第2課時光電效應波粒二象性

2課時光電效應波粒二象性考綱解讀1.知道什么是光電效應理解光電效應的試驗規(guī)律.2.會利用光電效應方程計算逸出功、截止頻率、最大初動能等物理量.3.知道光的波粒二象性，知道物質(zhì)波的概念．1．[黑體輻射和能量子的理解]以下說法正確的選項是 ( A．一般物體輻射電磁波的狀況與溫度無關，只與材料的種類及外表狀況有關B．黑體能完全吸取入射的各種波長的電磁波，不反射C．帶電微粒輻射和吸取的能量，只能是某一最小能量值的整數(shù)倍D．普朗克最先提出了能量子的概念答案BCD2．[光電效應規(guī)律的理解]關于光電效應的規(guī)律，以下說法中正確的選項是 ( A．只有入射光的波長大于該金屬的極限波長，光電效應才能產(chǎn)生B．光電子的最大初動能跟入射光強度成正比C．發(fā)生光電效應的反響時間一般都大于10－7sD．發(fā)生光電效應時，單位時間內(nèi)從金屬內(nèi)逸出的光電子數(shù)目與入射光強度成正比答案Dcλ解析ε＝hν＝hAλE＝hν－W

知，最大初動能由入射光頻率打算，與入射光強度無關，故B錯．發(fā)生光k 010－9s，故C錯．3．[光的波粒二象性的理解]以下說法正確的選項是 ( A．光電效應反映了光的粒子性B．大量光子產(chǎn)生的效果往往顯示出粒子性，個別光子產(chǎn)生的效果往往顯示出波動性C．光的干預、衍射、偏振現(xiàn)象證明白光具有波動性D．只有運動著的小物體才有一種波和它相對應，大的物體運動是沒有波和它對應的答案AC一、黑體輻射與能量子黑體與黑體輻射黑體：是指能夠完全吸取入射的各種波長的電磁波而不發(fā)生反射的物體．(2)黑體輻射的試驗規(guī)律①一般材料的物體，輻射的電磁波除與溫度有關外，還與材料的種類及外表狀況有關．②黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體的溫度有關．a(chǎn)．隨著溫度的上升，各種波長的輻射強度都增加．b．隨著溫度的上升，輻射強度的極大值向波長較短的方向移動．能量子定義：普朗克認為，帶電微粒輻射或者吸取能量時，只能輻射或吸取某個最小能量值的整數(shù)倍．即能量的輻射或者吸取只能是一份一份的．這個不行再分的最小能量值ε叫做能量子．能量子的大小：ε＝hνν是電磁波的頻率，h稱為普朗克常量．h＝6.63×10－34J·s.二、光電效應光電效應現(xiàn)象來的電子叫做光電子．光電效應規(guī)律每種金屬都有一個極限頻率．光子的最大初動能與入射光的強度無關，只隨入射光的頻率增大而增大．(3)光照耀到金屬外表時，光電子的放射幾乎是瞬時的．(4)光電流的強度與入射光的強度成正比．3．愛因斯坦光電效應方程ε＝hνh6.63×10－34J·s.光電效應方程：E＝hν－W.kkhν為入射光的能量，Ek遏止電壓與截止頻率

