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2021届高考物理人教版一轮创新教学案：第58讲 光电效应 波粒二象性
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[研读考纲明方向]
考纲要求
复习指南
内容
要求
考情分析：
1．对于光电效应，常考查截止频率、遏止电压、饱和光电流、最大初动能等知识点。
2．以原子结构、氢原子光谱的经典理论为命题背景，选取氢原子能级图进行分析。
3．对于放射性元素的衰变及核能，经常考查对核能的理解、核反应规律、半衰期等方面的知识，通常设计新颖情境或通过最新的科技成果来进行考查。
命题趋势：
本章一般以选择题的形式命题。主要考查光电效应、原子的跃迁、核反应和质能方程，难度不大，但是涉及的知识范围广。
氢原子光谱
Ⅰ
氢原子的能级结构、能级公式
Ⅰ
原子核的组成、放射性、原子核的衰变、半衰期
Ⅰ
放射性同位素
Ⅰ
核力、核反应方程
Ⅰ
结合能、质量亏损
Ⅰ
裂变反应和聚变反应、裂变反应堆
Ⅰ
射线的危害和防护
Ⅰ
光电效应
Ⅰ
爱因斯坦光电效应方程
Ⅰ
[重读教材定方法]
(对应人教版选修3－5的页码及相关问题)
1.P31结合图17.2－2阅读“光电效应的实验规律”一段。从图17.2－3中各图线能得出什么规律？
提示：由图可知，随着正向电压增大，光电流趋于饱和值，且光的颜色一定时(黄光)，光越强饱和光电流越大；加反向电压时，光电流逐渐减小到零，即存在遏止电压，且遏止电压与光的频率有关，与光的强度无关，频率越大，遏止电压越大。
2．P33[思考与讨论]推导Uc与ν、W0的关系。
提示：由mev＝eUc，Ek＝hν－W0，Ek＝mev，联立得eUc＝hν－W0。
3．P34[例题]体会由实验数据画出图象的方法，图17.2－4中图象的斜率、截距分别有什么物理意义？
提示：由Ek＝hν－W0，Ek＝eUc得Uc＝ν－，故Uc－ν 图象的斜率为，令Uc＝0，得横截距νc＝，即截止频率，纵截距即ν＝5.5×1014 Hz时的遏止电压。
4．P37阅读教材：哪些现象说明光具有粒子性？哪些现象说明光具有波动性？
提示：粒子性：光电效应、康普顿效应；波动性：光的干涉、衍射、偏振。
5．P58图18.4－2思考：一群氢原子处于量子数为3的激发态时，可发出几种频率的光子？
提示：3种
6．P69[问题与练习]T6，Cu里有多少质子？多少中子？
提示：29个质子，37个中子。
7．P71阅读教材：β衰变中出现的电子来源于哪里？
提示：核内中子转化为一个质子和一个电子。
8．P73[问题与练习]T6，铋210的半衰期是5天，经过多少天后，20 g铋还剩1.25 g?
提示：m＝m0·，代入数据得t＝20天。
9．P82图19.5－3思考：重核裂变时比结合能变大还是变小？轻核聚变时呢？
提示：都变大。
第58讲 光电效应 波粒二象性
基础命题点一 光电效应的实验规律和光电效应方程
1．光电效应现象
在光的照射下金属中的电子从金属表面逸出的现象，叫做光电效应，发射出来的电子叫做光电子。
2．光电效应的实验规律
(1)存在饱和光电流：即光照条件不变时，随着电压增大，光电流趋于一个饱和值。对于一定颜色(频率)的光，入射光越强，饱和光电流越大，即单位时间内发射的光电子数越多。
(2)存在遏止电压Uc：即存在使光电流减小到零的反向电压。这说明光电子有初速度且初速度的最大值vc满足mev＝eUc。遏止电压只与光的频率有关，与光的强弱无关，这表明光电子的能量只与入射光的频率有关。
(3)存在截止频率νc：当入射光的频率低于截止频率νc(又叫极限频率)时，不发生光电效应。不同金属的截止频率不同。
(4)光电效应具有瞬时性：光照射到金属表面时，产生光电流的时间不超过10－9 s，即光电效应几乎是瞬时发生的。
3．爱因斯坦光电效应方程
(1)光子说：光是由一个个不可分割的能量子组成，这些能量子叫做光子。频率为ν的光的能量子为ε＝hν，其中h是普朗克常量，其值为6.63×10－34 J·s。
(2)光电效应方程：Ek＝hν－W0。
其中hν为入射光的能量，Ek为光电子的最大初动能，即逸出光电子初动能的最大值；W0是金属的逸出功即电子从金属中逸出所需做功的最小值。
4．爱因斯坦光电效应方程对实验规律的解释
(1)爱因斯坦光电效应方程表明光电子的最大初动能Ek与入射光的频率ν有关，而与光的强弱无关，即规律(2)。
(2)只有当hν>W0时，才有Ek>0，从而有光电子逸出，νc＝就是光电效应的截止频率，即规律(3)。
(3)频率ν一定的光，光较强时，单位时间照射的光子数较多，产生的光电子数较多，因而饱和光电流较大，即规律(1)。
(4)电子一次性吸收光子的全部能量，不需要积累能量的时间，即光电流几乎是瞬时产生的，即规律(4)。
5．几组重要概念的理解
(1)光子与光电子：光子指光在空间传播时的每一份能量，光子不带电；光电子是金属表面受到光照射时发射出来的电子，其本质是电子。
(2)光电子的动能与光电子的最大初动能：光照射到金属表面时，电子吸收光子的全部能量，可能向各个方向运动，需克服原子核和其他原子的阻碍作用而损失一部分能量，剩余部分为光电子的初动能；只有金属表面的电子直接向外飞出时，只需克服原子核的引力做功，才具有最大初动能。光电子的初动能小于或等于光电子的最大初动能。
(3)光电流与饱和光电流：金属板飞出的光电子到达阳极，回路中便产生光电流，随着所加正向电压的增大，光电流趋于一个饱和值，这个饱和值是饱和光电流，在一定的光照条件下，饱和光电流与所加电压大小无关。
(4)入射光强度与光子能量：入射光强度指单位时间内照射到金属表面单位面积上的总能量。所以光的强度I＝nhν，n是单位时间内照射到单位面积上的光子数。饱和光电流正比于n，所以只有当光的频率一定时，饱和光电流与入射光强度成正比；对于不同频率的光，由于每个光子的能量不同，饱和光电流与入射光强度之间没有简单的正比关系。
1．(多选)如图所示，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
答案 BC
解析 由于光电效应，在光的照射下锌板中的电子从锌板表面逸出，A错误，B正确；验电器与锌板相连，锌板因失去电子带正电，验电器指针张开一个角度，C正确，D错误。
2．[教材母题] (人教版选修3－5 P36·T4)铝的逸出功是4.2 eV，现在将波长200 nm的光照射铝的表面。
(1)求光电子的最大初动能。
(2)求遏止电压。
(3)求铝的截止频率。
[变式子题]
(多选)用如图所示的装置研究光电效应现象，当用光子能量为3.2 eV的光照射到光电管上时，电流表G的读数为0.2 mA。移动变阻器的触点c，当电压表的示数大于或等于0.8 V时，电流表读数为0，则( )
