2023版高考物理一轮总复习第十三章第1节光电效应波粒二象性课件

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光电效应 波粒二象性
一、光电效应1.光电效应.图 13-1-1如图 13-1-1 所示，在光的照射下物体发射电子的现象
叫光电效应，发射出来的电子叫________.
说明：(1)遏止电压：使________减小到零的反向电压
(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.
3.爱因斯坦的光子说：光的能量________连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光子，光子的能量 E 跟光的频率ν成正比：E＝________(h 是普朗克常量).
4.爱因斯坦光电效应方程.
(1)最大初动能和逸出功.
金属表面的电子吸收光子后，克服金属原子核的引力做功.直接从金属表面逸出的电子所具有的最大动能称为最大初动能，克服金属原子核的引力逃逸出而成为光电子
所做的功的最小值叫________.
(2)光电效应方程：________________，hν极限 ＝W0.(Ek是光电子的最大初动能；W0 是逸出功，即从金属表面直接飞出的光电子克服原子核的引力所做的功).
(1)光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有__________.
(2)光电效应说明光具有__________.
(3)光既具有波动性，又具有粒子性，称为光的______________.
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 λ＝
的动量，h 为普朗克常量.3.概率波.光的干涉现象是大量光子的运动遵循波动规律的表现，亮条纹是光子到达概率大的地方，暗条纹是光子到达概率小的地方，因此光波又叫概率波.
【基础自测】1.判断下列题目的正误.
(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，时间足够长，就可以使
(3)若红光能使某金属发生光电效应，则紫光必然能使
(4)光电效应方程 Ek＝hν－W0 中ν为入射光子的频率不
(5)光的频率越高，光的粒子性越明显，但仍具有波动
)答案：(1)× (2)× (3)√ (4)√ (5)√
2.(多选，2021 年广东佛山质检)若在光电管中的金属材料受到蓝光照射，发生光电效应，光电子定向移动形成
光电流，对此现象说法正确的是(
A.改用紫光照射，光电子的最大初动能变大B.其他条件不变，增大光照强度，光电流变大C.被蓝光照射后，金属材料带负电D.改用紫光照射，遏止电压减小答案：AB
3.如图 13-1-2 所示，把一块锌板连接在验电器上，并使锌板带负电，验电器指针张开.用紫外线灯照射锌板，观察验电器指针发现验电器张开的指针夹角会变小，说明锌板带的负电荷变少了，这意味着紫外线会让电子从锌板表
A.换红外线灯照射锌板，验电器的指针夹角也一定会
B.从锌板逸出的光电子的最大初动能与入射光的频率
C.用一个带正电的导体球接触锌板后，验电器张开的
D.用强度较弱的紫外线灯照射锌板，单位时间内从锌
4.(多选)下列有关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.康普顿效应表明光具有粒子性答案：CD
热点 1 光电效应[热点归纳]
1.光电效应的研究思路.(1)两条线索：
①能否发生光电效应，不取决于光的强度而取决于光
②光电效应中的“光”不是特指可见光，也包括不可
③逸出功的大小由金属本身决定，与入射光无关.
2.定量分析光电效应时应抓住的三个关系式.(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νc 、极限波长λc 的关系：W0 ＝
3.光电管上加正向与反向电压情况分析.(1)光电管加正向电压情况(图 13-1-3).
①P 右移时，参与导电的光电子数增加；
②P 移到某一位置时(电压增大到一定程度，越来越接近饱和，是一个无限接近的值)，所有逸出的光电子恰好都参与了导电，光电流恰好达到最大值；
③P 再右移时，光电流不再增大.
(2)光电管加反向电压情况(图 13-1-4).
①P 右移时，参与导电的光电子数减少；
②P 移到某一位置时，所有逸出的光电子恰好都不参与导电，光电流恰好为 0，此时光电管两端加的电压为遏止电压；
③P 再右移时，光电流始终为 0.
考向 1 光电效应现象【典题 1】(多选)如图 13-1-5 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
)A.有光子从锌板逸出B.有光电子从锌板逸出C.验电器指针张开一个角度
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量从锌板表面逸出，称之为光电子，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，C 正确，D错误.
