2022屆高考物理一輪復習14.1光電效應波粒二象性學案新人教版

第1講光電效應波粒二象性知識點一光電效應及其規(guī)律1．光電效應現(xiàn)象在光的照射下，金屬中的____________從外表逸出的現(xiàn)象，發(fā)射出來的電子叫做________．2．光電效應的產(chǎn)生條件入射光的頻率________金屬的極限頻率．3．光電效應規(guī)律(1)每種金屬都有一個極限頻率，入射光的頻率必須________這個極限頻率才能產(chǎn)生光電效應．(2)光電子的最大初動能與入射光的____________無關(guān)，只隨入射光頻率的增大而________．(3)光電效應的發(fā)生幾乎是瞬時的，一般不超過10－9s.(4)當入射光的頻率大于極限頻率時，飽和光電流的大小與入射光的強度成________．知識點二愛因斯坦光電效應方程1．光子說：在空間傳播的光不是連續(xù)的，而是一份一份的，每一份叫做一個光子，光子的能量ε＝________.2．逸出功W0：電子從金屬中逸出所需做功的________．3．最大初動能：發(fā)生光電效應時，金屬外表上的________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．光電效應方程(1)表達式：hν＝Ek＋W0或Ek＝________.(2)物理意義：金屬外表的電子吸收一個光子獲得的能量是hν，這些能量的一局部用來克服金屬的逸出功W0，剩下的表現(xiàn)為逸出后電子的____________．知識點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、衍射、偏振現(xiàn)象證明光具有________性．(2)光電效應說明光具有________性．(3)光既具有波動性，又具有粒子性，稱為光的________性．2．物質(zhì)波(1)概率波：光的干預現(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________的地方，暗條紋是光子到達概率________的地方，因此光波是一種概率波．(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，都有一種波與它對應，其波長λ＝________，p為運動物體的動量，h為普朗克常量．思考辨析(1)光子和光電子都是實物粒子．()(2)只要入射光的強度足夠大，就可以使金屬發(fā)生光電效應．()(3)要使某金屬發(fā)生光電效應，入射光子的能量必須大于金屬的逸出功．()(4)光的頻率越高，光的粒子性越明顯，但仍具有波動性．()(5)德國物理學家普朗克提出了量子假說，成功地解釋了光電效應現(xiàn)象．()(6)美國物理學家康普頓發(fā)現(xiàn)了康普頓效應，證實了光的粒子性．()(7)法國物理學家德布羅意大膽預言了實物粒子在一定條件下會表現(xiàn)為波動性．()教材改編[人教版選修3－5·P30·演示實驗改編]如下圖，用紫外線燈照射鋅板，發(fā)現(xiàn)驗電器的指針偏轉(zhuǎn)，以下說法正確的選項是()A．鋅板帶正電，指針帶負電B．鋅板帶負電，指針帶正電C．鋅板帶正電，指針帶正電D．鋅板帶負電，指針帶負電考點一光電效應規(guī)律自主演練1．四點提醒(1)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．(2)光電效應中的“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．2．兩條對應關(guān)系(1)光強大→光子數(shù)目多→發(fā)射光電子多→光電流飽和值大；(2)光子頻率高→光子能量大→光電子的最大初動能大．3．三個關(guān)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(guān)系：Ek＝eUc.