专题13.2 光电效应 波粒二象性-2016年高考物理一轮复习精品资料(解析版)

【考情解读】
1.知道什么是光电效应，理解光电效应的实验规律.
2.会利用光电效应方程计算逸出功、极限频率、最大初动能等物理量.
3.知道光的波粒二象性，知道物质波的概念．
【重点知识梳理】
一、光电效应
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这个极限频率才能产生光电效应。

低于这个频率的光不能产生光电效应。

(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瞬时的，一般不超过10－9s。

(4)当入射光的频率大于极限频率时，饱和光电流的强度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
在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光的能量子，简称光子，光子的能量ε＝hν。

其中h＝6.63×10－34J·s。

(称为普朗克常量)
2．逸出功W0
使电子脱离某种金属所做功的最小值。

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．爱因斯坦光电效应方程
(1)表达式：E k＝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光电子的最大初动能E k＝1
2m e v
2。

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，因此光波又叫概率波。

(2)物质波
任何一个运动着的物体，小到微观粒子大到宏观物体都有一种波与它对应，其波长λ＝h
p ，p 为运动物体
的动量，h 为普朗克常量。

【高频考点突破】
考点一 光电效应现象及光电效应方程的应用
例1．(多选)如图1所示，用导线把验电器与锌板相连接，当用紫外线照射锌板时，发生的现象是( )
图1
A ．有光子从锌板逸出
B ．有电子从锌板逸出
C ．验电器指针张开一个角度
D ．锌板带负电 【答案】 BC 【解析】
【变式探究】(多选)光电效应的实验结论是：对某种金属()
A．无论光强多强，只要光的频率小于极限频率就不能产生光电效应
B．无论光的频率多低，只要光照时间足够长就能产生光电效应
C．超过极限频率的入射光强度越弱，所产生的光电子的最大初动能就越小
D．超过极限频率的入射光频率越高，所产生的光电子的最大初动能就越大
【答案】AD
【解析】
【举一反三】关于光电效应的规律，下列说法中正确的是()
A．只有入射光的波长大于该金属的极限波长，光电效应才能产生
B．光电子的最大初动能跟入射光强度成正比
C．发生光电效应的反应时间一般都大于10－7s
D．发生光电效应时，单位时间内从金属内逸出的光电子数目与入射光强度成正比
【答案】 D
【解析】
考点二波粒二象性
例2．(多选)关于物质的波粒二象性，下列说法中正确的是()
A．不仅光子具有波粒二象性，一切运动的微粒都具有波粒二象性
B．运动的微观粒子与光子一样，当它们通过一个小孔时，都没有特定的运动轨道
C．波动性和粒子性，在宏观现象中是矛盾的、对立的，但在微观高速运动的现象中是统一的D．实物的运动有特定的轨道，所以实物不具有波粒二象性
【答案】ABC
【解析】
【变式探究】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2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()
图2
A．光只有粒子性没有波动性
B．光只有波动性没有粒子性
C．少量光子的运动显示波动性，大量光子的运动显示粒子性
D．少量光子的运动显示粒子性，大量光子的运动显示波动性
【答案】 D
【解析】
考点三光电效应现象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
光强大→光子数目多→发射光电子多→光电流大；
光子频率高→光子能量大→光电子的最大初动能大。

3．定量分析时应抓住三个关系式
(1)爱因斯坦光电效应方程：E k＝hν－W0。

(2)最大初动能与遏止电压的关系：E k＝eU c。

(3)逸出功与极限频率的关系：W0＝hν0。

例3．关于光电效应，下列说法正确的是()
A．极限频率越大的金属材料逸出功越大
B．只要光照射的时间足够长，任何金属都能产生光电效应
C．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D．入射光的光强一定时，频率越高，单位时间内逸出的光电子数就越多【答案】 A
【解析】
考点四光电效应的图象分析
例4、在光电效应实验中，飞飞同学用同一光电管在不同实验条件下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线(甲光、乙光、丙光)，如图3所示。

