专题13.1 光电效应与波粒二象性-2021年高考物理一轮复习考点扫描学案

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专题13.1 光电效应与波粒二象性
目录
TOC \ "1-3" \h \u \l "_Tc12970" 【考点扫描】 PAGEREF _Tc12970 1
\l "_Tc16209" 一． 光电效应的典型规律 PAGEREF _Tc16209 1
\l "_Tc27561" 二． 四类图象 PAGEREF _Tc27561 1
\l "_Tc6123" 三． 光的频率与光强的区别 PAGEREF _Tc6123 2
\l "_Tc18099" 四． 光电效应的实质和研究思路 PAGEREF _Tc18099 2
\l "_Tc2400" 五． 光电效应规律的“四点”理解 PAGEREF _Tc2400 2
\l "_Tc22333" 六．光的波粒二象性与物质波 PAGEREF _Tc22333 3
\l "_Tc25387" 【典例分析】 PAGEREF _Tc25387 3
\l "_Tc31044" 【专题精练】 PAGEREF _Tc31044 5
【考点扫描】
一． 光电效应的典型规律
（1）截止频率ν0 = W0/h，截止频率与材料有关。
（2）仅当入射光频率ν>ν0（截止频率）时才发生光电效应，与入射光强无关
（3）当hν0< W0 时，电子不能脱离金属，因而没有光电流产生。
（4）光电效应是瞬时效应。当光照射到金属表面时，几乎立即就有光电子逸出。
二． 四类图象
三． 光的频率与光强的区别
四． 光电效应的实质和研究思路
(1)光电效应的实质是金属中的电子获得能量后逸出金属表面，从而使金属带上正电。
(2)两条研究线索：
(3)两条对应关系：
光强大→光子数目多→发射光电子多→光电流大；
光子频率高→光子能量大→光电子的最大初动能大。
五． 光电效应规律的“四点”理解
(1).放不放光电子，看入射光的最低频率.
(2).放多少光电子，看光的强度.
(3).光电子的最大初动能大小，看入射光的频率.
(4).要放光电子，瞬时放.
六．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λ＝eq \f(h,p)，p为运动物体的动量，h为普朗克常量。
【典例分析】
【例1】(2020·阳江模拟)用如图所示的光电管研究光电效应的实验中，用某种频率的单色光a照射光电管阴极K，电流计G的指针发生偏转。而用另一频率的单色光b照射光电管阴极K时，电流计G的指针不发生偏转，那么( )
A．a光的波长一定大于b光的波长
B．增加b光的强度可能使电流计G的指针发生偏转
C．用a光照射光电管阴极K时通过电流计G的电流是由d到c
D．只增加a光的强度可使通过电流计G的电流增大
eq \a\vs4\al()
对光电效应的四点提醒
(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。
【例2】(2020·桂林、百色和崇左市第三次联考)金属在光的照射下产生光电效应，其遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图象如图所示。则由图象可知( )
A．入射光频率越大，该金属的逸出功越大
B．入射光的频率越大，则遏止电压越大(ν>ν0)
C．由图可求出普朗克常量h＝eq \f(U,ν0)
D．光电子的最大初动能与入射光的频率成正比
【例3】(2020·朔州模拟)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
eq \a\vs4\al()
光的波粒二象性的规律
(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为粒子性。
