第講光電效應(yīng)波粒二象性[教材閱讀指導(dǎo)](對(duì)應(yīng)人教版新教材選擇性必修第三冊(cè)頁碼及相關(guān)問題)P74圖4.2－4，圖線的橫截距、圖線的縱截距的絕對(duì)值、圖線的斜率分別對(duì)應(yīng)什么物理量？提示：圖線的橫截距對(duì)應(yīng)這種金屬的極限頻率νc；圖線的縱截距的絕對(duì)值對(duì)應(yīng)這種金屬的逸出功W0；圖線的斜率對(duì)應(yīng)普朗克常量h。P75圖4.2－5，這種金屬的極限頻率大約是多少？提示：4.27×1014Hz。P76閱讀“康普頓效應(yīng)和光子的動(dòng)量”這一部分內(nèi)容，康普頓效應(yīng)說明了光具有波動(dòng)性還是粒子性？提示：粒子性。P77[練習(xí)與應(yīng)用]T1。提示：若入射光的波長確定而強(qiáng)度增加，光電流的飽和值將增大；若入射光的頻率增加，遏止電壓將增大。P93圖4.5－1、圖4.5－2，說明了電子的什么性質(zhì)？提示：均說明了電子的波動(dòng)性。P98[復(fù)習(xí)與提高]A組T1。提示：(1)乙大；(2)丙大；(3)一樣大；(4)一樣大。物理觀念光電效應(yīng)及其規(guī)律1．定義照射到金屬表面的光，能使金屬中的eq\x(\s\up1(01))電子從表面逸出的現(xiàn)象。2．光電子eq\x(\s\up1(02))光電效應(yīng)中發(fā)射出來的電子。3．光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律(1)存在截止頻率：當(dāng)入射光的頻率eq\x(\s\up1(03))低于截止頻率時(shí)不發(fā)生光電效應(yīng)。不同金屬的截止頻率不同，即截止頻率與金屬自身的性質(zhì)有關(guān)。(2)存在飽和電流：在光照條件不變的情況下，隨著所加電壓的增大，光電流趨于一個(gè)飽和值，即在一定的光照條件下，單位時(shí)間陰極K發(fā)射的光電子的數(shù)目是一定的。實(shí)驗(yàn)表明，光的頻率一定時(shí)，入射光越強(qiáng)，飽和電流eq\x(\s\up1(04))越大，單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)eq\x(\s\up1(05))越多。(3)存在遏止電壓：使光電流減小到0的反向電壓Uc稱為遏止電壓。遏止電壓的存在意味著光電子的初動(dòng)能有最大值，Ekm＝eq\f(1,2)meveq\o\al(2,c)＝eUc，稱為光電子的最大初動(dòng)能。實(shí)驗(yàn)表明，遏止電壓(或光電子的最大初動(dòng)能)與入射光的eq\x(\s\up1(06))強(qiáng)度無關(guān)，只隨入射光頻率的增大而eq\x(\s\up1(07))增大。(4)光電效應(yīng)具有瞬時(shí)性：當(dāng)入射光的頻率超過截止頻率νc時(shí)，無論入射光怎樣微弱，光電效應(yīng)幾乎是瞬時(shí)發(fā)生的。物理觀念愛因斯坦光電效應(yīng)方程1．光子說光本身就是由一個(gè)個(gè)不可分割的能量子組成的，頻率為ν的光的能量為eq\x(\s\up1(01))hν，其中h＝6.63×10－34J·s(稱為普朗克常量)。這些能量子后來稱為光子。2．逸出功W0要使電子脫離某種金屬，需要外界對(duì)它做功，做功的eq\x(\s\up1(02))最小值叫作這種金屬的逸出功。3．光電子的最大初動(dòng)能在光電效應(yīng)中，金屬中的eq\x(\s\up1(03))電子吸收光子后，除了要克服金屬的逸出功外，有時(shí)還要克服原子的其他束縛而做功，這時(shí)光電子的初動(dòng)能就比較??；當(dāng)逸出過程只克服金屬的逸出功而逸出時(shí)，光電子的初動(dòng)能稱為最大初動(dòng)能。4．愛因斯坦光電效應(yīng)方程(1)表達(dá)式：Ek＝eq\x(\s\up1(04))hν－W0。(2)物理意義：金屬表面的電子吸收一個(gè)光子獲得的能量是hν，在這些能量中，一部分大小為W0的能量被電子用來eq\x(\s\up1(05))脫離金屬，剩下的是逸出后電子的最大初動(dòng)能Ek＝eq\x(\s\up1(06))eq\f(1,2)mev2。5．對(duì)光電效應(yīng)規(guī)律的解釋對(duì)應(yīng)規(guī)律對(duì)規(guī)律的解釋存在截止頻率νc電子從金屬表面逸出，必須克服金屬的逸出功W0，則入射光子的能量不能小于W0，對(duì)應(yīng)的頻率必須不小于νc＝eq\x(\s\up1(07))eq\f(W0,h)，即截止頻率光電子的最大初動(dòng)能隨著入射光頻率的增大而增大，與入射光的強(qiáng)度無關(guān)電子吸收光子能量后，一部分用來克服金屬的逸出功，剩余部分表現(xiàn)為光電子的初動(dòng)能，只有直接從金屬表面飛出的光電子才具有最大初動(dòng)能。