光電效應(yīng)波粒二象性第1講目標(biāo)要求1.了解黑體輻射的實驗規(guī)律.2.知道什么是光電效應(yīng)，理解光電效應(yīng)的實驗規(guī)律，會利用光電效應(yīng)方程計算逸出功、極限頻率、最大初動能等物理量.3.了解實物粒子的波動性，知道物質(zhì)波的概念.

內(nèi)容索引考點一黑體輻射及實驗規(guī)律考點二光電效應(yīng)考點三光電效應(yīng)中常見的四類圖像考點四光的波粒二象性與物質(zhì)波課時精練考點一黑體輻射及實驗規(guī)律1.熱輻射(1)定義：周圍的一切物體都在輻射

，這種輻射與物體的

有關(guān)，所以叫熱輻射.(2)特點：熱輻射強(qiáng)度按波長的分布情況隨物體

的不同而有所不同.2.黑體、黑體輻射的實驗規(guī)律(1)黑體：能夠

入射的各種波長的電磁波而不發(fā)生反射的物體.梳理必備知識電磁波溫度溫度完全吸收(2)黑體輻射的實驗規(guī)律：①對于一般材料的物體，輻射電磁波的情況除了與

有關(guān)，還與材料的

及表面狀況有關(guān).②黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長的分布只與黑體的

有關(guān).隨著溫度的升高，一方面，各種波長的輻射強(qiáng)度都有

，另一方面，輻射強(qiáng)度的極大值向波長較

的方向移動，如圖.溫度種類溫度增加短3.能量子(1)定義：普朗克認(rèn)為，當(dāng)帶電微粒輻射或吸收能量時，只能輻射或吸收某個最小能量值ε的

，這個不可再分的最小能量值ε叫作能量子.(2)能量子大?。害牛?/p>

，其中ν是帶電微粒吸收或輻射電磁波的頻率，h稱為普朗克常量.h＝×10－34J·s(一般取h＝×10－34J·s).整數(shù)倍hν1.黑體能夠反射各種波長的電磁波，但不會輻射電磁波.(

)2.黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長的分布只與溫度有關(guān)，隨著溫度的升高，各種波長的輻射強(qiáng)度都增加，輻射強(qiáng)度極大值向波長較短的方向移動.(

)3.玻爾為得出黑體輻射的強(qiáng)度按波長分布的公式，提出了能量子的假說.(

)×√×例1

(多選)關(guān)于黑體輻射的實驗規(guī)律如圖所示，下列說法正確的是A.黑體能夠完全吸收照射到它上面的光波B.隨著溫度的降低，各種波長的光輻射強(qiáng)度都有所

增加C.隨著溫度的升高，輻射強(qiáng)度極大值向波長較長的

方向移動D.黑體輻射的強(qiáng)度只與它的溫度有關(guān)，與形狀和黑體材料無關(guān)√√能完全吸收照射到它上面的各種頻率的電磁波而不發(fā)生反射的物體稱為黑體，選項A正確；由題圖可知，隨溫度的降低，各種波長的光輻射強(qiáng)度都有所減小，選項B錯誤；隨著溫度的升高，黑體輻射強(qiáng)度的極大值向波長較短的方向移動，選項C錯誤；一般物體輻射電磁波的情況除了與溫度有關(guān)，還與材料的種類及表面情況有關(guān)，但黑體輻射電磁波的情況只與它的溫度有關(guān)，選項D正確.例2

(2022·全國乙卷·17)一點光源以113W的功率向周圍所有方向均勻地輻射波長約為6×10－7m的光，在離點光源距離為R處每秒垂直通過每平方米的光子數(shù)為3×1014個.普朗克常量為h＝×10－34J·s.R約為×102×102m×102×102m√一個光子的能量為E＝hν，ν為光的頻率，光的波長與頻率的關(guān)系為c＝λν，P為光源的功率，光子以球面波的形式傳播，那么以光源為原點的球面上的光子數(shù)相同，此時距光源的距離為R處，每秒垂直通過每平方米的光子數(shù)為3×1014個，聯(lián)立以上各式解得R≈3×102m，故選B.考點二光電效應(yīng)1.光電效應(yīng)及其規(guī)律(1)光電效應(yīng)現(xiàn)象照射到金屬表面的光，能使金屬中的

