第16章　第84讲　光电效应和波粒二象性 课件---2027高考一轮总复习物理

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第84讲　光电效应和波粒二象性
提能训练　练案[84]
考点一　黑体辐射　能量子
1．热辐射(1)定义：我们周围的一切物体都在辐射_________，这种辐射与物体的______有关，所以叫作热辐射。(2)特点：辐射强度按波长的分布情况随物体的______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反射的物体。(2)黑体辐射的实验规律①黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的______有关。②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。
3．能量子(1)定义：普朗克认为，振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的________，这个不可再分的最小能量值ε叫作能量子。(2)能量子大小：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，h＝6.626×10－34 J·s(一般取h＝6.63×10－34 J·s)。(3)能量的量子化：微观粒子的能量是量子化的或者说微观粒子的能量是不连续的。
4．光子光子及光子能量：爱因斯坦认为，光本身是由__________________________组成的，频率为ν的光的能量子ε＝____，称为光子。
易 错 辨 析1．黑体就是黑色的物体。(　 　)2．黑体可以向外辐射各种波长的电磁波。(　 　)3．微观粒子的能量只能是能量子的整数倍。(　 　)
自 主 验 收1．(黑体辐射的实验规律)(多选)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(　　)A．各种波长的辐射强度都有增加B．只有波长短的辐射强度增加C．辐射强度的极大值向波长较短的方向移动D．辐射强度仍然是随波长的增大而先增大再减小[答案]　ACD
[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．(能量子问题的有关计算)(2023·浙江1月选考·11题)被誉为“中国天眼”的大口径球面射电望远镜已发现660余颗新脉冲星，领先世界。天眼对距地球为L的天体进行观测，其接收光子的横截面半径为R。若天体射向天眼的辐射光子中，有η(ηνb>νcB．b光照射后产生的光电子最大初动能最大C．增大c光的光强，c光照射得到的光电流与电压的关系图线可能与a光重合D．增大a光的光强，a光照射时阴极逸出的光电子数目增多，遏止电压增大
[答案]　BC[解析]　由Ekm＝eUc，Ekm＝hν－W0，Uc1>Uc2，得三束单色光的频率大小关系是νb>νa＝νc，单色光b照射后遏止电压较大，根据Ekm＝eUc知，b光照射后产生的光电子最大初动能最大，A错误，B正确；a、c两光的频率相等，由于a光的饱和光电流较大，则a光的光强较大，增大c光的光强，c光照射得到的光电流与电压的关系图线可能与a光重合，C正确；遏止电压的大小与入射光的频率有关，与入射光的光强无关，D错误。故选BC。
考点四　康普顿效应和光子的动量　光的波粒二象性　物质波
1．在康普顿效应中，当入射的光子与晶体中的电子碰撞时，要把一部分动量转移给电子，光子动量可能会变小，波长λ_______。
3．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、康普顿效应说明光具有______性。(3)光既具有波动性，又具有粒子性，称为光的__________性。(4)对波粒二象性的理解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，贯穿本领越强，越不容易看到光的干涉和衍射现象。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出粒子性。
4．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＝____，p为运动物体的动量，h为普朗克常量。
易 错 辨 析1．康普顿效应说明了光的粒子性。(　 　)2．光子数量越大，其粒子性越明显。(　 　)3．光的波长越大，波动性越明显。(　 　)4．物质波和机械波没有本质区别。(　 　)
　(2026·云南昆明市联考)太阳帆飞船是目前唯一可能承载人类到达太阳系外星系的航天器。太阳光光子流撞击航天器帆面，产生持续光压，使航天器可在太空中飞行。若有一艘太阳帆飞船在航行，太阳光垂直照射帆面，帆面积为66 300 m2，单位面积每秒接收的太阳辐射能量为1.2×103 W·m2。已知太阳辐射光的平均波长为10－6 m，假设帆能完全反射太阳光，不计太阳光反射的频率变化，普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，光速c＝3×108 m/s，则下列说法正确的是(　　)A．太阳辐射的光子能量约为6.63×10－28 JB．太阳辐射的光子动量约为6.63×10－24 kg·m·s－1C．太阳辐射对飞船的平均作用力约为0.53 ND．帆面每秒钟接收到的光子数量约为4.0×1020个
跟 踪 训 练2．如图所示是解释康普顿效应的示意图，下列说法正确的是(　　)A．图中光子与电子不是正碰，故不遵循动量守恒定律B．图中碰撞后光子频率ν′可能等于碰撞前光子频率νC．图中碰撞后光子速度可能小于碰撞前光子速度D．图中碰撞后光子波长一定大于碰撞前光子波长