A．光电管阴极的逸出功为2.4 eV
B．开关S断开后，电流表G示数不为0
C．光电子的最大初动能为0.8 eV
D．改用能量为2 eV的光子照射，电流表G也有电流，但电流较小
答案 ABC
解析 该装置所加的电压为反向电压，发现当电压表的示数大于或等于0.8 V时，电流表读数为0，则光电子的最大初动能为0.8 eV，根据光电效应方程Ek＝hν－W0，W0＝3.2 eV－0.8 eV＝2.4 eV，故A、C正确；用光子能量为3.2 eV的光照射到光电管上时发生了光电效应，有光电子逸出，开关S断开后，没有反向电压，则有电流流过电流表，故B正确；改用能量为2 eV的光子照射，由于光子的能量小于光电管阴极的逸出功，不能发生光电效应，无光电流，故D错误。
3．(2017·全国卷Ⅲ)(多选)在光电效应实验中，分别用频率为νa、νb的单色光a、b照射到同种金属上，测得相应的遏止电压分别为Ua和Ub、光电子的最大初动能分别为Eka和Ekb。h为普朗克常量。下列说法正确的是( )
A．若νa>νb，则一定有Ua
C．若Ua
答案 BC
解析 光电效应中遏止电压与最大初动能之间的关系为eU＝Ek，根据光电效应方程可知Ek＝hν－W0，若νa>νb，则Eka>Ekb，Ua>Ub，选项A错误，选项B正确；若Ua
能力命题点 光电效应的图象问题
1．光电效应实验装置
(1)甲图是光电管正常工作的电路，光电流未达到最大值之前其大小与光强、电压有关，达到最大值后，光电流与光强成正比(频率一定)。
(2)乙图是光电管加反向电压的电路图，可以研究光电管的遏止电压。
2．四类图象
图象名称
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νc
②逸出功：图线与Ek轴交点的纵坐标的绝对值W0＝|－E|＝E
③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图线
①遏止电压Uc：图线与横轴交点的横坐标
②饱和光电流Im：光电流的最大值
③最大初动能： Ek＝eUc
颜色不同的光，光电流与电压的关系图线
①遏止电压Uc1、Uc2
②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极限频率νc：图线与横轴交点的横坐标
②遏止电压Uc：随入射光频率的增大而增大
③普朗克常量h：图线的斜率与电子电荷量的乘积，即h＝ke
(注：此时两极之间接反向电压)
(2019·河北唐山一模)用阴极为金属铷的光电管，观测光电效应现象，实验装置示意图如图甲所示，实验中测得铷的遏止电压Uc与入射光频率ν之间的关系如图乙所示，图线与横轴交点的横坐标为5.15×1014 Hz。已知普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s。则下列说法中正确的是( )
A．欲测遏止电压，应选择电源左端为正极
B．当电源左端为正极时，滑动变阻器的滑片向右滑动，电流表的示数持续增大
C．增大照射光的强度，产生的光电子的最大初动能一定增大
D．如果实验中入射光的频率ν＝7.00×1014 Hz，则产生的光电子的最大初动能Ek＝1.2×10－19 J
解析 由题图甲可知，光电管的左极板为阳极，欲测遏止电压，则光电管的阳极A应接电源的负极，则电源左端为负极，故A错误；当电源左端为正极时，滑动变阻器的滑片向右滑动的过程中，光电管两端电压增大，光电流增大，当电流达到饱和值后不再增大，即电流表示数先增大后不变，故B错误；光电子的最大初动能与入射光的频率和金属的逸出功有关，与入射光的强度无关，故C错误；根据图象可知，铷的截止频率νc＝5.15×1014 Hz，根据hνc＝W0可求出铷的逸出功W0＝6.63×10－34×5.15×1014 J＝3.41×10－19 J，根据光电效应方程Ek＝hν－W0，当入射光的频率为ν＝7.00×1014 Hz时，光电子的最大初动能为：Ekm＝6.63×10－34×7.00×1014 J－3.41×10－19 J＝1.2×10－19 J，故D正确。
答案 D
研究光电效应的两条主线
(1)光的频率―→每个光子的能量光电子的最大初动能。
(2)光的强度单位时间照射到单位面积上的光子数―→饱和光电流的大小。
1.(2019·云南二模)某金属发生光电效应，光电子的最大初动能Ek与入射光频率ν之间的关系如图所示。已知h为普朗克常量，e为电子电荷量的绝对值，结合图象所给信息，下列说法正确的是( )
A．入射光的频率小于ν0也可能发生光电效应现象
B．该金属的逸出功随入射光频率的增大而增大
C．若用频率是2ν0的光照射该金属，则遏止电压为
D．遏止电压与入射光的频率无关
答案 C
解析 由图象可知该金属的极限频率为ν0，入射光的频率必须要大于等于ν0才能发生光电效应现象，A错误；该金属的逸出功由金属本身决定，与入射光的频率无关，B错误；若用频率是2ν0的光照射该金属，则光电子的最大初动能为Ekm＝2hν0－hν0＝hν0＝eUc，则遏止电压为Uc＝，C正确；遏止电压与入射光的频率有关，入射光的频率越大，则最大初动能越大，遏止电压越大，D错误。
2．(2019·福州高考模拟)研究光电效应现象的实验装置如图a所示，用光强相同的黄光和蓝光照射光电管阴极K时，测得相应的遏止电压分别为Uc1和Uc2，产生的光电流I随光电管两端电压U的变化规律如图b所示。已知电子的质量为m，电荷量为－e，黄光和蓝光的频率分别为ν1和ν2，且ν1<ν2。则下列判断正确的是( )
A．Uc1>Uc2
B．图b中的乙线对应黄光照射
C．根据题述条件无法算出阴极K金属的极限频率
D．用蓝光照射时，光电子的最大初动能为eUc2
答案 D
解析 根据光电效应方程有：Ek1＝hν1－W0＝eUc1，Ek2＝hν2－W0＝eUc2，由于蓝光的频率ν2大于黄光的频率ν1，则有Uc1
基础命题点二 波粒二象性
1．光的波粒二象性
实验基础
表现
光的波
动性
干涉、
衍射和
偏振
①光是概率波，即光子在空间各点出现的概率可用波动规律来描述；
②足够数量的光子在传播时，往往表现出波的性质
说明：光的波动性不同于宏观概念的波
光的
粒子性
光电效
应和康
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；
②少量或个别光子表现出光的粒子性
说明：光子不同于宏观概念的粒子
波动性
和粒子
性的对
立与
统一
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)的光波动性强，而波长短(频率高)的光粒子性强；
③光子说并未否定波动性，光子能量ε＝hν＝、动量p＝＝中，ν和λ就是与波有关的物理量；
④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
