2023年高考物理总复习第十二章波粒二象性、原子结构和原子核第1讲光电效应、波粒二象性.pdf

第十二章 波粒二象性 原子结构和原子核第 1 讲光电效应波 粒 二 象 性必备知识自主排查一、光电效应及其规律1.光电效应现象在光的照射下，金属中的 从表面逸出的现象，发射出来的电子叫做2.光电效应的产生条件入射光的频率 金属的极限频率.3.光电效应规律(1)每种金属都有一个极限频率，入射光的频率必须 这个极限频率才能产生光电效应.(2)光电子的最大初动能与入射光的 无关，只随入射光频率的增大而(3)光电效应的发生几乎是瞬时的，一般不超过10 9 s.(4)当入射光的频率大于极限频率时，饱 和 光 电 流 的 大 小 与 入 射 光 的 强 度 成.二、爱因斯坦光电效应方程1.光子说：在空间传播的光不是连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光子，光子的能量=.2.逸出功：电 子 从 金 属 中 逸 出 所 需 做 功 的.3.最大初动能：发生光电效应时，金属表面上的 吸收光子后克服原子核的引力逸出时所具有的动能的最大值.4.光电效应方程(1)表达式：/iv=Ek+Wo 或4=.(2)物理意义：金属表面的电子吸收一个光子获得的能量是h v,这些能量的一部分用来克服金属的逸出功W o,剩 下 的 表 现 为 逸 出 后 电 子 的.三、光的波粒二象性与物质波1.光的波粒二象性(1)光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有 性.(2)光电效应说明光具有 性.(3)光既具有波动性，又具有粒子性，称为光的 性.2.物质波(1)概率波：光的干涉现象是大量光子的运动遵守波动规律的表现，亮条纹是光子到达概率 的地方，暗条纹是光子到达概率 的地方，因此光波是一种概率波.(2)物质波：任何一个运动着的物体，小到微观粒子，大到宏观物体，都有一种波与它对应，其波长4=,p为运动物体的动量，6为普朗克常量.，教材拓展1.人教版选修3-5P3O演示实验改编妆口图所示，用紫外线灯照射锌板，发现验电器的指针偏转，以下说法正确的是()验电器 锌板A.锌板带正电，指针带负电B.锌板带负电，指针带正电C.锌板带正电，指针带正电D.锌板带负电，指针带负电2.人教版选修3-5P36T2改编(多选)在光电效应实验中，用频率为v 的光照射光电管阴极，发生了光电效应，下列说法正确的是()A.增大入射光的强度，光电流增大B.减小入射光的强度，光电效应现象消失C.改用频率小于v 的光照射，一定不发生光电效应D.改用频率大于v 的光照射，光电子的最大初动能变大关键能力分层突破考点一光电效应规律的理解及应用I.两条对应关系(1)光强大f光子数目多f发射光电子多一光电流饱和值大；(2)光子频率高一光子能量大f光电子的最大初动能大.2.三个关系式(1)爱因斯坦光电效应方程：Ek=h v-W().(2)最大初动能与遏止电压的关系：Ek=eUc.(3)逸出功与极限频率的关系W0=hvc.3.区分光电效应中的四组概念(1)光子与光电子：光子指光在空间传播时的每一份能量，光子不带电；光电子是金属表面受到光照射时发射出来的电子，其本质是电子.(2)光电子的动能与光电子的最大初动能：电子吸收光子能量后，一部分克服阻碍作用做功，剩余部分转化为光电子的初动能，只有直接从金属表面飞出的光电子才具有最大初动能.(3)光电流与饱和光电流：金属板飞出的光电子到达阳极，回路中便产生光电流，随着所加正向电压的增大，光电流趋于一个饱和值，这个饱和值是饱和光电流，在一定的光照条件下，饱和光电流与所加电压大小无关.(4)入射光强度与光子能量：入射光强度指单位时间内照射到金属表面单位面积上的总能量.例 1 2022.江苏省扬州市检测 在光电效应实验中，某实验小组用同种频率的单色光，先后照射锌和银的表面，都能产生光电效应.