2026版创新设计高考总复习物理(人教基础版)学生用-第1讲 光电效应　波粒二象性

第1讲光电效应波粒二象性学习目标1.理解光电效应的实验规律,会利用光电效应方程计算逸出功、最大初动能、截止频率等物理量。2.会分析光电效应的图像问题。3.理解物质波的概念,理解光的波粒二象性。考点一黑体辐射能量子1.黑体:能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射的物体。2.黑体辐射的实验(1)对于一般材料的物体,辐射电磁波的情况除与温度有关外,还与材料的种类及表面状况有关。(2)黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关。随着温度的升高,一方面,各种波长的辐射强度都有增加,另一方面,辐射强度的极大值(温度一定时,黑体辐射强度随波长的分布有一个极大值)向波长较短的方向移动,如图所示。3.能量子(1)定义:普朗克认为,当带电微粒辐射或吸收能量时,只能辐射或吸收某个最小能量值ε的整数倍,这个不可再分的最小能量值ε叫作能量子。(2)能量子大小:ε=hν,其中ν是带电微粒吸收或辐射电磁波的频率,h称为普朗克常量。h=6.626×10-34J·s(一般h=6.63×10-34J·s)。(3)能量子的理解①电磁波的能量是不连续的,只能是ε=hν的整数倍。②微观世界中的物理系统,如原子、分子和离子等,其能量正如普朗克所假设的那样,只能取某些特定的值,即能量是量子化的。判断正误(1)黑体能够反射各种波长的电磁波,但不会辐射电磁波。()(2)玻尔为得出黑体辐射的强度按波长分布的公式,提出了能量子的假说。()(3)微观粒子的能量是量子化的,即微观粒子的能量是分立的。()例1一点光源以113W的功率向周围所有方向均匀地辐射波长约为6×10-7m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=6.63×10-34J·s。R约为()A.1×102m B.3×102mC.6×102m D.9×102m听课笔记

例2(多选)在实验室或工厂的高温炉子上开一小孔,小孔可看成黑体,由小孔的热辐射特性,就可以确定炉内的温度。如图所示,就是黑体的辐射强度与其辐射光波长的关系图像,则下列说法正确的是()A.T1>T2B.T1<T2C.随着温度的升高,黑体的辐射强度都有所降低D.随着温度的升高,辐射强度的极大值向波长较短的方向移动听课笔记

考点二光电效应规律的理解和应用1.光电效应现象照射到金属表面的光,能使金属中的从表面逸出的现象。发射出来的电子叫。

2.光电效应规律(1)每种金属都有一个截止(极限)频率,入射光的频率必须这个极限频率νc才能发生光电效应。

(2)当入射光的频率大于截止频率时,饱和光电流的大小与成正比。

(3)遏止电压:使的反向电压Uc。

遏止电压Uc与入射光频率ν、逸出功W0间的关系式:Uc=heν-W(4)光电效应的发生几乎是瞬时的,一般不超过。

3.爱因斯坦光电效应方程(1)光子说:在空间传播的光不是连续的,而是一份一份的,每一份叫作一个光子,光子的能量ε=。

(2)光电效应方程:hν=Ek+W0或Ek=。

(3)逸出功W0:电子从金属中逸出所需做功的。逸出功的大小由决定,与入射光无关。逸出功与极限频率的关系,。

(4)最大初动能:发生光电效应时,金属表面上的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。

4.“几点”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)光电子不是光子,而是电子。判断正误(1)光子和光电子都不是实物粒子。()(2)用紫外线灯照射锌板,验电器箔片张开,此时锌板带正电;若改用红光照射锌板,发现验电器箔片不张开,说明红光的频率小于锌的截止频率。()(3)只要入射光的强度足够大,就可以使金属发生光电效应。()(4)要使某金属发生光电效应,入射光子的能量必须大于或等于该金属的逸出功。()(5)光电子的最大初动能与入射光子的频率成正比。()例3(多选)(2024·黑吉辽卷,8)X射线光电子能谱仪是利用X光照射材料表面激发出光电子,并对光电子进行分析的科研仪器。用某一频率的X光照射某种金属表面,逸出了光电子,若增加此X光的强度,则()A.该金属的逸出功增大B.X光的光子能量不变C.逸出的光电子最大初动能增大D.单位时间逸出的光电子数增多听课笔记

