2020年新課標(biāo)高考第一講-光電效應(yīng)-波粒二象性考點考向

基礎(chǔ)復(fù)習(xí)課第一講光電效應(yīng)波粒二象性一、光電效應(yīng)1．光電效應(yīng)現(xiàn)象：照射到金屬表面的光，能使金屬中的電子從表面逸出的現(xiàn)象．2．光電子：光電效應(yīng)中發(fā)射出來的電子．3．研究光電效應(yīng)的電路圖其中A是陽極，K是陰極．4．光電效應(yīng)的四個規(guī)律(1)每種金屬都有一個截止頻率(或極限頻率)，入射光的頻率必須大于截止頻率才能產(chǎn)生光電效應(yīng)．低于截止頻率時不能發(fā)生光電效應(yīng)．(2)光電子的最大初動能與入射光的強度無關(guān)，只隨入射光頻率的增大而增大．(3)光電效應(yīng)的發(fā)生幾乎是瞬時的，一般不超過10－9s.(4)當(dāng)入射光的頻率大于極限頻率時，飽和光電流的強度與入射光的強度成正比．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，每一份叫作一個光的能量子，簡稱光子，光子的能量ε＝hν.其中h＝6.63×10－34J·s.(稱為普朗克常量)2．逸出功W0：使電子脫離某種金屬所做功的最小值．3．最大初動能：發(fā)生光電效應(yīng)時，金屬表面上的電子吸收光子后克服原子核的引力逸出時所具有的動能的最大值．4．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)的最小頻率叫作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．5．愛因斯坦光電效應(yīng)方程(1)表達(dá)式：Ek＝hν－W0.(2)物理意義：金屬表面的電子吸收一個光子獲得的能量是hν，這些能量的一部分用來克服金屬的逸出功W0，剩下的表現(xiàn)為逸出后光電子的最大初動能Ek＝eq\f(1,2)mev2.三、光的波粒二象性1．光的干涉、衍射、偏振現(xiàn)象證明光具有波動性．2．光電效應(yīng)、康普頓效應(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．[小題快練]1．判斷題(1)只要光照射的時間足夠長，任何金屬都能產(chǎn)生光電效應(yīng)．(×)(2)光電子就是光子．(×)(3)極限頻率越大的金屬材料逸出功越大．(√)(4)從金屬表面出來的光電子的最大初動能越大，這種金屬的逸出功越?。?×)(5)入射光的頻率越大，逸出功越大．(×)2．關(guān)于光電效應(yīng)的規(guī)律，下列說法中正確的是(D)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)生光電效應(yīng)的反應(yīng)時間一般都大于10－7sD．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3．關(guān)于物質(zhì)的波粒二象性，下列說法中不正確的是(D)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4．(多選)物理學(xué)家做了一個有趣的實驗：在雙縫干涉實驗中，在光屏處放上照相底片，若減弱光的強度，使光子只能一個一個地通過狹縫，實驗結(jié)果表明，如果曝光時間不太長，底片上只出現(xiàn)一些不規(guī)則的點；如果曝光時間足夠長，底片上就會出現(xiàn)規(guī)則的干涉條紋．對這個實驗結(jié)果有下列認(rèn)識，正確的是(BC)A．曝光時間不長時，出現(xiàn)不規(guī)則的點，表現(xiàn)出光的波動性B．單個光子通過雙縫后的落點無法預(yù)測C．干涉條紋中明亮的部分是光子到達(dá)機會較多的地方D．只有大量光子的行為才能表現(xiàn)出光的粒子性考點一光電效應(yīng)現(xiàn)象和光電效應(yīng)方程的應(yīng)用(自主學(xué)習(xí))1．