对这两个过程，下列四个物理量中，可能相同的是()A.饱和光电流B.遏止电压C.光电子的最大初动能D.逸出功跟进训练“2022浙江杭州质检（多选）现用一光电管进行光电效应实验，当用某一频率的光入射时，有光电流产生.下列说法正确的是（）A.保持入射光的频率不变，入射光的光强变大，饱和光电流变大B.入射光的频率变高，饱和光电流变大C.入射光的频率变高，光电子的最大初动能变大D.保持入射光的光强不变，不断减小入射光的频率，始终有光电流产生2.2022郑州一模（多选）在光电效应实验中，分别用频率为为、物的单色光。、人照射到同种金属上，测得相应的遏止电压分别为和。八光电子的最大初动能分别为反“和E g为普朗克常量.下列说法正确的是（）A.若 VaVb，则一定有 UaVb，则一定有C.若 U s U b，则一定有 E kS E kbD.若 Vov/）,则一定有人力一光电效应的四类图象考点二光电效应的图象分析图象名称图线形状由图线直接（间接）得到的物理量最大初动能E k与入射光频率V的关系极限频率：图线与V轴交点的横坐标Vc逸出功：图线与反轴交点的纵坐标的值的绝对值W o=|-E=E普朗克常量：图线的斜率火=h遏止电压a与入射光频率V的关系C-U极限频率心：图线与横轴的交点的横坐标遏止电压a：随入射光频率的增大而增大例2 （多选）美国物理学家密立根利用图示的电路研究金属的遏止电压伉与入射光频率v的关系，描绘出图乙中的图象，由此算出普朗克常量/7,电子电量用e表示，下列说法正确的是（）普朗克常量小等于图线的斜率与电子电荷量的乘积，即h=ke逸出功：图线与反 轴交点的纵坐标的值的绝对值与电荷量的乘积Ume颜色不同时，光电流与电压的关系光光遏止电压U c l、Ue2饱和光电流最大初动能Eki=eUu，Ek2=eUg颜色相同、强度不同的光，光电流与电压的关系,强 光（黄）*1112-光（黄）a。u遏止电压上：图线与横轴的交点的横坐标饱和光电流/m l、/,n 2：光电流的最大值最大初动能：Ek=eUcA.入射光的频率增大，测遏止电压时，应使滑动变阻器的滑片P向M端移动B.增大入射光的强度，光电子的最大初动能也增大C.由Uc-v图象可知，这种金属的截止频率为必D.由Uc-v图象可求普朗克常量表达式为力=台解题心得：.跟进训练3.（多选）与光电效应有关的四个图象如图所示，下列说法正确的是（）验 电 器 锌 板 紫 外 线 灯光电效应实验甲金属的遏止电压a与入射光频率p的关系丙I强黄光光电流与电压的关系光电子最大初动能E、与入射光频率M的关系TA.根据图甲装置，若先让锌板带负电，再用紫外线照射锌板，则验电器的张角可能变B.根据图乙可知，黄光越强，则饱和电流越大，说明光子的能量与光强有关C.由图丙可知，V2为该金属的截止频率D.由图丁可知E 等于该金属的逸出功解题心得：.考 点 三 光的波粒二象性物质波1.对光的波粒二象性的理解(1)从数量上看个别光子的作用效果往往表现为粒子性；大量光子的作用效果往往表现为波动性.(2)从频率上看频率越低波动性越显著，越容易看到光的干涉和衍射现象；频率越高粒子性越显著，贯穿本领越强，越不容易看到光的干涉和衍射现象.(3)从传播与作用上看光在传播过程中往往表现出波动性；在与物质发生作用时往往表现出粒子性.(4)波动性与粒子性的统一由光子的能量E=6、光子的动量表达式p=g也可以看出，光的波动性和粒子性并不矛盾：表示粒子性的能量和动量的计算式中都含有描述波动性的物理量频率V和波长Z.跟进训练4.下列有关光的波粒二象性的说法中，正 确 的 是()A.有的光是波，有的光是粒子B.光子与电子是同样的一种粒子C.光的波长越长，其波动性越显著；波长越短，其粒子性越显著D.大量光子的行为往往显示出粒子性5.下列关于德布罗意波的认识，正确的解释是（）A.任何一个物体都有一种波和它对应，这就是物质波B.X 光的衍射证实了物质波的假设是正确的C.