1、基础课时2 光电效应 波粒二象性知识梳理 知识点一、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。3.研究光电效应的电路图(如图1)：光电效应电子图1 其中A是_。K是_。阳极阴极4.光电效应规律(1)每种金属都有一个极限频率，入射光的频率必须_这个极限频率才能产生光电效应。低于这个频率的光不能产生光电效应。(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109s。(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_ 知识点二、爱因斯坦光电效应方程 1.光子说 在
2、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h6.631034Js。(称为普朗克常量)大于强度增大几乎瞬时正比h2.逸出功W0 使电子脱离某种金属所做功的_。3.最大初始动能 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。4.遏止电压与截止频率(1)遏止电压：使光电流减小到零的反向电压U0。(2)截止频率：能使某种金属发生光电效应的_频率叫做该种金属的截止频率(又叫极限频率)。不同的金属对应着不同的极限频率。5.爱因斯坦光电效应方程(1)表达式：Ekh_。最小值电子最小W0(2)物理意义：金属表面的电子吸收
3、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 逸出功W0逸出后光电子的最大初动能Ek_。12mev2知识点三、光的波粒二象性与物质波 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。波动粒子波粒二象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_，p为运动物体的动量，h为普朗克常量。
4、hp大小思考 下列说法是否正确，正确的画“”，错误的画“”。(1)只要光照射的时间足够长，任何金属都能产生光电效应。()(2)光电子就是光子。()(3)极限频率越大的金属材料逸出功越大。()(4)从金属表面出来的光电子的最大初动能越大，这种金属的逸出功越小。()(5)入射光的频率越大，逸出功越大。()答案(1)(2)(3)(4)(5)诊断自测 1.(多选)如图2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()图2 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 用紫外线照射锌板是能够发生光电效应的，锌板上的电子吸收紫外线的能
5、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，锌板失去电子应该带正电，且失去电子越多，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。答案 BC 2.在光电效应实验中，用单色光照射某种金属表面，有光电子逸出，则光电子的最大初动能取决于入射光的()A.频率B.强度 C.照射时间D.光子数目 答案 A 3.(多选)关于光电效应的产生以及现象，下列描述正确的是()A.逸出的光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大 B.对某金属来说，入射光波长必须大于一极限值，才能产生光电效应 C.产生光电效应时从金属表面逸出的所有光电子的动能都相同 D.一束光照
6、射到某种金属上不能发生光电效应，一定是入射光的光子能量太小 解析 根据爱因斯坦光电效应方程EkmhW0可知，逸出的光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大，A正确；由光电效应方程可知入射光波长必须小于一极限值，才能产生光电效应，B错误；光电子的动能与入射光的频率和金属的种类以及逸出的方式有关，因此光电子的动能不一定都相同，C错误；能否发生光电效应与入射光的强度无关，与入射光的光子频率、光子能量有关，D正确。答案 AD 4.有关光的本性，下列说法正确的是()A.光既具有波动性，又具有粒子性，两种性质是不相容的 B.光的波动性类似于机械波，光的粒子性类似于质点 C.大量光子才具有波动性，个别光子
7、只具有粒子性 D.由于光既具有波动性，又具有粒子性，无法只用其中一种性质去说明光的一切行为，只能认为光具有波粒二象性 解析 光既具有波动性，又具有粒子性，但它又不同于宏观观念中的机械波和粒子。波动性和粒子性是光在不同情况下的不同表现，是同一客体的两个不同侧面、不同属性，我们无法用其中的一种性质去说明光的一切行为，只能认为光具有波粒二象性。答案 D 考点一 光电效应现象和光电效应方程的应用 1.对光电效应的四点提醒(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，
