2023年高考物理一轮复习近代物理初步第1讲光电效应波粒二象性学案

--10-考情高考对本章的考察主要以选择题形式消灭，常常结合经典物理理论和最科技成果考情高考对本章的考察主要以选择题形式消灭，常常结合经典物理理论和最科技成果分析考察，难度不会太大。原子2．氢原子的能级构造、能级释，把握氢原子的能级公式并能敏捷构造波粒1.光电效应(Ⅰ)1.理解光电效应现象，把握光电效应二象2方程的应用。高考中常以选择题形式性(Ⅰ)呈现。1.氢原子光谱(Ⅰ)2．理解玻尔理论对氢原子光谱的解公式(Ⅰ)应用，用氢原子能级图求解原子的能级跃迁问题是高考的热点。考3．原子核式构造的觉察、原子核的组重要考点原子1.子核的衰变、半衰期(Ⅰ)2．放射性同位素(Ⅰ)3．核力、核反响方程(Ⅰ)点解读成、放射性、半衰期等仍会是高考命题的重点。4．了解放射性同位素的应用，了解核力的特点。核结合能、质量亏损(Ⅰ)裂变反响和聚变反响、裂变反响堆(Ⅰ)6．射线的危害和防护(Ⅰ)5．书写核反响方程，区分核反响的种类并依据质能方程求解核能问题在高考中命题率较高。6．裂变反响、聚变反响的应用，射线的危害和应用等学问与现代科技联系亲热。1光电效应波粒二象性主干梳理对点激活学问点光电效应及其规律Ⅰ学问点光电效应及其规律Ⅰ照耀到金属外表的光，能使金属中的01电子从外表逸出的现象。2．光电子02光电效应中放射出来的电子。3．光电效应规律存在饱和光电流：光照条件不变，当正向电压增大时，光电流趋于一个饱和值，即肯定的光照条件下单位时间发出的光电子数目是肯定的。试验说明，光的频率肯定时，入射光0304越多。0的反向电压Uc

着光电子的初动能有最大值E

1＝m2＝eU，称为光电子的最大初动能。试验说明，遏止电压km 2ec c0506增大。ν07大c于等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。光电效应具有瞬时性：当入射光的频率超过截止频率νc

时，无论入射光怎样微弱，学问点爱因斯坦光电效应方程Ⅰ光电效应的发生几乎是瞬时的，一般不超过10－9学问点爱因斯坦光电效应方程Ⅰ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＝01h。其中＝6.63×134J·s(逸出功W002最小值。3．最大初动能发生光电效应时，金属外表上的03电子吸取光子后，除了要抑制金属的逸出功外，有时还要抑制原子的其他束缚而做功，这时间电子的初动能就比较小；当逸出过程只抑制金属的逸出功而逸出时，光电子的初动能称为最大初动能。爱因斯坦光电效应方程表达式：E＝04hν－W。k 0物理意义：金属外表的电子吸取一个光子获得的能量是hν，这些能量的一局部用来10ke抑制金属的05逸出功W，剩下的表现为逸出后光电子的最大初动能E＝062m2。0ke对光电效应规律的解释对应规律对应规律对规律的产生的解释电子从金属外表逸出，必需抑制金属的逸出功W，则入射光子的能量不0存在截止频率νc能小于W，对应的频率必需不小于ν＝070，即截止频率W0 ch光电子的最大初动电子吸取光子能量后，一局部抑制阻碍作用做功，剩余局部转化为光电能随着入射光频率子的初动能，只有直接从金属外表飞出的光电子才具有最大初动能，对的增大而增大，与于确定的金属，W是肯定的，故光电子的最大初动能只随入射光频率的0入射光的强度无关08增大效应具有瞬时性光较强时饱和电流大学问点