则可判断出( )
图3
A ．甲光的频率大于乙光的频率
B ．乙光的波长大于丙光的波长
C ．乙光对应的截止频率大于丙光的截止频率
D ．甲光对应的光电子最大初动能大于丙光的光电子最大初动能 【答案】 B 【解析】
【变式探究】爱因斯坦因提出了光量子概念并成功地解释光电效应的规律而获得1921年诺贝尔物理学奖。

某种金属逸出光电子的最大初动能E km 与入射光频率ν的关系如图4所示，其中ν0为极限频率。

从图中可以确定的是( )
图4
A．逸出功与ν有关
B．E km与入射光强度成正比
C．当ν<ν0时，会逸出光电子
D．图中直线的斜率与普朗克常量有关
【答案】 D
【解析】
考点五对光的波粒二象性、物质波的考查
光既具有波动性，又具有粒子性，两者不是孤立的，而是有机的统一体，其表现规律为：
(1)个别光子的作用效果往往表现为粒子性；大量光子的作用效果往往表现为波动性。

(2)频率越低波动性越显著，越容易看到光的干涉和衍射现象；频率越高粒子性越显著，越不容易看到光的干涉和衍射现象，而贯穿本领越强。

(3)光在传播过程中往往表现出波动性；在与物质发生作用时，往往表现为粒子性。

例5、下列说法正确的是()
A．有的光是波，有的光是粒子
B．光子与电子是同样的一种粒子
C．光的波长越长，其波动性越显著；波长越短，其粒子性越显著
D. γ射线具有显著的粒子性，而不具有波动性
【答案】 C
【解析】
【变式探究】如果一个电子的德布罗意波长和一个中子的相等，则它们的________也相等。

A．速度B．动能C．动量D．总能量
【答案】 C
【解析】
【真题感悟】
1.【2015·上海·10】1．用很弱的光做单缝衍射实验，改变曝光时间，在胶片上出现的图像如图所示，该实验表明
A．光的本质是波B．光的本质是粒子
C．光的能量在胶片上分布不均匀D．光到达胶片上不同位置的概率相同
【答案】C
【解析】
2.【2015·江苏·12C（1）】3．波粒二象性时微观世界的基本特征，以下说法正确的有_______。

A．光电效应现象揭示了光的粒子性
B．热中子束射到晶体上产生衍射图样说明中子具有波动性
C．黑体辐射的实验规律可用光的波动性解释
D．动能相等的质子和电子，它们的德布罗意波也相等
【答案】AB
【解析】
3.【2015·全国新课标Ⅰ·35（1）】7．在某次光电效应实验中，得到的遏制电压0u 与入射光的频率ν的关系如图所示，若该直线的斜率和截距分别为k 和b ，电子电荷量的绝对值为e ，则普朗克常量可表示为，所用材料的逸出功可表示为。

【答案】h ek =0w eb =- 【解析】
4.
【2015·上海·11】13．某光源发出的光由不同波长的光组成，不同波长的光的强度如图所示，表中给出了一些材料的极限波长，用该光源发出的光照射表中材料
A．仅钠能产生光电子B．仅钠、铜能产生光电子
C．仅铜、铂能产生光电子D．都能产生光电子
【答案】D
【解析】
5.【2015·全国新课标Ⅱ·35（1）】16．实物粒子和光都具有波粒二象性，下列事实中突出体现波动性的
是。

（填正确答案标号，选对1个给2分，选对2个得4分，选对3个得5分，每选错1个扣3分，最低得分0分）
A．电子束通过双缝实验后可以形成干涉图样
B．β射线在云室中穿过会留下清晰的径迹
C．人们利慢中子衍射来研究晶体的结构
D．人们利用电子显微镜观测物质的微观结构
E．光电效应实验中，光电子的最大初动能与入射光的频率有关，与入射光的强度无关
【答案】ACD
【解析】
说明电子是一种波，故D正确；光电效应实验中，光电子的最大初动能与入射光的频率有关，与入射光的强度无关，说明光是一种粒子，故E错误。

