高中物理高考 考点56 波粒二象性 光电效应-备战2022年高考物理考点一遍过

这是一份高中物理高考 考点56 波粒二象性 光电效应-备战2022年高考物理考点一遍过，共16页。试卷主要包含了黑体辐射和量子，光电效应，波粒二象性等内容，欢迎下载使用。
一、黑体辐射和量子
1．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。
2．实验规律：
随着温度升高，各种波长的电磁波辐射强度都增加，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。
3．普朗克提出黑体辐射强度按波长分布的公式，理论与实验结果相符，但要求满足能量子假设。
4．能量子ε=hν，其中ν为电磁波频率，普朗克常量h=6.63×10–34 J·s。
二、光电效应
1．实验规律：
（1）每种金属都有一个发生光电效应的最小频率，称为截止频率或极限频率（νc）。
（2）入射光的频率不变时，入射光越强，饱和光电流越大。光电流的强度（单位时间内发射的光电子数）与入射光的强度成正比。
（3）入射光的频率不变时，存在一个使光电流减小到0的反向电压，即遏止电压（Uc）。表明光电子的能量只与入射光的频率有关，而与入射光的强度无关。
（4）光照射到金属表面时，光电子的逸出几乎是瞬时的，精确测量为10–9 s。
2．爱因斯坦光电效应方程：Ek=hν–W0
3．光电流与电压的关系图象（I–U图象）

（1）电压范围足够大时，电流的最大值为饱和光电流Im，图线与横轴交点的横坐标的绝对值为遏止电压Uc，光电子的最大初动能Ek=eUc。
（2）频率相同的入射光，遏止电压相同，饱和光电流与光照强度成正比。
（3）不同频率的入射光，遏止电压不同，入射光频率越大，遏止电压越大。
4．最大初动能与入射光频率的关系图象（Ek–ν图象）
（1）函数方程为Ek=hν–W0=hν–hνc。
（2）图线斜率等于普朗克常量h，横轴截距等于截止频率vc，纵轴截距绝对值E等于逸出功W0=hνc。
5．遏止电压与入射光频率的关系图象（Uc–ν图象）
（1）函数方程为Uc=ν–=ν–。
（2）图线斜率与电子电荷量的乘积等于普朗克常量h，横轴截距等于截止频率νc，纵轴截距的绝对值与电子电荷量的乘积等于逸出功。
三、波粒二象性
1．光的波粒二象性
（1）光的波动性：光的干涉、衍射、偏振现象。
（2）光的粒子性：光电效应、康普顿效应。
（3）光既具有波动性，又具有粒子性，称为光的波粒二象性。
2．康普顿效应
（1）光电效应表明光子具有能量；康普顿效应表明光子既具有能量，又具有动量。
（2）光子的动量p=。
3．粒子的波粒二象性
（1）德布罗意波（物质波）：
频率ν=，波长λ=，其中ε为粒子能量，p为粒子动量，h为普朗克常量。
（2）验证和应用：电子的衍射实验，电子显微镜。
（3）光波和物质波都是概率波。
黑体辐射的实验规律如图所示，以下判断正确的是
A．在同一温度下，波长越短的电磁波辐射强度越大
B．在同一温度下辐射强度最大的电磁波波长不是最大的，也不是最小的，而是处在最大与最小波长之间
C．温度越高，辐射强度的极大值就越大
D．温度越高，辐射强度最大的电磁波的波长越短
【参考答案】BCD
【详细解析】AB．由黑体辐射的实验规律图知，在同一温度下辐射强度最大的电磁波波长不是最大的，也不是最小的，而是处在最大与最小波长之间，故选项A不合题意，选项B符合题意；CD．由黑体辐射的实验规律图知，温度越高，辐射强度的极大值就越大，而且温度越高，辐射强度最大的电磁波的波长越短，故选项CD符合题意。
1．普朗克在1900年将“能量子”引入物理学，开创了物理学的新纪元。人们在解释下列哪组实验现象时，利用了“量子化”的观点的是
A．光电效应现象 B．α粒子散射实验
C．氢原子光谱实验 D．黑体辐射现象
【答案】AC
【解析】普朗克最先提出能量的量子化，成功解释黑体辐射现象。爱因斯坦用量子理论解释光电效应。玻尔将量子理论引入原子理论，解释了氢原子光谱。故选AC。
2．关于黑体辐射的强度与波长的关系，如图所示正确的是
【答案】B
【解析】黑体辐射的强度与温度有关，温度越高，黑体辐射的强度越大，随着温度升高，黑体辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，选B。
