2025高考物理一轮总复习第16章原子结构和波粒二象性原子核第39讲光电效应波粒二象性课件

这是一份2025高考物理一轮总复习第16章原子结构和波粒二象性原子核第39讲光电效应波粒二象性课件，共43页。PPT课件主要包含了知识梳理·易错辨析，电磁波，完全吸收，整数倍，光电子，极限频率，几乎是瞬时，单位时间内，一定频率与强度，hν－W0等内容，欢迎下载使用。

一、普朗克黑体辐射理论1．热辐射(1)定义：我们周围的一切物体都在辐射__________，这种辐射与物体的________有关，所以叫作热辐射。(2)特点：辐射强度按波长的分布情况随物体的________而有所不同。
2．黑体、黑体辐射的实验规律(1)黑体：能够____________入射的各种波长的电磁波而不发生反射的物体。(2)黑体辐射的实验规律黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的________有关。随着温度的升高，一方面，各种波长的辐射强度都有________，另一方面，辐射强度的极大值向波长较______的方向移动，如图。
3．能量子(1)定义：普朗克认为，振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的__________，这个不可再分的最小能量值ε叫作能量子。(2)能量子大小：ε＝______，其中ν是带电微粒吸收或辐射电磁波的频率，h称为普朗克常量，h＝6.626×10－34 J·s(一般取h＝6.63×10－34 J·s)。(3)能量的量子化：微观粒子的能量是量子化的或者说微观粒子的能量是不连续的。
二、光电效应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____________。3．光电效应的四个规律(1)每种金属都有一个极限频率，入射光的频率必须________截止频率(极限频率)才能产生光电效应。低于截止频率时不能发生光电效应。
(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______________的，一般不超过10－9 s。(4)当入射光的频率大于极限频率时，饱和光电流的强度与入射光的强度成________。注意：入射光频率一定时，光照强度决定于每秒钟光源发射的光子数，而光的频率决定着每个光子的能量。
4．用光电管研究光电效应(1)光电效应电路图。(2)光电流与饱和光电流。①入射光强度：______________入射到金属表面单位面积上的能量。频率一定时，________越大，光子数越多。
②光电流：光电子在电路中形成的电流。③饱和光电流：在_________________的光照射下的最大光电流。(3)遏止电压：使光电流减小到零的反向电压Uc。
5．爱因斯坦光电效应方程(1)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______________。(2)逸出功W0：电子从金属中逸出所需做功的__________，W0＝hνc＝_________。(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。
三、光的波粒二象性　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________性。(2)光电效应、康普顿效应说明光具有________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。
1．光电子逸出后的最大初动能由光子的频率和逸出功共同决定。( )2．光子和光电子都是实物粒子。( )3．光的频率越高，光的粒子性越明显，但仍具有波动性。( )4．德国物理学家普朗克提出了量子假说，成功地解释了光电效应规律。( )5．只要入射光的强度足够强，就可以使金属发生光电效应。( )
6．法国物理学家德布罗意大胆预言了实物粒子在一定条件下会表现为波动性。( )7．逸出功的大小由金属本身决定，与入射光无关。( )8．每秒逸出的光电子数决定着饱和光电流的大小，而不是光电流的大小。( )
(基础考点·自主探究)一般物体与黑体的比较
【跟踪训练】 (黑体辐射的实验规律)如图所示为黑体的辐射强度与其辐射电磁波的波长的关系图像，则下列说法正确的是( )A．T1[解析]　不同温度的黑体向外辐射的电磁波的波长范围是不同的，温度越高辐射强度最大值对应的波长越短，所以T1>T2，故A错误；由题图可知，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B错误；由题图可知，黑体的辐射强度随着温度的升高而增大，故C错误；随着温度的升高，不同波长的辐射强度都会增大，同时辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，故D正确。
(有关能量子的计算)(2023·浙江卷1月)被誉为“中国天眼”的大口径球面射电望远镜已发现660余颗新脉冲星，领先世界。天眼对距地球为L的天体进行观测，其接收光子的横截面半径为R。若天体射向天眼的辐射光子中，有η(η<1)倍被天眼接收，天眼每秒接收到该天体发出的频率为ν的N个光子。普朗克常量为h，则该天体发射频率为ν光子的功率为( )
