高考物理一輪復習 專題60 光電效應 波粒二象性講含解析1

專題60 光電效應 波粒二象性（講）（命題規(guī)律（1）動量和動量守恒等基本概念、規(guī)律的理解，一般結(jié)合碰撞等實際過程考查；（2）綜合運用動量和機械能的知識分析較復雜的運動過程；（3）光電效應、波粒二象性的考查；（4）氫原子光譜、能級的考查；（5）放射性元素的衰變、核反應的考查；（6）質(zhì)能方程、核反應方程的計算；（7）與動量守恒定律相結(jié)合的計算。復習策略（1）深刻理解動量守恒定律，注意動量的矢量性、瞬時性、同一性和同時性；（2）培養(yǎng)建模能力，將物理問題經(jīng)過分析、推理轉(zhuǎn)化為動力學問題；（3）深刻理解基本概念和基本規(guī)律；（4）關注科技熱點和科技進步；（5）體會微觀領域的研究方法，從實際出發(fā)，經(jīng)分析總結(jié)、提出假設、建立模型，再經(jīng)過實驗驗證，發(fā)現(xiàn)新的問題，從而對假設進行修正。1知道什么是光電效應，理解光電效應的實驗規(guī)律2會利用光電效應方程計算逸出功、極限頻率、最大初動能等物理量3知道光的波粒二象性，知道物質(zhì)波的概念一、黑體輻射與能量子1黑體與黑體輻射（1）黑體：是指能夠完全吸收入射的各種波長的電磁波而不發(fā)生反射的物體（2）黑體輻射的實驗規(guī)律一般材料的物體，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a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）定義：普朗克認為，帶電微粒輻射或者吸收能量時，只能輻射或吸收某個最小能量值的整數(shù)倍即能量的輻射或者吸收只能是一份一份的這個不可再分的最小能量值叫做能量子（2）能量子的大?。篽，其中是電磁波的頻率，h稱為普朗克常量h6631034 Js二、光電效應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h，其中h是普朗克常量，其值為6631034 Js（2）光電效應方程：EkhW0其中h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(zhì)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(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，p為運動物體的動量，h為普朗克常量考點一光電效應現(xiàn)象和光電效應方程的應用1對光電效應的四點提醒（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。（4）光電子不是光子，而是電子。2兩條對應關系光強大光子數(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能大。3定量分析時應抓住三個關系式（1）愛因斯坦光電效應方程：EkhW0。（2）最大初動能與遏止電壓的關系：EkeUc。（3）逸出功與極限頻率的關系：W0h0。重點歸納1、光電效應的圖象分析兩條線索（1）通過頻率分析：光子頻率高光子能量大產(chǎn)生光電子的最大初動能大（2）通過光的強度分析：入射光強度大光子數(shù)目多產(chǎn)生的光電子多光電流大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與入射光頻率的關系圖線極限頻率：圖線與軸交點的橫坐標c逸出功：圖線與Ek軸交點的縱坐標的值W0|E|E普朗克常量：圖線的斜率kh顏色相同、強度不同的光，光電流與電壓的關系遏止電壓Uc：圖線與橫軸的交點飽和光電流Im：電流的最大值最大初動能：EkmeUc顏色不同時，光電流與電壓的關系遏止電壓Uc1、Uc2飽和光電流最大初動能Ek1eUc1，Ek2eUc2遏止電壓Uc與入射光頻率的關系圖線截止頻率c：圖線與橫軸的交點遏止電壓Uc：隨入射光頻率的增大而增大普朗克常量h：等于圖線的斜率與電子電量的乘積，即hke。（注：此時兩極之間接反向電壓）典型案例2009年諾貝爾物理學獎得主威拉德博伊爾和喬治史密斯主要成就是發(fā)明了電荷耦合器件（CCD）圖像傳感器。他們的發(fā)明利用了愛因斯坦的光電效應原理。如圖所示電路可研究光電效應規(guī)律。圖中標有A和K的為光電管，其中A為陰極，K為陽極。理想電流計可檢測通過光電管的電流，理想電壓表用來指示光電管兩端的電壓?，F(xiàn)接通電源，用光子能量為105eV的光照射陰極A，電流計中有示數(shù)，若將滑動變阻器的滑片P緩慢向右滑動，電流計的讀數(shù)逐漸減小，當滑至某一位置時電流計的讀數(shù)恰好為零，讀出此時電壓表的示數(shù)為60V；現(xiàn)保持滑片P位置不變，以下判斷正確的是。（填正確答案標號。選對1個得2分，選對2個得4分，選對3個得5分。