8、而是电子。2.两条对应关系(1)光强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.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：EkeU0。(3)逸出功与极限频率的关系：W0h0。【例1】(多选)(2014广东理综，18)在光电效应实验中，用频率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.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.改用频率小于的光照射，一定不发生光电效应 D.改用频率大于的光照射，光电子的最大初动能变大 解析 用频率为 的光照射光电管阴
9、极，发生光电效应，改用频率较小的光照射时，有可能发生光电效应，故 C 错误；据 hW逸12mv2 可知增加照射光频率，光电子最大初动能增大，故 D 正确；增大入射光强度，单位时间内照射到单位面积的光电子数增加，则光电流将增大，故 A 正确；光电效应是否发生与照射光频率有关而与照射光强度无关，故 B 错误。答案 AD 易错提醒(1)误认为入射光的强度只由光的频率决定，入射光的强度增大时，光电流不变而漏选A项。(2)误认为频率是极限频率，只要入射光的频率减小就一定不发生光电效应而错选C项，实际上，入射光的频率变小后，只要入射光的频率大于金属的极限频率，仍能发生光电效应。【拓展延伸】(多选)在【例1
10、】中，现改为频率为的另一单色光照射该金属表面，下面说法正确的是()A.如果，能够发生光电效应 B.如果，不能够发生光电效应 C.如果，逸出功不变 D.如果，逸出光电子的最大初动能不受影响 答案 AC【变式训练】1.在光电效应实验中，某金属的截止频率相应的波长为0，该金属的逸出功为_。若用波长为(0)的单色光做该实验，则其遏止电压为_。已知电子的电荷量、真空中的光速和普朗克常量分别为e、c和h。解析 设金属的截止频率为 0，则该金属的逸出功 W0h0h c0；对光电子，由动能定理得 eU0hcW0，解得 U0hce 00。答案 hc0 hce 00(写为hce 00 也可)考点二 光电效应的图象
11、分析 图象名称 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 极限频率：图线与轴交点的横坐标0 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 颜色相同、强度不同的光，光电流与电压的关系 遏止电压U0：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：EkmeU0 颜色不同时，光电流与电压的关系 遏止电压U01、U02 饱和光电流 最大初动能Ek1eU01，Ek2eU02 遏止电压U0与入射光频率的关系图线 截止频率0：图线与横轴的交点 遏止电压U0：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
12、积，即hke。(注：此时两极之间接反向电压)【例2】2015新课标全国卷，35(1)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3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_。图3 解析 光电效应中，入射光子能量 h，克服逸出功 W0 后多余的能量转换为电子动能，反向遏制电压 eUhW0，整理得 UheW0e，斜率即hek，所以普朗克常量 hek，截距为 b，即ebW0，所以逸出功 W0eb。答案 ek eb【变式训练】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
13、入射光频率变化的Ek图象。已知钨的逸出功是3.28 eV，锌的逸出功是3.34 eV，若将二者的图线画在同一个Ek坐标系中，如图所示，用实线表示钨，虚线表示锌，则正确反映这一过程的是()解析 依据光电效应方程 EkhW0 可知，Ek图线的斜率代表普朗克常量 h，因此钨和锌的 Ek 图线应该平行。图线的横轴截距代表截止频率 0，而 0W0h，因此钨的截止频率小些，综上所述，A 图正确。答案 A 考点三 光的波粒二象性、物质波 光既具有波动性，又具有粒子性，两者不是孤立的，而是有机的统一体，其表现规律为：(1)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)频率越低波