從表面逸出，這個現(xiàn)象稱為光電效應(yīng)，這種電子常稱為

.(2)光電效應(yīng)的產(chǎn)生條件入射光的頻率

金屬的極限頻率.梳理必備知識電子光電子大于或等于(3)光電效應(yīng)規(guī)律①每種金屬都有一個極限頻率νc，入射光的頻率必須

這個極限頻率才能產(chǎn)生光電效應(yīng).②光電子的最大初動能與入射光的強(qiáng)度

，只隨入射光

的增大而增大.③光電效應(yīng)的發(fā)生幾乎是瞬時的，一般不超過10－9s.④當(dāng)入射光的頻率大于或等于極限頻率時，在光的顏色不變的情況下，入射光越強(qiáng)，飽和電流越大，逸出的光電子數(shù)越

，逸出光電子的數(shù)目與入射光的強(qiáng)度成正比，飽和電流的大小與入射光的強(qiáng)度成

.大于或等于無關(guān)頻率多正比2.愛因斯坦光電效應(yīng)方程(1)光電效應(yīng)方程①表達(dá)式：hν＝Ek＋W或Ek＝

.②物理意義：金屬表面的電子吸收一個光子獲得的能量是hν，這些能量的一部分用來克服金屬的逸出功W，剩下的表現(xiàn)為逸出后電子的_______________.(2)逸出功W：電子從金屬中逸出所需做功的

，W＝hνc＝

.(3)最大初動能：發(fā)生光電效應(yīng)時，金屬表面上的

吸收光子后克服原子核的引力逸出時所具有的動能的最大值.hν－W最大初動能最小值電子1.光子和光電子都不是實物粒子.(

)2.只要入射光的強(qiáng)度足夠大，就可以使金屬發(fā)生光電效應(yīng).(

)3.要使某金屬發(fā)生光電效應(yīng)，入射光子的能量必須大于或等于該金屬的逸出功.(

)4.光電子的最大初動能與入射光子的頻率成正比.(

)××√×光電效應(yīng)的分析思路提升關(guān)鍵能力例3

(2023·天津市質(zhì)檢)光電效應(yīng)實驗中，下列表述正確的是A.光照時間越長，光電子最大初動能越大B.入射光足夠強(qiáng)就可以有光電流導(dǎo)出C.遏止電壓與入射光的強(qiáng)度有關(guān)D.入射光頻率小于極限頻率時，不論光照時間多長，都不能發(fā)生光電效應(yīng)√光電子的最大初動能與光照時間無關(guān)，與入射光的頻率有關(guān)，故A錯誤；發(fā)生光電效應(yīng)的條件是入射光頻率大于或等于極限頻率，入射光強(qiáng)，不一定能發(fā)生光電效應(yīng)，故B錯誤；根據(jù)光電效應(yīng)方程Ek＝eUc＝hν－W知遏止電壓與入射光的頻率有關(guān)，與強(qiáng)度無關(guān)，故C錯誤；當(dāng)入射光頻率小于極限頻率時，不論光照時間多長，都不能發(fā)生光電效應(yīng)，故D正確.例4

(2023·福建福州市模擬)某型號光電管連接在如圖的電路中，用一種單色光照射能夠使窗口發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象，如果只增大入射光的強(qiáng)度，光電子最大初動能_________(選填“增大”“不變”或“減小”)，經(jīng)過測量發(fā)現(xiàn)此金屬逸出功為6.5eV，現(xiàn)接通電源，用光子能量為11.5eV的光照射陰極電源K，靈敏電流計中有示數(shù)，若將滑動變阻器的滑片P緩慢向右滑動，電流計的示數(shù)逐漸減小，當(dāng)滑至某一位置時電流計的讀數(shù)恰好為零，此時電壓表的示數(shù)為_____V.不變光電子的最大初動能僅與入射光頻率有關(guān)，與光照強(qiáng)度無關(guān)，故光電子最大初動能不變；根據(jù)Ek＝hν－W結(jié)合Ek＝eUc，代入數(shù)據(jù)解得Uc＝5.0V.考點三光電效應(yīng)中常見的四類圖像圖像名稱圖線形狀獲取信息最大初動能Ek與入射光頻率ν的關(guān)系

