2020版物理高考新素养总复习江苏专用讲义：选修3-5+第十一章+动量守恒定律+第2讲和答案

第2讲光电效应波粒二象性

知识排查

黑体和黑体辐射普朗克能量子假说

1.黑体与黑体辐射

(1)黑体：是指能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射的物体。

(2)黑体辐射的实验规律

①一般材料的物体，辐射的电磁波除与温度有关外，还与材料的种类及表面状况有关。

②黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关。

a.随着温度的升高，各种波长的辐射强度都增加。

b.随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。

2.能量子

(1)定义：普朗克认为，带电微粒辐射或者吸收能量时，只能辐射或吸收某个最小能量值的整数倍。即能量的辐射或者吸收只能是一份一份的。这个不可再分的最小能量值ε叫做能量子。

(2)能量子的大小：ε＝hν，其中ν是电磁波的频率，h称为普朗克常量。h＝6.63×10－34 J·s。

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.研究光电效应的电路图(如图1)：

图1

其中A 是阳极。K 是阴极。

4.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是瞬时的，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。

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W 0 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后所具有的动能的最大值。

4.遏止电压与截止频率

(1)遏止电压：使光电流减小到零的反向电压U c 。

(2)截止频率：能使某种金属发生光电效应的最小频率叫做该种金属的截止频率(又叫极限频率)。不同的金属对应着不同的极限频率。

5.爱因斯坦光电效应方程

(1)表达式：E k ＝hν－W 0。

(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W 0，剩下的表现为逸出后光电子的最大初动能

E k ＝12m e v 2。

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。

小题速练

1.思考判断

(1)光子和光电子都是实物粒子。()

(2)只要入射光的强度足够强，就可以使金属发生光电效应。()

(3)要使某金属发生光电效应，入射光子的能量必须大于金属的逸出功。()

(4)光电子的最大初动能与入射光子的频率成正比。()

(5)光的频率越高，光的粒子性越明显，但仍具有波动性。()

(6)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。()

(7)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。()

答案(1)×(2)×(3)√(4)×(5)√(6)×(7)√

2.[人教版选修3－5·P36第2题改编](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()

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上的光子数增加，则光电流将增大，故选项A正确；光电效应是否发生取决于入射光的频率，而与入射光强

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＝1

2可知，增大入射光频率，光电子的最大初动能也增大，

2m v

故选项D正确。

答案AD

3.下列说法正确的是()

A.实物的运动有特定的轨道，所以实物不具有波粒二象性

B.康普顿效应说明光子既有能量又有动量

C.光是高速运动的微观粒子，单个光子不具有波粒二象性

D.宏观物体的物质波波长非常小，极易观察到它的波动

解析由德布罗意理论知，宏观物体的德布罗意波的波长太小，实际很难观察到波动性，但仍具有波粒二象性，选项A、D错误；康普顿效应说明光子除了具有能量之外还有动量，选项B正确；波粒二象性是光子的特性，单个光子也具有波粒二象性，选项C错误。

答案 B

4.有关光的本性的说法正确的是()

A.有关光的本性，牛顿提出了“粒子性”，惠更斯提出了“波动性”，爱因斯坦提出了“光子说”，它们都圆满地说明了光的本性

B.光具有波粒二象性是指既可以把光看成宏观概念的波，也可以看成微观概念上的粒子

C.光的干涉、衍射说明光具有波动性，光电效应说明光具有粒子性

D.在光双缝干涉实验中，光通过双缝时显示出波动性，如果光只通过一个缝时显示出粒子性

解析爱因斯坦的光子说与惠更斯的波动说揭示了光具有波粒二象性；牛顿的“微粒说”认为光是一种实物粒子，不能解释光的本性，故A项错误；光既具有波动性又具有粒子性，故具有波粒二象性，但光的粒子性不同于宏观的粒子，其