09积存能量的时间对于频率一样的光，光较强时，单位时间内照耀到单位面积上的光子数较多，照耀金属时产生的10光电子较多，因而饱和电流较大波粒二象性Ⅰ光的波粒二象性光的干预、衍射、偏振现象说明光具有01波动性。光电效应和康普顿效应说明光具有02粒子性。03光既具有波动性，又具有粒子性，即光具有波粒二象性。h光子的能量ε＝hνp＝λ。物质波1924年，法国物理学家德布罗意提出：实物粒子也具有波动性，每一个运动着的粒子都有一个波和它对应，这种波叫做物质波，也叫德布罗意波。所以实物粒子也具有波粒二象性。hh物质波的波长：λ＝p＝mv，其中h是普朗克常量。概率波光和实物粒子的波粒二象性是指光子和实物粒子在空间消灭的概率遵循波动规律，故称概率波。光的干预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04大的地方，暗条纹是光子到达概率05小的地方，因此光波是一种概率波。波也是概率波。—堵点疏通1．光子和光电子都是实物粒子。( )只要入射光的强度足够强，就能发生光电效应。( )光电效应说明光具有粒子性，说明光的波动说是错误的。( )电子枪放射电子的现象就是光电效应。( )光电子的最大初动能与入射光的频率成正比。( )光的波长越长，越简洁发生干预和衍射现象。( )光电效应方程E＝hν－W中ν为入射光子的频率，而不是金属的极限频率( )k 0不同的金属肯定对应着一样的极限频率。( )答案1.×2.×3.×4.×5.×6.√7.√8.×二对点激活1．(2017·上海高考)光子的能量与其( )频率成正比C．速度成正比答案A

波长成正比D.速度平方成正比解析ε＝hν可知，光子的能量与其频率成正比，A2．(人教版选修3－5·P·演示试验改编)(多项选择)如下图，用导线把不带电的验电器30与锌板相连接，当用紫外线照耀锌板时，发生的现象是( )A．有光子从锌板逸出B．有电子从锌板逸出C．验电器指针张开一个角度D．锌板带负电答案BC解析用紫外线照耀锌板时，锌板里的电子吸取紫外线的能量从锌板外表逸出，称之为AB且失去的电子越多，带正电的电荷量越多，验电器指针张角越大，故CD3．(3－5·P36·T2改编)(多项选择)在光电效应试验中，用频率为ν的光照耀光电管阴极，发生了光电效应，以下说法正确的选项是( )A．增大入射光的强度，光电流增大B．减小入射光的强度，光电效应现象消逝C．改用频率小于ν的光照耀，肯定不发生光电效应D．改用频率大于ν的光照耀，光电子的最大初动能变大答案AD解析故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B错误；用频率为νν的光照耀时，假设光的频率仍大于极限频率，则仍会发生光电效应，C错误；依据hν－W＝E可知，改用频率大于ν的光照0 k射，光电子的最大初动能变大，故D正确。4.(人教版选修3－5·P·例题图改编)(多项选择)在做光电效应的试验时，某金属被光照34射发生了光电效应，试验测得光电子的遏止电压Uc

与入射光的频率ν的关系如下图，由实验图线可求出( )A．该金属的截止频率B．普朗克常量C．该金属的逸出功D．单位时间内逸出的光电子数答案ABC解析E＝hν－W

＝E

U＝0ν＝ν，即图线在横k 0 c k c che，故可求出普朗克常量h。当ν＝0eU＝－W，即图线在纵轴上的截距确实定值乘以电子电荷量e在数值上等于c 0金属的逸出功。A、B、C正确。由试验图线不能求出单位时间内逸出的光电子数，D错误。5．(人教版选修3－5·P·T，P·T～T综合改编)(多项选择)以下说法中正确的选项是( )40 2 42 2 3A．一样动能的电子和质子，质子的德布罗意波波长较大B．在光的双缝干预试验中，暗条纹的地方是光子永久不能到达的地方C．在光的双缝干预试验中，大量光子打在光屏上的落点是有规律的，暗条纹处落下光子的概率小D．低频电磁波的波动性显著，而高频电磁波的粒子性显著答案CDh 2 h解析德布罗意波波长λ＝，而E＝，所以λ＝

