高考物理一輪 （考綱自主研讀+命題探究+高考全程解密） 第2講光電效應 波粒二象性（含解析） 新人教版選修3-5

第2講光電效應波粒二象性eq\f(對應學生,用書P236)普朗克能量子假說黑體和黑體輻射Ⅰ(考綱要求)【思維驅動】判斷下列說法的正誤：(1)一般物體輻射電磁波的情況與溫度無關，只與材料的種類及表面情況有關()(2)黑體能完全吸收入射的各種波長的電磁波，不反射()(3)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()(4)普朗克最先提出了能量子的概念()答案(1)×(2)√(3)√(4)√【知識存盤】1．黑體(1)黑體：完全吸收入射的電磁波而不發(fā)生反射的物體，簡稱黑體．(2)黑體輻射的特性：輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體的溫度有關．圖1－2－1(3)黑體輻射的實驗規(guī)律①一般材料的物體，輻射的電磁波除與溫度有關外，還與材料的種類及表面狀況有關．②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，如圖1－2－1所示．a(chǎn)．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)不可再分的能量的最小值叫能量子．(2)能量子公式：E＝hν，其中普朗克常量h＝6.63×10－34J·s.光電效應Ⅰ(考綱要求)【思維驅動】(多選)(·汕頭模擬)圖1－2－2如圖1－2－2所示，用導線把驗電器與鋅板相連接，當用紫外線照射鋅板時，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．驗電器指針張開一個角度D．鋅板帶負電解析用紫外線照射鋅板是能夠發(fā)生光電效應的，鋅板上的電子吸收紫外線的能量從鋅板表面逸出，稱之為光電子，故A錯誤、B正確；鋅板與驗電器相連，帶有相同電性的電荷，鋅板失去電子應該帶正電，且失去電子越多，帶正電的電荷量越多，驗電器指針張角越大，故C正確、D錯誤．答案BC【知識存盤】1．光電效應現(xiàn)象光電效應：在光的照射下金屬中的電子從金屬表面逸出的現(xiàn)象，叫做光電效應，發(fā)射出來的電子叫做光電子．2．光電效應規(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．只隨入射光的頻率增大而增大．(3)光照射到金屬表面時，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ε＝hν，其中h是普朗克常量，其值為6.63×10－34J·s.(2)光電效應方程：Ek＝hν－W0其中hν為入射光的能量，Ek為光電子的最大初動能，W0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．光的波粒二象性、物質波Ⅰ(考綱要求)【思維驅動】判斷下列說法的正誤：(1)光電效應反映了光的粒子性()(2)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()(3)光的干涉、衍射、偏振現(xiàn)象證明了光具有波動性()(4)只有運動著的小物體才有一種波和它相對應，大的物體運動是沒有波和它對應的()答案(1)√(2)×(3)√(4)×【知識存盤】1．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．物質波(1)概率波光的干涉現(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對應，其波長λ＝eq\f(h,p)，p為運動物體的動量，h為普朗克常量．eq\f(對應學生,用書P237)考點一對光電效應規(guī)律的理解【典例1】(多選)(·廣東卷，18)光電效應實驗中，下列表述正確的是()．A．光照時間越長光電流越大B．入射光足夠強就可以有光電流C．遏止電壓與入射光的頻率有關D．入射光頻率大于極限頻率才能產(chǎn)生光電子解析光電流的大小與光照時間無關，A項錯誤；如果入射光的頻率小于金屬的極限頻率，入射光再強也不會發(fā)生光電效應，B項錯誤；遏止電壓Uc滿足eUc＝hν－h(huán)ν0，從表達式可知，遏止電壓與入射光的頻率有關，C項正確；只有當入射光的頻率大于極限頻率，才會有光電子逸出，D項正確．