第十三章第二節(jié)光電效應(yīng)、波粒二象性

1、第二節(jié)光電效應(yīng)、波粒二象性一、光電效應(yīng)1定義：在光的照射下從物體發(fā)射出電子的現(xiàn)象(發(fā)射出的電子稱為光電子)2產(chǎn)生條件：入射光的頻率大于極限頻率3光電效應(yīng)規(guī)律(1)存在著飽和電流對于一定顏色的光，入射光越強，單位時間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)越多(2)存在著遏止電壓和截止頻率光電子的能量只與入射光的頻率有關(guān)，而與入射光的強弱無關(guān)當入射光的頻率低于截止頻率時不發(fā)生光電效應(yīng)(3)光電效應(yīng)具有瞬時性當頻率超過截止頻率時，無論入射光怎樣微弱，幾乎在照到金屬時立即產(chǎn)生光電流，時間不超過109 s.1.(2014·高考廣東卷)在光電效應(yīng)實驗中，用頻率為的光照射光電管陰極，發(fā)生了光電效應(yīng)，下列說法正確的是()

2、A增大入射光的強度，光電流增大B減小入射光的強度，光電效應(yīng)現(xiàn)象消失C改用頻率小于的光照射，一定不發(fā)生光電效應(yīng)D改用頻率大于的光照射，光電子的最大初動能變大答案：AD二、光電效應(yīng)方程1基本物理量(1)光子的能量h，其中h6.626×1034 J·s(稱為普朗克常量)(2)逸出功：使電子脫離某種金屬所做功的最小值(3)最大初動能發(fā)生光電效應(yīng)時，金屬表面上的電子吸收光子后克服原子核的引力逸出時所具有動能的最大值2光電效應(yīng)方程：EkhW0.×107m的紫外線照射鎢的表面，釋放出來的光電子中最大初動能是4.7×1019J.由此可知，鎢的極限頻率是(普朗克常量h6.

3、63×1034 J·s，光速c3.0×108 m/s，結(jié)果取兩位有效數(shù)字)()A5.5×1014HzB7.9×1014HzC9.8×1014Hz D1.2×1015Hz答案：B三、光的波粒二象性與物質(zhì)波1光的波粒二象性(1)光的干涉、衍射、偏振現(xiàn)象證明光具有波動性(2)光電效應(yīng)說明光具有粒子性(3)光既具有波動性，又具有粒子性，稱為光的波粒二象性2物質(zhì)波(1)概率波：光的干涉現(xiàn)象是大量光子的運動遵守波動規(guī)律的表現(xiàn)，亮條紋是光子到達概率大的地方，暗條紋是光子到達概率小的地方，因此光波又叫概率波(2)物質(zhì)波：任何一個運動著的物體

4、，小到微觀粒子大到宏觀物體都有一種波與它對應(yīng)，其波長，p為運動物體的動量，h為普朗克常量3.下列說法正確的是()A光電效應(yīng)反映了光的粒子性B大量光子產(chǎn)生的效果往往顯示出粒子性，個別光子產(chǎn)生的效果往往顯示出波動性C光的干涉、衍射、偏振現(xiàn)象證明了光具有波動性D只有運動著的小物體才有一種波和它相對應(yīng)，大的運動物體是沒有波和它對應(yīng)的答案：AC考點一光電效應(yīng)規(guī)律的理解1放不放光電子，看入射光的最低頻率2單位時間內(nèi)放多少光電子，看光的強度3光電子的最大初動能大小，看入射光的頻率4要放光電子，瞬時放1905年是愛因斯坦的“奇跡”之年，這一年他先后發(fā)表了三篇具有劃時代意義的論文，其中關(guān)于光量子的理論成功的解釋

5、了光電效應(yīng)現(xiàn)象關(guān)于光電效應(yīng)，下列說法正確的是 ()A當入射光的頻率低于極限頻率時，不能發(fā)生光電效應(yīng)B光電子的最大初動能與入射光的頻率成正比C光電子的最大初動能與入射光的強度成正比D某單色光照射一金屬時不發(fā)生光電效應(yīng)，改用波長較短的光照射該金屬可能發(fā)生光電效應(yīng)解析根據(jù)光電效應(yīng)現(xiàn)象的實驗規(guī)律，只有入射光頻率大于極限頻率才能發(fā)生光電效應(yīng)，故A、D正確根據(jù)光電效應(yīng)方程，最大初動能與入射光頻率為線性關(guān)系，但非正比關(guān)系，B錯誤；根據(jù)光電效應(yīng)現(xiàn)象的實驗規(guī)律，光電子的最大初動能與入射光強度無關(guān)，C錯誤答案AD1.關(guān)于光電效應(yīng)，下列說法正確的是()A愛因斯坦用光子說成功解釋了光電效應(yīng)B極限頻率越大的金屬材料逸出

