2018屆高考物理一輪復(fù)習(xí) 專題 光電效應(yīng) 波粒二象性導(dǎo)學(xué)案1

1、光電效應(yīng) 波粒二象性知識(shí)梳理知識(shí)點(diǎn)一光電效應(yīng)1.定義：在光的照射下從物體發(fā)射出的現(xiàn)象(發(fā)射出的電子稱為光電子).2.產(chǎn)生條件：入射光的頻率極限頻率.3.光電效應(yīng)規(guī)律(1)存在著飽和電流：對(duì)于一定顏色的光，入射光越強(qiáng)，單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)越多.(2)存在著遏止電壓和截止頻率：光電子的能量只與入射光的頻率有關(guān)，而與入射光的強(qiáng)弱無關(guān).當(dāng)入射光的頻率低于截止頻率時(shí)不發(fā)生光電效應(yīng).(3)光電效應(yīng)具有瞬時(shí)性：當(dāng)頻率超過截止頻率時(shí)，無論入射光怎樣微弱，幾乎在照到金屬時(shí)立即產(chǎn)生光電流，時(shí)間不超過109 s.答案：1.電子2.大于知識(shí)點(diǎn)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

2、的，每一份叫做一個(gè)光子，光子的能量.2.逸出功W0：電子從金屬中逸出所需做功的.3.最大初動(dòng)能：發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)，金屬表面上的吸收光子后克服原子核的引力逸出時(shí)所具有的動(dòng)能的最大值.4.光電效應(yīng)方程(1)表達(dá)式：hEkW0或Ek.(2)物理意義：金屬表面的電子吸收一個(gè)光子獲得的能量是h，這些能量有一部分用來克服金屬的逸出功W0，剩下的表現(xiàn)為逸出后電子的最大初動(dòng)能.答案：1.h2.最小值3.電子4.hW0知識(shí)點(diǎn)三光的波粒二象性與物質(zhì)波1.光的波粒二象性(1)光的干涉、衍射、偏振現(xiàn)象證明光具有性.(2)光電效應(yīng)說明光具有性.(3)光既具有波動(dòng)性，又具有粒子性，稱為光的性.2.物質(zhì)波(1)概率波：光的干

3、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)概率的地方，暗條紋是光子到達(dá)概率的地方，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)，p為運(yùn)動(dòng)物體的動(dòng)量，h為普朗克常量.答案：1.(1)波動(dòng)(2)粒子(3)波粒二象2.(1)大小(2)考點(diǎn)精練考點(diǎn)一光電效應(yīng)現(xiàn)象和光電效應(yīng)方程的應(yīng)用1.任何一種金屬，都有一個(gè)與之對(duì)應(yīng)的極限頻率，入射光的頻率必須大于這個(gè)極限頻率，才能發(fā)生光電效應(yīng)；低于這個(gè)頻率的光不能發(fā)生光電效應(yīng).所以判斷光電效應(yīng)是否發(fā)生應(yīng)該比較題目中給出的入射光頻率和對(duì)應(yīng)金屬的極限頻率的大小.2.兩條對(duì)應(yīng)關(guān)系(1)光強(qiáng)大光子數(shù)

4、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(dòng)能大.3.定量分析時(shí)應(yīng)抓住三個(gè)關(guān)系式(1)愛因斯坦光電效應(yīng)方程：EkhW0.(2)最大初動(dòng)能與遏止電壓的關(guān)系：EkeUc.(3)逸出功與極限頻率的關(guān)系：W0h0.對(duì)應(yīng)訓(xùn)練考向1用光電管研究光電效應(yīng)現(xiàn)象典例1(多選)現(xiàn)用某一光電管進(jìn)行光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)，當(dāng)用某一頻率的光入射時(shí)，有光電流產(chǎn)生.下列說法正確的是()A.保持入射光的頻率不變，入射光的光強(qiáng)變大，飽和光電流變大B.入射光的頻率變高，飽和光電流變大C.入射光的頻率變高，光電子的最大初動(dòng)能變大D.保持入射光的光強(qiáng)不變，不斷減小入射光的頻率，始終有光電流產(chǎn)生解析根據(jù)光電效應(yīng)規(guī)律，保持