每選錯1個扣3分，最低得分為0分）A光電管陰極A射出的光電子是具有瞬時性的B光電管陰極材料的逸出功為45eVC若增大入射光的強度，電流計的讀數(shù)不為零D若用光子能量為12eV的光照射陰極A，光電子的最大初動能一定變大E若用光子能量為95eV的光照射陰極A，同時把滑片P向左移動少許，電流計的讀數(shù)一定不為零【答案】ABD【解析】 由光電效應現(xiàn)象知，光電子的射出具有瞬時性，A對；光電管兩端所加電壓為反向電壓，當所加電壓為6V時，電流計讀數(shù)恰好為零，可知光電子的最大初動能為6eV，入射光子的能量為105eV，由愛因斯坦光電效應方程知，光電管陰極材料的逸出功為45V，B對；最大初動能與入射光的強度無關，故C錯；由知，若用光子能量為12eV的光照射陰極A，光電子的最大初動能一定變大，D對；由知，若用光子能量為95eV的光照射陰極A，則最大初動能為5eV，把P向左移動，所加電壓小于6V，故電流計的讀數(shù)不定，E錯?！久麕燑c睛】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h，其中h是普朗克常量，其值為6631034Js（2）光電效應方程：EkhW0其中h為入射光的能量，Ek為光電子的最大初動能，W0是金屬的逸出功針對練習1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從金屬表面逸出的光電子的最大初動能越大，這種金屬的逸出功越小D入射光的光強一定時，頻率越高，單位時間內(nèi)逸出的光電子數(shù)就越多【答案】A【名師點睛】解決本題的關鍵掌握光電效應的條件，以及掌握光電效應方程，知道光的強度影響單位時間內(nèi)發(fā)出光電子的數(shù)目針對練習2某金屬在光的照射下發(fā)生光電效應，光電子的最大初動能與入射光頻率的關系如圖所示，試求：普朗克常量（用圖中字母表示）；入射光的頻率為時，產(chǎn)生的光電子的最大處動能?！敬鸢浮俊窘馕觥?由光電效應方程，結(jié)合圖像可知金屬的逸出功，極限頻率為c，所以，解得。由光電效應方程，則：?！久麕燑c睛】解決本題的關鍵掌握光電效應方程，知道逸出功與極限頻率的關系?？键c二對光的波粒二象性、物質(zhì)波的考查光既具有波動性，又具有粒子性，兩者不是孤立的，而是有機的統(tǒng)一體，其表現(xiàn)規(guī)律為：（1）個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)為波動性。（2）頻率越低波動性越顯著，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，而貫穿本領越強。（3）光在傳播過程中往往表現(xiàn)出波動性；在與物質(zhì)發(fā)生作用時，往往表現(xiàn)為粒子性。典型案例實物粒子和光都具有波粒二象性。下列事實中不能體現(xiàn)波動性的是： （ ）A電子束通過雙縫實驗裝置后可以形成干涉圖樣B射線在云室中穿過會留下清晰的徑跡C人們利用慢中子衍射來研究晶體的結(jié)構(gòu)D人們利用電子顯微鏡觀測物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)【答案】B【名師點睛】本題考查了光的波粒二象性，有時波動性明顯，有時粒子性明顯明確各種物理現(xiàn)象的實質(zhì)和原理才能順利解決此類題目。針對練習1（多選）波粒二象性是微觀世界的基本特征，以下說法正確的是： （ ）A光電效應現(xiàn)象揭示了光的粒子性B熱中子束射到晶體上產(chǎn)生的衍射圖樣說明中子具有波動性C黑體輻射的實驗規(guī)律可用光的波動性解釋D動能相等的質(zhì)子和電子，它們的德布羅意波長也相等【答案】AB【解析】 光電效應現(xiàn)象揭示了光的粒子性故A正確；熱中子束射到晶體上產(chǎn)生的衍射圖樣說明中子具有波動性故B正確；黑體輻射的實驗規(guī)律不能使用光的波動性解釋，而普朗克借助于能量子假說，完美的解釋了黑體輻射規(guī)律，破除了“能量連續(xù)變化”的傳統(tǒng)觀念故C錯誤；根據(jù)德布羅意波長公式，若一個電子的德布羅意波長和一個質(zhì)子的波長相等，則動量P也相等，動能則不相等故D錯誤故選AB。【名師點睛】本題主要考查德布羅意波和黑體輻射理論，在考綱中屬于基本要求明確各種物理現(xiàn)象的實質(zhì)和原理才能順利解決此類題目，故平時學習時要“知其然，更要知其所以然”針對練習2下列說法不正確的是： （ ）A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B光波是一種概率波C實物粒子也具有波動性D光電效應現(xiàn)象說明光具有粒子性而康普頓效應現(xiàn)象說明光具有波動性【答案】D【名師點睛】考查黑體輻射的規(guī)律、光的波粒二象性，要知道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；光既有波動性，又有粒子性，康普頓效應揭示了光的粒子性，知道光電效應與康普頓效應的作用。- 7 -