2026高考一轮总复习 物理课件_第1讲　光电效应和波粒二象性_含解析

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（1）定义：周围的一切物体都在 电磁波，这种辐射与物体 的 有关，所以叫热辐射。
（2）特点：热辐射强度按波长的分布情况随物体 ⁠的不同而有所 不同。
2. 黑体、黑体辐射的实验规律
（1）黑体：能够 入射的各种波长的电磁波而不发生 ⁠ 的物体。
（2）黑体辐射的实验规律
①对于一般材料的物体，辐射电磁波的情况除与 有关外，还与材 料的 及表面状况有关。
②黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的 有关。随着温 度的升高，一方面，各种波长的辐射强度都有 ，另一方面，辐射 强度的极大值向波长较 的方向移动，如图所示。
（1）定义：普朗克认为，当带电微粒辐射或吸收能量时，只能辐射或 吸收某个最小能量值ε的 倍，这个不可再分的最小能量值ε叫 作能量子。
（2）大小：ε＝ ，其中ν是带电微粒吸收或辐射电磁波的频率，h称 为普朗克常量（一般取h＝6.63×10－34 J·s）。
1. 光电效应及其规律
在光的照射下，金属中的 从表面逸出的现象，发射出来的电子叫 作 ⁠。
（2）光电效应的产生条件
入射光的频率 金属的极限频率。
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。
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光电效应的发生几乎是 的，一般不超过10－9 s。
④当入射光的频率大于极限频率时，饱和电流的大小与入射光的强度 成 ⁠。
2. 爱因斯坦光电效应方程
（1）表达式：Ek＝hν－W0。
（2）物理意义：金属中的电子吸收一个光子获得的能量是hν，在这些能量 中一部分大小为W0的能量被电子用来脱离金属，剩下的是逸出后电子 的 ⁠。
（3）逸出功W0：电子从金属中逸出所需做功的 ⁠。
1. 康普顿效应和光子的动量
在散射的X射线中，除了与入射波长λ0相同的成分外，还有波长大于λ0的成 分，这个现象称为康普顿效应。康普顿效应说明光子不仅具有能量，而且 具有 ⁠。
（1）光的干涉、衍射、偏振现象说明光具有 性。
（2）光电效应和康普顿效应说明光具有 性。
（3） ，即光具有波粒二象性。
光既具有波动性，又具有粒子性　
（1）1924年，法国物理学家德布罗意提出：实物粒子也具有波动性，即 每一个运动的粒子都与一个对应的波相联系，这种波叫作物质波，也 叫 波。所以实物粒子也具有波粒二象性。
1. 黑体能够反射各种波长的电磁波，但不会辐射电磁波。（　×　）
2. 光子和光电子都是实物粒子。（　×　）
3. 只要入射光的强度足够强，就能发生光电效应。（　×　）
4. 光的波长越长，越容易发生干涉和衍射现象。（　√　）
5. 光电效应、康普顿效应都说明光具有粒子性，说明光的波动说是错误 的。（　×　）
1. 〔多选〕（人教版选择性必修第三册，P68图4.1－2改编）如图所示， 画出了四种温度下黑体辐射的强度与波长的关系图像，由图像可以看出， 随着温度的升高，下列说法正确的是（　　）
解析： 　由题给图像可以看出，随着温度的升高，各种波长的辐射强 度都有增加，且辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，故B错误，A、 C正确；随着温度的升高，黑体的辐射强度仍然是随波长的增大而先增大 再减小，故D正确。
2. 〔多选〕（人教版选择性必修第三册P71“问题”改编）如图所示，用 导线把不带电的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（　　）
解析： 　用紫外线照射锌板时，锌板里的电子吸收紫外线的能量从锌板 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，锌板失去电子带正电，且失去的电子越多，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。
