高考物理一轮复习讲义原子物理学专题（一）光电效应波粒二象性

光电效应、波粒二象性一、光电效应1．对光电效应的四点提醒(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，也包括不可见光．(3)逸出功的大小由金属本身决定，与入射光无关．(4)光电子不是光子，而是电子．2．两条对应关系(1)光强大→光子数目多→发射光电子多→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．3．定量分析时应抓住三个关系式(1)爱因斯坦光电效应方程：Ek＝hν－W0.(2)最大初动能与遏止电压的关系：Ek＝eUc.(3)逸出功与极限频率的关系：W0＝hνc.4．区分光电效应中的四组概念(1)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；光电子是金属表面受到光照射时发射出来的电子，其本质是电子．(2)光电子的动能与光电子的最大初动能：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．(3)光电流和饱和光电流：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，在一定的光照条件下，饱和光电流与所加电压大小无关．(4)入射光强度与光子能量：入射光强度指单位时间内照射到金属表面单位面积上的总能量．5．光电管上加正向与反向电压情况分析(1)光电管加正向电压时的情况①P右移时,参与导电的光电子数增加;②P移到某一位置时,所有逸出的光电子恰好都参与了导电,光电流恰好达到最大值;③P再右移时,光电流不再增大。(2)光电管加反向电压时的情况①P右移时,参与导电的光电子数减少;②P移到某一位置时,所有逸出的光电子恰好都不参与导电,光电流恰好为0,此时光电管两端加的电压为遏止电压;③P再右移时,光电流始终为0。二、光电效应的图象问题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ν的关系图线①极限频率：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k＝h颜色相同、强度不同的光，光电流与电压的关系②饱和光电流Im：电流的最大值③最大初动能：Ekm＝eUc颜色不同时，光电流与电压的关系①遏止电压Uc1、Uc2②饱和光电流③最大初动能Ek1＝eUc1，Ek2＝eUc2遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图线①截止频率νc：图线与横轴的交点②遏止电压Uc：随入射光频率的增大而增大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)三、光的波粒二象性和物质波1．从数量上看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．从频率上看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，贯穿本领越强，越不容易看到光的干涉和衍射现象。3．从传播与作用上看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出粒子性。4．波动性与粒子性的统一由光子的能量ε＝hν、光子的动量表达式p＝eq\f(h,λ)可以看出，光的波动性和粒子性并不矛盾，表示粒子性的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ν和波长λ。四、针对练习1、如图所示为研究光电效应的电路图。开关闭合后，当用波长为λ0的单色光照射光电管的阴极K时，电流表有示数。下列说法正确的是()A．若只让滑片P向D端移动，则电流表的示数一定增大B．若只增加该单色光的强度，则电流表示数一定增大C．若改用波长小于λ0的单色光照射光电管的阴极K，则阴极K的逸出功变大D．若改用波长大于λ0的单色光照射光电管的阴极K，则电流表的示数一定为零2、（多选）利用光电管研究光电效应的实验电路图如图1所示，用频率为ν的可见光照射阴极K，电流表中有电流通过，则()A．改用紫外线照射K，电流表中没有电流通过B．只增加该可见光的强度，电流表中通过的电流将变大C．若将滑动变阻器的滑片滑到A端，电流表中一定无电流通过D．若将滑动变阻器的滑片向B端滑动，电流表示数可能不变3、现用波长为λ的光照射某金属，已知该金属的极限波长为，普朗克常量为h，光在真空中的传播速度为c，电子的电荷量为e，下列说法正确的是（）A．该金属的逸出功为B．用波长为λ的光照射该金属材料，不能发生光电效应C．