1、专题五 原子物理学第一讲光电效应波粒二象性“光电效应 波粒二象性”学前诊断 点击链接 考点一 光电效应规律和光电效应方程本考点主要考查光电效应现象、规律(如诊断卷第 13题)及爱因斯坦的光电效应方程的有关应用(如诊断卷第 47 题)，试题难度一般，多为选择题。在二轮复习中，注意打牢基础知识，细化审题，就可轻松取分。建议考生自学为主夯基固本重点清障1能否发生光电效应，由入射光的频率大小决定，与入射光的强度和照射时间无关。如诊断卷第 1 题，减小入射光的强度，光电效应现象不会消失，只是单位时间内逸出的光电子数将减少。2光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大，但二者间不是正比关系。3在光电流没有
2、达到饱和光电流时，光电管两端正向电压越大，光电流越大。如诊断卷第 3 题。4光电子的最大初动能与反向遏止电压的关系：EkmeUc，因此光电效应方程可以写为：eUchW0。如诊断卷第 6、7 题。1某激光器能发射波长为 的激光，发射功率为 P，c 表示光速，h 为普朗克常量，则激光器每秒发射的光量子数为()A.Phc B.hPc C.cPh D.Phc解析：每个光量子的能量 hhc，每秒发射的总能量为Pt，则 nPt Phc，故 A 正确。答案：A 2(2017苏锡常镇四市调研)如图所示为研究光电效应现象的实验，电路中所有元件完好，当光照射到光电管上时，灵敏电流计中没有电流通过，可能的原因是()
3、A入射光强度较弱 B入射光波长太长C电源电压太高D光照射时间太短解析：光的强度和光照时间都不能决定能否发生光电效应；光照射到光电管上时，灵敏电流计中没有电流通过，则可能是没有发生光电效应，即入射光的频率过小波长过大；电源电压为正向电压，使光电子加速，故选项 B 正确，A、C、D 错误。答案：B 3(2017天津期末)在光电效应实验中，用波长为 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仅增大入射光的强度，光电流大小不变B仅减小入射光的强度，光电效应现象可能消失C改用波长大于 的光照射，光电子的最大初动能变大D改用波长大于 的光照射，可能不发生光电效应解析：光电效应的条件是入射光
4、的频率大于金属的极限频率，能否发生光电效应，与入射光的强度无关，与光照时间也无关，当发生光电效应时，增大入射光的强度，则光电流会增大，故 A、B 错误；在光电效应中，根据光电效应方程 Ekmhc W0 知，改用波长大于 的光照射，光电子的最大初动能变小，或者可能不发生光电效应，选项 C 错误，D 正确。答案：D 考点二 与光电效应现象有关的图像问题本考点在高考中所设计的题目，知识综合性较强，难度较大，但只要清楚四类图像的特点及图线斜率、截距等的意义，问题便可轻松解决。需要考生学会灵活变通夯基固本四类图像对比 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 的关系图线
5、极限频率：图线与 轴交点的横坐标 c逸出功：图线与 Ek 轴交点的纵坐标的绝对值 W0|E|E普朗克常量：图线的斜率 kh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：Ekm颜 色 不 同时，光电流与 电 压 的关系遏止电压 Uc1、Uc2饱和光电流最大初动能 Ek1eUc1，Ek2eUc2eUc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普朗克常量 h：等于图线
6、的斜率与电子电量的乘积，即 h。(注：此时两极之间接反向电压)增大ke重点清障1Ek-图线是一条倾斜直线，但不过原点，其与横轴、纵轴交点的坐标值分别表示极限频率和金属逸出功。如诊断卷第 8题，由题图可知，Wb，0a，由 Wh0 可得 hba，A 正确。2在 I-U 图线上可以得出的结论：同一频率的光，即使强度不同，反向遏止电压也相同，不同频率的光，反向遏止电压不同，且频率越高，反向遏止电压越大。3由 I-U 图线可以看出，光电流并不是随加速电压的增大而一直增大。如诊断卷第 10 题，当光电流达到饱和值时，电压再增大，电流也不再增大了，故选项 C 错误。1(2017西工大附中模拟)爱因斯坦提出了