2．物质波(德布罗意波)
(1)由光的波粒二象性的思想推广到微观粒子上去，得出物质波(德布罗意波)的概念：任何一个运动的粒子都有一种波与它对应，该波的波长λ＝。
(2)物质波也是概率波，在电子的衍射图样中，亮条纹所在处就是电子到达概率大的地方。
1．(2019·西藏昌都四中二模)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．大量光子的行为往往显示出粒子性
答案 C
解析 光具有波粒二象性，故A错误；电子是组成原子的基本粒子，有确定的静止质量，是一种物质实体，光子代表着一份能量，没有静止质量，故B错误；光的波长越长，其波动性越显著，波长越短，其粒子性越显著，故C正确；大量光子的行为往往表现出波动性，故D错误。
2．光具有波粒二象性，那么能够证明光具有波粒二象性的现象是( )
A．光的反射及小孔成像
B．光的干涉、光的衍射、光的色散
C．光的折射及透镜成像
D．光的干涉、光的衍射和光电效应
答案 D
解析 表明光具有波动性的典型现象是光的干涉和衍射现象，表明光具有粒子性的典型现象是光电效应和康普顿效应。故选D。
3．2002年诺贝尔物理学奖中的一项是奖励美国科学家贾科尼和日本科学家小柴昌俊发现了宇宙X射线源。X射线是一种高频电磁波，若X射线在真空中的波长为λ，以h表示普朗克常量，c表示真空中的光速，以E和p分别表示X射线每个光子的能量和动量，则( )
A．E＝，p＝0 B．E＝，p＝
C．E＝，p＝0 D．E＝，p＝
答案 D
解析 根据E＝hν、λ＝、c＝λν可得X射线每个光子的能量为E＝，每个光子的动量为p＝。故选D。
课时作业
1．(多选)用绿光照射一个光电管，能产生光电效应，欲使光电子从阴极逸出时最大初动能增大，可以( )
A．改用红光照射 B．改用紫光照射
C．改用蓝光照射 D．增加绿光照射时间
答案 BC
解析 光电子的最大初动能与照射时间及照射强度无关，D错误；根据光电效应方程Ek＝hν－W0知，光的频率越大，光电子的最大初动能越大，蓝光、紫光的频率比绿光的大，故改用蓝光、紫光照射，则光电子从阴极逸出时的最大初动能增大，A错误，B、C正确。
2．(多选)下列说法正确的是( )
A．动量相同的电子和质子，其德布罗意波长相同
B．光电效应现象说明光具有粒子性，光子具有能量
C．康普顿效应说明光具有粒子性，光子具有动量
D．黑体辐射的实验规律说明在宏观世界里能量是连续的
答案 ABC
解析 根据物质波波长公式λ＝可知，当质子和电子动量相同时，其德布罗意波长相同，A正确；光电效应现象说明光具有粒子性，光子具有能量，B正确；康普顿效应说明光具有粒子性，光子具有动量，C正确；黑体辐射的实验规律说明在微观世界里能量是分立的，D错误。
3．已知钙和钾的截止频率分别为7.73×1014 Hz和5.44×1014 Hz，在某种单色光的照射下两种金属均发生光电效应，比较它们表面逸出的具有最大初动能的光电子，钙逸出的光电子具有较大的( )
A．波长 B．频率 C．能量 D．动量
答案 A
解析 根据爱因斯坦光电效应方程：Ek＝hν－hν0，因为钙的ν0大，所以从钙表面逸出的光电子的最大初动能Ekm较小，由p＝知，该光电子的动量较小，根据λ＝可知波长较大，根据E＝hν可知频率较小，B、C、D错误，A正确。
4．有a、b、c三束单色光，其波长关系为λa∶λb∶λc＝1∶2∶3，当用a光束照射某种金属板时能发生光电效应，飞出的光电子最大动能为Ek，若改用b光束照射该金属板，飞出的光电子最大动能为Ek，当改用c光束照射该金属板时( )
A．能发生光电效应，飞出的光电子最大动能为Ek
B．能发生光电效应，飞出的光电子最大动能为Ek
C．能发生光电效应，飞出的光电子最大动能为Ek
D．由于c光束光子能量较小，该金属板不会发生光电效应
答案 B
解析 a、b、c三束单色光，其波长关系为λa∶λb∶λc＝1∶2∶3，因为光子频率ν＝，知光子频率之比为6∶3∶2；设a光的频率为6a，根据光电效应方程Ekm＝hν－W0得，Ek＝h·6a－W0，Ek＝h·3a－W0，联立两式计算得出逸出功W0＝ha，Ek＝ha，c光的光子频率为2a>a，能发生光电效应，最大初动能Ekm′＝h·2a－W0＝ha＝Ek，故B正确，A、C、D错误。
5．(多选)用某单色光照射金属钛表面，发生光电效应，从钛表面逸出的光电子的最大初动能与入射光频率的关系如图，则下列说法正确的是( )
A．钛的逸出功为6.67×10－19 J
B．钛的极限频率为1.0×1015 Hz
C．光电子的最大初动能为1.0×10－18 J
D．由图线可求得普朗克常量为6.67×10－34 J·s
E．光电子的最大初动能与入射光的频率成正比
答案 ABD
解析 根据光电效应方程Ek＝hν－W0知，图线的斜率等于普朗克常量，则h＝ J·s≈6.67×10－34 J·s，故D正确；当光电子最大初动能为零时，入射光的频率等于金属的极限频率，则ν0＝1.0×1015 Hz，可知逸出功W0＝hν0＝6.67×10－34×1×1015 J＝6.67×10－19 J，故A、B正确；入射光的频率越大，光电子的最大初动能越大，根据该图无法得出光电子的最大初动能，故C错误；由图可知，光电子的最大初动能与入射光的频率成一次函数关系，不是正比关系，故E错误。
6．对光的认识，下列说法不正确的是( )
A．个别光子的行为表现出粒子性，大量光子的行为表现出波动性
B．光的波动性是光子本身的一种属性，不是光子之间的相互作用引起的
C．光表现出波动性时，就不具有粒子性了，光表现出粒子性时，就不再具有波动性了
D．光的波粒二象性应理解为：在某种情况下光的波动性表现得明显，在另外的某种情况下，光的粒子性表现得明显
答案 C
解析 光是一种概率波，少量光子的行为易显示出粒子性，而大量光子的行为往往显示出波动性，A正确；光的波动性不是由于光子之间的相互作用引起的，而是光的一种属性，这已被弱光照射双缝后在胶片上的感光实验所证实，B正确；粒子性和波动性是光同时具备的两种属性，C错误，D正确。本题选说法不正确的，故选C。
7．如图甲所示是研究光电效应规律的光电管。用波长λ＝0.50 μm的绿光照射阴极K，实验测得流过表的电流I与A、K之间的电势差UAK满足如图乙所示规律，取h＝6.63×10－34 J·s。结合图象，求：(结果保留两位有效数字)
(1)每秒钟阴极发射的光电子数和光电子飞出阴极K时的最大动能；
(2)该阴极材料的极限波长。
答案 (1)4.0×1012 个 9.6×10－20 J (2)0.66 μm
解析 (1)光电流达到饱和时，阴极发射的光电子全部到达阳极A，阴极每秒钟发射的光电子的个数：
n＝＝(个)＝4.0×1012(个)。
光电子的最大初动能为：
