光電效應波粒二象性

光電效應波粒二象性【基礎(chǔ)回顧】考點內(nèi)容要求考綱解讀光電效應I.扣道什由是光電效應，理解光電效應的實驗規(guī)律..會利用光電效應方程計算逸出功、極限頻率、最大初動能等物理量.土知道光的波粒二象性，知道物質(zhì)波的概念.愛因斯坦光物應方程I考點一光電效應現(xiàn)象和光電效應方程的應用對光電效應的四點提醒能否發(fā)生光電效應，不取決于光的強度而取決于光的頻率。光電效應中的“光”不是特指可見光，也包括不可見光。逸出功的大小由金屬本身決定，與入射光無關(guān)。光電子不是光子，而是電子。兩條對應關(guān)系光強大一光子數(shù)目多一發(fā)射光電子多一光電流大；光子頻率高一光子能量大一光電子的最大初動能大。定量分析時應抓住三個關(guān)系式⑴愛因斯坦光電效應方程：Ek=hv—W0。(2)最大初動能與遏止電壓的關(guān)系：Ek=eUc。⑶逸出功與極限頻率的關(guān)系：W0=hv0。考點二對光的波粒二象性、物質(zhì)波的考查光既具有波動性，又具有粒子性，兩者不是孤立的，而是有機的統(tǒng)一體，其表現(xiàn)規(guī)律為：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。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，而貫穿本領(lǐng)越強。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?！炯寄芊椒ā抗怆娦膱D象分析兩條線索通過頻率分析：光子頻率高一光子能量大一產(chǎn)生光電子的最大初動能大.通過光的強度分析：入射光強度大一光子數(shù)目多一產(chǎn)生的光電子多一光電流大

圖彖名稱圖線形狀由圖線直接（間接）得到的物理重最大初動能正與瓦射光頻率『的關(guān)系圖線&-Ezrt,極限頻率：圖繡與『軸交點的橫坐標匚逸出功：圖線與瓦軸交點的縱坐標的值庠=|—石|=￡晉朗克常童=圖妓的斜率Jc=A顏色相同氣強度不同的光，光電流與電壓的美系1.La——強光（ii?舟府光（黃j遏止電壓如圖線與橫軸的交點飽和光電流&電流的最大值最人初動能=&=W顏色不同時，光電流與電壓的關(guān)系:」一黃咒zlL-—敢比遏止電壓認一、邕飽和光電流最大初動能孩=IE.AV遏止電壓巨與入射疲率『的關(guān)系圖線①截止頻率七圖線與橫軸的交點幼曷止電由電隨入射光頻率的增大而增大③普朗克常重血等于圖線的斜率與電子電重0°的乘積|即為=上方（注:此時兩極之間接反向電壓）【基礎(chǔ)達標】1.關(guān)于光電效應，下列說法正確的是：（）光照時間越長光電流越大入射光的光強一定時，頻率越高，單位時間內(nèi)逸出的光電子數(shù)就越多金屬鈉的每個電子可以吸收一個或一個以上的光子，當它積累的動能最夠大時，就能逸出金屬不同頻率的光照射同一種金屬時，頻率越高，光電子的最大初動能越大【答案】D【解析】在發(fā)生光電效應的情況下，入射光的強度越高，單位時間內(nèi)發(fā)出光電子的數(shù)目越多，光電流才越大，與光照時間長短無關(guān)，故A錯誤.入射光的光強一定時，頻率越高，單位時間內(nèi)逸出的光電子數(shù)就越少.故B錯誤.每個電子可以吸收一個光子，當它入射光的能量大于逸出功，就能逸出金屬.故C錯誤.根據(jù)光電效應方程得Ekm=hv-W0當頻率越高，光電子的最大初動能越大，故D正確.故選D.某光源發(fā)出的光由不同波長的光組成，不同波長的光的強度如圖所示，表中給出了一些材料的極限波長，用該光源發(fā)出的光照射表中材料：（）僅鈉能產(chǎn)生光電子僅鈉、銅能產(chǎn)生光電子僅銅、鉑能產(chǎn)生光電子D.都能產(chǎn)生光電子【答案】D【解析】根據(jù)愛因斯坦光電效應方程可知，只有光源的波長小于某金屬的極限波長，就有光電子逸出，該光源發(fā)出的光的波長有小于100nm，小于鈉、銅、鉑三個的極限波長，都能產(chǎn)生光電子，故D正確，A、B、C錯誤。（多選）在光電效應實驗中，用同一種單色光，先后照射鋅和銀的表面，都能產(chǎn)生光電效應。對于這兩個過程。下列四個物理量中，一定不同的是：（）遏制電壓B.飽和光電流C.光電子的最大初動能D.