14、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，越不容易看到光的干涉和衍射现象，而贯穿本领越强。(3)光在传播过程中往往表现出波动性；在与物质发生作用时，往往表现为粒子性。【例3】(多选)如图4甲所示为实验小组利用100多个电子通过双缝后的干涉图样，可以看出每一个电子都是一个点；如图乙所示为该小组利用70 000多个电子通过双缝后的干涉图样，为明暗相间的条纹。则对本实验的理解正确的是()图4 A.图甲体现了电子的粒子性 B.图乙体现了电子的粒子性 C.单个电子运动轨道是确定的 D.图乙中明条纹是电子到达概率大的地方 E.图乙中暗条纹处仍有电子到达，只不过到达的概率小 解析 题图
15、甲中的每一个电子都是一个点，说明少数粒子体现粒子性，到达的位置不同，说明单个电子的运动轨道不确定，A正确，C错误；题图乙中明暗相间的条纹说明大量的粒子表现为波动性，B错误；明条纹是电子到达概率大的地方，D正确；题图乙中暗条纹处仍有电子到达，只不过到达的概率小，E正确。答案 ADE【变式训练】3.(多选)在单缝衍射实验中，中央亮纹的光强占整个从单缝射入的光强的95%以上，假设现在只让一个光子通过单缝，那么该光子()A.一定落在中央亮纹处 B.一定落在亮纹处 C.可能落在暗纹处 D.落在中央亮纹处的可能性最大 解析 大量光子的行为显示出波动性，当大量光子通过单缝时光子落在亮纹处的概率较大，尤其是中
16、央亮纹处，依题将有95%以上的光子落在中央亮纹处，落在其他亮处相对少一些，落在暗纹处光子最少，要注意暗纹处不是没有光子落在上面，只是很少而已。只让一个光子通过单缝，这个光子落在哪一位置是不可确定的，可以落在亮纹处，也可以落在暗纹处，只是落在中央亮纹处的机会更大(有95%以上)。答案 CD 1.(多选)2015新课标全国卷，35(1)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()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
17、与入射光的频率有关，与入射光的强度无关 解析 电子束通过双缝实验装置后可以形成干涉图样，可以说明电子是一种波，故A正确；射线在云室中穿过会留下清晰的径迹，可以说明射线是一种粒子，故B错误；人们利用慢中子衍射来研究晶体的结构，中子衍射说明中子是一种波，故C正确；人们利用电子显微镜观测物质的微观结构，利用了电子束的衍涉现象，说明电子束是一种波，故D正确；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，说明光是一种粒子，故E错误。答案 ACD 2.关于光电效应，下列说法正确的是()A.极限频率越大的金属材料逸出功越大 B.只要光照射的时间足够长，任何金属都能产生光电效应 C
18、.从金属表面逸出的光电子的最大初动能越大，这种金属的逸出功越小 D.入射光的光强一定时，频率越高，单位时间内逸出的光电子数就越多 解析 逸出功W0h0，W00，A正确；只有照射光的频率大于金属极限频率0，才能产生光电效应现象，B错误；由光电效应方程EkmhW0知，因不确定时，无法确定Ekm与W0的关系，C错误；光强Enh，越大，E一定，则光子数n越小，单位时间内逸出的光电子数就越少，D错误。答案 A 3.(多选)(2016湖北武汉名校联考)在X射线管中，由阴极发射的电子(不计初速度)被加速后打到阳极，会产生包括X光在内的各种能量的光子，其中光子能量的最大值等于电子的动能。已知阳极与阴极之间的电
19、势差U、普朗克常量h、电子电荷量e和光速c，则可知该X射线管发出的X光的()图5 A.最短波长为hceUB.最长波长为cheUC.最小频率为eUhD.最大频率为eUh解析 根据动能定理、光速与波长和频率的关系公式 c、光子能量 Eh，根据题意有 eUE，则可得 hceU，eUh，A、D 正确。答案 AD 4.2014 江 苏 单 科 12(C)已 知 钙 和 钾 的 截 止 频 率 分 别 为7.731014 Hz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 由爱因斯坦光电效应方程 hW012mv2m，又由 W0h0，可得光电子的最大初动能12mv2mhh0，由于钙的截止频率大于钾的截止频率，所以钙逸出的光电子的最大初动能较小，因此它具有较小的能量和动量，由 Eh 知能量小，对应光电子的频率也较小，B、C、D 错误；又由 cf 可知光电子频率较小时，波长较大，A 正确。答案 A 小结巧记 8个概念光电效应、逸出功、最大初始动能、遏止电压、截止频率、波粒二象性、概率波、物质波 1个学说光子说、光子的能量h 1个方程爱因斯坦光电效应方程Ekh0