對光電效應(yīng)的四點提醒(1)能否發(fā)生光電效應(yīng)，不取決于光的強度而取決于光的頻率．(2)光電效應(yīng)中的“光”不是特指可見光，也包括不可見光．(3)逸出功的大小由金屬本身決定，與入射光無關(guān)．(4)光電子不是光子，而是電子．2．兩條對應(yīng)關(guān)系(1)光強大→光子數(shù)目多→發(fā)射光電子多→光電流大；(2)光子頻率高→光子能量大→光電子的最大初動能大．3．定量分析時應(yīng)抓住三個關(guān)系式(1)愛因斯坦光電效應(yīng)方程：Ek＝hν－W0.(2)最大初動能與遏止電壓的關(guān)系：Ek＝eUc.(3)逸出功與極限頻率的關(guān)系：W0＝hν0.1－1.[光電效應(yīng)現(xiàn)象的理解]關(guān)于光電效應(yīng)現(xiàn)象，下列說法中正確的是()A．在光電效應(yīng)現(xiàn)象中，入射光的強度越大，光電子的最大初動能越大B．在光電效應(yīng)現(xiàn)象中，光電子的最大初動能與照射光的頻率成正比C．對于任何一種金屬都存在一個“最大波長”，入射光的波長必須小于此波長，才能產(chǎn)生光電效應(yīng)D．對于某種金屬，只要入射光的強度足夠大，就會發(fā)生光電效應(yīng)答案：C1－2.[光電效應(yīng)方程](2018·全國卷Ⅱ)用波長為300nm的光照射鋅板，電子逸出鋅板表面的最大初動能為1.28×10－19J．已知普朗克常量為6.63×10－34J·s，真空中的光速為3.00×108m·s－1，能使鋅產(chǎn)生光電效應(yīng)的單色光的最低頻率約為()A．1×1014Hz B．8×1014HzC．2×1015Hz D．8×1015Hz解析：光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0，逸出功W0＝hν0，聯(lián)立解得ν0＝eq\f(h\f(c,λ)－Ek,h)＝8×1014Hz，故B正確．答案：B考點二光電效應(yīng)的圖象問題(自主學(xué)習(xí))圖象名稱圖線形狀由圖線直接(間接)得到的物理量最大初動能Ek與入射光頻率ν的關(guān)系圖線①極限頻率：圖線與ν軸交點的橫坐標(biāo)νc.②逸出功：圖線與Ek軸交點的縱坐標(biāo)的值W0＝|－E|＝E③普朗克常量：圖線的斜率k＝h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：圖線與橫軸的交點②飽和光電流Im：電流的最大值③最大初動能Ek＝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遏止電壓Uc與入射光頻率ν的關(guān)系圖線①截止頻率νc：圖線與橫軸的交點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量的乘積，即h＝ke.(注：此時兩極之間接反向電壓)2－1.(多選)(2019·河南濟源四中考試)一含有光電管的電路如圖甲所示，乙圖是用a、b、c光照射光電管得到的I－U圖線，Uc1、Uc2表示截止電壓，下列說法正確的是()A．甲圖中光電管得到的電壓為正向電壓B．a(chǎn)、b光的波長相等C．a(chǎn)、c光的波長相等D．a(chǎn)、c光的光強相等解析：如圖可知，從金屬逸出來的電子在電場力作用下，加速運動，則對應(yīng)電壓為正向電壓，故A正確；光電流恰為零，此時光電管兩端加的電壓為截止電壓，對應(yīng)的光的頻率為截止頻率，可知，a光、c光對應(yīng)的截止頻率小于b光的截止頻率，根據(jù)eU截＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,m)＝hν－W0，入射光的頻率越高，對應(yīng)的截止電壓U截越大．