1、教材回顾(一)光电效应_波粒二象性一、光电效应1定义照射到金属表面的光，能使金属中的从表面逸出的现象。2光电子中发射出来的电子。电子光电效应深化理解光电效应的规律1每种金属都有一个极限频率，入射光的频率必须大于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强度无关，只随入射光频率的增大而增大。3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正比。4光电效应的发生几乎是瞬时的，一般不超过 109 s。小题速验 在光电效应的实验结果中，与光的波动理论不矛盾的是()A光电效应是瞬时发生的B所有金属都存在极限频率C光电流随着入射光增强而变大D入射光频率越大，光电子最大初动
2、能越大答案：C二、爱因斯坦光电效应方程1光子说在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光的能量子，简称光子，光子的能量。其中 h6.631034 Js(称为普朗克常量)。2逸出功 W0使电子脱离某种金属所做功的。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。h最小值电子4爱因斯坦光电效应方程(1)表达式：Ekh。(2)物理意义：金属表面的电子吸收一个光子获得的能量是 h，这些能量的一部分用来克服金属的，剩下的表现为逸出后光电子的最大初动能 Ek。W0逸出功 W012mev2深化理解与光电效应有关的五组概念对比1光子与光电子：光子
3、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时，只需克服原子核的引力做功的情况，才具有最大初动能。光电子的初动能小于等于光电子的最大初动能。3光电流和饱和光电流：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
4、与所加电压大小无关。4入射光强度与光子能量：入射光强度指单位时间内照射到金属表面单位面积上的总能量。5光的强度与饱和光电流：饱和光电流与入射光强度成正比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强度之间没有简单的正比关系。小题速验(判断正误)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，就可以使金属发生光电效应。()3要使某金属发生光电效应，入射光子的能量必须大于金属的逸出功。()4光电子的最大初动能与入射光子的频率成正比。()5光的频率越高，光的粒子性越明显，但仍具有波动性。()6德国物理学家普朗克提出了量子假说
5、，成功地解释了光电效应规律。()答案：1.2.3.4.5.6.三、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、偏振现象说明光具有性。(2)光电效应证明光具有性。(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。波动粒子波粒二象大小(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 ，p 为运动物体的动量，h 为普朗克常量。hp小题速验(多选)关于物质的波粒二象性，下列说法中正确的是()A不仅光子具有波粒二
6、象性，一切运动的微粒都具有波粒二象性B运动的微观粒子与光子一样，当它们通过一个小孔时，都没有特定的运动轨道C波动性和粒子性，在宏观现象中是矛盾的、对立的，但在微观高速运动的现象中是统一的D实物的运动有特定的轨道，所以实物不具有波粒二象性答案：ABC考点一 光电效应现象及规律题点一 对光电效应现象的理解1考查光电效应现象的理解多选现用某一光电管进行光电效应实验，当用某一频率的光入射时，有光电流产生。下列说法正确的是(2016全国乙卷)()A保持入射光的频率不变，入射光的光强变大，饱和光电流变大B入射光的频率变高，饱和光电流变大C入射光的频率变高，光电子的最大初动能变大D保持入射光的光强不变，不断