對(duì)于確定的金屬，W0是一定的，故光電子的最大初動(dòng)能只隨入射光頻率的增大而eq\x(\s\up1(08))增大，和光強(qiáng)無關(guān)光電效應(yīng)具有瞬時(shí)性光照射金屬時(shí)，電子一次性吸收光子的全部能量，不需要eq\x(\s\up1(09))積累能量的時(shí)間光較強(qiáng)時(shí)飽和電流較大對(duì)于同種頻率的光，光較強(qiáng)時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)照射到金屬表面的光子數(shù)較多，照射金屬時(shí)產(chǎn)生的eq\x(\s\up1(10))光電子較多，因而飽和電流較大物理觀念波粒二象性1．光的波粒二象性(1)光的干涉、衍射、偏振現(xiàn)象說明光具有eq\x(\s\up1(01))波動(dòng)性。(2)光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)說明光具有eq\x(\s\up1(02))粒子性。(3)eq\x(\s\up1(03))光既具有波動(dòng)性，又具有粒子性，即光具有波粒二象性。(4)光子的能量ε＝eq\x(\s\up1(04))hν，光子的動(dòng)量p＝eq\x(\s\up1(05))eq\f(h,λ)。2．物質(zhì)波(1)1924年，法國物理學(xué)家德布羅意提出：實(shí)物粒子也具有波動(dòng)性，即每一個(gè)運(yùn)動(dòng)的粒子都與一個(gè)對(duì)應(yīng)的波相聯(lián)系，這種波叫作物質(zhì)波，也叫eq\x(\s\up1(06))德布羅意波。所以實(shí)物粒子也具有波粒二象性。(2)粒子的能量ε和動(dòng)量p跟它所對(duì)應(yīng)的波的頻率ν和波長λ之間，遵從的關(guān)系為：ν＝eq\x(\s\up1(07))eq\f(ε,h)；λ＝eq\x(\s\up1(08))eq\f(h,p)。一堵點(diǎn)疏通1．光子和光電子都是實(shí)物粒子。()2．只要入射光的強(qiáng)度足夠強(qiáng)，就能發(fā)生光電效應(yīng)。()3．光電效應(yīng)說明光具有粒子性，說明光的波動(dòng)說是錯(cuò)誤的。()4．電子槍發(fā)射電子的現(xiàn)象就是光電效應(yīng)。()5．光電子的最大初動(dòng)能與入射光的頻率成正比。()6．光的波長越長，越容易發(fā)生干涉和衍射現(xiàn)象。()7．光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0中ν為入射光子的頻率，而不是金屬的極限頻率。()8．不同的金屬一定對(duì)應(yīng)著相同的極限頻率。()答案1.×2.×3.×4.×5.×6.√7.√8.×二對(duì)點(diǎn)激活1．(2017·上海高考)光子的能量與其()A．頻率成正比 B．波長成正比C．速度成正比 D．速度平方成正比答案A解析根據(jù)ε＝hν可知，光子的能量與其頻率成正比，A正確。2.(人教版選擇性必修第三冊(cè)·P71·問題改編)(多選)如圖所示，用導(dǎo)線把不帶電的驗(yàn)電器與鋅板相連接，當(dāng)用紫外線照射鋅板時(shí)，發(fā)生的現(xiàn)象是()A．有光子從鋅板逸出B．有電子從鋅板逸出C．驗(yàn)電器指針張開一個(gè)角度D．鋅板帶負(fù)電答案BC解析用紫外線照射鋅板時(shí)，鋅板里的電子吸收紫外線的能量從鋅板表面逸出，稱之為光電子，故A錯(cuò)誤，B正確；鋅板與驗(yàn)電器相連，帶有相同電性的電荷，鋅板失去電子帶正電，且失去的電子越多，帶正電的電荷量越多，驗(yàn)電器指針張角越大，故C正確，D錯(cuò)誤。3．(人教版選擇性必修第三冊(cè)·P77·T1改編)(多選)在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，用頻率為ν的光照射光電管陰極，發(fā)生了光電效應(yīng)，下列說法正確的是()A．增大入射光的強(qiáng)度，光電流增大B．減小入射光的強(qiáng)度，光電效應(yīng)現(xiàn)象消失C．改用頻率小于ν的光照射，一定不發(fā)生光電效應(yīng)D．改用頻率大于ν的光照射，光電子的最大初動(dòng)能變大答案AD解析增大入射光的強(qiáng)度，單位時(shí)間內(nèi)照射到單位面積上的光子數(shù)增加，則光電流增大，故A正確；光電效應(yīng)是否發(fā)生取決于入射光的頻率，而與入射光強(qiáng)度無關(guān)，故B錯(cuò)誤；用頻率為ν的光照射光電管陰極，發(fā)生光電效應(yīng)，用頻率小于ν的光照射時(shí)，若光的頻率仍大于極限頻率，則仍會(huì)發(fā)生光電效應(yīng)，C錯(cuò)誤；根據(jù)hν－W0＝Ek可知，改用頻率大于ν的光照射，光電子的最大初動(dòng)能變大，故D正確。4.(人教版選擇性必修第三冊(cè)·P75·圖改編)(多選)在做光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)時(shí)，某金屬被光照射發(fā)生了光電效應(yīng)，實(shí)驗(yàn)測得光電子的遏止電壓Uc與入射光的頻率ν的關(guān)系如圖所示，由實(shí)驗(yàn)圖線可求出()A．該金屬的截止頻率B．