用波长为λ的光照射该金属材料，逸出的光电子的最大初动能为D．此种情况下对应的遏止电压为4、用如图所示的实验装置研究光电效应现象。所用光子能量为2.75eV的光照射到光电管上时发生了光电效应，电流表G的示数不为零，移动变阻器的触点c，发现当电压表的示数大于或等于1.7V时，电流表示数为零，则在该实验中()A．光电子的最大初动能为1.05eVB．光电管阴极的逸出功为1.7eVC．开关S断开，电流表G示数为零D．当滑动触头向a端滑动时，电压表示数增大5、用如图所示的光电管研究光电效应，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照射光电管阴极K，电流计G的指针发生偏转，用单色光b照射光电管阴极K时，电流计G的指针不发生偏转，则()A．a光的强度一定大于b光的强度B．a光的频率一定大于阴极K的极限频率C．b光的频率一定小于阴极K的极限频率D．开关S断开后，用单色光a照射光电管阴极K，电流计G的指针一定不会发生偏转6、智能带有光线传感功能，可以自动调整亮度，光线传感器的工作原理是光电效应。下面关于光电效应的说法正确的()A．发生光电效应时，光电子的最大初动能与入射光的频率成正比B．在研究光电效应饱和电流时，由I＝neSv可知，光电管所加电压越大，电子获得的速度v越大，饱和电流越大C．入射光频率为ν时，刚好发生光电效应现象，将入射光频率变为3ν时，此时光电流的遏止电压为eq\f(2hν,e)D．用一束单色光分别照射A、B两种金属，若照射A得到光电子的最大初动能比照射B得到光电子的最大初动能大，则金属A的截止频率比金属B的截止频率高7、甲、乙两种金属发生光电效应时，光电子的最大初动能与入射光频率间的关系分别如图中的a、b所示。下列判断正确的是()A．图线a与b不一定平行B．图线a与b的斜率是定值，与入射光和金属材料均无关系C．乙金属的极限频率小于甲金属的极限频率D．甲、乙两种金属发生光电效应时，若光电子的最大初动能相同，甲金属的入射光频率大8、某实验小组用如图甲所示的实验装置探究不同金属发生光电效应时的实验规律，当用频率为v的入射光照射金属时电流表示数不为零，向右调节滑动变阻器的滑片P，直到电流表的示数刚好为零，此时电压表的示数为，该电压称为遏止电压，该实验小组得到与v的关系如图乙中的①所示，则下列有关说法中正确的是（）A．实验时电源的左端为正极B．分别用从氢原子能级2到1和能级3到1辐射的光照射金属得到遏止电压和，则C．换用不同的光照射逸出功更大的金属时，得到的关系可能如图乙中的②所示D．当滑片P向左滑动的过程中电流表的示数先增加后不变9、用如4甲所示的电路研究光电效应中光电流与照射光的强弱、频率等物理量的关系．图中A、K两极间的电压大小可调，电源的正负极也可以对调，分别用a、b、c三束单色光照射，调节A、K间的电压U，得到光电流I与电压U的关系如图乙所示，由图可知()A．单色光a和c的频率相同，且a光更弱些，b光频率最大B．单色光a和c的频率相同，且a光更强些，b光频率最大C．单色光a和c的频率相同，且a光更弱些，b光频率最小D．单色光a和c的频率不同，且a光更强些，b光频率最小10、为了研究大量处于能级的氢原子跃迁时的发光特点，现利用大量此种氢原子跃迁时产生的三种单色光照射同一个光电管，如图甲所示，移动滑动变阻器的滑片调节光电管两端电压，分别得到三种光照射时光电流与光电管两端电压的关系，如图乙所示，则对于a、b、c三种光，下列说法正确的是（）A．三种光的频率最大的是cB．a、b、c三种光从同一种介质射向真空中，发生全反射的临界角最大的是cC．用a光照射另外某种金属能发生光电效应，则用c光照射也一定能发生D．通过同一个单缝装置进行单缝衍射实验，中央条纹宽度a光最宽11、（多选）对于钠和钙两种金属，其遏止电压Uc与入射光频率ν的关系如图所示。用h、e分别表示普朗克常量和电子电荷量，下列说法正确的是()A．钠的逸出功小于钙的逸出功B．图中直线的斜率为eq\f(h,e)C．在得到这两条直线时，必须保证入射光的光强相同D．若这两种金属产生的光电子具有相同的最大初动能，则照射到钠的光频率较高12、（多选）美国物理学家密立根利用如图甲所示的电路研究金属的遏止电压Uc与入射光频率ν的关系，描绘出图乙中的图象，由此算出普朗克常量h，电子电荷量用e表示，下列说法正确的是()A．入射光的频率增大，测遏止电压时，应使滑动变阻器的滑片P向M端移动B．增大入射光的强度，光电子的最大初动能也增大C．由Uc－ν图象可知，这种金属截止频率为νcD．由Uc－ν图象可求普朗克常量表达式为h＝eq\f(U1e,ν1－νc)13、（多选）某实验小组的同学利用如下所示的实验研究光的波粒二象性。利用甲图所示的电路研究阴极K的遏止电压与照射光频率的关系。