(江苏专版)2020版高考物理第十一章第2节波粒二象性讲义(含解析)

波粒二象性光子和光电子都是实物粒子。(×)只需入射光的强度足够强，就能够使金属发生光电效应。(×)要使某金属发生光电效应，入射光子的能量一定大于金属的逸出功。(√)光电子的最大初动能与入射光子的频次成正比。(×)光的频次越高，光的粒子性越显然，但仍拥有颠簸性。(√)德国物理学家普朗克提出了量子假说，成功地解说了光电效应规律。(×)美国物理学家康普顿发现了康普顿效应，证明了光的粒子性。(√)法国物理学家德布罗意勇敢预知了实物粒子在必定条件下会表现为颠簸性。(√)打破点(一)对光电效应的理解1．与光电效应相关的五组观点对照光子与光电子：光子指光在空间流传时的每一份能量，光子不带电；光电子是金属表面遇到光照耀时发射出来的电子，其实质是电子。光子是光电效应的因，光电子是果。光电子的动能与光电子的最大初动能：光照耀到金属表面时，电子汲取光子的所有能量，可能向各个方向运动，需战胜原子核和其余原子的阻挡而损失一部分能量，节余部分为光电子的初动能；只有金属表面的电子直接向外飞出时，只需战胜原子核的引力做功的情况，才拥有最大初动能。光电子的初动能小于或等于光电子的最大初动能。光电流与饱和光电流：金属板飞出的光电子抵达阳极，回路中便产生光电流，跟着所加正向电压的增大，光电流趋于一个饱和值，这个饱和值是饱和光电流，在必定的光照条件下，饱和光电流与所加电压大小没关。入射光强度与光子能量：入射光强度指单位时间内照耀到金属表面单位面积上的总能量。光的强度与饱和光电流：饱和光电流与入射光强度成正比的规律是对频次同样的光照耀金属产生光电效应而言的，关于不一样频次的光，因为每个光子的能量不一样，饱和光电流与入射光强度之间没有简单的正比关系。2．光电效应的研究思路两条线索：两条对应关系：光强盛→光子数量多→发射光电子多→光电流大光子频次高→光子能量大→光电子的最大初动能大[题点全练]1．[多项选择](2019·南京六校联考)如下图是研究光电效应的电路，阴极K和阳极A是密封在真空玻璃管中的两个电极，K在遇到光照时能够发射光电子。阳极A汲取阴极K发出的光电子，在电路中形成电流。假如用单色光a照耀阴极，电流表的指针发生偏转；用单色光b照耀K光电管阴极K时，电流表的指针不发生偏转。以下说法正确的选项是( )A．a光的波长必定小于b光的波长B．只增添a光的强度可能使经过电流表的电流增大C．只增添a光的强度可使逸出的光电子最大初动能变大D．用单色光a照耀阴极K，当电源的正、负极对换时，电流表的读数可能减为零分析：选ABD由题意可知，用a光照耀光电管时，发生光电效应，用b光照耀时，不发生光电效应，则知abcb光的波长，A正确；只增添aν光的强度，即增添了光子的个数，则产生的光电子数量增加，光电流增大，使经过电流表的电流增大，B正确；依据光电效应方程Ek＝hν－W0，最大初动能与入射光频次相关，与强度没关，故只增添a光的强度逸出的光电子最大初动能不变，C错误；当正、负极对换后，形成反向电场，光电子在电场中做减速运动，若>km，则光电子没法抵达阳极，电流表示qUEA数为0，D正确。2．[多项选择](2017·海南高考)三束单色光1、2和3的波长分别为λ1、λ2和λ3(λ1＞λ2＞λ3)。分别用这三束光照耀同一种金属。已知用光束2照耀时，恰能产生光电子。以下说法正确的选项是()A．用光束1照耀时，不可以产生光电子B．用光束3照耀时，不可以产生光电子C．用光束2照耀时，光越强，单位时间内产生的光电子数量越多D．用光束2照耀时，光越强，产生的光电子的最大初动能越大分析：选AC依照波长与频次的关系：c＞λ＞λ，那么ν＜ν＜ν；ν123123因为用光束2照耀时，恰能产生光电子，所以用光束1照耀时，不可以产生光电子，而光束3照耀时，必定能产生光电子，故A正确，B错误；用光束2照耀时，光越强，单位时间内产生的光电子数量越多，而由光电效应方程：Ekm＝hν－W，可知，光电子的最大初动能与光的强弱没关，故C正确，D错误。3．(2018·江苏高考)光电效应实验中，用波长为λ0的单色光A照耀某金属板时，刚λ0B照耀该金属板时，光电子的最大初动好有光电子从金属表面逸出。当波长为的单色光2能为________，、B两种光子的动量之比为________。(已知普朗克常量为h、光速为c)Ac分析：该金属的逸出功W＝hν0＝hλ0波长为λ02c的单色光的频次ν＝2λ0依据光电效应方程得，光电子的最大初动能2cchcEk＝hν－W＝h－h＝λ0λ0λ0依据p＝λh，得A、B两光子的动量之比0pA21＝＝。pBλ02hc答案：λ01∶2打破点(二)爱因斯坦的光电效应方程及应用1．三个关系爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0。(2)光电子的最大初动能Ek能够利用光电管实验的方法测得，即Ek＝eUc，此中Uc是遏止电压。光电效应方程中的W0为逸出功，它与极限频次2．四类图像图像名称图线形状最大初动能Ek与入射光频次ν的关系图线

