第72講光電效應(yīng)波粒二象性（講義）（原卷版）

第72講光電效應(yīng)波粒二象性目錄復(fù)習(xí)目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建考點(diǎn)一光電效應(yīng)【夯基·必備基礎(chǔ)知識(shí)梳理】知識(shí)點(diǎn)1與光電效應(yīng)有關(guān)的五組概念對(duì)比知識(shí)點(diǎn)2光電效應(yīng)的研究思路知識(shí)點(diǎn)3三個(gè)定量關(guān)系式知識(shí)點(diǎn)4光電管問題【提升·必考題型歸納】考向1光電效應(yīng)方程的應(yīng)用考向2光電管問題考點(diǎn)二光電效應(yīng)的四類圖像【夯基·必備基礎(chǔ)知識(shí)梳理】知識(shí)點(diǎn)光電效應(yīng)的四類圖像【提升·必考題型歸納】考向1EKν圖像考向2Ucν圖像考向3IU圖像考點(diǎn)三對(duì)波粒二象性、物質(zhì)波的理解【夯基·必備基礎(chǔ)知識(shí)梳理】知識(shí)點(diǎn)1波粒二象性知識(shí)點(diǎn)2物質(zhì)波知識(shí)點(diǎn)3對(duì)光的波粒二象性的進(jìn)一步理解【提升·必考題型歸納】考向1德布羅意波長(zhǎng)考向2波粒二象性真題感悟理解和掌握光電效應(yīng)的規(guī)律及光電效應(yīng)方程。理解和掌握光的波粒二象性。考點(diǎn)要求考題統(tǒng)計(jì)考情分析（1）光電效應(yīng)（2）光的波粒二象性2023年北京卷第14題2023年海南卷第10題2023年6月浙江卷第15題高考對(duì)光電效應(yīng)和波粒二象性的考查較為頻繁，大多以選擇題中出現(xiàn)，題目難度要求大多不是太高，較為基礎(chǔ)?？键c(diǎn)一光電效應(yīng)知識(shí)點(diǎn)1與光電效應(yīng)有關(guān)的五組概念對(duì)比(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。(3)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，而光子能量E＝hν。(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。知識(shí)點(diǎn)2光電效應(yīng)的研究思路(1)兩條線索：(2)兩條對(duì)應(yīng)關(guān)系：入射光強(qiáng)度大→光子數(shù)目多→發(fā)射光電子多→光電流大；光子頻率高→光子能量大→光電子的最大初動(dòng)能大。知識(shí)點(diǎn)3三個(gè)定量關(guān)系式（1）愛因斯坦光電效應(yīng)方程：Ek＝hν－W0.（2）最大初動(dòng)能與遏止電壓的關(guān)系：Ek＝eUc.（3）逸出功與截止頻率的關(guān)系：W0＝hνc.知識(shí)點(diǎn)4光電管問題(1)光電管加正向電壓時(shí)的情況①P右移時(shí),參與導(dǎo)電的光電子數(shù)增加;②P移到某一位置時(shí),所有逸出的光電子恰好都參與了導(dǎo)電,光電流恰好達(dá)到最大值;③P再右移時(shí),光電流不再增大。(2)光電管加反向電壓時(shí)的情況①P右移時(shí),參與導(dǎo)電的光電子數(shù)減少;②P移到某一位置時(shí),所有逸出的光電子恰好都不參與導(dǎo)電,光電流恰好為0,此時(shí)光電管兩端加的電壓為遏止電壓;③P再右移時(shí),光電流始終為0?？枷?光電效應(yīng)方程的應(yīng)用1．如圖為光電管的示意圖。若用波長(zhǎng)為的單色光照射該光電管時(shí)，兩板間可產(chǎn)生的最大電壓為1.7V。取，則下列判斷正確的是（

）

A．該光電管K極的逸出功約為1.43eVB．逸出光電子的最大初動(dòng)能約為1.25eVC．僅改變?cè)搯紊獾膹?qiáng)度，兩板間的電壓可能大于1.7VD．若改用波長(zhǎng)更長(zhǎng)的單色光照射，兩板間的電壓可能大于1.7V2．光電繼電器是一種利用光電效應(yīng)工作的儀器。當(dāng)光照射到光電管陰極時(shí)，陰極會(huì)逸出光電子，此時(shí)放大器中有電流流過，進(jìn)而使得電磁繼電器工作，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。下列說法正確的是（）A．只要入射光的強(qiáng)度足夠大，光電管就能發(fā)生光電效應(yīng)，與光的頻率無關(guān)B．保持入射光的強(qiáng)度不變，增大入射光的頻率，放大器中的電流將變小C．若將電源的正負(fù)極對(duì)調(diào)，放大器中的電流將減為零D．若入射光的頻率為，陰極材料的逸出功為，普朗克常量為h，則電子逸出時(shí)的動(dòng)能為考向2光電管問題3．小劉同學(xué)用如圖所示的裝置研究光電效應(yīng)，已知a光的頻率小于b光的頻率，兩種光都能使陰極K發(fā)生光電效應(yīng)，其中電壓表可雙向偏轉(zhuǎn)。則下列說法正確的是（）