Ekm＝eUc＝1.6×10－19×0.6 J＝9.6×10－20 J。
(2)设阴极材料的极限波长为λ0，根据爱因斯坦光电效应方程：Ek＝hν－W0＝h－h，
代入数据得λ0≈0.66 μm。
8．(2019·广东汕头二模)当光照射在某种金属表面时，金属表面有电子逸出。如果该入射光的强度减弱，则( )
A．可能不再有电子逸出金属表面
B．单位时间内逸出金属表面的电子数减少
C．逸出金属表面的电子的最大初动能减小
D．从光入射到光电子逸出的时间间隔延长
答案 B
解析 入射光的频率不变，则仍然能发生光电效应，故A错误；单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将减少，光电流减弱，故B正确；根据光电效应方程Ekm＝hν－W0知，入射光的频率不变，则光电子的最大初动能不变，故C错误；光的强弱影响的是单位时间内发出光电子的数目，而发射出光电子是瞬时发生的，与光强无关，故D错误。
9．(2019·四川泸州二诊)关于光电效应，下列说法中正确的是( )
A．极限频率越大的金属逸出功越大
B．光电子的最大初动能与入射光频率成正比
C．增大光电管的加速电压，其饱和光电流一定增大
D．光电效应表明光具有波动性
答案 A
解析 根据W0＝hνc知，极限频率越大的金属逸出功越大，故A正确；根据光电效应方程Ek＝hν－W0知，光电子的最大初动能与入射光的频率成一次函数关系，不是正比关系，故B错误；增大光电管的加速电压，其饱和光电流不一定增大，故C错误；光电效应表明光具有粒子性，故D错误。
10．(2019·江苏扬州一模)在光电效应实验中，用同一种单色光，先后照射锌和银的表面，都能产生光电效应。对于这两个过程，可能相同的物理量是( )
A．遏止电压 B．饱和光电流
C．光电子的最大初动能 D．逸出功
答案 B
解析 同一束光照射不同的金属，由ε＝hν可知，入射光的光子能量一定相同，不同的金属，逸出功W0不同，根据光电效应方程Ek＝hν－W0知，光电子的最大初动能不同，则遏止电压不同；同一束光照射，单位时间内照射到金属表面光子数目相等，所以饱和光电流可能是相同的，故A、C、D错误，B正确。
11．(2018·全国卷Ⅱ)用波长为300 nm的光照射锌板，电子逸出锌板表面的最大初动能为1.28×10－19 J。已知普朗克常量为6.63×10－34 J·s，真空中的光速为3.00×108 m·s－1，能使锌产生光电效应的单色光的最低频率约为( )
A．1×1014 Hz B．8×1014 Hz
C．2×1015 Hz D．8×1015 Hz
答案 B
解析 由光电效应方程Ek＝hν－W0，得W0＝hν－Ek＝h－Ek。刚好发生光电效应的临界条件是最大初动能Ek＝0时，入射光的频率为ν0，则W0＝hν0，代入数据可得：ν0＝8×1014 Hz，故B正确。
12．(2016·全国卷Ⅰ)(多选)现用某一光电管进行光电效应实验，当用某一频率的光入射时，有光电流产生。下列说法正确的是( )
A．保持入射光的频率不变，入射光的光强变大，饱和光电流变大
B．入射光的频率变高，饱和光电流变大
C．入射光的频率变高，光电子的最大初动能变大
D．保持入射光的光强不变，不断减小入射光的频率，始终有光电流产生
E．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
答案 ACE
解析 保持入射光的频率不变，入射光的光强变大，单位时间内逸出的光电子个数增加，则饱和光电流变大，故A正确；饱和光电流的大小与入射光的频率无直接关系，故B错误；由Ek＝hν－W0，可知C正确；当入射光的频率小于金属的极限频率时，光电效应不能发生，故D错误；由eU＝mv2＝hν－W0得eU＝hν－W0，可见，遏止电压U随ν的增大而增大，与入射光的光强无关，故E正确。
13．(2019·广东惠州二模)如图所示，为一光电管电路，滑动变阻器触头位于ab上某点，用光照射光电管阴极，电表无偏转，要使电表指针偏转，可采取的措施有( )
A．加大照射光的强度
B．换用频率高的光照射
C．将P向a端滑动
D．将电源正、负极对调
答案 B
解析 由题意可知，电表指针没有偏转，是由于没有发生光电效应，发生光电效应的条件：ν＞ν0，增加入射光的强度不能使电流计G的指针发生偏转，故A错误；换用频率高的光照射，可能发生光电效应，电流表指针可能会发生偏转，故B正确；当没有发生光电效应时，P向a端滑动，减小电压，更不会形成电流，故C错误；电源正、负极对调，若能发生光电效应，则逸出的电子做减速运动，更不可能形成光电流。故D错误。
14．(2019·北京高考)光电管是一种利用光照射产生电流的装置，当入射光照在管中金属板上时，可能形成光电流。表中给出了6次实验的结果。
组
次
入射光子的
能量/eV
相对
光强
光电流大
小/mA
逸出光电子的
最大动能/eV
第一组
1
2
3
4.0
4.0
4.0
弱
中
强
29
43
60
0.9
0.9
0.9
第二组
4
5
6
6.0
6.0
6.0
弱
中
强
27
40
55
2.9
2.9
2.9
由表中数据得出的论断中不正确的是( )
A．两组实验采用了不同频率的入射光
B．两组实验所用的金属板材质不同
C．若入射光子的能量为5.0 eV，逸出光电子的最大动能为1.9 eV
D．若入射光子的能量为5.0 eV，相对光强越强，光电流越大
答案 B
解析 光子的能量E＝hν，两组实验中入射光子的能量不同，故入射光的频率不同，A正确；由爱因斯坦的光电效应方程hν＝W＋Ek，可求出两组实验中金属板的逸出功W均为3.1 eV，故两组实验所用的金属板材质相同，B错误；由hν＝W＋Ek，W＝3.1 eV，当hν＝5.0 eV时，Ek＝1.9 eV，C正确；相对光强越强，单位时间内射出的光子数越多，单位时间内逸出的光电子数越多，形成的光电流越大，D正确。
15．(2019·海南高考)(多选)对于钠和钙两种金属，其遏止电压Uc与入射光频率ν的关系如图所示。用h、e分别表示普朗克常量和电子电荷量，则( )
A．钠的逸出功小于钙的逸出功
B．图中直线的斜率为
C．在得到这两条直线时，必须保证入射光的光强相同
D．若这两种金属产生的光电子具有相同的最大初动能，则照射到钠的光频率较高
答案 AB
解析 根据Uce＝Ek＝hν－W0，即Uc＝ν－，再由图象可知钠的逸出功小于钙的逸出功，A正确；图中直线的斜率为，B正确；在得到这两条直线时，入射光的强度不必相同，故C错误；由图象可知，若这两种金属产生的光电子具有相同的最大初动能，则照射到钠的光频率较低，D错误。
16．(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)
答案 1∶2
