(江蘇專版)2019年高考物理總復(fù)習(xí)-第62講-光電效應(yīng)波粒二象性講義

1、第62講光電效應(yīng)波粒二象性考情剖析考查內(nèi)容考名腰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(yīng)、光的波粒二象性 物質(zhì)波I14年T12Q1）一選擇，考 查了光電效應(yīng)方程 的應(yīng)用分析綜合15年T12Q1）一選擇，考查了光電效應(yīng)、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T12a2）一填空，考 查了德布羅意波長分析綜合h弱項清單，光電效應(yīng)計算錯誤，沒有正確理解光電效應(yīng)產(chǎn)生的條件，答題技巧欠佳；p=人h= 公式記憶不到位，物理量字母書寫不規(guī)范.c知識整合基礎(chǔ)自測a、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、（2）黑體輻射的實(shí)驗規(guī)律一般材料的物體，輻射的電磁波除與 有關(guān)外，還與材料的 及 有關(guān).黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長的分布只與黑體的 有關(guān).a.隨著溫度的升高，各種波長的輻射強(qiáng)度都 .b.隨著溫度的升高，輻射強(qiáng)度的極大值向波長較 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(rèn)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(shù)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£叫做能量子.(2)能量子的大?。篹 = h v ,其中y是電磁波的頻率，h稱為普朗克常量.h= 6.63X10 一34J - s.二、光

3、電效應(yīng)1 .光電效應(yīng)現(xiàn)象光電效應(yīng)：在光的照射下金屬中的電子從金屬表面逸出的現(xiàn)象，叫做光電效應(yīng)，發(fā)射出 來的電子叫做,形成的電流稱 .2 .光電效應(yīng)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(qiáng)度隨入射光強(qiáng)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(shí)驗表明，對于一定頻率的光，遏止電壓都是一樣的，與光強(qiáng)無關(guān)，與頻率有關(guān).頻率越大，遏止電壓越大.意味著光子的最大初動能與

4、入射光的 無關(guān)，只隨入射光的 增大而增大.黃光W1黃光(中藍(lán)光網(wǎng))一才if? o府同*等，不同強(qiáng)度的色光， 光也流。電壓的關(guān)器(3)存在截止頻率.當(dāng)入射光的頻率減小到某一數(shù)值時，即使不加反向電壓也沒有光電 流.這表明：當(dāng)?shù)陀谶@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(yīng).不同的 金屬的截止頻率.(4)光電效應(yīng)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(yīng)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 £ = .(2)光電效應(yīng)方程： .三、康普頓效應(yīng)光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)深入地

5、揭示了光的粒子性的一面.前者表明光子具有 , 后者表明光子除了具有 之外還具有.四、光的波粒二象性與物質(zhì)波1 .光的波粒二象性（1）光的干涉、衍射、偏振現(xiàn)象證明光具有 性.（2）光電效應(yīng)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.4 .物質(zhì)波（1）概率波光的干涉現(xiàn)象是大量光子的運(yùn)動遵守波動規(guī)律的表現(xiàn)，亮條紋是光子到達(dá)概率 的地方，暗條紋是光子到達(dá)概率 的地方，因此光波又叫概率波.（2）物質(zhì)波h任何一個運(yùn)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(yīng)，其波長入=pp為運(yùn)動物體的動量，h為普朗克常量.方法技巧考點(diǎn)1光電效應(yīng)方程及光子說對光電效應(yīng)的解釋1 .光照射金屬時

6、，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，一一 , W r 一子的能量不小于 W才會發(fā)生光電效應(yīng).頻率 V =-,即是極限頻率.h3 .對于確定白金屬，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(qiáng)越強(qiáng)，光子數(shù)目越多，逸出的光電子數(shù)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(yīng)的裝置的電路圖，若用某一頻率的光照射光電管陰極P,發(fā)現(xiàn)電流表有讀數(shù)，則增加光的強(qiáng)度，電流表示數(shù) （選填“變大”、“變小”或“不變”）.若開關(guān)

7、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(xiàn)電流表讀數(shù)不為零， 合上開關(guān)，調(diào)節(jié)滑動變阻器，當(dāng)電壓表讀數(shù)大于或等于0.60V時，電流表讀數(shù)為零，由此可知陰極材料的逸出功為 eVS花式訓(xùn)闈1.（17年蘇錫常鎮(zhèn)一模）如圖所示為研究光電效應(yīng)現(xiàn)象的實(shí)驗，電路中所有 元件完好，當(dāng)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（）與電源二A.入射光強(qiáng)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【學(xué)習(xí)建議】加強(qiáng)對產(chǎn)生光電效應(yīng)的條件進(jìn)行正確地理解.考點(diǎn)2光電效應(yīng)曲線圖象的理解1 . Ekm- Y 曲線如圖所示的是光電子最大初動能Em隨入射光頻率v的變化曲線.這里，橫軸

8、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(fù)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(qiáng)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(qiáng)度的光，UC是相同的，這說明同頻率、不同強(qiáng)度的光所產(chǎn)生的光電子的最大初動能是 相同的."J- U【典型例題2】(17年南京一模)光照射某金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)時，實(shí)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(diǎn)坐標(biāo)為V0,則該金屬的逸出功為 .用一束波長范圍為 入1入2,且入1

9、入2的光照射該金屬時產(chǎn)生光電效應(yīng)，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.c【學(xué)習(xí)建議】對V =4公式的記憶要牢固，提高計算的正確率.S-太調(diào)朝 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 Y 的關(guān)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 X 1014 Hz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(chǎn)生的光電效應(yīng)， 得到光電流I與光電管兩極間所加