a(chǎn)光、c光的截止電壓相等，所以a光、c光的頻率相等，則a光、c光的波長相等；因b光的截止電壓大于a光的截止電壓，所以b光的頻率大于a光的頻率，則a光的波長大于b光的波長，故B錯誤，C正確；由圖可知，a的飽和電流大于c的飽和電流，而光的頻率相等，所以a光的光強大于c光的光強，故D錯誤．答案：AC2－2.[Ek－ν圖象](多選)如圖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ν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hνcC．入射光的頻率為2νc時，產(chǎn)生的光電子的最大初動能為ED．入射光的頻率為eq\f(νc,2)時，產(chǎn)生的光電子的最大初動能為eq\f(E,2)答案：ABC2－3.[Uc－ν圖象](2015·全國卷Ⅰ)在某次光電效應(yīng)實驗中，得到的遏止電壓Uc與入射光的頻率ν的關(guān)系如圖所示．若該直線的斜率和截距分別為k和b，電子電荷量的絕對值為e，則普朗克常量可表示為，所用材料的逸出功可表示為．解析：根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程有Ek＝hν－W0，又因為Ek＝eUc，得到Uc＝eq\f(h,e)ν－eq\f(W0,e)，所以eq\f(h,e)＝k，h＝ek；－eq\f(W0,e)＝b，W0＝－eb.答案：ek－eb考點三對光的波粒二象性的理解(自主學(xué)習(xí))1．對光的波動性和粒子性的進(jìn)一步理解光的波動性光的粒子性實驗基礎(chǔ)干涉和衍射光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)表現(xiàn)①光是一種概率波，即光子在空間各點出現(xiàn)的可能性大小(概率)可用波動規(guī)律來描述②大量的光子在傳播時，表現(xiàn)出光的波動性①當(dāng)光同物質(zhì)發(fā)生作用時，這種作用是“一份一份”進(jìn)行的，表現(xiàn)出粒子的性質(zhì)②少量或個別光子容易顯示出光的粒子性說明①光的波動性是光子本身的一種屬性，不是光子之間相互作用產(chǎn)生的②光的波動性不同于宏觀觀念的波①粒子的含義是“不連續(xù)”“一份一份”的②光子不同于宏觀觀念的粒子2.波動性和粒子性的對立與統(tǒng)一(1)大量光子易顯示出波動性，而少量光子易顯示出粒子性．(2)波長長(頻率低)的光波動性強，而波長短(頻率高)的光粒子性強．(3)光子說并未否定波動說，E＝hν＝eq\f(hc,λ)中，ν和λ就是波的概念．(4)波和粒子在宏觀世界是不能統(tǒng)一的，而在微觀世界卻是統(tǒng)一的．3－1.[光的波粒二象性]下列說法正確的是()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．γ射線具有顯著的粒子性，而不具有波動性解析：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)電的微觀粒子，它們雖然都是微觀粒子，但有本質(zhì)區(qū)別，故C正確．答案：C3－2.[波動性分析](多選)(2015·全國卷Ⅱ)實物粒子和光都具有波粒二象性．下列事實中突出體現(xiàn)波動性的是()A．電子束通過雙縫實驗裝置后可以形成干涉圖樣B．β射線在云室中穿過會留下清晰的徑跡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物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)解析：電子束通過雙縫產(chǎn)生干涉圖樣，體現(xiàn)的是波動性，A正確；β射線在云室中留下清晰的徑跡說明β射線是一種粒子，不能體現(xiàn)波動性，B錯誤；衍射體現(xiàn)的是波動性，C正確；電子顯微鏡觀測微觀結(jié)構(gòu)利用了電子束的衍射現(xiàn)象，體現(xiàn)波動性，D正確．