(全國通用)2023屆高三物理復(fù)習(xí)能力提升-第14章-第3課時-光電效應(yīng)-波粒二象性

1、第3課時光電效應(yīng)波粒二象性考綱解讀1.知道什么是光電效應(yīng)，理解光電效應(yīng)的實驗規(guī)律.2.會利用光電效應(yīng)方程計算逸出功、極限頻率、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是()A一般物體輻射電磁波的情況與溫度無關(guān)，只與材料的種類及外表情況有關(guān)B黑體能完全吸收入射的各種波長的電磁波，不反射C帶電微粒輻射和吸收的能量，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(yīng)規(guī)律的理解關(guān)于光電效應(yīng)的規(guī)律，以下說法中正確的是()A只有入射光的波長大于該金屬的極限波長，光電效應(yīng)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

2、光電效應(yīng)的反響時間一般都大于107 sD發(fā)生光電效應(yīng)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D解析由hheq f(c,)知，當(dāng)入射光波長小于金屬的極限波長時，發(fā)生光電效應(yīng)，故A錯由EkhW知，最大初動能由入射光頻率決定，與入射光強度無關(guān)，故B錯發(fā)生光電效應(yīng)的時間一般不超過109 s，故C錯3光的波粒二象性的理解以下說法正確的是()A光電效應(yīng)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(yù)、衍射、偏振現(xiàn)象證明了光具有波動性D只有運動著的小物體才有一種波和它相對應(yīng)，大的物體運動是沒有波和它對應(yīng)的答案AC考點梳理一、黑體輻射與能量

3、子1黑體與黑體輻射(1)黑體：是指能夠完全吸收入射的各種波長的電磁波而不發(fā)生反射的物體(2)黑體輻射的實驗規(guī)律一般材料的物體，輻射的電磁波除與溫度有關(guān)外，還與材料的種類及外表狀況有關(guān)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(guān)a隨著溫度的升高，各種波長的輻射強度都增加b隨著溫度的升高，輻射強度的極大值向波長較短的方向移動2能量子(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最小能量值的整數(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?。篽，其中是電磁波的頻率，h稱為普朗克常量h6.631034 Js.二、光電效應(yīng)1光電效

4、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外表逸出的現(xiàn)象，叫做光電效應(yīng)，發(fā)射出來的電子叫做光電子2光電效應(yīng)規(guī)律(1)每種金屬都有一個極限頻率(2)光子的最大初動能與入射光的強度無關(guān)，只隨入射光的頻率增大而增大(3)光照射到金屬外表時，光電子的發(fā)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(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h，其中h是普朗克常量，其值為6.631034 Js.(2)光電效應(yīng)方程：EkhW.其中h為入射光的能量，Ek為光電子的最大初動能，W是金屬的逸出功4遏止電壓與截止頻率(1)遏止電壓：使光電

5、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)不同的金屬對應(yīng)著不同的極限頻率(3)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1光的波粒二象性(1)光的干預(yù)、衍射、偏振現(xiàn)象證明光具有波動性(2)光電效應(yīng)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(1)概率波光的干預(yù)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

6、對應(yīng)，其波長eq f(h,p)，p為運動物體的動量，h為普朗克常量考點一對光電效應(yīng)規(guī)律的理解例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(guān)于光量子的理論成功的解釋了光電效應(yīng)現(xiàn)象關(guān)于光電效應(yīng)，以下說法正確的是()A當(dāng)入射光的頻率低于極限頻率時，不能發(fā)生光電效應(yīng)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某單色光照射一金屬時不發(fā)生光電效應(yīng)，改用波長較短的光照射該金屬可能發(fā)生光電效應(yīng)解析根據(jù)光電效應(yīng)現(xiàn)象的實驗規(guī)律，只有入射光頻率大于極限頻率才能發(fā)生光電效應(yīng)，故A、D正確根據(jù)光電效應(yīng)方程，最大初動能與入射光頻率為線性關(guān)系，

