【创新设计】2022届高考物理一轮 （考纲自主研读+命题探究+高考全程解密） 第2讲光电效应 波粒二象性（含解析） 新人教版选修3-5

第2讲　光电效应　波粒二象性普朗克能量子假说　黑体和黑体辐射　Ⅰ　　　　(考纲要求)【思维驱动】判断下列说法的正误：(1)一般物体辐射电磁波的情况与温度无关，只与材料的种类及表面情况有关(　　)(2)黑体能完全吸收入射的各种波长的电磁波，不反射(　　)(3)带电微粒辐射和吸收的能量，只能是某一最小能量值的整数倍(　　)(4)普朗克最先提出了能量子的概念(　　)答案　(1)×　(2)√　(3)√　(4)√【知识存盘】1．黑体(1)黑体：完全吸收入射的电磁波而不发生反射的物体，简称黑体．(2)黑体辐射的特性：辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关．图1－2－1(3)黑体辐射的实验规律①一般材料的物体，辐射的电磁波除与温度有关外，还与材料的种类及表面状况有关．②黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关，如图1－2－1所示．a．随着温度的升高，各种波长的辐射强度都增加．b．随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动．2．能量子8\n(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.光电效应　Ⅰ(考纲要求)【思维驱动】(多选)(2022·汕头模拟)图1－2－2如图1－2－2所示，用导线把验电器与锌板相连接，当用紫外线照射锌板时，发生的现象是(　　)．A．有光子从锌板逸出B．有电子从锌板逸出C．验电器指针张开一个角度D．锌板带负电解析　用紫外线照射锌板是能够发生光电效应的，锌板上的电子吸收紫外线的能量从锌板表面逸出，称之为光电子，故A错误、B正确；锌板与验电器相连，带有相同电性的电荷，锌板失去电子应该带正电，且失去电子越多，带正电的电荷量越多，验电器指针张角越大，故C正确、D错误．答案　BC【知识存盘】1．光电效应现象光电效应：在光的照射下金属中的电子从金属表面逸出的现象，叫做光电效应，发射出来的电子叫做光电子．2．光电效应规律(1)每种金属都有一个极限频率．(2)光子的最大初动能与入射光的强度无关．只随入射光的频率增大而增大．8\n(3)光照射到金属表面时，光电子的发射几乎是瞬时的．(4)光电流的强度与入射光的强度成正比．3．爱因斯坦光电效应方程(1)光子说：空间传播的光的能量是不连续的，是一份一份的，每一份叫做一个光子．光子的能量为ε＝hν，其中h是普朗克常量，其值为6.63×10－34J·s.(2)光电效应方程：Ek＝hν－W0其中hν为入射光的能量，Ek为光电子的最大初动能，W0是金属的逸出功．4．遏止电压与截止频率(1)遏止电压：使光电流减小到零的反向电压Uc.(2)截止频率：能使某种金属发生光电效应的最小频率叫做该种金属的截止频率(又叫极限频率)．不同的金属对应着不同的极限频率．(3)逸出功：电子从金属中逸出所需做功的最小值，叫做该金属的逸出功．光的波粒二象性、物质波　Ⅰ(考纲要求)【思维驱动】判断下列说法的正误：(1)光电效应反映了光的粒子性(　　)(2)大量光子产生的效果往往显示出粒子性，个别光子产生的效果往往显示出波动性(　　)(3)光的干涉、衍射、偏振现象证明了光具有波动性(　　)(4)只有运动着的小物体才有一种波和它相对应，大的物体运动是没有波和它对应的(　　)答案　(1)√　(2)×　(3)√　(4)×【知识存盘】1．光的波粒二象性(1)光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有波动性．(2)光电效应说明光具有粒子性．(3)光既具有波动性，又具有粒子性，称为光的波粒二象性．2．物质波(1)概率波8\n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大的地方，暗条纹是光子到达概率小的地方，因此光波又叫概率波．(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λ＝，p为运动物体的动量，h为普朗克常量．考点一　对光电效应规律的理解【典例1】(多选)(2022·广东卷，18)光电效应实验中，下列表述正确的是(　　)．A．光照时间越长光电流越大B．入射光足够强就可以有光电流C．遏止电压与入射光的频率有关D．入射光频率大于极限频率才能产生光电子解析　光电流的大小与光照时间无关，A项错误；如果入射光的频率小于金属的极限频率，入射光再强也不会发生光电效应，B项错误；遏止电压Uc满足eUc＝hν－hν0，从表达式可知，遏止电压与入射光的频率有关，C项正确；只有当入射光的频率大于极限频率，才会有光电子逸出，D项正确．