光电效应规律和光电效应方程的应用
(基础考点·自主探究)1．与光电效应有关的两组概念对比(1)光电子的初动能与光电子的最大初动能：从金属表面直接向外飞出的电子，只需克服原子核的引力做功，此时，光电子具有最大初动能。光电子的初动能小于或等于光电子的最大初动能。(2)光电流与饱和光电流：光电流与入射光的强度和所加电压有关；饱和光电流是光电流的最大值，与所加电压无关，随入射光强度的增大而增大。
2．两条对应关系(1)入射光频率一定，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。3．三个重要关系式(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＝hν0。
【跟踪训练】 (光电效应现象)(多选)如图所示，用导线把验电器与锌板相连接，已知紫外线的频率大于锌的截止频率，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]　用紫外线照射锌板时，发生光电效应，有电子从锌板逸出，锌板失去电子带正电，所以验电器带正电而箔片张开一定角度。故A、D错误，B、C正确。
(光电效应规律)(多选)(2023·福建厦门质检)利用光电管研究光电效应的实验电路图如图所示，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，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项错误；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项正确；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，有光电子到达阳极，故电流表中仍有电流通过，C项错误；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项正确。
(光电效应方程的应用)大量处于n＝3能级的氢原子跃迁能辐射出多种光子，若将其中能量为12.09 eV的光子照射到如图的极板K上，合上开关，调节滑动变阻器的滑片P，发现当电压表读数大于或等于0.60 V时，电流表读数才为零，则极板K金属材料的逸出功为( )A．0.60 eV B．11.49 eVC．12.09 eV D．12.69 eV
[解析]　由题意可知，该光电效应对应的遏止电压为Uc＝0.60 V，设极板K金属材料的逸出功为W0，根据爱因斯坦光电效应方程和动能定理有Ekm＝eUc＝E－W0，解得W0＝11.49 eV。故选B。
(能力考点·深度研析)
►考向1　Ekm－ν图像 (2021·江苏卷，8)如图所示，分别用1、2两种材料作K极进行光电效应探究，其截止频率ν1<ν2，保持入射光不变，则光电子到达A极时动能的最大值Ekm随电压U变化关系的图像是( )
[解析]　光电管所加电压为正向电压，则根据爱因斯坦光电效应方程可知光电子到达A极时动能的最大值Ekm＝Ue＋hν－hν截止，可知Ekm－U图像的斜率相同，均为e；截止频率越大，则图像在纵轴上的截距越小，因ν1<ν2，则图像C正确，A、B、D错误。
►考向2　Uc－ν图像
►考向3　I－U图像 (2024·内蒙古包头高三开学考试)图甲是研究光电效应的电路图，图乙是光电流与电压的关系。根据图甲和图乙中提供的信息，下列说法正确的是( )A．a光的光照强度等于c光的光照强度B．a光的光照强度小于b光的光照强度C．a光的频率小于c光的频率D．a光的频率大于b光的频率
[解析]　根据Ekm＝hν－W0，－eUc＝0－Ekm，可得eUc＝hν－W0，入射光的频率越高，对应的遏止电压Uc越大，由图像可知a光、b光的遏止电压相等，且小于c光的遏止电压，所以三种色光的频率关系为νc>νa＝νb，故C正确，D错误；a光的频率小于c光的频率，在相同电路下，a光发生光电效应对应的饱和电流大于c光对应的饱和电流，说明a光的光照强度大于c光的光照强度，故A错误；a光、b光的频率相等，在相同电路下，a光发生光电效应对应的饱和电流大于b光对应的饱和电流，说明a光的光照强度大于b光的光照强度，故B错误。
(基础考点·自主探究)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。4．波动性与粒子性的统一
【跟踪训练】 (光的波动性和粒子性的理解)用极微弱的可见光做双缝干涉实验，随着时间的增加，在屏上先后出现如图(a)、(b)、(c)所示的图像，则( )A．图像(a)表明光具有波动性B．图像(c)表明光具有粒子性C．用紫外线观察不到类似的图像D．实验表明光是一种概率波
[解析]　题图(a)只有分散的亮点，表明光具有粒子性；题图(c)呈现干涉条纹，表明光具有波动性，A、B错误；紫外线也具有波粒二象性，也可以观察到类似的图像，C错误；实验表明光是一种概率波，D正确。
(物质波)(多选)(2023·浙江卷)有一种新型光电效应量子材料，其逸出功为W0。当紫外光照射该材料时，只产生动能和动量单一的相干光电子束。用该电子束照射间距为d的双缝，在与缝相距为L的观测屏上形成干涉条纹，测得条纹间距为Δx。已知电子质量为m，普朗克常量为h，光速为c，则( )