（江蘇專版）2022年高考物理總復習 第62講 光電效應波粒二象性講義

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1、（江蘇專版）2022年高考物理總復習 第62講 光電效應波粒二象性講義 考情剖析 考查內容 考綱要求 考查年份 考查詳情 能力要求 普朗克能量子假說 黑體和黑體輻射、 光電效應、 光的波粒二象性　物質波 Ⅰ 14年 T12C(1)—選擇，考查了光電效應方程的應用 分析綜合 15年 T12C(1)—選擇，考查了光電效應、熱中子衍射、黑體輻射、德布羅意波波長的理解 分析綜合 17年 T12C(2)—填空，考查了德布羅意波長 分析綜合 弱項清單,光電效應計算錯誤，沒有正確

2、理解光電效應產生的條件，答題技巧欠佳；p＝＝公式記憶不到位，物理量字母書寫不規(guī)范． 知識整合 一、黑體輻射與能量子 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 1．黑體與黑體輻射 (1)黑體：是指能夠完全________入射的各種波長的電磁波而不發(fā)生________的物體． (2)黑體輻射的實驗規(guī)律 ①一般材料的物體，輻射的電磁波除與________有關外，還與材料的________及________有關． ②黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體的________有關． a．隨著溫度的升高，各種波長的輻射強度都________． b．隨著溫度的升高，輻射強度的極

3、大值向波長較________的方向移動． 2．能量子 為解釋黑體輻射規(guī)律，1900年普朗克提出了能量________假說． (1)定義：普朗克認為，帶電微粒輻射或者吸收能量時，只能輻射或吸收某個________值的整數倍．即能量的輻射或者吸收只能是一份一份的．這個不可再分的最小能量值ε叫做能量子． (2)能量子的大小：ε＝hν，其中ν是電磁波的頻率，h稱為普朗克常量．h＝6.63×10－34 J·s. 二、光電效應 1．光電效應現象 光電效應：在光的照射下金屬中的電子從金屬表面逸出的現象，叫做光電效應，發(fā)射出來的電子叫做________，形成的電流稱________． 2．

4、光電效應規(guī)律 (1)存在著飽和電流．在光照條件不變的情況下，隨著光電管所加正向電壓的增大，光電流增大，但最終光電流趨于一個定值，不再隨正向電壓的增大而增大，這個穩(wěn)定的光電流稱________，飽和電流的強度隨入射光強度的增大而________． (2)存在著遏止電壓．光電管兩端加反向電壓時，使光電流________的反向電壓，稱為遏止電壓．反向遏止電壓的存在意味著光電子具有最大的初動能． 實驗表明，對于一定頻率的光，遏止電壓都是一樣的，與光強無關，與頻率有關．頻率越大，遏止電壓越大．意味著光子的最大初動能與入射光的________無關，只隨入射光的______增大而增大． (3)存

5、在截止頻率．當入射光的頻率減小到某一數值時，即使不加反向電壓也沒有光電流．這表明：當低于這個頻率時，沒有光電子從金屬表面逸出，不能發(fā)生光電效應．不同的金屬的截止頻率________． (4)光電效應具有瞬時性．光照射到金屬表面時，光電子的發(fā)射幾乎是________的，不需要時間的積累． 3．愛因斯坦光電效應方程 (1)光子說：空間傳播的光的能量是不連續(xù)的，是一份一份的，每一份叫做一個光子．光子的能量為ε＝________. (2)光電效應方程：____________． 三、康普頓效應 光電效應和康普頓效應深入地揭示了光的粒子性的一面．前者表明光子具有________，后者表明光子

6、除了具有________之外還具有________． 四、光的波粒二象性與物質波 1．光的波粒二象性 (1)光的干涉、衍射、偏振現象證明光具有________性． (2)光電效應說明光具有________性． (3)光既具有波動性，又具有粒子性，稱為光的______性． 2．物質波 (1)概率波 光的干涉現象是大量光子的運動遵守波動規(guī)律的表現，亮條紋是光子到達概率________的地方，暗條紋是光子到達概率________的地方，因此光波又叫概率波． (2)物質波 任何一個運動著的物體，小到微觀粒子大到宏觀物體都有一種波與它對應，其波長λ＝，p為運動物體的動量，h為普朗克常