6、功越大C光電效應(yīng)是瞬時發(fā)生的D若入射光的強度減弱，頻率保持不變，單位時間內(nèi)從金屬表面逸出的光電子數(shù)目不變解析：選ABC.顯然選項A正確；金屬的逸出功W0h，所以極限頻率越大的金屬材料逸出功越大，選項B正確；由光電效應(yīng)相關(guān)知識知，光電效應(yīng)是瞬時發(fā)生的，選項C正確；入射光強度減弱時，單位時間內(nèi)從金屬表面逸出的光電子數(shù)目減少，D錯考點二光電效應(yīng)方程及圖象問題1愛因斯坦光電效應(yīng)方程EkhW0h：光電子的能量W0：逸出功，即從金屬表面直接飛出的光電子克服正電荷引力所做的功Ek：光電子的最大初動能2圖象分析圖象名稱圖線形狀由圖線直接(間接) 得到的物理量最大初動能Ek與入射光頻率的關(guān)系圖線極限頻率：0逸出

7、功：W0|E|E普朗克常量：圖線的斜率kh遏止電壓Uc與入射光頻率的關(guān)系圖線截止(極限)頻率：0遏止電壓Uc：隨入射光頻率的增大而增大普朗克常量：hke(k為斜率，e為電子電量)頻率相同、光強不同時，光電流與電壓的關(guān)系遏止電壓：Uc飽和光電流：Im(電流的最大值)最大初動能：EkmeUc頻率不同、光強相同時，光電流與電壓的關(guān)系遏止電壓：Uc1、Uc2飽和光電流：電流最大值最大初動能Ek1eUc1，Ek2eUc2(2013·高考浙江自選模塊)小明用金屬銣為陰極的光電管，觀測光電效應(yīng)現(xiàn)象，實驗裝置示意圖如圖甲所示已知普朗克常量h6.63×1034J·s.(1)圖甲中電

8、極A為光電管的_(填“陰極”或“陽極”)；(2)實驗中測得銣的遏止電壓Uc與入射光頻率之間的關(guān)系如圖乙所示，則銣的截止頻率c_Hz，逸出功W0_J；(3)如果實驗中入射光的頻率7.00×1014Hz，則產(chǎn)生的光電子的最大初動能Ek_J.解析(1)在光電效應(yīng)中，電子向A極運動，故電極A為光電管的陽極(2)由題圖可知，銣的截止頻率c為5.15×1014Hz，逸出功W0hc6.63×1034×5.15×1014J3.41×1019J.(3)當入射光的頻率為7.00×1014Hz時，由Ekhhc得，光電子的最大初動能為Ek6.63&

9、#215;1034×(7.005.15)×1014J1.23×1019J.答案(1)陽極(2)5.15×1014(5.125.18)×1014均視為正確3.41×1019(3.393.43)×1019均視為正確(3)1.23×1019(1.211.25)×1019均視為正確2.在光電效應(yīng)實驗中，某同學用同一光電管在不同實驗條件下得到三條光電流與電壓之間的關(guān)系曲線(甲光、乙光、丙光)，如圖所示則可判斷出()A甲光的頻率大于乙光的頻率B乙光的波長大于丙光的波長C乙光對應(yīng)的截止頻率大于丙光的截止頻率D甲光對應(yīng)的

10、光電子最大初動能大于丙光的光電子最大初動能解析：選B.由圖象知，甲、乙光對應(yīng)的遏止電壓相等，由eUcEk和hW0Ek得甲、乙光頻率相等，A錯誤；丙光的頻率大于乙光的頻率，則丙光的波長小于乙光的波長，B正確；由hcW0得甲、乙、丙光對應(yīng)的截止頻率相同，C錯誤；由光電效應(yīng)方程知，甲光對應(yīng)的光電子最大初動能小于丙光對應(yīng)的光電子最大初動能，D錯誤物理思想用統(tǒng)計規(guī)律理解光的波粒二象性微觀粒子中的粒子性與宏觀概念中的粒子性不同，通俗地講，宏觀粒子運動有確定的軌道，能預(yù)測，遵守經(jīng)典物理學理論，而微觀粒子運動軌道具有隨機性，不能預(yù)測，也不遵守經(jīng)典物理學理論；微觀粒子的波動性與機械波也不相同，微觀粒子波動性是指