3. （人教版选择性必修第三册P76图4.2－6改编）康普顿效应证实了光子 不仅具有能量，也具有动量，如图所示给出了光子与静止电子碰撞后电子 的运动方向，则碰撞后光子可能沿 （选填“1”“2”或“3”）方向 运动，并且波长 （选填“不变”“变短”或“变长”）。
解析：因为光子与电子碰撞过程中动量守恒，所以碰撞之后光子和电子的 总动量的方向与光子碰撞前的方向一致，可见碰撞后光子的方向可能沿1 方向，不可能沿2或3方向；通过碰撞，光子将一部分能量转移给电子，能 量减少，由ε＝hν知，频率变小，再根据c＝λν知，波长变长。
4. （2024·湖南高考1题）量子技术是当前物理学应用研究的热点，下列关 于量子论的说法正确的是（　　）
解析： 　普朗克认为黑体辐射的能量是量子化的，A错误；紫光的频率大 于红光的频率，由爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0可知，若改用紫光照 射此金属表面，一定能发生光电效应，即电子也可以从金属表面逸出，B 正确；康普顿散射实验发现，X射线被较轻物质（石墨、石蜡等）散射后 除了有波长与原波长相同的成分外还有波长较长的成分，C错误；德布罗 意认为实物粒子具有波粒二象性，D错误。
考点一　黑体辐射和能量子
1. 黑体辐射的实验规律
随着温度的升高，一方面，各种波长的辐射强度都有增加，另一方面，辐 射强度的极大值向波长较短的方向移动。
2. 能量子（1）普朗克假设：组成黑体的振动着的带电微粒的能量只能是某一最小 能量值ε的整数倍。例如，可能是ε或2ε、3ε……他把这个不可再分的最小 能量值ε叫作能量子。（2）表达式为ε＝hν，这里的ν是带电微粒的振动频率，即带电微粒吸收或 辐射电磁波的频率。
【练1】 关于黑体辐射的下列说法正确的是（　　）
解析： 　一般物体的热辐射强度除与温度有关之外，还与材料、表面状 况等因素有关，故A错误；黑体可以完全吸收电磁波而不发生反射，同时 自身可以有较强的辐射，所以看上去不一定是黑的，故B错误；根据黑体 辐射实验规律可得，一定温度下黑体辐射强度有一个极大值，故C正确； 根据黑体辐射实验规律可知，黑体热辐射强度的极大值随温度的升高向波 长较小的方向移动，故D错误。
【练2】 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（　　）
考点二　光电效应规律的理解及应用
1. 光电效应的两条对应关系
入射光强度大→光子数目多→发射光电子多→光电流大；光子频率高→光 子能量大→光电子的最大初动能大。
2. 光电效应中三个重要关系式
（1）爱因斯坦光电效应方程：Ek＝hν－W0。
（2）光电子的最大初动能Ek与遏止电压Uc的关系：Ek＝eUc。
（3）逸出功W0与极限频率νc的关系：W0＝hνc。
3. 理解光电效应的“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，而是电子。
〔多选〕（2024·吉林高考8题）X射线光电子能谱仪是利用X光照射 材料表面激发出光电子，并对光电子进行分析的科研仪器。用某一频率的 X光照射某种金属表面，逸出了光电子，若增加此X光的强度，则（　　）
解析：金属的逸出功是金属本身的特性，与照射光的强度无关，A错误； 根据ε＝hν可知，X光的光子能量与其强度无关，B正确；根据爱因斯坦光 电效应方程Ek＝hν－W0，结合A、B项分析可知，逸出的光电子最大初动能 与照射光的强度无关，C错误；若增加此X光的强度，则单位时间入射到金 属表面的光子数增多，单位时间逸出的光电子数增多，D正确。
（2024·海南高考8题）利用如图所示的装置研究光电效应，单刀双掷 开关S与1接通，用频率为ν1的光照射光电管，调节滑动变阻器，使电流表 的示数刚好为0，此时电压表的示数为U1，已知电子电荷量绝对值为e，普 朗克常量为h，下列说法正确的是（　　）
光电管加正向与反向电压的情况分析
如图所示为研究光电效应实验的电路图。初始时刻，滑动触头P在O 点左侧靠近a点某位置；用一定强度的绿光照射光电管K极，当闭合开关 后，微安表的示数不为0，则在P向b端移动的过程中（　　）