7、量． 方法技巧考點1　光電效應方程及光子說對光電效應的解釋 1．光照射金屬時，電子吸收一個光子(形成光電子)的能量后，動能立即增大，不需要積累能量的過程． 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 2．電子從金屬表面逸出，首先必須克服金屬原子核的引力做功(逸出功W)，要使入射光子的能量不小于W才會發(fā)生光電效應．頻率ν＝，即是極限頻率． 3．對于確定的金屬，W是一定的，故光電子的最大初動能只隨入射光頻率的增大而增大． 4．光強越強，光子數目越多，逸出的光電子數目越多，飽和電流也越大． 【典型例題1】　(17年常州一模)如圖所示的是研究光電效應的裝置的電路圖，若用某一頻

8、率的光照射光電管陰極P，發(fā)現電流表有讀數，則增加光的強度，電流表示數________(選填“變大”、“變小”或“不變”)．若開關K斷開時，用光子能量為2.5 eV的一束光照射陰極P，發(fā)現電流表讀數不為零，合上開關，調節(jié)滑動變阻器，當電壓表讀數大于或等于0.60 V時，電流表讀數為零，由此可知陰極材料的逸出功為________eV. 　1.(17年蘇錫常鎮(zhèn)一模)如圖所示為研究光電效應現象的實驗，電路中所有元件完好，當光照射到光電管上時，靈敏電流計中沒有電流通過，可能的原因是(　　) A．入射光強度較弱 B．入射光波長太長 C．電源電壓太高 D．光照射時間太短

9、 【學習建議】　加強對產生光電效應的條件進行正確地理解． 考點2　光電效應曲線圖象的理解 1．Ekm-ν曲線 如圖所示的是光電子最大初動能Ekm隨入射光頻率ν的變化曲線．這里，橫軸上的截距是陰極金屬的極限頻率；縱軸上的截距是陰極金屬的逸出功的負值；斜率為普朗克常量． 2．I-U曲線 (1)如圖所示的是光電流I隨光電管兩極板間電壓U的變化曲線，圖中Im為飽和光電流，Uc為遏止電壓． 　 (2)在用相同頻率不同強度的光去照射陰極K時，得到I-U曲線如圖所示，它顯示出對于不同強度的光，Uc是相同的，這說明同頻率、不同強度的光所產生的光電子的最大初動能是相同的． 【典型例題2

10、】　(17年南京一模)光照射某金屬產生光電效應時，實驗測得光電子最大初動能與照射光頻率的圖象如圖所示，其中圖線與橫軸交點坐標為ν0，則該金屬的逸出功為________．用一束波長范圍為λ1～λ2，且λ1<λ2的光照射該金屬時產生光電效應，則光電子的最大初動能為________．已知普朗克常量為h，光在真空中傳播速度為c. 【學習建議】　對ν＝公式的記憶要牢固，提高計算的正確率． 　2.(17年蘇北四市聯(lián)考)圖示為金屬A和B的遏止電壓Uc和入射光頻率ν的關系圖象，由圖可知金屬A的截止頻率________(選填“大于”、“小于”或“等于”)金屬B的截止頻率；如果用頻率為5.5×1014 H

11、z的入射光照射兩種金屬，從金屬______(選填“A”或“B”)逸出光電子的最大初動能較大． 【典型例題3】　(16年常州一模)用同一光電管研究a、b兩種單色光產生的光電效應，得到光電流I與光電管兩極間所加電壓U的關系如圖．則a光光子的頻率________(選填“大于”、“小于”或“等于”)b光光子的頻率；a光的強度________(選填“大于”、“小于”或“等于”)b光的強度． 考點3　對光的波粒二象性、物質波的理解 光既有波動性，又有粒子性，兩者不是孤立的，而是有機的統(tǒng)一體，其表現規(guī)律為： 1．個別光子的作用效果往往表現為粒子性；大量光子的作用效果往往表現為波動性． 2．