一样，而m<m，所以电子p k 2m 2mE k e k的德布罗意波波长较大，A并非永久不能到达，BC波动性显著，高频率的电磁波则相反，从能量的角度来分析，低频电磁波的光子能量小，少数光子很难在干预或衍射亮纹处留下感光点迹，大量光子照耀时消灭规章的明暗条纹，即波动性显著，高频率电磁波的光子能量大，少数几个光子就能引起感光胶片感光，消灭不规章的点迹，即粒子性显著，D考点细研悟法培优11光电效应规律的理解光子与光电子：光子指光在空间传播时的每一份能量，光子不带电；光电子是金属外表受到光照耀时放射出来的电子，其本质是电子。光子是光电效应的因，光电子是果。能量，可能向各个方向运动，需抑制原子核和其他原子的阻碍而损失一局部能量，剩余局部为光电子的初动能；只有金属外表的电子直接向外飞出，只需抑制原子核的引力做功的状况，光电子才具有最大初动能。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到达阳极，回路中便产生光电流，随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，在肯定的光照条件下，饱和光电流与所加电压大小无关。的总能量，即I＝nhν，n是单位时间照耀到单位面积上的光子数。照耀金属产生光电效应而言的，对于不同频率的光，由于每个光子的能量不同，饱和光电流与入射光的强度之间没有简洁的正比关系。四点提示(1)能否发生光电效应，不取决于光的强度而取决于光的频率。(2)光电效应中的“光”不是特指可见光，也包括不行见光。(3)逸出功的大小由金属本身打算，与入射光无关。(4)光电子不是光子，而是电子。3．三个关系式爱因斯坦光电效应方程：E＝hν－W。k 0最大初动能与遏止电压的关系：E＝eU。k c逸出功与极限频率的关系W＝hν。0 c4．两条对应关系光强大(频率肯定时)→光子数目多→放射光电子多→饱和光电流大。(2)光子频率高→光子能量大→光电子的最大初动能大。例1(2019·陕西汉中高三下学期开学联考)用如下图的光电管争论光电效应，当滑动变阻器的滑片位于某一位置，开关S闭合时，用单色光a照耀光电管阴极K，电流计G的指针发生偏转，用单色光b照耀光电管阴极K时，电流计G的指针不发生偏转，则( )A．a光的强度肯定大于b光的强度B．a光的频率肯定大于阴极KC．b光的频率肯定小于阴极K(1)光电管两端电压是正向电压还是反向电压？D．开关S断开后，用单色光a照耀光电管阴极K，电流计G(1)光电管两端电压是正向电压还是反向电压？提示：反向电压。单色光b照耀阴极肯定没有发生光电效应吗？提示：不肯定，还可能所加电压到达了遏止电压。尝试解答B。用某种光照耀金属能否发生光电效应与光的强度无关，所以无法推断a、b光的强度，故Aa照耀光电管阴极K，电流计G的指针发生偏转，知a光的频率大BbG端加了反向电压，所以无法推断是否发生光电效应，即无法推断b光的频率与阴极K的极限频CG的指针发生偏转，即电子能从阴极运动到阳极，所以断开开关即不加反向电压时，电子肯定能从阴极运动到阳极，即电流计GDB。解答光电效应问题的几点留意(1)ε＝hν。光的强度是指单位时间光照耀到单位面积上的能量，即I＝nhν，所以单位时间照耀到单位面积上的光子数由光强和频率共同打算。光电子逸出后的最大初动能由光子的频率和逸出功共同打算。E＝hν－Wk 0个值，而且光电子的射出方向是随机的，不肯定都能到达阳极。(5)每秒逸出的光电子数打算着饱和光电流的大小，而不是光电流的大小。[变式1－1] (2019·西安六校联考)如下图，当一束肯定强度的某一频率的黄光照耀到光电管阴极K上时，此时滑片P处于A、B中点，电流表中有电流通过，则( )假设将滑动触头PB端移动，电流表读数有可能不变假设将滑动触头P向A端移动，电流表读数肯定增大C．假设用红外线照耀阴极K，电流表中肯定没有电流通过D．假设用一束强度一样的紫外线照耀阴极K，电流表读数不变答案A解析光电管两端加的是正向电压，假设开头时电流未饱和，P向B端移动，电流表读数增大，假设刚开头电流处于饱和状态，即使PBA将触头P向A端移动，光电管所加的电压变小，但光电流还可能处于饱和状态，故电流表读数可能减小或者不变，故B错误；假设用红外线照耀阴极K，因红外线频率小于可见光，因此可能不发生光电效应，也可能会发生光电效应，电流表可能有电流通过，故C错误；假设用一束强度一样的紫外线照耀阴极K目削减，单位时间内到达阳极的电子数目可能会削减，电流表读数可能减小，故D[变式1－2](2019·江苏南通一模)我国自行研制的一种大型激光器，能发出频率为νP0

KS，当该激光射向阴极时，产生了光电流。移动变阻器的滑片P，当光电流恰为零时，电压表的示数为U，普朗克常量为h，电子电荷量为e，真空中的光速为c。求：c激光器发出的光子的动量p为 。光电管阴极K的截止频率νc

为 。hν eU答案(1)c (2－hch hν解析(1)由：p＝λ，c＝λνp＝c(2)由eU＝E，又E＝hν－Wc km km 0W＝hν－eU0 cW＝hν0 ceU解得ν＝ν－c

h。图象名称

图线外形

由图线直接(间接)得到的物理量2光电效应的图象分析①极限频率νν2光电效应的图象分析c交点的横坐标②逸出功W：图线与E轴交最大初动能E与入射光的频 0 kkν的关系图线电流与电压的关系图线