普朗克常量C．該金屬的逸出功D．單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子數(shù)答案ABC解析由光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0和eUc＝Ek可知Uc＝eq\f(h,e)ν－eq\f(W0,e)，當(dāng)Uc＝0時(shí)，ν＝eq\f(W0,h)＝νc，即圖線在橫軸上的截距在數(shù)值上等于金屬的截止頻率；圖線的斜率在數(shù)值上等于eq\f(h,e)，故可求出普朗克常量h；當(dāng)ν＝0時(shí)，Uc＝－eq\f(W0,e)，即圖線在縱軸上的截距的絕對(duì)值乘以電子電荷量e在數(shù)值上等于金屬的逸出功，A、B、C正確。由實(shí)驗(yàn)圖線不能求出單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子數(shù)，D錯(cuò)誤。5．關(guān)于物質(zhì)波，以下說法正確的是()A．任何一個(gè)運(yùn)動(dòng)著的物體都有一種波與之對(duì)應(yīng)B．抖動(dòng)細(xì)繩一端，繩上的波就是物質(zhì)波C．動(dòng)能相等的質(zhì)子和電子相比，質(zhì)子的物質(zhì)波波長長D．宏觀物體不會(huì)發(fā)生明顯的衍射或干涉現(xiàn)象，所以沒有物質(zhì)波答案A解析根據(jù)德布羅意假設(shè)，任何一個(gè)運(yùn)動(dòng)著的物體都有一種波與之對(duì)應(yīng)，A正確；繩上的波是機(jī)械波，不是物質(zhì)波，B錯(cuò)誤；動(dòng)能相等時(shí)，由p＝eq\r(2mEk)得質(zhì)子的動(dòng)量大些，由λ＝eq\f(h,p)知質(zhì)子的物質(zhì)波波長短，C錯(cuò)誤；宏觀物體物質(zhì)波波長太短，難以觀測到衍射或干涉現(xiàn)象，但具有波動(dòng)性，D錯(cuò)誤?？键c(diǎn)1光電效應(yīng)規(guī)律的理解[科學(xué)思維梳理]1．與光電效應(yīng)有關(guān)的五組概念對(duì)比(1)光子與光電子：光子指光在空間傳播時(shí)的每一份能量，光子不帶電；光電子是金屬表面受到光照射時(shí)發(fā)射出來的電子，其本質(zhì)是電子。光子是光電效應(yīng)的因，光電子是果。(2)光電子的初動(dòng)能與光電子的最大初動(dòng)能：光照射到金屬表面時(shí)，電子吸收光子的全部能量，可能向各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，需克服原子核和其他原子的阻礙而損失一部分能量，剩余部分為光電子的初動(dòng)能；只有金屬表面的電子直接向外飛出，只需克服原子核的引力做功的情況，光電子才具有最大初動(dòng)能。光電子的初動(dòng)能小于或等于光電子的最大初動(dòng)能。(3)光電流與飽和光電流：金屬板飛出的光電子到達(dá)陽極，回路中便產(chǎn)生光電流，隨著所加正向電壓的增大，光電流趨于一個(gè)飽和值，這個(gè)飽和值是飽和光電流。在一定的光照條件下，飽和光電流與所加電壓大小無關(guān)。(4)入射光的強(qiáng)度與光子的能量：入射光的強(qiáng)度指單位時(shí)間內(nèi)照射到金屬表面單位面積上的總能量，即I＝nhν，n是單位時(shí)間照射到單位面積上的光子數(shù)。(5)光的強(qiáng)度與飽和光電流：飽和光電流隨入射光的強(qiáng)度增大而增大的規(guī)律是對(duì)頻率相同的光照射金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)而言的，對(duì)于不同頻率的光，由于每個(gè)光子的能量不同，飽和光電流與入射光的強(qiáng)度之間沒有簡單的正比關(guān)系。2．四點(diǎn)提醒(1)能否發(fā)生光電效應(yīng)，不取決于光的強(qiáng)度而取決于光的頻率。(2)光電效應(yīng)中的“光”不是特指可見光，也包括不可見光。(3)逸出功的大小由金屬本身決定，與入射光無關(guān)。(4)光電子不是光子，而是電子。3．三個(gè)關(guān)系式(1)愛因斯坦光電效應(yīng)方程：Ek＝hν－W0。(2)最大初動(dòng)能與遏止電壓的關(guān)系：Ek＝eUc。(3)逸出功與極限頻率的關(guān)系：W0＝hνc。4．兩條對(duì)應(yīng)關(guān)系(1)光強(qiáng)大(頻率一定時(shí))→光子數(shù)目多→發(fā)射光電子多→飽和光電流大。(2)光子頻率高→光子能量大→光電子的最大初動(dòng)能大。例1(2019·北京高考)光電管是一種利用光照射產(chǎn)生電流的裝置，當(dāng)入射光照在管中金屬板上時(shí)，可能形成光電流。表中給出了6次實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。組次入射光子的能量/eV相對(duì)光強(qiáng)光電流大小/mA逸出光電子的最大動(dòng)能/eV第一組1234.04．