（江苏专用）2020高考物理二轮复习 第一部分 专题五 动量与原子物理学 第二讲 光电效应 波粒二象

第二讲光电效应波粒二象性123课前自测诊断课堂重点攻坚课后“达标”检测考点一光电效应规律和光电效应方程释疑3大考点本考点主要考查光电效应现象、规律及爱因斯坦的光电效应方程的有关应用，试题难度一般，可以选择题形式命题。在二轮复习中，注意打牢基础知识，细化审题，就可轻松得分。建议考生自学为主。(一)理清知识体系(二)深化规律内涵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；发生光电效应时，光子的能量与入射光的强度无关，如诊断卷第2题选项A。2．光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大，但二者成一次函数，不是正比关系，如诊断卷第4题选项D。3．在光电流没有达到饱和光电流时，光电管两端正向电压越大，光电流越大，当达到饱和光电流后，再增大电压，光电流也不会增大了，如诊断卷第3题选项A。4．光电子的最大初动能与反向遏止电压的关系：Ekm＝eUc(如诊断卷第6题)，因此光电效应方程可以写为：eUc＝hν－W0。[题点全练]1．一单色光照到某金属表面时，有光电子从金属表面逸出，下列描述中正确的是()A．只增大入射光的频率，金属逸出功将减小B．只延长入射光照射时间，光电子的最大初动能将增大C．只增大入射光的频率，光电子的最大初动能将增大D．只增大入射光的频率，光电子逸出所经历的时间将缩短解析：金属的逸出功由金属材料决定，与入射光无关，故A错误。根据爱因斯坦光电效应方程得知，光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大，与光照射时间无关，故B错误，C正确。只增大入射光的频率，光电子逸出所经历的时间不变，故D错误。答案：C2.(2019·南京、盐城二模)利用如图所示的电路做光电效应实验，当光照射到光电管的金属材料上时，灵敏电流计中没有电流通过。经检查实验电路完好。则发生这种现象的原因可能有__________和_______________________________。解析：当光照射到光电管的金属材料上时，灵敏电流计中没有电流通过，则说明可能没有发生光电效应，即入射光的频率小于极限频率；也可能是所加反向电压大于遏止电压。答案：入射光的频率小于极限频率所加反向电压大于遏止电压3.(2019·苏、锡、常、镇一模)如图所示装置中，阴极K在光子动量为p0的单色光1的照射下发生了光电效应，调节滑片P至某一位置，使电流表的示数恰好为零；在保持上述滑片P的位置不变的情况下，改用光子动量为0.5p0的单色光2照射阴极K，则电流表的示数将________(选填“为0”或“不为0”)，单色光1、2的波长之比为________。解析：分析可知单色光2的频率比单色光1的频率小，结合爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0，用单色光2照射时电子的初动能Ek减小，所以电子仍不能到达A极板，故电流表的示数将仍为零。由光子的动量公式p＝hλ，可知波长λ和动量p成反比，所以λ1λ2＝p2p1＝0.5p0p0＝12。答案：为01∶2考点二与光电效应现象有关的图像问题本考点所涉及的题目，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。(一)看清四类图像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ν的关系图线①极限频率：图线与ν轴交点的横坐标νc②逸出功：图线与Ek轴交点的纵坐标的绝对值W0＝|－E|＝E③普朗克常量：图线的斜率k＝h颜色相同、强度不同的光，光电流与电压的关系①遏止电压Uc：图线与横轴的交点②饱和光电流Im：电流的最大值③最大初动能：Ekm＝eUc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①遏止电压Uc1、Uc2②饱和光电流③最大初动能Ek1＝eUc1，Ek2＝eUc2遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图线①截止频率νc：图线与横轴的交点②遏止电压Uc：随入射光频率的增大而③普朗克常量h：等于图线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(二)记牢三个规律1．Ek­ν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7题。2．在I­U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，如诊断卷第9题中的甲、乙光；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，如第9题中的丙光。3．由I­U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，当光电流达到饱和值时，电压再增大，电流也不再增大了。[题点全练]1．[多选]如图甲所示为光电效应的实验装置示意图，图乙为遏止电压随光照频率的变化规律。下列说法正确的是()A．该金属的极限频率约为5.1×1014HzB．若图线斜率为k，则普朗克常量为keC．用某色光照射金属板时能发生光电效应，增大光照强度则电流表示数增大D．用某色光照射金属板时能发生光电效应，将滑动变阻器向右移电流表示数增大解析：由Uc＝hνe－W0e知，该金属的极限频率为5.1×1014Hz，斜率为k时，普朗克常量为ke，A、B正确；用某色光照射金属板时能发生光电效应，增大光照强度则电流表示数增大，向右移动滑动变阻器电流表示数将变小，甚至变为零，选项C正确，D错误。答案：ABC2．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ν变化的Ek­ν图像。已知钨的逸出功是3.28eV，锌的逸出功是3.24eV，若将二者的图线画在同一个Ek­ν坐标图中，用实线表示钨，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ν0，ν0＝W0h，因此钨的ν0大些，故B正确。