物理課件（新教材粵教版）第十六章原子結(jié)構(gòu)和波粒二象性原子核第1講光電效應(yīng)波粒二象性

光電效應(yīng)波粒二象性第1講目標(biāo)要求1.知道什么是光電效應(yīng)，理解光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律，會(huì)利用光電效應(yīng)方程計(jì)算逸出功、截止頻率、最大初動(dòng)能等物理量.2.了解實(shí)物粒子的波動(dòng)性，知道物質(zhì)波的概念.

內(nèi)容索引考點(diǎn)一光電效應(yīng)能量子假說考點(diǎn)二光電效應(yīng)中常見的四類圖像考點(diǎn)三光的波粒二象性與物質(zhì)波課時(shí)精練考點(diǎn)一光電效應(yīng)能量子假說1.能量子假說(1)定義：普朗克認(rèn)為，當(dāng)帶電微粒輻射或吸收能量時(shí)，只能輻射或吸收某個(gè)最小能量值ε的

，這個(gè)不可再分的最小能量值ε叫作能量子.(2)能量子大?。害牛?/p>

，其中ν是帶電微粒吸收或輻射電磁波的頻率，h稱為普朗克常量.一般取h＝×10－34J·s.梳理必備知識(shí)整數(shù)倍hν2.光電效應(yīng)及其規(guī)律(1)光電效應(yīng)現(xiàn)象照射到金屬表面的光，能使金屬中的

從表面逸出，這個(gè)現(xiàn)象稱為光電效應(yīng)，這種電子常稱為

.(2)光電效應(yīng)的產(chǎn)生條件入射光的頻率

金屬的截止頻率.電子光電子大于或等于(3)光電效應(yīng)規(guī)律①每種金屬都有一個(gè)截止頻率νc，入射光的頻率必須

這個(gè)截止頻率才能產(chǎn)生光電效應(yīng).②光電子的最大初動(dòng)能與入射光的強(qiáng)度

，只隨入射光

的增大而增大.③光電效應(yīng)的發(fā)生幾乎是瞬時(shí)的，一般不超過10－9s.④當(dāng)入射光的頻率大于或等于截止頻率時(shí)，在光的顏色不變的情況下，入射光越強(qiáng)，飽和電流越大，逸出的光電子數(shù)越

，逸出光電子的數(shù)目與入射光的強(qiáng)度成正比，飽和電流的大小與入射光的強(qiáng)度成

.大于或等于無關(guān)頻率多正比3.愛因斯坦光電效應(yīng)方程(1)光電效應(yīng)方程①表達(dá)式：hν＝Ek＋W0或Ek＝

.②物理意義：金屬表面的電子吸收一個(gè)光子獲得的能量是hν，這些能量的一部分用來克服金屬的逸出功W0，剩下的表現(xiàn)為逸出后電子的______

.(2)逸出功W0：電子從金屬中逸出所需做功的

，W0＝hνc＝

.(3)最大初動(dòng)能：發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)，金屬表面上的

吸收光子后克服原子核的引力逸出時(shí)所具有的動(dòng)能的最大值.hν－W0最大初動(dòng)能最小值電子1.光子和光電子都不是實(shí)物粒子.(

)2.只要入射光的強(qiáng)度足夠大，就可以使金屬發(fā)生光電效應(yīng).(

)3.要使某金屬發(fā)生光電效應(yīng)，入射光子的能量必須大于或等于該金屬的逸出功.(

)4.光電子的最大初動(dòng)能與入射光子的頻率成正比.(

)×√××光電效應(yīng)的分析思路提升關(guān)鍵能力例1

(2022·全國乙卷·17)一點(diǎn)光源以113W的功率向周圍所有方向均勻地輻射波長約為6×10－7m的光，在離點(diǎn)光源距離為R處每秒垂直通過每平方米的光子數(shù)為3×1014個(gè).普朗克常量為h＝×10－34J·s.R約為×102×102m×102×102m√一個(gè)光子的能量為E＝hν，ν為光的頻率，光的波長與頻率的關(guān)系為c＝λν，P為光源的功率，光子以球面波的形式傳播，那么以光源為原點(diǎn)的球面上的光子數(shù)相同，此時(shí)距光源的距離為R處，每秒垂直通過每平方米的光子數(shù)為3×1014個(gè)，聯(lián)立以上各式解得R≈3×102m，故選B.例2