12、頻率越低波動性越顯著，越容易看到光的干涉和衍射現象；頻率越高粒子性越顯著，越不容易看到光的干涉和衍射現象，貫穿本領越強． 3．光在傳播過程中往往表現出波動性；在與物質發(fā)生作用時，往往表現為粒子性． 【典型例題4】　(多選)在單縫實驗中，中央亮紋的光強占從單縫射入的整個光強的95%以上．假設現在只讓一個光子通過單縫，那么該光子(　　) A．一定落在中央亮紋上 B．一定落在亮紋處 C．可能落在暗紋處 D．落在中央亮紋處的可能性最大 【學習建議】　加強對波粒二象性及概率波的理解． 當堂檢測　　1.(17年蘇北六市聯(lián)考)(多選)2017年1月，我國“墨子號”量子

13、科學實驗衛(wèi)星正式進入應用研究．在量子理論中，有共同來源的兩個微觀粒子，不論它們相距都遠，它們總是相關的，一個粒子狀態(tài)的變化會立即影響到另一個粒子，這就是所謂的量子糾纏．關于量子理論，下列說法中正確的有(　　) 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 A．玻爾氫原子理論，第一次提出了能量量子化的觀念 B．愛因斯坦研究光電效應提出光子說，光子說屬于量子理論的范疇 C．量子理論中，實物粒子具有波粒二象性 D．微觀粒子在受力狀況和初速度確定的前提下，可以確定它此后運動狀態(tài)和位置 2．(17年蘇錫常鎮(zhèn)二模)如圖是研究光電效應的實驗裝置，用一定頻率的光照射陰極K，當滑片P處

14、于圖示位置時，電流表的示數不為零，為使電流表示數減小，下列辦法可行的是(　　) 第2題圖 A．將滑片P向右移動 B．減小入射光的強度 C．換用電動勢更大的電源 D．將電源的正、負極對調 3．(17年江蘇高考)質子(H)和α粒子(He)被加速到相同動能時，質子的動量________(選填“大于”、“小于”或“等于”)α粒子的動量，質子和α粒子的德布羅意波波長之比為________． 4．小明用金屬銣為陰極的光電管，觀測光電效應現象，實驗裝置示意如圖甲所示．已知普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s. 甲 　　乙 第4題圖 (1)圖甲中電極A為光電管的

15、________(選填“陰極”或“陽極”)； (2)實驗中測得銣的遏止電壓Uc與入射光頻率ν之間的關系如圖乙所示，則銣的截止頻率νc＝________Hz，逸出功W0＝________J； (3)如果實驗中入射光的頻率ν＝7.00×1014 Hz，則產生的光電子的最大初動能Ek＝________J. 5．(17年南通泰州一模)一銅板暴露在波長為λ的紫外線中，觀測到有電子從銅板表面逸出．在銅板所在空間加一方向垂直于板面、大小為E的勻強電場時，電子能運動到距板面的最大距離為d.已知真空中的光速為c，普朗克常量為h，電子電荷量為e，求： (1)入射光光子的能量； (2)銅板的極限頻率．

16、 第62講　光電效應 波粒二象性知識整合 基礎自測 一、1.(1)吸收　反射　(2)①溫度　種類　表面狀況?、跍囟取．增加　b．短 2．量子化　(1)最小能量 二、1.光電子　光電流 2．(1)飽和電流　增大　(2)減小到零　強度　頻率　(3)不同　(4)瞬時 3．(1)hν　(2)Ek＝hν－W0 三、能量　能量　動量 四、1.(1)波動　(2)粒子　(3)波粒二象 2. (1)大　小 方法技巧 ·典型例題1· 變大　1.9　【解析】　電流表有計數，說明發(fā)生了光電效應，光電流的大小與光的強度成正比，增加光的強度，電流表示數變大．電

