第72講光電效應波粒二象性（講義）（原卷版）

第72講光電效應波粒二象性目錄復習目標網(wǎng)絡構(gòu)建考點一光電效應【夯基·必備基礎知識梳理】知識點1與光電效應有關(guān)的五組概念對比知識點2光電效應的研究思路知識點3三個定量關(guān)系式知識點4光電管問題【提升·必考題型歸納】考向1光電效應方程的應用考向2光電管問題考點二光電效應的四類圖像【夯基·必備基礎知識梳理】知識點光電效應的四類圖像【提升·必考題型歸納】考向1EKν圖像考向2Ucν圖像考向3IU圖像考點三對波粒二象性、物質(zhì)波的理解【夯基·必備基礎知識梳理】知識點1波粒二象性知識點2物質(zhì)波知識點3對光的波粒二象性的進一步理解【提升·必考題型歸納】考向1德布羅意波長考向2波粒二象性真題感悟理解和掌握光電效應的規(guī)律及光電效應方程。理解和掌握光的波粒二象性。考點要求考題統(tǒng)計考情分析（1）光電效應（2）光的波粒二象性2023年北京卷第14題2023年海南卷第10題2023年6月浙江卷第15題高考對光電效應和波粒二象性的考查較為頻繁，大多以選擇題中出現(xiàn)，題目難度要求大多不是太高，較為基礎?？键c一光電效應知識點1與光電效應有關(guān)的五組概念對比(1)光子與光電子：光子指光在空間傳播時的每一份能量，光子不帶電；光電子是金屬表面受到光照射時發(fā)射出來的電子，其本質(zhì)是電子。光子是因，光電子是果。(2)光電子的動能與光電子的最大初動能：只有金屬表面的電子直接向外飛出時，只需克服原子核的引力做功的情況，才具有最大初動能。(3)光電流和飽和光電流：金屬板飛出的光電子到達陽極，回路中便產(chǎn)生光電流，隨著所加正向電壓的增大，光電流趨于一個飽和值，這個飽和值是飽和光電流，在一定的光照條件下，飽和光電流與所加電壓大小無關(guān)。(4)入射光強度與光子能量：入射光強度指單位時間內(nèi)照射到金屬表面單位面積上的總能量，而光子能量E＝hν。(5)光的強度與飽和光電流：頻率相同的光照射金屬產(chǎn)生光電效應，入射光越強，飽和光電流越大，但不是簡單的正比關(guān)系。知識點2光電效應的研究思路(1)兩條線索：(2)兩條對應關(guān)系：入射光強度大→光子數(shù)目多→發(fā)射光電子多→光電流大；光子頻率高→光子能量大→光電子的最大初動能大。知識點3三個定量關(guān)系式（1）愛因斯坦光電效應方程：Ek＝hν－W0.（2）最大初動能與遏止電壓的關(guān)系：Ek＝eUc.（3）逸出功與截止頻率的關(guān)系：W0＝hνc.知識點4光電管問題(1)光電管加正向電壓時的情況①P右移時,參與導電的光電子數(shù)增加;②P移到某一位置時,所有逸出的光電子恰好都參與了導電,光電流恰好達到最大值;③P再右移時,光電流不再增大。(2)光電管加反向電壓時的情況①P右移時,參與導電的光電子數(shù)減少;②P移到某一位置時,所有逸出的光電子恰好都不參與導電,光電流恰好為0,此時光電管兩端加的電壓為遏止電壓;③P再右移時,光電流始終為0?？枷?光電效應方程的應用1．如圖為光電管的示意圖。若用波長為的單色光照射該光電管時，兩板間可產(chǎn)生的最大電壓為1.7V。取，則下列判斷正確的是（