解析 根据光电效应方程Ek＝hν－W0，又ν＝，所以有0＝－W0，Ek＝－W0，解得Ek＝；又光子动量p＝，所以A、B两种光子的动量之比为1∶2。
[研读考纲明方向]
考纲要求
复习指南
内容
要求
考情分析：
1．对于光电效应，常考查截止频率、遏止电压、饱和光电流、最大初动能等知识点。
2．以原子结构、氢原子光谱的经典理论为命题背景，选取氢原子能级图进行分析。
3．对于放射性元素的衰变及核能，经常考查对核能的理解、核反应规律、半衰期等方面的知识，通常设计新颖情境或通过最新的科技成果来进行考查。
命题趋势：
本章一般以选择题的形式命题。主要考查光电效应、原子的跃迁、核反应和质能方程，难度不大，但是涉及的知识范围广。
氢原子光谱
Ⅰ
氢原子的能级结构、能级公式
Ⅰ
原子核的组成、放射性、原子核的衰变、半衰期
Ⅰ
放射性同位素
Ⅰ
核力、核反应方程
Ⅰ
结合能、质量亏损
Ⅰ
裂变反应和聚变反应、裂变反应堆
Ⅰ
射线的危害和防护
Ⅰ
光电效应
Ⅰ
爱因斯坦光电效应方程
Ⅰ
[重读教材定方法]
(对应人教版选修3－5的页码及相关问题)
1.P31结合图17.2－2阅读“光电效应的实验规律”一段。从图17.2－3中各图线能得出什么规律？
提示：由图可知，随着正向电压增大，光电流趋于饱和值，且光的颜色一定时(黄光)，光越强饱和光电流越大；加反向电压时，光电流逐渐减小到零，即存在遏止电压，且遏止电压与光的频率有关，与光的强度无关，频率越大，遏止电压越大。
2．P33[思考与讨论]推导Uc与ν、W0的关系。
提示：由mev＝eUc，Ek＝hν－W0，Ek＝mev，联立得eUc＝hν－W0。
3．P34[例题]体会由实验数据画出图象的方法，图17.2－4中图象的斜率、截距分别有什么物理意义？
提示：由Ek＝hν－W0，Ek＝eUc得Uc＝ν－，故Uc－ν 图象的斜率为，令Uc＝0，得横截距νc＝，即截止频率，纵截距即ν＝5.5×1014 Hz时的遏止电压。
4．P37阅读教材：哪些现象说明光具有粒子性？哪些现象说明光具有波动性？
提示：粒子性：光电效应、康普顿效应；波动性：光的干涉、衍射、偏振。
5．P58图18.4－2思考：一群氢原子处于量子数为3的激发态时，可发出几种频率的光子？
提示：3种
6．P69[问题与练习]T6，Cu里有多少质子？多少中子？
提示：29个质子，37个中子。
7．P71阅读教材：β衰变中出现的电子来源于哪里？
提示：核内中子转化为一个质子和一个电子。
8．P73[问题与练习]T6，铋210的半衰期是5天，经过多少天后，20 g铋还剩1.25 g?
提示：m＝m0·，代入数据得t＝20天。
9．P82图19.5－3思考：重核裂变时比结合能变大还是变小？轻核聚变时呢？
提示：都变大。
第58讲 光电效应 波粒二象性
基础命题点一 光电效应的实验规律和光电效应方程
1．光电效应现象
在光的照射下金属中的电子从金属表面逸出的现象，叫做光电效应，发射出来的电子叫做光电子。
2．光电效应的实验规律
(1)存在饱和光电流：即光照条件不变时，随着电压增大，光电流趋于一个饱和值。对于一定颜色(频率)的光，入射光越强，饱和光电流越大，即单位时间内发射的光电子数越多。
(2)存在遏止电压Uc：即存在使光电流减小到零的反向电压。这说明光电子有初速度且初速度的最大值vc满足mev＝eUc。遏止电压只与光的频率有关，与光的强弱无关，这表明光电子的能量只与入射光的频率有关。
(3)存在截止频率νc：当入射光的频率低于截止频率νc(又叫极限频率)时，不发生光电效应。不同金属的截止频率不同。
(4)光电效应具有瞬时性：光照射到金属表面时，产生光电流的时间不超过10－9 s，即光电效应几乎是瞬时发生的。
3．爱因斯坦光电效应方程
(1)光子说：光是由一个个不可分割的能量子组成，这些能量子叫做光子。频率为ν的光的能量子为ε＝hν，其中h是普朗克常量，其值为6.63×10－34 J·s。
(2)光电效应方程：Ek＝hν－W0。
其中hν为入射光的能量，Ek为光电子的最大初动能，即逸出光电子初动能的最大值；W0是金属的逸出功即电子从金属中逸出所需做功的最小值。
4．爱因斯坦光电效应方程对实验规律的解释
(1)爱因斯坦光电效应方程表明光电子的最大初动能Ek与入射光的频率ν有关，而与光的强弱无关，即规律(2)。
(2)只有当hν>W0时，才有Ek>0，从而有光电子逸出，νc＝就是光电效应的截止频率，即规律(3)。
(3)频率ν一定的光，光较强时，单位时间照射的光子数较多，产生的光电子数较多，因而饱和光电流较大，即规律(1)。
(4)电子一次性吸收光子的全部能量，不需要积累能量的时间，即光电流几乎是瞬时产生的，即规律(4)。
5．几组重要概念的理解
(1)光子与光电子：光子指光在空间传播时的每一份能量，光子不带电；光电子是金属表面受到光照射时发射出来的电子，其本质是电子。
(2)光电子的动能与光电子的最大初动能：光照射到金属表面时，电子吸收光子的全部能量，可能向各个方向运动，需克服原子核和其他原子的阻碍作用而损失一部分能量，剩余部分为光电子的初动能；只有金属表面的电子直接向外飞出时，只需克服原子核的引力做功，才具有最大初动能。光电子的初动能小于或等于光电子的最大初动能。
(3)光电流与饱和光电流：金属板飞出的光电子到达阳极，回路中便产生光电流，随着所加正向电压的增大，光电流趋于一个饱和值，这个饱和值是饱和光电流，在一定的光照条件下，饱和光电流与所加电压大小无关。
(4)入射光强度与光子能量：入射光强度指单位时间内照射到金属表面单位面积上的总能量。所以光的强度I＝nhν，n是单位时间内照射到单位面积上的光子数。饱和光电流正比于n，所以只有当光的频率一定时，饱和光电流与入射光强度成正比；对于不同频率的光，由于每个光子的能量不同，饱和光电流与入射光强度之间没有简单的正比关系。
1．(多选)如图所示，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
答案 BC
解析 由于光电效应，在光的照射下锌板中的电子从锌板表面逸出，A错误，B正确；验电器与锌板相连，锌板因失去电子带正电，验电器指针张开一个角度，C正确，D错误。
2．[教材母题] (人教版选修3－5 P36·T4)铝的逸出功是4.2 eV，现在将波长200 nm的光照射铝的表面。
(1)求光电子的最大初动能。
(2)求遏止电压。
(3)求铝的截止频率。
[变式子题]
(多选)用如图所示的装置研究光电效应现象，当用光子能量为3.2 eV的光照射到光电管上时，电流表G的读数为0.2 mA。移动变阻器的触点c，当电压表的示数大于或等于0.8 V时，电流表读数为0，则( )
A．光电管阴极的逸出功为2.4 eV
B．开关S断开后，电流表G示数不为0
C．光电子的最大初动能为0.8 eV
D．改用能量为2 eV的光子照射，电流表G也有电流，但电流较小
答案 ABC