04．0弱中強(qiáng)2943600.90．90．9第二組4566.06．06．0弱中強(qiáng)2740552.92．92．9由表中數(shù)據(jù)得出的論斷中不正確的是()A．兩組實(shí)驗(yàn)采用了不同頻率的入射光B．兩組實(shí)驗(yàn)所用的金屬板材質(zhì)不同C．若入射光子的能量為5.0eV，逸出光電子的最大動(dòng)能為1.9eVD．若入射光子的能量為5.0eV，相對(duì)光強(qiáng)越強(qiáng)，光電流越大[答案]B[解析]光子的能量E＝hν，兩組實(shí)驗(yàn)中入射光子的能量不同，故入射光的頻率不同，A正確；由愛因斯坦的光電效應(yīng)方程hν＝W＋Ek，可求出兩組實(shí)驗(yàn)中金屬板的逸出功W均為3.1eV，故兩組實(shí)驗(yàn)所用的金屬板材質(zhì)相同，B錯(cuò)誤；由hν＝W＋Ek，W＝3.1eV，當(dāng)hν＝5.0eV時(shí)，Ek＝1.9eV，C正確；相對(duì)光強(qiáng)越強(qiáng)，單位時(shí)間內(nèi)射出的光子數(shù)越多，單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子數(shù)越多，形成的光電流越大，D正確。[關(guān)鍵能力升華]對(duì)光電效應(yīng)的幾點(diǎn)提醒(1)光的頻率決定光子的能量，ε＝hν。(2)光的強(qiáng)度是指單位時(shí)間光照射到單位面積上的能量，即I＝nhν，所以單位時(shí)間照射到單位面積上的光子數(shù)由光強(qiáng)和光的頻率共同決定。(3)光電子逸出后的最大初動(dòng)能由光子的頻率和逸出功共同決定。(4)由Ek＝hν－W0求出的是光電子的最大初動(dòng)能，金屬內(nèi)部逸出的光電子的動(dòng)能小于這個(gè)值，而且光電子的射出方向是隨機(jī)的，不一定都能到達(dá)陽極。(5)每秒逸出的光電子數(shù)決定著飽和光電流的大小，而不是光電流的大小。[對(duì)點(diǎn)跟進(jìn)訓(xùn)練]1．(光電效應(yīng)方程的應(yīng)用)單色光B的頻率為單色光A的兩倍，用單色光A照射到某金屬表面時(shí)，從金屬表面逸出的光電子最大初動(dòng)能為E1；用單色光B照射該金屬表面時(shí)，逸出的光電子最大初動(dòng)能為E2。則該金屬的逸出功為()A．E2－E1 B．E2－2E1C．2E1－E2 D．eq\f(E1＋E2,2)答案B解析根據(jù)光電效應(yīng)方程，用單色光A照射某金屬表面時(shí)，有E1＝hν－W逸出功，用單色光B照射該金屬表面時(shí)，有E2＝h·2ν－W逸出功，聯(lián)立解得W逸出功＝E2－2E1，故A、C、D錯(cuò)誤，B正確。2．(光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn))如圖所示為一光電管電路，滑動(dòng)變阻器觸頭位于ab上某點(diǎn)，用黃光照射光電管陰極，電表指針無偏轉(zhuǎn)，要使電表指針偏轉(zhuǎn)，可采取的可行措施有()A．增大黃光的強(qiáng)度 B．換用藍(lán)光照射C．將P向a滑動(dòng) D．將電源正、負(fù)極對(duì)調(diào)答案B解析由題意可知，光電管兩端加的是正向電壓，則電表指針沒有偏轉(zhuǎn)，是由于沒有發(fā)生光電效應(yīng)，發(fā)生光電效應(yīng)的條件為ν＞ν0，故只有換用頻率較高的藍(lán)光照射，才可能發(fā)生光電效應(yīng)，使電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，故A、C、D錯(cuò)誤，B正確。3．(光電效應(yīng)規(guī)律的應(yīng)用)在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，某實(shí)驗(yàn)小組用同種頻率的單色光，先后照射鋅和銀的表面，都能產(chǎn)生光電效應(yīng)。對(duì)這兩個(gè)過程，下列四個(gè)物理量中，可能相同的是()A．飽和光電流 B．遏止電壓C．光電子的最大初動(dòng)能 D．逸出功答案A解析飽和光電流和入射光的強(qiáng)度有關(guān)，這個(gè)實(shí)驗(yàn)中可以通過控制入射光的強(qiáng)度來實(shí)現(xiàn)飽和光電流相同，A正確；不同金屬的逸出功是不同的，同種頻率的單色光，光子能量hν相同，根據(jù)光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0可知，兩種金屬中逸出的光電子的最大初動(dòng)能Ek不同，C、D錯(cuò)誤；根據(jù)遏止電壓和光電子最大初動(dòng)能的關(guān)系Uc＝eq\f(Ek,e)可知，光電子的最大初動(dòng)能不同，遏止電壓也不同，B錯(cuò)誤?？