（2019·甘肃高三）用不同频率的光照射金属表面而产生光电效应，可得到光电子的最大初动能Ek随入射光的频率v变化的Ek﹣v图象。由于金属的活泼性不同，金属的逸出功也不同，越活泼的金属逸出功越小，故而不同金属的Ek﹣v图象也有所不同。若将碱金属中的锂和钠的Ek﹣v图象画在同一坐标系中，实线表示锂的图象，虚线表示钠的图象，则下图能正确反映这一过程的是
A．B．
C．D．
【参考答案】A
【详细解析】AB．根据光电效应方程知，Ekm＝hv﹣W0，可知图线的斜率表示普朗克常量h，图线斜率相同；横轴截距表示金属的极限频率，由于锂与钠比较，钠更活泼，则钠的逸出功小，则钠的极限频率较小，钠为实线，故A符合题意B不符合题意。CD．根据光电效应方程知，Ekm＝hv﹣W0，可知图线的斜率表示普朗克常量h，图线斜率相同，故CD不符合题意。
1．下面表格中给出了一些金属材料的逸出功：
现用波长为330~400 nm（1 nm=10-9m）的紫外线光照射上述材料，能产生光电效应的材料（普朗克常量，光速c=3.0×108m/s）
A．铯B．铍C．钙D．钛
【答案】AC
【解析】一个光子的能量，根据入射光的能量大于逸出功，才会发生光电效应，所以能发生光电效应的材料有铯和钙，故AC正确，BC错误。
2．用能量为50 eV的光子照射到光电管阴极后，测得光电流与电压的关系如图所示，已知电子的质量m=9.0×10－31 kg、电荷量e=1.6×10－19 C，普朗克常量h=6.63×10－34 J·s。试求：
（1）光电管阴极金属的逸出功W；
（2）光电子的最大动量和对应物质波的波长λ。
【答案】（1） （2）
【解析】（1）由图可知，遏止电压为–20 eV，由动能定理可知，
由爱因斯坦光电效应方程可知，，即
代入数据解得：W=30 eV；
（2）由公式，
整理得：
；
由公式。
（2019·湖北高二期中）下列有关波粒二象性的说法中正确的是
A．爱因斯坦在研究黑体辐射时，提出了能量子的概念，成功解释了黑体辐射强度随波长分布的规律，解决了“紫外灾难”问题
B．德布罗意最先提出了物质波，认为实物粒子也具有波动性
C．康普顿效应表明光具有波动性，即光子不仅具有能量还具有动量
D．如果能发生光电效应，只增大入射光强度，单位时间内逸出的光电子数目不变，但逸出的光电子最大初动能增加
【参考答案】B
【详细解析】A、普朗克在研究黑体辐射时，提出了能量子的概念，故A错；B、德布罗意最先提出了物质波，认为实物粒子也具有波动性，且波长和物体的动量大小有关，故B对；C、康普顿效应表明光具有粒子性，即光子不仅具有能量还具有动量，故C错；D、如果能发生光电效应，只增大入射光强度，单位时间内逸出的光电子数目增大，但逸出的光电子最大初动能不变，故D错。
1．在单缝衍射实验中，中央亮纹的光强占从单缝射入的整个光强的95%以上．假设现在只让一个光子通过单缝，那么该光子
A．一定落在中央亮纹处 B．一定落在亮纹处
C．可能落在暗纹处 D．落在中央亮纹处的可能性最大
【答案】CD
【解析】根据光的概率波概念，对于一个光子通过单缝落在何处，是不可确定的，但概率最大的是落在中央亮纹处，也可能落在其他亮纹处，还可能落在暗纹处，AB错误；CD正确。
2．利用金属晶格（大小约10–10 m）作为障碍物观察电子的衍射图样，方法是让电子束通过电场加速后，照射到金属晶格上，从而得到电子的衍射图样。已知电子质量为m，电荷量为e，初速度为0，加速电压为U，普朗克常量为h，则下列说法中正确的是
A．该实验说明了电子具有波动性
B．实验中电子束的德布罗意波的波长为
C．加速电压U越大，电子的衍射现象越明显
D．若用相同动能的质子替代电子，衍射现象将更加明显
【答案】AB
【解析】A、该实验观察电子的衍射图样，衍射现象说明粒子的波动性，故A正确；B、电子束通过电场加速，由动能定理可得：，故有：，所以，实验中电子束的德布罗意波的波长为：，故B正确；C、由B可知：加速电压U越大，波长越小，那么，衍射现象越不明显，故C错误；D、若用相同动能的质子替代电子，质量变大，那么粒子动量变大，故德布罗意波的波长变小，故衍射现象将不明显，故D错误。
1．（2019·河南高三）2019年5月20日是第20个“世界计量日”，当日，第26届国际计量大会通过的关于国际单位制（SI）基本单位变革的决议生效实施。第26届国际度量衡大会上，重新定义了千克。新定义以普朗克常数为基准，从而使1千克脱离了实际物体。其中h是普朗克常量，关于h的单位，用国际单位制的基本单位表示，正确的是