光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，下列表述正確的是A.光照時(shí)間越長，光電子最大初動(dòng)能越大B.入射光足夠強(qiáng)就可以有光電流導(dǎo)出C.遏止電壓與入射光的強(qiáng)度有關(guān)D.入射光頻率小于截止頻率時(shí)，不論光照時(shí)間多長，都不能發(fā)生光電效應(yīng)√光電子的最大初動(dòng)能與光照時(shí)間無關(guān)，與入射光的頻率有關(guān)，故A錯(cuò)誤；發(fā)生光電效應(yīng)的條件是入射光頻率大于或等于截止頻率，入射光強(qiáng)，不一定能發(fā)生光電效應(yīng)，故B錯(cuò)誤；根據(jù)光電效應(yīng)方程Ek＝eUc＝hν－W0知遏止電壓與入射光的頻率有關(guān)，與強(qiáng)度無關(guān)，故C錯(cuò)誤；當(dāng)入射光頻率小于截止頻率時(shí)，不論光照時(shí)間多長，都不能發(fā)生光電效應(yīng)，故D正確.例3

(2023·廣東深圳市模擬)用如圖所示的裝置研究光電效應(yīng)現(xiàn)象，當(dāng)用光子能量為2.5eV的光照射到光電管上時(shí)，電流表G的讀數(shù)為0.2mA，移動(dòng)變阻器的滑片C，當(dāng)電壓表的示數(shù)大于或等于0.7V時(shí)，電流表讀數(shù)為0，則A.光電管陰極的逸出功為1.8eVB.開關(guān)S斷開后，沒有電流流過電流表GC.光電子的最大初動(dòng)能為1.8eVD.改用能量為1.5eV的光子照射，有電流流過電流表G，但電流較小√由題圖可知，光電管兩端所加的電壓為反向電壓，由電壓表的示數(shù)大于或等于0.7V時(shí)，電流表示數(shù)為0，可知光電子的最大初動(dòng)能為0.7eV，根據(jù)光電效應(yīng)方程hν＝Ek＋W0，可得W0＝1.8eV，A正確，C錯(cuò)誤；開關(guān)S斷開后，用光子能量為2.5eV的光照射到光電管上發(fā)生了光電效應(yīng)，有光電子逸出，則有電流流過電流表G，B錯(cuò)誤；改用能量為1.5eV的光子照射，由于光子的能量小于逸出功，不能發(fā)生光電效應(yīng)，無電流流過電流表G，D錯(cuò)誤.考點(diǎn)二光電效應(yīng)中常見的四類圖像圖像名稱圖線形狀獲取信息最大初動(dòng)能Ek與入射光頻率ν的關(guān)系

①截止頻率νc：圖線與ν軸交點(diǎn)的橫坐標(biāo)②逸出功W0：圖線與Ek軸交點(diǎn)的縱坐標(biāo)的絕對值W0＝|－E|＝E③普朗克常量h：圖線的斜率k＝h遏止電壓Uc與入射光頻率ν的關(guān)系

①截止頻率νc：圖線與橫軸的交點(diǎn)的橫坐標(biāo)②遏止電壓Uc：隨入射光頻率的增大而增大③普朗克常量h：等于圖線的斜率與電子電荷量的乘積，即h＝ke(注：此時(shí)兩極之間接反向電壓)顏色相同、強(qiáng)度不同的光，光電流與電壓的關(guān)系

①遏止電壓Uc：圖線與橫軸的交點(diǎn)的橫坐標(biāo)②飽和電流：電流的最大值③最大初動(dòng)能：Ek＝eUc顏色不同時(shí)，光電流與電壓的關(guān)系