若实验测得钠（Na）的遏止电压Uc与照射光频率的关系图像如图乙所示，已知钠的极限频率为，钙的极限频率为，则下列说法中正确的是（）A．需将单刀双掷开关S置于a端B．需将单刀双掷开关S置于b端C．钙的遏止电压与照射光的频率的关系图线应该是①D．钙的遏止电压与照射光的频率的关系图线应该是②14、关于物质的波粒二象性，下列说法中不正确的是()A．不仅光子具有波粒二象性，一切运动的微粒都具有波粒二象性B．运动的微观粒子与光子一样，当它们通过一个小孔时，都没有特定的运动轨道C．波动性和粒子性，在宏观现象中是矛盾的、对立的，但在微观高速运动的现象中是统一的D．实物的运动有特定的轨道，所以实物不具有波粒二象性15、如图为物理学家拍摄的DNA分子的X射线衍射图样，生物学家据此提出DNA的双螺旋结构模型。下列说法中正确的是()A．X射线是高速电子流B．X射线的频率比可见光的低C．衍射图样说明了X射线具有粒子性D．拍摄所用X射线的波长与DNA分子大小接近16、（多选）下列关于微观粒子波粒二象性的认识正确的是()A．由概率波的知识可知，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．由概率波的知识可知，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，此时光子仍具有粒子性D．波动性和粒子性，在宏观现象中是矛盾的、对立的，但在微观高速运动的现象中是统一的17、一点光源以113W的功率向周围所有方向均匀地辐射波长约为6×107m的光，在离点光源距离为R处每秒垂直通过每平方米的光子数为3×1014个。普朗克常量为h=6.63×1034Js。R约为（）A．1×102mB．3×102mC．6×102mD．9×102m18、用极微弱的可见光做双缝干涉实验，随着时间的增加，在屏上先后出现如图(a)(b)(c)所示的图像，则()A．图像(a)表明光具有波动性B．图像(c)表明光具有粒子性C．用紫外线观察不到类似的图像D．实验表明光是一种概率波19、已知普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，电子的质量为9.11×10－31kg，一个电子和一滴直径约为4μm的油滴具有相同动能，则电子与油滴的德布罗意波长之比的数量级为()A．10－8B．106C．108D．1016答案1.B【解析】电路所加电压为正向电压，如果电流达到饱和电流，增加电压，电流也不会增大，故A错误；只增加该单色光的强度，相同时间内逸出的光子数增多，电流增大，故B正确；金属的逸出功只与阴极材料有关，与入射光无关，故C错误；改用波长大于λ0的单色光照射，虽然光子能量变小，但也有可能发生光电效应，可能有光电流，故D错误。2.BD【解析】用频率为ν的可见光照射阴极K，能发生光电效应，则该可见光的频率大于阴极材料的极限频率，紫外线的频率大于可见光的频率，故用紫外线照射K，也一定能发生光电效应，电流表中有电流通过，A错误；只增加可见光的强度，单位时间内逸出金属表面的光电子数增多，电流表中通过的电流将变大，B正确；滑动变阻器的滑片滑到A端，光电管两端的电压为零，但光电子有初动能，故电流表中仍有电流通过，C错误；滑动变阻器的滑片向B端滑动时，若电流已达到饱和光电流，则电流表示数可能不变，D正确．3.C【解析】A．逸出功故A错误；B．由于光的波长为λ，小于这种金属的极限波长，可知此光的频率大于这种金属的极限频率，用波长为λ的光照射该金属材料，能够发生光电效应，故B错误；C．根据爱因斯坦光电效应方程入射光子的频率可得逸出的光电子的最大初动能为，故C正确；D．根据可得此种情况下对应的截止电压为，故D错误。故选C。4.D【解析】由题目可知，遏止电压Uc＝1.7V，最大初动能Ek＝eUc＝1.7eV，选项A错误；根据光电效应方程可知，逸出功W0＝E－Ek＝1.05eV，选项B错误；断开开关S，光电效应依然发生，有光电流，光电管、电流表、滑动变阻器构成闭合回路，电流表中电流不为零，选项C错误；电源电压为反向电压，当滑动触头向a端滑动时，反向电压增大，电压表示数增大，电流表中电流减小，选项D正确。5.B【解析】用某种光照射金属能否发生光电效应与光的强度无关，所以无法判断a、b光的强度，故A错误；用某种频率的单色光a照射光电管阴极K，电流计G的指针发生偏转，知a光频率大于金属的极限频率，故B正确；由于在光电管两端加了反向电压，用b光照射时，电流计G指针不发生偏转，所以无法判断是否发生光电效应，即无法判断b光的频率与阴极K的极限频率大小关系，故C错误；由于在光电管两端加了反向电压，电流计G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，电子一定能从阴极运动到阳极，即电流计G的指针一定发生偏转，故D错误．