5、入射光的頻率不變，入射光的光強(qiáng)變大，則飽和光電流變大，選項(xiàng)A正確.由愛因斯坦光電效應(yīng)方程知，入射光的頻率變高，產(chǎn)生的光電子最大初動(dòng)能變大，而飽和光電流與入射光的頻率和光強(qiáng)都有關(guān)，選項(xiàng)B錯(cuò)誤，C正確.保持入射光的光強(qiáng)不變，不斷減小入射光的頻率，當(dāng)入射光的頻率小于極限頻率時(shí)，就不能發(fā)生光電效應(yīng)，沒有光電流產(chǎn)生，選項(xiàng)D錯(cuò)誤.答案AC考向2愛因斯坦光電效應(yīng)方程的應(yīng)用典例2在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，某金屬的截止頻率相應(yīng)的波長(zhǎng)為0，該金屬的逸出功為.若用波長(zhǎng)為(0)的單色光做該實(shí)驗(yàn)，則其遏止電壓為.(已知電子的電荷量、真空中的光速和普朗克常量分別為e、c和h)解析設(shè)金屬的截止頻率為0，則該金屬的逸出功W0h0h；

6、對(duì)光電子，由動(dòng)能定理得eU0hW0，解得U0.答案變式1以往我們認(rèn)識(shí)的光電效應(yīng)是單光子光電效應(yīng)，即一個(gè)電子在極短時(shí)間內(nèi)只能吸收到一個(gè)光子而從金屬表面逸出.強(qiáng)激光的出現(xiàn)豐富了人們對(duì)于光電效應(yīng)的認(rèn)識(shí)，用強(qiáng)激光照射金屬，由于其光子密度極大，一個(gè)電子在極短時(shí)間內(nèi)吸收多個(gè)光子成為可能，從而形成多光子光電效應(yīng)，這已被實(shí)驗(yàn)證實(shí).光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置示意圖如圖所示.用頻率為的普通光源照射陰極K，沒有發(fā)生光電效應(yīng).換用同樣頻率的強(qiáng)激光照射陰極K，則發(fā)生了光電效應(yīng)；此時(shí)，若加上反向電壓U，即將陰極K接電源正極，陽極A接電源負(fù)極，在KA之間就形成了使光電子減速的電場(chǎng).逐漸增大U，光電流會(huì)逐漸減??；當(dāng)光電流恰好減小到零時(shí)

7、，所加反向電壓U可能是下列的(其中W為逸出功，h為普朗克常量，e為電子電量)()A.UB.UC.U2hW D.U答案：B解析：同頻率的光照射K極，普通光不能使其發(fā)生光電效應(yīng)，而強(qiáng)激光能使其發(fā)生光電效應(yīng)，說明一個(gè)電子吸收了多個(gè)光子.設(shè)吸收的光子個(gè)數(shù)為n，光電子逸出的最大初動(dòng)能為Ek，由光電效應(yīng)方程知：EknhW(n2)；光電子逸出后克服減速電場(chǎng)做功，由動(dòng)能定理知EkeU.聯(lián)立上述兩式得U，當(dāng)n2時(shí)，即為B選項(xiàng)，其他選項(xiàng)均不可能.反思總結(jié)對(duì)光電效應(yīng)的四點(diǎn)提醒(1)能否發(fā)生光電效應(yīng)，不取決于光的強(qiáng)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