11、粒子到達不同位置的機會不同，遵守統(tǒng)計規(guī)律，所以這種波叫概率波物理學家做了一個有趣的實驗：在雙縫干涉實驗中，在光屏處放上照相底片，若減弱光的強度，使光子只能一個一個地通過狹縫實驗結(jié)果表明，如果曝光時間不太長，底片上只能出現(xiàn)一些不規(guī)則的點子；如果曝光時間足夠長，底片上就會出現(xiàn)規(guī)則的干涉條紋對這個實驗結(jié)果下列認識正確的是()A曝光時間不長時，光的能量太小，底片上的條紋看不清楚，故出現(xiàn)不規(guī)則的點子B單個光子的運動沒有確定的軌道C干涉條紋中明亮的部分是光子到達機會較多的地方D只有大量光子的行為才表現(xiàn)出波動性錯因分析此題易錯選A，主要原因是對光是一種概率波理解不透徹造成的解析單個光子通過雙縫后的落點無法預(yù)

12、測，大量光子的落點出現(xiàn)一定的規(guī)律性，落在某些區(qū)域的可能性較大，這些區(qū)域正是波通過雙縫后發(fā)生干涉時振幅加強的區(qū)域光具有波粒二象性，少數(shù)光子的行為表現(xiàn)為粒子性，大量光子的行為表現(xiàn)為波動性所以正確選項為B、C、D.答案BCD1(2015·太原質(zhì)檢)關(guān)于物質(zhì)的波粒二象性，下列說法中不正確的是()A不僅光子具有波粒二象性，一切運動的微粒都具有波粒二象性B運動的微觀粒子與光子一樣，當它們通過一個小孔時，都沒有特定的運動軌道C波動性和粒子性，在宏觀現(xiàn)象中是矛盾的、對立的，但在微觀高速運動的現(xiàn)象中是統(tǒng)一的D實物的運動有特定的軌道，所以實物不具有波粒二象性解析：選D.光具有波粒二象性是微觀世界具有的特

13、殊規(guī)律，大量光子運動的規(guī)律表現(xiàn)出光的波動性，而單個光子的運動表現(xiàn)出光的粒子性光的波長越長，波動性越明顯，光的頻率越高，粒子性越明顯而宏觀物體的德布羅意波的波長太小，實際很難觀察到波動性，不是不具有波粒二象性，D項不正確2(2015·北京朝陽模擬)用綠光照射一個光電管，能產(chǎn)生光電效應(yīng)欲使光電子從陰極逸出時最大初動能增大，可以()A改用紅光照射 B改用紫光照射C增加綠光照射時間 D增加綠光照射強度解析：選B.光電子的最大初動能與照射時間或照射強度無關(guān)，而與入射光子的能量有關(guān)，入射光子的能量越大，光電子從陰極逸出時最大初動能越大，所以本題中可以改用比綠光光子能量更大的紫光照射，以增大光電子

14、從陰極逸出時的最大初動能3(2015·河南林州模擬)如圖所示是光電管的原理圖，已知當有波長為0的光照到陰極K上時，電路中有光電流，則()A若換用波長為1(1>0)的光照射陰極K時，電路中一定沒有光電流B若換用波長為2(2<0)的光照射陰極K時，電路中一定有光電流C增加電路中電源電壓，電路中光電流一定增大D若將電源極性反接，電路中一定沒有光電流產(chǎn)生解析：選B.由題設(shè)條件，不能知道光電管陰極材料極限波長的確切值，只能知道其極限波長極>0.換用的波長1雖比0大，但因為極大小不確定，因而無法確定是否發(fā)生光電效應(yīng)，故A錯但若2<0，則一定能發(fā)生光電效應(yīng)，故B對光電管兩端

