1第一讲　光电效应　波粒二象性

第十五章近代物理初步[新高考课程标准]1．了解人类探索原子及其结构的历史、原子的能级结构。2.知道原子的核式结构模型。3．了解原子核的组成和核力的性质、放射性和原子核衰变、放射性同位素的应用、核裂变反应和核聚变反应、人类对物质结构的探索历程。4．知道四种基本相互作用、半衰期及其统计意义、射线的危害与防护、原子核的结合能。能根据质量数守恒和电荷守恒写出核反应方程。5．了解光电效应现象。知道爱因斯坦光电效应方程及其意义、实物粒子具有波动性，能说明光的波粒二象性。体会量子论的建立对人们认识物质世界的影响。[考情分析及命题规律]第一讲光电效应波粒二象性知识梳理辨析PART01第一部分一、普朗克黑体辐射理论1．黑体与黑体辐射(1)黑体：能够______________入射的各种波长的电磁波而不发生反射的物体就是绝对黑体，简称黑体。(2)黑体辐射：黑体不反射电磁波，却可以向外辐射电磁波，这样的辐射叫作黑体辐射。黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的__________有关。完全吸收温度2．黑体辐射的实验规律随着温度的升高，一方面，各种波长的辐射强度都有__________，另一方面，辐射强度的极大值向波长较________的方向移动，如图。增加短3．能量子(1)定义：普朗克认为，组成黑体的振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的____________，这个不可再分的最小能量值ε叫作能量子。(2)能量子表达式：ε＝__________，其中ν是带电微粒的振动频率，h称为普朗克常量。h＝6.626×10－34J·s(一般取h＝6.63×10－34J·s)。整数倍hν【正误判断】1．(1)黑体能够反射各种波长的电磁波，但不会辐射电磁波。(

)(2)黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温度有关，随着温度的升高，各种波长的辐射强度都增加，辐射强度极大值向波长较短的方向移动。(

)(3)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。(

)√××二、光电效应及其规律1．光电效应现象：照射到金属表面的光，能使金属中的__________从表面逸出的现象称为光电效应，发射出来的电子叫______________。2．光电效应的实验规律(1)存在截止频率：每种金属都有一个截止频率，入射光的频率必须__________________这个截止频率才能产生光电效应。电子光电子大于或等于(2)存在饱和电流：当入射光的频率大于截止频率时，饱和光电流的大小与入射光的强度成__________。(3)存在遏止电压：使光电流减小到0的反向电压Uc称为遏止电压。(4)对于同一种金属，光电子的能量只与入射光的频率有关，而与入射光的强弱无关。(5)光电效应具有瞬时性。

正比3．爱因斯坦的光电效应理论(1)光子：假定电磁波本身的能量也是不连续的，即认为光本身是由一个个不可分割的能量子组成的，这些能量子称为光子。频率为ν的光子能量为hν。(2)逸出功：使电子脱离某种金属，需要外界对它做功的最小值。(3)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)爱因斯坦光电效应方程：hν＝Ek＋W0或Ek＝__________。金属表面的电子吸收一个光子获得的能量是hν，这些能量的一部分用来克服金属的逸出功W0，剩下的表现为逸出后电子的________________。电子hν－W0最大初动能【正误判断】2．(1)光子和光电子都不是实物粒子。(

)(2)只要入射光的强度足够大，就可以使金属发生光电效应。(

)(3)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金属的逸出功。(

)(4)光电子的最大初动能与入射光子的频率成正比。(

)×××√三、康普顿效应、光的波粒二象性与物质波1．康普顿效应和光子的动量在散射的X射线中，除了有与入射波长λ0相同的成分外，还有波长大于λ0的成分，这个现象称为康普顿效应。康普顿效应说明光子不仅具有能量，而且具有__________。动量2．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)光电效应和康普顿效应揭示了光的__________性。(3)光既具有波动性，又具有粒子性，即光具有______________性。波动粒子波粒二象物质波(3)量子力学的建立和应用：量子力学是统一描述微观世界物理规律的普遍性理论。量子力学推动了核物理和粒子物理的发展；推动了原子、分子物理和光学的发展；推动了固体物理的发展。【正误判断】3．(1)光的频率越高，光的粒子性越明显，但仍具有波动性。(

)(2)光子发生散射时，其动量大小发生变化，但光子的频率不发生变化。(

)(3)法国物理学家德布罗意大胆预言了实物粒子在一定条件下会表现为波动性。(

)√×√考点深度探究PART02第二部分考点一光电效应的电路及规律五组概念比较(1)光子与光电子：光子不带电；光电子是光电效应时发射出来的电子，其本质是电子。(2)光电子的初动能与光电子的最大初动能：光电子的初动能小于等于光电子的最大初动能。(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：入射光强度是指单位时间内照射到单位面积上的总能量，与光子的能量和单位时间内光子的数目有关。(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。考向1光电效应规律

(2024·山东聊城市第二次模拟)下列有关光电效应的说法正确的是(

)A．只要入射光照射时间足够长，任何金属都能发生光电效应B．对于某种金属，只要入射光频率低于极限频率就不能发生光电效应C．金属的逸出功与入射光的频率有关，入射光频率越大，逸出功越大D．饱和光电流与入射光的频率有关，入射光频率越大，饱和光电流一定越大√[解析]

光电效应的条件是入射光的频率大于金属的极限频率，与入射光照射时间无关，故A错误，B正确；金属的逸出功与金属本身有关，与入射光的频率无关，故C错误；在光电效应中，入射光越强，光电流的饱和值越大，与入射频率无关，故D错误。