键c(diǎn)2光電效應(yīng)的圖像分析[科學(xué)思維梳理]圖像名稱圖線形狀由圖線可直接(或間接)得到的物理量光電子的最大初動(dòng)能Ek與入射光的頻率ν的關(guān)系圖線①極限頻率νc：圖線與ν軸交點(diǎn)的橫坐標(biāo)②逸出功W0：圖線與Ek軸交點(diǎn)的縱坐標(biāo)的絕對(duì)值，W0＝|－E|＝E③普朗克常量h：圖線的斜率k＝h顏色相同、強(qiáng)度不同的光，光電流與電壓的關(guān)系圖線①遏止電壓Uc：圖線與橫軸的交點(diǎn)的橫坐標(biāo)的值②飽和光電流Im：電流的最大值③最大初動(dòng)能：Ekm＝eUc顏色不同、強(qiáng)度相同的光，光電流與電壓的關(guān)系圖線①遏止電壓Uc1、Uc2②飽和光電流③最大初動(dòng)能Ek1＝eUc1，Ek2＝eUc2遏止電壓Uc與入射光的頻率ν的關(guān)系圖線①截止頻率νc：圖線與橫軸的交點(diǎn)的橫坐標(biāo)的值②遏止電壓Uc：隨入射光頻率的增大而增大③普朗克常量h：等于圖線的斜率與電子電荷量的乘積，即h＝ke(注：此時(shí)兩極之間接反向電壓)例2(2021·江蘇高考)如圖所示，分別用1、2兩種材料作K極進(jìn)行光電效應(yīng)探究，其截止頻率ν1<ν2，保持入射光不變，則光電子到達(dá)A極時(shí)動(dòng)能的最大值Ekm隨電壓U變化關(guān)系的圖像是()[答案]C[解析]光電管所加電壓為正向電壓，則根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程及動(dòng)能定理可知光電子到達(dá)A極時(shí)動(dòng)能的最大值Ekm＝eU＋hν－h(huán)ν截止，可知Ekm-U圖像的斜率相同，均為e；截止頻率越大，則圖像在縱軸上的截距越小，因ν1<ν2，則圖像C正確，A、B、D錯(cuò)誤。[關(guān)鍵能力升華]解決光電效應(yīng)圖像問題的幾個(gè)關(guān)系式(1)光電效應(yīng)方程：Ek＝hν－W0。(2)發(fā)生光電效應(yīng)的臨界條件：Ek＝0，νc＝eq\f(W0,h)。(3)反向遏止電壓與光電子的最大初動(dòng)能和入射光頻率的關(guān)系：－eUc＝0－Ek，Uc＝eq\f(h,e)ν－eq\f(W0,e)。[對(duì)點(diǎn)跟進(jìn)訓(xùn)練]1．(光電效應(yīng)中的Uc-ν圖像)利用如圖甲所示的電路完成光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)，金屬的遏止電壓Uc與入射光頻率ν的關(guān)系如圖乙所示，圖乙中U1、ν1、ν0均已知，電子電荷量用e表示。下列說法正確的是()A．入射光頻率為ν1時(shí)，光電子的最大初動(dòng)能Ek＝U1e－h(huán)ν0B．由Uc-ν圖像可求得普朗克常量h＝eq\f(U1e,ν1－ν0)C．滑動(dòng)變阻器的滑片P向N端移動(dòng)過程中電流表示數(shù)一定一直增加D．把電源正負(fù)極對(duì)調(diào)之后，滑動(dòng)變阻器的滑片P向N端移動(dòng)過程中電流表示數(shù)一直增加答案B解析當(dāng)入射光頻率為ν1時(shí)，依題得，光電子的最大初動(dòng)能為Ek＝U1e，故A錯(cuò)誤；根據(jù)光電效應(yīng)方程結(jié)合圖乙有：Ek＝hν1－W0，其中W0＝hν0，根據(jù)動(dòng)能定理有－eU1＝0－Ek，聯(lián)立可得普朗克常量為h＝eq\f(U1e,ν1－ν0)，故B正確；滑動(dòng)變阻器的滑片P向N端移動(dòng)過程中，光電管兩端的反向電壓增大，則電流表示數(shù)逐漸減小，若反向電壓足夠大，則可減小至零，C錯(cuò)誤；把電源正負(fù)極對(duì)調(diào)之后，滑動(dòng)變阻器的滑片P向N端移動(dòng)過程中，光電管兩端的正向電壓增大，由于存在飽和光電流，故電流表示數(shù)可能先增加后不變，D錯(cuò)誤。2．(光電效應(yīng)中的I-U圖像)(多選)如圖甲為研究光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置，用頻率為ν的單色光照射光電管的陰極K，得到光電流I與光電管兩端電壓U的關(guān)系圖線如圖乙所示，已知電子電荷量的絕對(duì)值為e，普朗克常量為h，則()A．測量遏止電壓Uc時(shí)開關(guān)S應(yīng)扳向“1”B．只增大光照強(qiáng)度時(shí)，圖乙中Uc的值會(huì)增大C．只增大光照強(qiáng)度時(shí)，圖乙中I0的值會(huì)減小D．陰極K所用材料的極限頻率為eq\f(hν－eUc,h)答案AD解析測量遏止電壓Uc時(shí)應(yīng)在光電管兩端加反向電壓，即開關(guān)S應(yīng)扳向“1”，故A正確；由動(dòng)能定理得eUc＝Ek，由愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0可知，圖乙中Uc的值與光照強(qiáng)度無關(guān)，故B錯(cuò)誤；圖乙中I0的值表示飽和光電流，只增大光照強(qiáng)度時(shí)，飽和光電流I0增大，故C錯(cuò)誤；由動(dòng)能定理得－eUc＝0－Ek，由愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0，可得W0＝hν－eUc，則陰極K所用材料的極限頻率為ν0＝eq\f(W0,h)＝eq\f(hν－eUc,h)，故D正確?？