电效应方程的应用1．四点提示(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，也包括不行见光。(3)逸出功的大小由金属本身确定，与入射光无关。(4)光电子不是光子，而是电子。2．两条对应关系(1)光照强度大→光子数目多→放射光电子多→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。3．三个关系式(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。4．区分光电效应中的四组概念(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耀时放射出来的电子，其本质是电子。(2)光电子的动能与光电子的最大初动能。(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，在肯定的光照条件下，饱和光电流与所加电压大小无关。(2024·全国卷Ⅱ·17)用波长为300nm的光照耀锌板，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．8×1015HzB[设单色光的最低频率为ν0，由Ek＝hν－W知Ek＝hν1－W,0＝hν0－W，又知ν1＝eq\f(c,λ)整理得ν0＝eq\f(c,λ)－eq\f(Ek,h)，解得ν0≈8×1014Hz。]1．(2024·全国卷Ⅲ·19)(多选)在光电效应试验中，分别用频率为νa、νb的单色光a、b照耀到同种金属上，测得相应的遏止电压分别为Ua和Ub、光电子的最大初动能分别为Eka和Ekb。h为普朗克常量。下列说法正确的是()A．若νa＞νb，则肯定有Ua＜UbB．若νa＞νb，则肯定有Eka＞EkbC．若Ua＜Ub，则肯定有Eka＜EkbD．若νa＞νb，则肯定有hνa－Eka＞hνb－EkbBC[光电效应中遏止电压与最大初动能之间的关系为eU＝Ek，依据光电效应方程可知Ek＝hν－W0，若νa＞νb，则Eka＞Ekb，Ua＞Ub，选项A错误，选项B正确；若Ua＜Ub，则Eka＜Ekb，选项C正确；由光电效应方程可得W0＝hν－Ek，则hνa－Eka＝hνb－Ekb，选项D错误。]2．[2024·全国卷Ⅰ·35(1)改编](多选)现用某一光电管进行光电效应试验，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，入射光的光强变大，饱和光电流变大B．入射光的频率变高，光电子的最大初动能变大C．保持入射光的光强不变，不断减小入射光的频率，始终有光电流产生D．遏止电压的大小与入射光的频率有关，与入射光的光强无关ABD[在发生光电效应时，饱和光电流大小由光照强度来确定，与频率无关，光照强度越大饱和光电流越大，因此A正确；依据Ekm＝hν－W可知，对于同一光电管，逸出功W不变，当频率变高，最大初动能Ekm变大，因此B正确；由光电效应规律可知，当频率低于截止频率时无论光照强度多大，都不会有光电流产生，因此C错误；由Ekm＝eUc和Ekm＝hν－W，得hν－W＝eUc，遏止电压只与入射光频率有关，与入射光强无关，因此D正确。]3．(2024·北京卷·19)光电管是一种利用光照耀产生电流的装置，当入射光照在管中金属板上时，可能形成光电流。表中给出了6次试验的结果。组次入射光子的能量/eV相对光强光电流大小/mA逸出光电子的最大动能/eV第一组1234.04.04.0弱中强2943600.90.90.9其次组4566.06.06.0弱中强2740552.92.92.9由表中数据得出的论断中不正确的是()A．两组试验采纳了不同频率的入射光B．两组试验所用的金属板材质不同C．若入射光子的能量为5.0eV，逸出光电子的最大动能为1.9eVD．若入射光子的能量为5.0eV，相对光强越强，光电流越大B[由于光子的能量E＝hν，又入射光子的能量不同，故入射光子的频率不同，A项正确；由爱因斯坦光电效应方程hν＝W＋Ek，可求出两组试验的逸出功均为3.1eV，故两组试验所用的金属板材质相同，B项错误；由hν＝W＋Ek，逸出功W＝3.1eV可知，若入射光子能量为5.0eV，则逸出光电子的最大动能为1.9eV，C项正确；相对光强越强，单位时间内射出的光子数越多，单位时间内逸出的光电子数越多，形成的光电流越大，故D项正确。]