0為光電子的最大初動能，W0

是金屬的逸出功．遏止電壓：使光電流減小到零的反向電壓Uc.截止頻率：能使某種金屬發(fā)生光電效應的最小頻率叫做該種金屬的截止頻率(又叫極限頻率)．不同的金屬對應著不同的極限頻率．逸出功：電子從金屬中逸出所需做功的最小值，叫做該金屬的逸出功．三、光的波粒二象性與物質(zhì)波光的波粒二象性光的干預、衍射、偏振現(xiàn)象證明光具有波動性．(2)光電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．2．物質(zhì)波概率波光的干預現(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．物質(zhì)波＝h，p為運動物體的動量，h為普朗克常量.p考點一對光電效應試驗規(guī)律的理解光電效應試驗規(guī)律可理解為放不放光電子，看入射光的最低頻率．放多少光電子，看光的強度．光電子的最大初動能大小，看入射光的頻率．要放光電子，瞬時放．例11905年是愛因斯坦的“奇跡”之年，這一年他先后發(fā)表了三篇具有劃時代意義的論文其中關于光量子的理論成功的解釋了光電效應現(xiàn)象關于光電效應以下說法正確的選項是 ()A．當入射光的頻率低于極限頻率時，不能發(fā)生光電效應B．光電子的最大初動能與入射光的頻率成正比C．光電子的最大初動能與入射光的強度成正比D．某單色光照耀一金屬時不發(fā)生光電效應，改用波長較短的光照耀該金屬可能發(fā)生光電效應解析依據(jù)光電效應現(xiàn)象的試驗規(guī)律，只有入射光頻率大于極限頻率才能發(fā)生光電效應，故A、D正確．依據(jù)光電效應方程，最大初動能與入射光頻率為線性關系，但非正比關系，B，C錯誤．答案AD突破訓練1用光照耀某種金屬，有光電子從金屬外表逸出，假設光的頻率不變，而減弱光的強度，則 ()A．逸出的光電子數(shù)削減，光電子的最大初動能不變B．逸出的光電子數(shù)削減，光電子的最大初動能減小C．逸出的光電子數(shù)不變，光電子的最大初動能減小D．光的強度減弱到某一數(shù)值，就沒有光電子逸出了答案A解析電子的最大初動能也不變；而減弱光的強度，逸出的光電子數(shù)就會削減，選項A正確．ν考點二對光電效應方程的應用和E－圖象的考察νk愛因斯坦光電效應方程E＝hν－Wk 0hν：光電子的能量W：逸出功，即從金屬外表直接飛出的光電子抑制正電荷引力所做的功．0E：光電子的最大初動能．kνE－圖象(1)可以得到的信息νkc(1)νν.cEk

E＝W.0k＝h.例2如圖2所示是用光照耀某種金屬時逸出的光電子的最大初動能隨入射光頻率的變化圖線(直線與橫軸的交點坐標為4.27，與縱軸交點坐標為0.5)．由圖可知 ( )A．該金屬的截止頻率為4.27×1014HzB．該金屬的截止頻率為5.5×1014HzC．該圖線的斜率表示普朗克常量D0.5eVkc解析圖線在橫軸上的截距為截止頻率，A正確，BE＝hν－kcW 可知圖線的斜率為普朗克常量，C 正確；金屬的逸出功為W0

＝hν＝6.63×10－34×4.27×10141.6×10－19答案AC

eV＝1.77eV，D錯誤．λ突破訓練2(2023·課標全國·35)在光電效應試驗中某金屬的截止頻率相應的波長為，λ00該金屬的逸出功為 ．假設用波長為λ(λ<λ)的單色光做該試驗，則其遏止電壓為0 ．電子的電荷量、真空中的光速和普朗克常量分別為e、c和h.hc hcλ－λ答案λ

