2020屆高考物理總復(fù)習(xí)講義：光電效應(yīng)波粒二象性

1、第十二章原子物理學(xué)全國卷 5 年考情分析（說明：20142016 年，本章內(nèi)容以選考題目出現(xiàn)）基礎(chǔ)考點(diǎn)?？伎键c(diǎn)（20142018 考情統(tǒng)計(jì)）命題概率常考角度氫原子光譜（I）氫原子的能級(jí)結(jié)構(gòu)、能級(jí)公式（I）放射性同位素（I）裂變反應(yīng)和聚變反應(yīng)、裂變反應(yīng)堆（I）射線的危害和防護(hù)（I）以上 5 個(gè)考點(diǎn)未曾獨(dú)立命 題光電效應(yīng)（I）18n卷7（6 分）17 川卷 T 佃（6 分）16I卷 T35（1）（5 分）獨(dú)立命題概率 60%（1）光電效應(yīng)現(xiàn)象 與光電效應(yīng)方程的應(yīng)用（2）原子核式結(jié)構(gòu)（3）氫原子光譜規(guī) 律、能級(jí)躍遷（4）核衰變與核反 應(yīng)方程（5）核能與愛因斯 坦質(zhì)能方程愛因斯坦光電效應(yīng)方程（I）15

2、I卷 T35（1）（5 分）15n卷 T35（1）（5 分）獨(dú)立命題概率 40%原子核的組成、放 射性、原子核的衰 變、半衰期（I）17n卷 T15（6 分）14I卷 T35（1）（6 分）14n卷 T35（1）（5 分）獨(dú)立命題概率 60%核力、核反應(yīng)方程（I）18 川卷 T14（6 分）16n卷 T35（1）（5 分）獨(dú)立命題概率 40%結(jié)合能、質(zhì)量虧損（I）17I卷 T17（6 分）獨(dú)立命題概率 30%第 1 節(jié)光電效應(yīng)波粒二象性住解透槪念公式-定理、光電效應(yīng)1.光電效應(yīng)現(xiàn)象： 在光的照射下金屬中的電子從金屬表面逸出的現(xiàn)象注 1 ,稱為光 電效應(yīng)，發(fā)射岀來的電子稱為光電子。2.光電效應(yīng)的

3、四個(gè)規(guī)律（1）每種金屬都有一個(gè)極限頻率。(2) 光照射到金屬表面時(shí)，光電子的發(fā)射幾乎是瞬時(shí)的。光電子的最大初動(dòng)能與入射光的強(qiáng)度無關(guān)，只隨入射光的頻率增大而增大。光電流的強(qiáng)度與入射光的強(qiáng)度成正比。注 23.遏止電壓與截止頻率(1) 遏止電壓：使光電流減小到零的反向電壓Uc。(2) 截止頻率：能使某種金屬發(fā)生光電效應(yīng)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(duì)應(yīng)著不同的極限頻率。二、愛因斯坦光電效應(yīng)方程1. 光子說在空間傳播的光是不連續(xù)的，而是一份一份的，每一份叫做一個(gè)光的能量子，簡(jiǎn)稱光 子，光子的能量s=hv其中 h= 6.63x103434Jsoso (稱為普朗克常量

4、) )2. 逸出功 Wo使電子脫離某種金屬所做功的最小 注 33. 最大初動(dòng)能發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)，金屬表面上的電子吸收光子后克服原子核的引力逸出時(shí)所具有的動(dòng) 能的最大值。4. 愛因斯坦光電效應(yīng)方程(1)表達(dá)式：Ek=hvWo物理意義：金屬表面的電子吸收一個(gè)光子獲得的能量是hv,這些能量的一部分用來克服金屬的逸出功 Wo,剩下的表現(xiàn)為逸出后光電子的最大初動(dòng)能Ek=；mev2 2。三、光的波粒二象性1.光的干涉、衍射、偏振現(xiàn)象證明光具有波動(dòng)性。2.光電效應(yīng)說明光具有粒子性。3 光既具有波動(dòng)性，又具有粒子性，稱為光的波粒二象性。【注解釋疑】注 1光電效應(yīng)現(xiàn)象可認(rèn)為是光子把原子最外層的電子撞了出來，是一對(duì)