①遏止電壓Uc1、Uc2②飽和電流③最大初動(dòng)能Ek1＝eUc1，Ek2＝eUc2√因?yàn)镋k＝hν－W0＝eUc，由題圖可知，甲、丙光對應(yīng)的遏止電壓相等且小于乙光對應(yīng)的遏止電壓，故光電子的最大初動(dòng)能Ek甲＝Ek丙<Ek乙，A正確，B錯(cuò)誤；因?yàn)槭峭还怆姽?，且有hν＝eUc＋W0，由題圖可知，甲、丙光對應(yīng)的遏止電壓相等且小于乙光對應(yīng)的遏止電壓，故ν甲＝ν丙>ν乙，C、D錯(cuò)誤.√√根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程hν＝Ek＋W0，可知光電子的最大初動(dòng)能Ek與入射光頻率ν的關(guān)系圖像的斜率為普朗克常量h，所以兩條圖線的斜率一定相等，α和β一定相等，A錯(cuò)誤；由Ek＝hν－W0，可知，若增大入射光的頻率ν，則產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能增大.由eUc＝Ek，可知所需的遏止電壓Uc將增大，B正確；光電子的最大初動(dòng)能Ek與入射光頻率ν的關(guān)系圖像與橫軸的截距等于金屬的逸出功W0，由題圖可知甲金屬的逸出功較小，因此某一頻率的光可以使乙金屬發(fā)生光電效應(yīng)，則一定能使甲金屬發(fā)生光電效應(yīng)，C正確；根據(jù)光電效應(yīng)方程，若不改變?nèi)肷涔忸l率ν，而增大入射光的強(qiáng)度，則光電子的最大初動(dòng)能不變，D錯(cuò)誤.考點(diǎn)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

.(2)光電效應(yīng)說明光具有

.(3)光既具有波動(dòng)性，又具有粒子性，稱為光的

.2.物質(zhì)波(1)概率波：光的干涉現(xiàn)象是大量光子的運(yùn)動(dòng)遵守波動(dòng)規(guī)律的表現(xiàn)，亮條紋是光子到達(dá)概率

的地方，暗條紋是光子到達(dá)概率

的地方，因此光波又叫概率波.梳理必備知識(shí)波動(dòng)性粒子性波粒二象性大小(2)物質(zhì)波：任何一個(gè)運(yùn)動(dòng)著的物體，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λ＝

，p為運(yùn)動(dòng)物體的動(dòng)量，h為普朗克常量.1.光的頻率越高，光的粒子性越明顯，但仍具有波動(dòng)性.(

)2.法國物理學(xué)家德布羅意大膽預(yù)言了實(shí)物粒子在一定條件下會(huì)表現(xiàn)為波動(dòng)性.(

)√√例6

(多選)(2022·浙江1月選考·16)電子雙縫干涉實(shí)驗(yàn)是近代證實(shí)物質(zhì)波存在的實(shí)驗(yàn).如圖所示，電子槍持續(xù)發(fā)射的電子動(dòng)量為×10－23kg·m/s，然后讓它們通過雙縫打到屏上.已知電子質(zhì)量取×10－31kg，普朗克常量取×10－34J·s，下列說法正確的是A.發(fā)射電子的動(dòng)能約為×10－15JB.發(fā)射電子的物質(zhì)波波長約為×10－11mC.只有成對電子分別同時(shí)通過雙縫才能發(fā)生干涉D.如果電子是一個(gè)一個(gè)發(fā)射的，仍能得到干涉圖樣√√物質(zhì)波也具有波粒二象性，故電子的波動(dòng)性是每個(gè)電子本身的性質(zhì)，則每個(gè)電子依次通過雙縫都能發(fā)生干涉現(xiàn)象，只是需要大量電子顯示出干涉圖樣，故C錯(cuò)誤，D正確.例7

