第40讲　光电效应和波粒二象性

7/7第40讲光电效应和波粒二象性1.掌握黑体辐射的定义及其实验规律，理解能量量子化的意义。2.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。3.会分析光电效应的图像问题。4.理解物质波的概念，理解光的波粒二象性。双基落实1.易错判断（1）黑体能够反射各种波长的电磁波，但不会辐射电磁波。（）（2）光子和光电子都是实物粒子。（）（3）只要入射光的强度足够强，就能发生光电效应。（）2.〔多选〕〔人教版选择性必修第三册P71“问题”改编〕如图所示，用导线把不带电的验电器与锌板相连接，当用紫外线照射锌板时，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.锌板带负电考点一黑体辐射能量子1.（2026·江苏镇江期末）在T1、T2两种温度条件下，黑体辐射强度与辐射波长的关系图像如图所示，则下列关于黑体辐射，说法正确的是（）A.T1＞T2B.随着温度的升高，黑体辐射的峰值向波长较长的方向移动C.图像与坐标轴围成的面积相等且都是1D.黑体不仅可以反射电磁波，还可以向外辐射电磁波2.一点光源以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.9×102m3.〔多选〕已知一个激光发射器功率为P，发射波长为λ的光，光速为c，普朗克常量为h，则（）A.光的频率为cB.光子的能量为hC.光子的动量为hD.在时间t内激光器发射的光子数为Ptc1.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增加，另一方面，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。2.能量子（1）普朗克假设：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的整数倍。例如，可能是ε或2ε、3ε…他把这个不可再分的最小能量值ε叫作能量子。（2）表达式为ε＝hν，这里的ν是带电微粒的振动频率，即带电微粒吸收或辐射电磁波的频率。考点二光电效应规律的理解及应用1.两条思路（1）通过光的频率分析（2）通过光的强度分析2.三个重要关系式（1）爱因斯坦光电效应方程：Ek＝hν－W0。（2）光电子的最大初动能Ek与遏止电压Uc的关系：Ek＝eUc。（3）逸出功W0与极限频率νc的关系：W0＝hνc。3.理解光电效应的“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。（2025·江苏高考12题）江门中微子实验室使用我国自主研发的光电倍增管，利用光电效应捕捉中微子信息。光电倍增管阴极金属材料的逸出功为W0，普朗克常量为h。（1）求该金属的截止频率ν0；（2）若频率为ν的入射光能使该金属发生光电效应，求光电子的最大初动能Ek。尝试解答（2025·广东高考3题）有甲、乙两种金属，甲的逸出功小于乙的逸出功。使用某频率的光分别照射这两种金属，只有甲发射光电子，其最大初动能为Ek，下列说法正确的是（）A.使用频率更小的光，可能使乙也发射光电子B.使用频率更小的光，若仍能使甲发射光电子，则其最大初动能小于EkC.频率不变，减弱光强，可能使乙也发射光电子D.频率不变，减弱光强，若仍能使甲发射光电子，则其最大初动能小于Ek（2024·海南高考8题）利用如图所示的装置研究光电效应，单刀双掷开关S与1接通，用频率为ν1的光照射光电管，调节滑动变阻器，使电流表的示数刚好为0，此时电压表的示数为U1，已知电子电荷量绝对值为e，普朗克常量为h，下列说法正确的是（）A.其他条件不变，增大光强，电压表示数增大B.改用比ν1更大频率的光照射，调整电流表的示数为零，此时电压表示数仍为U1C.其他条件不变，使开关S与2接通，电流表示数仍为零D.光电管阴极材料的截止频率νc＝ν1－e尝试解答光电管加正向与反向电压的情况分析（1）P向右移时，参与导电的光电子数量增加；（2）P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；（3）P再向右移时，光电流不再增大（1）P向右移时，参与导电的光电子数量减少；（2）P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；（3）P再向右移时，光电流始终为0考点三光电效应的图像问题Ek-ν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νc（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金属钛由于其稳定的化学性质，良好的耐高温、耐低温、抗强酸、抗强碱，以及高强度、低密度，被美誉为“太空金属”。