5、一的關(guān)系，而且是瞬時(shí)的。注 2光照強(qiáng)度決定著每秒鐘光源發(fā)射的光子數(shù)，頻率決定著每個(gè)光子的能量。注 3金屬越活躍，逸出功越小，越容易發(fā)生光電效應(yīng)。深化理解1 每種金屬都有一個(gè)極限頻率，入射光的頻率不低于這個(gè)極限頻率才能使金屬產(chǎn)生光 電效應(yīng)。2.當(dāng)入射光的頻率大于極限頻率時(shí)，飽和光電流的強(qiáng)度與入射光的強(qiáng)度成正比。3謁止電壓 Uc與入射光頻率v逸出功 Wo間的關(guān)系式：Uc=hv-Woe e4.截止頻率v與逸出功 Wo的關(guān)系：hvWo= 0,據(jù)此求出截止頻率vo基礎(chǔ)自測(cè)一、判斷題（1）光子和光電子都是實(shí)物粒子。（X）（2）只要入射光的強(qiáng)度足夠強(qiáng)，就可以使金屬發(fā)生光電效應(yīng)。（X）（3）要想在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)

6、中測(cè)到光電流，入射光子的能量必須大于金屬的逸出功。（V）（4）光電子的最大初動(dòng)能與入射光子的頻率成正比。（X）（5）光的頻率越高， 光的粒子性越明顯， 但仍具有波動(dòng)性。（V）（6）德國物理學(xué)家普朗克提出了量子假說，成功地解釋了光電效應(yīng)規(guī)律。（X）（7）美國物理學(xué)家康普頓發(fā)現(xiàn)了康普頓效應(yīng)，證實(shí)了光的粒子性。（V）二、選擇題1.人教版選修 3 5 P30演示實(shí)驗(yàn)改編（多選）如圖所示，用導(dǎo)線把驗(yàn)電器與鋅板相連接，當(dāng)用紫外線照射鋅板時(shí)，發(fā)生的現(xiàn)象是（）A 有光子從鋅板逸出B.有電子從鋅板逸出C 驗(yàn)電器指針張開一個(gè)角度D .鋅板帶負(fù)電答案：BC2 在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，用波長(zhǎng)為正確的是（）入的光照射光電管陰

7、極，發(fā)生了光電效應(yīng)，下列說法A .僅增大入射光的強(qiáng)度，光電流大小不變B.僅減小入射光的強(qiáng)度，光電效應(yīng)現(xiàn)象可能消失C 改用波長(zhǎng)大于 入的光照射，光電子的最大初動(dòng)能變大D 改用波長(zhǎng)大于 入的光照射，可能不發(fā)生光電效應(yīng)解析：選 D 當(dāng)發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)，增大入射光的強(qiáng)度，則光電流會(huì)增大，故A 錯(cuò)誤；入射光的頻率不低于金屬的極限頻率，就會(huì)發(fā)生光電效應(yīng)，與入射光的強(qiáng)度無關(guān)，故B 錯(cuò)誤；在光電效應(yīng)中，根據(jù)光電效應(yīng)方程知，Ekm=hC W0，改用波長(zhǎng)大于 入的光照射，光電入子的最大初動(dòng)能變小，或者可能不發(fā)生光電效應(yīng)，故C 錯(cuò)誤，D 正確。研究好題型*考法”技巧 _/ 重難理清能力大増）高考對(duì)本節(jié)內(nèi)容的考查，主要