逸出功【答案】ACD【解析】hv-W0U=不同的金屬具有不同的逸出功，遏制電壓為巳，光電子的最大初動能為Ek=hv-W0,飽和光電流由單位時間內(nèi)的入射光子數(shù)決定，綜上可知ACD正確。如圖所示，電路中所有元件完好，當光照射到光電管上時，靈敏電流計中沒有電A射光波長太長C.光照射時間太短電源正負極接反【答案】BD【解析】靈敏電流計中沒有電流通過，可能是未發(fā)生光電效應現(xiàn)象，即入射光的頻率小于金屬的極限頻率，與光照強度無關(guān)，故選項A錯誤；選項B正確；與入射光的照射時間無關(guān)，故選項C錯誤；還可能由于電源正負極接反，即電場反向?qū)е?，故選項D正確。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。（填正確答案標號，選對1個給2分，選對2個得4分，選對3個得5分，每選錯1個扣3分，最低得分0分）電子束通過雙縫實驗后可以形成干涉圖樣0射線在云室中穿過會留下清晰的徑跡人們利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)光電效應實驗中，光電子的最大初動能與入射光的頻率有關(guān)，與入射光的強度無關(guān)【答案】ACD【解析】電子束通過雙縫實驗后可以形成干涉圖樣，可以說明電子是一種波，故A正確；p射線在云室中穿過會留下清晰的徑跡，可以說明p射線是一種粒子，故B錯誤；人們利慢中子衍射來研究晶體的結(jié)構(gòu)，中子衍射說明中子是一種波，故C正確；人們利用電子顯微鏡觀測物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)，利用了電子的干涉現(xiàn)象，說明電子是一種波，故D正確；光電效應實驗中，光電子的最大初動能與入射光的頻率有關(guān)，與入射光的強度無關(guān)，說明光是一種粒子，故E錯誤?！灸芰μ嵘?.如果一個電子的德布羅意波長和一個中子的相等，則它們的也相等。速度B.動能C.動量D.總能量【答案】C【解析】P二*由德布羅意波長與粒子的動量關(guān)系式孔可知，由于電子的德布羅意波長和一個中子的相等，則它們的動量也相等，故C正確。由于電子和中子的質(zhì)量不等，根=-IDV二-Fv據(jù)p=mv,氐32,E=mc2可推知它們的速度、動能、總能量均不等。故答案為:C。在如圖所示的光電效應現(xiàn)象中，光電管陰極K的極限頻率為v0,現(xiàn)用頻率為v（v〉v0）的光照射在陰極上，若在A、K之間加一數(shù)值為U的反向電壓時，光電流恰好為零，則下列判斷錯誤的是：（）陰極材料的逸出功等于hv0有光電子逸出，且光電子的最大初動能可表示eU有光電子逸出，且光電子的最大初動能可表示為hv-hv0D.無光電子逸出，因為光電流為零【答案】D【解析】陰極材料的逸出功w0=hv0,選項A正確。由于入射光的頻率v〉v0,則能發(fā)生光電效應，有光電子逸出，選項D錯誤。但是AK間加的是反向電壓，電子飛出后要做減速運動，當速度最大的光電子減速到A端速度為零時，光電流恰好為零，由動能定理得:-eU=0-Ekm，則Ekm=eU,選項B正確。由愛因斯坦光電效應方程：Ekm=hv-w0，可得Ekm=hv-hv°,選項C正確。本題選錯誤的，故選D。（多選）下列說法中正確的是：（）光電效應現(xiàn)象說明光具有粒子性普朗克在研究黑體輻射問題時提出了能量子假說玻爾建立了量子理論，成功解釋了各種原子發(fā)光現(xiàn)象D?運動的宏觀物體也具有波動性，其速度越大物質(zhì)波的波長越大【答案】AB【解析】光電效應說明光具有粒子性.故A正確；普朗克在研究黑體輻射問題時提出了能量子假說.故B正確；玻爾建立了量子理論，能夠很好解釋氫原子發(fā)光現(xiàn)象，但是不能解釋所有原子的發(fā)光現(xiàn)象.故C錯誤；宏觀物體粒子性明顯，根據(jù)A=h/p知，速度大波長短.故D錯誤.已知鈣和鉀的截止頻率分別為7.73x1014Hz和5.44x1011Hz，在某種單色光的照射下兩種金屬均發(fā)生光電效應，比較它們表面逸出的具有最大初動能的光電子，鈣逸出的光電子具有較大的：（）波長B.頻率C.能量D.動量【答案】A【解析】設(shè)入射光的頻率為u，根據(jù)愛因斯坦光電效應方程可知Ek=hu—W0，W0=hu0，由題意可知，鈣的截止頻率比鉀的大，因此鈣表面逸出的光電子的最大初動能比鉀的小，其動量也小，故選項C、D錯誤；根據(jù)德布羅意波長公式可知：hP,又有：c=f故選項A正確；選項B錯誤。