A．J•sB．J/s
C．kg·m2/sD．Kg·m2·s3
2．（2019·湖北黄冈中学高二期末）下列说法正确的是
A．普朗克为了解释黑体辐射的实验结果而提出了光子说
B．康普顿效应说明光子不仅有能量还具有动量
C．是聚变反应
D．据波尔理论可知氢原子从高能级从低能级跃迁时，电子的动能减小，电势能增大
3．如图为黑体辐射的强度与波长的关系图象，从图象可以看出，随着温度的升高，则
A．各种波长的辐射强度都有减少
B．只有波长短的辐射强度增加
C．辐射电磁波的波长先增大后减小
D．辐射强度的极大值向波长较短的方向移动
4．关于不确定性关系，下列说法中正确的是
A．不能精确地测定微观粒子的动量
B．不能同时精确地测定微观粒子的位置和动量
C．不能精确地测定宏观物体的动量
D．对于宏观物体若要比较准确地测量其动量，则其位置无法测量
5．（2019·临川一中实验学校高三月考）关于光的本性，下列说法中正确的是
A．光电效应现象表明在一定条件下，光子可以转化为电子
B．光电效应实验中，只有光的强度足够大时，才能观察到光电流
C．康普顿效应表明光子和电子、质子等实物粒子一样也具有能量和动量
D．光在传播过程中表现为粒子性，在于物质相互作用时表现为波动性
6．（2019·安徽高三）如图甲所示是研究光电效应规律的实验电路。用波长为λ1的单色光a照射阴极K，反复调节滑动变阻器，灵敏电流计的指针都不发生偏转；改用波长为λ2的单色光b照射K，调节滑动变阻器，测得流过灵敏电流计的电流I与AK之间的电势差UAK满足如图乙所示规律。则
A．λ1>λ2
B．增加a光的照射强度一定能使电流计的指针发生偏转
C．如果只增加b光的照射强度，则图象与横轴交点不变
D．如果只改变阴极K的材料，则图象与横轴交点不变
7．（2019·浙江高三）下列关于实物粒子、光的波粒二象性说法正确的是
A．对于同种金属产生光电效应时，照射光的频率越大，逸出光电子的初动能也越大
B．德布罗意首先提出了物质波的猜想，而电子衍射实验证实了他的猜想
C．人们常利用热中子研究晶体的结构，因为热中子的德布罗意波长与晶体中原子间距大致相同
D．门镜可以扩大视野是利用光的衍射现象
8．（2019·湖北高二期中）下列说法正确的是
A．爱因斯坦提出光子说理论，以后普朗克用实验证实了光子的存在
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，电势能增大，原子的总能量不变
C．德布罗意提出物质波假设，并为电子的衍射实验所证实
D．若某材料的逸出功是W0，则它的极限频率
9．（2019·江苏高三）在做光电效应的实验时，某金属被光照射发生了光电效应，实验测得光电子的最大初动能与入射光的频率的关系如图所示，由实验图线可知该金属的逸出功为_______，若用波长为的光照射该金属产生光电子，则光电子的最大初动能为________。（已知普朗克常量为h，光在真空中的传播速度为c）
10．（2019·上海高三）如图所示，用很弱的红光做双缝实验，通过控制暴光时间记录现象，分别得到了图a、图b和图c三张相片，其中暴光时间最长的相片是________，最能说明光具有波动性的相片是_______，这三张相片共同说明了光具有___________性。
11．光具有波粒二象性，光子的能量为，其中频率表征波的特性。在爱因斯坦提出光子说之后，法国物理学家德布罗意提出了光子动量与光波波长的关系为。若某激光管以的功率发射波长的光束。求：
（1）该管在内发射出多少个光子？
（2）若光束全部被某黑体表面吸收，那么该黑体表面所受到的光束对它的作用力为多大？
12．（2019·北京卷）光电管是一种利用光照射产生电流的装置，当入射光照在管中金属板上时，可能形成光电流。表中给出了6次实验的结果。
由表中数据得出的论断中不正确的是
A．两组实验采用了不同频率的入射光
B．两组实验所用的金属板材质不同
C．若入射光子的能量为5.0 eV，逸出光电子的最大动能为1.9 eV
D．若入射光子的能量为5.0 eV，相对光强越强，光电流越大
13．（2019·海南卷）对于钠和钙两种金属，其遏止电压与入射光频率v的关系如图所示。用h、e分别表示普朗克常量和电子电荷量，则
A．钠的逸出功小于钙的逸出功
B．图中直线的斜率为
