高考物理一轮复习16.1光电效应　波粒二象性和原子结构(原卷版+解析)

这是一份高考物理一轮复习16.1光电效应　波粒二象性和原子结构(原卷版+解析)，共58页。试卷主要包含了对光电效应的理解，光电效应图像，原子的核式结构模型等内容，欢迎下载使用。

考向一 对光电效应的理解
考向二 光电效应图像
考向三 波粒二象性
考向四 原子的核式结构模型
考向一 对光电效应的理解
一、光电效应及其规律
1．定义
照射到金属表面的光，能使金属中的电子从表面逸出的现象。
2．光电子
光电效应中发射出来的电子。
3．光电效应的实验规律
(1)存在截止频率：当入射光的频率低于截止频率时不发生光电效应。不同金属的截止频率不同，即截止频率与金属自身的性质有关。
(2)存在饱和电流：在光照条件不变的情况下，随着所加电压的增大，光电流趋于一个饱和值，即在一定的光照条件下，单位时间阴极K发射的光电子的数目是一定的。实验表明，光的频率一定时，入射光越强，饱和电流越大，单位时间内发射的光电子数越多。
(3)存在遏止电压：使光电流减小到0的反向电压Uc称为遏止电压。遏止电压的存在意味着光电子的初动能有最大值，Ekm＝eq \f(1,2)meveq \\al(2,c)＝eUc，称为光电子的最大初动能。实验表明，遏止电压(或光电子的最大初动能)与入射光的强度无关，只随入射光频率的增大而增大。
(4)光电效应具有瞬时性：当入射光的频率超过截止频率νc时，无论入射光怎样微弱，光电效应几乎是瞬时发生的。
二、 爱因斯坦光电效应方程
1．光子说
光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，频率为ν的光的能量为hν，其中h＝6.63×10－34 J·s(称为普朗克常量)。这些能量子后来称为光子。
2．逸出功W0
要使电子脱离某种金属，需要外界对它做功，做功的最小值叫作这种金属的逸出功。
3．光电子的最大初动能
在光电效应中，金属中的电子吸收光子后，除了要克服金属的逸出功外，有时还要克服原子的其他束缚而做功，这时光电子的初动能就比较小；当逸出过程只克服金属的逸出功而逸出时，光电子的初动能称为最大初动能。
4．爱因斯坦光电效应方程
(1)表达式：Ek＝hν－W0。
(2)物理意义：金属表面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最大初动能Ek＝eq \f(1,2)mev2。
5．对光电效应规律的解释
三．光电效应的理解
1.与光电效应有关的五组概念对比
(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。光子是光电效应的因，光电子是果。
(2)光电子的初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，只需克服原子核的引力做功的情况，光电子才具有最大初动能。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)入射光的强度与光子的能量：入射光的强度指单位时间内照射到金属表面单位面积上的总能量，即I＝nhν，n是单位时间照射到单位面积上的光子数。
(5)光的强度与饱和光电流：饱和光电流随入射光的强度增大而增大的规律是对频率相同的光照射金属产生光电效应而言的，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的强度之间没有简单的正比关系。
2．四点提醒
(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。
3．三个关系式
(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)逸出功与极限频率的关系：W0＝hνc。
4．两条对应关系
(1)光强大(频率一定时)→光子数目多→发射光电子多→饱和光电流大。
(2)光子频率高→光子能量大→光电子的最大初动能大。
【典例1】(2022·莆田4月模拟)智能手机带有光线传感功能，可以自动调整亮度，光线传感器的工作原理是光电效应。下面关于光电效应的说法正确的是( )
A．发生光电效应时，光电子的最大初动能与入射光的频率成正比
B．在研究光电效应饱和电流时，由I＝neSv可知，光电管所加电压越大，电子获得的速度v越大，饱和电流越大
C．入射光频率为ν时，刚好发生光电效应现象，将入射光频率变为3ν时，此时光电流的遏止电压为eq \f(2hν,e)
