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）.docx

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=h，其中为电磁波频率，普朗克常量h=6.631034 Js。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（c）。（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（Uc）。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109 s。2爱因斯坦光电效应方程：Ek=hW03光电流与电压的关系图象（IU图象） （1）电压范围足够大时，电流的最大值为饱和光电流Im，图线与横轴交点的横坐标的绝对值为遏止电压Uc，光电子的最大初动能Ek=eUc。（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（Ek图象）（1）函数方程为Ek=hW0=hhc。（2）图线斜率等于普朗克常量h，横轴截距等于截止频率vc，纵轴截距绝对值E等于逸出功W0=hc。5遏止电压与入射光频率的关系图象（Uc图象）（1）函数方程为Uc=。（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c，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=。3粒子的波粒二象性（1）德布罗意波（物质波）：频率=，波长=，其中为粒子能量，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Ekm=hW0以及动能定理：Ekm=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AB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=9.01031 kg、电荷量e=1.61019 C，普朗克常量h=6.631034 Js。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。【答案】（1） （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，即代入数据解得：W=30 eV；（2）由公式，整理得：；由公式。（2018甘肃省临夏中学高二下学期期末考试）下列有关光的波粒二象性的说法中，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大量光子的行为往往显示出粒子性D光的波长越长，其波动性越显著；波长越短，其粒子性越显著【参考答案】D【详细解析】A、光既是波又是粒子，故A错误；B、光子不带电，没有静止质量，而电子带负电，由质量，故B错误；C、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，故C错误；D、光的波长越长，其波动性越显著，波长越短，其粒子性越显著，故D正确；故选D。【知识拓展】由，光子的频率（能量）越高，波长越小，越不容易发生干涉或衍射，波动性越不明显，表现为粒子性。1在单缝衍射实验中，中央亮纹的光强占从单缝射入的整个光强的95%以上假设现在只让一个光子通过单缝，那么该光子A一定落在中央亮纹处 B一定落在亮纹处C可能落在暗纹处 D落在中央亮纹处的可能性最大【答案】CD【解析】根据光的概率波概念，对于一个光子通过单缝落在何处，是不可确定的，但概率最大的是落在中央亮纹处，也可能落在其他亮纹处，还可能落在暗纹处，AB错误；CD正确。2（2018山东省泰安市宁阳一中高二下学期期末考试）利用金属晶格（大小约1010 m）作为障碍物观察电子的衍射图样，方法是让电子束通过电场加速后，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】A、该实验观察电子的衍射图样，衍射现象说明粒子的波动性，故A正确；B、电子束通过电场加速，由动能定理可得：，故有：，所以，实验中电子束的德布罗意波的波长为：，故B正确；C、由B可知：加速电压U越大，波长越小，那么，衍射现象越不明显，故C错误；D、若用相同动能的质子替代电子，质量变大，那么粒子动量变大，故德布罗意波的波长变小，故衍射现象将不明显，故D错误。 