(3)逸出功與極限頻率的關(guān)系W0＝hνc.4．區(qū)分光電效應中的四組概念(1)光子與光電子：光子指光在空間傳播時的每一份能量，光子不帶電；光電子是金屬外表受到光照射時發(fā)射出來的電子，其本質(zhì)是電子．(2)光電子的動能與光電子的最大初動能．(3)光電流與飽和光電流：金屬板飛出的光電子到達陽極，回路中便產(chǎn)生光電流，隨著所加正向電壓的增大，光電流趨于一個飽和值，這個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)．[多維練透]1．(多項選擇)現(xiàn)用某一光電管進行光電效應實驗，當用某一頻率的光入射時，有光電流產(chǎn)生．以下說法正確的選項是()A．保持入射光的頻率不變，入射光的光強變大．飽和光電流變大B．入射光的頻率變高，光電子的最大初動能變大C．保持入射光的光強不變，不斷減小入射光的頻率，始終有光電流產(chǎn)生D．遏止電壓的大小與入射光的頻率有關(guān)，與入射光的光強無關(guān)2．用波長為300nm的光照射鋅板，電子逸出鋅板外表的最大初動能為1.28×10－19J．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)生光電效應的單色光的最低頻率約為()A．1×1014HzB．8×1014HzC．2×1015HzD．8×1015Hz3．如圖甲所示，合上開關(guān)，用光子能量為2.5eV的一束光照射陰極K，發(fā)現(xiàn)電流表讀數(shù)不為零．調(diào)節(jié)滑動變阻器，發(fā)現(xiàn)當電壓表讀數(shù)小于0.60V時，電流表讀數(shù)不為零，當電壓表讀數(shù)大于或等于0.60V時，電流表讀數(shù)為零．把電路改為圖乙，當電壓表讀數(shù)為2.0V時，逸出功及電子到達陽極時的最大動能分別為()A．1.5eV、0.6eVB．1.7eV、1.9eVC．1.9eV、2.6eVD．3.1eV、4.5eV4.[2021·北京卷，19]光電管是一種利用光照射產(chǎn)生電流的裝置，當入射光照在管中金屬板上時，可能形成光電流．表中給出了6次實驗的結(jié)果．組次入射光子的能量/eV相對光強光電流大小/mA逸出光電子的最大動能/eV第一組1234.04.04.0弱中強2943600.90.90.9第二組4566.06.06.0弱中強2740552.92.92.9由表中數(shù)據(jù)得出的論斷中不正確的選項是()A．兩組實驗采用了不同頻率的入射光B．兩組實驗所用的金屬板材質(zhì)不同C．假設(shè)入射光子的能量為5.0eV，逸出光電子的最大動能為1.9eVD．假設(shè)入射光子的能量為5.0eV，相對光強越強，光電流越大考點二光電效應的圖象分析師生共研光電效應中常見的四個圖象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ν0②逸出功：圖線與Ek軸交點的縱坐標的絕對值W0＝|－E|＝E③普朗克常量：圖線的斜率k＝h顏色相同、強弱不同的光，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ν0：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荷量的乘積，即h＝ke(注：此時兩極之間接反向電壓)題型1|Ek－ν圖象例1用如圖甲所示的裝置研究光電效應現(xiàn)象，閉合電鍵S，用頻率為ν的光照射光電管時發(fā)生了光電效應．圖乙是該光電管發(fā)生光電效應時光電子的最大初動能Ekm與入射光頻率ν的關(guān)系圖象，圖線與橫軸的交點坐標為(a,0)，與縱軸的交點坐標為(0，－b)，以下說法中正確的選項是()A．