备战2019年高考物理考点一遍过考点56波粒二象性光电效应(含解析)

波粒二象性光电效应

一、黑体辐射和量子

1．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。

2．实验规律：

随着温度升高，各种波长的电磁波辐射强度都增加，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。

3．普朗克提出黑体辐射强度按波长分布的公式，理论与实验结果相符，但要求满足能量子假设。

4．能量子ε=hν，其中ν为电磁波频率，普朗克常量h=6.63×10–34J·s。

二、光电效应

1．实验规律：

（1）每种金属都有一个发生光电效应的最小频率，称为截止频率或极限频率（νc）。

（2）入射光的频率不变时，入射光越强，饱和光电流越大。光电流的强度（单位时间内发射的光电子数）与入射光的强度成正比。

（3）入射光的频率不变时，存在一个使光电流减小到0的反向电压，即遏止电压（U c）。表明光电子的能量只与入射光的频率有关，而与入射光的强度无关。

（4）光照射到金属表面时，光电子的逸出几乎是瞬时的，精确测量为10–9 s。

2．爱因斯坦光电效应方程：E k=hν–W0

3．光电流与电压的关系图象（I–U图象）

（1）电压范围足够大时，电流的最大值为饱和光电流I m，图线与横轴交点的横坐标的绝对值为遏止电压U c，光电子的最大初动能E k=eU c。

（2）频率相同的入射光，遏止电压相同，饱和光电流与光照强度成正比。

（3）不同频率的入射光，遏止电压不同，入射光频率越大，遏止电压越大。

4．最大初动能与入射光频率的关系图象（E k–ν图象）

（1）函数方程为E k =h ν–W 0=h ν–h νc 。

（2）图线斜率等于普朗克常量h ，横轴截距等于截止频率v c ，纵轴截距绝对值E 等于逸出功W 0=h νc 。 5．遏止电压与入射光频率的关系图象（U c –ν图象）

（1）函数方程为U c =

h

e ν–0W e =h e ν–c h e

ν。 （2）图线斜率与电子电荷量的乘积等于普朗克常量h ，横轴截距等于截止频率νc ，纵轴截距的绝对值与电子电荷量的乘积等于逸出功。

三、波粒二象性 1．光的波粒二象性

（1）光的波动性：光的干涉、衍射、偏振现象。 （2）光的粒子性：光电效应、康普顿效应。

（3）光既具有波动性，又具有粒子性，称为光的波粒二象性。 2．康普顿效应

（1）光电效应表明光子具有能量；康普顿效应表明光子既具有能量，又具有动量。 （2）光子的动量p =

h λ

。 3．粒子的波粒二象性 （1）德布罗意波（物质波）：

频率ν=h

ε

，波长λ=h p ，其中ε为粒子能量，p 为粒子动量，h 为普朗克常量。

（2）验证和应用：电子的衍射实验，电子显微镜。 （3）光波和物质波都是概率波。

（2018·辽宁省抚顺市六校高二下学期期末考试）如图为黑体辐射的强度与波长的关系图象，从图象可以看出，随着温度的升高，则

A．各种波长的辐射强度都有减少

B．只有波长短的辐射强度增加

C．辐射电磁波的波长先增大后减小

D．辐射强度的极大值向波长较短的方向移动

【参考答案】D

【详细解析】由图象可以看出，随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有增加，且辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，故AB错误，D正确。随着温度的升高，黑体的辐射增强，波长变短，频率增大，故C错误。故选D。

1．（2018·湖北省沙市中学高二下学期期中考试）普朗克在1900年将“能量子”引入物理学，开创了物理学的新纪元。人们在解释下列哪组实验现象时，利用了“量子化”的观点的是

A．光电效应现象 B．α粒子散射实验

C．氢原子光谱实验 D．黑体辐射现象

【答案】AC

【解析】普朗克最先提出能量的量子化，成功解释黑体辐射现象。爱因斯坦用量子理论解释光电效应。

玻尔将量子理论引入原子理论，解释了氢原子光谱。故选AC。

2．关于黑体辐射的强度与波长的关系，如图所示正确的是

【答案】B

【解析】黑体辐射的强度与温度有关，温度越高，黑体辐射的强度越大，随着温度升高，黑体辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，选B。

（2018·天津市武清区杨村第三中学高三上学期第一次月考）现用某一光电管进行光电效应实验，当用某一频率的光入射时，有光电流产生。下列说法正确的是

A．保持入射光的频率不变，入射光的光强变大，饱和光电流变大

B．遏止电压的大小与入射光的频率有关，还与入射光的光强有关

C．入射光的频率变高，光电子的最大初动能变大

D．保持入射光的光强不变，不断减小入射光的频率，始终有光电流产生

【参考答案】AC

【详细解析】保持入射光的频率不变，入射光的光强变大，因为饱和光电流与入射光的强度成正比，则饱和光电流变大，故A正确；根据光电效应方程E km=hγ–W0以及动能定理：E km=eU，可知遏止电压的大小与入射光的频率有关，与入射光的光强无关，故B错误；根据光电效应的规律，光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大，所以入射光的频率变高，光电子的最大初动能变大，故C正确；如果入射光的频率小于极限频率将不会发生光电效应，不会有光电流产生，故D错误；故选AC。

1．用如图所示的装置演示光电效应，当用某种频率的光照射光电管时，闭合开关S，此时电流表A的读数为I，若改用更高频率的光照射光电管

A．断开开关S，则一定有电流流过电流表A

B．将滑动变阻器的触头c向b端移动，光电子到达阳极时的速度必将变小

C．只要电源的电压足够大，将滑动变阻器的触头c向a端移动，光电管中可能没有光电子产生

D．只要电源的电压足够大，将滑动变阻器的触头c向a端移动，电流表A读数可能为0

【答案】AD

【解析】原来电路中，光电管两端加反向电压，此时有光电流，若改用更高频率的光照射光电管，且断开开关S，光电子的最大初动能增大，且无反向电压的减速，光电子一定能到达阳极，有光电流产生，A 正确；将滑动变阻器的触头c向b端移动，光电管两端的反向电压减小，光电子到达阳极的速度必将增大，B错误；改用更高频率的光照射光电管，光电管中一定有光电子产生，C错误；只要电源的电压足够大，将滑动变阻器的触头c向a端移动，使光电管两端的反向电压达到遏止电压，光电子就不能到达阳极，无法形成光电流，则电流表A的读数可能为0，D正确。

2．（2018·江苏省扬州中学高三上学期10月月考）用能量为50 eV的光子照射到光电管阴极后，测得光电流与电压的关系如图所示，已知电子的质量m=9.0×10－31 kg、电荷量e=1.6×10－19 C，普朗克常量h=6.63×10－34J·s。试求：

（1）光电管阴极金属的逸出功W；

（2）光电子的最大动量和对应物质波的波长λ。

【答案】（1）30eV（2）

【解析】（1）由图可知，遏止电压为–20 eV，由动能定理可知，

由爱因斯坦光电效应方程可知，，即