(4)波动性与粒子性的统一：由光子的能量E＝hν、光子的动量表达式p＝eq \f(h,λ)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表示波的特征的物理量——频率ν和波长λ。
【专题精练】
1．(多选)已知某金属发生光电效应的截止频率为νc，则( )
A．当用频率为2νc的单色光照射该金属时，一定能产生光电子
B．当用频率为2νc的单色光照射该金属时，所产生的光电子的最大初动能为hνc
C．当照射光的频率ν大于νc时，若ν增大，则逸出功增大
D．当照射光的频率ν大于νc时，若ν增大一倍，则光电子的最大初动能也增大一倍
2.(2020·黑龙江齐齐哈尔一模)用频率为ν的单色光照射阴极K时，能发生光电效应，改变光电管两端的电压，测得电流随电压变化的图象如图所示，U0为遏止电压。已知电子的电荷量为e，普朗克常量为h，则阴极K的极限频率为( )
A．ν＋eq \f(eU0,h) B．ν－eq \f(eU0,h)
C.eq \f(eU0,h) D．ν
3.频率为ν的光照射某金属时，产生光电子的最大初动能为Ekm。改为频率为2ν的光照射同一金属，所产生光电子的最大初动能为(h为普朗克常量)( )
A．Ekm－hν B．2Ekm C．Ekm＋hν D．Ekm＋2hν
4.已知钙和钾的截止频率分别为7.73×1014 Hz和5.44×1014 Hz，在某种单色光的照射下两种金属均发生光电效应，比较它们表面逸出的具有最大初动能的光电子，钙逸出的光电子具有较大的( )
A．波长 B．频率 C．能量 D．动量
5．(多选)(2020·西安检测)关于物质的波粒二象性，下列说法中正确的是( )
A．不仅光子具有波粒二象性，一切运动的微粒都具有波粒二象性
B．运动的微观粒子与光子一样，当它们通过一个小孔时，都没有特定的运动轨道
C．波动性和粒子性，在宏观现象中是矛盾的、对立的，但在微观高速运动的现象中是统一的
D．实物的运动有特定的轨道，所以实物不具有波粒二象性
6．关于光电效应和康普顿效应的规律，下列说法正确的是( )
A．光电效应中，金属板向外发射的光电子又可以叫作光子
B．康普顿效应说明光具有波动性
C．对于同种金属而言，遏止电压与入射光的频率无关
D．石墨对X射线散射时，部分X射线的散射光波长会变长，这个现象称为康普顿效应
7．(多选)物理学家做了一个有趣的实验：在双缝干涉实验中，在光屏处放上照相底片，若减小入射光的强度，使光子只能一个一个地通过狭缝。实验结果表明，如果曝光时间不太长，底片上只能出现一些如图甲所示不规则的点子；如果曝光时间够长，底片上就会出现如图丙所示规则的干涉条纹。对于这个实验结果的认识正确的是( )
甲 乙 丙
A．单个光子的运动没有确定的轨道
B．曝光时间不长时，光的能量太小，底片上的条纹看不清楚，故出现不规则的点子
C．干涉条纹中明亮的部分是光子到达机会较多的地方
D．大量光子的行为表现为波动性
8.(多选)用甲、乙两种单色光照射同一金属做光电效应实验，发现光电流与电压的关系如图所示。已知普朗克常量为h，被照射金属的逸出功为W0，遏止电压为Uc，电子的电荷量为e。下列说法正确的是( )
A．甲光的强度大于乙光的强度
B．甲光的频率大于乙光的频率
C．甲光照射时产生的光电子初动能均为eUc
D．乙光的频率为eq \f(W0＋eUc,h)
9．如图为密立根研究某金属的遏止电压Uc和入射光频率ν的关系图象，则下列说法正确的是 ( )
A．图象的斜率为普朗克常量
B．该金属的截止频率约为5.5×1014 Hz
C．由图象可得该金属的逸出功为0.5 eV
D．由图象可知，光电子的最大初动能与入射光的频率成一次函数关系
10．某光源发出的光由不同波长的光组成，不同波长的光的强度如图所示，表中给出了一些材料的极限波长，用该光源发出的光照射表中材料( )
A．仅钠能产生光电子
B．仅钠、铜能产生光电子
C．仅铜、铂能产生光电子
D．都能产生光电子
11.(2020·濮阳市第三次模拟)用如图甲所示的电路研究光电效应中光电流与照射光的强弱、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( )