15、電壓在原來情況下，光電流是否達到最大(飽和)，題設(shè)條件并不清楚，因而增大電壓，光電流是否增大也不能確定；將電源極性接反后，所加電壓阻礙光電子向陽極運動，但若eU<Ekm，仍會有一定數(shù)量的光電子可達陽極而形成光電流因此，選項C、D也是錯誤的4當用一束紫外線照射鋅板時，產(chǎn)生了光電效應(yīng)，這時()A鋅板帶負電B有正離子從鋅板逸出C有電子從鋅板逸出D鋅板會吸附空氣中的正離子解析：選C.鋅板在紫外線的照射下產(chǎn)生了光電效應(yīng)，說明鋅板上有光電子飛出，所以鋅板帶正電，選項C正確，A、B、D錯誤5用強激光照射金屬，由于其光子密度極大，一個電子在極短時間內(nèi)可吸收多個光子，從而形成多光子光電效應(yīng)用頻率為的普通光

16、源照射陰極K，沒有發(fā)生光電效應(yīng)，換用同樣頻率為的強激光照射陰極K，則發(fā)生了光電效應(yīng)；此時，若加上反向電壓U，即將陰極K接電源正極，陽極A接電源負極，在KA之間就形成了使光電子減速的電場逐漸增大U，光電流會逐漸減??；當光電流恰好減小到零時，所加反向電壓U可能是下列的(其中W為逸出功，h為普朗克常量，e為電子電量)()AUBUCU2hW DU解析：選B.以從陰極K逸出的且具有最大初動能的光電子為研究對象，由動能定理得：Ue0mv由光電效應(yīng)方程得：nhmvW(n2,3,4)由式解得：U(n2,3,4)，故選項B正確6.用同一光電管研究a、b兩種單色光產(chǎn)生的光電效應(yīng)，得到光電流I與光電管兩極間所加電壓

17、U的關(guān)系如圖則這兩種光()A照射該光電管時a光使其逸出的光電子最大初動能大B從同種玻璃射入空氣發(fā)生全反射時，a光的臨界角大C通過同一裝置發(fā)生雙縫干涉，a光的相鄰條紋間距大D通過同一玻璃三棱鏡時，a光的偏折程度大解析：選BC.由圖可知b光照射時對應(yīng)遏止電壓Uc2大于a光照射時的遏止電壓Uc1.因qUmv2，而hW0mv2，所以b光照射時光電子最大初動能大，A錯，且可得b>a，b<a，故D錯，C對b光折射率大于a光折射率，所以a光臨界角大，B對一、選擇題1(2015·蘇北四市調(diào)研)下列說法中正確的是()A光電效應(yīng)現(xiàn)象說明光具有粒子性B普朗克在研究黑體輻射問題時提出了能量子假說

18、C愛因斯坦建立了光量子理論，成功地解釋了光電效應(yīng)現(xiàn)象D運動的宏觀物體也具有波動性，其速度越大物質(zhì)波的波長越長解析：選ABC.光電效應(yīng)現(xiàn)象說明光是一份一份的，即光具有粒子性，A正確；由物理學史知B、C正確；物質(zhì)波的波長與運動物體的動量有關(guān)系，動量越小波長越長，D錯誤2用極微弱的可見光做雙縫干涉實驗，隨著時間的增加，在照相底片上先后出現(xiàn)如圖甲、乙、丙所示的圖象，則()A圖象甲表明光具有粒子性B圖象乙表明光具有波動性C用紫外光觀察不到類似的圖象D實驗表明光是一種概率波解析：選ABD.圖象甲曝光時間短，通過光子數(shù)很少，呈現(xiàn)粒子性圖象乙曝光時間長，通過了大量光子，呈現(xiàn)波動性，故A、B正確；同時也表明光波

19、是一種概率波，故D也正確；紫外光本質(zhì)和可見光本質(zhì)相同，也可以發(fā)生上述現(xiàn)象，故C錯誤3在光電效應(yīng)實驗中，用單色光照射某種金屬表面，有光電子逸出，則光電子的最大初動能取決于入射光的()A頻率B強度C照射時間 D光子數(shù)目解析：選A.由EkhW知光電子的最大初動能取決于入射光的頻率4(2014·高考江蘇卷)已知鈣和鉀的截止頻率分別為 7.73 ×1014 Hz 和5.44×1014 Hz，在某種單色光的照射下兩種金屬均發(fā)生光電效應(yīng)，比較它們表面逸出的具有最大初動能的光電子，鈣逸出的光電子具有較大的()A波長 B頻率C能量 D動量解析：選A.根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程mvhW