键c(diǎn)3光的波粒二象性和物質(zhì)波[科學(xué)思維梳理]1．對(duì)光的波粒二象性的理解光既有波動(dòng)性，又有粒子性，兩者不是孤立的，而是有機(jī)的統(tǒng)一體，其表現(xiàn)規(guī)律為：(1)從頻率上看：頻率越低的光波動(dòng)性越顯著，越容易看到光的干涉和衍射現(xiàn)象；頻率越高的光粒子性越顯著，越不容易看到光的干涉和衍射現(xiàn)象，其穿透本領(lǐng)越強(qiáng)。(2)從傳播與作用上看：光在傳播過程中往往表現(xiàn)出波動(dòng)性；在與物質(zhì)發(fā)生作用時(shí)往往表現(xiàn)出粒子性。(3)波動(dòng)性與粒子性的統(tǒng)一：由光子的能量ε＝hν、光子的動(dòng)量p＝eq\f(h,λ)也可以看出，光的波動(dòng)性和粒子性并不矛盾：表示粒子性的光子能量和動(dòng)量的計(jì)算式中都含有表示波的特征的物理量——頻率ν或波長λ。(4)理解光的波粒二象性時(shí)不可把光當(dāng)成宏觀概念中的波，也不可把光當(dāng)成宏觀概念中的粒子。2．物質(zhì)波(1)定義：每一個(gè)運(yùn)動(dòng)的粒子都與一個(gè)對(duì)應(yīng)的波相聯(lián)系，這種波叫作物質(zhì)波，也叫德布羅意波。(2)物質(zhì)波的頻率ν＝eq\f(ε,h)；物質(zhì)波的波長λ＝eq\f(h,p)＝eq\f(h,mv)，h是普朗克常量。例3下列關(guān)于光的波粒二象性的說法中，正確的是()A．有的光是波，有的光是粒子B．光子與電子是同樣的一種粒子C．光的波長越長，其波動(dòng)性越顯著；波長越短，其粒子性越顯著D．康普頓效應(yīng)揭示了光的波動(dòng)性[答案]C[解析]光既有波動(dòng)性又有粒子性，A錯(cuò)誤；光子不帶電，沒有靜止質(zhì)量，而電子帶負(fù)電，有質(zhì)量，B錯(cuò)誤；光的波長越長，其波動(dòng)性越顯著，波長越短，其粒子性越顯著，C正確；康普頓效應(yīng)揭示了光的粒子性，D錯(cuò)誤。例4(2021·浙江6月選考)已知普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，電子的質(zhì)量為9.11×10－31kg，一個(gè)電子和一滴直徑約為4μm的油滴具有相同動(dòng)能，則電子與油滴的德布羅意波長之比的數(shù)量級(jí)為()A．10－8 B．106C．108 D．1016[答案]C[解析]根據(jù)德布羅意波長公式λ＝eq\f(h,p)，以及動(dòng)量與動(dòng)能的關(guān)系式p＝eq\r(2mEk)，得λ＝eq\f(h,\r(2mEk))，由題意可知，電子與油滴的動(dòng)能相同，則eq\f(λ電,λ油)＝eq\r(\f(m油,m電))，已知油滴的直徑約為d＝4μm，則油滴的質(zhì)量約為m油＝ρ油·eq\f(1,6)πd3＝0.8×103×eq\f(1,6)×3.14×(4×10－6)3kg＝2.7×10－14kg，代入數(shù)據(jù)解得eq\f(λ電,λ油)＝eq\r(\f(2.7×10－14,9.11×10－31))＝108，故選C。[關(guān)鍵能力升華]波粒二象性的深入理解(1)雖然平時(shí)看到的宏觀物體運(yùn)動(dòng)時(shí)，看不出其波動(dòng)性，但也有一個(gè)波長與之對(duì)應(yīng)。例如飛行中的子彈的波長約為10－34m。(2)波粒二象性是微觀粒子的特殊性質(zhì)，一切微觀粒子都存在波動(dòng)性；宏觀物體也存在波動(dòng)性，只是波長太小，難以觀測。[對(duì)點(diǎn)跟進(jìn)訓(xùn)練]1.(物質(zhì)波的理解)(2021·江蘇省鹽城市高三三模)2003年物理學(xué)家評(píng)選出“十大最美物理實(shí)驗(yàn)”，排名第一的為1961年物理學(xué)家利用“托馬斯·楊”雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置，進(jìn)行電子干涉的實(shí)驗(yàn)。從輻射源輻射出的電子束經(jīng)兩靠近的狹縫后在顯微鏡的熒光屏上出現(xiàn)干涉條紋，該實(shí)驗(yàn)說明()A．光具有波動(dòng)性B．光具有波粒二象性C．微觀粒子也具有波動(dòng)性D．微觀粒子也是一種電磁波答案C解析干涉是波所特有的現(xiàn)象，電子的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)說明微觀粒子具有波動(dòng)性，故C正確，A、B、D錯(cuò)誤。2．(物質(zhì)波的理解)(多選)運(yùn)動(dòng)的微觀粒子具有波粒二象性，有能量E、動(dòng)量p，也對(duì)應(yīng)著一定的波長λ。