A．用a光照射，開關(guān)S接1可研究光電管中電流隨電壓的變化情況B．分別用兩種光照射陰極K，開關(guān)S接2時(shí)，當(dāng)電流表的示數(shù)為0時(shí)，C．減小a光的強(qiáng)度，陰極K可能不發(fā)生光電效應(yīng)D．a(chǎn)光照射陰極K產(chǎn)生的最大初動(dòng)能的光電子對(duì)應(yīng)的物質(zhì)波長(zhǎng)小于b光照射陰極K產(chǎn)生的最大初動(dòng)能的光電子對(duì)應(yīng)的物質(zhì)波長(zhǎng)4．如圖是研究光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置，O點(diǎn)是滑動(dòng)變阻器的中點(diǎn)，變阻器阻值隨滑片位置均勻變化。用某單色光照射時(shí)，能夠發(fā)生光電效應(yīng)。若電源電動(dòng)勢(shì)為20V，內(nèi)阻不計(jì)。滑動(dòng)變阻器長(zhǎng)為10cm，當(dāng)滑片P距離a端4cm時(shí)，微安表示數(shù)恰為0，則（

）

A．當(dāng)滑片P從此位置向左滑動(dòng)時(shí)，微安表有電流B．當(dāng)滑片P從此位置向右滑動(dòng)時(shí)，微安表有電流C．光電子最大初動(dòng)能為2eVD．光電子最大初動(dòng)能為8eV考點(diǎn)二光電效應(yīng)的四類圖像知識(shí)點(diǎn)光電效應(yīng)的四類圖像圖像名稱圖線形狀讀取信息最大初動(dòng)能Ek與入射光頻率ν的關(guān)系圖線①截止頻率(極限頻率)：橫軸截距②逸出功：縱軸截距的絕對(duì)值W0＝|－E|＝E③普朗克常量：圖線的斜率k＝h遏止電壓Uc與入射光頻率ν的關(guān)系圖線①截止頻率νc：橫軸截距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荷量的乘積，即h＝ke顏色相同、強(qiáng)度不同的光，光電流與電壓的關(guān)系①遏止電壓Uc：橫軸截距②飽和光電流Im：電流的最大值③最大初動(dòng)能：Ekm＝eUc顏色不同時(shí)，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(dòng)能Ek1＝eUc1，Ek2＝eUc2考向1EKν圖像1．愛因斯坦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年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。某種金屬逸出光電子的最大初動(dòng)能與入射光頻率的關(guān)系如圖2所示，其中為極限頻率。從圖中可以確定的是（）

A．當(dāng)入射光頻率時(shí)，會(huì)逸出光電子B．該金屬的逸出功與入射光頻率有關(guān)C．最大初動(dòng)能與入射光強(qiáng)度成正比D．圖中直線的斜率為普朗克常量h考向2Ucν圖像2．如圖1所示是一款光電煙霧探測(cè)器的原理圖。當(dāng)有煙霧進(jìn)入時(shí)，來自光源S的光被煙霧散射后進(jìn)入光電管C，光射到光電管中的鈉表面時(shí)會(huì)產(chǎn)生光電流。如果產(chǎn)生的光電流大于，便會(huì)觸發(fā)報(bào)警系統(tǒng)。金屬鈉的遏止電壓隨入射光頻率的變化規(guī)律如圖2所示，則（）