0eλλ0 0解析由光電效應方程知，光電子的最大初動能E

＝hν－W，其中金屬的逸出功Wk 0 0hc hc hc λ－λ＝hν，又由c＝λν知W＝，用波長為λ的單色光照耀時，其E＝－＝hc0 .0 0 λ k λ λ λλ0 0 0E hcλ－λ又由于eU＝E，所以遏止電壓U＝k＝ 0 .k e eλλ0考點三對光的波粒二象性、物質(zhì)波的考察(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，越簡潔看到光的干預和衍射現(xiàn)象；頻率越高粒子性越顯著，越不簡潔看到光的干預和衍射現(xiàn)象，而貫穿本領越強．(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．例3關于物質(zhì)的波粒二象性，以下說法中不正確的選項是 ( )A．不僅光子具有波粒二象性，一切運動的微粒都具有波粒二象性B．運動的微觀粒子與光子一樣，當它們通過一個小孔時，都沒有特定的運動軌道C．波動性和粒子性，在宏觀現(xiàn)象中是沖突的、對立的，但在微觀高速運動的現(xiàn)象中是統(tǒng)一的D．實物的運動有特定的軌道，所以實物不具有波粒二象性解析光具有波粒二象性是微觀世界具有的特別規(guī)律波動性，而單個光子的運動表現(xiàn)出光的粒子性．光的波長越長，波動性越明顯，光的頻不是不具有波粒二象性．答案D突破訓練3用很弱的光做雙縫干預試驗，把入射光減弱到可以認為光源和感光膠片之間不行能同時有兩個光子存在如圖3所示是不同數(shù)量的光子照耀到感光膠片上得到的照片．這些照片說明 ()A．光只有粒子性沒有波動性B．光只有波動性沒有粒子性C．少量光子的運動顯示波動性，大量光子的運動顯示粒子性D．少量光子的運動顯示粒子性，大量光子的運動顯示波動性答案D解析顯示波動性，故D正確．53.53.用光電管爭論光電效應的規(guī)律例4小明用金屬銣為陰極的光電管觀測光電效應現(xiàn)象試驗裝置示意圖如圖4甲所示h＝6.63×10－34J·s，結(jié)果保存三位有效數(shù)字．4圖甲中電極A為光電管的 (填“陰極”或“陽極”)；νU與入射光頻率之間的關系如圖乙所示，則銣的截止頻νc率ν＝ Hz，逸出功W＝ J；c 0ν假照試驗中入射光的頻率 ＝7.00×1014Hz，則產(chǎn)生的光電子的最大初動能E＝νk J.ν 解析(1)由光電管的構造知，A為陽極；(2)Uν c cW＝hν；(3)E＝hν－W

，可求結(jié)果．0 c k 0答案(1)陽極(2)5.15×1014(5.10×1014～5.20×1014均可) 3.41×10－19(3.38×10－19～3.45×10－19均可)(3)1.23×10－19(1.19×10－19～1.26×10－19均可)突破訓練4(2023·江蘇單科·12C(1))爭論光電效應的電路如圖5所示．用頻率一樣、強度陰極KAI與A、KU的關系圖象中，正確的選項是AK ．5答案C解析由于光的頻率一樣，所以對應的反向截止電壓一樣，選項A、B錯誤；發(fā)生光電大，所以選項C正確，D錯誤．常見電路(6所示)6νU－圖象得到的物理量：νcν截止頻率：圖線與橫軸的交點；νcU：隨入射光頻率的增大而增大；c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.(注：此時兩極之間接反向電壓)高考題組1．(2023·海南單科·19(1))Ek，以下說法正確的是 ( )對于同種金屬，E與照耀光的強度無關k對于同種金屬，E與照耀光的波長成反比k對于同種金屬，E與光照耀的時間成正比k對于同種金屬，E與照耀光的頻率成線性關系k對于不同種金屬，假設照耀光頻率不變，E與金屬的逸出功成線性關系k答案ADE解析

＝hν－WE與照耀光的強度及照耀時間無關，與ν成線性關系，應選項k 0 khcA、D正確，C錯誤．由E＝－WE

λ不成反比，應選項B錯誤．在hν不變k λ 0 k的狀況下，EWk

成線性關系，應選項E正確．2．(2023·北京·20)以往我們生疏的光電效應是單光子光電效應，即一個電子在極短時間內(nèi)只能吸取到一個光子而從金屬外表逸出．強激光的消滅豐富了人們對于光電效應的生疏，能，從而形成多光子光電效應，這已被試驗證明．光電效應試驗裝置示意圖如圖7所示用頻率為ν的一般光源照耀陰極K，沒有發(fā)生光電效應，換用同樣頻率ν的強激光照耀陰極K，則發(fā)生了光電效應；此時，假設加上反向電壓U，馬上陰極K接電源正極，陽極A接電源負極，在K、A之間就形成了使光電子減速的電場．漸漸增大U，光電流會漸漸減??；當光電流恰好減小到零時，所加反向電壓U可能是以下的(其中W為逸出功，h為普朗克常量，e為電子電量) ( )hν WA

