2020版高考物理总复习第十二章第1节光电效应波粒二象性教学案新人教版.docx

第1节 光电效应 波粒二象性【p209】内容要求说 明光电效应爱因斯坦光电效应方程氢原子光谱氢原子的能级结构、能级公式原子核的组成、放射性、原子核的衰变、半衰期放射性同位素核力、核反应方程结合能、质量亏损裂变反应和聚变反应、裂变反应堆射线的危害与防护2017、2018命题情况【p209】年份考题题型分值主要考点2017全国卷第17题选择题6分质量亏损、结合能全国卷卷第15题选择题6分衰变全国卷第19题选择题6分光电效应方程年份考题题型分值主要考点2017天津卷第1题选择题6分核反应的种类北京卷第18题选择题6分光子的能量、电离北京卷第23题计算题18分核反应方程、质能方程海南卷第7题选择题5分光电效应江苏卷第12题C(1)选择题4分比结合能、结合能江苏卷第12题C(2)选择题4分物质波2018全国卷卷第17题选择题6分光电效应全国卷卷第14题选择题6分核反应方程北京卷第13题选择题6分核反应方程江苏卷第12题C(1)选择题4分半衰期江苏卷第12题C(2)填空题4分光电效应天津卷第5题选择题6分能级跃迁天津卷第1题选择题6分核反应方程第1节光电效应波粒二象性【p209】夯实基础1光电效应现象(1)定义：在光的照射下金属中的电子从表面逸出的现象，叫做光电效应，发射出来的电子叫做_光电子_特别提醒：光电效应的实质是光现象转化为电现象定义中的光包括可见光和不可见光(2)几个名词解释遏止电压：使光电流减小到零时的_最小反向电压，用Uc表示_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)，用c表示不同的金属对应着不同的截止频率逸出功：电子从金属中逸出所需做功的_最小值_，叫做该金属的逸出功，用W0表示，不同的金属对应着不同的逸出功最大初动能：发生光电效应时，金属表面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2光电效应规律(1)每种金属都有一个截止频率，入射光的频率_低于_截止频率时不发生光电效应(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)只要入射光的频率大于金属的截止频率，照到金属表面时，光电子的发射几乎是_瞬时的_，一般不超过109 s，与光的强度_无_关(4)当入射光的频率大于金属的截止频率时，饱和光电流的强度与入射光的强度成_正_比3光电效应方程(1)光子说：空间传播的光是不连续的，是一份一份的，每一份叫做一个光子光子的能量为E_h_，其中h是普朗克常量，其值为6.631034 Js，是光的频率(2)光电效应方程：_EkhW0_，其中h为入射光子的能量，Ek为光电子的最大初动能，EkeUc，W0是金属的逸出功，W0hc.考点突破例1用图示装置研究光电效应现象，滑动变阻器的滑片位于变阻器的中间位置，当用蓝光照射到光电管上时，电流表有示数，下列说法正确的是()A将电源正极与负极调换，电流表一定没有示数B改用黄光照射到光电管，电流表一定没有示数C增大蓝光的照射强度，光电子的最大初动能不变D改用波长更短的光照射光电管，光电管中金属的逸出功变大【解析】若将电源正极与负极调换，光电管两端电压由正向电压变成反向电压，如果反向电压小于遏止电压，电流表仍有读数，故A项错误；改用黄光照射到光电管，若黄光的频率大于金属的截止频率，阴极材料有光电子逸出，电流表仍有读数，故B项错误；增大蓝光的照射强度，光电子的最大初动能不变，故C项正确；光电管中金属的逸出功是金属材料自身的性质，与入射光的性质无关，故D项错误【答案】C【小结】光电效应规律的解释存在截止频率电子从金属表面逸出，首先须克服金属原子核的引力做功W0，入射光子能量不能小于W0，对应的最小频率c，即截止频率光电子的最大初动能随着入射光频率的增大而增大，与入射光强度无关电子吸收光子能量后，一部分克服阻碍作用做功，剩余部分转化为光电子的初动能，只有直接从金属表面飞出的光电子才具有最大初动能，对于确定的金属，W0是一定的，故光电子的最大初动能只随入射光的频率增大而增大，一个电子只能吸收一个光子，故光电子最大初动能与光照强度无关效应具有瞬时性(109 