2022-2023年高考物理一轮复习 第12章第1讲光电效应波粒二象性课件

这是一份2022-2023年高考物理一轮复习 第12章第1讲光电效应波粒二象性课件，共60页。PPT课件主要包含了随堂巩固练，过好双基关，研透命题点，课时精练，光电效应及其规律，光电子，大于等于，爱因斯坦光电效应方程，最小值，hν－W0等内容，欢迎下载使用。
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 .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 .
自测1　 用一束单色光照射A、B两种金属，若照射A得到光电子的最大初动能比照射B得到光电子的最大初动能大.则A.若增大光照强度，则光电子的最大初动能增大B.金属A的逸出功比金属B的逸出功大C.金属A的截止频率比金属B的截止频率低D.得到的光电子在真空中运动的速度为光速
解析　根据光电效应方程Ek＝hν－W0＝hν－hνc，由题意可知金属A的逸出功比金属B的逸出功小，金属A的截止频率比金属B的截止频率低，增大光照强度，单色光的频率不变，则光电子的最大初动能不变，得到的光电子在真空中运动的速度小于光速，故C正确，A、B、D错误.
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ε＝ .2.逸出功W0：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：hν＝Ek＋W0或Ek＝ .(2)物理意义：金属表面的电子吸收一个光子获得的能量是hν，这些能量的一部分用来克服金属的逸出功W0，剩下的表现为逸出后电子的 .
自测2　已知某种金属的极限频率为νc，现用频率为3νc的光照射此金属板，所产生光电子的最大初动能为(h为普朗克常量)A.4hνc B.3hνc C.2hνc D.hνc
解析　该金属的逸出功为W0＝hνc，改用频率为3νc的光照射同一金属材料，根据光电效应方程，所产生光电子的最大初动能Ek＝3hνc－W0＝2hνc，故C正确，A、B、D错误.
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.
光的波粒二象性与物质波
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，暗条纹处落 下光子的概率小D.单个光子显示粒子性，大量光子显示波动性
光电效应电路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)光照强度大→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＝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＝hνc.
例1　(多选)利用光电管研究光电效应的实验电路图如图1所示，用频率为ν的可见光照射阴极K，电流表中有电流通过，则A.改用紫外线照射K，电流表中没有电流通过B.只增加该可见光的强度，电流表中通过的电流将变大C.若将滑动变阻器的滑片滑到A端，电流表中一定无电流通过D.若将滑动变阻器的滑片向B端滑动，电流表示数可能不变
解析　用频率为ν的可见光照射阴极K，电流表中有电流通过，说明能发生光电效应，则该可见光的频率大于阴极材料的极限频率，紫外线的频率大于可见光的频率，故用紫外线照射K，也一定能发生光电效应，电流表中有电流通过，A错误；只增加可见光的强度，单位时间内逸出金属表面的光电子数增多，电流表中通过的电流将变大，B正确；滑动变阻器的滑片滑到A端，光电管两端的电压为零，但光电子有初动能，故电流表中仍有电流通过，C错误；滑动变阻器的滑片向B端滑动时，若电流已达到饱和光电流，则电流表示数可能不变，D正确.
变式1　研究光电效应的实验规律的电路图如图2所示，加正向电压时，图中光电管的A极接电源正极，K极接电源负极，加反向电压时，反之.当有光照射K极时，下列说法正确的是A.K极中有无光电子射出与入射光频率无关B.光电子的最大初动能与入射光频率有关C.只有光电管加正向电压时，才会有光电流D.光电管加正向电压越大，光电流强度一定越大
解析　K极中有无光电子射出与入射光频率有关，只有当入射光的频率大于K极金属的极限频率时才有光电子射出，选项A错误；根据光电效应的规律，光电子的最大初动能与入射光频率有关，选项B正确；光电管加反向电压时，只要反向电压小于遏止电压，就会有光电流产生，选项C错误；在未达到饱和光电流之前，光电管加正向电压越大，光电流强度一定越大，达到饱和光电流后，光电流的大小与正向电压无关，选项D错误.
例2　利用图3甲所示的电路研究光电效应中金属的遏止电压Uc与入射光频率ν的关系，描绘出图乙中的图象，由此算出普朗克常量h.图乙中U1、ν1、ν0均已知，电子电荷量用e表示.当入射光的频率增大时，为了测定遏止电压，滑动变阻器的滑片P应向______(选填“M”或“N”)端移动，由Uc－ν图象可求得普朗克常量h＝________(用题中字母表示).