A．要使該探測(cè)器正常工作，光源S發(fā)出的光波波長(zhǎng)不能小于B．圖2中圖像斜率的物理意義為普朗克常量hC．觸發(fā)報(bào)警系統(tǒng)時(shí)鈉表面每秒釋放出的光電子數(shù)最少是個(gè)D．通過調(diào)節(jié)光源發(fā)光的強(qiáng)度來調(diào)整光電煙霧探測(cè)器的靈敏度是可行的考向3IU圖像3．研究光電效應(yīng)的電路如圖所示，用藍(lán)光、較強(qiáng)的黃光和較弱的黃光分別照射密封真空管中的金屬極板K，極板發(fā)射出的光電子在電路中形成的光電流I與AK之間的電壓U的關(guān)系圖像如圖乙所示。關(guān)于1、2、3三條曲線，下列說法正確的是（）A．2、3為用黃光照射時(shí)得到的曲線，曲線2對(duì)應(yīng)的黃光較強(qiáng)B．1、3為用黃光照射時(shí)得到的曲線，曲線1對(duì)應(yīng)的黃光較強(qiáng)C．當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑片在最左端時(shí)，電流表示數(shù)一定為零D．電壓表示數(shù)越大，則光電流越大，截止頻率越小考點(diǎn)三對(duì)波粒二象性、物質(zhì)波的理解知識(shí)點(diǎn)1波粒二象性1．波動(dòng)性：光的干涉、衍射、偏振現(xiàn)象證明光具有波動(dòng)性。2．粒子性：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(dòng)性，又具有粒子性，稱為光的波粒二象性。知識(shí)點(diǎn)2物質(zhì)波1．概率波光的干涉現(xiàn)象是大量光子的運(yùn)動(dòng)遵守波動(dòng)規(guī)律的表現(xiàn)，亮條紋是光子到達(dá)概率大的地方，暗條紋是光子到達(dá)概率小的地方，因此光波又叫概率波。2．物質(zhì)波任何一個(gè)運(yùn)動(dòng)著的物體，小到微觀粒子，大到宏觀物體都有一種波與它對(duì)應(yīng)，其波長(zhǎng)λ＝eq\f(h,p)，p為運(yùn)動(dòng)物體的動(dòng)量，h為普朗克常量。知識(shí)點(diǎn)3對(duì)光的波粒二象性的進(jìn)一步理解從數(shù)量上看個(gè)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(dòng)性從頻率上看頻率越低，波動(dòng)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，貫穿本領(lǐng)越強(qiáng)從傳播與作用上看光在傳播過程中往往表現(xiàn)出波動(dòng)性；在與物質(zhì)發(fā)生作用時(shí)往往表現(xiàn)出粒子性波動(dòng)性與粒子性的統(tǒng)一由光子的能量ε＝hν、光子的動(dòng)量p＝eq\f(h,λ)也可以看出，光的波動(dòng)性和粒子性并不矛盾，表示粒子性的粒子能量和動(dòng)量的計(jì)算式中都含有表示波的特征的物理量——頻率ν和波長(zhǎng)λ考向1德布羅意波長(zhǎng)1．實(shí)物粒子的波動(dòng)性不容易被觀察到，可以利用金屬晶格（大小約1010m）作為障礙物觀察電子的衍射圖樣從而研究其波動(dòng)性，方法是讓電子通過電場(chǎng)加速，然后讓電子束照射到金屬晶格上，從而得到電子的衍射圖樣。已知電子的質(zhì)量為m、電荷量為e。初速度為零，加速電壓為U，普朗克常量為h，則下列說法中正確的是（）A．該實(shí)驗(yàn)中加速電壓U形成的電場(chǎng)一定要是勻強(qiáng)電場(chǎng)B．實(shí)驗(yàn)中電子束的德布羅意波長(zhǎng)λ=C．加速電壓U越大，電子束的衍射現(xiàn)象越不明顯D．若用速度相同的質(zhì)子代替電子，衍射現(xiàn)象將更加明顯2．中國(guó)科幻大片《流浪地球》引起了巨大的觀影熱潮，在電影中，為了推動(dòng)地球離開太陽系，人類在地球上建造了上萬座高聳入云的核聚變發(fā)動(dòng)機(jī)。目前，人類首先要實(shí)現(xiàn)的是氘氚的核聚變，也是相對(duì)最容易的一種核聚變。其具體的核反應(yīng)方程式為，氘核的質(zhì)量為m1，氚核的質(zhì)量為m2，氦核的質(zhì)量為m3，中子的質(zhì)量為m4。核反應(yīng)中放出γ光子，該γ光子照射到逸出功為W0的金屬板上，打出的光電子最大初動(dòng)能為Ek，已知光電子的質(zhì)量為m，光速為c，普朗克常量為h，則（）A．核聚變反應(yīng)釋放的核能為B．γ光子來源于核外電子的能級(jí)躍遷C．光電子的德布羅意波長(zhǎng)為D．γ光子的頻率為考向2波粒二象性3．關(guān)于粒子的說法，正確的是（

）A．發(fā)生衰變時(shí)放出的射線是電子流，射線來自原子核，說明原子核里有電子B．德布羅意通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了實(shí)物粒子具有波動(dòng)性C．發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)，從金屬表面逸出的光電子是一次性吸收光子的全部能量，不需要積累的時(shí)間D．光子、電子、質(zhì)子和中子是組成物質(zhì)的不可再分的最基本粒子，叫作“基本粒子”4．圖甲、圖乙分別是電子束穿過鋁箔后的衍射圖樣和泊松亮斑，下列說法正確的是（