10、電壓 U的關(guān)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(qiáng)度（選填“大于”、“小于” 或“等于"）b光的強(qiáng)度.考點(diǎn)3對光的波粒二象性、物質(zhì)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(jī)的統(tǒng)一體，其表現(xiàn)規(guī)律為：1 .個別光子的作用效果往往表現(xiàn)為粒子性；大量光子的作用效果往往表現(xiàn)為波動性.2 .頻率越低波動性越顯著，越容易看到光的干涉和衍射現(xiàn)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(xiàn)象，貫穿本領(lǐng)越強(qiáng).3 .光在傳播過程中往往表現(xiàn)出波動性；在與物質(zhì)發(fā)生作用時，往往表現(xiàn)為粒子性.【典型例題4】（多選）在單縫實(shí)驗中

11、，中央亮紋的光強(qiáng)占從單縫射入的整個光強(qiáng)的95%以上.假設(shè)現(xiàn)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(xué)習(xí)建議】加強(qiáng)對波粒二象性及概率波的理解.當(dāng)堂檢測 1.（17年蘇北六市聯(lián)考）（多選）2017年1月，我國“墨子號”量子科學(xué)實(shí)驗衛(wèi)星正式進(jìn)入應(yīng)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(yuǎn)，它們總是相關(guān)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(guān)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(yīng)提出光子說，光

12、子說屬于量子理論的范疇C.量子理論中，實(shí)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(yùn)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(yīng)的實(shí)驗裝置，用一定頻率的光照射陰極 當(dāng)滑片P處于圖示位置時，電流表的示數(shù)不為零，為使電流表示數(shù)減小，下列辦法可行的是 （）第2題圖A.將1t片P向右移動B.減小入射光的強(qiáng)度C.換用電動勢更大的電源D.將電源的正、負(fù)極對調(diào)3 . （17年江蘇高考）質(zhì)子（1日和a粒子（2H0被加速到相同動能時，質(zhì)子的動量（選填“大于”、“小于”或“等于"）a粒子的動量，質(zhì)子和 a粒子的德布羅意波波長之比為.4 .小明用金屬鋤為

13、陰極的光電管，觀測光電效應(yīng)現(xiàn)象， 實(shí)驗裝置示意如圖甲所示.已知普朗克常量h = 6.63 X 10 34 j . s.第4題圖（1）圖甲中電極A為光電管的 （選填“陰極”或“陽極”）；(2)實(shí)驗中測得鋤的遏止電壓UC與入射光頻率v之間的關(guān)系如圖乙所示，則鋤的截止頻率丫 c=Hz,逸出功 W =J;(3)如果實(shí)驗中入射光的頻率v =7.00X1014 Hz,則產(chǎn)生的光電子白最大初動能R =J.5 . (17年南通泰州一模)一銅板暴露在波長為入的紫外線中，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(qiáng)電場時，電子能運(yùn)動到距板面 的最大距離為d.已知真空中的光速為c,

14、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) 銅板的極限頻率第62講光電效應(yīng) 波粒二象性知識整合 基礎(chǔ)自測一、1.（1）吸收 反射 （2）溫度 種類 表面狀況 溫度 a.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(qiáng)度 頻率（3）不同（4）瞬時3. （1） hv （2） E= h v -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(shù)，說明發(fā)生了光電效應(yīng)，光電流的大小與光的強(qiáng)度成正比，增加光的強(qiáng)度，電流表示數(shù)變大.電壓表讀數(shù)大于

15、或等于0.6 V時，電流表計數(shù)為零根據(jù)題意光電子的最大初動能為E=qW 0.6 eV ,根據(jù)光電效應(yīng)方程W= hv -Ek=1.9 eV. 變式訓(xùn)練1 B【解析】 光的強(qiáng)度和光照時間不能決定能否發(fā)生光電效應(yīng)，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(yīng)， 即入射光的頻率過小，波長過長造成的. 典型例題2-hv0 hTC-hvo【解析】最大初動能為零，則入射光的能量等于逸入1出功，所以W= h V 0.根據(jù)光電效應(yīng)方程，Ekm= h V W,用一束波長范圍為 入1入2,且入1<入2的光照射該金屬時產(chǎn)生光電效應(yīng)，入射光的最小波長為入1入2,且入1,即頻率最大

16、，那么產(chǎn)生的光電子的最大初動能為Em= h-C- h V 0, 變式訓(xùn)練2 小于 A【解析】根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程 Em= h V W及能量守恒定律方程：Ekm= euc,得euc=hv W即U=h±W0.當(dāng)UC=0時，對應(yīng)的頻率為截止頻 e e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 W= hv。，根據(jù)Em = hvhv。可知v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= h v W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(qiáng)，a光的強(qiáng)度大于b光的強(qiáng)度. 典型例題4

17、CD【解析】根據(jù)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(dá)到95%A上，當(dāng)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(dāng)堂檢測1. BC【解析】普朗克為了解釋黑體輻射現(xiàn)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(yīng)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(shí)物粒子具有波粒二象性，所以C選項是正確的；根據(jù)測不準(zhǔn)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(yùn)動狀態(tài)和位置，故 D錯誤.2. B【解析】若滑片P向右移動，導(dǎo)

18、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(qiáng)度，導(dǎo)致光子數(shù)目減小，則電流表的示數(shù)會減小. 所以B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(shù)不變.故C錯誤.若電源的正、負(fù)極對調(diào)，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(qiáng)度不變，反向電壓會阻礙光電子的移動，導(dǎo)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(guān)系P= <2mE,質(zhì)子(1H)和a粒子(4He)質(zhì)量之比為1 ： 4,所以小于.物質(zhì)波的波長入=2，可得入=-=,物質(zhì)波的波長之比P2mE為 2 ： 1.144. (1)陽極 (2)5.15(5.12 5.18