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A．該光電管K極的逸出功約為1.43eVB．逸出光電子的最大初動能約為1.25eVC．僅改變該單色光的強度，兩板間的電壓可能大于1.7VD．若改用波長更長的單色光照射，兩板間的電壓可能大于1.7V2．光電繼電器是一種利用光電效應工作的儀器。當光照射到光電管陰極時，陰極會逸出光電子，此時放大器中有電流流過，進而使得電磁繼電器工作，實現(xiàn)自動控制。下列說法正確的是（）A．只要入射光的強度足夠大，光電管就能發(fā)生光電效應，與光的頻率無關(guān)B．保持入射光的強度不變，增大入射光的頻率，放大器中的電流將變小C．若將電源的正負極對調(diào)，放大器中的電流將減為零D．若入射光的頻率為，陰極材料的逸出功為，普朗克常量為h，則電子逸出時的動能為考向2光電管問題3．小劉同學用如圖所示的裝置研究光電效應，已知a光的頻率小于b光的頻率，兩種光都能使陰極K發(fā)生光電效應，其中電壓表可雙向偏轉(zhuǎn)。則下列說法正確的是（）

A．用a光照射，開關(guān)S接1可研究光電管中電流隨電壓的變化情況B．分別用兩種光照射陰極K，開關(guān)S接2時，當電流表的示數(shù)為0時，C．減小a光的強度，陰極K可能不發(fā)生光電效應D．a(chǎn)光照射陰極K產(chǎn)生的最大初動能的光電子對應的物質(zhì)波長小于b光照射陰極K產(chǎn)生的最大初動能的光電子對應的物質(zhì)波長4．如圖是研究光電效應的實驗裝置，O點是滑動變阻器的中點，變阻器阻值隨滑片位置均勻變化。用某單色光照射時，能夠發(fā)生光電效應。若電源電動勢為20V，內(nèi)阻不計?；瑒幼冏杵鏖L為10cm，當滑片P距離a端4cm時，微安表示數(shù)恰為0，則（

）

A．當滑片P從此位置向左滑動時，微安表有電流B．當滑片P從此位置向右滑動時，微安表有電流C．光電子最大初動能為2eVD．光電子最大初動能為8eV考點二光電效應的四類圖像知識點光電效應的四類圖像圖像名稱圖線形狀讀取信息最大初動能Ek與入射光頻率ν的關(guān)系圖線①截止頻率(極限頻率)：橫軸截距②逸出功：縱軸截距的絕對值W0＝|－E|＝E③普朗克常量：圖線的斜率k＝h遏止電壓Uc與入射光頻率ν的關(guān)系圖線①截止頻率νc：橫軸截距②遏止電壓Uc：隨入射光頻率的增大而增大③普朗克常量h：等于圖線的斜率與電子電荷量的乘積，即h＝ke顏色相同、強度不同的光，光電流與電壓的關(guān)系①遏止電壓Uc：橫軸截距②飽和光電流Im：電流的最大值③最大初動能：Ekm＝eUc顏色不同時，光電流與電壓的關(guān)系①遏止電壓Uc1、Uc2②飽和光電流③最大初動能Ek1＝eUc1，Ek2＝eUc2考向1EKν圖像1．愛因斯坦提出了光量子概念并成功地解釋光電效應的規(guī)律而獲得1921年的諾貝爾物理學獎。某種金屬逸出光電子的最大初動能與入射光頻率的關(guān)系如圖2所示，其中為極限頻率。從圖中可以確定的是（）

A．當入射光頻率時，會逸出光電子B．該金屬的逸出功與入射光頻率有關(guān)C．最大初動能與入射光強度成正比D．圖中直線的斜率為普朗克常量h考向2Ucν圖像2．如圖1所示是一款光電煙霧探測器的原理圖。當有煙霧進入時，來自光源S的光被煙霧散射后進入光電管C，光射到光電管中的鈉表面時會產(chǎn)生光電流。如果產(chǎn)生的光電流大于，便會觸發(fā)報警系統(tǒng)。金屬鈉的遏止電壓隨入射光頻率的變化規(guī)律如圖2所示，則（）