(2023·上海市師大附中高三月考)用極微弱的可見光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，隨著時(shí)間的增加，在屏上先后出現(xiàn)如圖(a)、(b)、(c)所示的圖像，則A.圖像(a)表明光具有波動(dòng)性B.圖像(c)表明光具有粒子性C.用紫外線觀察不到類似的圖像D.實(shí)驗(yàn)表明光是一種概率波√題圖(a)只有分散的亮點(diǎn)，表明光具有粒子性；題圖(c)呈現(xiàn)干涉條紋，表明光具有波動(dòng)性，A、B錯(cuò)誤；紫外線也具有波粒二象性，也可以觀察到類似的圖像，C錯(cuò)誤；實(shí)驗(yàn)表明光是一種概率波，D正確.四課時(shí)精練1.關(guān)于光電效應(yīng)，下列說法正確的是A.截止頻率越大的金屬材料逸出功越大B.只要光照射的時(shí)間足夠長，任何金屬都能發(fā)生光電效應(yīng)C.從金屬表面逸出的光電子的最大初動(dòng)能越大，這種金屬的逸出功越小D.入射光的光強(qiáng)一定時(shí)，頻率越高，單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子數(shù)就越多123456789101112√基礎(chǔ)落實(shí)練逸出功W0＝hνc，W0∝νc，A正確；只有照射光的頻率大于或等于金屬截止頻率，才能發(fā)生光電效應(yīng)，與光照的時(shí)間無關(guān)，B錯(cuò)誤；由光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0知，入射光頻率ν不確定時(shí)，無法確定Ek與W0的關(guān)系，C錯(cuò)誤；發(fā)生光電效應(yīng)的前提下，入射光的光強(qiáng)一定時(shí)，頻率越高，光子數(shù)越少，單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子數(shù)越少，D錯(cuò)誤.1234567891011122.(多選)波粒二象性是微觀世界的基本特征，以下說法正確的有A.光電效應(yīng)現(xiàn)象揭示了光的粒子性B.熱中子束射到晶體上產(chǎn)生衍射圖樣說明中子具有波動(dòng)性C.黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律可用光的波動(dòng)性解釋D.動(dòng)能相等的質(zhì)子和電子，它們的德布羅意波的波長也相等√123456789101112√3.(2022·江蘇卷·4)上海光源通過電子－光子散射使光子能量增加，光子能量增加后A.頻率減小 B.波長減小C.動(dòng)量減小 D.速度減小√1234567891011121234567891011124.(2023·廣東廣州市模擬)如圖，電路中所有元件完好.當(dāng)光照射光電管時(shí)，靈敏電流計(jì)指針沒有偏轉(zhuǎn)，其原因是A.電源的電壓太大

B.光照的時(shí)間太短C.入射光的強(qiáng)度太強(qiáng)

D.入射光的頻率太低123456789101112√由題圖知，電源提供的電壓為正向電壓，只要能發(fā)生光電效應(yīng)電路中就有電流，A錯(cuò)誤；光電效應(yīng)的發(fā)生是瞬間的，與入射光的照射時(shí)間無關(guān)，B錯(cuò)誤；123456789101112靈敏電流計(jì)指針未發(fā)生偏轉(zhuǎn)，可能是未發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象，即入射光的頻率小于金屬的截止頻率，與光照強(qiáng)度無關(guān)，C錯(cuò)誤，D正確.5.(多選)在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，分別用頻率為νa、νb的單色光a、b照射到同種金屬上，測得相應(yīng)的遏止電壓分別為Ua和Ub，光電子的最大初動(dòng)能分別為Eka和Ekb，h為普朗克常量.下列說法正確的是A.若νa＞νb，則一定有Ua＜UbB.若νa＞νb，則一定有Eka＞EkbC.若Ua＜Ub，則一定有Eka＜EkbD.若νa＞νb，則一定有hνa－Eka＞hνb－Ekb√123456789101112√123456789101112由愛因斯坦光電效應(yīng)方程得Ek＝hν－W0，由動(dòng)能定理得Ek＝eU，用a、b單色光照射同種金屬時(shí)，逸出功W0相同.當(dāng)νa＞νb時(shí)，一定有Eka＞Ekb，Ua＞Ub，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤，B正確；若Ua＜Ub，則一定有Eka＜Ekb，故選項(xiàng)C正確；因逸出功相同，有W0＝hνa－Eka＝hνb－Ekb，故選項(xiàng)D錯(cuò)誤.√123456789101112由題圖可知，當(dāng)滑動(dòng)頭P從N移到M的過程中，光電流始終為零，說明沒有發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象.能否發(fā)生光電效應(yīng)與入射光的強(qiáng)度無關(guān)，所以增大入射光的強(qiáng)度，仍不能產(chǎn)生光電流，故A錯(cuò)誤；123456789101112增大入射光的頻率，當(dāng)入射光的頻率大于金屬的極限頻率時(shí)，就會(huì)發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象，金屬中有光電子逸出，電路中能產(chǎn)生光電流，故B正確；把P向N移動(dòng)或?qū)㈦娫凑?fù)極反接均不能使金屬發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象，電路中均不能產(chǎn)生光電流，故C、D錯(cuò)誤.7.(2023·廣東汕頭市模擬)用如圖所示的光電管研究光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中，用某種頻率的單色光a照射光電管陰極K，電流計(jì)G的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，而用另一頻率的單色光b照射光電管陰極K時(shí)，電流計(jì)G的指針不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，那么A.a光的波長一定大于b光的波長B.用不同的光照射光電管，光電管金屬板的逸出