解析 该装置所加的电压为反向电压，发现当电压表的示数大于或等于0.8 V时，电流表读数为0，则光电子的最大初动能为0.8 eV，根据光电效应方程Ek＝hν－W0，W0＝3.2 eV－0.8 eV＝2.4 eV，故A、C正确；用光子能量为3.2 eV的光照射到光电管上时发生了光电效应，有光电子逸出，开关S断开后，没有反向电压，则有电流流过电流表，故B正确；改用能量为2 eV的光子照射，由于光子的能量小于光电管阴极的逸出功，不能发生光电效应，无光电流，故D错误。
3．(2017·全国卷Ⅲ)(多选)在光电效应实验中，分别用频率为νa、νb的单色光a、b照射到同种金属上，测得相应的遏止电压分别为Ua和Ub、光电子的最大初动能分别为Eka和Ekb。h为普朗克常量。下列说法正确的是( )
A．若νa>νb，则一定有Ua
C．若Ua
答案 BC
解析 光电效应中遏止电压与最大初动能之间的关系为eU＝Ek，根据光电效应方程可知Ek＝hν－W0，若νa>νb，则Eka>Ekb，Ua>Ub，选项A错误，选项B正确；若Ua
能力命题点 光电效应的图象问题
1．光电效应实验装置
(1)甲图是光电管正常工作的电路，光电流未达到最大值之前其大小与光强、电压有关，达到最大值后，光电流与光强成正比(频率一定)。
(2)乙图是光电管加反向电压的电路图，可以研究光电管的遏止电压。
2．四类图象
图象名称
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νc
②逸出功：图线与Ek轴交点的纵坐标的绝对值W0＝|－E|＝E
③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图线
①遏止电压Uc：图线与横轴交点的横坐标
②饱和光电流Im：光电流的最大值
③最大初动能： Ek＝eUc
颜色不同的光，光电流与电压的关系图线
①遏止电压Uc1、Uc2
②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极限频率νc：图线与横轴交点的横坐标
②遏止电压Uc：随入射光频率的增大而增大
③普朗克常量h：图线的斜率与电子电荷量的乘积，即h＝ke
(注：此时两极之间接反向电压)
(2019·河北唐山一模)用阴极为金属铷的光电管，观测光电效应现象，实验装置示意图如图甲所示，实验中测得铷的遏止电压Uc与入射光频率ν之间的关系如图乙所示，图线与横轴交点的横坐标为5.15×1014 Hz。已知普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s。则下列说法中正确的是( )
A．欲测遏止电压，应选择电源左端为正极
B．当电源左端为正极时，滑动变阻器的滑片向右滑动，电流表的示数持续增大
C．增大照射光的强度，产生的光电子的最大初动能一定增大
D．如果实验中入射光的频率ν＝7.00×1014 Hz，则产生的光电子的最大初动能Ek＝1.2×10－19 J
解析 由题图甲可知，光电管的左极板为阳极，欲测遏止电压，则光电管的阳极A应接电源的负极，则电源左端为负极，故A错误；当电源左端为正极时，滑动变阻器的滑片向右滑动的过程中，光电管两端电压增大，光电流增大，当电流达到饱和值后不再增大，即电流表示数先增大后不变，故B错误；光电子的最大初动能与入射光的频率和金属的逸出功有关，与入射光的强度无关，故C错误；根据图象可知，铷的截止频率νc＝5.15×1014 Hz，根据hνc＝W0可求出铷的逸出功W0＝6.63×10－34×5.15×1014 J＝3.41×10－19 J，根据光电效应方程Ek＝hν－W0，当入射光的频率为ν＝7.00×1014 Hz时，光电子的最大初动能为：Ekm＝6.63×10－34×7.00×1014 J－3.41×10－19 J＝1.2×10－19 J，故D正确。
答案 D
研究光电效应的两条主线
(1)光的频率―→每个光子的能量光电子的最大初动能。
(2)光的强度单位时间照射到单位面积上的光子数―→饱和光电流的大小。
1.(2019·云南二模)某金属发生光电效应，光电子的最大初动能Ek与入射光频率ν之间的关系如图所示。已知h为普朗克常量，e为电子电荷量的绝对值，结合图象所给信息，下列说法正确的是( )
A．入射光的频率小于ν0也可能发生光电效应现象
B．该金属的逸出功随入射光频率的增大而增大
C．若用频率是2ν0的光照射该金属，则遏止电压为
D．遏止电压与入射光的频率无关
答案 C
解析 由图象可知该金属的极限频率为ν0，入射光的频率必须要大于等于ν0才能发生光电效应现象，A错误；该金属的逸出功由金属本身决定，与入射光的频率无关，B错误；若用频率是2ν0的光照射该金属，则光电子的最大初动能为Ekm＝2hν0－hν0＝hν0＝eUc，则遏止电压为Uc＝，C正确；遏止电压与入射光的频率有关，入射光的频率越大，则最大初动能越大，遏止电压越大，D错误。
2．(2019·福州高考模拟)研究光电效应现象的实验装置如图a所示，用光强相同的黄光和蓝光照射光电管阴极K时，测得相应的遏止电压分别为Uc1和Uc2，产生的光电流I随光电管两端电压U的变化规律如图b所示。已知电子的质量为m，电荷量为－e，黄光和蓝光的频率分别为ν1和ν2，且ν1<ν2。则下列判断正确的是( )
A．Uc1>Uc2
B．图b中的乙线对应黄光照射
C．根据题述条件无法算出阴极K金属的极限频率
D．用蓝光照射时，光电子的最大初动能为eUc2
答案 D
解析 根据光电效应方程有：Ek1＝hν1－W0＝eUc1，Ek2＝hν2－W0＝eUc2，由于蓝光的频率ν2大于黄光的频率ν1，则有Uc1
基础命题点二 波粒二象性
1．光的波粒二象性
实验基础
表现
光的波
动性
干涉、
衍射和
偏振
①光是概率波，即光子在空间各点出现的概率可用波动规律来描述；
②足够数量的光子在传播时，往往表现出波的性质
说明：光的波动性不同于宏观概念的波
光的
粒子性
光电效
应和康
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；
②少量或个别光子表现出光的粒子性
说明：光子不同于宏观概念的粒子
波动性
和粒子
性的对
立与
统一
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)的光波动性强，而波长短(频率高)的光粒子性强；
③光子说并未否定波动性，光子能量ε＝hν＝、动量p＝＝中，ν和λ就是与波有关的物理量；
④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
2．物质波(德布罗意波)
(1)由光的波粒二象性的思想推广到微观粒子上去，得出物质波(德布罗意波)的概念：任何一个运动的粒子都有一种波与它对应，该波的波长λ＝。