7、减小入射光的频率，始终有光电流产生E遏止电压的大小与入射光的频率有关，与入射光的光强无关解析：选 ACE 产生光电效应时，光的强度越大，单位时间内逸出的光电子数越多，饱和光电流越大，说法 A 正确；饱和光电流大小与入射光的频率无关，说法 B 错误；光电子的最大初动能随入射光频率的增加而增加，与入射光的强度无关，说法 C 正确；减小入射光的频率，如低于极限频率，则不能发生光电效应，没有光电流产生，说法 D 错误；遏止电压的大小与入射光的频率有关，与光的强度无关，说法 E 正确。2考查光电效应的规律关于光电效应的规律，下列说法中正确的是()A发生光电效应时，不改变入射光的频率，增大入射光强度，则单
8、位时间内从金属内逸出的光电子数目增多B光电子的最大初动能跟入射光强度成正比C发生光电效应的反应时间一般都大于 107 sD只有入射光的波长大于该金属的极限波长，光电效应才能产生解析：选 A 发生光电效应时，不改变入射光的频率，增大入射光强度，则单位时间内打到金属上的光子个数增加，则从金属内逸出的光电子数目增多，选项 A正确；光电子的最大初动能跟入射光强度无关，随入射光的频率增大而增大，选项 B 错误；发生光电效应的反应时间一般都不超过 109 s，选项 C 错误；只有入射光的频率大于该金属的极限频率时，即入射光的波长小于该金属的极限波长时，光电效应才能产生，选项 D 错误。题点二 光电效应方程
9、的理解与应用1考查对光电效应现象的解释运用光子说对光电效应现象进行解释，可以得出的正确结论是()A当光照时间增大为原来的 2 倍时，光电流的强度也增大为原来的 2 倍B当入射光频率增大为原来的 2 倍时，光电子的最大初动能也增大为原来的 2 倍C当入射光波长增大为原来的 2 倍时，光电子的最大初动能也增大为原来的 2 倍D当入射光强度增大为原来的 2 倍时，单位时间内产生的光电子数目也增大为原来的 2 倍解析：选 D 根据爱因斯坦光电效应方程 EkhW0 可知，当入射光频率增大为原来的 2 倍时，产生光电子的最大初动能大于原来的两倍，与照射的时间无关，故 A、B 错误；根据爱因斯坦光电效应方程
10、，EkhW0hc W0，当入射光波长增大为原来的 2 倍时，光电子的最大初动能减小，故 C 错误；当入射光强度增大为原来的 2 倍时，单位时间内的光子数是原来的 2 倍，所以单位时间内产生的光电子数目也增大为原来的 2 倍，故 D 正确。2考查光电效应方程的应用多选如图所示，用某单色光照射光电管的阴板 K，会发生光电效应。在阳极 A和阴极 K 之间加上反向电压，通过调节滑动变阻器的滑片，逐渐增大加在光电管上的电压，直至电流表中电流恰为零，此时电压表的电压值U 称为反向遏止电压。现分别用频率为 1 和 2 的单色光照射阴极，测得反向遏止电压分别为 U1 和 U2，设电子的质量为 m、电荷量为 e
11、，下列说法正确的是()A频率为1的光照射时，光电子的最大初速度为2eU1mB频率为 2 的光照射时，光电子的最大初速度为eU22mC阴极 K 金属的逸出功为 WeU12U2112D阴极 K 的极限频率是 0U12U21U1U2解析：选 ACD 在阳极 A 和阴极 K 之间加上反向电压，逃逸出的光电子在反向电场中做减速运动，根据动能定理可得eU012mv2m，解得光电子的最大初速度为 vmax2eUm，所以频率为1的光照射时，光电子的最大初速度为2eU1m，用频率为 2 的光照射时，光电子的最大初速度为2eU2m，故 A 正确，B 错误；根据光电效应方程可得 h1eU1W，h2eU2W，联立可得
12、 WeU12U2112，heU1U212，阴极 K 金属的极限频率 0Wh U12U21U1U2，C、D 正确。光电效应问题求解要点1定性分析时抓住两条对应关系光强大光子数目多发射光电子多光电流大；光频率高光子能量大光电子的最大初动能大。2定量分析时应抓住三个关系式(1)爱因斯坦光电效应方程：EkhW0。(2)最大初动能与遏止电压的关系：EkeUc。(3)逸出功与极限频率的关系：W0h0。通关锦囊题点三 与光电效应有关的图像问题1考查 I-U 图像用如图甲所示的电路研究光电效应中光电流强度与照射光的强弱、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
13、、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，但 a 更强些B单色光 a 和 c 的频率相同，但 a 更弱些C单色光 b 的频率小于 a 的频率D改变电源的极性不可能有光电流产生解析：选 A 由题图乙可知，a、c 的遏止电压相同，根据光电效应方程可知，单色光 a 和 c 的频率相同，但 a 产生的光电流大，说明 a 光的强度大，选项 A 正确，B 错误；b的遏止电压大于 a、c 的遏止电压，所以单色光 b 的频率大于a 的频率，选项 C 错误；只要光的频率不变，改变电源的极性，仍可能有光电流产生，