(2024·江苏南通市二模)如图所示，把一块锌板连接在验电器上，并使锌板带负电，验电器指针张开。用紫外线灯照射锌板，则(

)A．指针张角变小的过程中有电子离开锌板B．锌板所带的电荷量一直变大C．改用红光照射，指针张角也会变化D．用其他金属板替换锌板，一定会发生光电效应√[解析]

用紫外线灯照射锌板时，锌板发生光电效应，逸出电子，验电器所带负电荷逐渐被中和，因此验电器带电量减小，故验电器指针张角逐渐减小直至闭合，此时负电荷被完全中和，继续用紫外线照射锌板，验电器开始带上正电，随着照射时间的增加，锌板逸出的电子增加，锌板所带正电荷增加，带电量增加，验电器张角逐渐增大，故A正确，B错误；紫光的频率大于红光的频率，根据光电效应产生的条件，入射光的频率必须大于金属的截止频率才能发生光电效应，则可知频率大的光照射金属能够发生光电效应时，频率小的光不一定可以使该金属发生光电效应，若不能发生光电效应，则验电器指针的张角不会发生变化，同理，用其他金属板替换锌板，也无法判断是否能发生光电效应，故C、D错误。考向2光电效应的电路分析

(2024·江苏盐城市三模)如图所示，研究光电效应的实验装置，当用频率分别为ν1、ν2的光照射同一光电管，微安表中均有电流。第一次用频率为ν1的光照射时，调节滑动变阻器，使微安表示数恰好变为0，记下此时电压表的示数U1；第二次用频率为ν2的光照射光电管，当电压表的示数为U2时，微安表示数为0。已知电子的电荷量为e。求：(1)第一次产生的光电子的最大初动能Ek1；[解析]

由动能定理得－eU1＝0－Ek1解得Ek1＝eU1。[答案]

eU1

(2)普朗克常量h的表达式。考点二光电效应方程和图像四类图像图像名称图像形状由图像直接(间接)得到的物理量最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图像

(1)极限频率：图线与ν轴交点的横坐标νc(2)逸出功：图线与Ek轴交点的纵坐标的绝对值W0＝|－E|＝E(3)普朗克常量：图线的斜率k＝h图像名称图像形状由图像直接(间接)得到的物理量颜色相同、强度不同的光，光电流与电压的关系

(1)遏止电压Uc：图线与横轴交点的横坐标的绝对值(2)饱和光电流Im：电流的最大值，强光大于弱光(3)最大初动能：Ek＝eUc图像名称图像形状由图像直接(间接)得到的物理量颜色不同时，光电流与电压的关系

(1)遏止电压Uc1、Uc2(2)最大初动能：Ek1＝eUc1、Ek2＝eUc2图像名称图像形状由图像直接(间接)得到的物理量遏止电压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：等于图线的斜率与电子电荷量的乘积，即h＝ke(注：此时两极之间接反向电压)

(2024·安徽马鞍山市第二次质监)分别用a、b两种单色光照射同一金属，测得的光电流和电压的关系如图所示，则(

)A．a、b两种光从同种介质射入空气发生全反射时，a光的临界角较大B．光b的光子动量小于光a的光子动量C．该金属被光a照射时的逸出功小于被光b照射时的逸出功D．该金属被光a照射时射出的光电子的动能一定大于被光b照射时射出的光电子的动能√逸出功是金属的自身属性，与光无关，故C错误；b光照射的最大初动能比a光照射的大，但是动能介于零和最大初动能之间，因此无法比较，故D错误。

(2021·高考江苏卷，T8)如图所示，分别用1、2两种材料作K极进行光电效应探究，其截止频率ν1<ν2，保持入射光不变，则光电子到达A极时动能的最大值Ekm随电压U变化关系的图像是(

)√[解析]

光电管所加电压为正向电压，则根据爱因斯坦光电效应方程可知光电子到达A极时动能的最大值Ekm＝Ue＋hν－hν截止，可知Ekm－U图像的斜率相同，均为e；截止频率越大，则图像在纵轴上的截距越小，因ν1<ν2，则图像C正确，A、B、D错误。

(2024·江苏苏锡常镇四市一模)用如图所示的电路研究光电管的特性，入射光频率为ν，U为光电管K、A两极的电势差，取A端电势高时为正值。若光电管K极材料的极限频率为νc，普朗克常量为h，电子电量为e，则在U－ν坐标系中，阴影部分表示能产生光电流的U和ν取值范围，下列阴影标识完全正确的是(

)√【跟踪训练1】(2024·江苏东沟中学三模)用如图甲所示的电路研究光电效应中遏止电压Uc与入射光频率ν的关系。某次实验中得到的甲、乙两种金属对应的遏止电压Uc与入射光频率ν关系图像如图乙所示。用频率为ν0的光同时照射甲、乙两种金属时，两种金属逸出的初动能最大的光电子分别用a、b表示。下列说法正确的是(

)A．照射的单色光越强，饱和光电流就越小B．遏止电压Uc与入射光的频率ν成正比C．光电子b的初动能大于光电子a的初动能D．光电子b的物质波波长比光电子a的物质波波长长√解析：照射的单色光越强，单位时间内发出的光电子数目越多，饱和光电流就越大，故A错误；由Uc－ν图线知，当Uc＝0时，金属甲的极限频率νc1小于金属乙的极限频率νc2，当用相同频率的入射光照射时，则逸出功越大的，其光电子的最大初动能越小，则光电子b的初动能小于光电子a的初动能，故C错误；考点三光的波粒二象性物质波1．光的波粒二象性