用频率为2.5×1015Hz的单色光照射金属钛表面，发生光电效应。从钛表面放出光电子的最大初动能与入射光频率的关系图线如图所示。普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，则下列说法正确的是（）A.钛的极限频率为2.5×1015HzB.钛的逸出功为6.63×10－19JC.随着入射光频率的升高，钛的逸出功增大D.光电子的最大初动能与入射光的频率成正比尝试解答（2026·四川雅安模拟）如图甲所示，分别用a、b两种材料作K极进行光电效应实验研究，用频率为ν的入射光照射K极，且保持入射光不变，则光电子到达A极时动能的最大值Ekm随电压U变化关系图像如图乙所示，且两线平行，已知普朗克常量为h。则下列说法正确的是（）A.图线a、b斜率k是普朗克常量hB.图线a、b斜率k是电子电荷量eC.材料a的逸出功W1＝hν＋E0D.材料a、b的逸出功之比为1∶2Uc-ν图像图像名称图线形状读取信息遏止电压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（2026·江苏南京一模）用图甲所示实验装置探究光电效应规律，得到a、b两种金属材料遏止电压Uc随入射光频率ν的图线如图乙中1和2所示，则下列有关说法中正确的是（）A.图线的斜率表示普朗克常量hB.金属材料a的逸出功较大C.用同一种光照射发生光电效应时，a材料逸出的光电子最大初动能较大D.光电子在真空管中被加速尝试解答I-U图像图像名称图线形状读取信息颜色相同、强度不同的光，光电流与电压的关系图线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：Ek＝eUc颜色不同时，光电流与电压的关系图线①遏止电压Uc1、Uc2②饱和光电流③最大初动能Ek1＝eUc1，Ek2＝eUc2〔多选〕（2025·浙江1月选考11题）如图1所示，三束由氢原子发出的可见光P、Q、R分别由真空玻璃管的窗口射向阴极K。调节滑动变阻器，记录电流表与电压表示数，两者关系如图2所示。下列说法正确的是（）A.分别射入同一单缝衍射装置时，Q的中央亮纹比R的宽B.P、Q产生的光电子在K处的最小德布罗意波长，P大于QC.氢原子向第一激发态跃迁发光时，三束光中Q对应的能级最高D.对应于图2中的M点，单位时间到达阳极A的光电子数目，P多于Q尝试解答考点四波粒二象性物质波1.关于光的波粒二象性，下列说法正确的是（）A.光既具有波动性，又具有粒子性，这是互相矛盾和对立的B.光的波动性类似于机械波，光的粒子性类似于质点C.大量光子才具有波动性，个别光子只具有粒子性D.由于光既具有波动性，又具有粒子性，无法只用其中一种去说明光的一切行为，只能认为光具有波粒二象性2.（2025·陕晋宁青高考5题）我国首台拥有自主知识产权的场发射透射电镜TH-F120实现了超高分辨率成像，其分辨率提高是利用了高速电子束波长远小于可见光波长的物理性质。一个静止的电子经100V电压加速后，其德布罗意波长为λ，若加速电压为10kV，不考虑相对论效应，则其德布罗意波长为（）A.100λB.10λ C.110λD.13.实验表明：光子与速度不太大的电子碰撞发生散射时，光的波长会变长或者不变，这种现象叫康普顿散射，该过程遵循能量守恒定律和动量守恒定律。如果电子具有足够大的初速度，以至于在散射过程中有能量从电子转移到光子，则该散射被称为逆康普顿散射，这一现象已被实验证实，关于上述逆康普顿散射，下列说法正确的是（）A.相对于散射前的入射光，散射光频率不变B.若散射前的入射光照射某金属表面时能发生光电效应，则散射光照射该金属时，光电子的最大初动能将变大C.散射后电子的速度一定变大D.散射后电子的能量一定变大1.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光的频率越低，其波动性越显著，越容易看到光的干涉和衍射现象；光的频率越高，其粒子性越显著，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