20、.由題知W鈣>W鉀，所以鈣逸出的光電子的最大初動能較小根據(jù)p及p和c知，鈣逸出的光電子的特點是：動量較小、波長較長、頻率較小選項A正確，選項B、C、D錯誤5入射光照射到某金屬表面上發(fā)生光電效應(yīng)，若入射光的強度減弱，而頻率保持不變，則()A從光照至金屬表面上到發(fā)射出光電子之間的時間間隔將明顯增加B逸出的光電子的最大初動能將減小C單位時間內(nèi)從金屬表面逸出的光電子數(shù)目將減小D有可能不發(fā)生光電效應(yīng)解析：選C.只要入射光頻率不變，光電效應(yīng)仍能發(fā)生，且由EkmhW知光電子的最大初動能不變，B、D錯；若入射光強度減弱，則單位時間內(nèi)逸出的光電子數(shù)目將減小，但發(fā)生光電效應(yīng)的時間間隔不變，A錯，C對6.(2

21、015·鄭州模擬)甲、乙兩種金屬發(fā)生光電效應(yīng)時，光電子的最大初動能與入射光頻率間的函數(shù)關(guān)系分別如圖中的、所示下列判斷正確的是()A與不一定平行B乙金屬的極限頻率大C圖象縱軸截距由入射光強度判定D、的斜率是定值，與入射光和金屬材料均無關(guān)系解析：選BD.Ek圖象的斜率表示普朗克常量，圖線與軸交點的橫坐標表示極限頻率，圖線與Ek軸交點的縱坐標的絕對值為逸出功，由金屬材料判定，故B、D正確7(2015·陜西師大附中檢測)用a、b兩種不同頻率的光分別照射同一金屬板，發(fā)現(xiàn)當a光照射時驗電器的指針偏轉(zhuǎn)，b光照射時指針未偏轉(zhuǎn)，以下說法正確的是 ()A增大a光的強度，驗電器的指針偏角一定減小

22、Ba光照射金屬板時驗電器的金屬小球帶負電Ca光在真空中的波長小于b光在真空中的波長D若a光是氫原子從n4的能級向n1的能級躍遷時產(chǎn)生的，則b光可能是氫原子從n5的能級向n2的能級躍遷時產(chǎn)生的解析：選CD.增大a光的強度，從金屬板中打出的光電子數(shù)增多，驗電器帶電荷量增大，指針偏角一定增大，A錯誤a光照射到金屬板時發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象，從金屬板中打出電子，金屬板帶正電，因此，驗電器的金屬小球帶正電，B錯誤發(fā)生光電效應(yīng)的條件是入射光的頻率大于金屬的極限頻率，因此a光的頻率大于b光的頻率，a光在真空中的波長小于b光在真空中的波長，C正確氫原子從n4的能級向n1的能級躍遷時產(chǎn)生的光子能量大于氫原子從n5的能

23、級向n2的能級躍遷時產(chǎn)生的光子能量，D正確8在做光電效應(yīng)實驗時，某金屬被光照射產(chǎn)生了光電效應(yīng)，實驗測得光電子的最大初動能Ek與入射光的頻率的關(guān)系如圖所示，C、0為已知量由圖線可知()A普朗克常量的數(shù)值B該金屬的逸出功C該金屬的極限頻率D入射光的頻率增大，金屬的極限頻率隨之增大E入射光的頻率加倍，光電子的最大初動能加倍解析：選ABC.根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程EkhW0，Ek圖象的斜率等于普朗克常量，A正確，Ek圖象在縱軸上的截距的絕對值表示逸出功，B正確；當Ek0時，0，極限頻率為0，C正確；金屬的極限頻率是常量，D錯誤；根據(jù)EkhW0，光電子的最大初動能不與入射光頻率成正比，E錯誤9產(chǎn)生光電效應(yīng)時，關(guān)于逸出光電子的最大初動能Ek，下列說法正確的是()A對于同種金屬，Ek與照射光的強度無關(guān)B對于同種金屬，Ek與照射光的波長成反比C對于同種金屬，Ek與照射光的時間成正比D對于同種金屬，Ek與照射光的頻率成線性關(guān)系E對于不同種金屬，若照射光頻率不變，Ek與金屬的逸出功成線性關(guān)系解析：選ADE.發(fā)生光電效應(yīng)，一個電子獲得一個光子的能量，EkhW0，所以Ek與照射光的強度無關(guān)，與光照射的時間無關(guān)，A正確，C錯誤；由EkhW0