8、集中在對(duì)光電效應(yīng)的理解、愛因斯坦的光電效應(yīng)方程及應(yīng)用、 對(duì)波粒二象性的理解，通常以選擇題的形式呈現(xiàn)，對(duì)這些內(nèi)容主要靠在理解的基礎(chǔ)上進(jìn)行識(shí)記，所以題目難度一般都不大。考點(diǎn)一 對(duì)光電效應(yīng)的理解基礎(chǔ)自修類題點(diǎn)全練A 若增加電路中電源電壓，電路中光電流一定增大B.若將電源極性反接，電路中一定沒有光電流產(chǎn)生C 若換用波長(zhǎng)為 入（心乃）的光照射陰極 K 時(shí)，電路中一定沒有光電流D .若換用波長(zhǎng)為 加（X 乃）的光照射陰極 K 時(shí)，電路中一定有光電流解析：選 D 光電流的強(qiáng)度與入射光的強(qiáng)度有關(guān)，當(dāng)光越強(qiáng)時(shí)，光電子數(shù)目會(huì)增多，初始時(shí)電壓增加光電流可能會(huì)增加，當(dāng)達(dá)到飽和光電流后，再增大電壓，光電流不會(huì)增大， 故

9、 A 錯(cuò)誤；將電路中電源的極性反接，電子受到電場(chǎng)阻力，到達(dá)A 極的數(shù)目會(huì)減小，則電路中電流會(huì)減小，甚至沒有電流，故B 錯(cuò)誤；波長(zhǎng)為 入（九乃）的光的頻率有可能大于極限頻率，電路中可能有光電流，故C 錯(cuò)誤；波長(zhǎng)為 妊臉 v?o）的光的頻率一定大于極限頻率，電路中一定有光電流，故 D 正確。2.光電效應(yīng)現(xiàn)象的理解（多選）現(xiàn)用某一光電管進(jìn)行光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)，當(dāng)用某一頻率的光入射時(shí)，有光電流產(chǎn)生。F 列說法正確的是（）A 保持入射光的頻率不變，入射光的光強(qiáng)變大，飽和光電流變大B.入射光的頻率變高，飽和光電流變大C 入射光的頻率變高，光電子的最大初動(dòng)能變大D 保持入射光的光強(qiáng)不變，不斷減小入射光的頻率，始終

10、有光電流產(chǎn)生解析：選 AC 根據(jù)光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)得出的結(jié)論：保持入射光的頻率不變，入射光的光強(qiáng) 變大，飽和光電流變大，故 A 正確，B 錯(cuò)誤；根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程得：入射光的頻 率變高，光電子的最大初動(dòng)能變大，故C 正確；遏止電壓的大小與入射光的頻率有關(guān)，與入射光的光強(qiáng)無關(guān)，保持入射光的光強(qiáng)不變，若低于截止頻率，則沒有光電流產(chǎn)生，故D錯(cuò)誤。名師微點(diǎn)1 與光電效應(yīng)有關(guān)的五組概念對(duì)比1.光電效應(yīng)的產(chǎn)生條件如圖所示是光電管的原理圖，已知當(dāng)有波長(zhǎng)為 電路中有光電流，則（）A）的光照到陰極K上時(shí)，上L11一 +白就電源一(1) 光子與光電子：光子指光在空間傳播時(shí)的每一份能量，光子不帶電；光電子是金屬 表

11、面受到光照射時(shí)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(dòng)能與光電子的最大初動(dòng)能：只有金屬表面的電子直接向外飛出時(shí)，只需 克服原子核的引力做功的情況，才具有最大初動(dòng)能。光電流和飽和光電流：金屬板飛出的光電子到達(dá)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(gè)飽和值，這個(gè)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(qiáng)度與光子能量：入射光強(qiáng)度指單位時(shí)間內(nèi)照射到金屬表面單位面積上的總 能量。(5) 光的強(qiáng)度與飽和光電流：頻率相同的光照射金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)，入射光越強(qiáng)，飽和 光電流越大，但不是簡(jiǎn)單的正比關(guān)系。2.光電效

