新高考物理一轮复习讲义课件第15章第1讲光电效应波粒二象性（含解析）

这是一份新高考物理一轮复习讲义课件第15章第1讲光电效应波粒二象性（含解析），共60页。PPT课件主要包含了光电效应，最小值，积累能量，光电子，德布罗意，J·s，课时作业等内容，欢迎下载使用。
第1讲　光电效应　波粒二象性
主干梳理 对点激活
5．对光电效应规律的解释
光既具有波动性，又具有粒子性
一 堵点疏通1．光子和光电子都是实物粒子。(　　)2．只要入射光的强度足够强，就能发生光电效应。(　　)3．光电效应说明光具有粒子性，说明光的波动说是错误的。(　　)4．电子枪发射电子的现象就是光电效应。(　　)5．光电子的最大初动能与入射光的频率成正比。(　　)6．光的波长越长，越容易发生干涉和衍射现象。(　　)7．光电效应方程Ek＝hν－W0中ν为入射光子的频率，而不是金属的极限频率。(　　)8．不同的金属一定对应着相同的极限频率。(　　)
二 对点激活1．(2017·上海高考)光子的能量与其(　　)A．频率成正比 B．波长成正比C．速度成正比 D．速度平方成正比
解析　根据ε＝hν可知，光子的能量与其频率成正比，A正确。
2. (人教版选择性必修第三册·P71·问题改编)(多选)如图所示，用导线把不带电的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　用紫外线照射锌板时，锌板里的电子吸收紫外线的能量从锌板表面逸出，称之为光电子，故A错误，B正确；锌板与验电器相连，带有相同电性的电荷，锌板失去电子带正电，且失去的电子越多，带正电的电荷量越多，验电器指针张角越大，故C正确，D错误。
3．(人教版选择性必修第三册·P77·T1改编)(多选)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变大
解析　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增加，则光电流增大，故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，用频率小于ν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，C错误；根据hν－W0＝Ek可知，改用频率大于ν的光照射，光电子的最大初动能变大，故D正确。
4. (人教版选择性必修第三册·P75·图改编)(多选)在做光电效应的实验时，某金属被光照射发生了光电效应，实验测得光电子的遏止电压Uc与入射光的频率ν的关系如图所示，由实验图线可求出(　　)A．该金属的截止频率B．普朗克常量C．该金属的逸出功D．单位时间内逸出的光电子数
5．关于物质波，以下说法正确的是(　　)A．任何一个运动着的物体都有一种波与之对应B．抖动细绳一端，绳上的波就是物质波C．动能相等的质子和电子相比，质子的物质波波长长D．宏观物体不会发生明显的衍射或干涉现象，所以没有物质波
考点细研 悟法培优
考点 1　　光电效应规律的理解1. 与光电效应有关的五组概念对比(1)光子与光电子：光子指光在空间传播时的每一份能量，光子不带电；光电子是金属表面受到光照射时发射出来的电子，其本质是电子。光子是光电效应的因，光电子是果。(2)光电子的初动能与光电子的最大初动能：光照射到金属表面时，电子吸收光子的全部能量，可能向各个方向运动，需克服原子核和其他原子的阻碍而损失一部分能量，剩余部分为光电子的初动能；只有金属表面的电子直接向外飞出，只需克服原子核的引力做功的情况，光电子才具有最大初动能。光电子的初动能小于或等于光电子的最大初动能。
(3)光电流与饱和光电流：金属板飞出的光电子到达阳极，回路中便产生光电流，随着所加正向电压的增大，光电流趋于一个饱和值，这个饱和值是饱和光电流。在一定的光照条件下，饱和光电流与所加电压大小无关。(4)入射光的强度与光子的能量：入射光的强度指单位时间内照射到金属表面单位面积上的总能量，即I＝nhν，n是单位时间照射到单位面积上的光子数。(5)光的强度与饱和光电流：饱和光电流随入射光的强度增大而增大的规律是对频率相同的光照射金属产生光电效应而言的，对于不同频率的光，由于每个光子的能量不同，饱和光电流与入射光的强度之间没有简单的正比关系。
2．四点提醒(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。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。
4．两条对应关系(1)光强大(频率一定时)→光子数目多→发射光电子多→饱和光电流大。(2)光子频率高→光子能量大→光电子的最大初动能大。
例1　(2020·江苏省扬州市3月检测)在光电效应实验中，某实验小组用同种频率的单色光，先后照射锌和银的表面，都能产生光电效应。对这两个过程，下列四个物理量中，可能相同的是(　　)A．饱和光电流B．遏止电压C．光电子的最大初动能D．逸出功
(1)逸出功由谁决定？提示：金属。(2)饱和光电流与什么有关？提示：光强。
对光电效应的几点提醒(1)光的频率决定光子的能量，ε＝hν。(2)光的强度是指单位时间光照射到单位面积上的能量，即I＝nhν，所以单位时间照射到单位面积上的光子数由光强和光的频率共同决定。(3)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。(4)由Ek＝hν－W0求出的是光电子的最大初动能，金属内部逸出的光电子的动能小于这个值，而且光电子的射出方向是随机的，不一定都能到达阳极。(5)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。