C．在得到这两条直线时，必须保证入射光的光强相同
D．若这两种金属产生的光电子具有相同的最大初动能，则照射到钠的光频率较高
14．（2018·新课标全国Ⅱ卷）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 HzB．8×1014 HzC．2×1015 HzD．8×1015 Hz
15．（2018·天津卷）氢原子光谱在可见光区域内有四条谱线，都是氢原子中电子从量子数n>2的能级跃迁到n=2的能级发出的光，它们在真空中的波长由长到短，可以判定
A．对应的前后能级之差最小
B．同一介质对的折射率最大
C．同一介质中的传播速度最大
D．用照射某一金属能发生光电效应，则也一定能
16．（2019·天津卷）第26届国际计量大会决定，质量单位“千克”用普朗克常量定义，“国际千克原器”于2019年5月20日正式“退役”的数值为，根据能量子定义，的单位是______，该单位用国际单位制中的力学基本单位表示，则为______。
17．（2018·江苏卷）光电效应实验中，用波长为的单色光A照射某金属板时，刚好有光电子从金属表面逸出。当波长为的单色光B照射该金属板时，光电子的最大初动能为______，A、B两种光子的动量之比为_____。（已知普朗克常量为h、光速为c）
18．（2019·江苏卷）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×l0-34J·s，光速c=3×108m/s，计算结果保留一位有效数字）
19．（2019·上海卷）如图，光滑轨道abc固定在竖直平面内，c点与粗糙水平轨道cd相切，一质量为m的小球A从高静止落下，在b处与一质量为m的滑块B相撞后小球A静止，小球A的动能全部传递给滑块B，随后滑块B从c处运动到d处，且bd高，滑块B通过在cd段所用时间为t。求：
（1）cd处的动摩擦因数μ；
（2）若将此过程类比为光电效应的过程，则：A为__________；B为__________；
分析说明：__________类比为极限频率。
1．C【解析】AB．J不是国际单位制的基本单位，故AB错误；CD．根据E=hv解得：，则h的单位是，故C正确，D错误。
2．B【解析】A．普朗克提出了能量子理论解释黑体辐射，故A项错误。B．康普顿效应说明光子不仅有能量还具有动量，故B项正确。C．该反应为铀核的裂变反应方程式，中子既是反应物又是生成物，为链式反应，故C项错误。D．从高能级向低能级跃迁，电子的轨道半径变小则电子的动能增大，库仑力做正功有电势能减小，故D项错误。
3．D【解析】由图象可以看出，随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有增加，且辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，故AB错误，D正确。随着温度的升高，黑体的辐射增强，波长变短，频率增大，故C错误。故选D。
4．B【解析】不确定性原理表明，在微观世界，粒子的位置与动量不可同时被确定，位置的不确定性与动量的不确定性遵守不等式：。故选B。
5．C【解析】A．光电效应现象表明在一定条件下，光子的能量可以被电子吸收，A错误；B．光电效应实验中，只有光的频率大于金属的极限频率，才能观察到光电流；与光照强度无关，B错误；C．康普顿效应表明光子和电子、质子等实物粒子一样也具有能量和动量，C正确；D．光的波长越长，波动性越明显，频率越高，粒子性越明显；大量光子的运动表现为波动性，单个光子的运动表现为粒子性，D错误。
6．AC【解析】A．用波长为λ1的单色光a照射阴极K，反复调节滑动变阻器，灵敏电流计的指针都不发生偏转，说明单色光a不能发生光电效应现象，单色光b可以发生光电效应现象，发生光电效应现象的条件是入射光的频率大于金属的极限频率，故a光的频率低，波长长，故λ1>λ2，故A正确；B．增加a光的照射强度不能发生光电效应现象，电流计指针不偏转，故B错误；C．只增加b光的照射强度，则饱和光电流增加，图象与纵轴交点变大，由eUC＝hν﹣W可知图象与横轴交点不变，故C正确；D．图象与横轴交点表示遏止电压，改变阴极K的材料，则改变了极限频率，改变了逸出功W，根据爱因斯坦光电效应方程结合动能定理可知，eUC＝hν﹣W，遏止电压变化，则图象与横轴交点变化，故D错误。