12、應(yīng)的研究思路(1) 兩條線索：j強(qiáng)攬決定著帶秒講比源發(fā)射的扯子數(shù)-廉射光(顆率決宦看母?jìng)€(gè)朮子的能碓E二方 -每秒鐘逸止的光電子數(shù)抉定善光電瞬的大小光電子 J 光電子逸出后的簾人初動(dòng)能寸冊(cè)沖 -1(2) 兩條對(duì)應(yīng)關(guān)系：入射光強(qiáng)度大T光子數(shù)目多T發(fā)射光電子多T光電流大；光子頻率高T光子能量大T光電子的最大初動(dòng)能大?？键c(diǎn)二 愛因斯坦的光電效應(yīng)方程及應(yīng)用師生共研類1.三個(gè)關(guān)系(1)愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek= hvWo。光電子的最大初動(dòng)能 Ek可以利用光電管實(shí)驗(yàn)的方法測(cè)得，即 Ek= eUc,其中 Uc是遏止電壓。解析設(shè)單色光的最低頻率為v,由愛因斯坦光電效應(yīng)方程得Ek= hv-W,0= hvW,逸出功

13、 Wo與極限頻率v的關(guān)系是 Wo= hv。2.四類圖像圖像名稱圖線形狀讀取信息截止頻率（極限頻率）：橫軸截距最大初動(dòng)能 Ek與入 射光頻率V的關(guān)系逸出功：縱軸截距的絕對(duì)值W0= |圖線0-E| = E普朗克常量：圖線的斜率k= h謁止電壓截止頻率V：橫軸截距Uc與入射* z遏止電壓 Uc：隨入射光頻率的增大而增大光頻率V的/ 一O- v普朗克常量 h：等于圖線的斜率與關(guān)系圖線電子電何量的乘積，即h ke遏止電壓 Uc：橫軸截距顏色相同、強(qiáng)度不I祝費(fèi)冋的光，光電流與JL litJ飽和光電流 Im:電流的最大值電壓的關(guān)系0最大初動(dòng)冃匕：Ekm eUc遏止電壓Uc1、Uc2顏色不冋時(shí)，光電流與電壓的

14、關(guān)系黃光飽和光電流島血0U最大初動(dòng)能 Ek1 eUd, Ek2 eUc2典例（2018 全國卷n）用波長(zhǎng)為 300 nm 的光照射鋅板，電子逸出鋅板表面的最大初動(dòng)能為 1.28X101919J。已知普朗克常量為 6.63X103434Js,真空中的光速為 3.00 x108 8m1 1。能使鋅產(chǎn)生光電效應(yīng)的單色光的最低頻率約為（）1414A.1X10 HzB.8X10Hz1515C.2X10 HzD.8X10Hz又v=C，整理得v=C_E?，代入數(shù)據(jù)解得8xlOHz。人人 h答案B延伸思考(1) 求金屬鋅的逸出功 Wo。(2) 求用波長(zhǎng)為 300 nm 光照射鋅板時(shí)的遏止電壓Uc。提示：( (

15、1)逸出功 Wo= hvEk= 5.35x10 j。Ek遏止電壓 Uc= e = 0.80V。易錯(cuò)提醒應(yīng)用光電效應(yīng)方程時(shí)的注意事項(xiàng)(1) 每種金屬都有一個(gè)截止頻率， 入射光頻率不低于這個(gè)截止頻率時(shí)才能發(fā)生光電效應(yīng)。c(2) 截止頻率對(duì)應(yīng)著光的極限波長(zhǎng)和金屬的逸出功，即hv=h-= W。/c應(yīng)用光電效應(yīng)方程Ek= hvW0時(shí)，注意能量單位電子伏和焦耳的換算( (1 eV =1.6x101919J)。題點(diǎn)全練1.光電效應(yīng)方程的應(yīng)用(多選)(2017 全國卷川)在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，分別用頻率為v、v的單色光 a、b 照射到同種金屬上，測(cè)得相應(yīng)的遏止電壓分別為 Ua和 Ub、光電子的最大初動(dòng)能分別為 E