甲 乙
A．单色光a和c的频率相同，且a光更弱些，b光频率最大
B．单色光a和c的频率相同，且a光更强些，b光频率最大
C．单色光a和c的频率相同，且a光更弱些，b光频率最小
D．单色光a和c的频率不同，且a光更强些，b光频率最小
12.(2020·邢台市调研)如图所示是研究光电效应的电路图，对于某金属用绿光照射时，电流表指针发生偏转。则以下说法正确的是( )
A．将滑动变阻器滑片向右移动，电流表的示数一定增大
B．如果改用紫光照射该金属时，电流表无示数
C．将K极换成逸出功小的金属板，仍用相同的绿光照射时，电流表的示数一定增大
D．将电源的正负极调换，仍用相同的绿光照射时，将滑动变阻器滑片向右移动一些，电流表的读数可能不为零
13.在探究光电效应现象时，某小组的同学分别用波长为λ、2λ的单色光照射某金属，逸出的光电子最大速度之比为2∶1，普朗克常量用h表示，光在真空中的速度用c表示。则( )
A．光电子的最大初动能之比为2∶1 B．该金属的截止频率为eq \f(c,3λ)
C．该金属的截止频率为eq \f(c,λ) D．用波长为eq \f(5,2)λ的单色光照射该金属时能发生光电效应
14.(2020·四川省第二次“联测促改”)如图所示，用波长为λ0的单色光照射某金属，调节滑动变阻器，当电压表的示数为某值时，电流表的示数恰好减小为零；再用波长为eq \f(4λ0,5)的单色光重复上述实验，当电压表的示数增加到原来的3倍时，电流表的示数又恰好减小为零。已知普朗克常量为h，真空中光速为c。该金属的逸出功为( )
A.eq \f(5hc,4λ0) B.eq \f(hc,λ0) C.eq \f(7hc,8λ0) D.eq \f(7hc,4λ0)
15.(多选)如图甲所示为实验小组利用100多个电子通过双缝后的干涉图样，可以看出每一个电子都是一个点；如图乙所示为该小组利用70 000多个电子通过双缝后的干涉图样，为明暗相间的条纹。则对本实验的理解正确的是( )
甲 乙
A．图甲体现了电子的粒子性
B．图乙体现了电子的粒子性
C．单个电子运动轨道是确定的
D．图乙中暗条纹处仍有电子到达，只不过到达的概率小
16．(2020·孝义市第一次模拟)从1907年起，美国物理学家密立根就开始以精湛的技术测量光电效应中几个重要的物理量。他通过如图甲所示的实验装置测量某金属的遏止电压Uc与入射光频率ν，作出图乙所示的Uc­ν的图象，由此算出普朗克常量h，并与普朗克根据黑体辐射测出的h相比较，以检验爱因斯坦光电效应方程的正确性。已知电子的电荷量为e，则下列普朗克常量h的表达式正确的是( )
甲 乙
A．h＝eq \f(eUc2－Uc1,ν2－ν1) B．h＝eq \f(Uc2－Uc1,eν2－ν1)
C．h＝eq \f(ν2－ν1,eUc2－Uc1) D．h＝eq \f(eν2－ν1,Uc2－Uc1)
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ν的关系图线
①极限频率：图线与ν轴交点的横坐标νc
②逸出功：图线与Ek轴交点的纵坐标的值W0＝|－E|＝E
③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
①遏止电压Uc：图线与横轴的交点
②饱和光电流Im：电流的最大值
③最大初动能：Ekm＝eUc
颜色不同时，光电流与电压的关系
①遏止电压Uc1、Uc2
②饱和光电流
③最大初动能Ek1＝eUc1，Ek2＝eUc2
=遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图线
①截止频率νc：图线与横轴的交点
②遏止电压Uc：随入射光频率的增大而增大
③普朗克常量h：等于图线的斜率与电子电量的乘积，即h＝ke.(注：此时两极之间接反向电压)
材料
钠
铜
铂
极限波长(nm)
541
268
196