72hν W．U＝e－e

B．U＝

e－eC．U＝2hν－W答案B

5hν WD．U＝2e－e1解析由光電效應方程可知nh＝＋m2＝2,34) ①2 m1在減速電場中由動能定理得：－eU＝0－mv2 ②2 mnhνW聯(lián)立①②式得：U＝ee(n＝2,3,4?)，應選項B正確．模擬題組如圖8所示，用a、b兩種不同頻率的光分別照耀同一金屬板，覺察當a光照耀時驗電器的指針偏轉(zhuǎn)，b光照耀時指針未偏轉(zhuǎn)，以下說法正確的選項是 ( )圖8Aa光的強度，驗電器的指針偏角肯定減小B．a(chǎn)光照耀金屬板時驗電器的金屬小球帶負電C．a(chǎn)b光在真空中的速度D．a(chǎn)b光在真空中的波長答案D解析a指針偏角肯定增大，選項A錯誤；a光照耀金屬板時，光電子從金屬板飛出，金屬板帶正電，驗電器的金屬小球帶正電，選項Bc，選項C錯誤；經(jīng)分析，aba光在真空中的波長小于b光在真空中的波長，選項D正確．如圖9所示的試驗電路，當用黃光照耀光電管中的金屬涂層時，毫安表的指針發(fā)生了偏轉(zhuǎn)．假設將電路中的滑動變阻器的滑片P向右移動到某一位置時，毫安表的讀數(shù)恰好減小到零，此時電壓表讀數(shù)為U.假設此時增加黃光照耀的強度，則毫安表 (選填“有”或“無”)示數(shù)．假設改用藍光照耀光電管中的金屬涂層，則毫安(選填“有”或“無”)示數(shù)．9答案無有解析光電效應的原理是當有頻率足夠大的光照耀到金屬外表時光電子的最大初動能增大，光電子能到達A極，形成電流．(限時：30分鐘)題組1 對光的波粒二象性的考察以下說法正確的選項是 ( )有的光是波，有的光是粒子B．光子與電子是同樣的一種粒子C．光的波長越長，其波動性越顯著；波長越短，其粒子性越顯著D．γ射線具有顯著的粒子性，而不具有波動性答案C解析本質(zhì)區(qū)分，故上述選項中正確的選項是C.物理學家做了一個好玩的試驗：在雙縫干預試驗中，在光屏處放上照相底片，假設減弱光的強度．使光子只能一個一個地通過狹縫．試驗結(jié)果說明，假設曝光時間不太長底片上只能消滅一些不規(guī)章的點假設曝光時間足夠長底片上就會消滅規(guī)章的干預條紋對這個試驗結(jié)果以下生疏正確的選項是 ()曝光時間不長時，光的能量太小，底片上的條紋看不清楚，故消滅不規(guī)章的點B．單個光子的運動沒有確定的規(guī)律C．干預條紋中光明的局部是光子到達時機較多的地方D．只有大量光子的行為才表現(xiàn)出波動性答案BCD解析為表現(xiàn)為波動性．所以正確選項為B、C、D.2對光電效應理解的考察光電效應試驗中，以下表述正確的選項是 ( A．光照時間越長光電流越大入射光足夠強就可以有光電流C．遏止電壓與入射光的頻率有關D．入射光頻率大于極限頻率時才能產(chǎn)生光電子答案CD解析由愛因斯坦光電效應方程知，只有當入射光頻率大于極限頻率時才能產(chǎn)生光電子，光電流幾乎是瞬時產(chǎn)生的，其大小與光強有關，與光照時間長短無關，易知eUchν－Whνk 0 c k

為逸出功，ν為入射光的頻率)．由以上分析知，A、B錯誤，C、D正確．用一束紫外線照耀某金屬時不能產(chǎn)生光電效應，可能使該金屬發(fā)生光電效應的措施是( )改用頻率更小的紫外線照耀B．改用X射線照耀C．改用強度更大的原紫外線照耀D．延長原紫外線的照耀時間答案B解析要使該金屬發(fā)生光電效應必需使光的頻率大于極限頻率X線的頻率．光電效應的試驗結(jié)論是：對于某種金屬 ( A．無論光強多強，只要光的頻率小于極限頻率就不能產(chǎn)生光電效應B．無論光的頻率多低，只要光照時間足夠長就能產(chǎn)生光電效應C．超過極限頻率的入射光強度越弱，所產(chǎn)生的光電子的最大初動能就越小D．超過極限頻率的入射光頻率越高，所產(chǎn)生的光電子的最大初動能就越大答案AD解析依據(jù)光電效應規(guī)律可知，選項A正確；依據(jù)光電效應方程E＝hν－W