解析： 　在P向b端移动的过程中，在到达O点之前，A极电势低于K极电 势，随着P靠近O，静电力对光电子做的负功越来越少，微安表的示数增 大；过了O点之后，A极电势高于K极电势，静电力对光电子做正功，微安 表的示数增大，当达到饱和电流后微安表的示数不再增大，A、B错误；A 极电势逐渐升高，P到达O点前静电力对光电子做的负功减小，过了O点后 静电力对光电子做的正功逐渐增大，根据动能定理可知到达A极的光电子 动能不断增大，C正确；根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0，可知K极 逸出的光电子的最大初动能不变，D错误。
考点三　波粒二象性和物质波的理解
1. 光的波粒二象性的理解
【练3】 用极微弱的可见光做双缝干涉实验，随着时间的增加，在屏上先 后出现如图a、b、c所示的图像，则（　　）
解析： 　题图a只有分散的亮点，表明光具有粒子性；题图c呈现干涉条 纹，表明光具有波动性，A、B错误；紫外线也具有波粒二象性，也可以观 察到类似的图像，C错误；实验表明光是一种概率波，D正确。
【练4】 实验表明：光子与速度不太大的电子碰撞发生散射时，光的波长 会变长或者不变，这种现象叫康普顿散射，该过程遵循能量守恒定律和动 量守恒定律。如果电子具有足够大的初速度，以至于在散射过程中有能量 从电子转移到光子，则该散射被称为逆康普顿散射，这一现象已被实验证 实，关于上述逆康普顿散射，下列说法正确的是（　　）
解析： 　在逆康普顿散射中，能量从电子转移到光子，所以散射后电子 的速度和能量变小，光子的能量变大，光子的频率变大，故A、C、D错 误；根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0可知，ν越大，Ek越大，因此若 散射前的入射光照射某金属表面时能发生光电效应，则散射光照射该金属 时，光电子的最大初动能将变大，故B正确。
【练5】 已知普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，电子的质量为9.11×10－31 kg，一个电子和一滴直径约为4 μm的油滴具有相同动能，则电子与油滴的 德布罗意波长之比的数量级为（　　）
光电效应三类图像的对比分析
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Ek-ν图像，已知钨的逸出功是 4.54 eV，锌的逸出功是3.34 eV，若将二者的图线画在同一个Ek-ν图像 中，如图所示，用实线表示钨的Ek-ν图线，虚线表示锌的Ek-ν图线，则正确 反映这一过程的是（　　）
（2025·广东湛江模拟）用图甲所示的电路研究光电效应中电子发 射的情况与照射光的强弱、光的颜色（频率）等物理量之间的关系。分别 用三束光照射同一阴极K进行了三次实验，得到电流表示数I与电压表示数 U之间的关系如图乙所示。下列说法正确的是（　　）
解析：由爱因斯坦光电效应方程得eUc＝Ek＝hν－W0，可以看出遏止电压 与频率呈线性关系，频率越大，遏止电压越大，所以由图乙可知，①光的 频率等于③光的频率，③光的频率低于②光的频率，所以入射光光子的能 量E②＞E①＝E③，光电子的最大初动能Ek②＞Ek①＝Ek③，故A、B错误；由 图乙可得，①光对应饱和光电流大于③光对应的饱和光电流，因为饱和光 电流越大，单位时间内逸出的光电子数越多，且逸出的光电子数等于入射 的光子数，所以单位时间照射到K上的光子数n①＞n③，故C正确；同一阴 极K的逸出功相等，故D错误。
如图是密立根于1916年发表的钠金属光电效应的遏止电压Uc与入射光频率ν的实验曲线，该实验直接证明了爱因斯坦光电效应方程，并且第一次利用光电效应实验测定了普朗克常量h。由图像可知（　　）
1. （2025·江苏苏州市第一中学检测）关于黑体与黑体辐射，下列说法正 确的是（　　）
解析： 　任何物体在任何温度下都会发生热辐射，选项A错误；黑体可以 辐射电磁波，不一定是黑色的，选项B错误；黑体是一种理想模型，其辐 射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关，与其他因素无关，选 项C正确；煤烟的温度不会持续上升，因为能量不断被吸收的同时，还伴 随着能量的辐射，最终将趋于平衡，选项D错误。