点的纵坐标确实定值，W＝|0－E|＝E③普朗克常量h：图线的斜率k＝h①遏止电压Uc交点的横坐标的值②饱和光电流Im值③最大初动能：E＝eUkm c①遏止电压U、U

c1 c2②饱和光电流电流与电压的关系图线

③最大初动能E＝eU，Ek1＝eU

c1 k2遏止电压Uc

c2①截止频率ν：图线与横轴c的交点的横坐标的值②遏止电压Uc与入射光的频率 的增大而增大ν的关系图线

③普朗克常量h：等于图线的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)例2(2019·河北唐山一模)用金属铷为阴极的光电管观测光电效应现象，试验装置如图甲所示，试验中测得铷的遏止电压Uc

与入射光频率ν之间的关系如图乙所示，图线与横轴交点的横坐标为5.15×1014是( )

H。普朗克常量＝6.63×134J·s。则以下说法中正确的A．欲测遏止电压，应选择电源左端为正极B．当电源左端为正极时，滑动变阻器的滑片向右滑动，电流表的示数持续增大C．增大照耀光的强度，产生的光电子的最大初动能肯定增大D．假照试验中入射光的频率0

Hz，则产生的光电子的最大初动能E＝k(1)正向电压越大光电流肯定越大吗？1.2×10－19J(1)正向电压越大光电流肯定越大吗？提示：不肯定，光电流有饱和值。(2)遏止电压为零时对应的频率是金属的截止频率吗？提示：是。尝试解答D。用图甲所示的试验装置测量铷的遏止电压U，则电源左端为负极，故A错误；当电源左c端为正极时，将滑动变阻器的滑片从图示位置向右滑动的过程中，光电管所加电压增大，光BCν＝5.15×1014Hz，hν＝W，则可求出铷的逸出c c 0功大小W＝6.63×10－34×5.15×1014J＝3.41×10－19J，E＝hν－W，当0 km 0入射光的频率为＝7.00×114HzE＝6.63×1－34×7.0×114kmJ－3.41×10－19J＝1.2×10－19J，故D解决光电效应图象问题的几个关系式光电效应方程：E＝hν－W。k 0W发生光电效应的临界条件：E＝0，ν＝0。k c h反向遏止电压与入射光频率的关系：h W－eU＝0－E，U＝ν－0。c k c e e[变式2－1] (2019·云南二模)某金属发生光电效应光电子的最大初动能Ek