答案　CD【变式跟踪1】(多选)光电效应的实验结论是：对某种金属(　　)．A．无论光强多强，只要光的频率小于极限频率就不能产生光电效应B．无论光的频率多低，只要光照时间足够长就能产生光电效应C．超过极限频率的入射光强度越弱，所产生的光电子的最大初动能就越小D．超过极限频率的入射光频率越高，所产生的光电子的最大初动能就越大解析　每种金属都有它的极限频率ν0，只有入射光子的频率大于极限频率ν0时，才会发生光电效应，选项A正确、B错误；光电子的初动能与入射光的强度无关，随入射光频率的增大而增大，选项D正确、C错误．答案　AD,借题发挥1．用光子说解释光电效应及其规律8\n(1)光照射金属时，电子吸收一个光子(形成光电子)的能量后，动能立即增大，不需要积累能量的过程．(2)电子从金属表面逸出，首先需克服金属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，对应频率ν0＝为极限频率．(3)光电子的最大初动能只随入射光频率的增大而增大．(4)入射光越强，单位时间内入射到金属表面的光子数越多，产生的光电子越多，射出的光电子做定向移动时形成的光电流越大．2．概念辨析考点二　光电效应方程的应用【典例2】(2022·江苏卷，12C)A、B两种光子的能量之比为2∶1，它们都能使某种金属发生光电效应，且所产生的光电子最大初动能分别为EA、EB.求A、B两种光子的动量之比和该金属的逸出功．解析　光子能量ε＝hν，动量p＝，且ν＝，得p＝，则pA∶pB＝2∶1，A照射时，光电子的最大初动能EA＝εA－W0，同理，EB＝εB－W0，又εA∶εB＝2∶1，联立解得W0＝EA－2EB.答案　2∶1　EA－2EB【变式跟踪2】(多选)如图1－2－3所示是用光照射某种金属时逸出的光电子的最大初动能随入射光频率的变化图线(直线与横轴的交点坐标4.27，与纵轴交点坐标0.5)．由图可知(　　)．8\n图1－2－3A．该金属的截止频率为4.27×1014HzB．该金属的截止频率为5.5×1014HzC．该图线的斜率表示普朗克常量D．该金属的逸出功为0.5eV解析　图线在横轴上的截距为截止频率，A正确、B错误；由光电效应方程Ek＝hν－W0，可知图线的斜率为普朗克常量，C正确；金属的逸出功为：W0＝hν0＝eV＝1.71eV，D错误．答案　AC,借题发挥1．解光电效应问题应抓住三个关系式：(1)爱因斯坦光电效应方程：Ek＝hν－W0.(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＝hν0.2．用图象表示光电效应方程(1)最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图线如图1－2－4所示．图1－2－4(2)由曲线可以得到的物理量①极限频率：图线与ν轴交点的横坐标ν0.②逸出功：图线与Ek轴交点的纵坐标的值W0＝E.③普朗克常量：图线的斜率k＝h.8\n一、对波粒二象性的理解1．(多选)用极微弱的可见光做双缝干涉实验，随着时间的增加，在屏上先后出现如图1－2－5(a)、(b)、(c)所示的图象，则(　　)．图1－2－5A．图象(a)表明光具有粒子性B．图象(c)表明光具有波动性C．用紫外光观察不到类似的图象D．实验表明光是一种概率波解析　图象(a)曝光时间短，通过光子数很少，呈现粒子性．图象(c)曝光时间长，通过了大量光子，呈现波动性，故A、B正确；同时也表明光波是一种概率波，故D也正确；紫外光本质和可见光本质相同．也可以发生上述现象，故C错误．答案　ABD2．(单选)根据爱因斯坦光子说，光子能量ε等于(h为普朗克常量，c、λ为真空中的光速和波长)(　　)．A．hB．hC．hλD.解析　本题考查爱因斯坦光子说理论．意在考查考生对爱因斯坦光子说理论的理解．根据E＝hν和c＝λν得：E＝h，A正确．答案　A二、对光电效应规律的理解3．(单选)用一束紫外线照射某金属时不能产生光电效应，可能使该金属产生光电效应的措施是(　　)．A．改用频率更小的紫外线照射B．改用X射线照射C．改用强度更大的原紫外线照射8\nD．延长原紫外线的照射时间解析　金属发生光电效应必须使光的频率大于极限频率，X射线的频率大于紫外线的频率．答案　B4．(单选)关于光电效应，下列说法正确的是(　　)．A．极限频率越大的金属材料逸出功越大B．只要光照射的时间足够长，任何金属都能产生光电效应C．从金属表面逸出的光电子的最大初动能越大，这种金属的逸出功越小D．入射光的光强一定时，频率越高，单位时间内逸出的光电子数就越多解析　逸出功W0＝hν0，W0∝ν0，A正确；只有照射光的频率ν大于金属极限频率ν0，才能产生光电效应现象，B错；由光电效应方程Ekm＝hν－W0知，因ν不确定时，无法确定Ekm与W0的关系，C错；光强E＝nhν，ν越大，E一定，则光子数n越小，单位时间内逸出的光电子数就越少，D错．答案　A8