νc的关系是W0＝hνc。读守信息①截止频次(极限频次)：图线与ν轴交点的横坐标νc②逸出功：图线与Ek轴交点的纵坐标的值W0＝|－E|＝E③普朗克常量：图线的斜率kh①截止频次νc：图线与横轴的交点②制止电压U：随入射光频次c制止电压Uc与入射光频次ν的增大而增大的关系图线③普朗克常量：等于图线的h斜率与电子电量的乘积，即h＝ke。(注：此时两极之间接反向电压)①制止电压Uc：图线与横轴的颜色同样、强度不一样的光，光交点②饱和光电流I：电流的最大m电流与电压的关系值③最大初动能：Ekm＝eUc①制止电压Uc1、Uc2颜色不一样时，光电流与电压的②饱和光电流关系③最大初动能Ek1＝eUc1，Ek2＝eUc2[典例](2019·南通一模)利用图甲所示电路研究光电效应中金属的制止电压Uc与入射光频次ν的关系，描述出如图乙所示的图像，由此算出普朗克常量h。图乙中U1、ν1、ν0均为已知量，电子电荷量用e表示。当入射光的频次增大时，为了测定制止电压，滑动变阻器的滑片P应向_____(选填“M”或“N”)端挪动，由Uc-ν图像可求得普朗克常量h＝______。(用题中字母表示)。[分析]入射光的频次增大，光电子的最大初动能增大，则制止电压增大，测制止电压时，应使滑动变阻器的滑片P向N端挪动；依据Ekm＝hν－W0＝eUc，由Uc-ν图像可知，当制止电压为零时，ν＝ν0，所以这类金属的截止频次为ν0；依据Ekm＝hν－W0＝eUc，解得hνhν0h11c，图线的斜率＝UeUeeeν1－ν0ν1－ν0eU[答案]N110ν－ν[易错提示]应用光电效应方程时的注意事项每种金属都有一个截止频次，入射光频次大于这个截止频次时才能发生光电效应。(2)截止频次是发生光电效应的最小频次，对应着光的极限波长和金属的逸出功，即hνcc＝hλc＝W0。(3)应用光电效应方程