答案CD【變式跟蹤1】(多選)光電效應的實驗結論是：對某種金屬()．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解析每種金屬都有它的極限頻率ν0，只有入射光子的頻率大于極限頻率ν0時，才會發(fā)生光電效應，選項A正確、B錯誤；光電子的初動能與入射光的強度無關，隨入射光頻率的增大而增大，選項D正確、C錯誤．答案AD,借題發(fā)揮1．用光子說解釋光電效應及其規(guī)律(1)光照射金屬時，電子吸收一個光子(形成光電子)的能量后，動能立即增大，不需要積累能量的過程．(2)電子從金屬表面逸出，首先需克服金屬表面原子核的引力做功(逸出功W)．要使入射光子的能量不小于W，對應頻率ν0＝eq\f(W,h)為極限頻率．(3)光電子的最大初動能只隨入射光頻率的增大而增大．(4)入射光越強，單位時間內入射到金屬表面的光子數(shù)越多，產(chǎn)生的光電子越多，射出的光電子做定向移動時形成的光電流越大．2．概念辨析考點二光電效應方程的應用【典例2】(·江蘇卷，12C)A、B兩種光子的能量之比為2∶1，它們都能使某種金屬發(fā)生光電效應，且所產(chǎn)生的光電子最大初動能分別為EA、EB.求A、B兩種光子的動量之比和該金屬的逸出功．解析光子能量ε＝hν，動量p＝eq\f(h,λ)，且ν＝eq\f(c,λ)，得p＝eq\f(ε,c)，則pA∶pB＝2∶1，A照射時，光電子的最大初動能EA＝εA－W0，同理，EB＝εB－W0，又εA∶εB＝2∶1，聯(lián)立解得W0＝EA－2EB.答案2∶1EA－2EB【變式跟蹤2】(多選)如圖1－2－3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4.27，與縱軸交點坐標0.5)．由圖可知()．圖1－2－3A．該金屬的截止頻率為4.27×1014HzB．該金屬的截止頻率為5.5×1014HzC．該圖線的斜率表示普朗克常量D．該金屬的逸出功為0.5eV解析圖線在橫軸上的截距為截止頻率，A正確、B錯誤；由光電效應方程Ek＝hν－W0，可知圖線的斜率為普朗克常量，C正確；金屬的逸出功為：W0＝hν0＝eq\f(6.4×10－34×4.27×1014,1.6×10－19)eV＝1.71eV，D錯誤．答案AC,借題發(fā)揮1．解光電效應問題應抓住三個關系式：(1)愛因斯坦光電效應方程：Ek＝hν－W0.(2)最大初動能與遏止電壓的關系：Ek＝eUc.(3)逸出功與極限頻率的關系：W0＝hν0.2．用圖象表示光電效應方程(1)最大初動能Ek與入射光頻率ν的關系圖線如圖1－2－4所示．圖1－2－4(2)由曲線可以得到的物理量①極限頻率：圖線與ν軸交點的橫坐標ν0.②逸出功：圖線與Ek軸交點的縱坐標的值W0＝E.③普朗克常量：圖線的斜率k＝h.eq\f(對應學生,用書P238)一、對波粒二象性的理解1．(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1－2－5(a)、(b)、(c)所示的圖象，則()．圖1－2－5A．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，故A、B正確；同時也表明光波是一種概率波，故D也正確；紫外光本質和可見光本質相同．也可以發(fā)生上述現(xiàn)象，故C錯誤．答案ABD2．(單選)根據(jù)愛因斯坦光子說，光子能量ε等于(h為普朗克常量，c、λ為真空中的光速和波長)()．A．heq\f(c,λ)B．heq\f(λ,c)C．hλD.eq\f(h,λ)解析本題考查愛因斯坦光子說理論．意在考查考生對愛因斯坦光子說理論的理解．根據(jù)E＝hν和c＝λν得：E＝heq\f(c,λ)，A正確．答案A二、對光電效應規(guī)律的理解3．(單選)用一束紫外線照射某金屬時不能產(chǎn)生光電效應，可能使該金屬產(chǎn)生光電效應的措施是()．A．改用頻率更小的紫外線照射B．改用X射線照射C．改用強度更大的原紫外線照射D．延長原紫外線的照射時間解析金屬發(fā)生光電效應必須使光的頻率大于極限頻率，X射線的頻率大于紫外線的頻率．答案B4．(單選)關于光電效應，下列說法正確的是()．A．極限頻率越大的金屬材料逸出功越大B．只要光照射的時間足夠長，任何金屬都能產(chǎn)生光電效應C．從金屬表面逸出