解析　根据光电效应方程，用单色光A照射某金属表面时，有E1＝hν－W逸出功，用单色光B照射该金属表面时，有E2＝h·2ν－W逸出功，联立解得W逸出功＝E2－2E1，故A、C、D错误，B正确。
[变式1－2]　 (2020·贵州省贵阳市3月份调研)如图所示为一光电管电路，滑动变阻器触头位于ab上某点，用黄光照射光电管阴极，电表指针无偏转，要使电表指针偏转，可采取的可行措施有(　　)A．增大黄光的强度B．换用蓝光照射C．将P向a滑动D．将电源正、负极对调
解析　由题意可知，光电管两端加的是正向电压，则电表指针没有偏转，是由于没有发生光电效应，发生光电效应的条件为ν＞ν0，故只有换用频率较高的蓝光照射，才可能发生光电效应，使电流表指针发生偏转，故A、C、D错误，B正确。
考点 2　　光电效应的图像分析
例2　(2020·河北省张家口市一模)利用如图甲所示的电路完成光电效应实验，金属的遏止电压Uc与入射光频率ν的关系如图乙所示，图乙中U1、ν1、ν0均已知，电子电荷量用e表示。下列说法正确的是(　　)
(1)正向电压越大，光电流越大吗？提示：不一定，当达到饱和光电流时不再变化。(2)如何推导Uc­ν的函数关系？提示：Ek＝hν－W0，W0＝hν0，Ek＝Uce联立。
[变式2－1]　(2020·福建省泉州市第二次质量检测)(多选)如图甲为研究光电效应的实验装置，用频率为ν的单色光照射光电管的阴极K，得到光电流I与光电管两端电压U的关系图线如图乙所示，已知电子电荷量的绝对值为e，普朗克常量为h，则(　　)
[变式2－2]　(2020·山东省泰安市四模)爱因斯坦提出光电效应理论获得诺贝尔物理学奖已近100年。用金属钙做实验时，得到的光电子的最大初动能Ek与入射光频率ν的关系如图所示。用其他金属做实验，得到的Ek­ν图线也为直线。表中列出了几种金属的截止频率和逸出功，下列判断正确的是(　　)
解析　根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0，Ek­ν图线的斜率等于普朗克常量h，因此各种不同金属的Ek­ν图线的斜率相同，A、B错误；Ek­ν图线的延长线与纵轴交点的坐标绝对值等于逸出功，则Ek1＝3.20 eV，Ek2＝2.29 eV，因此Ek2＜Ek1，C错误，D正确。
A．如用金属钨做实验，得到的Ek­ν图线的斜率比图中直线的斜率大B．如用金属钨做实验，得到的Ek­ν图线的斜率比图中直线的斜率小C．如用金属钠做实验，得到的Ek­ν图线延长线与纵轴交点的坐标为(0，－Ek2)，则Ek2＞Ek1D．如用金属钠做实验，得到的Ek­ν图线延长线与纵轴交点的坐标为(0，－Ek2)，则Ek2＜Ek1
考点 3　　光的波粒二象性和物质波1. 对光的波粒二象性的理解光既有波动性，又有粒子性，两者不是孤立的，而是有机的统一体，其表现规律为：(1)从数量上看：个别光子的作用效果往往容易表现出粒子性；大量光子的作用效果往往容易表现出波动性。(2)从频率上看：频率越低的光波动性越显著，越容易看到光的干涉和衍射现象；频率越高的光粒子性越显著，越不容易看到光的干涉和衍射现象，其穿透本领越强。
例3　下列关于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 (1)光子是实物粒子吗？提示：不是。(2)什么时候光子显示波动性？提示：波长较长易显示波动性，大量光子显示波动性。
尝试解答　选C。光既有波动性又有粒子性，A错误；光子不带电，没有静止质量，而电子带负电，有质量，B错误；光的波长越长，其波动性越显著，波长越短，其粒子性越显著，C正确；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，D错误。
波粒二象性的深入理解(1)虽然平时看到的宏观物体运动时，看不出其波动性，但也有一个波长与之对应。例如飞行中的子弹的波长约为10－34 m。(2)波粒二象性是微观粒子的特殊性质，一切微观粒子都存在波动性；宏观物体也存在波动性，只是波长太小，难以观测。
[变式3]　(2020·江苏省盐城市6月模拟)(多选)运动的微观粒子具有波粒二象性，有能量E、动量p，也对应着一定的波长λ。m表示粒子的质量，下列图像正确的是(　　)
高考模拟 随堂集训
1．(2019·北京高考)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 eVD．若入射光子的能量为5.0 eV，相对光强越强，光电流越大
解析　光子的能量E＝hν，两组实验中入射光子的能量不同，故入射光的频率不同，A正确；由爱因斯坦的光电效应方程hν＝W＋Ek，可求出两组实验中金属板的逸出功W均为3.1 eV，故两组实验所用的金属板材质相同，B错误；由hν＝W＋Ek，W＝3.1 eV，当hν＝5.0 eV时，Ek＝1.9 eV，C正确；相对光强越强，单位时间内射出的光子数越多，单位时间内逸出的光电子数越多，形成的光电流越大，D正确。
2．(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 HzC．2×1015 Hz D．8×1015 Hz
3．(2017·全国卷Ⅲ)(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Uaνb，则一定有Eka>EkbC．若Uahνb－Ekb
解析　光电效应中遏止电压与最大初动能之间的关系为eU＝Ek，根据光电效应方程Ek＝hν－W0可知，若νa>νb，则Eka>Ekb，Ua>Ub，A错误，B正确；若Ua