16、ka和 Ekb。 h 為普朗克常量。下列說法正確的是( ( ) )A 若vv,則定有UaVUbB.若vv,則定有Eka EkbC 若 UaUb，則-定有Ekav,則定有hvEkahvbEkb解析：選 BC 設(shè)該金屬的逸出功為 W,根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程有Ek= hvW,同種金屬的 W 不變，則逸出光電子的最大初動(dòng)能隨v的增大而增大，B 項(xiàng)正確；又 Ek= eU,則最大初動(dòng)能與遏止電壓成正比，C 項(xiàng)正確；根據(jù)上述有 eU = hvW，遏止電壓 U 隨v增大而增大，A 項(xiàng)錯(cuò)誤；又有 hvEk= W, W 相同，則 D 項(xiàng)錯(cuò)誤。2.光電效應(yīng)的Ek-v圖像用如圖甲所示的裝置研究光電效應(yīng)現(xiàn)象。閉合開關(guān)

17、 S,用頻率為v的光照射光電管時(shí)發(fā)生了光電效應(yīng)。圖乙是該光電管發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)光電子的最大初動(dòng)能Ek與入射光頻率v的關(guān)系圖像，圖線與橫軸的交點(diǎn)坐標(biāo)為（a,0），與縱軸的交點(diǎn)坐標(biāo)為（0, b）。下列說法正確的是（）（）A .普朗克常量為 h= bB斷開開關(guān) S 后，電流表 G 的示數(shù)不為零C 僅增加照射光的強(qiáng)度，光電子的最大初動(dòng)能將增大D .保持照射光強(qiáng)度不變，僅提高照射光頻率，電流表解析：選 B 由 Ek= hvWo,可知圖線的斜率為普朗克常量，即h= ，故 A 錯(cuò)誤;a斷開開關(guān) S 后，仍有光電子產(chǎn)生，所以電流表G 的示數(shù)不為零，故 B 正確；只有增大入射光的頻率，才能增大光電子的最大初動(dòng)能，

18、與光的強(qiáng)度無關(guān)，故C 錯(cuò)誤；保持照射光強(qiáng)度不變，僅提高照射光頻率，單個(gè)光子的能量增大，而光的強(qiáng)度不變，那么光子數(shù)一定減少， 發(fā)出的光電子數(shù)也減少，電流表G 的示數(shù)要減小，故 D 錯(cuò)誤。3.光電效應(yīng)的I-U圖像（多選）用甲、乙兩種單色光照射同一金屬做光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)光 電流與電壓的關(guān)系如圖所示。已知普朗克常量為h,被照射金屬的逸出功為 Wo,遏止電壓為 Uc,電子的電荷量為 e。下列說法正確的是（A 甲光的強(qiáng)度大于乙光的強(qiáng)度B.甲光的頻率大于乙光的頻率G 的示數(shù)保持不變)C .甲光照射時(shí)產(chǎn)生的光電子初動(dòng)能均為eUcWo+ eUcD.乙光的頻率為一 h -解析：選 AD 根據(jù)光的強(qiáng)度越強(qiáng)，則光電

19、子數(shù)目越多，對(duì)應(yīng)的光電流越大，即可判定 甲光的強(qiáng)度較大，選項(xiàng) A 正確；由光電效應(yīng)方程 mv2 2=hvW0, 2mv2 2= Uce，結(jié)合題圖可 知，甲、乙的遏止電壓相同，故甲、乙的頻率相同，選項(xiàng)B 錯(cuò)誤；甲光照射時(shí)產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能為 eUc,選項(xiàng) C 錯(cuò)誤；根據(jù) 1mv2 2= hvW0= U,可得v=卩怡：如0,選項(xiàng) D 正確?？键c(diǎn)三 對(duì)波粒二象性的理解基礎(chǔ)自修類題點(diǎn)全練1.波粒二象性的理解（多選）實(shí)物粒子和光都具有波粒二象性。下列事實(shí)中突出體現(xiàn)波動(dòng)性的是（）A 電子束通過雙縫實(shí)驗(yàn)裝置后可以形成干涉圖樣B.B射線在云室中穿過會(huì)留下清晰的徑跡C 人們利用慢中子衍射來研究晶體的結(jié)構(gòu)D 人們利用電子顯微鏡觀測(cè)物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)解析：選 ACD 干涉和衍射體現(xiàn)的是波動(dòng)性，A、C 正確；B射線在云室中留下清晰的徑跡，體現(xiàn)的是粒子性，不