Ek＝hν－W0时，注意能量单位电子伏和焦耳的换算

(1eV

＝1.6×10－19J)。[集训冲关]1．(2019·如皋模拟)用同一光电管研究a、b两种单色光产生的光电效应，获得光电流I与光电管两极间所加电压U的关系如下图。关于这两种光的比较，以下说法正确的选项是( )A．a光的频次大B．b光子的能量小C．增大a光光照强度，其对应的饱和电流增大D．a光照耀该光电管时逸出的光电子最大初动能大分析：选C由题图可得b光照耀光电管时反向制止电压大，由km＝ν－0＝c可知EhWeUb光照耀光电管时逸出的光电子最大初动能大，故D错误；由D的剖析可知b光的频次大，光子的能量大，故A、B错误；增大a光光照强度，单位时间内产生的光电子数增加，所以饱和电流大，故C正确。2．[多项选择](2018·宿迁期末)如下图为金属A和B的制止电压Uc和入射光频次ν的关系图像，由图可知( )A．金属A的逸出功大于金属B的逸出功B．金属A的截止频次小于金属B的截止频次C．图像的斜率为普朗克常量D．假如用频次为5.5×1014A逸出光电子的最大初Hz的入射光照耀两种金属，从金属动能较大分析：选BD依据爱因斯坦光电效应方程Ekm＝hν－W0及能量守恒定律方程：eUc＝Ekm，ν0hW得：Uc＝e－e。当Uc＝0时，对应的频次为截止频次，由题图知，金属A的截止频次小于金属B的截止频次，故B正确；截止频次对应的光子能量等于金属的逸出功，金属的逸出功为W0＝hνc，νc是截止频次，所以金属A的逸出功小于金属B的逸出功，故A错hν0h误；依据Uc＝e－e，斜率为e，故C错误；因为A的逸出功较小，用同样频次的光照耀A、B两金属时，从金属A逸出光电子的最大初动能较大，故D正确。3．(2019·如东检测)下表是依照密立根的方法研究光电效应实验时获得的某金属的遏止电压U与照耀光频次ν的几组数据，并由此绘制U-ν图像如图甲所示(已知e＝1.6×10cc－19C)。求：c/V0.5410.6370.7140.8090.878Uν/(×10145.6445.8886.0986.3036.501Hz)这类金属的截止频次；普朗克常量；(3)如图乙，在给定的坐标系中达成光电子最大初动能Ek-ν关系图像。分析：(1)

由题图甲可知，金属的极限频次

ν0＝4.25×1014Hz。(2)在图像中取(5.50

×10

14

Hz,0.50V)

点，设普朗克常量为

h，由动能定理和光电效应方程可得－

c＝0－kEk＝hν－hν0h则Uc＝eν－eν0解得h＝6.4×10－34J·s。因为Ek＝hν－hν0Ek-ν关系图像如下图。答案：(1)4.25×1014Hz(2)6.4×10－34J·s(3)图看法析打破点(三)对波粒二象性的理解1．对光的颠簸性和粒子性的进一步理解光的颠簸性光的粒子性实验基础干预和衍射光电效应、康普顿效应①当光同物质发生作用时，这①光是一种概率波，即光子在空间各点出现的种作用是“一份一份”进行表现可能性大小(概率)可用颠簸规律来描述的，表现出粒子的性质②大批的光子在流传时，表现出光的颠簸性②少许或个别光子简单显示出光的粒子性①粒子的含义是“不连续”、①光的颠簸性是光子自己的一种属性，不是光“一份一份”的说明子之间互相作用产生的②光子不一样于宏观观点的粒②光的颠簸性不一样于宏观观点的波子2．颠簸性和粒子性的对峙与一致大批光子易显示出颠簸性，而少许光子易显示出粒子性。波长长(频次低)的光颠簸性强，而波长短(频次高)的光粒子性强。(3)光子说并未否认颠簸说，

E＝hν＝

hcλ中，ν和λ就是波的观点。波和粒子在宏观世界是不可以一致的，而在微观世界倒是一致的。3．物质波定义：任何运动着的物体都有一种波与之对应，这类波叫做物质波，也叫德布罗意波。h物质波的波长：λ＝p＝mv，h是普朗克常量。[题点全练]1．[多项选择](2018·金陵中学期末)利用金属晶格(大小约10－10m)作为阻碍物察看电子的衍射图样，方法是让电子束经过电场加快后，照耀到金属晶格上，进而获得电子的衍射图样。已知电子质量为m，电荷量为e，初速度为0，加快电压为U，普朗克常量为h。以下说法正确的是( )A．该实验说了然电子拥有颠簸性B．实验中电子束的德布罗意波的波长为hλ＝2meUC．加快电压U越大，电子衍射现象越显然D．若用同样动能的质子代替电子，衍射现象将更为显然分析：选AB该实验察看电子的衍射图样，衍射现象说明粒子的颠簸性，A正确；电子12束经过电场加快，由动能定理可得eU＝2mv，故有p＝mv＝2meU，所以实验中电子束的德hh，加快电压U越大，波长越小，那么，衍射现象越不显然，布罗意波的波长为λ＝p＝2meUB正确，C错误；若用同样动能的质子代替电子，质量变大，那么粒子动量p＝2mEk变大，hD错误。故德布罗意波的波长λ＝p变小，故衍射现象将不显然，2．[多项选择]实物粒子和光都拥有波粒二象性，以下现象或事实中突出表现颠簸性的是( )A．光的衍射