2020版高考物理人教版一轮课件：12.1光电效应 波粒二象性

解析：因为 λ1>λ，则 ν1<ν，所以用波长为 λ1 的光照射阴极 K， 不一定发生光电效应，A 错误；因为 λ2<λ，则 ν2>ν，所以用波长为 λ2 的光照射阴极 K，一定发生光电效应，B 正确；饱和光电流的大 小与照射光的强度有关，与电压无关，所以只增大电路中电源两端
的电压，光电流不一定增大，C 错误；将电路中的电源反接，若电 压小于遏止电压，则仍然会有光电流产生，D 错误．
答案：D
考点三 光的波粒二象性 物质波
1．对光的波动性和粒子性的进一步理解
光的波动性
光的粒子性
实验基础
干涉和衍射
光电效应、康普顿效应
表现
①光是一种概率波，即光子在空 间各点出现的可能性大小(概率) 可用波动规律来描述②大量的光 子在传播时，表现出光的波动性
①当光用物质发生作用时， 这种作用是“一份一份” 进行的，表现出粒子的性质 ②少量或个别光子容易显
(2)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．
(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极限频率时，饱和光电流的大小与入射 光的强度成正比．
二、爱因斯坦光电效应方程
1．光子说：在空间传播的光不是连续的，而是一份一份的， 每一份叫做一个光子，光子的能量 ε＝hν.
①截止频率 ν0：图线与横轴的交点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：等于图线的斜 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)
例 2 (多选)研究光电效应的实验电路图如图(a)所示，实验中得到
的光电流 I 与光电管两端电压 U 的关系图象如图(b)所示．下列说法正 确的是( )
颜色相同、强 弱不同的光， 光电流与电 压的关系
①遏止电压 Uc：图线与横轴的交点② 饱和光电流 Im：电流的最大值③最大 初动能：Ekm＝eUc
颜色不同时， 光电流与电 压的关系
遏止电压 Uc 与入射光频 率 ν 的关系 图线
①遏止电压 Uc1、Uc2②饱和光电流③ 最大初动能 Ek1＝eUc1、Ek2＝eUc2
答案：BC
多维练透
1. (多选)某种金属逸出光电子的最大初动能 Ek 与入射光频率 ν 的关系如图所示．已知该金属的逸出功为 W0，普朗克常量为 h.下 列说法正确的是( )
A．入射光的频率越高，金属的逸出功越大 B．Ek 与入射光的频率成正比 C．图中图线的斜率为 h
D．图线在横轴上的截距为Wh 0
(3)光子说并未否定波动说，E＝hν＝hλc中，ν 和 λ 就是描述波的 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．
例 3 用很弱的光做双缝干涉实验，把入射光减弱到可以认为 光源和感光胶片之间不可能同时有两个光子存在，如图所示是不同 数量的光子照射到感光胶片上得到的照片，这些照片说明( )
A．若把滑动变阻器的滑片向右滑动，光电流一定增大 B．甲与乙是同一种光，且甲的光强大于乙 C．由图(b)可知，乙光的频率小于丙光的频率 D．若将甲光换成丙光来照射 K 极，则 K 极所用材料的逸出功将 减小
解析：滑动变阻器的滑片向右滑动，光电流可能增大，也可能 已达到饱和电流而不变，A 错误；由图(b)可知，甲、乙两光的遏止 电压相同，说明它们使光电管上逸出的光电子的最大初动能相同， 即它们的频率相同，但甲、乙两光的饱和电流不同，说明它们的光 强不同，因甲光的饱和电流大于乙光的饱和电流，故甲的光强大于 乙，B 正确；入射光频率越大，逸出光电子的最大初动能越大，遏 止电压越大，结合图(b)分析可知，C 正确；逸出功只由金属本身决 定，与入射光无关，D 错误．
2．逸出功 W0：电子从金属中逸出所需做功的最小值． 3．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．
4．光电效应方程 (1)表达式：hν＝Ek＋W0 或 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， 这些能量的一部分用来克服金属的逸出功 W0，剩下的表现为逸出 后电子的最大初动能．
是电子．
(2)光电子的动能与光电子的最大初动能． (3)光电流和饱和光电流：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．
例 1 [2018·全国卷Ⅱ，17]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( )
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<Ub，则 Eka<Ekb，选项 C 正确； 由光电效应方程可得 W0＝hν－Ek，则 hνa－Eka＝hνb－Ekb，选项 D 错误．
解析：金属的逸出功是由金属自身决定的，与入射光频率无关，
其大小 W0＝hνc，故 A 错误；根据爱因斯坦光电效应方程 Ek＝hν－ W0，可知光电子的最大初动能 Ek 与入射光的频率成线性关系，不 是成正比，故 B 错误；根据爱因斯坦光电效应方程 Ek＝hν－W0， 可知斜率 k＝h，故 C 正确；由图可知，图线在横轴上的截距为Wh0， 故 D 正确．
答案：CD
2．如图为密立根研究某金属的遏止电压 Uc 和入射光频率 ν 的 关系图象，则下列说法正确的是( )
A．图象的斜率为普朗克常量 B．该金属的截止频率约为 5.5×1014 Hz C．由图象可得该金属的逸出功为 0.5 eV D．由图象可知，光电子的最大初动能与入射光的频率成一次 函数关系