答案：B3．[多选]如图甲是光电效应的实验装置图，图乙是光电流与加在阴极K和阳极A上的电压的关系图像，下列说法正确的是()A．由图线①、③可知在光的颜色不变的情况下，入射光越强，饱和电流越大B．由图线①、②、③可知对某种确定的金属来说，其遏止电压只由入射光的频率决定C．只要增大电压，光电流就会一直增大D．遏止电压越大，说明从该金属中逸出的光电子的最大初动能越大解析：由图线①、③可知在光的颜色不变的情况下，入射光越强，饱和电流越大，故A正确；根据光电效应方程知，Ekm＝hν－W0＝eUc，可知入射光频率越大，最大初动能越大，遏止电压越大，可知对于确定的金属，遏止电压与入射光的频率有关，故B正确；增大电压，当电压增大到一定值时，电流达到饱和电流，将不再增大，故C错误；根据Ekm＝eUc，遏止电压越大，说明从该金属中逸出的光电子的最大初动能越大，故D正确。答案：ABD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，题型可为选择题，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。(一)理解基本概念和规律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①光的波动性不同于宏观观念的波②光是一种波，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光的粒子性光电效应、康普顿效应①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”②不同于宏观观念的粒子①大量光子易显示出波动性，而少量光子易显示出粒子性②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、统一①光子说并未否定波动说，E＝hν＝hcλ中，ν和λ就是波的概念②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概率光子波动粒子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λ＝hp，p为运动物体的动量，h为普朗克常量。(二)辨析常见问题和方法1．少量光子具有粒子性，大量光子具有波动性。诊断卷第10题中的干涉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。3．电子属于实物粒子。诊断卷第12题中的电子衍射实验就证实了电子具有波动性，是物质波理论强有力的证据。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λ＝hp便可求得结果。[题点全练]1．关于物质波的认识，下列说法中不正确的是()A．宏观物体尽管可以看作物质波，但他们不具有干涉、衍射等现象B．物质波也是一种概率波C．任一运动的物体都有一种波和它对应，这就是物质波D．电子的衍射实验证实了物质波的假设是正确的解析：衍射现象和干涉现象是一切波的性质特征，故A选项错误。物质波，又称德布罗意波，是概率波，指空间中某点某时刻可能出现的概率，其中概率的大小受波动规律的支配，故B选项正确。任何一个运动着的物体，小到电子质子大到行星太阳，都有一种波与之对应，这种波称为物质波，故C选项正确。电子是实物粒子，衍射是波特有的，所以电子束的衍射图样证实了德布罗意物质波的假设是正确的，故D选项正确。答案：A2．[多选]利用金属晶格(大小约10－10m)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λ＝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；由德布罗意波波长公式λ＝hp，而动量p＝2mEk＝2meU，两式联立得λ＝h2meU，B正确；从公式λ＝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：AB3．(2019·江苏高考)在“焊接”视网膜的眼科手术中，所用激光的波长λ＝6.4×10－7m，每个激光脉冲的能量E＝1.5×10－2J。求每个脉冲中的光子数目。(已知普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，光速c＝3×108m/s。计算结果保留一位有效数字)解析：光子能量ε＝hcλ光子数目n＝Eε联立解得n≈5×1016。答案：5×10161．(2018·江苏高考)光电效应实验中，用波长为λ0的单色光A照射某金属板时，刚好有光电子从金属表面逸出。当波长为λ02的单色光B照射该金属板时，光电子的最大初动能为________，A、B两种光子的动量之比为________。(已知普朗克常量为h、光速为c)解析：该金属的逸出功W＝hν0＝hcλ0波长为λ02的单色光的频率ν＝2cλ0根据光电效应方程得，光电子的最大初动能Ek＝hν－W＝h2cλ0－hcλ0＝hcλ0。根据p＝hλ，得A、B两光子的动量之比pApB＝λ02λ0＝12。答案：hcλ01∶22.(2019·南京三模)如图所示，当开关K断开时，用光子能量为2.8eV的一束光照射阴极P，发现电流表读数不为零。合上开关，调节滑动变阻器，发现当电压表读数小于0.70V时，电流表读数仍不为零；当电压表读数大于或等于0.70V时，电流表读数为零。由此可知阴极材料的逸出功为________eV；若将照射到阴极P上的该光的照射强度变为原来的2倍，则遏止电压为________V。解析：用光子能量为2.8eV的光照射时，光电子逸出时的最大初动能为12mv2，阴极材料的逸出功为W，根据爱因斯坦光电效应方程得：12mv2＝hν－W，题图中光电管上加的是反向电压，据题意，当反向电压达到U＝0.70V以后，具有最大初动能的光电子也不能到达阳极，因此eUc＝12mv2，解得W＝hν－eUc＝2.8eV－0.70eV＝2.1eV；若将照射到阴极P上的该光的照射强度变为原来的2倍，遏止电压为Uc＝0.70V保持不变。答案：2.10.703．(2019·南通一模