14、选项 D 错误。2考查 Uc-图像从 1907 年起，美国物理学家密立根开始以精湛的技术测量光电效应中几个重要的物理量。他通过如图所示的实验装置测量某金属的遏止电压 Uc 与入射光频率，作出Uc-图像，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。图中频率 1、2，遏止电压 Uc1、Uc2 及电子的电荷量 e 均为已知，求：普朗克常量 h；该金属的截止频率 0。解析：根据爱因斯坦光电效应方程 EkhW0 及动能定理 eUcEk，可得 Uchehe0。结合图像知 kUc2Uc121 Uc110。普朗克常量 heUc2Uc121。截止频率 0
15、Uc21Uc12Uc2Uc1。答案：eUc2Uc121 Uc21Uc12Uc2Uc1通关锦囊四种图像对比图像名称图线形状由图线直接(间接)得到的物理量最大初动能 Ek与入射光频率 的关系极限频率：图线与 轴交点的横坐标 c逸出功：图线与 Ek轴交点的纵坐标的值 W0|E|E普朗克常量：图线的斜率 kh续表图像名称图线形状由图线直接(间接)得到的物理量颜色相同、强度不同的光，光电流与电压的关系遏止电压 Uc：图线与横轴的交点饱和光电流 Im：电流的最大值最大初动能：EkmeUc续表图像名称图线形状由图线直接(间接)得到的物理量颜色不同时，光电流与电压的关系遏止电压 Uc1、Uc2饱和光电流 最
16、大 初 动 能 Ek1 eUc1，Ek2eUc2续表图像名称图线形状由图线直接(间接)得到的物理量遏止电压Uc 与入射光频率 的关系图线截止频率 c：图线与横轴的交点遏止电压 Uc：随入射光频率的增大而增大普朗克常量 h：等于图线的斜率与电子电量的乘积，即 hke。(注：此时两极之间接反向电压)考点二 对波粒二象性与物质波的理解1考查对双缝干涉现象的解释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
17、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，大量光子的运动呈现出波动性，故D 正确。2考查对波粒二象性的理解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(2015江苏高考)()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：选 AB 光电效应现象、黑体辐射的实验规律都可以用光的粒子性解释，选项 A 正确，选项C 错误；热中子束射到晶体上产生衍射图样说明中子具有波动性，选项 B 正确；由
18、德布罗意波长公式hp和 p22mEk 知动能相等的质子和电子动量不同，德布罗意波长不相等，选项 D 错误。3考查对波动性的理解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(2015全国卷)()A电子束通过双缝实验装置后可以形成干涉图样B 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E光电效应实验中，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解析：选 ACD 电子束具有波动性，通过双缝实验装置后可以形成干涉图样，选项 A 正确；射线在云室中高速运动时，径迹又细又直，表现出粒子性，选项 B 错误；人们利用
19、慢中子衍射来研究晶体的结构，体现出波动性，选项 C 正确；电子显微镜是利用电子束工作的，体现了波动性，选项 D 正确；光电效应实验，体现的是波的粒子性，选项 E 错误。通关锦囊对波粒二象性的进一步理解实验基础说明光的波动性干涉、衍射和偏振现象光的波动性不同于宏观观念的波光是一种概率波，即光子在空间各点出现的可能性大小(概率)可用波动规律来描述续表实验基础说明光的粒子性光电效应、康普顿效应当光同物质发生作用时，这种作用是“一份一份”进行的，表现出粒子性，粒子性的含义是“不连续”光子不同于宏观观念的粒子 续表实验基础说明大量光子易显示出波动性，而少量光子易显示出粒子性波长长(频率低)的光波动性强，而波长短(频率高)的光粒子性强波动性和粒子性的对立、统一 光子说并未否定波动说，Ehhc/中，和 就是波的概念波和粒子在宏观世界是不能统一的，而在微观世界却是统一的