变式2　用波长为300 nm的光照射锌板，电子逸出锌板表面的最大初动能为1.28×10－19 J.已知普朗克常量为6.63×10－34 J·s，真空中的光速为3.00×108 m·s－1.能使锌产生光电效应的单色光的最低频率约为A.1×1014 Hz B.8×1014 HzC.2×1015 Hz D.8×1015 Hz
解析　设单色光的最低频率为ν0，由Ek＝hν－W0知
例3　在研究甲、乙两种金属光电效应现象的实验中，光电子的最大初动能Ek与入射光频率ν的关系如图4所示，则A.两条图线与横轴的夹角α和β一定不相等B.若增大入射光频率ν，则所需的遏止电压Uc随之增大C.若某一频率的光可以使甲金属发生光电效应，则一定 也能使乙金属发生光电效应D.若增加入射光的强度，不改变入射光频率ν，则光电子的最大初动能将增大
解析　根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0，可知题图图线的斜率表示普朗克常量，故两条图线与横轴的夹角α和β一定相等，故A错误；
根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0，当Ek＝0时，则W0＝hνc，即甲的逸出功小于乙的逸出功，故当某一频率的光可以使甲金属发生光电效应，但此光不一定能使乙金属发生光电效应，故C错误；光电子的最大初动能与入射光的频率有关，与入射光的强度无关，故D错误.
变式3　用如图5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
解析　a、c两单色光照射后遏止电压相同，根据Ek＝eUc，可知产生的光电子最大初动能相等，则a、c两单色光的频率相等，光子能量相等，由于a光的饱和光电流较大，则a光的强度较大.单色光b照射后遏止电压较大，根据Ek＝eUc，可知b光照射后产生的光电子最大初动能较大，根据光电效应方程Ek＝hν－W0得，b光的频率大于a光的频率，故A、C、D错误，B正确.
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.
光的波粒二象性和物质波
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＝ 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ν和波长λ.
例4　(多选)波粒二象性是微观世界的基本特征，以下说法正确的有A.光电效应现象揭示了光的粒子性B.热中子束射到晶体上产生衍射图样说明中子具有波动性C.黑体辐射的实验规律可用光的波动性解释D.动能相等的质子和电子，它们的德布罗意波长也相等
解析　光电效应现象揭示了光的粒子性，所以A正确；热中子束射到晶体上产生衍射图样，即运动的实物粒子具有波的特性，即说明中子具有波动性，所以B正确；黑体辐射的实验规律说明电磁辐射具有量子化，即黑体辐射是不连续的、一份一份的，所以黑体辐射用光的粒子性解释，即C错误；
变式4　(多选)实物粒子和光都具有波粒二象性.下列事实中突出体现波动性的是A.电子束通过双缝实验装置后可以形成干涉图样B.β射线在云室中穿过会留下清晰的径迹C.人们利用慢中子衍射来研究晶体的结构D.人们利用电子显微镜观测物质的微观结构
解析　电子束通过双缝实验装置后可以形成干涉图样，说明电子是一种波，故A正确；β射线在云室中穿过会留下清晰的径迹，可以说明β射线是一种粒子，故B错误；人们利用慢中子衍射来研究晶体的结构，中子衍射说明中子是一种波，故C正确；人们利用电子显微镜观测物质的微观结构，利用了电子束的衍射现象，说明电子束是一种波，故D正确.
变式4　下列各组现象能说明光具有波粒二象性的是A.光的色散和光的干涉 B.光的干涉和光的衍射C.泊松亮斑和光电效应 D.光的反射和光电效应
例5　在“焊接”视网膜的眼科手术中，所用激光的波长λ＝6.4×10－7m，每个激光脉冲的能量E＝1.5×10－2J.求每个脉冲中的光子数目.(已知普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，光速c＝3×108 m/s.计算结果保留一位有效数字)
代入数据得n≈5×1016.
变式6　几种金属的逸出功W0见下表：
用一束可见光照射上述金属的表面，请通过计算说明哪些能发生光电效应.已知该可见光的波长范围为4.0×10－7～7.6×10－7 m，普朗克常数h＝6.63×10－34 J·s.
答案　钠、钾、铷能发生光电效应
取λ＝4.0×10－7 m，则ε≈5.0×10－19 J根据ε>W0判断，钠、钾、铷能发生光电效应.