s)光照射金属时，电子吸收一个光子的能量后，动能立即增大，不需要能量积累的过程例2用同一光电管研究a、b两种单色光产生的光电效应，得到光电流I与光电管两极间所加电压U的关系如图则下列叙述正确的是()A照射该光电管时a光使其逸出的光电子最大初动能大Bb光光子能量比a大C极限频率越大的金属材料逸出功越小D光电管是基于光电效应的光电转换器件，可使光信号转换成电信号【解析】根据公式EkeUc可得遏止电压越大，最大初动能越大，故图中可得b光照射光电管时反向截止电压大，说明逸出的光电子最大初动能大，故A错误；b光照射时最大初动能大，根据公式hW0mv可得b的频率大，光子的能量大，故B正确；根据W0hc，可知，极限频率越大的金属材料逸出功越大，故C错误；光照射光电管，出现光电效应现象，可使光信号转换成电信号故D正确【答案】BD【小结】对某一金属有关光电效应的几种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与入射光频率的关系图线截止频率：图线与轴交点的横坐标c逸出功：图线与Ek轴交点的纵坐标的绝对值W0|E|E普朗克常量：图线的斜率kh颜色相同、强度不同的光，光电流与电压的关系遏止电压Uc：图线与横轴的交点饱和光电流Im：光电流的最大值最大初动能：EkeUc颜色不同时，光电流与电压的关系遏止电压Uc1、Uc2饱和光电流最大初动能Ek1eUc1，Ek2eUc2遏止电压Uc与入射光频率的关系图线截止频率c：图线与横轴的交点遏止电压Uc：随入射光频率的增大而增大普朗克常量h：等于图线的斜率与电子电量的乘积，即hke.(注：此时两极之间接反向电压)针对训练1关于光电效应，以下说法正确的是(C)A光电子的最大初动能与入射光的频率成正比B光电子的最大初动能越大，形成的光电流越强C能否产生光电效应现象，决定于入射光光子的能量是否大于或等于金属的逸出功D用频率是1的绿光照射某金属发生了光电效应，改用频率是2的黄光照射该金属一定不发生光电效应【解析】根据EkmhW0可知，光电子的最大初动能随入射光的频率增大而增大，但不是成正比，选项A错误；光电流的强弱与入射光的光强有关，与光电子的最大初动能无关，选项B错误；根据光电效应的规律，能否产生光电效应现象，决定于入射光光子的能量是否大于或等于金属的逸出功，选项C正确；绿光的频率大于黄光，则用频率是1的绿光照射某金属发生了光电效应，改用频率是2的黄光照射该金属也可能发生光电效应，选项D错误2如图所示是研究光电效应现象的装置，当用光子能量为2.82 eV的光照射到光电管中的金属涂层时，电流表G的读数为0.2 mA.移动滑动变阻器的滑片c，当电压表的示数大于或等于1 V时，电流表读数为零下列说法中不正确的是(D)A光电子的最大初动能为1 eVB光电管阴极的逸出功为1.82 eVC开关K断开后，有电流流过电流表GD改用光子能量为0.85 eV的光照射，电流表G也有电流，但电流较小【解析】该装置所加的电压为反向电压，发现当电压表的示数大于或等于1 V时，电流表示数为0，知道光电子的最大初动能为1 eV，根据光电效应方程EkmhW0，W01.82 eV，故A、B正确；开关S断开后，用光子能量为2.82 eV的光照射到光电管上时发生了光电效应，有光电子逸出，则有电流流过电流表，故C正确；改用能量为0.85 eV的光子照射，0.85 eV小于1.82 eV，则不能发生光电效应，电流表无电流，故D错误3如图所示是光电管的原理图，已知当有波长为0的光照到阴极K上时，电路中有光电流，则(C)A若换用波长为1(10)的光照射阴极K时，电路中一定没有光电流B若换用波长为2(20)的光照射阴极K时，电路中一定没有光电流C增加电路中电源电压，电路中的光电流不一定增大D若将电源极性反接，电路中一定没有光电流产生【解析】若换用波长为1、2(10、20)的光的频率有可能大于极限频率，电路中可能有光电流，A、B错误；光电流的强度与入射光的强度有关，当光越强时，光电子数目会增多，而电压增加不会改变光电子数目，则光电流也不会影响，C正确；将电路中电源的极性反接，电子受到电场阻力，到达A极的数目会减小，则电路中电流会减小，甚至没有电流，D错误41916年，美国著名实验物理学家密立根，完全肯定了爱因斯坦光电效应方程，并且测出了当时最精确的普朗克常量h的值，从而赢得1923年度诺贝尔物理学奖若用如图甲所示的实验装置测量某金属的遏止电压Uc与入射光频率，作出如图乙所示的Uc的图象，电子电荷量e1.61019 C，则下列说法正确的是(C)A图甲中电源右端为正极B普朗克常量约为6.641034 JsC该金属的截止频率为5.01014 HzD该金属的逸出功约为6.611019 J【解析】电子从K极出来，在电场力的作用下做减速运动，所以电场线的方向向右，所以电源右端为负极，故A错；由爱因斯坦光电效应方程得：EkhW0，粒子在电场中做减速，由动能定理可得：eU0Ek，解得：U，由题图可知，金属的极限频率等于05.01014 Hz，图象的斜率代表了k，结合数据解得：h6.611034 Js，故B错误，C对；金属的逸出功W0h06.6110345.01014 Hz3.311019 J，故D错误5现有a、b、c三束单色光，其波长关系为abc123.