①極限頻率νc：圖線與ν軸交點的橫坐標(biāo)②逸出功W：圖線與Ek軸交點的縱坐標(biāo)的絕對值W＝|－E|＝E③普朗克常量h：圖線的斜率k＝h遏止電壓Uc與入射光頻率ν的關(guān)系

①極限頻率νc：圖線與橫軸的交點的橫坐標(biāo)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：此時兩極之間接反向電壓)顏色相同、強(qiáng)度不同的光，光電流與電壓的關(guān)系

①遏止電壓Uc：圖線與橫軸的交點的橫坐標(biāo)②飽和電流：電流的最大值③最大初動能：Ek＝eUc顏色不同時，光電流與電壓的關(guān)系

①遏止電壓Uc1、Uc2②飽和電流③最大初動能Ek1＝eUc1，Ek2＝eUc2例5

(2023·山東日照市模擬)在研究光電效應(yīng)現(xiàn)象時，先后用單色光a、b、c照射同一光電管，所得到的光電流I與光電管兩端所加電壓U間的關(guān)系曲線如圖所示，下列說法正確的是A.b、c兩種單色光的顏色相同B.a、b兩種單色光的光照強(qiáng)度相同C.增大c光的光照強(qiáng)度，電路中的飽和電流將增大D.增大b光的光照強(qiáng)度，射出的光電子的最大初動能增大√根據(jù)題圖可知單色光c的遏止電壓小于單色光b的遏止電壓，根據(jù)eUc＝Ek＝hν－W可知，b、c兩種單色光頻率不同，所以顏色不同，故A錯誤；由題圖可知單色光a、b的遏止電壓相同，則單色光a、b的頻率相同，在光的頻率相同的情況下，入射光越強(qiáng)，飽和電流越大，單色光a的飽和電流大于單色光b的飽和電流，則單色光a的光照強(qiáng)度大于單色光b的光照強(qiáng)度，故B錯誤；電路中的飽和電流與光照強(qiáng)度有關(guān)，在其他條件相同的情況下，光照強(qiáng)度越大，光電流越大，故增大c光的光照強(qiáng)度，電路中的飽和電流將增大，故C正確；射出的光電子的最大初動能與光照強(qiáng)度無關(guān)，故D錯誤.A.這三種材料中，金屬鈉的逸出功最大B.圖中a、b兩條圖線的斜率都等于普朗克常量hC.如果圖線a表示的材料是銅，則圖線b表示的材料是鈉D.用波長400nm的光分別照射這三種金屬，只有銅和鉑會發(fā)生光電效應(yīng)例6

(2023·福建泉州市模擬)下表中給出了三種金屬材料的極限頻率對應(yīng)的波長，其中兩種材料發(fā)生光電效應(yīng)時逸出光電子的最大初動能Ek與入射光頻率ν

的關(guān)系如圖所示，則√材料鈉銅鉑波長(nm)541268196由表可知，金屬鈉極限頻率對應(yīng)的波長最大，根據(jù)波長與頻率成反比可知，其極限頻率最小，根據(jù)W＝hνc，金屬鈉的逸出功最小，故A錯誤；根據(jù)Ek＝hν－W，題圖中a、b兩條圖線的斜率都等于普朗克常量h，故B正確；如果圖線a表示的材料是銅，則圖線b表示的材料的極限頻率比銅大，對應(yīng)的波長比銅小，則圖線b表示的材料是鉑，故C錯誤；用波長400nm的光分別照射這三種金屬，該光波長只小于鈉的極限波長，只有鈉會發(fā)生光電效應(yīng)，故D錯誤.考點四光的波粒二象性與物質(zhì)波1.光的波粒二象性(1)光的干涉、衍射、偏振現(xiàn)象證明光具有