7、但非正比關(guān)系，B錯誤；根據(jù)光電效應(yīng)現(xiàn)象的實驗規(guī)律，光電子的最大初動能與入射光強度無關(guān)，C錯誤答案AD突破訓(xùn)練1入射光照射到某金屬外表上發(fā)生光電效應(yīng)，假設(shè)入射光的強度減弱，而頻率保持不變，那么()A從光照至金屬外表上到發(fā)射出光電子之間的時間間隔將明顯增加B逸出的光電子的最大初動能將減小C單位時間內(nèi)從金屬外表逸出的光電子數(shù)目將減小D有可能不發(fā)生光電效應(yīng)答案C解析光電效應(yīng)瞬時(109 s)發(fā)生，與光強無關(guān)，A錯；能否發(fā)生光電效應(yīng)，只取決于入射光的頻率是否大于極限頻率，與光強無關(guān)，D錯；對于某種特定金屬，光電子的最大初動能只與入射光頻率有關(guān)，入射光頻率越大，最大初動能越大，B錯；光電子數(shù)目多少與入射光

8、強度有關(guān)(可理解為一個光子能打出一個電子)，光強減弱，逸出的電子數(shù)目減少，C對考點二對光電效應(yīng)方程的應(yīng)用和Ek圖象的考查1愛因斯坦光電效應(yīng)方程EkhWh：光電子的能量W：逸出功，即從金屬外表直接飛出的光電子克服正電荷引力所做的功Ek：光電子的最大初動能2由Ek圖象(如圖1)可以得到的信息圖1(1)極限頻率：圖線與軸交點的橫坐標(biāo)c.(2)逸出功：圖線與Ek軸交點的縱坐標(biāo)的值EW.(3)普朗克常量：圖線的斜率kh.例2如圖2所示是用光照射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(biāo)為4.27，與縱軸交點坐標(biāo)為0.5)由圖可知()圖2A該金屬的截止頻率為4.2710

9、14 HzB該金屬的截止頻率為5.51014 HzC該圖線的斜率表示普朗克常量D該金屬的逸出功為0.5 eV解析圖線在橫軸上的截距為截止頻率，A正確，B錯誤；由光電效應(yīng)方程EkhW可知圖線的斜率為普朗克常量，C正確；金屬的逸出功為Whceq f(6.6310344.271014,1.61019) eV1.77 eV，D錯誤答案AC突破訓(xùn)練2鋅的逸出功為3.34 eV，用某單色紫外線照射鋅板時，逸出光電子的最大速度為106 m/s，求該紫外線的波長(電子質(zhì)量me9.111031 kg，普朗克常量h6.631034 Js,1 eV1.6010答案2.01107解析根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程eq f(

10、hc,)Weq f(1,2)mev2所以2.01107 m考點三對光的波粒二象性、物質(zhì)波的考查光既有波動性，又有粒子性，兩者不是孤立的，而是有機的統(tǒng)一體，其表現(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，越容易看到光的干預(yù)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預(yù)和衍射現(xiàn)象，貫穿本領(lǐng)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(guān)于物質(zhì)的波粒二象性，以下說法中不正確的是()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(dāng)它們通過一個小孔時，都

11、沒有特定的運動軌道C波動性和粒子性，在宏觀現(xiàn)象中是矛盾的、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殊規(guī)律，大量光子運動的規(guī)律表現(xiàn)出光的波動性，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，光的頻率越高，粒子性越明顯而宏觀物體的德布羅意波的波長太小，實際很難觀察到波動性，不是不具有波粒二象性答案D突破訓(xùn)練3關(guān)于光的本性，以下說法正確的是()A光既具有波動性，又具有粒子性，這是互相矛盾和對立的B光的波動性類似于機械波，光的粒子性類似于質(zhì)點C大量光子才具有波動性，個別光子只具有粒子性D由于光既具有波