2. （2025·广东佛山模拟）中国科学家2023年2月26日在国际上刊文宣布， 通过我国高海拔宇宙线观测站“拉索”，在人类历史上首次找到能量高于 1亿亿电子伏特的宇宙线起源天体。已知普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s， 电子的电荷量e＝－1.6×10－19 C，人眼能看见的最高能量的可见光为频率 ν＝7.8×1014 Hz的紫光，该紫光光子能量为（　　）
3. 图1是用很弱的光做双缝干涉实验得到的不同数量的光子照射到感光胶 片上的照片。图2是1927年戴维森和G. P. 汤姆孙分别完成的电子衍射实验 简化图，该实验是荣获诺贝尔奖的重大近代物理实验之一。关于这两个图 片，下列说法中正确的是（　　）
解析： 　光具有波粒二象性，题图1说明少量光子粒子性表现明显，大量 光子波动性表现明显，故A、B错误；题图2是电子束的衍射实验，证明实 物粒子具有波动性，而不是光子，故C错误，D正确。
4. （2025·山东德州模拟）某实验小组研究光电效应规律时，用不同频率 的光照射同一光电管并记录数据，得到遏止电压与入射光频率的关系图像 如图所示，已知电子电荷量为e，则该光电管的阴极材料的逸出功为 （　　）
5. 〔多选〕（2025·河南信阳市期中）电子双缝干涉实验是近代证实物质 波存在的实验。如图所示，电子枪持续发射的电子动量为1.2×10－23 kg·m/s，然后让它们通过双缝打到屏上。已知电子质量取9.1×10－31 kg， 普朗克常量取6.6×10－34 J·s，下列说法正确的是（　　）
6. 如图所示，在研究光电效应的实验中，保持P的位置不变，用单色光a照 射阴极K，电流计G的指针不发生偏转；改用另一频率的单色光b照射K， 电流计的指针发生偏转，那么（　　）
解析： 　用单色光a照射阴极K，电流计G的指针不发生偏转，说明a光的 频率小于阴极K的截止频率，增加a光的强度也无法使电流计的指针发生偏 转，故A错误；由于电子运动方向从d到c，所以电流方向从c到d，故B错 误；只增加b光的强度可以使光电流增大，使通过电流计的电流增大，故C 正确；b光能使阴极K发生光电效应，b光的频率大于阴极K的截止频率也就 大于a光的频率，b光的波长一定小于a光的波长，故D错误。
7. （2025·安徽蚌埠市模拟）如图所示，分别用1、2两种材料作K极进行光 电效应探究，其截止频率ν1＜ν2，保持入射光不变，则光电子到达A极时动 能的最大值Ekm随电压U变化关系的图像是（　　）
解析： 　光电管所加电压为正向电压，则根据爱因斯坦光电效应方程可 知光电子到达A极时动能的最大值Ekm＝Ue＋hν－hν截止，可知Ekm-U图像的 斜率相同，均为e；截止频率越大，则图像在纵轴上的截距越小，因ν1＜ ν2，则C正确，A、B、D错误。
8. 一个德布罗意波波长为λ1的中子和另一个德布罗意波波长为λ2的氘核同 向正碰后结合成一个氚核，该氚核的德布罗意波波长为（　　）
9. 某种金属发生光电效应时逸出光电子的最大初动能Ek与入射光频率ν的 关系图像如图所示，图线与横轴的交点为ν0，图线的延长线与纵轴的交点 为－E，下列说法正确的是（　　）
10. 〔多选〕甲、乙图为甲、乙两束光经过同一双缝干涉装置后产生的干 涉条纹，丙图为光电效应实验图，实验中施加反向电压得到的光电流I与光 电管两端电压U的关系如图丁所示，下列说法正确的是（　　）

11. 〔多选〕（2023·浙江6月选考15题）有一种新型光电效应量子材料， 其逸出功为W0。当紫外光照射该材料时，只产生动能和动量单一的相干光 电子束。用该电子束照射间距为d的双缝，在与缝相距为L的观测屏上形成 干涉条纹，测得条纹间距为Δx，已知电子质量为m，普朗克常量为h，光速 为c，则（　　）
12. （2025·山东青岛高三月考）从1907年起，美国物理学家密立根用如图 所示的实验装置测量光电效应中几个重要的物理量。在这个实验中，若先 后用频率为ν1、ν2的单色光照射阴极K均可产生光电流。调节滑片P，当电 压表示数分别为U1、U2时，ν1、ν2的光电流恰减小到零。已知U1＞U2，电 子电荷量为e，下列说法正确的是（　　）