第72讲光电效应波粒二象性（讲义）（原卷版）

第72讲光电效应波粒二象性目录复习目标网络构建考点一光电效应【夯基·必备基础知识梳理】知识点1与光电效应有关的五组概念对比知识点2光电效应的研究思路知识点3三个定量关系式知识点4光电管问题【提升·必考题型归纳】考向1光电效应方程的应用考向2光电管问题考点二光电效应的四类图像【夯基·必备基础知识梳理】知识点光电效应的四类图像【提升·必考题型归纳】考向1EKν图像考向2Ucν图像考向3IU图像考点三对波粒二象性、物质波的理解【夯基·必备基础知识梳理】知识点1波粒二象性知识点2物质波知识点3对光的波粒二象性的进一步理解【提升·必考题型归纳】考向1德布罗意波长考向2波粒二象性真题感悟理解和掌握光电效应的规律及光电效应方程。理解和掌握光的波粒二象性。考点要求考题统计考情分析（1）光电效应（2）光的波粒二象性2023年北京卷第14题2023年海南卷第10题2023年6月浙江卷第15题高考对光电效应和波粒二象性的考查较为频繁，大多以选择题中出现，题目难度要求大多不是太高，较为基础。考点一光电效应知识点1与光电效应有关的五组概念对比(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。光子是因，光电子是果。(2)光电子的动能与光电子的最大初动能：只有金属表面的电子直接向外飞出时，只需克服原子核的引力做功的情况，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，而光子能量E＝hν。(5)光的强度与饱和光电流：频率相同的光照射金属产生光电效应，入射光越强，饱和光电流越大，但不是简单的正比关系。知识点2光电效应的研究思路(1)两条线索：(2)两条对应关系：入射光强度大→光子数目多→发射光电子多→光电流大；光子频率高→光子能量大→光电子的最大初动能大。知识点3三个定量关系式（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）逸出功与截止频率的关系：W0＝hνc.知识点4光电管问题(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。考向1光电效应方程的应用1．如图为光电管的示意图。若用波长为的单色光照射该光电管时，两板间可产生的最大电压为1.7V。取，则下列判断正确的是（

）

A．该光电管K极的逸出功约为1.43eVB．逸出光电子的最大初动能约为1.25eVC．仅改变该单色光的强度，两板间的电压可能大于1.7VD．若改用波长更长的单色光照射，两板间的电压可能大于1.7V2．光电继电器是一种利用光电效应工作的仪器。当光照射到光电管阴极时，阴极会逸出光电子，此时放大器中有电流流过，进而使得电磁继电器工作，实现自动控制。下列说法正确的是（）A．只要入射光的强度足够大，光电管就能发生光电效应，与光的频率无关B．保持入射光的强度不变，增大入射光的频率，放大器中的电流将变小C．若将电源的正负极对调，放大器中的电流将减为零D．若入射光的频率为，阴极材料的逸出功为，普朗克常量为h，则电子逸出时的动能为考向2光电管问题3．小刘同学用如图所示的装置研究光电效应，已知a光的频率小于b光的频率，两种光都能使阴极K发生光电效应，其中电压表可双向偏转。则下列说法正确的是（）

A．用a光照射，开关S接1可研究光电管中电流随电压的变化情况B．分别用两种光照射阴极K，开关S接2时，当电流表的示数为0时，C．减小a光的强度，阴极K可能不发生光电效应D．a光照射阴极K产生的最大初动能的光电子对应的物质波长小于b光照射阴极K产生的最大初动能的光电子对应的物质波长4．如图是研究光电效应的实验装置，O点是滑动变阻器的中点，变阻器阻值随滑片位置均匀变化。用某单色光照射时，能够发生光电效应。若电源电动势为20V，内阻不计。滑动变阻器长为10cm，当滑片P距离a端4cm时，微安表示数恰为0，则（

）

A．当滑片P从此位置向左滑动时，微安表有电流B．当滑片P从此位置向右滑动时，微安表有电流C．光电子最大初动能为2eVD．光电子最大初动能为8eV考点二光电效应的四类图像知识点光电效应的四类图像图像名称图线形状读取信息最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图线①截止频率(极限频率)：横轴截距②逸出功：纵轴截距的绝对值W0＝|－E|＝E③普朗克常量：图线的斜率k＝h遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图线①截止频率νc：横轴截距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荷量的乘积，即h＝ke颜色相同、强度不同的光，光电流与电压的关系①遏止电压Uc：横轴截距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考向1EKν图像1．爱因斯坦提出了光量子概念并成功地解释光电效应的规律而获得1921年的诺贝尔物理学奖。某种金属逸出光电子的最大初动能与入射光频率的关系如图2所示，其中为极限频率。从图中可以确定的是（）