普朗克常量為h＝aB．斷開電鍵S后，電流表G的示數(shù)不為零C．僅增加照射光的強度，光電子的最大初動能將增大D．保持照射光強度不變，僅提高照射光頻率，電流表G的示數(shù)保持不變題型2|I－U圖象例2(多項選擇)研究光電效應的實驗電路圖如圖(a)所示，實驗中得到的光電流I與光電管兩端電壓U的關(guān)系圖象如圖(b)所示．以下說法正確的選項是()A．假設(shè)把滑動變阻器的滑片向右滑動，光電流一定增大B．甲與乙是同一種光，且甲的光強大于乙C．由圖(b)可知，乙光的頻率小于丙光的頻率D．假設(shè)將甲光換成丙光來照射K極，那么K極所用材料的逸出功將減小題型3|Uc-ν圖象例3如圖為密立根研究某金屬的遏止電壓Uc和入射光頻率ν的關(guān)系圖象，那么以下說法正確的選項是()A．圖象的斜率為普朗克常量B．該金屬的截止頻率約為5.5×1014HzC．由圖象可得該金屬的逸出功為0.5eVD．由圖象可知，光電子的最大初動能與入射光的頻率成一次函數(shù)關(guān)系練1用不同頻率的光分別照射鎢(W)和鋅(Zn)，產(chǎn)生光電效應，根據(jù)實驗可畫出光電子的最大初動能Ek隨入射光頻率ν變化的Ek－ν圖線．鎢的逸出功是4.54eV，鋅的逸出功為4.62eV，假設(shè)將二者的圖線畫在同一個Ek－ν坐標系中，那么正確的圖象是以下圖中的()練2[2021·寧夏石嘴山適應性測試]如圖1所示是研究光電效應的實驗裝置．某同學選用甲、乙兩種單色光做光電效應實驗，發(fā)現(xiàn)光電流與電壓的關(guān)系如圖2所示．普朗克常量為h，電子的電荷量為e，以下說法正確的選項是()A．由圖2可知，甲光光子頻率等于乙光光子頻率B．由圖2可知，甲光的強度小于乙光的強度C．甲、乙光分別照射陰極K時，光電子逸出時最大初動能不同D．由圖2可知，甲光照射時光電子的最大初動能大于乙光照射時光電子的最大初動能考點三光的波粒二象性物質(zhì)波師生共研1．對光的粒子性和波動性的理解：工程內(nèi)容說明光的粒子性(1)當光同物質(zhì)發(fā)生作用時，這種作用是“一份一份〞進行的，表現(xiàn)出粒子性(2)少量或個別光子容易顯示出光的粒子性粒子的含義是“不連續(xù)的〞“一份一份的〞，光的粒子即光子光的波動性(1)足夠能量的光在傳播時，表現(xiàn)出波動的性質(zhì)(2)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，光的波動性不同于宏觀概念的波波和粒子的對立與統(tǒng)一宏觀世界：波和粒子是相互對立的概念微觀世界：波和粒子是統(tǒng)一的．光子說并未否認波動性，光子能量E＝hν＝hcλ，其中，ν和λ2.物質(zhì)波：德布羅意波是概率波，衍射圖樣中的亮圓是電子落點概率大的地方，但概率的大小受波動規(guī)律的支配．eq\a\vs4\al\co1(,4)(多項選擇)實物粒子和光都具有波粒二象性，以下事實中突出表達波動性的是()A．β射線在云室中穿過會留下清晰的徑跡B．人們利用慢中子衍射來研究晶體的結(jié)構(gòu)C．人們利用電子顯微鏡觀測物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)D．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)練3以下有關(guān)光的波粒二象性的說法中，正確的選項是()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．大量光子的行為往往顯示出粒子性練4(多項選擇)1927年，戴維孫和革末完成了電子衍射實驗，該實驗是榮獲諾貝爾獎的重大近代物理實驗之一．如下圖是該實驗裝置的簡化圖，以下說法正確的選項是()A．亮條紋是電子到達概率大的地方B．該實驗說明物質(zhì)波理論是正確的C．該實驗再次說明光子具有波動性D．