12、動性，又具有粒子性，無法只用其中一種去說明光的一切行為，只能認(rèn)為光具有波粒二象性答案D解析光既具有波動性，又具有粒子性，但不同于宏觀的機械波和機械粒子，波動性和粒子性是光在不同的情況下的不同表現(xiàn)，是同一客體的兩個不同的側(cè)面、不同屬性，只能認(rèn)為光具有波粒二象性，選項D正確.58用光電管研究光電效應(yīng)的規(guī)律例4(2023江蘇單科12C(1)研究光電效應(yīng)的電路如圖3所示用頻率相同、強度不同的光分別照射密封真空管的鈉極板(陰極K)，鈉極板發(fā)射出的光電子被陽極A吸收，在電路中形成光電流以下光電流I與A、K之間的電壓UAK的關(guān)系圖象中，正確的是_圖3解析由于光的頻率相同，所以對應(yīng)的反向截止電壓相同，選項A、

13、B錯誤；發(fā)生光電效應(yīng)時，在同樣的加速電壓下，光強度越大，逸出的光電子數(shù)目越多，形成的光電流越大，所以選項C正確，D錯誤答案C1.常見電路(如圖4所示)圖42兩條線索(1)通過頻率分析：光子頻率高光子能量大產(chǎn)生光電子的最大初動能大(2)通過光的強度分析：入射光強度大光子數(shù)目多產(chǎn)生的光電子多光電流大高考題組1(2023四川理綜18)a、b兩種單色光組成的光束從介質(zhì)進入空氣時，其折射光束如圖5所示用a、b兩束光()A先后照射雙縫干預(yù)實驗裝置，在縫后屏上都能出現(xiàn)干預(yù)條紋，由此確定光是橫波B先后照射某金屬，a光照射時恰能逸出光電子，那么b光照射時圖5也能逸出光電子C從同一介質(zhì)以相同方向射向空氣，其界面為

14、平面，假設(shè)b光不能進入空氣，那么a光也不能進入空氣D從同一介質(zhì)以相同方向射向空氣，其界面為平面，a光的反射角比b光的反射角大答案C解析光的干預(yù)說明光是一種波，光的偏振說明光是橫波，選項A錯誤由題圖可知，光束a的折射角ra大于光束b的折射角rb.根據(jù)neq f(sin r,sin i)，知兩束光的折射率nanb，頻率ab，因此a光照射金屬時恰能逸出光電子，b光照射時那么不能逸出光電子，選項B錯誤根據(jù)臨界角公式sin Ceq f(1,n)知兩束光的臨界角CaCb，因此入射角相同時b光發(fā)生全反射，a光也一定發(fā)生全反射，選項C正確根據(jù)反射定律，反射角總等于入射角，所以兩束光以相同的入射角射到界面上時，

15、兩束光的反射角相等，選項D錯誤2(2023江蘇單科12C(1)以下描繪兩種溫度下黑體輻射強度與波長關(guān)系的圖中，符合黑體輻射實驗規(guī)律的是()答案A解析隨著溫度的升高，黑體輻射的強度與波長有這樣的關(guān)系：一方面，各種波長的輻射強度都有增加，另一方面，輻射強度的極大值向波長較短的方向移動由此規(guī)律可知應(yīng)選A.3(2023天津理綜8)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電壓U的關(guān)系如圖6所示那么這兩種光()A照射該光電管時a光使其逸出的光電子最大初動能大B從同種玻璃射入空氣發(fā)生全反射時，a光的臨界角大圖6C通過同一裝置發(fā)生雙縫干預(yù)，a光的相鄰條紋間距大D通過同一玻