.(2)光電效應(yīng)說明光具有

.(3)光既具有波動性，又具有粒子性，稱為光的

.2.物質(zhì)波(1)概率波：光的干涉現(xiàn)象是大量光子的運(yùn)動遵守波動規(guī)律的表現(xiàn)，亮條紋是光子到達(dá)概率

的地方，暗條紋是光子到達(dá)概率

的地方，因此光波又叫概率波.梳理必備知識波動性粒子性波粒二象性大小(2)物質(zhì)波：任何一個運(yùn)動著的物體，小到微觀粒子，大到宏觀物體，都有一種波與它對應(yīng)，其波長λ＝

，p為運(yùn)動物體的動量，h為普朗克常量.1.光的頻率越高，光的粒子性越明顯，但仍具有波動性.(

)2.法國物理學(xué)家德布羅意大膽預(yù)言了實物粒子在一定條件下會表現(xiàn)為波動性.(

)√√例7

(多選)(2022·浙江1月選考·16)電子雙縫干涉實驗是近代證實物質(zhì)波存在的實驗.如圖所示，電子槍持續(xù)發(fā)射的電子動量為×10－23kg·m/s，然后讓它們通過雙縫打到屏上.已知電子質(zhì)量取×10－31kg，普朗克常量取×10－34J·s，下列說法正確的是A.發(fā)射電子的動能約為×10－15JB.發(fā)射電子的物質(zhì)波波長約為×10－11mC.只有成對電子分別同時通過雙縫才能發(fā)生干涉D.如果電子是一個一個發(fā)射的，仍能得到干涉圖樣√√物質(zhì)波也具有波粒二象性，故電子的波動性是每個電子本身的性質(zhì)，則每個電子依次通過雙縫都能發(fā)生干涉現(xiàn)象，只是需要大量電子顯示出干涉圖樣，故C錯誤，D正確.例8

(2023·上海市師大附中高三月考)用極微弱的可見光做雙縫干涉實驗，隨著時間的增加，在屏上先后出現(xiàn)如圖(a)、(b)、(c)所示的圖像，則A.圖像(a)表明光具有波動性B.圖像(c)表明光具有粒子性C.用紫外線觀察不到類似的圖像D.實驗表明光是一種概率波√題圖(a)只有分散的亮點，表明光具有粒子性；題圖(c)呈現(xiàn)干涉條紋，表明光具有波動性，A、B錯誤；紫外線也具有波粒二象性，也可以觀察到類似的圖像，C錯誤；實驗表明光是一種概率波，D正確.五課時精練1.關(guān)于光電效應(yīng)，下列說法正確的是A.極限頻率越大的金屬材料逸出功越大B.只要光照射的時間足夠長，任何金屬都能發(fā)生光電效應(yīng)C.從金屬表面逸出的光電子的最大初動能越大，這種金屬的逸出功越小D.入射光的光強(qiáng)一定時，頻率越高，單位時間內(nèi)逸出的光電子數(shù)就越多123456789101112√基礎(chǔ)落實練逸出功W＝hνc，W∝νc，A正確；只有照射光的頻率大于或等于金屬極限頻率，才能發(fā)生光電效應(yīng)，與光照的時間無關(guān)，B錯誤；由光電效應(yīng)方程有Ek＝hν－W，知入射光頻率ν不確定時，無法確定Ek與W的關(guān)系，C錯誤；發(fā)生光電效應(yīng)的前提下，入射光的光強(qiáng)一定時，頻率越高，光子數(shù)越少，單位時間內(nèi)逸出的光電子數(shù)越少，D錯誤．1234567891011122.(多選)波粒二象性是微觀世界的基本特征，以下說法正確的有A.光電效應(yīng)現(xiàn)象揭示了光的粒子性B.熱中子束射到晶體上產(chǎn)生衍射圖樣說明中子具有波動性C.黑體輻射的實驗規(guī)律可用光的波動性解釋D.動能相等的質(zhì)子和電子，它們的德布羅意波的波長也相等√123456789101112√3.(2022·江蘇卷·4)上海光源通過電子－光子散射使光子能量增加，光子能量增加后A.頻率減小 B.波長減小C.動量減小 D.速度減小√123456789101112123456789101112123456789101112√√只增大光的頻率，肯定有光電子從光電管的陰極到達(dá)陽極，從而使電路導(dǎo)通，一定可以還原出聲音，反之則不一定發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象使電路導(dǎo)通，故A錯誤，B正確；123456789101112光照射部分為陰極材料，光電子到達(dá)另一側(cè)，故a端為電源正極，故C正確，D錯誤.5.(多選)在光電效應(yīng)實驗中，分別用頻率為νa、νb的單色光a、b照射到同種金屬上，測得相應(yīng)的遏止電壓分別為Ua和Ub，光電子的最大初動能分別為Eka和Ekb，h為普朗克常量.下列說法正確的是A.若νa＞νb，則一定有Ua＜UbB.若νa＞νb，則一定有Eka＞EkbC.若Ua＜Ub，則一定有Eka＜EkbD.若νa＞νb，則一定有hνa－Eka＞hνb－Ekb√123456789101112√123456789101112由愛因斯坦光電效應(yīng)方程得Ek＝hν－W，由動能定理得Ek＝eU，用a、b單色光照射同種金屬時，逸出功W相同.當(dāng)νa＞νb時，一定有Eka＞Ekb，Ua＞Ub，故選項A錯誤，B正確；若Ua＜Ub，則一定有Eka＜Ekb，故選項C正確；因逸出功相同，有W＝hνa－Eka＝hνb－Ekb，故選項D錯誤.6.(多選)(2023·天津市模擬)如圖所示，甲、乙為兩束光經(jīng)過同一雙縫干涉裝置后產(chǎn)生的干涉條紋，丙圖為光電效應(yīng)實驗圖，實驗中施加反向電壓得到的光電流I與光電管兩端電壓U的關(guān)系如圖丁所示，下列說法正確的是A.若甲光能使丙圖中產(chǎn)生光電流，則乙光一定