1.(光电效应现象)(多选)如图6所示，用导线将验电器与洁净的锌板连接，触摸锌板使验电器箔片不张开.用紫外线灯照射锌板，验电器箔片张开，移走紫外线灯，用带负电的橡胶棒接触锌板，发现验电器箔片张角减小；改用红外线灯照射锌板，结果发现验电器箔片不张开.则说明A.用紫外线灯照射后锌板带正电B.用红外线灯照射后锌板带负电C.红外线的频率小于锌的极限频率D.紫外线的频率小于锌的极限频率
解析　橡胶棒带负电，当其接触锌板时发现验电器箔片张角减小，这说明锌板带电荷量减小，故锌板一定带正电，部分电荷量被橡胶棒所带负电中和，故A正确；若用红外线灯照射锌板，发现验电器箔片不张开，这说明没有发生光电效应，故金属锌的极限频率大于红外线的频率，故B错误，C正确；因紫外线灯照射锌板，验电器箔片张开，发生了光电效应，则紫外线的频率大于锌的极限频率，故D错误.
2.(光电效应现象)在光电效应实验中，用同一种单色光，先后照射锌和银的表面，都能产生光电效应.对于这两个过程，可能相同的物理量是A.遏止电压 B.饱和光电流C.光电子的最大初动能 D.逸出功
解析　同一束光照射不同的金属，由ε＝hν可知，一定相同的是入射光的光子能量，不同的金属，逸出功W0不同，根据光电效应方程Ek＝hν－W0知，光电子的最大初动能不同，则遏止电压不同；同一束光照射，光中的光子数目相等，所以饱和光电流可能是相同的，故A、C、D错误，B正确.
3.(光电效应电路和图象)用金属铷为阴极的光电管观测光电效应现象，实验装置示意图如图7甲所示，实验中测得铷的遏止电压Uc与入射光频率ν之间的关系如图乙所示，图线与横轴交点的横坐标为5.15×1014 Hz.已知普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s.则下列说法中正确的是A.欲测遏止电压，应选择电源左端为正极B.当电源左端为正极时，滑动变阻器的滑片向右滑 动，电流表的示数持续增大C.增大照射光的强度，产生的光电子的最大初动能一定增大D.如果实验中入射光的频率ν＝7.00×1014 Hz，则产生的光电子的最大初动能Ek 约为1.2×10－19 J
解析　由题图甲所示的实验装置测量铷的遏止电压Uc，因光电管左端为阳极，则电源左端为负极，故选项A错误；当电源左端为正极时，滑动变阻器的滑片向右滑动的过程中，光电管两端电压增大，光电流增大，当光电流达到饱和值，不再增大，即电流表读数的变化是先增大后不变，故选项B错误；光电子的最大初动能与入射光的频率和金属的逸出功有关，与入射光的强度无关，故选项C错误；
根据题图乙可知，铷的截止频率νc＝5.15×1014 Hz，根据hνc＝W0，则可求出该金属的逸出功大小W0＝6.63×10－34×5.15×1014 J≈3.41×10－19 J，根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0，可知当入射光的频率为ν＝7.00×1014 Hz时，则光电子的最大初动能为Ek＝6.63×10－34×7.00×1014 J－3.41×10－19 J≈1.2×10－19 J，故选项D正确.
4.(光电效应方程应用)真空中有不带电的金属铂板和钾板，其极限波长分别为λ1和λ2，用波长为λ(λ1＜λ＜λ2)的单色光持续照射两板面，则带上正电的金属板是______(选填“铂板”或“钾板”).已知真空中光速为c，普朗克常量为h，从金属板表面飞出的电子的最大初动能为________.
5.(光电效应方程的应用)(多选)在光电效应实验中，分别用频率为νa、νb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A.若νa＞νb，则一定有Ua＜UbB.若νa＞νb，则一定有Eka＞EkbC.若Ua＜Ub，则一定有Eka＜EkbD.若νa＞νb，则一定有hνa－Eka＞hνb－Ekb
解析　由爱因斯坦光电效应方程得，Ek＝hν－W0，由动能定理得，Ek＝eU，若用a、b单色光照射同种金属时，逸出功W0相同.当νa＞νb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＝ hνa－ Eka＝ hνb－ Ekb，故选项D错误.
1.有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D.延长原紫外线的照射时间
2.(多选)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时一定能产生光电子
解析　光电流的大小只与单位时间内通过单位面积的光电子数目有关，而与光照时间的长短无关，选项A错误；无论光照强度多大，光照时间多长，只要光的频率小于极限频率就不能产生光电效应，故选项B错误；遏止电压即反向截止电压，eUc＝hν－W0，与入射光的频率有关，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，则遏止电压越大，故选项C正确；无论光照强度多小，光照时间多短，只要光的频率大于极限频率就能产生光电效应，即一定能产生光电子，故选项D正确.