知，頻率k 0ν越高，初動能就越大，選項D正確．入射光照耀到某金屬外表上發(fā)生光電效應，假設入射光的強度減弱，而頻率保持不變，以下說法中正確的選項是 ( )有可能不發(fā)生光電效應B．從光照耀到金屬外表上至放射出光電子之間的時間間隔將明顯增加C．逸出的光電子的最大初動能將減小D．單位時間內(nèi)從金屬外表逸出的光電子數(shù)目將削減答案D解析E

＝hν－W

k 0，A、C錯，D對；光電效應具有瞬時性，B錯．對光電效應的理解正確的選項是 ( )金屬鈉的每個電子可以吸取一個或一個以上的光子，當它積存的動能足夠大時，就能逸出金屬假設入射光子的能量小于金屬外表的電子抑制原子核的引力而逸出時所需做的最小功，便不能發(fā)生光電效應發(fā)生光電效應時，入射光越強，光子的能量就越大，光電子的最大初動能就越大D．由于不同金屬的逸出功是不一樣的，因此使不同金屬發(fā)生光電效應，入射光的最低頻率也不同答案BD解析引力而逸出時所需做的最小功，不會發(fā)生光電效應．綜上所述，選項B、D正確．3對光電效應方程應用的考察ν1E與入射光頻率的關系圖νk象．由圖象可知 ()cA．該金屬的逸出功等于EBhνcν2νc

E2 ν E2 入射光的頻率為c時，產(chǎn)生的光電子的最大初動能為答案ABC解析E

＝hν－W得，E＝hν－EW＝EA對；當k 0 k 0E＝0時，ν＝νE＝hν，應選項B對；ν＝2ν時，可得出E

＝E，應選項C對；當k c c c kν2入射光的頻率為c時，不發(fā)生光電效應，應選項D錯．2用不同頻率的紫外線分別照耀鎢和鋅的外表而產(chǎn)生光電效應，可得到光電子的最大初動能Ek隨入射光頻率ν變化的E—ν3.28e3.34eV，假設將二者的圖線畫在同一個坐標圖中，以實線表示鎢，虛線表示鋅，如下圖，則正確反映這一過程的圖象是 ( )答案A解析E

＝hν－Wh，所以兩條線應平行；橫軸截k 0Wν，ν＝0ν

大些．c c h c在光電效應試驗中飛飛同學用同一光電管在不同試驗條件下得到了三條光電流與電壓之間的關系曲線(甲光、乙光、丙光)，如圖2所示，則可推斷出 ( )A．甲光的頻率大于乙光的頻率B．乙光的波長大于丙光的波長C．乙光的頻率大于丙光的頻率D．甲光對應的光電子最大初動能大于丙光的光電子最大初動能答案B解析由題圖可知，甲、乙兩光對應的遏止電壓均為U，由愛因斯坦光電效應方程Ec2 k0＝hν－W0

和－eU＝0－Ec

可知甲、乙兩光的頻率一樣，且小于丙光的頻率，應選項A、CDc＝λν可知乙光的波長大于丙光的波長，選項B正確．如圖3所示是光電管的原理圖，當有波長為λ0的光照到陰極K上時，電路中有光電流，則 ()3λ λ 假設換用波長為( > )的光照耀陰極Kλ λ 1 1 0λ λ 假設換用波長為( < )的光照耀陰極Kλ λ 2 2 0增加電路中電源電壓，電路中光電流肯定增大D．假設將電源極性反接，電路中肯定沒有光電流產(chǎn)生答案Bλcλ解析用波長為0

的光照耀陰極K，電路中有光電流，說明入射光的頻率ν＝λ大于金0屬的極限頻率，換用波長為λ

的光照耀陰極Kλ

c>λν＝λ1 1 0 λ 1A錯誤；同理可以推斷，B光電流與電壓之間的關系為：開頭時，光電流隨電壓UU增大到肯定U，在單位時間內(nèi)也不行能