《高考备考指南 物理 》课件-第1讲　光电效应　波粒二象性

原子与原子核第十四章

第1讲光电效应波粒二象性(本讲对应系统用书P301)核心素养新课程标准命题分析物理观念(1)了解光子、光子说、光电效应规律、波粒二象性；(2)认识原子核的结构和特点；(3)理解原子核的衰变、裂变、聚变和放射现象1.考查方式：(1)近几年高考对于光电效应、氢原子的能级结构、核反应方程、核能的计算等的考查比较频繁，试题以对基础知识的考查为主，题目难度不会太大；(2)对原子与原子核部分的考查多以选择题的形式出现，主要通过原子物理的各个概念、规律和微观结构的认识考查“物理观念”素养.2.广东命题趋势：光电效应规律及光电效应方程，原子结构及氢原子的能级跃迁，核反应及核能的计算，能用光电效应规律解释光电效应现象，能用氢原子能级结构和能级公式解释氢原子跃迁现象，能用爱因斯坦质能方程求解核能问题，体会量子论的建立对人们认识物质世界的影响，关注核技术应用对人类生活和社会发展的影响科学思维对微观世界的研究，提出了各种模型，如汤姆孙原子模型、原子的核式结构模型、玻尔的原子模型，使我们知道物理学的研究需要建构模型；能运用概率统计的方法理解半衰期，对天然放射性现象进行分析科学探究探究光电效应规律、α粒子散射实验科学态度与责任了解近代物理知识在生活、生产和科学技术中的应用栏目导航01知识

梳理查漏02题点

各个击破03配套训练知识梳理查漏1知识一

光电效应1.光电效应在光的照射下物体发射电子的现象叫光电效应，发射出来的电子叫__________.如图所示装置中，用弧光灯照射锌板，有电子从锌板表面飞出，使原来不带电的验电器带正电.

光电子

2.光电效应的规律(1)任何一种金属都有一个________，入射光的频率ν必须大于这个极限频率(ν>ν0)才能产生光电效应.

(2)光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随着入射光________的增大而增大.

(3)入射光照到金属上时，光电子的发射几乎是______的，一般不超过10-9s.

(4)当入射光的频率大于极限频率时，光电流的强度与入射光的________成正比.

极限频率ν0

频率瞬时强度3.爱因斯坦的光子说光的能量不是连续的，而是一份一份的，每一份叫作一个光子.光子的能量E跟光的频率ν成正比：E=hν(h是普朗克常量).4.爱因斯坦光电效应方程(1)最大初动能和逸出功金属表面的电子吸收光子后克服金属原子核的引力做功.直接从金属表面逸出的电子所具有的最大动能称为最大初动能，克服金属原子核的引力逃逸成为光电子所做功的________叫逸出功.

(2)光电效应方程：________________，hν极限=W0(Ek是光电子的最大初动能，W0是________功，即从金属表面直接飞出的光电子克服原子核引力所做的功).

最小值Ek=hν-W0逸出【自测1】(多选)1905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解释了光电效应现象.关于光电效应，下列说法正确的是()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.某单色光照射一金属时不发生光电效应，改用波长较短的光照射该金属可能发生光电效应AD【解析】根据光电效应现象的实验规律，只有入射光频率大于极限频率才能产生光电效应，故A、D正确.根据光电效应方程，最大初动能与入射光频率呈线性关系，但非正比关系，B错误.根据光电效应现象的实验规律，光电子的最大初动能与入射光强度无关，C错误.知识二

光的波粒二象性1.光的波粒二象性(1)光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有______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，称为光的__________性.

波动粒子波粒二象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_____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(德布罗意波)：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

【自测2】下列关于光的波粒二象性的说法正确的是()A.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.大量光子产生的效果往往显示粒子性C题点各个击破2命题点一对光电效应规律的理解［自修掌握类］

1.光子说对光电效应的解释

现象解释存在极限频率现象解释光电子最大初动能的决定因素根据光电效应方程Ek=hν-W0可知，最大初动能与光子的频率和物体的逸出功有关，光子的频率越大，金属的逸出功越小，逸出的光电子最大初动能越大光电效应的瞬时性电子一次性吸收光子的全部能量，不需要积累能量的时间，光电效应几乎是瞬时发生的，一般不超过10-9s2.四点提醒(1)光电效应能否发生，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.3.两条对应关系(1)光照强度大→光子数目多→发射光电子多→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.4.三个关系式(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.例1

(2023年广东模拟)如图所示的光电管，阴极和阳极密闭在真空玻璃管内部，用黄光照射时，发生了光电效应.则以下可以使光电子最大初动能增大的是()A.改用红光照射光电管B.改用蓝光照射光电管C.增强黄光的照射强度D.延长黄光的照射时间【解析】根据题意，由光电效应方程Ek=hν-W0可知光电子最大初动能与光照的频率有关，与光照强度和光照时间无关.想增大光电子最大初动能，需要增大入射光的频率，B正确.B