D．用一束单色光分别照射A、B两种金属，若照射A得到光电子的最大初动能比照射B得到光电子的最大初动能大，则金属A的截止频率比金属B的截止频率高
【答案】C
【解析】发生光电效应时，光电子的最大初动能与入射光的频率成线性关系，A错误；在研究光电效应饱和电流时，饱和电流与光电管所加电压无关，饱和电流与光照强度有关，光照强度越大，饱和电流越大，B错误；入射光频率为ν时，刚好发生光电效应现象，由光电效应规律可知W0＝hν，将入射光频率变为3ν时，由爱因斯坦光电效应方程可得Ek＝3hν－W0，解得Ek＝2hν，由动能定理可得Ek＝eUc，解得此时光电流的遏止电压为Uc＝eq \f(2hν,e)，C正确；根据光电效应方程Ek＝hν－W0，光子能量一定，光电子的最大初动能大，说明金属的截止频率低，D错误。
【典例2】(2022·安徽蚌埠市第三次教学质量检测)图为研究光电效应的电路图，测得遏止电压为Uc，已知电子的电荷量为e，则下列说法正确的是( )
A．光电子的最大初动能为eUc
B．测量遏止电压时，开关S应与b连接
C．光电管两端电压为零时，光电流也为零
D．开关S接b，调节滑动变阻器，电压表示数增大时，电流表示数一定增大
【答案】A
【解析】当光电管两端电压达到遏止电压Uc时，从阴极K射出的具有最大初动能Ekm的光电子恰好不能到达阳极，根据动能定理有0－Ekm＝－eUc，解得Ekm＝eUc，故A正确；测量遏止电压时，应使光电管阴极与电源正极相连，阳极与电源负极相连，故开关S应与a连接，故B错误；光电管两端电压为零时，若光电子能够到达阳极，则光电流就不为零，故C错误；开关S接b，调节滑动变阻器，电压表示数增大时，若此时光电流已经达到饱和值，则电流表示数不再增大，故D错误。
练习1、(2022福建南平一模)单色光B的频率为单色光A的两倍，用单色光A照射某金属表面时，从金属表面逸出的光电子最大初动能为E1.用单色光B照射该金属表面时，逸出的光电子最大初动能为E2，则该金属的逸出功为 ( )
A．E2－E1 B．E2－2E1
C．2E1－E2 D.eq \f(E1＋E2,2)
【答案】B
【解析】根据光电效应方程：用单色光A照射到某金属表面时E1＝hν－W逸出功，用单色光B照射到某金属表面时E2＝h·2ν－W逸出功．解得W逸出功＝E2－2E1.故选B.
练习2.（2021年江苏省普通高等学校招生适应性考试）14. 我国中微子探测实验利用光电管把光信号转换为电信号。如图所示，A和K分别是光电管的阳极和阴极，加在A、K之间的电压为U。现用发光功率为P的激光器发出频率为v的光全部照射在K上，回路中形成电流。已知阴极K材料的逸出功为W0，普朗克常量为h，电子电荷量为e。
(1)求光电子到达A时的最大动能Ekm；
(2)若每入射N个光子会产生1个光电子，所有的光电子都能到达A，求回路的电流强度I。
【答案】(1) ；(2)
【解析】(1)根据光电效应方程可知
逸出的电子在电场中加速向A运动，根据动能定理
联立解得
(2)每秒钟到达K极的光子数量为n，则
每秒钟逸出电子个数为a个，则
回路的电流强度
联立得
【巧学妙记】
对光电效应的几点提醒
(1)光的频率决定光子的能量，ε＝hν。
(2)光的强度是指单位时间光照射到单位面积上的能量，即I＝nhν，所以单位时间照射到单位面积上的光子数由光强和光的频率共同决定。
(3)光电子逸出后的最大初动能由光子的频率和逸出功共同决定。
(4)由Ek＝hν－W0求出的是光电子的最大初动能，金属内部逸出的光电子的动能小于这个值，而且光电子的射出方向是随机的，不一定都能到达阳极。
(5)每秒逸出的光电子数决定着饱和光电流的大小，而不是光电流的大小。
考向二 光电效应图像
光电效应图像
【典例3】（2022年河北省普通高中学业水平选择性考试4. ）如图是密立根于1916年发表的纳金属光电效应的遏止电压与入射光频率的实验曲线，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（ ）
A. 钠的逸出功为 B. 钠的截止频率为
C. 图中直线的斜率为普朗克常量h D. 遏止电压与入射光频率成正比
【答案】A
【解析】A．根据遏止电压与最大初动能的关系有
根据电效应方程有
当结合图像可知，当为0时，解得A正确；
B．钠的截止频率为，根据图像可知，截止频率小于，B错误；
C．结合遏止电压与光电效应方程可解得可知，图中直线的斜率表示，C错误；
D．根据遏止电压与入射光的频率关系式可知，遏止电压与入射光频率成线性关系，不是成正比，D错误。
故选A。
【典例4】(2021·江苏高考)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