m表示粒子的質(zhì)量，下列圖像正確的是()答案AC解析根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程可知，粒子的能量E＝mc2，則E-m圖像是一個(gè)正比例函數(shù)圖像，故A正確，B錯(cuò)誤；根據(jù)德布羅意波長公式λ＝eq\f(h,p)可知，粒子的動(dòng)量p＝eq\f(h,λ)，則p-eq\f(1,λ)圖像是正比例函數(shù)圖像，故C正確，D錯(cuò)誤。一、選擇題(本題共9小題，其中第1～5題為單選，第6～9題為多選)1.黑體輻射的研究表明：輻射強(qiáng)度、波長分布與輻射體的溫度有密切關(guān)系。此研究對(duì)冶金工業(yè)的迅速發(fā)展有巨大貢獻(xiàn)。如圖所示，圖中畫出了四種溫度下黑體輻射的強(qiáng)度與波長的關(guān)系，從中可以看出()A．溫度越高，輻射電磁波的波長越短B．溫度越低，輻射電磁波的波長越長C．同一波長的輻射強(qiáng)度隨著溫度的升高而增強(qiáng)D．不同溫度時(shí)輻射強(qiáng)度的最大值變化無規(guī)律可循答案C解析無論溫度高低，黑體都會(huì)輻射各種波長的電磁波，故A、B錯(cuò)誤；同一波長的輻射強(qiáng)度隨著溫度的升高而增強(qiáng)，故C正確；溫度升高，輻射強(qiáng)度的最大值向波長短、頻率高的方向移動(dòng)，故D錯(cuò)誤。2．(2021·遼寧高考)赫茲在研究電磁波的實(shí)驗(yàn)中偶然發(fā)現(xiàn)，接收電路的電極如果受到光照，就更容易產(chǎn)生電火花。此后許多物理學(xué)家相繼證實(shí)了這一現(xiàn)象，即照射到金屬表面的光，能使金屬中的電子從表面逸出。最初用量子觀點(diǎn)對(duì)該現(xiàn)象給予合理解釋的科學(xué)家是()A．玻爾 B．康普頓C．愛因斯坦 D．德布羅意答案C解析根據(jù)題目可知描述的是光電效應(yīng)現(xiàn)象，愛因斯坦最初用量子觀點(diǎn)對(duì)光電效應(yīng)現(xiàn)象給予合理解釋，故C正確。3．(2021·北京市順義區(qū)二模)如圖所示為研究光電效應(yīng)現(xiàn)象的電路圖，當(dāng)用綠光照射到陰極K時(shí)，電路中有光電流，下列說法正確的是()A．若只減弱綠光的光照強(qiáng)度，光電流會(huì)減小B．若換用紅光照射陰極K時(shí)，一定也有光電流C．若將電源的極性反接，電路中一定沒有光電流D．如果不斷增大光電管兩端的電壓，電路中光電流會(huì)一直增大答案A解析若只減弱綠光的光照強(qiáng)度，則單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的光電子減少，故光電流會(huì)減小，A正確；紅光的頻率低于綠光的頻率，所以用紅光照射陰極K時(shí)不一定能發(fā)生光電效應(yīng)，故B錯(cuò)誤；若將電源的極性反接，只要光電管兩端的電壓小于遏止電壓，則電路中還會(huì)有光電流，故C錯(cuò)誤；如果不斷增大光電管兩端的電壓，電路中光電流不會(huì)一直增大，因?yàn)榇嬖陲柡碗娏?，故D錯(cuò)誤。4．可見光的波長的大致范圍是400～760nm。下表給出了幾種金屬發(fā)生光電效應(yīng)的極限波長，下列說法正確的是()金屬鎢鈣鈉鉀極限波長(nm)274388542551A．表中所列金屬，鉀的逸出功最大B．只要光照時(shí)間足夠長或強(qiáng)度足夠大，所有波長的可見光都可以使鈉發(fā)生光電效應(yīng)C．用波長為760nm的光照射金屬鈉、鉀，則鈉逸出的光電子的最大初動(dòng)能較大D．用波長為400nm的光照射金屬鈉、鉀，則鉀逸出的光電子的最大初動(dòng)能較大答案D解析根據(jù)W0＝hνc＝eq\f(hc,λc)可知，表中所列金屬，鉀的極限波長λc最大，則鉀的逸出功W0最小，A錯(cuò)誤；能否發(fā)生光電效應(yīng)，與光照的時(shí)間和強(qiáng)度無關(guān)，只與入射光的頻率有關(guān)，B錯(cuò)誤；用波長為760nm的光照射金屬鈉、鉀，由于入射光的波長均大于兩金屬的極限波長，根據(jù)光電效應(yīng)的產(chǎn)生條件可知，鈉、鉀都不能發(fā)生光電效應(yīng)，C錯(cuò)誤；當(dāng)用波長為400nm的光照射金屬鈉、鉀時(shí)，鈉、鉀都可以發(fā)生光電效應(yīng)，鉀的逸出功最小，根據(jù)Ek＝hν－W0，鉀逸出的光電子的最大初動(dòng)能較大，D正確。5．(2021·江蘇省蘇、錫、常、鎮(zhèn)四市高三下5月教學(xué)情況調(diào)研二)在探究光電效應(yīng)現(xiàn)象時(shí)，某同學(xué)分別用頻率為ν1、ν2的兩單色光照射密封真空管的鈉陰極，鈉陰極發(fā)射出的光電子被陽極A吸收，在電路中形成光電流，實(shí)驗(yàn)得到了兩條光電流與電壓之間的關(guān)系曲線(甲、乙)，如圖所示，已知U1＝2U2，ν1>ν2，普朗克常量用h表示。則以下說法正確的是()A．曲線甲為頻率為ν1的光照射時(shí)的圖像B．頻率為ν1的光在單位時(shí)間內(nèi)照射到鈉陰極的光子數(shù)多C．兩單色光的頻率之比為2∶1D．