当用a光束照射某种金属板时能发生光电效应，飞出的光电子最大动能为Ek，若改用b光束照射该金属板，飞出的光电子最大动能为Ek，当改用c光束照射该金属板时(B)A能发生光电效应，飞出的光电子最大动能为EkB能发生光电效应，飞出的光电子最大动能为EkC能发生光电效应，飞出的光电子最大动能为EkD由于c光束光子能量最小，该金属板不会发生光电效应【解析】a、b、c三束单色光，其波长关系为abc123，因为光子频率，知光子频率之比632.设a光的频率为6a，根据光电效应方程EkmhW0得，Ekh6aW0，Ekh3aW0.联立两式解得逸出功W0ha，Ekhac光的光子频率为2aW0，能发生光电效应最大初动能Ekmh2aW0haEk.故B正确，A、C、D错误【p211】夯实基础1光的波粒二象性(1)光的干涉、衍射、偏振现象证明了光有_波动性_(2)光电效应、康普顿效应证明了光有_粒子性_(3)光既有波动性、又有粒子性，称为光的波粒二象性2对光的波粒二象性的理解光既有波动性，又有粒子性，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，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3德布罗意波(物质波)波长与动量p的关系符合德布罗意公式(h为普朗克常数)的波叫德布罗意波，简称物质波德布罗意波假说是光的波粒二象性的一种推广，使之包含了物质粒子，即光子和实物粒子都具有粒子性，又都具有波动性，与光子对应的波是电磁波，与实物粒子对应的波是德布罗意波考点突破例3人们对“光的本性”的认识，经历了漫长的发展过程下列符合物理学史实的是()A牛顿提出光是一种高速粒子流，并能解释一切光的现象B惠更斯认为光是机械波，并能解释一切光的现象C为了解释光电效应，爱因斯坦提出了光子说D为了说明光的本性，麦克斯韦提出了光的波粒二象性【解析】牛顿认为光是一种粒子流，他的观点支持了光的微粒说，能解释光的直线传播与反射现象，不能解释一切现象，故A错误；惠更斯认为光是一种机械波，并能解释光的反射、折射和衍射，但不能解释光的直线传播和光电效应等现象，故B错误；为了解释光电效应爱因斯坦提出光子说，认为光的发射、传播和吸收不是连续的而是一份一份的，每一份就是一个光子，故C正确；麦克斯韦只提出了光的电磁波说，认为光是一种电磁波，没提光的粒子性，故D错误【答案】C针对训练6关于光子和运动着的电子，下列论述正确的是(C)A光子和电子一样都是实物粒子B光子能发生衍射现象，电子不能发生衍射现象C光子和电子都具有波粒二象性D光子具有波粒二象性，而电子只具有粒子性【解析】物质可分为两大类：一是质子、电子等实物；二是电场、磁场等，统称场光是传播着的电磁场根据物质波理论，一切运动的物体都具有波动性，故光子和电子都具有波粒二象性综上所述，C选项正确考 点 集 训【p345】A组1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，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(B)A光只有粒子性没有波动性B少量光子的运动显示粒子性，大量光子的运动显示波动性C光只有波动性没有粒子性D少量光子的运动显示波动性，大量光子的运动显示粒子性【解析】由于光的传播不是连续的而是一份一份的，每一份就是一个光子，所以每次通过狭缝只有一个光子，当一个光子到达某一位置时该位置感光而留下痕迹，由于单个光子表现粒子性，且每一个光子所到达的区域是不确定的，但是大量光子表现出波动性，所以长时间曝光后最终形成了图中明暗相间的条纹，故该实验说明了光具有波粒二象性，故A、C、D错误，B正确2(多选)下列对光电效应的理解，正确的是(BD)A金属钠每个电子可以吸收一个或一个以上的光子，当它积累的能量足够大时，就能逸出金属B如果入射光子的能量小