考点二光电效应的图象分析光电效应中常见的四个图象图象名称图线形态由图线干脆(间接)得到的物理量最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图线①极限频率：图线与ν轴交点的横坐标ν0②逸出功：图线与Ek轴交点的纵坐标的肯定值W0＝|－E|＝E③普朗克常量：图线的斜率k＝h颜色相同、强弱不同的光，光电流与电压的关系①遏止电压Uc：图线与横轴的交点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遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图线①截止频率ν0：图线与横轴的交点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＝ke(注：此时两极之间接反向电压)(多选)探讨光电效应的试验电路图如图(a)所示，试验中得到的光电流I与光电管两端电压U的关系图象如图(b)所示。下列说法正确的是()A．若把滑动变阻器的滑片向右滑动，光电流肯定增大B．甲与乙是同一种光，且甲的光强大于乙C．由图(b)可知，乙光的频率小于丙光的频率D．若将甲光换成丙光来照耀K极，则K极所用材料的逸出功将减小BC[滑动变阻器的滑片向右滑动，光电流可能增大，也可能已达到饱和电流而不变，A错误；由图(b)可知，甲、乙两光的遏止电压相同，说明它们使光电管上逸出的光电子的最大初动能相同，即它们的频率相同，但甲、乙两光的饱和电流不同，说明它们的光强不同，因甲光的饱和电流大于乙光的饱和电流，故甲的光强大于乙，B正确；入射光频率越大，逸出光电子的最大初动能越大，遏止电压越大，结合图(b)分析可知，C正确；逸出功只由金属本身确定，与入射光无关，D错误。]4．如图为密立根探讨某金属的遏止电压Uc和入射光频率ν的关系图象，则下列说法正确的是()A．图象的斜率为普朗克常量B．该金属的截止频率约为5.5×1014HzC．由图象可得该金属的逸出功为0.5eVD．由图象可知，光电子的最大初动能与入射光的频率成一次函数关系D[依据光电效应方程得，Ekm＝hν－W0，又Ekm＝eUc，解得Uc＝eq\f(hν,e)－eq\f(W0,e)，可知图线的斜率k＝eq\f(h,e)，故A项错误；当遏止电压为零时，入射光的频率等于金属的截止频率，大约为4.2×1014Hz，故B项错误；图线的斜率k＝eq\f(h,e)，则逸出功W0＝hν0＝keν0＝eq\f(0.5,1.3×1014)×4.2×1014eV＝1.6eV，故C项错误；依据光电效应方程得，Ekm＝hν－W0，即eUc＝hν－W0，光电子的最大初动能与入射光的频率成一次函数关系，故D项正确。]5．(2024·南平模拟)用如图甲所示的装置探讨光电效应现象，闭合电键S，用频率为ν的光照耀光电管时发生了光电效应。图乙是该光电管发生光电效应时间电子的最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图象，图线与横轴的交点坐标为(a,0)，与纵轴的交点坐标为(0，－b)，下列说法中正确的是()A．普朗克常量为h＝eq\f(a,b)B．断开电键S后，电流表G的示数不为零C．仅增加照耀光的强度。光电子的最大初动能将增大D．保持照耀光强度不变，仅提高照耀光频率，电流表G的示数保持不变B[依据Ekm＝hν－W0得，纵轴截距的肯定值等于金属的逸出功，等于b，当最大初动能为零时，入射光的频率等于截止频率，所以金属的截止频率为ν0＝a，那么普朗克常量为h＝eq\f(b,a)，故A项错误；电键S断开后，因光电效应现象中，光电子存在最大初动能，因此电流表G的示数不为零，故B项正确；依据光电效应方程可知，入射光的频率与最大初动能有关，与光的强度无关，故C项错误；若保持照耀光强度不变，仅提高照耀光频率，则光子数目减小，那么电流表G的示数会减小，故D项错误。]考点三光的波粒二象性和物质波1．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。2．从频率上看：频率越低波动性越显著，越简单看到光的干涉和衍射现象；频率越高粒子性越显著，贯穿本事越强，越不简单看到光的干涉和衍射现象。3．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出粒子性。4．波动性与粒子性的统一：由光子的能量E＝hν、光子的动量表达式p＝eq\f(h,λ)也可以看出，光的波动性和粒子性并不冲突：表示粒子性的能量和动量的计算式中都含有描述波动性的物理量——频率ν和波长λ。(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．β射线在云室中穿过会留下清楚的径迹B．人们利用慢中子衍射来探讨晶体的结构C．人们利用电子显微镜观测物质的微观结构D．光电效应试验中，光电子的最大初动能与入射光的频率有关，与入射光的强度无关BC[β射线在云室中穿过会留下清楚的径迹，可以说明β射线是一种粒子，故A错误；人们利用慢中子衍射来探讨晶体的结构，慢中子