2019年度高考物理一轮复习第十二章近代物理初步第1讲光电效应波粒二象性学案.doc

1、【 精品教育资源文 库 】 第 1 讲 光电效应 波粒二象性 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 电子 从表面逸出的现象，发射出来的电子叫 光电子 . 2.光电效应的产生条件 入射光的频率 大于等于 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 大于等于 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 强度 无关，只随入射光频率的增大而 增大 . (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 正比 . 自测 1 教

2、材 P36第 2 题改编 (多选 )在光电效应实验中，用频率为 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 的光照射，一定不发生光电效应 D.改用频率大于 的光照射，光电子的最大初动能变大 答案 AD 解析 增大入射光强度，单位时间内照射到单位面积上的光子数增加，则光电流增大，故选项 A 正确；光电效应是否发生取决于入射光的频率，而与入射光强度无关，故选项 B 错误 .用频率为 的光照射光电管 阴极，发生光电效应，用频率较小的光照射时，若光的频率仍大于极限频率，则仍会发生光电效应，选项

3、 C 错误；根据 h W 逸 Ek可知，增大入射光频率，光电子的最大初动能也增大，故选项 D 正确 . 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 h . 2.逸出功 W0：电子从金属中逸出所需做功的 最小值 . 3.最大初动能：发生光电效应时，金属表面上的 电子 吸收光子后克服原子核的引力逸出时所【 精品教育资源文 库 】 具有的动能的最大值 . 4.光电效应方程 (1)表达式： h Ek W0或 Ek h W0. (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 ，这些能量的一部分用来克服金属的逸出功 W0，剩

4、下的表现为逸出后电子的 最大初动能 . 自测 2 (多选 )如图 1 是某金属在光的照射下产生的光电子的最大初动能 Ek与入射光频率 的关系图象 .由图象可知 ( ) 图 1 A.该金属的逸出功等于 E B.该金属的逸出功等于 h 0 C.入射光的频率为 2 0时，产生的电子的最大初动能为 E D.入射光的频率为 02 时，产生的电子的最大初动能为 E2 答案 ABC 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 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

5、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 hp， p 为运动物体的动量， h 为普朗克常量 . 自测 3 (多选 )下列说法中正确的是 ( ) A.光的波粒二象性学说彻底推翻了麦克斯韦的光的电磁说 B.在光的双缝干涉实验中，暗条纹的地方是光子永远不能到达的地方 C.光的双缝干涉实验中，大量光子打在光屏上的落点是有规律的，暗纹处落下光子的概率小 D.单个光子具有粒子性，大量光子具有波动性 【 精品教育资

6、源文 库 】 答案 CD 命题点一 光电效应现象和光电效应方程的应用 1.四点提醒 (1)能否发生光电效应，不取决于光的强度而取决于光的频率 . (2)光电效应中的 “ 光 ” 不是特指可见光，也包括不可见光 . (3)逸出功的大小由金属本 身决定，与入射光无关 . (4)光电子不是光子，而是电子 . 2.两条对应关系 (1)光强大 光子数目多 发射光电子多 光电流大； (2)光子频率高 光子能量大 光电子的最大初动能大 . 3.三个关系式 (1)爱因斯坦光电效应方程： Ek h 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 h c. 例 1

7、(多选 )现用某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，入射光的光强度变大，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.保持入射光的光强度不变，不断减小入射光的频率，始终有光电流产生 答案 AC 解析 在发生光电效应时，饱和光电流大小由光照强度来决定，与频率无关，光照强度越大饱和光电流越大，因此 A 正确， B 错误；根据 Ek h W0可知，对于同一光电管，逸出功W0不变，入射光频率变高，光电子的最大初动能 Ek变大，因此 C 正确；由光电效应规律可知，

8、当频率低于截止频率时无论光照强度多大，都不会有光电流产生，因此 D 错误 . 例 2 (多选 )(2017 全国卷 19) 在光电效应实验中，分别用频率为 a、 b的单色光 a、b 照射到同种金属上，测得相应的遏止电压分别为 Ua和 Ub，光电子的最大初动能分别为 Eka和 Ekb.h 为普朗克常量 .下列说法正确的是 ( ) 【 精品教育资源文 库 】 A.若 a b，则一定有 Ua Ub B.若 a b，则一定有 Eka Ekb C.若 Ua Ub，则一定有 Eka Ekb D.若 a b，则一定有 h a Eka h b Ekb 答案 BC 解析 由爱因斯坦光电效应方程得， Ekm h