(2)物质波也是概率波，在电子的衍射图样中，亮条纹所在处就是电子到达概率大的地方。
1．(2019·西藏昌都四中二模)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．大量光子的行为往往显示出粒子性
答案 C
解析 光具有波粒二象性，故A错误；电子是组成原子的基本粒子，有确定的静止质量，是一种物质实体，光子代表着一份能量，没有静止质量，故B错误；光的波长越长，其波动性越显著，波长越短，其粒子性越显著，故C正确；大量光子的行为往往表现出波动性，故D错误。
2．光具有波粒二象性，那么能够证明光具有波粒二象性的现象是( )
A．光的反射及小孔成像
B．光的干涉、光的衍射、光的色散
C．光的折射及透镜成像
D．光的干涉、光的衍射和光电效应
答案 D
解析 表明光具有波动性的典型现象是光的干涉和衍射现象，表明光具有粒子性的典型现象是光电效应和康普顿效应。故选D。
3．2002年诺贝尔物理学奖中的一项是奖励美国科学家贾科尼和日本科学家小柴昌俊发现了宇宙X射线源。X射线是一种高频电磁波，若X射线在真空中的波长为λ，以h表示普朗克常量，c表示真空中的光速，以E和p分别表示X射线每个光子的能量和动量，则( )
A．E＝，p＝0 B．E＝，p＝
C．E＝，p＝0 D．E＝，p＝
答案 D
解析 根据E＝hν、λ＝、c＝λν可得X射线每个光子的能量为E＝，每个光子的动量为p＝。故选D。
课时作业
1．(多选)用绿光照射一个光电管，能产生光电效应，欲使光电子从阴极逸出时最大初动能增大，可以( )
A．改用红光照射 B．改用紫光照射
C．改用蓝光照射 D．增加绿光照射时间
答案 BC
解析 光电子的最大初动能与照射时间及照射强度无关，D错误；根据光电效应方程Ek＝hν－W0知，光的频率越大，光电子的最大初动能越大，蓝光、紫光的频率比绿光的大，故改用蓝光、紫光照射，则光电子从阴极逸出时的最大初动能增大，A错误，B、C正确。
2．(多选)下列说法正确的是( )
A．动量相同的电子和质子，其德布罗意波长相同
B．光电效应现象说明光具有粒子性，光子具有能量
C．康普顿效应说明光具有粒子性，光子具有动量
D．黑体辐射的实验规律说明在宏观世界里能量是连续的
答案 ABC
解析 根据物质波波长公式λ＝可知，当质子和电子动量相同时，其德布罗意波长相同，A正确；光电效应现象说明光具有粒子性，光子具有能量，B正确；康普顿效应说明光具有粒子性，光子具有动量，C正确；黑体辐射的实验规律说明在微观世界里能量是分立的，D错误。
3．已知钙和钾的截止频率分别为7.73×1014 Hz和5.44×1014 Hz，在某种单色光的照射下两种金属均发生光电效应，比较它们表面逸出的具有最大初动能的光电子，钙逸出的光电子具有较大的( )
A．波长 B．频率 C．能量 D．动量
答案 A
解析 根据爱因斯坦光电效应方程：Ek＝hν－hν0，因为钙的ν0大，所以从钙表面逸出的光电子的最大初动能Ekm较小，由p＝知，该光电子的动量较小，根据λ＝可知波长较大，根据E＝hν可知频率较小，B、C、D错误，A正确。
4．有a、b、c三束单色光，其波长关系为λa∶λb∶λc＝1∶2∶3，当用a光束照射某种金属板时能发生光电效应，飞出的光电子最大动能为Ek，若改用b光束照射该金属板，飞出的光电子最大动能为Ek，当改用c光束照射该金属板时( )
A．能发生光电效应，飞出的光电子最大动能为Ek
B．能发生光电效应，飞出的光电子最大动能为Ek
C．能发生光电效应，飞出的光电子最大动能为Ek
D．由于c光束光子能量较小，该金属板不会发生光电效应
答案 B
解析 a、b、c三束单色光，其波长关系为λa∶λb∶λc＝1∶2∶3，因为光子频率ν＝，知光子频率之比为6∶3∶2；设a光的频率为6a，根据光电效应方程Ekm＝hν－W0得，Ek＝h·6a－W0，Ek＝h·3a－W0，联立两式计算得出逸出功W0＝ha，Ek＝ha，c光的光子频率为2a>a，能发生光电效应，最大初动能Ekm′＝h·2a－W0＝ha＝Ek，故B正确，A、C、D错误。
5．(多选)用某单色光照射金属钛表面，发生光电效应，从钛表面逸出的光电子的最大初动能与入射光频率的关系如图，则下列说法正确的是( )
A．钛的逸出功为6.67×10－19 J
B．钛的极限频率为1.0×1015 Hz
C．光电子的最大初动能为1.0×10－18 J
D．由图线可求得普朗克常量为6.67×10－34 J·s
E．光电子的最大初动能与入射光的频率成正比
答案 ABD
解析 根据光电效应方程Ek＝hν－W0知，图线的斜率等于普朗克常量，则h＝ J·s≈6.67×10－34 J·s，故D正确；当光电子最大初动能为零时，入射光的频率等于金属的极限频率，则ν0＝1.0×1015 Hz，可知逸出功W0＝hν0＝6.67×10－34×1×1015 J＝6.67×10－19 J，故A、B正确；入射光的频率越大，光电子的最大初动能越大，根据该图无法得出光电子的最大初动能，故C错误；由图可知，光电子的最大初动能与入射光的频率成一次函数关系，不是正比关系，故E错误。
6．对光的认识，下列说法不正确的是( )
A．个别光子的行为表现出粒子性，大量光子的行为表现出波动性
B．光的波动性是光子本身的一种属性，不是光子之间的相互作用引起的
C．光表现出波动性时，就不具有粒子性了，光表现出粒子性时，就不再具有波动性了
D．光的波粒二象性应理解为：在某种情况下光的波动性表现得明显，在另外的某种情况下，光的粒子性表现得明显
答案 C
解析 光是一种概率波，少量光子的行为易显示出粒子性，而大量光子的行为往往显示出波动性，A正确；光的波动性不是由于光子之间的相互作用引起的，而是光的一种属性，这已被弱光照射双缝后在胶片上的感光实验所证实，B正确；粒子性和波动性是光同时具备的两种属性，C错误，D正确。本题选说法不正确的，故选C。
7．如图甲所示是研究光电效应规律的光电管。用波长λ＝0.50 μm的绿光照射阴极K，实验测得流过表的电流I与A、K之间的电势差UAK满足如图乙所示规律，取h＝6.63×10－34 J·s。结合图象，求：(结果保留两位有效数字)
(1)每秒钟阴极发射的光电子数和光电子飞出阴极K时的最大动能；
(2)该阴极材料的极限波长。
答案 (1)4.0×1012 个 9.6×10－20 J (2)0.66 μm
解析 (1)光电流达到饱和时，阴极发射的光电子全部到达阳极A，阴极每秒钟发射的光电子的个数：
n＝＝(个)＝4.0×1012(个)。
光电子的最大初动能为：
Ekm＝eUc＝1.6×10－19×0.6 J＝9.6×10－20 J。
(2)设阴极材料的极限波长为λ0，根据爱因斯坦光电效应方程：Ek＝hν－W0＝h－h，
代入数据得λ0≈0.66 μm。