17、壓表讀數大于或等于0.6 V時，電流表計數為零根據題意光電子的最大初動能為Ek＝qU＝0.6 eV，根據光電效應方程W0＝hν－Ek＝1.9 eV. ·變式訓練1·B　【解析】　光的強度和光照時間不能決定能否發(fā)生光電效應， 電源電壓為正向電壓且光照到光電管上靈敏電流計中沒有電流，則可能沒有發(fā)生光電效應，即入射光的頻率過小，波長過長造成的． ·典型例題2·hν0　h－h(huán)ν0　【解析】　最大初動能為零，則入射光的能量等于逸出功，所以W0＝hν0.根據光電效應方程， Ekm＝hν－W0，用一束波長范圍為λ1～λ2，且λ1<λ2的光照射該金屬時產生光電效應，入射光的最小波長為λ1～λ2，且λ1，即

18、頻率最大， 那么產生的光電子的最大初動能為Ekm＝h－h(huán)ν0, ·變式訓練2·小于　A　【解析】　根據愛因斯坦光電效應方程Ekm＝hν－W0及能量守恒定律方程：Ekm＝eUc，得eUc＝hν－W0即Uc＝－ .當 Uc＝0 時，對應的頻率為截止頻率，由圖知金屬 A 的截止頻率小于金屬 B 的截止頻率．金屬的逸出功為W0＝hν0，根據Ekm＝hν－h(huán)ν0可知ν 相同時，由于金屬 A 的截止頻率較小，所以從金屬 A 逸出光電子的最大初動能較大． ·典型例題3·大于　大于　【解析】　由Uce＝hν－W0可知遏止電壓越大，入射光的頻率越大．飽和電流越大，光照越強，a光的強度大于b光的強度． ·

19、典型例題4·CD　【解析】　根據光的概率波的概念，對于一個光子通過單縫落在何處，是不可確定的，但概率最大的是落在中央亮紋處，可達到95%以上，當然也可能落在其他亮紋處和暗紋處，只不過概率比落在中央亮紋處的要小，故C、D正確． 當堂檢測 1．BC　【解析】　普朗克為了解釋黑體輻射現象，第一次提出了能量量子化理論，故A錯誤；愛因斯坦為了解釋光電效應的規(guī)律，提出了光子說，光子說屬于量子理論的范疇．所以B選項是正確的； 在量子理論中，實物粒子具有波粒二象性，所以C選項是正確的；根據測不準原理可以知道，微觀粒子在受力狀況和初速度確定的前提下，并不能同時確定它此后運動狀態(tài)和位置，故D錯誤． 2．B　

20、【解析】　若滑片P向右移動，導致正向電壓增大，而光子的最大初動能不變，飽和光電流不會變，則光電流的大小不變．故A錯誤．若減小入射光的強度，導致光子數目減小，則電流表的示數會減?。訠選項是正確的．若換用電動勢更大的電源，與滑片向右移動一樣，飽和電流不變，則電流表示數不變．故C錯誤．若電源的正、負極對調，則光電管兩端的電壓為反向電壓，若保持照射光的頻率和強度不變，反向電壓會阻礙光電子的移動，導致光電流可能會減小，但并一定會減小，故D錯誤. 3. 小于　2∶1 　【解析】　動能與動量的關系P＝，質子(H)和α粒子(He)質量之比為1∶4，所以小于．物質波的波長λ＝， 可得λ＝，物質波的波長之比為2∶1. 4．(1)陽極　(2)5.15(5.12～5.18)×1014 3．41(3.39～3.43)×10－19　(3)1.23(1.21～1.25)×10－19　【解析】　(1)由光電管的結構知，A為陽極；(2)Uc-ν圖象中橫軸的截距表示截止頻率νc，逸出功W0＝hνc；(3)由愛因斯坦的光電效應方程Ek＝hν－W0，可求結果． 5．(1)h　(2)－　【解析】　(1)根據光子能量E＝hν，及ν＝， 那么入射光光子的能量h. (2)由功能關系可以知道光電子的最大初動能Ekm＝eEd，設銅板的極限頻率為ν0, 則E＝hν0＋eEd，計算得出ν0＝－.