7、光量子概念并成功地解释了光电效应的规律，因此而获得 1921 年的诺贝尔物理学奖。某种金属逸出光电子的最大初动能Ekm与入射光频率的关系如图所示，其中 0 为极限频率。从图中可以确定的是()A逸出功与 有关BEkm 与入射光强度成正比C0 时，才会有光电子逸出，C 错误；根据爱因斯坦光电效应方程EkhW0，可知 Ekm-图线的斜率与普朗克常量有关，D正确。答案：D 2用不同频率的紫外线分别照射钨和锌的表面而产生光电效应，可得到光电子最大初动能Ek随入射光频率 变化的Ek-图像。已知钨的逸出功是 3.28 eV，锌的逸出功是 3.24 eV，若将二者的图线画在同一个 Ek-坐标图中，用实线表示钨
8、，虚线表示锌，则能正确反映这一过程的是下图中的()解析：图像斜率代表普朗克常量 h，因此两条线应平行；横截距代表了极限频率 0，0W0h，因此钨的 0 大些，故 B 正确。答案：B 3多选用甲、乙两种单色光照射同一金属做光电效应实验，发现光电流与电压的关系如图所示。已知普朗克常量为 h，被照射金属的逸出功为 W0，遏止电压为 Uc，电子的电荷量为 e，则下列说法正确的是()A甲光的强度大于乙光的强度B甲光的频率大于乙光的频率C甲光照射时产生的光电子初动能为 eUcD乙光的频率为W0Uceh解析：根据光的强度越强，则光电子数目越多，对应的光电流越大，即可判定甲光的强度较大，选项 A 正确；由光电
9、效应方程12mv2hW0，12mv2Uce，由题图可知，甲、乙的截止电压相同，故甲、乙的频率相同，选项 B 错误；甲光照射时产生的光电子的最大初动能为 eUc，选项 C 错误；根据12mv2hW0Uce，可得 W0Uceh，选项 D 正确。答案：AD 考点三 光的波粒二象性和物质波本考点主要考查对光的波粒二象性的理解和对物质波的理解与计算，题型为选择题，难度一般，只要考生多记忆并理解相关知识，便可轻松应对高考中的相关问题。建议考生适当关注即可夯基固本1对光的波粒二象性的理解实验基础 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_波，即光子在空间各点出现的可能性大
10、小(概率)可用波动规律来描述 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”_不同于宏观观念的粒子 概率 光子 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)的光性强，而波长短(频率高)的光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波动粒子2物质波(1)定义：任何一个运动着的物体，都有一种波与之对应，这种波称为物质波。(2)公式：物质波的波长 ，p 为运动物体的动量，h 为普朗克常量。hp重点
11、清障1少量光子具有粒子性，大量光子具有波动性。如诊断卷第 11 题，通过实验可以证明光既具有粒子性，也具有波动性，只是在不同情形下，呈现出了不同的特性。2实物粒子也具有波动性，只是因其波长太小，不易观察到，但并不能否定其具有波粒二象性。如诊断卷第 12 题，选项 D 显然是错误的。3电子属于实物粒子，诊断卷第 13 题中，电子衍射实验就证实了电子具有波动性，是物质波理论的强有力的证据。4在计算物质波的波长时，关键是求运动物体的动量大小 p，然后由 hp便可求得结果。如诊断卷第 14 题，由动量守恒可知，氚核的动量为中子和氘核动量之和，结合 ph便得出：3hh1h2 1212，A 正确。1多选为
12、了验证光的波粒二象性，在双缝干涉实验中将光屏换成照相底片，并设法减弱光的强度，下列说法正确的是()A使光子一个一个地通过双缝干涉实验装置的单缝，如果时间足够长，底片上将出现双缝干涉图样B使光子一个一个地通过双缝干涉实验装置的单缝，如果时间很短，底片上将出现不太清晰的双缝干涉图样C大量光子的运动显示光的波动性D光只有波动性没有粒子性解析：单个光子的运动具有不确定性，但其落点的概率分布还是遵循一定的统计规律的，根据统计规律可以显示出光的波动性的一面。选项 A、C 正确。答案：AC 2多选关于物质波，下列说法错误的是()A任何运动的物体都伴随着一种波，这种波叫做物质波BX 射线的衍射实验，证实了物质