电子的衍射证实了物质波的假设是正确的D.宏观物体运动时，看不到它的衍射或干涉现象，是因为宏观物体的波长太大6.（多选）运动的微观粒子具有波粒二象性，有能量E、动量p,也对应着一定的波长九机表示粒子的质量，下列图象正确的是（）第十二章波粒二象性原子结构和原子核第1讲光电效应波粒 二 象 性必备知识店主排查、1.电 子 光 电 子2.大于等于3.（1）大 于 等 于（2）强度 增 大（4）正比、1.hv2.最小值3.电子4.（l）/zv-W）（2）最大初动能*.、I .波 动（2）粒 子（3）波粒二象2.大小（22P教材拓展1.解析：本题考查光电效应，用紫外线灯照射锌板，有电子逸出，所以锌板带正电，验电器指针与锌板连接，同样带正电.所以C正确，A、B,D错误.答案：C2 .答案：A D关键能力分层突破例 1 解析：饱和光电流和入射光的强度有关，这个实验中可以通过控制入射光的强度来实现饱和光电流相同，A正确；不同金属的逸出功是不同的，同种频率的单色光，光子能量 入 相同，根据光电效应方程4=加一惘）可知，两种金属中逸出的光电子的最大初动能反 不同，C、D错误；根据遏止电压和光电子最大初动能的关系”=曳 可知，光电子的最大e初动能不同，遏止电压也不同，B错误.答案：A1 .解析：根据光电效应规律，保持入射光的频率不变，入射光的光强变大，则饱和光电流变大，选 项 A 正确.由爱因斯坦光电效应方程知，入射光的频率变高，产生的光电子最大初动能变大，而饱和光电流与入射光的频率和光强都有关，选 项 B 错误，C 正确.保持入射光的光强不变，不断减小入射光的频率，当入射光的频率小于极限频率时，就不能发生光电效应，没有光电流产生，选项D错误.答案：A C2 .解析：设该金属的逸出功为W,根据爱因斯坦光电效应方程有反=加一卬，同种金属 的 W 不变，则逸出光电子的最大初动能随丫的增大而增大，B项正确；又 E k=e U,则最大初动能与遏止电压成正比，C项正确；根据上述有W,遏止电压。随 v增大而增大，A项错误；又有九一欧=3，W 相同，则 D项错误.答案：B C例 2 解析：入射光的频率增大，光电子的最大初动能增大，则遏止电压增大，测遏止电压时，应使滑动变阻器的滑片P向N端移动，故 A错误；根据光电效应方程E k m=6-Wo 知，光电子的最大初动能与入射光的强度无关，故 B错误；根据E k m=v Wb=e Uc,解得 以=助 一 些，图线的斜率=X=L,贝 i j/z=3,当遏止电压为零时，V=V c,故 C、e e e V i-vc V i-vcD正确.答案：C D3 .解析：紫外线照射锌板能发生光电效应，锌板带正电，若先让锌板带负电，则验电器张角有可能变小，选项A正确；光子的能量只与频率有关，选项B错误；最大初动能取=h v-Wa,eUc=Ek,所 以 U c=4 一世，因此丙图中0为截止频率，选 项 C错误；图丁中e e的 E等于该金属的逸出功，选项D正确.答案：A D4 .解析：光既有波动性又有粒子性，故 A项错误；光子不带电，没有静止质量，而电子带负电，有质量，故 B项错误；光的波长越长，其波动性越显著，波长越短，其粒子性越显著，故 C 项正确；个别光子的作用效果往往表现为粒子性，大量光子的作用效果往住表现为波动性，故 D项错误.答案：C5 .解析：只有运动的物体才具有波动性，A错误；X 光是波长极短的电磁波，是光子，它的衍射不能证实物质波的存在，B错误；电子是实物粒子，它的衍射能证实物质波的存在，C 正确；宏观物体由于动量太大，德布罗意波长太小，所以看不到它的干涉、衍射现象，D错误.答案：C6.解析：根据爱因斯坦质能方程可知，粒子的能量七=加/，则 E-机图象是一个正比例函数图象，故 A 正确，B 错误；根据德布罗意波长公式=匕可知，粒子的动量2=葭P入则 -:图象是正比例函数图象，故 C 正确，D 错误.A答案：AC