考向 2 光电效应的规律【典题 2】(2020 年山东泰安模拟)如图 13-1-6 所示为研究光电效应现象的实验原理图.已知光电管阴极材料的极限频率为ν0，现用频率为ν(ν＞ν0)的单色光照射光电管，发现滑动变阻器的滑片 P 处于图示位置时，灵敏电流计的
示数为零，下列说法正确的是(图 13-1-6
A.灵敏电流计的示数为零，是因为没有发生光电效应B.若不断向左移动滑片 P，则灵敏电流计一定会有示
C.若不断向右移动滑片 P，则灵敏电流计一定会有示
D.仅不断增大入射光的光照强度，灵敏电流计一定会
解析：灵敏电流计的示数为零，是因为如图加在光电管两端的反向电压使得打出的光电子无法到达阴极，从而没有形成光电流，而不是没有发生光电效应，故 A 错误；
由题知，滑动变阻器的滑片 P 处于图示位置时，灵敏电流计的示数为零，故若不断向左移动滑片 P，则使得加在光电管两端的反向电压增大，则光电子不能形成光电流，所以灵敏电流计一定不会有示数，故 B 错误；若不断向右移动滑片 P，则使得加在光电管两端的反向电压减小，则光电子一定能形成光电流，所以灵敏电流计一定会有示数，故 C 正确；仅不断增大入射光的光照强度，对打出光电子的最大初动能没有影响，所以，灵敏电流计的示数仍为零，故 D 错误.
手术中，所用激光的波长λ＝ 6.4×10－7 m，每个激光脉冲
朗克常量 h＝6.63× 10－34 J·s，光速 c＝3×108 m/s.计算结
考向 3 光子说【典题 3】(2019 年江苏卷)在“焊接”视网膜的眼科
的能量 E＝1.5× 10－2 J.求每个脉冲中的光子数目.(已知普
果保留 1 位有效数字)
解：每个光子的能量为 E0＝hν＝h
每个激光脉冲的能量为 E，所以每个脉冲中的光子个
联立且代入数据解得 N≈5×1016 个.
热点 2 光电效应与图像的综合
考向 1 光电效应的 Ek­ν图像【典题 4】(2021 年四川遂宁模拟)光电效应实验，得到光电子最大初动能 Ekm 与入射光频率ν的关系如图 13-1-7
所示.普朗克常量、金属材料的逸出功分别为(图 13-1-7
解析：根据 Ekm＝hν－W0 得，Ekm-ν图像的纵轴截距的绝对值等于金属的逸出功 W0＝b，图像的斜率表示普朗克答案：A
考向 2 光电效应的 I­U 图像【典题 5】(2021 年广东东莞月考)某实验小组在研究光电效应的实验中，用 a、b 两束单色光分别照射同一光电管的阴极，得到了两条光电流随电压变化的关系曲线，如
图 13-1-8 所示.下列说法正确的是(A.a 光的频率小于 b 光的频率B.a 光的频率等于 b 光的频率C.a 光的强度小于 b 光的强度D.a 光的强度等于 b 光的强度
解析：由图可知，两图线遏止电压相同，据光电效应
等于 b 光的频率，A 错误，B 正确；入射光越强，饱和光电流越大，a 图线对应的饱和光电流较大，可知 a 光的强度大于 b 光的强度，CD 错误.答案：B
考向 3 光电效应的 Uc-ν图像【典题 6】(2021 年浙江绍兴质检)如图 13-1-9 甲所示，在光电效应实验中，某同学用相同频率的单色光分别照射阴极材料为锌和铜的两个不同的光电管，结果都能发生光电效应.图乙为其中一个光电管的遏止电压 Uc 随入射光的频率ν变化的函数关系图像.对于这两个光电管，下列判断
图 13-1-9A.光电子的最大初动能相同B.因为材料不同，逸出功不同，所以遏止电压 Uc 不同C.单位时间内逸出的光电子数一定相同，饱和电流也一定相同D.两个光电管的 Uc-ν图线的斜率可能不同
解析：根据光电效应方程 hν－W＝Ek
同金属的逸出功不同，因此光电子的最大初动能不同，A
错误；又由于 Uce＝Ek
②由于两种金属的逸出功不同，
光电子的最大初动能不同，所以遏止电压 Uc 也不同，B 正确；由于不知道两束光的光照强度关系，因此无法判断单位时间内逸出的光电子数以及饱和电流的大小关系，C 错
热点 3 光的波粒二象性与物质波[热点归纳]
1.对光的波粒二象性的理解.
2.物质波.(1)定义：任何运动着的物体都有一种波与之对应，这种波叫做物质波，也叫德布罗意波.
【典题 7】质量为 m 的粒子原来的速度为 v，现将粒子的速度增大为 2v，则描写该粒子的物质波的波长将(粒
A.保持不变B.变为原来波长的两倍C.变为原来波长的一半D.变为原来波长的 倍答案：C
静止的原子核放出一个波长为λ的光子，已知普朗克常量为h，光在真空中传播的速度为 c，求：
(1)质量为 M 的反冲核的速度.(2)反冲核运动时物质波的波长.