粤教版选择性必修第三册P98习题四T5(3)考查光照强度及入射光频率与波长对光电效应的影响,该高考试题考查光照强度对光电效应中相关物理量的影响,可见考查方式来源于教材又高于教材,是对教材习题的拓展应用。3.当用绿光照射光电管阴极K时,可以发生光电效应,则下列说法正确的是()A.增大绿光照射强度,光电子的最大初动能增大B.增大绿光照射强度,电路中的光电流增大C.改用波长比绿光波长长的光照射光电管阴极K时,电路中一定有光电流D.改用频率比绿光频率高的光照射光电管阴极K时,电路中一定有光电流总结提升光电效应的分析思路例4(2025·湖北武汉模拟)用如图所示的实验装置研究光电效应现象。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。移动滑动变阻器的滑片P,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.当滑动变阻器的滑片P由b端向a端滑动时,电压表示数增大听课笔记

考点三光电效应的四类图像问题图像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[Ek=hν+(-W0)=hν+(-hνc)]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轴交点的纵坐标的绝对值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图线①两种色光对应的截止频率和频率相等②遏止电压Uc相等:图线与横轴的交点的横坐标③饱和光电流Im1>Im2:光电流的最大值④最大初动能:Ek1=Ek2=eUc颜色不同时,光电流与电压的关系图线①遏止电压大小Uc1>Uc2②饱和光电流大小I黄>I蓝③最大初动能:Ek1=eUc1>Ek2=eUc2④两色光频率ν1>ν2;两种色光对应的截止频率ν1=ν2遏止电压Uc(注:此时两极之间接反向电压)与入射光频率ν的关系Uc①极限频率νc:图线与横轴的交点的横坐标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k与电子电荷量e的乘积,即h=ke例5(2025·吉林长春高三期中)某探究小组在实验室用相同双缝干涉实验装置测量甲、乙两种单色光的波长时,发现甲光的相邻亮条纹间距大,乙光的相邻亮条纹间距小,若用这两种光分别照射同一金属板,且都能发生光电效应,以下说法正确的是()A.甲种单色光对应图乙中的曲线BB.乙种单色光光子的动量小C.若想通过图甲装置测得图乙中的UB和UC,需使A极接电源正极,K极接电源的负极D.若用甲、乙两种单色光,对同一装置做单缝衍射实验,则甲种光更容易发生明显衍射现象例6如图是密立根于1916年发表的钠金属光电效应的遏止电压Uc与入射光频率ν的实验曲线,该实验直接证明了爱因斯坦光电效应方程,并且第一次利用光电效应实验测定了普朗克常量h。由图像可知()A.钠的逸出功为hνcB.钠的截止频率为8.5×1014HzC.图中直线的斜率为普朗克常量hD.遏止电压Uc与入射光频率ν成正比听课笔记

考点四光的波粒二象性物质波1.光的波粒二象性(1)光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有性。

(2)光电效应说明光具有性。

(3)光既具有波动性,又具有粒子性,即光具有。

2.对光的波粒二象性的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、光子的动量表达式p=hλ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3.物质波(1)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=hp=hmv,p=mv为运动物体的动量,h(2)1927年戴维孙和G.P.汤姆孙分别用单晶和多晶晶体做了电子束衍射的实验,得到了,从而证实了电子的。

判断正误(1)德布罗意认为实物粒子也具有波动性。()(2)光的波粒二象性彻底推翻了麦克斯韦电磁场理论。()(3)波长较长的光只有波动性,没有粒子性。()(4)向前飞行的子弹具有波动性。()例7(2024·湖南卷,1)量子技术是当前物理学应用研究的热点,下列关于量子论的说法正确的是()A.普朗克认为黑体辐射的能量是连续的B.光电效应实验中,红光照射可以让电子从某金属表面逸出,若改用紫光照射也可以让电子从该金属表面逸出C.康普顿研究石墨对X射线散射时,发现散射后仅有波长小于原波长的射线成分D.德布罗意认为质子具有波动性,而电子不具有波动性听课笔记

例8(多选)(2023·浙江6月选考,15)有一种新型