16、璃三棱鏡時，a光的偏折程度大答案BC解析由題圖知，EkmaEkmb，應(yīng)選項A錯誤；對同一光電管，由光電效應(yīng)方程EkmhW0，知aCb，應(yīng)選項B正確；由xeq f(l,d)及eq f(c,)知，頻率越小，波長越長，間距越大，即xaxb，應(yīng)選項C正確；因a|E5E2|，應(yīng)選項D正確(限時：30分鐘)題組1對光的波粒二象性的考查1以下說法正確的是()A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射線具有顯著的粒子性，而不具有波動性答案C解析從光的波粒二象性可知：光是同時具有波粒二象性的，只不過在有的情況下波動性顯著，有的情況下粒子性顯

17、著光的波長越長，越容易觀察到其顯示波動特征光子是一種不帶電的微觀粒子，而電子是帶負(fù)電的實物粒子，它們雖然都是微觀粒子，但有本質(zhì)區(qū)別，故上述選項中正確的是C.2物理學(xué)家做了一個有趣的實驗：在雙縫干預(yù)實驗中，在光屏處放上照相底片，假設(shè)減弱光的強度使光子只能一個一個地通過狹縫實驗結(jié)果說明，如果曝光時間不太長，底片上只能出現(xiàn)一些不規(guī)那么的點；如果曝光時間足夠長，底片上就會出現(xiàn)規(guī)那么的干預(yù)條紋對這個實驗結(jié)果以下認(rèn)識正確的是()A曝光時間不長時，光的能量太小，底片上的條紋看不清楚，故出現(xiàn)不規(guī)那么的點B單個光子的運動沒有確定的規(guī)律C干預(yù)條紋中明亮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

18、性答案BCD解析單個光子通過雙縫后的落點無法預(yù)測，大量光子的落點呈現(xiàn)一定的規(guī)律性，落在某些區(qū)域的可能性較大，這些區(qū)域正是波通過雙縫后發(fā)生干預(yù)時振幅加強的區(qū)域，因而把光波叫做概率波光具有波粒二象性，少數(shù)光子的行為表現(xiàn)為粒子性，大量光子的行為表現(xiàn)為波動性所以正確選項為B、C、D.題組2對光電效應(yīng)理解的考查3利用光子說對光電效應(yīng)的解釋，以下說法正確的是()A金屬外表的一個電子只能吸收一個光子B電子吸收光子后一定能從金屬外表逸出，成為光電子C金屬外表的一個電子吸收假設(shè)干個光子，積累了足夠的能量才能從金屬外表逸出D無論光子能量大小如何，電子吸收光子并積累了能量后，總能逸出成為光電子答案A解析根據(jù)光子說，

19、金屬的一個電子一次只能吸收一個光子，假設(shè)所吸收的光子頻率大于金屬的極限頻率，電子逸出金屬外表，成為光電子，且光子的吸收是瞬時的，不需要時間的積累，假設(shè)所吸收的光子能量小于逸出功(光子頻率小于金屬的極限頻率)，那么電子不能逸出金屬外表，不能成為光電子4入射光照射到某金屬外表上發(fā)生光電效應(yīng)，假設(shè)入射光的強度減弱，而頻率保持不變，以下說法中正確的是()A有可能不發(fā)生光電效應(yīng)B從光照射到金屬外表上至發(fā)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)目將減少答案D解析由光電效應(yīng)方程EkhW可知，光電子的最大初動能只與入射光的頻率有關(guān)，與光強沒有關(guān)系，

20、但入射光的強度減弱，單位時間內(nèi)從金屬外表逸出的光電子數(shù)目將減少，選項A、C錯，D對；光電效應(yīng)具有瞬時性，B錯5光電效應(yīng)的實驗結(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(yīng)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(yīng)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解析根據(jù)光電效應(yīng)規(guī)律可知，選項A正確；根據(jù)光電效應(yīng)方程heq f(1,2)mveq oal(2,max)W知，頻率越高，初動能就越大，選項D正確6對光電效應(yīng)的理解正確的是()A金屬鈉的每個電子可以吸收一個