13、波假设是正确的C电子的衍射实验，证实了物质波假设是正确的D宏观物体尽管具有波动性，但它们不具有干涉、衍射等现象解析：据德布罗意物质波理论知，任何一个运动的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳，都有一种波与之相对应，这种波就叫物质波，可见，A 选项是正确的；由于 X 射线本身就是一种波，而不是实物粒子，故 X 射线的衍射实验，并不能证实物质波理论的正确性，即 B 选项错误；电子是一种实物粒子，电子的衍射现象表明运动着的实物粒子具有波动性，故 C 选项是正确的；由电子穿过铝箔的衍射实验知，少量电子穿过铝箔后所落的位置是散乱的、无规律的，但大量电子穿过铝箔后所落的位置则呈现出衍射图样，即大量电子的行
14、为表现出电子的波动性，干涉、衍射是波的特有现象，只要是波，都会发生干涉、衍射现象，故 D 选项错误。答案：BD 3多选利用金属晶格(大小约 1010m)作为障碍物观察电子的衍射图样，方法是让电子通过电场加速后，让电子束照射到金属晶格上，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波长为 h2meUC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解析：得到电子的衍射图样，说明电子具有波动性，A 正确；由德布罗意波波长
15、公式 hp，而动量 p 2mEk 2meU，两式联立得 h2meU，B 正确；从公式 h2meU可知，加速电压越大，电子的波长越小，衍射现象就越不明显，C 错误；用相同动能的质子替代电子，质子的波长变小，衍射现象相比电子不明显，故 D 错误。答案：AB 一、高考真题集中演练明规律1多选(2017全国卷)在光电效应实验中，分别用频率为a、b 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 ab，则一定有 Uab，则一定有 EkaEkbC若 UaUb，则一定有 Ekab，则一定有
16、haEkahbEkb解析：设该金属的逸出功为 W，根据爱因斯坦光电效应方程有 EkhW，同种金属的 W 不变，则逸出光电子的最大初动能随 的增大而增大，B 项正确；又 EkeU，则最大初动能与遏止电压成正比，C 项正确；根据上述有 eUhW，遏止电压 U 随 增大而增大，A 项错误；又有 hEkW，W 相同，则 D 项错误。答案：BC 2(2015上海高考)某光源发出的光由不同波长的光组成，不同波长的光的强度如图所示，表中给出了一些材料的极限波长，用该光源发出的光照射表中材料()材料 钠 铜 铂 极限波长(nm)541 268 196 A仅钠能产生光电子B仅钠、铜能产生光电子C仅铜、铂能产生光
17、电子D都能产生光电子解析：由题图可知，该光源发出的光的波长大约在 20 nm 到440 nm 之间，而三种材料中，极限频率最大的铂的极限波长是 196 nm，大于 20 nm，所以该光源能使三种材料都产生光电效应，选项 D 正确。答案：D 3(2014江苏高考)已知钙和钾的截止频率分别为 7.731014Hz 和 5.441014 Hz，在某种单色光的照射下两种金属均发生光电效应，比较它们表面逸出的具有最大初动能的光电子，钙逸出的光电子具有较大的()A波长 B频率 C能量 D动量解析：金属的逸出功 W0h0，根据爱因斯坦光电效应方程EkhW0 可知，从金属钾表面飞出的光电子的最大初动能较金属钙
18、的大，金属钙表面飞出的光电子能量 E 小，因 hcE，所以从钙表面逸出的光电子具有较大的波长，选项 A 正确。答案：A 4多选(2016全国卷)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()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：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
