2025年高考物理二轮复习第十五章　近代物理 第一讲　光电效应　波粒二象性课件+讲义（教师+学生）+跟踪练习

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1.理解光电效应的实验规律，会利用光电效应方程计算逸出功、最大初动能、截止频率等物理量。 2.会分析光电效应的图像问题。 3.理解物质波的概念，理解光的波粒二象性。
一、光电效应及其规律1.光电效应现象金属在光的照射下发射电子的现象，发射出来的电子叫________。2.光电效应的产生条件入射光的频率______金属的截止频率。3.光电效应规律(1)每种金属都有一个截止频率，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瞬时的，一般不超过10－9 s。(4)当入射光的频率大于截止频率时，饱和光电流的大小与入射光的强度成______。
二、爱因斯坦光电效应方程1.能量子(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________，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)。2.光子说：在空间传播的光不是连续的，而是一份一份的，每一份叫作一个光子，光子的能量ε＝______。
3.逸出功W0：电子从金属中逸出所需做功的________。4.最大初动能：发生光电效应时，金属表面上的电子吸收光子后克服原子核的引力逸出时所具有的动能的最大值。5.光电效应方程：hν＝Ek＋W0或Ek＝____________。
三、光的波粒二象性与物质波1.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)光电效应说明光具有______性。(3)光既具有波动性，又具有粒子性，即光具有____________。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。
考点二　光电效应的四类图像问题
考点一　光电效应规律的理解和应用
考点三　光的波粒二象性　物质波
1.“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。
2.“两条”关系(1)光的强度大→光子数目多→发射光电子多→光电流大。(2)光子频率高→光子能量大→产生光电子的最大初动能大→遏止电压大。
例1 用如图1所示的实验装置研究光电效应现象。用光子能量为2.75 eV的光照射到光电管上时发生了光电效应，电流表G的示数不为零。移动滑动变阻器的滑片P，发现当电压表的示数大于或等于1.7 V时，电流表示数为零，则在该实验中(　　)A.光电子的最大初动能为1.05 eVB.光电管阴极的逸出功为1.7 eVC.开关S断开，电流表G示数为零D.当滑动变阻器的滑片P由b端向a端滑动时，电压表示数增大
解析　由题意可知，遏止电压Uc＝1.7 V，光电子的最大初动能Ek＝eUc＝1.7 eV，A错误；根据光电效应方程可知，逸出功W0＝ε－Ek＝1.05 eV，B错误；断开开关S，光电效应依然发生，有光电流，光电管、电流表、滑动变阻器构成闭合回路，电流表中电流不为零，C错误；电源电压为反向电压，当滑动变阻器的滑片P由b端向a端滑动时，反向电压增大，电压表示数增大，D正确。
1.(2023·辽宁卷，6)原子处于磁场中，某些能级会发生劈裂，某种原子能级劈裂前后的部分能级图如图2所示，相应能级跃迁放出的光子分别设为①②③④。若用①照射某金属表面时能发生光电效应，且逸出光电子的最大初动能为Ek，则(　　)A.①和③的能量相等B.②的频率大于④的频率C.用②照射该金属一定能发生光电效应D.用④照射该金属逸出光电子的最大初动能小于Ek
解析　由题图可知跃迁时放出的光子①和③均由同一高能级跃迁到同一低能级，又释放的能量等于两能级的能量差，所以①和③的能量相等，A正确；由题图可知②的能量比④的能量小，则由公式E＝hν可知②的频率小于④的频率，B错误；用①照射某金属表面时能发生光电效应现象，但由于②的能量小于①，所以用②照射该金属时不一定能发生光电效应，C错误；用①照射某金属时逸出光电子的最大初动能为Ek，由于④的能量大于①，则由Ek＝hν－W0可知，用④照射该金属逸出光电子的最大初动能一定大于Ek，D错误。
2.如图3所示，分别用波长为λ、2λ的光照射光电管的阴极K，对应的遏止电压之比为3∶1，则光电管的极限波长是(　　)A.2λ 　　B.3λC.4λ 　D.6λ
例2 研究某种金属的光电效应规律，所得相关图像分别如图甲、乙、丙、丁所示，Ek为光电子的最大初动能、ν为入射光的频率、I为光电流、U为两极板间的电压、Uc为遏止电压。下列说法正确的是(　　)
B.由图乙知，入射光的光照强度越大，光电子的最大初动能越大C.由图丙知，入射光2的频率大于入射光1的频率D.由图丁知，入射光的频率大于νc时，入射光的频率越大，遏止电压越大
3.在研究光电效应现象时，先后用单色光a、b、c照射同一光电管，所得到的光电流与光电管两端所加电压U间的关系曲线如图4所示，下列说法正确的是(　　)A.b、c两种单色光的颜色相同B.a、b两种单色光的光照强度相同C.增大c光的光照强度，电路中的饱和光电流将增大D.增大b光的光照强度，射出的光电子的最大初动能增大
解析　根据图像可知单色光c的遏止电压小于单色光b的遏止电压，根据eUc＝Ek＝hν－W0可知b、c两种单色光频率不同，所以颜色不同，故A错误；单色光a的饱和电流大于单色光b的饱和电流，故可知单色光a的光照强度大于单色光b的光照强度，故B错误；电路中的饱和光电流与光的强度有关，在其他条件相同的情况下，光强度越大，光电流越大，故增大c光的光照强度，电路中的饱和光电流将增大，C正确；射出的光电子的最大初动能与光照强度无关，故D错误。