AC2.(2023年辽宁卷)原子处于磁场中，某些能级会发生劈裂.某种原子能级劈裂前后的部分能级图如图所示，相应能级跃迁放出的光子分别设为①②③④.若用①照射某金属表面时能发生光电效应，且逸出光电子的最大初动能为Ek，则()A.①和③的能量相等B.②的频率大于④的频率C.用②照射该金属一定能发生光电效应D.用④照射该金属逸出光电子的最大初动能小于EkA【解析】由图可知①和③对应的跃迁能级差相同，可知①和③的能量相等，A正确.因②对应的能级差小于④对应的能级差，可知②的能量小于④的能量.根据E=hν可知②的频率小于④的频率，B错误.因②对应的能级差小于①对应的能级差，可知②的能量小于①，②的频率小于①.若用①照射某金属表面时能发生光电效应，用②照射该金属不一定能发生光电效应，C错误.因④对应的能级差大于①对应的能级差，可知④的能量大于①，即④的频率大于①.因用①照射某金属表面时能逸出光电子的最大初动能为Ek，根据Ekm=hν-W逸出功，则用④照射该金属逸出光电子的最大初动能大于Ek，D错误.命题点二光电效应的方程和图像［师生共研类］图像名称图线形状可求物理量最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图线

①极限频率νc：图线与ν轴交点的横坐标νc；②逸出功W0：图线与Ek轴交点的纵坐标的绝对值W0=|-E|=E；③普朗克常量h：图线的斜率k=h图像名称图线形状可求物理量颜色相同、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饱和光电流Im1，Im2：光电流的最大值；③最大初动能：Ek=eUc色光不同时，光电流与电压的关系

①遏止电压Uc1，Uc2；②饱和光电流；③最大初动能：Ek1=eUc1，Ek2=eUc2图像名称图线形状可求物理量遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图线

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=ke(注：此时两极之间接反向电压)例2用如图甲所示的装置研究光电效应现象.闭合开关S，用频率为ν的光照射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光电子的最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图像，图线与横轴的交点坐标为(a，0)，与纵轴的交点坐标为(0，-b).下列说法正确的是()

B

1.(2023年广东模拟)某小组用a，b两种单色光照射同一光电管探究光电效应，得到光电流I与光电管所加电压U的关系如图所示.下列说法正确的是()A.b光照射时逸出的光电子最大初动能更大B.增强a光的强度，遏止电压Uca也增大C.a光的频率大于b光的频率D.a光的波长小于b光的波长A

2.(2022年河北卷)下图是密立根于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hνcB.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A

命题点三光的波粒二象性和物质波［自修掌握类］1.对光的粒子性和波动性的理解

项目内容光的粒子性(1)当光同物质发生作用时，这种作用是“一份一份”进行的，表现出粒子的性质(2)少量或个别光子容易显示出光的粒子性光的波动性(1)足够能量的光在传播时，具有波动的性质(2)光是一种概率波，即光子在空间各点出现的可能性大小(概率)可用波动规律来描述2.物质波德布罗意波是概率波，衍射图样中的亮圆是电子落点概率大的地方，但概率的大小受波动规律支配.例3

(2022年湖南卷)关于原子结构和微观粒子波粒二象性，下列说法正确的是()A.卢瑟福的核式结构模型解释了原子光谱的分立特征B.玻尔的原子理论完全揭示了微观粒子运动的规律C.光电效应揭示了光的粒子性D.电子束穿过铝箔后的衍射图样揭示了电子的粒子性【解析】玻尔的量子化模型很好地解释了原子光谱的分立特征，但不足之处是它保留了经典理论中的一些观点，如电子轨道的概念，还不能完全揭示微观粒子的运动规律，A、B错误.光电效应揭示了光的粒子性，C正确.电子束穿过铝箔后的衍射图样证实了电子的波动性，质子、中子及原子、分子均具有波动性，D错误.C1.下列哪一组实验能说明光具有波粒二象性()A.光的双缝干涉和光的单缝衍射现象B.泊松亮斑和光电效应现象C.光的反射和光的薄膜干涉现象D.光电效应和光的直进现象B【解析】光的干涉和衍射是波特有的现象，能说明光具有波动性，但不能说明其具有粒子性，A错误.泊松亮斑是由于光的衍射形成的，说明光具有波动性.而光电效应说明光具有粒子性，B正确.光的薄膜干涉现象说明光具有波动性.而光的反射不能说明其具有粒子性，波也能反射，C错误.光电效应能说明光具有粒子性，而光的直进现象不能说明光的波动性，粒子也能直进，D错误.2.(多选