6.C【解析】发生光电效应时，光电子的最大初动能与入射光的频率成线性关系，A错误；在研究光电效应饱和电流时，光电管所加电压与饱和电流无关，饱和电流与光照强度有关，光照强度越大，饱和电流越大，B错误；入射光频率为ν时，刚好发生光电效应现象，由光电效应规律可知W0＝hν，将入射光频率变为3ν时，由爱因斯坦光电效应方程可得Ek＝3hν－W0，解得Ek＝2hν，由动能定理可得Ek＝eUc，解得此时光电流的遏止电压为Uc＝eq\f(2hν,e)，C正确；根据光电效应方程Ek＝hν－W0，可知光子能量一定时，光电子的最大初动能越大，金属的截止频率越低，D错误。7.B【解析】根据光电效应方程Ek＝hν－W0，图线的斜率代表普朗克常量，两直线一定平行，A错误；普朗克常量与入射光和金属材料均无关系，B正确；横轴截距表示最大初动能为零时的入射光频率，也就是金属的极限频率，故乙金属的极限频率大于甲金属的极限频率，C错误；甲、乙两种金属发生光电效应时，若光电子的最大初动能相同，甲金属的入射光频率小，D错误。8.D【详解】A．因滑片向右调节滑动变阻器的滑片P，可使电流表的示数为零，此时光电管加反向电压，则光电管右端电势高，则电源右端为正极，故A错误；C．根据eUc=hνW逸出功可得换用不同的光照射逸出功更大的金属K2时，所得到的关系图像与横轴的截距较大，但是直线斜率相同，故C错误；B．氢原子从能级2跃迁到能级1辐射出的光子能量小于从能级3跃迁到能级1辐射出的光子能量，根据E=hν可知，氢原子从能级2跃迁到能级1辐射出的光子频率小于从能级3跃迁到能级1辐射出的光子频率，而根据爱因斯坦的光电效应方程eUc=Ek=hνW逸出功可知Uc1＜Uc2故B错误；D．滑片P初始位置应该是在中间，此时加在光电管上的电压为零，P左滑的过程中，光电管所加的正向电压变大，形成的光电流逐渐增大，当达到饱和电流后电流不再变，因此可知电流表的示数先增加后不变，故D正确。故选D。9.B【解析】a、c两单色光照射后遏止电压相同，根据Ek＝eUc，可知产生的光电子最大初动能相等，则a、c两单色光的频率相等，光子能量相等，由于a光的饱和光电流较大，则a光的强度较大．单色光b照射后遏止电压较大，根据Ek＝eUc，可知b光照射后产生的光电子最大初动能较大，根据光电效应方程Ek＝hν－W0得，b光的频率大于a光的频率，故A、C、D错误，B正确．10.B【详解】A．根据图乙可知，a、b、c三种光的遏止电压关系为Ua>Ub>Uc，根据eU=hνW可知频率的大小关系νa>νb>νc故A错误；B．根据频率越大，折射率越大，临界角公式临界角最大的是c，故B正确；C．频率越大越容易发生光电效应，用a光照射金属发生光电效应，则用c光照射不一定发生，故C错误；D．由可知单缝衍射实验中，波长越长中央条纹越宽，a的条纹最窄，故D错误。故选B。11.AB【解析】根据eUc＝Ek＝hν－W0，得Uc＝eq\f(h,e)ν－eq\f(W0,e)，由图像可知，钠的逸出功小于钙的逸出功，故A正确；图中直线的斜率为eq\f(h,e)，故B正确；在得到这两条直线时，入射光的强度不必相同，故C错误；由图像可知，若这两种金属产生的光电子具有相同的最大初动能，则照射到钠的光频率较低，故D错误。12.CD.【解析】：入射光的频率增大，光电子的最大初动能增大，遏止电压增大，根据光电效应方程得出Uc－ν的关系式，通过关系式得出斜率、截距表示的含义．入射光的频率增大，光电子的最大初动能增大，则遏止电压增大，测遏止电压时，应使滑动变阻器的滑片P向N端移动，A错误；根据光电效应方程Ekm＝hν－W0知，光电子的最大初动能与入射光的强度无关，B错误；根据Ekm＝hν－W0＝eUc，解得Uc＝eq\f(hν,e)－eq\f(hνc,e)，图线的斜率k＝eq\f(h,e)＝eq\f(U1,ν1－νc)，则h＝eq\f(U1e,ν1－νc)，当遏止电压为零时，ν＝νc，C、D正确．13.AD【解析】AB．研究阴极K的遏止电压与照射光频率的关系时，光电子由K运动至A从而产生光电流，此时应在K、A之间加上反向电压，使光电子所受电场力指向K，即需将单刀双掷开关S置于a端，故A正确，B错误；CD．根据爱因斯坦光电效应方程有整理得可知图像的斜率与材料种类无关，所以钠与钙的图线应平行，即钙的遏止电压与照射光的频率的关系图线应该是②，故C错误，D正确。故选AD。14.D.【解析】：光具有波粒二象性是微观世界具有的特殊规律，大量光子运动的规律表现出光的波动性，而单个光子的运动表现出光的粒子性．光的波长越长，波动性越明显，光的频率越高，粒子性越明显．而宏观物体的德布罗意波的波长太小，实际很难观察