1.(多选)(2014·广东卷，18)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()
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
【答案】AD
【解析】
2．[2014·江苏卷，12C(1)]已知钙和钾的截止频率分别为7.73×1014 Hz和5.44×1014 Hz，在某种单色光的照射下两种金属均发生光电效应，比较它们表面逸出的具有最大初动能的光电子，钙逸出的光电子具有较大的()
A．波长B．频率C．能量D．动量
【答案】 A
【解析】
3．(2014·上海卷，6)在光电效应的实验结果中，与光的波动理论不矛盾的是()
A．光电效应是瞬时发生的
B．所有金属都存在极限频率
C．光电流随着入射光增强而变大
D．入射光频率越大，光电子最大初动能越大
【答案】 C
【解析】
4．(多选)(2014·海南卷，17)在光电效应实验中，用同一种单色光，先后照射锌和银的表面，都能发生光电效应。

对于这两个过程，下列四个物理过程中，一定不同的是( )
A ．遏止电压
B ．饱和光电流
C ．光电子的最大初动能
D ．逸出功 【答案】 ACD 【解析】
5．(2014·江西七校联考)用频率为ν的光照射光电管阴极时，产生的光电流随阳极与阴极间所加电压的变化规律如图5所示，U c 为遏止电压。

已知电子电荷量为－e ，普朗克常量为h ，求：
图5
(1)光电子的最大初动能E km ；
(2)该光电管发生光电效应的极限频率ν0。

【答案】 (1)eU c (2)ν－eU c
h
【解析】
【押题专练】
1.如图1所示，当弧光灯发出的光经一狭缝后，在锌板上形成明暗相间的条纹，同时与锌板相连的验电器铝箔有张角，则该实验()
图1
A．只能证明光具有波动性
B．只能证明光具有粒子性
C．只能证明光能够发生衍射
D．证明光具有波粒二象性
【答案】 D
【解析】
2．在光电效应实验中，用单色光照射某种金属表面，有光电子逸出，则光电子的最大初动能取决于入射光的()
A．频率B．强度C．照射时间D．光子数目
【答案】 A
【解析】
3．(多选)产生光电效应时，关于逸出光电子的最大初动能E k，下列说法正确的是() A．对于同种金属，E k与照射光的强度无关
B．对于同种金属，E k与照射光的波长成反比
C．对于同种金属，E k与光照射的时间成正比
D．对于同种金属，E k与照射光的频率成线性关系
E．对于不同种金属，若照射光频率不变，E k与金属的逸出功成线性关系
【答案】ADE
【解析】
4．频率为ν的光照射某金属时，产生光电子的最大初动能为E km。

改为频率为2ν的光照射同一金属，所产生光电子的最大初动能为(h为普朗克常量)()
A．E km－hνB．2E km C．E km＋hνD．E km＋2hν
【答案】 C
【解析】
5. (多选)如图2所示，电路中所有元件完好，但光照射到光电管上，灵敏电流计中没有电流通过，其原因可能是()
图2
A．入射光太弱
B．入射光波长太长
C．光照时间短
D．电源正、负极接反
【答案】BD
【解析】
6．(多选)如图3所示是用光照射某种金属时逸出的光电子的最大初动能随入射光频率的变化图线(直线与横轴的交点坐标4.27，与纵轴交点坐标0.5)。

由图可知()
图3
A．该金属的截止频率为4.27×1014Hz
B．该金属的截止频率为5.5×1014Hz
C．该图线的斜率表示普朗克常量
D．该金属的逸出功为0.5 eV
【答案】AC
【解析】
7．(多选)下表列出了几种不同物体在某种速度下的德布罗意波的波长和频率为1 MHz的无线电波的波长，由表中数据可知()
A．要检测弹子球的波动性几乎不可能
B．无线电波通常情况下表现出波动性
C．电子照射到金属晶体(大小约为10－10m)上能观察到波动性
D．只有可见光才有波动性
【答案】ABC
【解析】
8．在光电效应实验中，某金属截止频率相应的波长为λ0，该金属的逸出功为________。