于金属表面的电子克服原子核的引力而逸出时所需做的最小功，便不能发生光电效应C发生光电效应时，入射光越强，光子的能量就越大，光电子的最大初动能就越大D由于不同金属的逸出功是不相同的，因此使不同金属产生光电效应的入射光的最低频率也不同【解析】按照爱因斯坦的光子说，光子的能量由光的频率决定，与光强无关，入射光的频率越大，发生光电效应时产生的光电子的最大初动能越大；但要使电子离开金属，须使电子具有足够的动能，而电子增加的动能只能来源于照射光的光子能量，且一个电子只能吸收一个光子，不能吸收多个光子，否则即使光的频率低，若照射时间足够长，也会产生光电效应现象；电子从金属逸出时，只有从金属表面向外逸出的电子克服原子核的引力所做的功最小；综上所述，选项B、D正确3下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，(D)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【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A、B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4人眼对绿光最为敏感，正常人的眼睛接收到波长为530 nm的绿光时，只要每秒有6个绿光的光子射入瞳孔，眼睛就能察觉，普朗克常量为6.631034 Js，光速为3.0108 m/s，则人眼能察觉到绿光时所接收到的最小功率是(A)A2.31018 W B3.81019 WC7.01010 W D1.21018 W【解析】每秒有6个绿光的光子射入瞳孔，所以察觉到绿光所接收到最小功率为P W2.31018 W.5(多选)用如图所示的光电管研究光电效应的实验中，用某种频率的单色光照射光电管的阴极K，电流计G的指针不发生偏转那么(CD)A该单色光的频率一定小于阴极K的极限频率B增加单色光的强度可能使电流计G的指针发生偏转C若将变阻器滑片P向左滑动，有可能使电流计G的指针发生偏转D交换电源的正负极可能使电流计G的指针发生偏转【解析】电流计G指针不偏转，有可能是电流太小或者由于两极板间电压太大，光电子不能达到A板，故有可能发生光电效应现象，即该单色光的频率有可能大于阴极K的极限频率，若将变阻器滑片P向左滑动，所加反向电压减小，所以该情况下有可能使电流计G的指针发生偏转，A错误，C正确；如果是该单色光的频率小于阴极K的极限频率，则不可能发生光电效应现象，而增加单色光的强度只会增加入射光的光子数目，仍旧不会发生光电效应，即不会使得电流计发生偏转，B错误；若发生光电效应现象，交换电源的正负极，则光电子受到电场加速，故可以使得电流计的指针发生偏转，D正确6在光电效应实验中，某种单色光照射光电管，发生光电效应，现将该单色光的光强减弱，下列叙述正确的是(A)A光电子的最大初动能不变B可能不发生光电效应C饱和光电流不变D遏止电压减小【解析】发生光电效应时，根据爱因斯坦光电效应方程可知，光电子的最大初动能为：eUcEkmhW0，W0为逸出功，由此可知光电子的最大初动能随着入射光的频率增大而增大，与光照强度无关，故A正确；能否发生光电效应与光照强度无关，故B错误；光照强度减弱，单位时间内照射到金属表面的光子数目减小，因此单位时间内产生的光电子数目减小，即饱和电流减小，故C错误；由A选项分析可知，遏止电压与光照强度无关，故D错误7(多选)如图所示是光控继电器的示意图，K是光电管的阴极下列说法正确的是(AD)A图中a端应是电源的正极B只要有光照射K，衔铁就被电磁铁吸引C只要照射K的光强度足够大，衔铁就被电磁铁吸引D只有照射K的光频率足够大，衔铁才被电磁铁吸引【解析】光电子从阴极K发射后，要达到A.A的电势必须高于K的电势，A对；如果照射光频率低于阴极K金属的极限频率，就没有光电流产生，电磁铁就不具有磁性，不会吸引衔铁，B、C错；只有照射光的频率大于阴极K金属的极限频率，才有光电流产生，D对8如图所示，光滑水平面上有两个大小相同的钢球A、B，A球的质量大于B球的质量开始时A球以一定的速度向右运动，B球处于静止状态两球碰撞后均向右运动设碰前A球的德布罗意波长为1，碰后A、B两球的德布罗意波长分别为2和3，则下列关系正确的是(D)A123 B123C1 D1【解析】球A、B碰撞过程中，满足动量守恒则pBpApA，由，可得p，即动量守恒表达式也可写成，所以1，D正确9一个质量为m、电