　(2025·浙江6月选考·4题)一束高能电子穿过铝箔，在铝箔后方的屏幕上观测到如图所示的电子衍射图样则(　　)A．该实验表明电子具有粒子性B．图中亮纹为电子运动的轨迹C．图中亮纹处电子出现的概率大D．电子速度越大，中心亮斑半径越大[答案]　C
基础巩固练1．如图所示为黑体的辐射强度与其辐射电磁波的波长的关系图像，则下列说法正确的是(　　)A．T1T2，故A错误；由题图可知，同一温度下，辐射强度最大的电磁波波长不是最大的，也不是最小的，而是处在最大与最小波长之间，故B错误；由题图可知，黑体的辐射强度随着温度的升高而增大，故C错误；随着温度的升高，不同波长的辐射强度都会增大，同时辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，故D正确。
2．(多选)(2026·广东揭阳期中联考)图为利用光电管控制的太阳能路灯发光的装置系统，主要由光电管、微电流放大器B、电磁继电器、路灯线路等组成，光电管受可见光照射时都能发生光电效应。下列判断正确的是(　　)
A．光一照射K极立刻产生光电子B．晚间天黑光电管没有受光时，路灯就亮起来C．光电管是电源，光照后电流方向为A→D→B→K→AD．该系统如果在紫外线较强的地区，流入电磁铁中的光电流更大[答案]　AB
[解析]　光电管受可见光照射时都能发生光电效应，说明可见光的频率满足极限频率要求，光电效应具有瞬时性，所以光一照射K极立刻产生光电子，A正确；白天光照时，光电管产生光电流，经放大后使电磁铁吸合，断开路灯电路；天黑时光电管无光照，无电流，电磁铁释放，触点开关闭合，路灯亮起，B正确；光照时，光电子从K(阴极)向A(阳极)运动，电流方向为A→K→B→D→A(电流方向与电子运动方向相反)，C错误；紫外线频率高于可见光，光电流的大小还与入射光强度有关，在入射光强度不确定的情况下，无法判断流入电磁铁的光电流大小，D错误。故选AB。
3．(2025·四川卷·2题)某多晶薄膜晶格结构可以等效成缝宽约为3.5×10－10 m的狭缝。下列粒子束穿过该多晶薄膜时，衍射现象最明显的是(　　)A．德布罗意波长约为7.9×10－13 m的中子B．德布罗意波长约为8.7×10－12 m的质子C．德布罗意波长约为2.6×10－11 m的氮分子D．德布罗意波长约为1.5×10－10 m的电子[答案]　D
4．(多选)(2023·海南卷·16题)已知一个激光发射器功率为P，发射波长为λ的光，光速为c，普朗克常量为h，则(　　)
5．(2025·广西卷·1题)已知金属铷、钾、钠、钙的逸出功分别为2.13 eV、2.25 eV、2.29 eV、3.20 eV。用光子能量为2.20 eV的单色光照射这些金属的表面，能逸出光电子的金属是(　　)A．铷 B．钾 C．钠 D．钙[答案]　A[解析]　当光子的能量大于金属的逸出功时就能发生光电效应，可知能量是2.20 eV的光子分别照射到四种金属板上，会发生光电效应的金属是铷。故选A。
6．(2025·山东卷·1题)在光电效应实验中，用频率和强度都相同的单色光分别照射编号为1、2、3的金属，所得遏止电压如图所示，关于光电子最大初动能Ek的大小关系正确的是(　　)A．Ek1>Ek2>Ek3 B．Ek2>Ek3>Ek1C．Ek3>Ek2>Ek1 D．Ek3>Ek1>Ek2
[答案]　B[解析]　根据光电子最大初动能与遏制电压的关系Ek＝eUc，根据图像有Uc2>Uc3>Uc1，故Ek2>Ek3>Ek1。故选B。
7．(多选)(2025·四川眉山市校考)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的关系如图所示，则(　　)A．两条图线与横轴的夹角α和β可能不相等B．若用同种频率的光照射这两种金属均能发生光电效应，则甲的遏止电压大于乙的遏止电压C．若某一频率的光可以使乙金属发生光电效应，则一定也能使甲金属发生光电效应D．甲金属的逸出功小于乙金属的逸出功
[答案]　BCD[解析]　由光电效应方程有Ek＝hν－W0，可知Ek－ν图像的斜率为普朗克常量，所以两图像的斜率一定相等，即α和β一定相等，故A错误；由Ek＝hν－W0＝h(ν－νc)可知，图像与横坐标的交点为截止频率，则甲的截止频率小，又因为W0＝hνc，所以甲的逸出功小，用同种光照射两种金属发生光电效应，则甲的光电子的最大初动能大，又因为eUc＝Ek，所以甲的遏止电压大于乙的遏止电压，故B、D正确；由上述分析可知，甲的截止频率小，所以当乙可以在某一频率的光照射下发生光电效应时，该光也一定可以使甲发生光电效应，故C正确。
8．我国首台纳米角分辨光电子能谱装置研制成功，它可以利用光电效应研究固体的电子结构，成功地打破了国外技术垄断。在光电效应实验中，用同一光电管在不同实验条件下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线(甲、乙、丙)，如图所示，图中Uc表示不同曲线的遏止电压。则(　　)A．乙光的强度等于丙光的强度B．甲光的频率等于丙光的频率C．乙光照射时该金属的截止频率大于丙光照射时该金属的截止频率D．甲光照射时所产生的光电子的最大初动能大于乙光照射时所产生的光电子的最大初动能
[答案]　B[解析]　根据eU＝Emax＝hν－W0，结合图像可知，乙的遏止电压大于丙，可知乙的频率较大，乙的饱和光电流较大，则单位时间打到单位面积上的光子数较多，可知乙的光强比丙大，A错误；甲和丙的截止电压相同，可知频率相等，B正确；金属的截止频率由金属本身决定，与外界因素无关，C错误；甲光遏止电压小于乙光的遏止电压，可知甲光照射时所产生的光电子的最大初动能小于乙光照射时所产生的光电子的最大初动能，故D错误。故选B。
能力提升练9．研究光电效应的电路图如图所示，入射光照射由某种金属制成的阴极K，发生光电效应，光电子从阴极K运动到阳极A，在电路中形成光电流。已知该种金属的极限频率为ν0，电子电荷量的绝对值为e，普朗克常量为h，下列说法正确的是(　　)A．若电源M端为正极，光强不变，向右移动滑动变阻器的滑片，则电流表示数一定不断增大
D．若电源M端为正极，入射光的频率ν