8．(2019·广东汕头二模)当光照射在某种金属表面时，金属表面有电子逸出。如果该入射光的强度减弱，则( )
A．可能不再有电子逸出金属表面
B．单位时间内逸出金属表面的电子数减少
C．逸出金属表面的电子的最大初动能减小
D．从光入射到光电子逸出的时间间隔延长
答案 B
解析 入射光的频率不变，则仍然能发生光电效应，故A错误；单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将减少，光电流减弱，故B正确；根据光电效应方程Ekm＝hν－W0知，入射光的频率不变，则光电子的最大初动能不变，故C错误；光的强弱影响的是单位时间内发出光电子的数目，而发射出光电子是瞬时发生的，与光强无关，故D错误。
9．(2019·四川泸州二诊)关于光电效应，下列说法中正确的是( )
A．极限频率越大的金属逸出功越大
B．光电子的最大初动能与入射光频率成正比
C．增大光电管的加速电压，其饱和光电流一定增大
D．光电效应表明光具有波动性
答案 A
解析 根据W0＝hνc知，极限频率越大的金属逸出功越大，故A正确；根据光电效应方程Ek＝hν－W0知，光电子的最大初动能与入射光的频率成一次函数关系，不是正比关系，故B错误；增大光电管的加速电压，其饱和光电流不一定增大，故C错误；光电效应表明光具有粒子性，故D错误。
10．(2019·江苏扬州一模)在光电效应实验中，用同一种单色光，先后照射锌和银的表面，都能产生光电效应。对于这两个过程，可能相同的物理量是( )
A．遏止电压 B．饱和光电流
C．光电子的最大初动能 D．逸出功
答案 B
解析 同一束光照射不同的金属，由ε＝hν可知，入射光的光子能量一定相同，不同的金属，逸出功W0不同，根据光电效应方程Ek＝hν－W0知，光电子的最大初动能不同，则遏止电压不同；同一束光照射，单位时间内照射到金属表面光子数目相等，所以饱和光电流可能是相同的，故A、C、D错误，B正确。
11．(2018·全国卷Ⅱ)用波长为300 nm的光照射锌板，电子逸出锌板表面的最大初动能为1.28×10－19 J。已知普朗克常量为6.63×10－34 J·s，真空中的光速为3.00×108 m·s－1，能使锌产生光电效应的单色光的最低频率约为( )
A．1×1014 Hz B．8×1014 Hz
C．2×1015 Hz D．8×1015 Hz
答案 B
解析 由光电效应方程Ek＝hν－W0，得W0＝hν－Ek＝h－Ek。刚好发生光电效应的临界条件是最大初动能Ek＝0时，入射光的频率为ν0，则W0＝hν0，代入数据可得：ν0＝8×1014 Hz，故B正确。
12．(2016·全国卷Ⅰ)(多选)现用某一光电管进行光电效应实验，当用某一频率的光入射时，有光电流产生。下列说法正确的是( )
A．保持入射光的频率不变，入射光的光强变大，饱和光电流变大
B．入射光的频率变高，饱和光电流变大
C．入射光的频率变高，光电子的最大初动能变大
D．保持入射光的光强不变，不断减小入射光的频率，始终有光电流产生
E．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
答案 ACE
解析 保持入射光的频率不变，入射光的光强变大，单位时间内逸出的光电子个数增加，则饱和光电流变大，故A正确；饱和光电流的大小与入射光的频率无直接关系，故B错误；由Ek＝hν－W0，可知C正确；当入射光的频率小于金属的极限频率时，光电效应不能发生，故D错误；由eU＝mv2＝hν－W0得eU＝hν－W0，可见，遏止电压U随ν的增大而增大，与入射光的光强无关，故E正确。
13．(2019·广东惠州二模)如图所示，为一光电管电路，滑动变阻器触头位于ab上某点，用光照射光电管阴极，电表无偏转，要使电表指针偏转，可采取的措施有( )
A．加大照射光的强度
B．换用频率高的光照射
C．将P向a端滑动
D．将电源正、负极对调
答案 B
解析 由题意可知，电表指针没有偏转，是由于没有发生光电效应，发生光电效应的条件：ν＞ν0，增加入射光的强度不能使电流计G的指针发生偏转，故A错误；换用频率高的光照射，可能发生光电效应，电流表指针可能会发生偏转，故B正确；当没有发生光电效应时，P向a端滑动，减小电压，更不会形成电流，故C错误；电源正、负极对调，若能发生光电效应，则逸出的电子做减速运动，更不可能形成光电流。故D错误。
14．(2019·北京高考)光电管是一种利用光照射产生电流的装置，当入射光照在管中金属板上时，可能形成光电流。表中给出了6次实验的结果。
组
次
入射光子的
能量/eV
相对
光强
光电流大
小/mA
逸出光电子的
最大动能/eV
第一组
1
2
3
4.0
4.0
4.0
弱
中
强
29
43
60
0.9
0.9
0.9
第二组
4
5
6
6.0
6.0
6.0
弱
中
强
27
40
55
2.9
2.9
2.9
由表中数据得出的论断中不正确的是( )
A．两组实验采用了不同频率的入射光
B．两组实验所用的金属板材质不同
C．若入射光子的能量为5.0 eV，逸出光电子的最大动能为1.9 eV
D．若入射光子的能量为5.0 eV，相对光强越强，光电流越大
答案 B
解析 光子的能量E＝hν，两组实验中入射光子的能量不同，故入射光的频率不同，A正确；由爱因斯坦的光电效应方程hν＝W＋Ek，可求出两组实验中金属板的逸出功W均为3.1 eV，故两组实验所用的金属板材质相同，B错误；由hν＝W＋Ek，W＝3.1 eV，当hν＝5.0 eV时，Ek＝1.9 eV，C正确；相对光强越强，单位时间内射出的光子数越多，单位时间内逸出的光电子数越多，形成的光电流越大，D正确。
15．(2019·海南高考)(多选)对于钠和钙两种金属，其遏止电压Uc与入射光频率ν的关系如图所示。用h、e分别表示普朗克常量和电子电荷量，则( )
A．钠的逸出功小于钙的逸出功
B．图中直线的斜率为
C．在得到这两条直线时，必须保证入射光的光强相同
D．若这两种金属产生的光电子具有相同的最大初动能，则照射到钠的光频率较高
答案 AB
解析 根据Uce＝Ek＝hν－W0，即Uc＝ν－，再由图象可知钠的逸出功小于钙的逸出功，A正确；图中直线的斜率为，B正确；在得到这两条直线时，入射光的强度不必相同，故C错误；由图象可知，若这两种金属产生的光电子具有相同的最大初动能，则照射到钠的光频率较低，D错误。
16．(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)
答案 1∶2
解析 根据光电效应方程Ek＝hν－W0，又ν＝，所以有0＝－W0，Ek＝－W0，解得Ek＝；又光子动量p＝，所以A、B两种光子的动量之比为1∶2。
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