4.(2022·河北卷，4) 如图5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(　　)A.钠的逸出功为hνcB.钠的截止频率为8.5×1014 HzC.图中直线的斜率为普朗克常量hD.遏止电压Uc与入射光频率ν成正比
1.对光的波粒二象性的理解
5.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6(a)(b)(c)所示的图像，则(　　)A.图像(a)表明光具有波动性B.图像(c)表明光具有粒子性C.用紫外线观察不到类似的图像D.实验表明光是一种概率波解析　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。
5.(2022·全国乙卷，17)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 m B.3×102 mC.6×102 m D.9×102 m
对点练1　光电效应规律的理解和应用1.(2024·广东广州统考模拟)如图1，放映电影时，强光照在胶片上，一方面，将胶片上的“影”投到屏幕上；另一方面，通过声道后的光照在光电管上，随即产生光电流，喇叭发出与画面同步的声音。电影实现声音与影像同步，主要应用了光电效应的下列哪一条规律(　　)
A.光电效应的发生时间极短，光停止照射，光电效应立即停止B.入射光的频率必须大于金属的极限频率，光电效应才能发生C.光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随着入射光的频率增大而增大D.当入射光的频率大于极限频率时，光电流的强度随入射光的强度增大而增大
解析　电影实现声音与影像同步，主要应用了光电效应中发生时间极短的规律，光停止照射，光电效应立即停止，依据该原理实现声音与影像同步，故A正确。
3.(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＜UbB.若νa＞νb，则一定有Eka＞EkbC.若Ua＜Ub，则一定有Eka＜EkbD.若νa＞νb，则一定有hνa－Eka＞hνb－Ekb解析　由爱因斯坦光电效应方程得，Ek＝hν－W0，由动能定理得Ek＝eU，若用a、b单色光照射同种金属时，逸出功W0相同。当νa＞νb时，一定有Eka＞Ekb，Ua＞Ub，故选项A错误，B正确；若Ua＜Ub，则一定有Eka＜Ekb，故选项C正确；因逸出功相同，有W0＝ hνa－ Eka＝ hνb－ Ekb，故选项D错误。
4.如图2所示为研究光电效应的电路图。开关闭合后，当用波长为λ0的单色光照射光电管的阴极K时，电流表有示数。下列说法正确的是(　　)A.若只让滑片P向D端移动，则电流表的示数一定增大B.若只增加该单色光的强度，则电流表示数一定增大C.若改用波长小于λ0的单色光照射光电管的阴极K，则阴极K的逸出功变大D.若改用波长大于λ0的单色光照射光电管的阴极K，则电流表的示数一定为零
解析　电路所加电压为正向电压，如果电流达到饱和电流，增加电压，电流也不会增大，故A错误；只增加该单色光的强度，相同时间内逸出的光电子数增多，电流增大，故B正确；金属的逸出功只与阴极材料有关，与入射光无关，故C错误；改用波长大于λ0的单色光照射，虽然光子能量变小，但也有可能发生光电效应，可能有光电流，故D错误。
对点练2　光电效应图像的理解5.(多选)下列四幅图是与光电效应实验有关的图，则关于这四幅图的说法正确的是(　　　)
A.图(a)中，如果先让锌板带负电，再用紫外线灯照射锌板，则验电器的张角先变小后变大B.图(b)中，同一频率的黄光越强，饱和光电流越大C.图(c)中，图像的斜率为普朗克常量D.图(d)中，E等于该金属的逸出功
6.(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3所示。用h、e分别表示普朗克常量和电子电荷量，下列说法正确的是(　　)
10.从1907年起，美国物理学家密立根用如图4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(　　)
11.金属钛由于其稳定的化学性质，良好的耐高温、耐低温、抗强酸、抗强碱，以及高强度、低密度，被美誉为“太空金属”。用频率为2.5×1015 Hz的单色光照射金属钛表面，发生光电效应。从钛表面放出光电子的最大初动能与入射光频率的关系图线如图5所示。普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，则下列说法正确的是(　　)A.钛的截止频率为2.5×1015 HzB.钛的逸出功为6.63×10－19 JC.随着入射光频率的升高，钛的逸出功增大D.光电子的最大初动能与入射光的频率成正比
解析　由题图可知，当最大初动能等于零时，入射光的频率等于金属的截止频率，则有νc＝1.0×1015 Hz，可知钛的逸出功W0＝hνc＝6.63×10－34×1.0×1015 J＝6.63×10－19 J，A错误，B正确；逸出功由金属本身的性质决定，与入射光频率无关，C错误；由题图可知，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，D错误。
12.(2023·江苏卷，14)“夸父一号”太阳探测卫星可以观测太阳辐射的硬X射线。硬X射线是波长很短的光子，设波长为λ。若太阳均匀地向各个方向辐射硬X射线，卫星探测仪镜头正对着太阳，每秒接收到N个该种光子。已知探测仪镜头面积为S，卫星离太阳中心的距离为R，普朗克常量为h，光速为c，求：(1)每个光子的动量p和能量E；(2)太阳辐射硬X射线的总功率P。