該實驗說明實物粒子具有波動性第1講光電效應波粒二象性根底落實知識點一1．電子光電子2．大于等于3．(1)大于等于(2)強度增大(4)正比知識點二1．hν2．最小值3．電子4．(1)hν－W0(2)最大初動能知識點三1．(1)波動(2)粒子(3)波粒二象2．(1)大小(2)h思考辨析(1)×(2)×(3)√(4)√(5)×(6)√(7)√教材改編解析：此題考查光電效應，用紫外線燈照射鋅板，有電子逸出，所以鋅板帶正電，驗電器指針與鋅板連接，同樣帶正電．所以C正確，A、B、D錯誤．答案：C考點突破1．解析：在發(fā)生光電效應時，飽和光電流大小由光照強度來決定，與頻率無關(guān)，光照強度越大飽和光電流越大，因此A正確；根據(jù)Ekm＝hν－W可知，對于同一光電管，逸出功W不變，當頻率變高時最大初動能Ekm變大，因此B正確；由光電效應規(guī)律可知，當頻率低于極限頻率時無論光照強度多大，都不會有光電流產(chǎn)生，因此C錯誤；由Ekm＝eUc和Ekm＝hν－W，得hν－W＝eUc，遏止電壓只與入射光頻率有關(guān)，與入射光強無關(guān)，因此D正確．答案：ABD2．解析：設(shè)單色光的最低頻率為ν0，由Ek＝hν－W知Ek＝hν1－W，0＝hν0－W，又知ν1＝cλ整理得ν0＝cλ-Ekh答案：B3．解析：用光子能量為hν＝2.5eV的光照射陰極，電流表讀數(shù)不為零，說明能發(fā)生光電效應，當電壓表讀數(shù)大于或等于0.60V時，電流表讀數(shù)為零，說明電子不能到達陽極，由動能定理eUc＝Ek知，最大初動能Ek＝eUc＝0.6eV，由光電效應方程hν＝Ek＋W0知W0＝1.9eV，對圖乙，當電壓表讀數(shù)為2.0V時，電子到達陽極的最大動能E′k＝Ek＋eU′＝0.6eV＋2eV＝2.6eV，應選項C正確．答案：C4．解析：此題考查了光電管在光照下產(chǎn)生光電流的現(xiàn)象和考生的實驗數(shù)據(jù)分析能力，培養(yǎng)了考生的科學探究素養(yǎng)．表格中入射光子的能量不同，根據(jù)光子的能量E＝hν可知兩組實驗采用的入射光的頻率不同，再由光電效應方程解得兩組實驗中金屬的逸出功都是3.1eV，所以A選項正確，B選項不正確；當入射光子的能量為5.0eV時，Ekm＝hν－W＝1.9eV，故C選項正確；當入射光子的能量為5.0eV時，相對光強越強，單位時間內(nèi)飛出的光電子越多，光電流越大，所以D項正確．答案：B例1解析：根據(jù)Ekm＝hν－W0得，縱軸截距的絕對值等于金屬的逸出功，等于b，當最大初動能為零時，入射光的頻率等于截止頻率，所以金屬的截止頻率為ν0＝a，那么普朗克常量為h＝ba答案：B例2解析：滑動變阻器的滑片向右滑動，光電流可能增大，也可能已到達飽和電流而不變，A錯誤；由圖(b)可知，甲、乙兩光的遏止電壓相同，說明它們使光電管上逸出的光電子的最大初動能相同，即它們的頻率相同，但甲、乙兩光的飽和電流不同，說明它們的光強不同，因甲光的飽和電流大于乙光的飽和電流，故甲的光強大于乙，B正確；入射光頻率越大，逸出光電子的最大初動能越大，遏止電壓越大，結(jié)合圖(b)分析可知，C正確；逸出功只由金屬本身決定，與入射光無關(guān)，D錯誤．答案：BC例3解析：根據(jù)光電效應方程得，Ekm＝hν－W0，又Ekm＝eUc，解得Uc＝hνe-W0e，可知圖線的斜率k＝he，故A項錯誤；當遏止電壓為零時，入射光的頻率等于金屬的截止頻率，大約為4.2×1014Hz，故B項錯誤；圖線的斜率k＝he，那么逸出功W0＝hν0＝keν0＝0.51.3×1014×4.2×1014eV＝1.6eV，故C項錯誤；根據(jù)光電效應方程得，Ekm＝hν－W答案：D練1解析：由光電效應方程知，對金屬鎢，有Ek＝hν－4.54eV，對金屬鋅，有Ek＝hν－4.62eV，所以圖象的斜率相同，圖線應平行；又有W0＝h