19、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，如果低于极限频率，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。答案：ACE 5(2015全国卷)在某次光电效应实验中，得到的遏止电压 Uc 与入射光的频率的关系如图所示。若该直线的斜率和截距分别为 k 和 b，电子电荷量的绝对值为 e，则普朗克常量可表示为_，所用材料的逸出功可表示为_。解析：根据光电效应方程 EkmhW0 及 EkmeUc 得Uche W0e，故hek，bW0e，得 hek，W0
20、eb。答案：ek eb二、名校模拟重点演练明趋势6(2017龙海联考)关于光的理解，下列说法正确的是()A光电效应和康普顿效应都表明光具有粒子性B光在传播时是波，而与物质相互作用时就转变成粒子C德布罗意是历史上第一个实验验证了物质波存在的人D牛顿的“微粒说”与爱因斯坦的“光子说”本质上是一样的解析：物体在光的照射下发射出电子的现象叫光电效应，根据爱因斯坦光子说的理论可知，光电效应说明了光具有粒子性，康普顿效应也揭示了光具有粒子性，A 正确；光同时具有波粒二象性，B 错误；德布罗意是历史上第一个提出物质波的人，C 错误；牛顿认为光是一种实物，是一些硬的小球，是按照牛顿运动定律运动的。爱因斯坦的光
21、子说认为，光子是一种不连续的，分离的粒子状的波动，D 错误。答案：A 7多选(2017苏州模拟)如图所示是用光照射某种金属时逸出的光电子的最大初动能随入射光频率的变化图线(直线与横轴的交点坐标为 4.27，与纵轴交点坐标为 0.5)。由图可知()A该金属的截止频率为 4.271014HzB该金属的截止频率为 5.51014HzC该图线的斜率表示普朗克常量D该金属的逸出功为 0.5 eV解析：图线在横轴上的截距为截止频率，A 正确、B 错误；由光电效应方程 EkhW0，可知图线的斜率为普朗克常量，C正 确；金 属 的 逸 出 功 为：W0 h0 6.6310344.2710141.61019 e
22、V1.77 eV，D 错误。答案：AC 8(2018 届高三西安联考)如图所示，当一束一定强度某一频率的黄光照射到光电管阴极K 上时，此时滑片 P 处于 A、B 中点，电流表中有电流通过，则()A若将滑动触头 P 向 B 端移动时，电流表读数有可能不变B若将滑动触头 P 向 A 端移动时，电流表读数一定增大C若用红外线照射阴极 K 时，电流表中一定没有电流通过D若用一束强度相同的紫外线照射阴极 K 时，电流表读数不变解析：所加的电压，使光电子到达阳极，则灵敏电流表中有电流流过，且可能处于饱和电流，当滑片向 B 端移动时，电流表读数有可能不变；当滑片向 A 端移动时，所加电压减小，则光电流可能减
23、小，也可能不变，故 A 正确，B 错误。若用红外线照射阴极 K 时，因红外线频率小于可见光，但是不一定不能发生光电效应，电流表不一定没有电流，故 C 错误。若用一束强度相同的紫外线照射阴极 K 时，紫外线的频率大于可见光的频率，则光子数目减小，电流表读数减小，故 D 错误。答案：A 9多选(2017新乡月考)关于光电效应和康普顿效应的规律，下列说法正确的是()A光电效应中，金属板向外发射的电子又可以叫做光子B用光照射金属不能发生光电效应是因为该入射光的频率小于金属的截止频率C对于同种金属而言，遏止电压与入射光的频率无关D石墨对 X 射线散射时，部分 X 射线的散射光波长会变大，这个现象称为康普顿效应解析：光电效应中，金属板向外发射的电子又可以叫做光电子，不是光子，选项 A 错误；用光照射金属不能发生光电效应是因为该入射光的频率小于金属发生光电效应的极限频率，也叫截止频率，选项 B 正确；对于同种金属而言，遏止电压与入射光的频率有关，因为入射光的频率越大，则光电子的最大初动能越大，则遏止电压也越大，选项 C 错误；石墨对 X 射线散射时，部分 X 射线的散射光波长会变大，这个现象称为康普顿效应，选项 D 正确。答案：BD