5.（多選）波粒二象性時微觀世界的基本特征，以下說法正確的有：（）光電效應現(xiàn)象揭示了光的粒子性熱中子束射到晶體上產(chǎn)生衍射圖樣說明中子具有波動性黑體輻射的實驗規(guī)律可用光的波動性解釋動能相等的質(zhì)子和電子，它們的德布羅意波也相等【答案】AB【解析】光電效應說明光的粒子性，所以A正確；熱中子在晶體上產(chǎn)生衍射圖樣，即運動的實物粒子具有波的特性，即說明中子具有波動性，所以B正確；黑體輻射的實驗規(guī)律說明電磁輻射具有量子化，即黑體輻射是不連續(xù)的、一份一份的，所以黑體輻射用光的粒子性解釋，即C錯誤；根據(jù)的德布羅意波長公式：P,p2=2mEk,又質(zhì)子的質(zhì)量大于電子的質(zhì)量，所以動能相等的質(zhì)子和電子，質(zhì)子的德布羅意波較短，所以D錯誤?！窘K極闖關(guān)】1.[2015-上海?10】用很弱的光做單縫衍射實驗，改變曝光時間，在膠片上出現(xiàn)的圖像如圖所示，該實驗表明：（）時間較短時問帶長時間我箕光的本質(zhì)是波光的本質(zhì)是粒子光的能量在膠片上分布不均勻D.光到達膠片上不同位置的概率相同【答案】C【解析】用很弱的光做單縫衍射實驗，改變曝光時間在膠片出現(xiàn)的圖樣，說明光有波粒二象性，故A、B錯誤；說明光到達膠片上的不同位置的概率是不一樣的，也就說明了光的能量在膠片上分而不均勻，故C正確，D錯誤。2.【2015-全國新課標1-35（1）】在某次光電效應實驗中，得到的遏制電壓u0與入射光的頻率v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?！敬鸢浮縣=ek；w0=-eb【解析】光電效應中，入射光子能量hv，克服逸出功w0后多余的能量轉(zhuǎn)換為電子動ii=-v能，反向遏制電壓eu=hv-w0;整理得巳十，斜率即已，所以普朗克常量h=ek，截距為b,即eb=-w0,所以逸出功w0=-eb3.【2014-廣東卷】（多選）在光電效應實驗中，用頻率為v的光照射光電管陰極，發(fā)生了光電效應，下列說法正確的是：（）增大入射光強度，光電流增大減小入射光的強度，光電效應現(xiàn)象消失改用頻率小于v的光照射，一定不發(fā)生光電效應改用頻率大于v的光照射，光電子的最大初動能變大【答案】AD【解析】已知用頻率為v的光照射光電管陰極，發(fā)生光電效應，可知光電管陰極金屬材料的極限頻率肯定小于v,改用頻率較小的光照射時，仍有可能發(fā)生光電效應，選項C錯誤；根據(jù)愛因斯坦光電效應方程Ek=hv-W0可知，增加照射光頻率，光電子最大初動能也增大，故選項D正確；增大入射光強度，單位時間內(nèi)照射到單位面積的光電子數(shù)增加，則光電流將增大，故選項A正確；光電效應是否產(chǎn)生于照射光頻率有關(guān)而與照射光強度無關(guān)，故選項B錯誤?！?014-上海卷】在光電效應的實驗結(jié)果中，與光的波動理論不矛盾的是：（）光電效應是瞬時發(fā)生的所有金屬都存在極限頻率光電流隨著入射光增強而變大入射光頻率越大，光電子最大初動能越大【答案】C【解析】按照光的波動理論，電子通過波動吸收能量，若波的能量不足以使得電子逸出，那么就需要多吸收一些，需要一個能量累積的過程，而不是瞬時的，選項A對波動理論矛盾。根據(jù)波動理論，能量大小與波動的振幅有關(guān)，而與頻率無關(guān)，即使光的能量不夠大，只要金屬表面的電子持續(xù)吸收經(jīng)過一個能量累積過程，都可以發(fā)生光電效應，與選項B矛盾；光電子逸出后的最大初動能與入射光的能量有關(guān)，即與入射光的波動振幅有關(guān)，與頻率無關(guān)，所以波動理論與選項D矛盾。對于光電流大小，根據(jù)波動理論，入射光增強，能量增大，所以光電流增大，選項C與波動理論并不矛盾，選項C正確。（2013-北京卷）以往我們認識的光電效應是單光子光電效應，即一個電子極短時間內(nèi)能吸收到一個光子而從金屬表面逸出。強激光的出現(xiàn)豐富了人們對于光電效應的認識，用強激光照射金屬，由于其光子密度極大，一個電子在短時間內(nèi)吸收多個光子成為可能，從而形成多光子電效應，這已被實驗證實。光電效應實驗裝置示意如圖。用頻率為v的普通光源照射陰極k,沒有發(fā)生光電效應，換同樣頻率為v的強激光照射陰極k,則發(fā)