21、或一個以上的光子，當(dāng)它積累的動能足夠大時，就能逸出金屬B如果入射光子的能量小于金屬外表的電子克服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(yīng)C發(fā)生光電效應(yīng)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相同的，因此使不同金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)，入射光的最低頻率也不同答案BD解析按照愛因斯坦的光子說，光子的能量由光的頻率決定，與光強無關(guān)，入射光的頻率越大，發(fā)生光電效應(yīng)時產(chǎn)生的光電子的最大初動能越大但要使電子離開金屬，須使電子具有足夠的動能，而電子增加的動能只能來源于入射光的光子能量，且電子只能吸收一個光子，不能吸收多個光子電子從金屬逸出時只有從金屬外表向外

22、逸出的電子克服原子核的引力所做的功最小綜上所述，選項B、D正確題組3對光電效應(yīng)方程應(yīng)用的考查7如圖1是某金屬在光的照射下產(chǎn)生的光電子的最大初動能Ek與入射光頻率的關(guān)系圖象由圖象可知()A該金屬的逸出功等于EB該金屬的逸出功等于hcC入射光的頻率為2c時，產(chǎn)生的光電子的最大初動能為E圖1D入射光的頻率為eq f(c,2)時，產(chǎn)生的光電子的最大初動能為eq f(E,2)答案ABC解析由題圖并結(jié)合EkhW得，EkhE，故逸出功WE，應(yīng)選項A對；當(dāng)Ek0時，c，故Ehc，應(yīng)選項B對；2c時，可得出EkE，應(yīng)選項C對；當(dāng)入射光的頻率為eq f(c,2)時，不發(fā)生光電效應(yīng)，應(yīng)選項D錯8下表給出了一些金屬材

23、料的逸出功.材料銫鈣鎂鈹鈦逸出功(1019 J)3.04.35.96.26.6現(xiàn)用波長為400 nm的單色光照射上述材料，能產(chǎn)生光電效應(yīng)的材料最多有幾種(普朗克常量h6.631034 Js，光速c3.0108A2種B3種C4種D5種答案A解析要發(fā)生光電效應(yīng)，那么入射光的能量必須大于金屬的逸出功，由題可算出波長為400 nm的光的能量為Ehheq f(c,)6.631034eq f(3.0108,400109) J4.971019 J，大于銫和鈣的逸出功所以A選項正確9如圖2所示是光電管的原理圖，當(dāng)有波長為0的光照到陰極K上時，電路中有光電流，那么()圖2A假設(shè)換用波長為1(10)的光照射陰極K

24、時，電路中一定沒有光電流B假設(shè)換用波長為2(20，根據(jù)eq f(c,)可知，波長為1的光的頻率不一定大于金屬的極限頻率，因此不一定能發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象，A錯誤；同理可以判斷，B正確；光電流的大小與入射光的強度有關(guān)，在一定頻率與強度的光照射下，光電流與電壓之間的關(guān)系為：開始時，光電流隨電壓U的增加而增大，當(dāng)U增大到一定程度時，光電流到達飽和值，這時即使再增大U，在單位時間內(nèi)也不可能有更多的光電子定向移動，光電流也就不會再增加，即飽和光電流是在一定頻率與強度的光照射下的最大光電流，增大電源電壓，假設(shè)光電流到達飽和值，那么光電流也不會增大，C錯誤；將電源極性反接，假設(shè)光電子的最大初動能大于光電管兩極間電場力做的功，電路中仍有光電流產(chǎn)生，D錯誤102023年諾貝爾物理學(xué)獎得主威拉德博伊爾和喬治史密斯主要成就是創(chuàng)造了電荷耦合器件(CCD)圖象傳感器他們的創(chuàng)造利用了愛因斯坦的光電效應(yīng)原理如圖3所示電路可研究光電效應(yīng)規(guī)律圖中標(biāo)有A和K的為光電管，其中K為陰極，A為陽極理想電流計可檢測通過光電管的電