答案：ACD3－3.[波動性和粒子性分析](多選)用極微弱的可見光做雙縫干涉實驗，隨著時間的增加，在屏上先后出現(xiàn)如圖a、b、c所示的圖象，則下列說法正確的是()A．圖象a表明光具有粒子性B．圖象c表明光具有波動性C．用紫外光觀察不到類似的圖象D．實驗表明光是一種概率波解析：圖象a曝光時間短，通過光子數(shù)很少，呈現(xiàn)粒子性．圖象c曝光時間長，通過了大量光子，呈現(xiàn)波動性，A、B正確；同時實驗也表明光波是一種概率波，D正確；紫外光本質(zhì)和可見光本質(zhì)相同，也可以發(fā)生上述現(xiàn)象，C錯誤．答案：ABD1．運用光子說對光電效應(yīng)現(xiàn)象進(jìn)行解釋，可以得出的正確結(jié)論是(D)A．當(dāng)光照時間增大為原來的2倍時，光電流的強度也增大為原來的2倍B．當(dāng)入射光頻率增大為原來的2倍時，光電子的最大初動能也增大為原來的2倍C．當(dāng)入射光波長增大為原來的2倍時，光電子的最大初動能也增大為原來的2倍D．當(dāng)入射光強度增大為原來的2倍時，單位時間內(nèi)產(chǎn)生的光電子數(shù)目也增大為原來的2倍2.(多選)愛因斯坦因提出了光量子概念并成功地解釋光電效應(yīng)的規(guī)律而獲得1921年諾貝爾物理學(xué)獎．某種金屬逸出光電子的最大初動能Ek與入射光頻率ν的關(guān)系如圖所示，其中ν0為極限頻率．從圖中可以確定的是(CD)A．逸出功與ν有關(guān)B．光電子的最大初動能Ek與入射光的頻率成正比C．當(dāng)ν＞ν0時，會逸出光電子D．圖中直線的斜率與普朗克常量有關(guān)3．(2018·江蘇卷)光電效應(yīng)實驗中，用波長為λ0的單色光A照射某金屬板時，剛好有光電子從金屬表面逸出．當(dāng)波長為eq\f(λ0,2)的單色光B照射該金屬板時，光電子的最大初動能為，A、B兩種光子的動量之比為.(已知普朗克常量為h、光速為c)解析：根據(jù)光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0，又ν＝eq\f(c,λ)，所以有0＝eq\f(hc,λ0)－W0，Ek＝eq\f(2hc,λ0)－W0解得Ek＝eq\f(hc,λ0)；又光子動量p＝eq\f(h,λ)，所以A、B兩種光子的動量之比為1∶2.答案：(1)eq\f(hc,λ0)(2)1∶24．如圖所示是研究光電效應(yīng)的實驗裝置，某同學(xué)進(jìn)行了如下操作：(1)用頻率為ν1的光照射光電管，此時電流表中有電流．調(diào)節(jié)滑動變阻器，將觸頭P向端滑動(填“a”或“b”)，使電流表示數(shù)恰好變?yōu)榱悖浵码妷罕硎緮?shù)U1.(2)用頻率為ν2的光照射光電管，重復(fù)(1)中的步驟，記下電壓表示數(shù)U2.已知電子的電荷量為e，由上述實驗可知，普朗克常量h＝(用上述已知量和測量量表示)．解析：(1)對電子加反向的電場力，使之不能到達(dá)A端，則A端電勢低于K端電勢，P向a端滑動．(2)由hν1－W＝eU1，hν2－W＝eU2，得h＝eq\f(eU1－U2,ν1－ν2).答案：(1)a(2)eq\f(eU1－U2,ν1－ν2)[A組·基礎(chǔ)題]1．(2019·江蘇高級中學(xué)檢測)下列實驗中，深入地揭示了光的粒子性一面的有(A)①X射線被石墨散射后部分波長增大②鋅板被紫外線照射時有電子逸出但被可見光照射時沒有電子逸出③轟擊金箔的α粒子中有少數(shù)運動方向發(fā)生較大偏轉(zhuǎn)④氫原子發(fā)射的光經(jīng)三棱鏡分光后，呈現(xiàn)線狀光譜A．①② B．①②③C．②③ D．②③④解析：①為康普頓散射，②為光電效應(yīng)，康普頓散射和光電效應(yīng)都深入揭示了光的粒子性；③為α粒子散射，未涉及光子，揭示了原子的核式結(jié)構(gòu)模型．④為光的折射，揭示了氫原子能級的不連續(xù)，故選A.2．