8、決定，與入射光無關(guān).(4)光電子不是光子，而是電子.考點(diǎn)二光電效應(yīng)的圖象分析圖象名稱圖象形狀由圖線直接(間接)得到的物理量最大初動(dòng)能Ek與入射光頻率的關(guān)系圖線極限頻率：圖線與軸交點(diǎn)的橫坐標(biāo)c逸出功：圖線與Ek軸交點(diǎn)的縱坐標(biāo)的絕對(duì)值W0|E|E普朗克常量：圖線的斜率kh顏色相同、強(qiáng)度不同的光，光電流與電壓的關(guān)系遏止電壓Uc：圖線與橫軸的交點(diǎn)飽和光電流Im：電流的最大值最大初動(dòng)能：EkmeUc顏色不同時(shí)，光電流與電壓的關(guān)系遏止電壓Uc1、Uc2飽和光電流最大初動(dòng)能Ek1eUc1，Ek2eUc2遏止電壓Uc與入射光頻率的關(guān)系圖線截止頻率c：圖線與橫軸的交點(diǎn)遏止電壓Uc：隨入射光頻率的增大而增大普朗克

9、常量h：等于圖線的斜率與電子電量的乘積，即hke(注：此時(shí)兩極之間接反向電壓)對(duì)應(yīng)訓(xùn)練考向1對(duì)Ek圖象的理解典例3(多選)如圖所示是用光照射某種金屬時(shí)逸出的光電子的最大初動(dòng)能隨入射光頻率的變化圖線，普朗克常量h6.631034 Js，由圖可知()A.該金屬的截止頻率為4.271014 HzB.該金屬的截止頻率為5.51014 HzC.該圖線的斜率表示普朗克常量D.該金屬的逸出功為0.5 eV解析圖線在橫軸上的截距為截止頻率，A正確，B錯(cuò)誤；由光電效應(yīng)方程EkhW0，可知圖線的斜率為普朗克常量，C正確；金屬的逸出功為W0h0 eV1.77 eV，D錯(cuò)誤.答案AC考向2對(duì)IU圖象的理解典例4(20

10、17甘肅蘭州模擬)在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，飛飛同學(xué)用同一光電管在不同實(shí)驗(yàn)條件下得到了三條光電流與電壓之間的關(guān)系曲線(甲光、乙光、丙光)，如圖所示，則可判斷出()A.甲光的頻率大于乙光的頻率B.乙光的波長(zhǎng)大于丙光的波長(zhǎng)C.乙光對(duì)應(yīng)的截止頻率大于丙光的截止頻率D.甲光對(duì)應(yīng)的光電子最大初動(dòng)能大于丙光的光電子最大初動(dòng)能解析由于是同一光電管，因而不論對(duì)哪種光，極限頻率和逸出功都相同，對(duì)于甲、乙兩種光，反向截止電壓相同，因而頻率相同，A項(xiàng)錯(cuò)誤；丙光對(duì)應(yīng)的反向截止電壓較大，因而丙光的頻率較高，波長(zhǎng)較短，對(duì)應(yīng)的光電子的最大初動(dòng)能較大，故C、D項(xiàng)均錯(cuò)，只有B項(xiàng)正確.答案B考向3對(duì)Uc圖象的理解典例5用不同頻率的光照射

11、某金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)，測(cè)量金屬的遏止電壓Uc與入射光頻率，得到Uc圖象如圖所示，根據(jù)圖象求出該金屬的截止頻率cHz，普朗克常量h Js.(已知電子電荷量e1.61019 C)解析由題圖線可知c5.01014 Hz，又eUchW0，所以Uc.結(jié)合圖線可得k V/Hz，h Js6.41034 Js.答案5.010146.41034反思總結(jié)1.在Uc圖象中，圖線與橫軸的交點(diǎn)c表示截止頻率，而在Ek圖象中，圖線與橫軸的交點(diǎn)c代表極限頻率.2.普朗克常量記為h，是一個(gè)物理常量，用以描述量子大小.在微觀世界，每一個(gè)能量子的大小等于普朗克常量與頻率的乘積，即Eh.考點(diǎn)三光的波粒二象性、物質(zhì)波1.從數(shù)量上看：個(gè)