9、 W0，由动能定理得， Ekm eU，若用 a、 b 单色光照射同种金 属时，逸出功 W0相同 .当 a b时，一定有 Eka Ekb， Ua Ub，故选项 A 错误，B 正确；若 Ua Ub，则一定有 Eka Ekb，故选项 C 正确；因逸出功相同，有 W0 h a Eka h b Ekb，故选项 D 错误 . 变式 1 (多选 )(2017 山东潍坊中学一模 )下列说法中正确的是 ( ) A.用不可见光照射金属一定比用可见光照射同种金属产生的光电子的初动能大 B.按照玻尔理论，氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，电子的动能减小，但原子的能量增大 C.光电子的最大初动能随入

10、射光频率增大而 增大 D.在光照条件不变的情况下，对发射出来的光电子加上正向电压对光电子加速，所加电压不断增大，光电流也不断增大 答案 BC 变式 2 光电效应实验装置示意图如图 2 所示 .用频率为 的普通光源照射阴极 K，没有发生光电效应 .换用同样频率为 的强激光照射阴极 K，则发生了光电效应；此时，若加上反向电压 U，即将阴极 K 接电源正极，阳极 A 接电源负极，在 K、 A 之间就形成了使光电子减速的电场 .逐渐增大 U，光电流会逐渐减小；当光电流恰好减小到零时，所加反向电压 U 可能是下列的 (其中 W 为逸出功， h 为普朗克常量， e 为电子电荷量 )( ) 图 2 A.U

11、he We B.U 2he We C.U 2h W D.U 5h2e We 答案 B 【 精品教育资源文 库 】 解析 由题意知，一个电子吸收一个光子不能发生光电效应，换用同样频率为 的强激光照射阴极 K，则发生了光电效应，即吸收的光子能量为 nh (n 2,3,4?) 由光电效应方程可知： nh W 12mv2(n 2,3,4?) 在减速电场中由动能定理得 eU 0 12mv2 联立 得： U nhe We(n 2,3,4?) ，选项 B 正确 . 命题点二 光电效应图象 四类图象 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 Ek与入射光频率 的关系图线 极限频率：

12、图线与 轴交点的横坐标 c 逸出功：图线与 Ek轴交点的纵坐标的值的绝对值 W0 | E| E 普朗克常量：图线的斜率 k h 颜色相同、强度不同的光，光电流与电压的关系 遏止电压 Uc：图线与横轴的交点 饱和 光电流 Im：光电流的最大值 最大初动能： Ek eUc 颜色不同时，光电流与电压的关系 遏止电压 Uc1、 Uc2 饱和光电流 最大初动能 Ek1 eUc1， Ek2 eUc2 遏止电压 Uc与入射光频率 的关系图线 极限频率 c：图线与横轴的交点 遏止电压 Uc：随入射光频率的增大而增大 普朗克常量 h：等于图线的斜率与电子电荷量的乘积，即 hke.(注：此时两极之间接反向电压 )

13、 例 3 用如图 3 甲所示的电路研究光电效应中光电流大小与照射光的强弱、频率等物理量的关系 .图中 A、 K 两极间的电压 大小可调，电源的正负极也可以对调 .分别用 a、 b、 c 三束【 精品教育资源文 库 】 单色光照射，调节 A、 K间的电压 U，得到光电流 I与电压 U的关系如图乙所示 .由图可知 ( ) 图 3 A.单色光 a 和 c 的频率相同，但 a 更强些 B.单色光 a 和 c 的频率相同，但 a 更弱些 C.单色光 b 的频率小于 a 的频率 D.改变电源的极性不可能有光电流产生 答案 A 解析 由题图乙知， a、 c 的遏止电压相同，根据光电效应方程可知单色光 a

14、和 c 的频率相同，但 a 产生的光电流大，说明 a 光的强度大，选项 A 正确， B 错误； b 的遏止电压大于 a、c 的遏止电压，所以单色光 b 的频率大于 a 的频率，选项 C 错误；只要光的频率不变，改变电源的极性，仍可能有光电流产生，选项 D 错误 . 变式 3 (多选 )如图 4 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为 4.27，与纵轴交点坐标为 0.5).由图可知 ( ) 图 4 A.该金属的截止频率为 4.2710 14 Hz B.该金属的截止频率为 5.510 14 Hz C.该图线的斜率表示普朗克常量 D.该金属的逸出功为 0.5 eV 答案 AC 解析 图线与横轴的交点为截止频率， A 正确， B 错误；由光电效应方程 Ek h W0，可知图线的斜率为普朗克常量， C 正确；该金属的逸出功为： W0 h c 6.6310 344.2710 141.610 19 eV1.77 eV ， D 错误 . 变式 4 (2015 全国卷 35(1) 在某次光