答案：B
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<Ub B．若 νa>νb，则一定有 Eka>Ekb C．若 Ua<Ub，则一定有 Eka<Ekb D．若 νa>νb，则一定有 hνa－Eka>hνb－Ekb
物体，都有一种波与它对应，其波长 λ＝hp，p 为运动物体的动量， h 为普朗克常量．
[易混易错·判一判] (1)德国物理学家普朗克提出了量子假说，成功地解释了光电效
应规律．( × )
(2)美国物理学家康普顿发现了康普顿效应，证实了光的粒子 性．( √ )
(3)法国物理学家德布罗意大胆预言了实物粒子在一定条件下 会表现为波动性．(√ )
(4) 只 要 光 照 射 的 时 间 足 够 长 ， 任 何 金 属 都 能 产 生 光 电 效 应．( × )
(5)光电子就是光子．( × ) (6)极限频率越大的金属材料逸出功越大．( √ )
(7)从金属表面逸出的光电子的最大初动能越大，这种金属的逸 出功越小．( × )
(8)入射光的频率越大，逸出功越大．( × ) (9) 光 电 效 应 说 明 了 光 具 有 粒 子 性 ， 证 明 光 的 波 动 说 是 错 误 的．( × )
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．区分光电效应中的四组概念 (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
A．1×1014 Hz B．8×1014 Hz C．2×1015 Hz D．8×1015 Hz
解析：设单色光的最低频率为 ν0，由 Ek＝hν－W 知 Ek＝hν1－W,0＝hν0－W，又知 ν1＝cλ整理得 ν0＝cλ－Ehk，解得 ν0≈8×1014 Hz. 答案：B
多维练透
1.[2014·广东卷](多选)在光电效应实验中，用频率为 ν 的光照射 光电管阴极，发生了光电效应．下列说法正确的是( )
答案：AD
2．如图所示为光电管工作原理图，闭合开关，当有波长(指真 空中的波长，下同)为 λ 的光照射阴极 K 时，电路中有光电流，则
() A．换用波长为 λ1(λ1>λ)的光照射阴极 K 时，电路中一定没有光
电流
B．换用波长为 λ2(λ2<λ)的光照射阴极 K 时，电路中一定有光电 流
C．增大电路中电源两端电压，电路中的光电流一定增大 D．将电路中电源的极性反接，电路中一定没有光电流
教材回扣·夯实基础 一、光电效应及其规律 1．光电效应现象 在光的照射下，金属中的电子从表面逸出的现象，发射出来的 电子叫做光电子． 2．光电效应的产生条件 入射光的频率大于等于金属的极限频率．
3．光电效应规律 (1)每种金属都有一个极限频率，入射光的频率必须大于等于这 个极限频率才能产生光电效应．
透析考点·多维突破 考点一 光电效应规律和光电效应方程的应用
1．对光电效应的四点提醒 (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． 2．两条对应关系 (1)光强大→光子数目多→发射光电子多→光电流饱和值大； (2)光子频率高→光子能量大→光电子的最大初动能大．
解析：根据光电效应方程得，Ekm＝hν－W0，又 Ekm＝eUc，解 得 Uc＝heν－We0，可知图线的斜率 k＝he，故 A 项错误；当遏止电压 为零时，入射光的频率等于金属的截止频率，大约为 4.2×1014 Hz，
故 B 项错误；图线的斜率 k＝he，则逸出功 W0＝hν0＝keν0＝1.3×0.51014 ×4.2×1014 eV＝1.6 eV，故 C 项错误；根据光电效应方程得，Ekm ＝hν－W0，即 eUc＝hν－W0，光电子的最大初动能与入射光的频率 成一次函数关系，故 D 项正确．
答案：BC
考点二 光电效应的图象分析
光电效应中常见的四个图象
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 ν0 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
示出光的粒子性
说明
①光的波动性是光子本身的一种 属性，不是光子之间相互作用产 生的②光的波动性不同于宏观观
念的波
①粒子的含义是“不连 续”“一份一份”的②光 子不同于宏观观念的粒子
Hale Waihona Puke 2.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．
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波动性． (2)光电效应说明光具有粒子性． (3)光既具有波动性，又具有粒子性，称为光的波粒二象性． 2．物质波 (1)概率波：光的干涉现象是大量光子的运动遵守波动规律的表 现，亮条纹是光子到达概率大的地方，暗条纹是光子到达概率小的 地方，因此光波是一种概率波． (2)物质波：任何一个运动着的物体，小到微观粒子，大到宏观
A．增大入射光的强度，光电流增大 B．减小入射光的强度，光电效应现象消失 C．改用频率小于 ν 的光照射，一定不发生光电效应 D．改用频率大于 ν 的光照射，光电子的最大初动能变大
解析：增大入射光强度，单位时间内照射到单位面积的光电子 数增加，则光电流将增大，故选项 A 正确；光电效应是否发生取决 于照射光的频率，而与照射强度无关，故选项 B 错误．用频率为 ν 的光照射光电管阴极，发生光电效应，用频率较小的光照射时，若 光的频率仍大于极限频率，则仍会发生光电效应，选项 C 错误；根 据 hν－W 逸＝12mv2 可知，增加照射光频率，光电子的最大初动能也 增大，故选项 D 正确．