12、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.2.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，貫穿本領(lǐng)越強(qiáng)，越不容易看到光的干涉和衍射現(xiàn)象.3.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)為粒子性.4.波動(dòng)性與粒子性的統(tǒng)一：由光子的能量Eh、光子的動(dòng)量表達(dá)式p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和波長(zhǎng).5.理解光的波粒二象性時(shí)不可把光當(dāng)成宏觀概念中的波，也不可把光當(dāng)成宏觀概念中的粒子.對(duì)應(yīng)訓(xùn)練考向1對(duì)光的波粒二象性的理解典例6物理學(xué)

13、家做了一個(gè)有趣的實(shí)驗(yàn)：在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，在光屏處放上照相底片，若減弱光的強(qiáng)度，使光子只能一個(gè)一個(gè)地通過狹縫.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，如果曝光時(shí)間不太長(zhǎng)，底片上只能出現(xiàn)一些不規(guī)則的點(diǎn)；如果曝光時(shí)間足夠長(zhǎng)，底片上就會(huì)出現(xiàn)規(guī)則的干涉條紋.對(duì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果下列認(rèn)識(shí)正確的是()A.曝光時(shí)間不長(zhǎng)時(shí)，光的能量太小，底片上的條紋看不清楚，故出現(xiàn)不規(guī)則的點(diǎn)B.單個(gè)光子的運(yùn)動(dòng)沒有確定的軌道C.干涉條紋中明亮的部分是光子到達(dá)機(jī)會(huì)較多的地方D.只有光子具有波粒二象性，微觀粒子不具有波粒二象性解析單個(gè)光子通過雙縫后的落點(diǎn)無法預(yù)測(cè)，大量光子的落點(diǎn)出現(xiàn)一定的規(guī)律性，落在某些區(qū)域的可能性較大，這些區(qū)域正是波通過雙縫后發(fā)生干涉時(shí)振幅加強(qiáng)的

14、區(qū)域.光具有波粒二象性，少數(shù)光子的行為表現(xiàn)為粒子性，大量光子的行為表現(xiàn)為波動(dòng)性.所以正確選項(xiàng)為B、C.不論光子還是微觀粒子，都具有波粒二象性.答案BC考向2對(duì)物質(zhì)波的理解典例7(2017浙江臺(tái)州模擬)1927年戴維孫和湯姆孫分別完成了電子衍射實(shí)驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)是榮獲諾貝爾獎(jiǎng)的重大近代物理實(shí)驗(yàn)之一.如圖所示的是該實(shí)驗(yàn)裝置的簡(jiǎn)化圖，下列說法不正確的是()A.亮條紋是電子到達(dá)概率大的地方B.該實(shí)驗(yàn)說明物質(zhì)波理論是正確的C.該實(shí)驗(yàn)再次說明光子具有波動(dòng)性D.該實(shí)驗(yàn)說明實(shí)物粒子具有波動(dòng)性解析由題意可知，亮條紋是電子到達(dá)概率大的地方，暗條紋是粒子到達(dá)概率小的地方，故A正確；電子是實(shí)物粒子，能發(fā)生衍射現(xiàn)象，該實(shí)驗(yàn)說

15、明物質(zhì)波理論是正確的，不能說明光子的波動(dòng)性，故B、D正確，C錯(cuò)誤.本題選錯(cuò)誤的，故選C.答案C反思總結(jié)微觀粒子中的粒子性與宏觀概念中的粒子性不同，通俗地講，宏觀粒子運(yùn)動(dòng)有確定的軌道，能預(yù)測(cè)，遵守經(jīng)典物理學(xué)理論，而微觀粒子運(yùn)動(dòng)軌道具有隨機(jī)性，不能預(yù)測(cè)，也不遵守經(jīng)典物理學(xué)理論；微觀粒子的波動(dòng)性與機(jī)械波也不相同，微觀粒子的波動(dòng)性是指粒子到達(dá)不同位置的機(jī)會(huì)不同，遵守統(tǒng)計(jì)規(guī)律，所以這種波叫概率波.隨堂檢測(cè)1.對(duì)波粒二象性的理解(多選)關(guān)于物質(zhì)的波粒二象性，下列說法中正確的是()A.不僅光子具有波粒二象性，一切運(yùn)動(dòng)的微粒都具有波粒二象性B.運(yùn)動(dòng)的微觀粒子與光子一樣，當(dāng)它們通過一個(gè)小孔時(shí)，都沒有特定的運(yùn)動(dòng)軌