若用波长为λ(λ<λ0)的单色光做该实验，则其遏止电压为______。

已知电子的电荷量、真空中的光速和普朗克常量分别为e、c 和h。

【答案】hc
λ0
hc
e·
λ0－λ
λ0λ(写为
hc
e·
λ－λ0
λ0λ也可)
【解析】
9．如图4所示电路可研究光电效应的规律。

图中标有A和K的为光电管，其中K为阴极，A为阳极。

理想电流计可检测通过光电管的电流，理想电压表用来指示光电管两端的电压。

现接通电源，用光子能量为10.5 eV的光照射阴极K，电流计中有示数，若将滑动变阻器的滑片P缓慢向右滑动，电流计的读数逐渐减小，当滑至某一位置时电流计的读数恰好为零，读出此时电压表的示数为6.0 V；现保持滑片P位置不变，光电管阴极材料的逸出功为________，若增大入射光的强度，电流计的读数________(填“为零”或“不为零”)。

图4
【答案】 4.5 eV为零
【解析】
10．(多选)利用金属晶格(大小约10－10m)作为障碍物观察电子的衍射图样，方法是让电子通过电场加速后，让电子束照射到金属晶格上，从而得到电子的衍射图样。

已知电子质量为m，电荷量为e，初速度为0，加速电压为U，普朗克常量为h，则下列说法中正确的是()
A．该实验说明了电子具有波动性
B．实验中电子束的德布罗意波的波长为λ＝
h
2meU
C．加速电压U越大，电子的衍射现象越明显
D．若用相同动能的质子替代电子，衍射现象将更加明显
【答案】AB
【解析】
11．小明用金属铷为阴极的光电管，观测光电效应现象，实验装置示意如图5甲所示。

已知普朗克常量h ＝6.63×10－34J·s。

图5
(1)图甲中电极A为光电管的________(填“阴极”或“阳极”)；
(2)实验中测得铷的遏止电压U c与入射光频率ν之间的关系如图乙所示，则铷的截止频率νc＝
________Hz，逸出功W0＝________J；
(3)如果实验中入射光的频率ν＝7.00×1014Hz，则产生的光电子的最大初动能E k＝________J。

【答案】(1)阳极(2)(5.12～5.18)×1014(3.39～3.43)×10－19(3)(1.21～1.25)×10－19
【解析】
12.用不同频率的光照射某金属产生光电效应，测量金属的遏止电压U c与入射光频率ν，得到U c-ν图象如图6所示，根据图象求出该金属的截止频率νc＝________Hz，普朗克常量h＝________J·s。

(已知电子电荷量e＝1. 6×10－19C)
图6
【答案】 5.0×1014 6.4×10－34
【解析】
13. (1)研究光电效应的电路如图7所示。

用频率相同、强度不同的光分别照射密封真空管的钠极板(阴极K)，钠极板发射出的光电子被阳极A吸收，在电路中形成光电流。

下列光电流I与A、K之间的电压U AK 的关系图象中，正确的是()
图7
(2)钠金属中的电子吸收光子的能量，从金属表面逸出，这就是光电子，光电子从金属表面逸出的过程中，其动量的大小________(选填“增大”、“减小”或“不变”)，原因是
__________。

(3)已知氢原子处在第一、第二激发态的能级分别为－3.4 eV和－1.51 eV，金属钠的截止频率为
5.53×1014Hz，普朗克常量h＝
6.63×10－34J·s，请通过计算判断，氢原子从第二激发态跃迁到第一激发态过程中发出的光照射金属钠板，能否发生光电效应。

【答案】(1)C(2)减小光电子受到金属表面层中力的阻碍作用(或需要克服逸出功)(3)见解析【解析】
：。