A．当入射光频率时，会逸出光电子B．该金属的逸出功与入射光频率有关C．最大初动能与入射光强度成正比D．图中直线的斜率为普朗克常量h考向2Ucν图像2．如图1所示是一款光电烟雾探测器的原理图。当有烟雾进入时，来自光源S的光被烟雾散射后进入光电管C，光射到光电管中的钠表面时会产生光电流。如果产生的光电流大于，便会触发报警系统。金属钠的遏止电压随入射光频率的变化规律如图2所示，则（）

A．要使该探测器正常工作，光源S发出的光波波长不能小于B．图2中图像斜率的物理意义为普朗克常量hC．触发报警系统时钠表面每秒释放出的光电子数最少是个D．通过调节光源发光的强度来调整光电烟雾探测器的灵敏度是可行的考向3IU图像3．研究光电效应的电路如图所示，用蓝光、较强的黄光和较弱的黄光分别照射密封真空管中的金属极板K，极板发射出的光电子在电路中形成的光电流I与AK之间的电压U的关系图像如图乙所示。关于1、2、3三条曲线，下列说法正确的是（）A．2、3为用黄光照射时得到的曲线，曲线2对应的黄光较强B．1、3为用黄光照射时得到的曲线，曲线1对应的黄光较强C．当滑动变阻器的滑片在最左端时，电流表示数一定为零D．电压表示数越大，则光电流越大，截止频率越小考点三对波粒二象性、物质波的理解知识点1波粒二象性1．波动性：光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有波动性。2．粒子性：光电效应、康普顿效应说明光具有粒子性。3．光既具有波动性，又具有粒子性，称为光的波粒二象性。知识点2物质波1．概率波光的干涉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大的地方，暗条纹是光子到达概率小的地方，因此光波又叫概率波。2．物质波任何一个运动着的物体，小到微观粒子，大到宏观物体都有一种波与它对应，其波长λ＝eq\f(h,p)，p为运动物体的动量，h为普朗克常量。知识点3对光的波粒二象性的进一步理解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，越不容易看到光的干涉和衍射现象，贯穿本领越强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波动性与粒子性的统一由光子的能量ε＝hν、光子的动量p＝eq\f(h,λ)也可以看出，光的波动性和粒子性并不矛盾，表示粒子性的粒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ν和波长λ考向1德布罗意波长1．实物粒子的波动性不容易被观察到，可以利用金属晶格（大小约1010m）作为障碍物观察电子的衍射图样从而研究其波动性，方法是让电子通过电场加速，然后让电子束照射到金属晶格上，从而得到电子的衍射图样。已知电子的质量为m、电荷量为e。初速度为零，加速电压为U，普朗克常量为h，则下列说法中正确的是（）A．该实验中加速电压U形成的电场一定要是匀强电场B．实验中电子束的德布罗意波长λ=C．加速电压U越大，电子束的衍射现象越不明显D．若用速度相同的质子代替电子，衍射现象将更加明显2．中国科幻大片《流浪地球》引起了巨大的观影热潮，在电影中，为了推动地球离开太阳系，人类在地球上建造了上万座高耸入云的核聚变发动机。目前，人类首先要实现的是氘氚的核聚变，也是相对最容易的一种核聚变。其具体的核反应方程式为，氘核的质量为m1，氚核的质量为m2，氦核的质量为m3，中子的质量为m4。核反应中放出γ光子，该γ光子照射到逸出功为W0的金属板上，打出的光电子最大初动能为Ek，已知光电子的质量为m，光速为c，普朗克常量为h，则（）A．核聚变反应释放的核能为B．γ光子来源于核外电子的能级跃迁C．光电子的德布罗意波长为D．γ光子的频率为考向2波粒二象性3．关于粒子的说法，正确的是（

）A．发生衰变时放出的射线是电子流，射线来自原子核，说明原子核里有电子B．德布罗意通过实验验证了实物粒子具有波动性C．发生光电效应时，从金属表面逸出的光电子是一次性吸收光子的全部能量，不需要积累的时间D．光子、电子、质子和中子是组成物质的不可再分的最基本粒子，叫作“基本粒子”4．图甲、图乙分别是电子束穿过铝箔后的衍射图样和泊松亮斑，下列说法正确的是（