A．要使該探測器正常工作，光源S發(fā)出的光波波長不能小于B．圖2中圖像斜率的物理意義為普朗克常量hC．觸發(fā)報警系統(tǒng)時鈉表面每秒釋放出的光電子數(shù)最少是個D．通過調(diào)節(jié)光源發(fā)光的強度來調(diào)整光電煙霧探測器的靈敏度是可行的考向3IU圖像3．研究光電效應的電路如圖所示，用藍光、較強的黃光和較弱的黃光分別照射密封真空管中的金屬極板K，極板發(fā)射出的光電子在電路中形成的光電流I與AK之間的電壓U的關(guān)系圖像如圖乙所示。關(guān)于1、2、3三條曲線，下列說法正確的是（）A．2、3為用黃光照射時得到的曲線，曲線2對應的黃光較強B．1、3為用黃光照射時得到的曲線，曲線1對應的黃光較強C．當滑動變阻器的滑片在最左端時，電流表示數(shù)一定為零D．電壓表示數(shù)越大，則光電流越大，截止頻率越小考點三對波粒二象性、物質(zhì)波的理解知識點1波粒二象性1．波動性：光的干涉、衍射、偏振現(xiàn)象證明光具有波動性。2．粒子性：光電效應、康普頓效應說明光具有粒子性。3．光既具有波動性，又具有粒子性，稱為光的波粒二象性。知識點2物質(zhì)波1．概率波光的干涉現(xiàn)象是大量光子的運動遵守波動規(guī)律的表現(xiàn)，亮條紋是光子到達概率大的地方，暗條紋是光子到達概率小的地方，因此光波又叫概率波。2．物質(zhì)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＝eq\f(h,p)，p為運動物體的動量，h為普朗克常量。知識點3對光的波粒二象性的進一步理解從數(shù)量上看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)為波動性從頻率上看頻率越低，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)越強從傳播與作用上看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)出粒子性波動性與粒子性的統(tǒng)一由光子的能量ε＝hν、光子的動量p＝eq\f(h,λ)也可以看出，光的波動性和粒子性并不矛盾，表示粒子性的粒子能量和動量的計算式中都含有表示波的特征的物理量——頻率ν和波長λ考向1德布羅意波長1．實物粒子的波動性不容易被觀察到，可以利用金屬晶格（大小約1010m）作為障礙物觀察電子的衍射圖樣從而研究其波動性，方法是讓電子通過電場加速，然后讓電子束照射到金屬晶格上，從而得到電子的衍射圖樣。已知電子的質(zhì)量為m、電荷量為e。初速度為零，加速電壓為U，普朗克常量為h，則下列說法中正確的是（）A．該實驗中加速電壓U形成的電場一定要是勻強電場B．實驗中電子束的德布羅意波長λ=C．加速電壓U越大，電子束的衍射現(xiàn)象越不明顯D．若用速度相同的質(zhì)子代替電子，衍射現(xiàn)象將更加明顯2．中國科幻大片《流浪地球》引起了巨大的觀影熱潮，在電影中，為了推動地球離開太陽系，人類在地球上建造了上萬座高聳入云的核聚變發(fā)動機。目前，人類首先要實現(xiàn)的是氘氚的核聚變，也是相對最容易的一種核聚變。其具體的核反應方程式為，氘核的質(zhì)量為m1，氚核的質(zhì)量為m2，氦核的質(zhì)量為m3，中子的質(zhì)量為m4。核反應中放出γ光子，該γ光子照射到逸出功為W0的金屬板上，打出的光電子最大初動能為Ek，已知光電子的質(zhì)量為m，光速為c，普朗克常量為h，則（）A．核聚變反應釋放的核能為B．γ光子來源于核外電子的能級躍遷C．光電子的德布羅意波長為D．γ光子的頻率為考向2波粒二象性3．關(guān)于粒子的說法，正確的是（

）A．發(fā)生衰變時放出的射線是電子流，射線來自原子核，說明原子核里有電子B．德布羅意通過實驗驗證了實物粒子具有波動性C．發(fā)生光電效應時，從金屬表面逸出的光電子是一次性吸收光子的全部能量，不需要積累的時間D．光子、電子、質(zhì)子和中子是組成物質(zhì)的不可再分的最基本粒子，叫作“基本粒子”4．圖甲、圖乙分別是電子束穿過鋁箔后的衍射圖樣和泊松亮斑，下列說法正確的是（