16、道C.波動(dòng)性和粒子性在宏觀現(xiàn)象中是矛盾的、對(duì)立的，但在微觀高速運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象中是統(tǒng)一的D.實(shí)物的運(yùn)動(dòng)有特定的軌道，所以實(shí)物不具有波粒二象性2.對(duì)物質(zhì)波的理解(多選)根據(jù)物質(zhì)波理論，以下說法中正確的是()A.只有微觀粒子有波動(dòng)性B.宏觀物體具有波動(dòng)性C.宏觀物體的波動(dòng)性不易被人觀察到是因?yàn)樗牟ㄩL(zhǎng)太長(zhǎng)D.速度相同的質(zhì)子和電子相比，電子的波動(dòng)性更為明顯3.對(duì)光電效應(yīng)的理解(多選)對(duì)光電效應(yīng)的解釋正確的是()A.金屬鈉的每個(gè)電子可以吸收一個(gè)或一個(gè)以上的光子，當(dāng)它積累的動(dòng)能足夠大時(shí)，就能逸出金屬B.如果入射光子的能量小于金屬表面的電子克服原子核的引力而逸出時(shí)所需做的最小功，便不能發(fā)生光電效應(yīng)C.發(fā)生光電效

17、應(yīng)時(shí)，入射光越強(qiáng)，光子的能量就越大，光電子的最大初動(dòng)能就越大D.由于不同金屬的逸出功是不相同的，因此使不同金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)入射光的最低頻率也不同4.對(duì)光電效應(yīng)的理解(多選)如圖所示，這是一個(gè)研究光電效應(yīng)的電路圖，下列敘述中正確的是()A.只調(diào)換電源的極性，移動(dòng)滑片P，當(dāng)電流表示數(shù)為零時(shí)，電壓表示數(shù)為遏止電壓U0的數(shù)值B.保持光照條件不變，滑片P向右滑動(dòng)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(qiáng)度，電流表示數(shù)會(huì)增大D.圖中入射光束的頻率減小到某一數(shù)值f0時(shí)，無論滑片P怎樣滑動(dòng)，電流表示數(shù)都為零，則f0是陰極K的極限頻率5.對(duì)光電效應(yīng)方程的理解用不同頻率的紫外線分別照射

18、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(dòng)能Ek隨入射光頻率變化的Ek圖象.已知鎢的逸出功是3.28 eV，鋅的逸出功是3.34 eV.若將二者的圖線畫在同一個(gè)Ek坐標(biāo)系中，如圖所示，用實(shí)線表示鎢，虛線表示鋅，則正確反映這一過程的是()ABCD6.光電效應(yīng)方程的應(yīng)用在某次光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，得到的遏止電壓Uc與入射光的頻率的關(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(duì)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.參考答案1.答案：ABC解析：光具有波粒二象性是微觀世界具有的特殊規(guī)律，大量光子運(yùn)動(dòng)的規(guī)律表現(xiàn)出光的波動(dòng)性，而單個(gè)光子的運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)出光的粒子性.光的波長(zhǎng)越長(zhǎng)，波動(dòng)性越明顯；光的頻率越高，粒子性越明顯.而宏觀物體的德布羅意波的波長(zhǎng)太小，很難觀察到波動(dòng)性，并不是不具有波粒二象性，D錯(cuò)誤.2.答案：BD解析：因一切運(yùn)動(dòng)的物體都具有波動(dòng)性，故A選項(xiàng)錯(cuò)誤，B選項(xiàng)正確；宏觀物體的物質(zhì)波波長(zhǎng)很短，人們不易觀察到它的波動(dòng)