該金屬的逸出功為h(2ν2－ν1)答案D解析根據(jù)光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0，遏止電壓與光電子最大初動(dòng)能的關(guān)系為eUc＝Ek，聯(lián)立可得hν－W0＝eUc，則入射光的頻率越大，遏止電壓越大，所以曲線乙為頻率為ν1的光照射時(shí)的圖像，則A錯(cuò)誤；由圖像可知甲的飽和光電流比乙的大，甲的頻率又比乙的頻率小，所以頻率為ν2的光在單位時(shí)間內(nèi)照射到鈉陰極的光子數(shù)多，則B錯(cuò)誤；由于hν1－W0＝eU1，hν2－W0＝eU2，U1＝2U2，聯(lián)立解得該金屬的逸出功W0＝h(2ν2－ν1)，eq\f(ν1,ν2)＝eq\f(eU1＋W0,eU2＋W0)<eq\f(2eU2＋W0,eU2＋W0)＝eq\f(2,1)，所以C錯(cuò)誤，D正確。6．波粒二象性是微觀世界的基本特征，以下說法正確的是()A．黑體輻射規(guī)律可用光的波動(dòng)性解釋B．光電效應(yīng)現(xiàn)象揭示了光的粒子性C．電子束射到晶體上產(chǎn)生衍射圖樣說明電子具有波動(dòng)性D．動(dòng)能相等的質(zhì)子和電子，它們的德布羅意波波長也相等答案BC解析黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律不能用光的波動(dòng)性解釋，而普朗克借助于能量子假說，完美地解釋了黑體輻射規(guī)律，破除了“能量連續(xù)變化”的傳統(tǒng)觀念，故A錯(cuò)誤；光既有波動(dòng)性又有粒子性，光電效應(yīng)現(xiàn)象揭示了光的粒子性，故B正確；德布羅意提出了實(shí)物粒子同樣具有波動(dòng)性，電子束射到晶體上產(chǎn)生的衍射圖樣是波的特征，證明了電子具有波動(dòng)性，故C正確；根據(jù)德布羅意波長公式λ＝eq\f(h,p)，又p＝eq\r(2mEk)，則λ＝eq\f(h,\r(2mEk))，若一個(gè)電子和一個(gè)質(zhì)子的動(dòng)能Ek相等，由于質(zhì)子質(zhì)量比電子質(zhì)量大得多，則其德布羅意波波長不相等，故D錯(cuò)誤。7.用一束波長為λ的綠光照射某極限波長為λ0的金屬，能產(chǎn)生光電效應(yīng)，下列說法正確的是()A．該金屬的逸出功為W0＝hλ0B．把這束綠光遮住一半，則光電流強(qiáng)度減小C．若改用一束紅光照射，則不可能產(chǎn)生光電效應(yīng)D．要使光電流為0，光電管兩極至少需要加大小為eq\f(hc,e)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,λ)－\f(1,λ0)))的電壓答案BD解析該金屬逸出功為：W0＝hν0＝heq\f(c,λ0)，故A錯(cuò)誤；將這束綠光遮住一半，單位時(shí)間內(nèi)入射的光子數(shù)目減小，則單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子數(shù)目減小，則光電流強(qiáng)度減小，故B正確；若改用一束紅光照射，因?yàn)榧t光的頻率小于綠光的頻率，則可能不發(fā)生光電效應(yīng)，也可能發(fā)生光電效應(yīng)，故C錯(cuò)誤；光電效應(yīng)方程為：Ek＝hν－W0，且ν＝eq\f(c,λ)，根據(jù)動(dòng)能定理可得光電流恰為0時(shí)有：－eUc＝0－Ek，聯(lián)立解得：Uc＝eq\f(hc,e)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,λ)－\f(1,λ0)))，故D正確。8.用如圖的裝置研究光電效應(yīng)現(xiàn)象，當(dāng)用光子能量為2.5eV的光照射到光電管上時(shí)，電流表G的讀數(shù)為0.2mA，移動(dòng)變阻器的滑片C，當(dāng)電壓表的示數(shù)大于或等于0.7V時(shí)，電流表讀數(shù)為0。則()A．光電管陰極的逸出功為1.8eVB．開關(guān)S斷開后，沒有電流流過電流表GC．光電子的最大初動(dòng)能為0.7eVD．改用能量為1.5eV的光子照射，電流表G也有電流，但電流較小答案AC解析由題圖可知，光電管兩端所加的電壓為反向電壓，由電壓表的示數(shù)大于或等于0.7V時(shí)，電流表示數(shù)為0，可知光電子的最大初動(dòng)能為0.7eV，根據(jù)光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0，可得W0＝1.8eV，故A、C正確；開關(guān)S斷開后，用光子能量為2.5eV的光照射到光電管上時(shí)發(fā)生了光電效應(yīng)，有光電子逸出，則有電流流過電流表，故B錯(cuò)誤；改用能量為1.5eV的光子照射，由于光子的能量小于逸出功，不能發(fā)生光電效應(yīng)，無光電流，故D錯(cuò)誤。9.(2021·遼寧省葫蘆島市高三下二模)對(duì)于甲和乙兩種金屬，其遏止電壓Uc與入射光頻率ν的關(guān)系，如圖所示，用h和e分別表示普朗克常量和電子電荷量，則()A．兩圖線的斜率均為hB．甲的逸出功為ea，乙的逸出功為e