2020版高考物理新创新一轮复习通用版讲义：第十二章第72课时　波粒二象性（双基落实课）

第十二章近代物理初步

第72课时　波粒二象性(双基落实课)

点点通(一)　对光电效应的理解

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

入射光的频率大于金属的极限频率。

3．光电效应的三大规律

 [小题练通]

1.(多选)(人教教材演示实验改编题)如图所示，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：选BC　当用紫外线照射锌板时，发生光电效应，有电子从锌板逸出，锌板带正电，验电器指针张开一个角度，故B、C正确。

2.(多选)如图所示，电路中所有元件完好，但当光照射到光电管上的金属材料上时，灵敏电流计中没有电流通过，其原因可能是(　　)

A．入射光太弱

B．入射光的波长太长

C．光照时间短

D．电源正、负极接反

解析：选BD　若入射光的频率小于极限频率，则没有光电子逸出，入射光的波长越长，频率越小；若所加反向电压大于遏止电压，则电子就不能到达阳极，也不会有光电流，故B、D正确。

3．(粤教教材原题)用某种色光照射到金属表面时，金属表面有光电子飞出，如果光的强度减弱而频率不变，则(　　)

A．光的强度减弱到某一最低数值时，就没有光电子飞出

B．单位时间内飞出的光电子数目减少

C．逸出的光电子的最大初动能减小

D．单位时间内逸出的光电子数目和最大初动能都减小

解析：选B　光的强度减弱而频率不变，则仍有光电子飞出，只是单位时间内飞出的光电子数目减少，而光电子的最大初动能与光的频率有关，频率不变最大初动能不变，故B正确。

4．(多选)如图所示，是工业生产中大部分光电控制设备(如夜亮昼熄的路灯)用到的光控继电器的示意图，它由电源、光电管、放大器、电磁继电器等几部分组成。

当用绿光照射光电管阴极K时，可以发生光电效应，则下列说法中正确的是(　　)

A．增大绿光照射强度，光电子最大初动能增大

B．增大绿光照射强度，电路中的光电流增大

C．改用波长比绿光波长大的光照射光电管阴极K时，电路中一定有光电流

D．改用频率比绿光频率大的光照射光电管阴极K时，电路中一定有光电流

解析：选BD　增大绿光照射强度，光电子最大初动能不变，而光电流增大，A错误，B正确；改用频率大的光照射，入射光频率一定大于极限频率，则一定有光电流，D正确；光的波长越大频率越小，改用波长大的光照射，入射光频率不一定大于极限频率，则不一定有光电流，C错误。

 [融会贯通]

(1)光电子的最大初动能取决于入射光的频率。

(2)单位时间内逸出的光电子数取决于入射光的强弱。

点点通(二)　爱因斯坦的光电效应方程及应用

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＝hν。

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具有的动能的最大值。

4．光电效应方程

(1)表达式：Ek＝hν－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最大初动能Ek。

5.光电效应的四类图像

[小题练通]

1．(2018·全国卷Ⅱ)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 Hz

C．2×1015 Hz  D．8×1015 Hz

解析：选B　设单色光的最低频率为ν0，由爱因斯坦光电效应方程得Ek＝hν1－W0,0＝hν0－W0，又ν1＝，整理得ν0＝－，代入数据解得ν0≈8×1014 Hz，B正确。

2．(多选)(人教教材改编题)在光电效应实验中，用频率为ν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ν的光照射，一定不发生光电效应

D．改用频率大于ν的光照射，光电子的最大初动能增大

解析：选AD　增大入射光的强度，单位时间内照射到单位面积上的光子数目增加，则光电流将增大，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ν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，故选项C错误；根据hν－W逸＝mv2 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。

3．(多选)(2017·全国卷Ⅲ)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<Ub

B．若νa>νb，则一定有Eka>Ekb

C．若Ua<Ub，则一定有Eka<Ekb

D．若νa>νb，则一定有hνa－Eka>hνb－Ekb

解析：选BC　设该金属的逸出功为W0，根据爱因斯坦光电效应方程有Ek＝hν－W0，同种金属的W0不变，则逸出光电子的最大初动能随ν的增大而增大，B项正确；又Ek＝eU，则最大初动能与遏止电压成正比，C项正确；根据上述有eU＝hν－W0，遏止电压U随ν增大而增大，A项错误；又有hν－Ek＝W0，W0相同，D项错误。

4．(多选)(沪科教材原题)在演示光电效应的实验中，某金属被光照射后产生了光电效应现象，实验测出了光电子的最大动能Ekm与入射光频率ν的关系，如图所示。由Ekmν图像可求出(　　)

A．该金属的逸出功

B．该金属的极限频率

C．单位时间内逸出的光电子数

D．普朗克常量

解析：选ABD　根据光电效应方程Ekm＝hν－W0＝hν－hν0知，图线的斜率表示普朗克常量，根据图线斜率可得出普朗克常量。横轴截距表示最大初动能为零时的入射光频率，此时的频率等于金属的极限频率，根据W0＝hν0可求出逸出功。单位时间内逸出的光电子数无法从图像中获知。故A、B、D正确，C错误。

5．(多选)在某次光电效应实验中，得到的遏止电压Uc与入射光的频率ν的关系如图所示，若该直线的斜率和纵截距分别为k和－b，电子电荷量的绝对值为e，则(　　)

A．普朗克常量可表示为

B．若更换材料再实验，得到的图线的k不改变，b改变

C．所用材料的逸出功可表示为eb

D．b由入射光决定，与所用材料无关

解析：选BC　根据光电效应方程Ekm＝hν－W0，以及Ekm＝eUc，得：Uc＝－，图线的斜率k＝，解得普朗克常量h＝ke，故A错误；纵轴截距的绝对值b＝，解得逸出功W0＝eb，故C正确；b等于逸出功与电荷量的比值，而逸出功与材料有关，则b与材料有关，故D错误；更换材料再实验，由于逸出功变化，可知图线的斜率不改变，纵轴截距改变，故B正确。

 [融会贯通]

利用光电效应分析问题，应把握的三个关系

(1)爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0，式中W0为逸出功，它与极限频率νc的关系是W0＝hνc。

(2)Ekν图像反映了光电子的最大初动能和入射光频率的关系。

(3)光电子的最大初动能Ek可以利用光电管通过实验的方法测得，即Ek＝eUc，其中Uc是遏止电压。

点点通(三)　对波粒二象性的理解

1．光的波粒二象性

(1)光的干涉、衍射、偏振现象证明了光具有波动性。

(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，即光具有波粒二象性。

2．对光的波粒二象性的理解

[小题练通]

1．(粤教教材原题)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

E．光的波动性是因为光子之间的相互作用的结果

解析：选C　光的波粒二象性和光的电磁说并不互相矛盾，A错误；暗条纹的地方是光子到达的概率小的地方，B错误，C正确；光子既具有粒子性也具有波动性，只是单个光子粒子性比较明显，大量光子波动性比较明显，D错误；光的波动性不是光子之间的相互作用的结果，E错误。

2．(人教教材改编题)用很弱的光做双缝干涉实验，把入射光减弱到可以认为光源和感光胶片之间不可能同时有两个光子存在，如图所示是不同数量的光子照射到感光胶片上得到的照片。这些照片说明(　　)

A．光只有粒子性没有波动性

B．光只有波动性没有粒子性

C．少量光子的运动显示波动性，大量光子的运动显示粒子性

D．少量光子的运动显示粒子性，大量光子的运动显示波动性

解析：选D　由题图可以看出，少量光子的运动显示粒子性，大量光子的运动显示波动性，故D正确。