1（2018吉林省梅河口市第五中学高二下学期期末考试）下列说法正确的是A就物质波来说，速度相等的电子和质子，电子的波长长B原来不带电的一块锌板，被弧光灯照射锌板时，锌板带负电C红光光子比紫光光子的能量大D光电效应和康普顿效应均揭示了光具有波动性2（2018山西省大同市第一中学高三8月开学检测）下列各种叙述中，符合物理学事实的是A康普顿效应证明了光具有波动性B电子衍射实验证明了实物粒子具有波动性C普朗克为了解释光电效应的规律提出光子说D光电效应现象是爱因斯坦首先发现的3在实验室或工厂的高温炉子上开一小孔，小孔可看作黑体，由小孔的热辐射特征，就可以确定炉内的温度，如图所示，就是黑体的辐射强度与其辐射光波长的关系图象，则下列说法正确的是AT1 T2BT12的能级跃迁到n=2的能级发出的光，它们在真空中的波长由长到短，可以判定A对应的前后能级之差最小B同一介质对的折射率最大C同一介质中的传播速度最大D用照射某一金属能发生光电效应，则也一定能19（2017新课标全国卷）在光电效应实验中，分别用频率为a、b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ab，则一定有Uab，则一定有EkaEkbC若UaUb，则一定有Ekab，则一定有haEkahbEkb20（2017北京卷）2017年年初，我国研制的“大连光源”极紫外自由电子激光装置，发出了波长在100 nm（1 nm=109 m）附近连续可调的世界上最强的极紫外激光脉冲。大连光源因其光子的能量大、密度高，可在能源利用、光刻技术、雾霾治理等领域的研究中发挥重要作用。一个处于极紫外波段的光子所具有的能量可以电离一个分子，但又不会把分子打碎。据此判断，能够电离一个分子的能量约为（取普朗克常量h=6.61034 Js，真空光速c=3108 m/s）A1021 J B1018 JC1015 J D1012 J21（2016新课标全国卷）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入射光的频率变高，饱和光电流变大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E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22（2018江苏卷）光电效应实验中，用波长为的单色光A照射某金属板时，刚好有光电子从金属表面逸出。当波长为的单色光B照射该金属板时，光电子的最大初动能为_，A、B两种光子的动量之比为_。（已知普朗克常量为h、光速为c）1A【解析】A物质波波长，速度相等的电子和质子，电子质量较小，则电子的波长长，故A项正确。B原来不带电的一块锌板，被弧光灯照射锌板时，电子从锌板逸出，锌板带正电，故B项错误。C红光的频率小于紫光频率，光子能量，则红光光子比紫光光子的能量小，故C项错误。D光电效应和康普顿效应均揭示了光具有粒子性，故D项错误。故选A。3AD【解析】不同温度的物体向外辐射的电磁波的波长范围是不相同的，温度越高向外辐射的能量中波长短的波越多，所以T1T2，A正确，B错误；随温度的升高，相同波长的光辐射强度都会增加，同时最大辐射强度向左侧移动，即向波长较短的方向移动，C错误，D正确。4BD【解析】光电管能否产生光电效应与入射光的强度没有关系，A错误；若入射光波长太长，大于金属的极限波长时，金属不能发生光电效应，没有光电流产生，则灵敏电流计无示数，B正确；光电管能否产生光电效应与光照时间没有关系，C错误；若电源正、负极接反，光电管加上反向电压，光电子做减速运动，可能不能到达阳极，电路中不能形成电流，D正确。5A【解析】由光电效应方程知，对金属钨，对金属锌，所以图象的斜率相同，图线应平行。又有，由于金属钨的逸出功大于金属锌的逸出功，则图线与横轴的截距点越大，金属的极限频率越大，故A正确，选项BCD错误。 处；加反向电压时，入射光子的能量hW0+eU时，逸出的光电子才能到达金属网处。故BD中光电子能到达金属网处，AC中没有光电子到达金属网处，选AC。7AC【解析】A、根据光电效应方程和得出，相同频率，不同逸出功，则遏止电压也不同，故A正确；B、虽然光的频率相同，但光强不确定，所以单位时间逸出的光电子数可能相同，而饱和光电流不一定相同，故B错误；C、根据光电效应方程得，相同的频率，不同的逸出功，则光电子的最大初动能也不同，故C正确；D、因为，知图线的斜率等于，从图象上可以得出斜率的大小，已知电子电量，可以求出斜率与普朗克常量有关，即图象的斜率相同，故D错误。10AC【解析】由爱因斯坦光电效应方程有Ekm=hW=h(c)，可知图线的横轴截距为金属的极限频率，c=4.31014 Hz，A正确，B错误；图线的斜率表示普朗克常量，C正确；金属的逸出功W=hc1.8 eV，D错误。11ABC【解析】A项：根据光电效应方程有Ekm=hW0，根据能量守恒定律得：eUC=EKm，联立得：eUC=hvW0，即，可知，入射光的频率相同，逸出功W0不同，则遏止电压UC也不同，故A正确；B项：根据光电效应方程Ekm=hW0得，相同的频率，不同的逸出功，则光电子的最大初动能也不同，故B正确；C项：由，Uc图象的斜率，所以两个光电管的Ucv图象的斜率一定相同，故C正确；D项：虽然光的频率相同，但光强不确定，所以单位时间逸出的光电子数可能相同，而饱和光电流不一定相同，故D错误。14ABD【解析】光电效应现象、康普顿效应都说明光具有粒子性，A正确；当入射光的频率大于或等于极限频率时，才会发生光电效应，B正确；对于同种金属而言，遏止电压是一定的，与入射光频率无关，C错误；石墨对X射线散射时，部分X射线的散射光波长会变大，这个现象称为康普顿效应，D正确。15C【解析】可见光通过双缝实验装置后可以形成干涉图样，说明光有波动性，选