3.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
解析　光具有波粒二象性，故A错误；电子是组成原子的基本粒子，有确定的静止质量，是一种物质实体，速度可以低于光速，光子代表着一份能量，没有静止质量，速度永远是光速，故B错误；光的波长越长，波动性越明显，波长越短，其粒子性越显著，故C正确；大量光子运动的规律表现出光的波动性，故D错误.
4.某金属发生光电效应，光电子的最大初动能Ek与入射光频率ν之间的关系如图1所示.已知h为普朗克常量，e为电子电荷量的绝对值，结合图象所给信息，下列说法正确的是A.入射光的频率小于νc也可能发生光电效应现象B.该金属的逸出功随入射光频率的增大而增大C.若用频率是2νc的光照射该金属，则遏止电压为D.遏止电压与入射光的频率无关
解析　由题图可知该金属的极限频率为νc，入射光的频率必须要大于等于νc才能发生光电效应现象，选项A错误；金属的逸出功与入射光的频率无关，选项B错误；若用频率是2νc的光照射该金属，则光电子的最大初动能为Ek＝2hνc－hνc＝hνc＝Uce，则遏止电压为Uc＝ ，选项C正确；遏止电压与入射光的频率有关，入射光的频率越大，则光电子的最大初动能越大，遏止电压越大，选项D错误.
5.如图2，用导线将验电器与某种金属板连接，用一束蓝光照射金属板时验电器金属箔片未张开，下列措施中可能使验电器金属箔片张开的是A.换用强度更大的蓝光照射B.换用红外线照射C.换用极限频率较大的金属板D.换用极限频率较小的金属板
解析　能否发生光电效应与入射光的频率有关，与入射光的强度无关，选项A错误；红外线的频率小于蓝光的频率，则换用红外线照射仍不能发生光电效应，选项B错误；根据Ek＝hν－hνc可知，换用极限频率较小的金属板可发生光电效应，验电器金属箔片会张开，选项C错误，D正确.
6.人眼对绿光最为敏感，正常人的眼睛接收到波长为530 nm的绿光时，只要所接收到的功率不低于2.3×10－18 W，眼睛就能察觉.已知普朗克常量为6.63×10－34 J·s，光速为3×108 m/s，人眼能察觉到绿光时，每秒至少接收到的绿光光子数为A.6 B.60 C.600 D.6 000
7.用一束绿光和一束蓝光照射某种金属的表面，均发生了光电效应.下列说法正确的是A.用蓝光照射金属时，逸出的光电子最大初动能更大B.用蓝光照射金属时，单位时间内逸出的光电子数更多C.增加光照强度，逸出的光电子最大初动能增大D.如果换用红光照射，一定能使该金属发生光电效应
解析　因为蓝光频率更高，根据光电效应方程：Ek＝hν－W0，所以用蓝光照射时，光电子最大初动能更大，A正确；单位时间逸出的光电子数与光强有关，由于不知道光的强度，所以无法确定，B错误；根据Ek＝hν－W0，可知最大初动能与光强无关，C错误；因为红光的频率比绿光的频率小，但无法比较红光的频率与该金属极限频率的大小关系，故无法确定是否会发生光电效应，D错误.
8.用如图3所示的光电管研究光电效应，当滑动变阻器的滑片位于某一位置，开关S闭合时，用单色光a照射光电管阴极K，电流计G的指针发生偏转，用单色光b照射光电管阴极K时，电流计G的指针不发生偏转，则A.a光的强度一定大于b光的强度B.a光的频率一定大于阴极K的极限频率C.b光的频率一定小于阴极K的极限频率D.开关S断开后，用单色光a照射光电管阴极K， 电流计G的指针一定不会发生偏转
解析　用某种光照射金属能否发生光电效应与光的强度无关，所以无法判断a、b光的强度，故A错误；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，知a光频率大于金属的极限频率，故B正确；
由于在光电管两端加了反向电压，用b光照射时，电流计G指针不发生偏转，所以无法判断是否发生光电效应，即无法判断b光的频率与阴极K的极限频率大小关系，故C错误；由于在光电管两端加了反向电压，电流计G的指针发生偏转即电子能从阴极运动到阳极，所以断开开关即不加反向电压时，电子一定能从阴极运动到阳极，即电流计G的指针一定发生偏转，故D错误.
9.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4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Uc－ν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