2024年高考物理一轮复习第十三章第1节光电效应波粒二象性课件

这是一份2024年高考物理一轮复习第十三章第1节光电效应波粒二象性课件，共47页。PPT课件主要包含了光电子，光电效应的规律，极限频率，光电流，逸出功，Ek＝hν－W0，光的波粒二象性，波动性，粒子性，波粒二象性等内容，欢迎下载使用。

第1节 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 Uc.(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
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.光的波粒二象性.(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，都克常量.
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，就可以使金属发
(3)若红光能使某金属发生光电效应，则紫光必然能使该金属
(4)光电效应方程 Ek＝hν－W0 中ν为入射光子的频率不是金属
(5)光的频率越高，光的粒子性越明显，但仍具有波动性.(
答案：(1)× (2)× (3)√ (4)√
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
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.(2022 年广东广州模拟)如图 13-1-2，电路中所有元件完好.
当光照射光电管时，灵敏电流计指针没有偏转，其原因是(图 13-1-2
A.电源的电压太大C.入射光的强度太强
B.光照的时间太短D.入射光的频率太低
解析：电源正负极的连接使得光电子在电场中做加速运动，故无论电源电压多大都不会让灵敏电流计指针没有偏转，A 错误.光电效应的发生是瞬间的，与入射光的照射时间无关，B 错误.灵敏电流计指针未发生偏转，可能是未发生光电效应现象，即入射光的频率小于金属的截止频率(入射光的波长大于金属的极限波长)，与光照强度无关，C 错误，D 正确.
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.
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.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.答案：BC
发生光电效应，从锌板上溢出的是吸收了光子的
电子——光电子，锌板失去电子带正电，而验电器与锌板相连，二者带同种电荷，并非溢出的光电子飞到验电器上.
考向 2 光电效应的规律【典题 2】用图 13-1-6 示装置研究光电效应现象，当滑动头 P 从 N 移到 M 的过程中，光电流始终为零.为了产生光电流，可采取的措施
)A.增大入射光的强度
B.增大入射光的频率C.把 P 向 M 移动D.将电源正负极反接
解析：由题图可知，当滑动头 P 从 N 移到 M 的过程中，光电流始终为零，说明没有发生光电效应现象.能否发生光电效应与入射光的强度无关，所以增大入射光的强度，仍不能产生光电流，A 错误.增大入射光的频率，当入射光的频率大于金属的极限频率时，产生光电效应现象，金属中有光电子发出，电路中能产生光电流，B 正确.把 P 向 M 移动或将电源正负极反接均不能使金属发生光电效应现象，电路中均不能产生光电流，C、D 错误.
为λ＝6.4×10－7 m，每个激光脉冲的能量为 E＝1.5×10－2 J.求每个
考向 3 光子说【典题 3】在“焊接”视网膜的眼科手术中，所用激光的波长
脉冲中的光子数目.(已知普朗克常量 h＝6.63×10－34 J·s，光速 c＝ 3×108 m/s.计算结果保留 1 位有效数字)
热点 2 光电效应与图像的综合
考向 1 光电效应的 Ek-ν图像【典题 4】(多选，2022 年广东珠海模拟)在研究甲、乙两种金属光电效应现象的实验中，光电子的最大初动能 Ek 与入射光频率
ν的关系如图 13-1-7 所示，则(
图 13-1-7A.两条图线与横轴的夹角α和β可能不相等
B.若增大入射光频率ν，则所需的遏止电压 Uc 随之增大C.若某一频率的光可以使乙金属发生光电效应，则一定也能
D.若增加入射光的强度，不改变入射光频率ν，则光电子的最
解析：根据爱因斯坦光电效应方程 Ek＝hν－W0 可知，光电子的最大初动能 Ek 与入射光频率ν的关系图像的斜率为普朗克常量h ，所以两条图线的斜率一定相等，α 和β 一定相等，A 错误. 由Ek＝hν－W0 可知，若增大入射光的频率ν，则产生的光电子的最大
初动能增大.由 eUc＝Ek 可知，若增大入射光频率ν，则所需的遏止电压 Uc 将增大，B 正确.光电子的最大初动能 Ek 与入射光频率ν的关系图像与横轴的截距等于金属的逸出功 W0 与普朗克常量 h 的比值，由图像可知甲的逸出功较小，因此某一频率的光可以使乙金属发生光电效应，则一定能使甲金属发生光电效应，C 正确.根据光电效应规律，若不改变入射光频率ν，而增加入射光的强度，则光电子的最大初动能不变，D 错误.
考向 2 光电效应的 I-U 图像【典题 5】(2022 年广东茂名月考)如图 13-1-8 甲所示，密封的真空玻璃管中的两个电极，阴极 K 与阳极 A 之间电压 U 的大小可调，电源的正负极也可以对调.闭合开关后，阳极 A 吸收阴极 K 发出的光电子，形成的光电流与电压的关系图像如图乙所示.现用蓝
光、弱黄光、强黄光照射阴极 K，图中 a、b、c 光依次为(
A.蓝光、弱黄光、强黄光C.强黄光、蓝光、弱黄光
B.弱黄光、蓝光、强黄光D.蓝光、强黄光、弱黄光
解析：当光电流为零时，光电管两端加的电压为遏止电压，对应的光的频率为截止频率，根据 eUc＝hν－W0，入射光的频率越高，对应的遏止电压 U 越大，a 光、c 光的遏止电压相等，所以 a光、c 光的频率相等，而 b 光的频率大，由图可知，a 的饱和电流最大，因此 a 光束照射时单位时间内产生的光电子数量大，光强大，而 c 光的强度最小，b 光的强度介于二者之间，因为蓝光的频率大于黄光，所以 a 光、b 光、c 光依次为强黄光、蓝光、弱黄光，故 C 正确.
思路导引 遏止电压与入射光的频率有关，与光的强度无关，对同样频率的光，饱和光电流，与光子个数成正比，即与光的强度成正比.
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，下列判断正确的是(
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
属的逸出功不同，因此光电子的最大初动能不同，A 错误.又根据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
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.
(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(粒子的质量保持不
)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
频率有以下关系c＝λν，光源每秒发出的光子的个数为n＝ ＝
【迁移拓展】(2022 年全国乙卷)一点光源以 113 W 的功率向周围所有方向均匀地辐射波长约为 6 × 10 -7 m的光，在离点光源距离为 R 处每秒垂直通过每平方米的光子数为 3×1014 个.普朗克
常量为 h＝6.63×10-34 J· s.R 约为(A.1 × 102 mC.6 × 102 m
)B.3 × 102 mD.9 × 102 m
解析：一个光子的能量为 E＝hν，ν为光的频率，光的波长与
P 为光源的功率，光子以球面波的形式传播，那么以光源为原点