用波長為2.0×10－7m的紫外線照射鎢的表面，釋放出來的光電子中最大的動能是4.7×10－19J．由此可知，鎢的極限頻率是(普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，光速c＝3.0×108m/s，結(jié)果取兩位有效數(shù)字)(B)A．5.5×1014Hz B．7.9×1014HzC．9.8×1014Hz D．1.2×1015Hz3．下表給出了一些金屬材料的逸出功.材料銫鈣鎂鈹鈦逸出功(10－19J)3.04.35.96.26.6現(xiàn)用波長為400nm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h＝6.63×10－34J·s，光速c＝3.0×108m/s)(A)A．2種 B．3種C．4種 D．5種4．用不同頻率的紫外線分別照射鎢和鋅的表面而產(chǎn)生光電效應(yīng)，可得到光電子最大初動能Ek隨入射光頻率ν變化的Ek－ν圖象．已知鎢的逸出功是3.28eV，鋅的逸出功是3.34eV，若將二者的圖線畫在同一個Ek－ν坐標(biāo)系中，圖示中用實線表示鎢，虛線表示鋅，則下列圖象正確反映這一過程的是(A)5．(多選)(2014·海南卷)在光電效應(yīng)實驗中，用同一種單色光，先后照射鋅和銀的表面，都能發(fā)生光電效應(yīng)．對于這兩個過程，下列四個物理量中，一定不同的是(ACD)A．遏止電壓 B．飽和光電流C．光電子的最大初動能 D．逸出功6．(多選)用波長為λ和2λ的光照射同一種金屬，分別產(chǎn)生的速度最快的光電子速度之比為2∶1，普朗克常量和真空中光速分別用h和c表示，那么下列說法正確的有(AD)A．該種金屬的逸出功為eq\f(hc,3λ)B．該種金屬的逸出功為eq\f(hc,λ)C．波長超過2λ的光都不能使該金屬發(fā)生光電效應(yīng)D．波長超過4λ的光都不能使該金屬發(fā)生光電效應(yīng)7．(多選)如圖所示，這是一個研究光電效應(yīng)的電路圖，下列敘述中正確的是(AC)A．只調(diào)換電源的極性，移動滑片P，當(dāng)電流表示數(shù)為零時，電壓表示數(shù)為遏止電壓Uc的數(shù)值B．保持光照條件不變，滑片P向右滑動的過程中，電流表示數(shù)將一直增大C．不改變光束顏色和電路，增大入射光束強度，電流表示數(shù)會增大D．陰極K需要預(yù)熱，光束照射后需要一定的時間才會有光電流[B組·能力題]8．(多選)(2017·全國卷Ⅲ)在光電效應(yīng)實驗中，分別用頻率為νa、νb的單色光a、b照射到同種金屬上，測得相應(yīng)的遏止電壓分別為Ua和Ub、光電子的最大初動能分別為Eka和Ekb.h為普朗克常量．下列說法正確的是(BC)A．若νa>νb，則一定有Ua<UbB．若νa>νb，則一定有Eka>EkbC．若Ua<Ub，則一定有Eka<EkbD．若νa>νb，則一定有hνa－Eka>hνb－Ekb9．現(xiàn)有a、b、c三束單色光，其波長關(guān)系為λa∶λb∶λc＝1∶2∶3.當(dāng)用a光束照射某種金屬板時能發(fā)生光電效應(yīng)，飛出的光電子最大動能為Ek，若改用b光束照射該金屬板，飛出的光電子最大動能為eq\f(1,3)Ek，當(dāng)改用c光束照射該金屬板時(B)A．能發(fā)生光電效應(yīng)，飛出的光電子最大動能為eq\f(1,6)EkB．能發(fā)生光電效應(yīng)，飛出的光電子最大動能為eq\f(1,9)EkC．能發(fā)生光電效應(yīng)，飛出的光電子最大動能為eq\f(1,12)EkD．由于c光束光子能量最小，該金屬板不會發(fā)生光電效應(yīng)10．從1907年起，美國物理學(xué)家密立根開始以精湛的技術(shù)測量光電效應(yīng)中幾個重要的物理量．他通過如圖所示的實驗裝置測量某金屬的遏止電壓Uc與入射光頻率ν，作出Uc－ν圖象，由此算出普