7．BC【解析】A．照射光的频率越大，光电子的最大初动能越大，A错误；B．德布罗意首先提出了物质波的猜想，之后电子衍射实验证实了他的猜想，B正确；C．由德布罗意公式计算出的热中子的德布罗意波长与晶体中原子间距大致相同，所以可通过热中子的晶体衍射图案，研究晶体结构，C正确；D．门镜是利用光的折射来扩大视野的，D错误。
8．CD【解析】A．爱因斯坦受普朗克量子理论的启发，提出了光子说理论，美国物理学家米立肯利用光电效应实验证实了光子的存在，故A错误；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，电势能增大，原子的总能量增大，故B错误；C．德布罗意提出物质波假设，并为电子的衍射实验所证实，故C正确；D．根据爱因斯坦光电效应方程，若某材料的逸出功是W0，则它的极限频率，故D正确。
9．
【解析】由光电效应方程，根据图像分析可知，该金属的逸出功为；波长为的光的频率为，代入光电效应方程可知，光电子的最大初动能为。
10．图c 图c 波粒二象性
【解析】图b和图c比较，图c衍射现象较明显，曝光时间最长，图c有明显的明暗相间的干涉条纹，而干涉是波特有的性质，故表明光具有波动性，图a以一个个的亮点，即每次只照亮一个位置，这表明光是一份一份传播的，说明光具有粒子性，因此这三张图共同说明了光具有波粒二象性。
11．（1）个 （2）
【解析】（1）没在时间内发射出的光子数为n，光子频率为v，每个光子的能量为，则：
又，则：
将代入上式，解得：个
（2）在时间内激光管发射出的光子全部被黑体表面吸收，光子的末态总动量变为0，根据题中信息可知，个光子的初态总动量为：
根据动量定理可知：
黑体表面对光子的作用力为：
根据牛顿第三定律，光子对黑体表面的作用力为。
12．B【解析】由爱因斯坦质能方程比较两次实验时的逸出功和光电流与光强的关系解题。由题表格中数据可知，两组实验所用的入射光的能量不同，由公式可知，两组实验中所用的入射光的频率不同，故A正确；由爱因斯坦质能方程可得：第一组实验：，第二组实验：，解得：，即两种材料的逸出功相同也即材料相同，故B错误；由爱因斯坦质能方程可得：，故C正确；由题表格中数据可知，入射光能量相同时，相对光越强，光电流越大，故D正确。
13．AB【解析】根据，即 ，则由图像可知钠的逸出功小于钙的逸出功，选项A正确；图中直线的斜率为，选项B正确；在得到这两条直线时，与入射光的强度无关，选项C错误；根据，若这两种金属产生的光电子具有相同的最大初动能，则照射到钠的光频率较低，选项D错误。
14．B【解析】由光电效应方程式得：，得：，刚好发生光电效应的临界频率为，则，代入数据可得：，故B正确；故选B。
15．A【解析】波长越大，频率越小，故的频率最小，根据可知对应的能量最小，根据可知对应的前后能级之差最小，A正确；的频率最小，同一介质对应的折射率最小，根据可知的传播速度最大，BC错误；的波长小于的波长，故的频率大于的频率，若用照射某一金属能发生光电效应，则不一定能，D错误。
16．
【解析】由，能量的单位为，频率的单位为，故h的单位为，又因能量的单位换成力学基本单位可表示为，则h的单位为。
17． 1:2
【解析】根据光电效应方程，又，所以有，解得；又光子动量，所以A、B两种光子的动量之比为1:2。
18．光子能量，光子数目n=，代入数据得n=5×1016
【解析】每个光子的能量为 ，每个激光脉冲的能量为E，所以每个脉冲中的光子个数为：，联立且代入数据解得：。
19．（1） （2）光子 光电子
【解析】（1）根据机械能守恒有：由小球A运动到b处的机械能为：，然后将这部分能量传递给B，设B球在c处的速度为v，则由机械能守恒定律可知：，解得：，在cd段，摩擦力提供合外力：，根据匀变速方程：，解得：
（2）光电效应过程是光子将能量传递给电子，电子克服原子的逸出功而逸出，所以A为入射的光子；B为光电子；对应为逸出功，所以类比为极限频率。材料
铯
铍
钙
钛
逸出功（10﹣19J）
3.0
6.2
4.3
6.6
组
次
入射光子的能量/eV
相对光强
光电流大小/mA
逸出光电子的最大动能/eV
第
一
组
1
2
3
4.0
4.0
4.0
弱
中
强
29
43
60
0.9
0.9
0.9
第
二
组
4
5
6
6.0
6.0
6.0
弱
中
强
27
40
55
2.9
2.9
2.9