与入射光的频率ν之间的关系如下图。h为普朗克常量，e为电子电荷量确实定值，结合图象所给信息，以下说法正确的选项是( )入射光的频率小于ν0

也可能发生光电效应现象该金属的逸出功随入射光频率的增大而增大hν2ν0

的光照耀该金属，则遏止电压为e0遏止电压与入射光的频率无关答案C解析由图象可知金属的极限频率为ν，入射光的频率必需要大于ν

才能发生光电效0 0应现象，A错误；金属的逸出功与入射光的频率无关，B错误；假设用频率是2ν0

的光照耀该金属，则光电子的最大初动能为E＝2hν－hν＝hν＝Ue，则遏止电压为U＝

hν0，Ckm

0 0 c c e遏止电压与入射光的频率有关，入射光的频率越大，则光电子的最大初动能越大，遏止电压越大，D2－2](2019·黑龙江哈尔滨三中二模)(多项选择)甲图是争论光电效应的电路图，乙图是用abc光照耀光电管得到的IU图线U表示遏止电压以下说法正确的选项是( )c1 c2在光照条件不变的状况下，随着所加电压的增大，光电流始终会增大B．a、c光的频率相等C．光电子的能量只与入射光的强度有关，而与入射光的频率无关D．a光的波长大于b光的波长答案BD解析在光照条件不变的状况下，随着所加电压的增大，光电流会先增大后不变，故A错误；当光电流为零时，光电管两端加的电压为遏止电压，对应的光的频率为截止频率，根据eU＝hν－WU越大。a、c两光的遏止电压相等，c 0 cc且小于b的遏制电压，所以a、c两光的频率相等且小于b光的频率，依据λ＝ν，可知a光3光的波粒二象性和物质波的波长大于b光的波长，故B、D正确；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，故3光的波粒二象性和物质波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)简洁表现出波动性。从频率上看：频率越低的光波动性越显著，越简洁看到光的干预和衍射现象；频率越高的光粒子性越显著，越不简洁看到光的干预和衍射现象，其贯穿本领越强。现出粒子性。hε＝hν、光子的动量p＝λ也可以看出，光的波动性和粒子性并不冲突：表示粒子性的光子能量和动量的计算式中都含有表示波的特征的物理量——频率νλ。粒子。光的粒子性指的是一份一份的“不连续”，波动性指的是概率波，即光子在空间各点消灭的概率用波动规律来描述。物质波hh物质波的波长：λ＝p＝mv，h是普朗克常量。受波动规律的支配。例3(2019·西藏昌都四中二模)以下关于光的波粒二象性的说法中，正确的选项是( )A．有的光是波，有的光是粒子(1)光子是实物粒子吗？光子与电子是同样的一种粒子C．光的波长越长，其波动性越显著；波长越短，其粒子性越显著D．大量光子的行为往往显示出粒子性(1)光子是实物粒子吗？提示：不是。(2)什么时候光子显示波动性？提示：波长较长易显示波动性，大量光子显示波动性。尝试解答C。光既有波动性又有粒子性，A错误；光子不带电，没有静止质量，而电子带负电，有质量，B错误；光的波长越长，其波动性越显著，波长越短，其粒子性越显著，C正确；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，D错误。应选C。波粒二象性的深入理解虽然寻常看到的宏观物体运动时，看不出其波动性，但也有一个波长与之对应。例如10－34m。动性，只是波长太小，难以观测。受波动规律的支配。3－1](2019·4)20181129工程“超区分光刻装备研制”通过验收，该光刻机光刻区分率到达22nm。关于光的生疏，以下说法正确的选项是()A．光子除了具有能量之外还具有动量B．波长越长的光，光子动量越大C．光电效应显示了光的波动性D．爱因斯坦测量了光电效应中几个重要的物理量，由此算出了普朗克常量h答案Ah解析光子除了具有能量之外还具有动量，Ap＝λ可知，波长越长的光，光子动量越小，B错误；光电效应显示了光的粒子性，C错误；密立根测量了光电效应中几个重要的物理量，由此算出了普朗克常量h，D[变式3－2](2019·河南开封模拟)(多项选择)以下关于微观粒子的波粒二象性的生疏，正确的选项是( )A．由概率波的学问可知，因微观粒子落在哪个位置不能确定，所以粒子没有确定的轨迹B．由概率波的学问可知，因微观粒子落在哪个位置不能确定，再由不确定性关系知粒子动量将完全确定C．大量光子表现出波动性，此时间子仍具有粒子性D．波动性和粒子性，在宏观现象中是冲突的、对立的，但在微观高速运动的现象中是统一的答案ACD解析微观粒子落点位置不能确定，与经典粒子有确定轨迹不同，A错误；波粒二象性是微观粒子的特别规律，无论何时二者都同时存在，C正确；波动性和粒子性，在宏观现象中是冲突的、对立的，但在微观高速运动的现象中是统一的，D高考模拟随堂集训1．(2019·板上时，可能形成光电流。表中给出了6组次入射光子的能量/eV相对光强光电流大小/mA逸出光电子的最大动能/eV14.0弱290.9第一组24．0中430．934．0强600．946.0弱272.9其次组56．0中402．966．0强552．9由表中数据得出的论断中不正确的选项是( )A．两组试验承受了不同频率的入射光B．两组试验所用的金属板材质不同C．5.0eV1.9eVD．5.0eV，相对光强越强，光电流越大答案B解析光子的能量E＝hν，两组试验中入射光子的能量不同，故入射光的频率不同，Ahν＝W＋E，可求出两组试验中金属板的逸出功W3.1keV，故两组试验所用的金属板材质一样，B错误；由hν＝W＋E，W＝3.1eV，当hν＝5.0eVk时，E＝1.9eV，Ck光电子数越多，形成的光电流越大，D正确。2．(2018·300nm为1.28×10－19J。普朗克常量为6.63×10－34J·s，真空中的光速为3.00×108能使锌产生光电效应的单色光的最低频率约为( )

m·s－1，A．1×1014HzC．2×1015Hz答案B

B.8×1014HzD.8×1015Hzc解析E＝hν－W，得W＝hν－E＝h－E。刚好发生光电效应的临k 0

k λ k界条件是最大初动能E＝0νW＝hνν≈8×1014kHz，故B

0 0 0 03．(2017·全国卷Ⅲ)(多项选择)在光电效应试验中，分别用频率为ν、ν的单色光a、ba bU和UE

E。a bh为普朗克常量。以下说法正确的选项是( )假设ν>ν，则肯定有U<U

ka kba b a b假设ν>ν，则肯定有E>Ea b ka kb假设U<U，则肯定有E<Ea b ka kb