功不同C.若入射光頻率大于a光頻率，則一定能發(fā)生光電

效應(yīng)D.增加b光的強(qiáng)度可能使電流計(jì)G的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)123456789101112√123456789101112用某種頻率的單色光a照射光電管陰極K，電流計(jì)G的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，可知a光照射發(fā)生光電效應(yīng)，用另一頻率的單色光b照射光電管陰極K時(shí)，電流計(jì)G的指針不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，可知b光照射不發(fā)生光電效應(yīng)，結(jié)合光電效應(yīng)發(fā)生的條件可知，a光的頻率大于b光的頻率，則a光的波長小于b光的波長，A錯(cuò)誤；金屬板的逸出功是由金屬板本身決定的，用不同的光照射光電管，光電管金屬板的逸出功不變，B錯(cuò)誤；123456789101112a光照射發(fā)生光電效應(yīng)，根據(jù)光電效應(yīng)發(fā)生的條件，若入射光頻率大于a光頻率，則一定能發(fā)生光電效應(yīng)，C正確；b光照射不發(fā)生光電效應(yīng)，結(jié)合光電效應(yīng)發(fā)生的條件可知，增加b光的強(qiáng)度仍然不能發(fā)生光電效應(yīng)，則不能使電流計(jì)G的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，D錯(cuò)誤.8.(多選)如圖所示，甲、乙、丙、丁是關(guān)于光電效應(yīng)的四個(gè)圖像(電子電荷量為e)，以下說法正確的是A.由圖甲可求得普朗克常量h＝B.由圖乙可知虛線對應(yīng)金屬的逸出功比實(shí)

線對應(yīng)金屬的逸出功小C.由圖丙可知在光的顏色不變的情況下，

入射光越強(qiáng)，飽和電流越大D.由圖丁可知電壓越高，則光電流越大√123456789101112能力綜合練√123456789101112根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0可知，題圖乙中縱軸截距的絕對值表示逸出功，則實(shí)線對應(yīng)金屬的逸出功比虛線對應(yīng)金屬的逸出功大，故B正確；123456789101112入射光頻率一定，飽和電流由入射光的強(qiáng)度決定，即光的顏色不變的情況下，入射光越強(qiáng)，光子數(shù)越多，飽和電流越大，故C正確；分析題圖丁可知，當(dāng)達(dá)到飽和電流以后，增加光電管兩端的電壓，光電流不變，故D錯(cuò)誤.9.用金屬銣為陰極的光電管，觀測光電效應(yīng)現(xiàn)象，實(shí)驗(yàn)裝置示意圖如圖甲所示，實(shí)驗(yàn)中測得銣的遏止電壓Uc與入射光頻率ν之間的關(guān)系如圖乙所示，圖線與橫軸交點(diǎn)的橫坐標(biāo)為×1014Hz.已知普朗克常量h＝×10－34J·s.則下列說法中正確的是A.欲測遏止電壓，應(yīng)選擇電源左端為正極B.當(dāng)電源左端為正極時(shí)，滑動(dòng)變阻器的滑

片向右滑動(dòng)，電流表的示數(shù)持續(xù)增大C.增大照射光的強(qiáng)度，產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能一定增大D.如果實(shí)驗(yàn)中入射光的頻率ν＝×1014Hz，則產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能

約為×10－19J123456789101112√123456789101112遏止電壓產(chǎn)生的電場對電子起阻礙作用，則電源的右端為正極，故A錯(cuò)誤；當(dāng)電源左端為正極時(shí)，滑動(dòng)變阻器的滑片向右滑動(dòng)，加速電場增強(qiáng)，電流增加到一定值后不再增加，故B錯(cuò)誤；由Ek＝hν－W0可知，最大初動(dòng)能與光的強(qiáng)度無關(guān)，故C錯(cuò)誤；Ek＝hν－W0＝hν－h(huán)νc，νc＝×1014Hz，代入數(shù)值求得Ek≈×10－19J，故D正確.12345678910111210.如圖所示，分別用波長為λ、2λ的光照射光電管的陰極K，對應(yīng)的遏止電壓之比為3∶1，則光電管的截止頻率對應(yīng)的光的波長是λλ

λλ√11.(2023·廣東湛江市質(zhì)檢)如圖所示，甲圖為演示光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置；乙圖為a、b、c三種光照射下得到的三條電流表與電壓表讀數(shù)之間的關(guān)系曲線.下列說法正確的是A.a、b、