能使丙圖中產(chǎn)生光電流B.當(dāng)UAK小于0，但UAK沒有達(dá)到遏止電壓時，

流經(jīng)電流表方向為從上到下C.若甲光對應(yīng)丁圖中曲線b，則乙光可能對應(yīng)

丁圖中曲線cD.a光照射光電管產(chǎn)生的光電子動能一定小于b光照射光電管產(chǎn)生的光電子動能√123456789101112√根據(jù)Δy＝

λ，可知甲光波長比乙光長，甲光頻率小于乙光，若甲光能使題圖丙中產(chǎn)生光電流，則乙光一定能使題圖丙中產(chǎn)生光電流，選項A正確；UAK沒有達(dá)到遏止電壓時，光電子在光電管中的運(yùn)動方向由右至左，電流流經(jīng)電流表方向由上至下，選項B正確；123456789101112發(fā)生光電效應(yīng)產(chǎn)生光電子的最大初動能Ek＝hν－W，要想使得光電流為零，即反向遏止電壓靜電力做功eUc＝Ek，因此根據(jù)題圖丁可知，b、c兩種光射向同一光電管，反向遏止電壓是一樣的，說明b、c是同一種頻率的光，但是由題圖甲和題圖乙可知通過同一雙縫干涉的條紋間距不同，說明波長不同，兩者是矛盾的，選項C錯誤；123456789101112根據(jù)上述分析可知，a光遏止電壓小，說明光子頻率比b光頻率低，由愛因斯坦光電效應(yīng)方程可知，a光照射產(chǎn)生的光電子的最大初動能一定小于b光照射的，但是a光照射光電管產(chǎn)生的光電子動能不一定小于b光照射光電管產(chǎn)生的光電子動能，選項D錯誤.1234567891011127.(2020·江蘇卷·12(1)(2))(1)“測溫槍”(學(xué)名“紅外線輻射測溫儀”)具有響應(yīng)快、非接觸和操作方便等優(yōu)點.它是根據(jù)黑體輻射規(guī)律設(shè)計出來的，能將接收到的人體熱輻射轉(zhuǎn)換成溫度顯示.若人體溫度升高，則人體熱輻射強(qiáng)度I及其極大值對應(yīng)的波長λ的變化情況是____.A.I增大，λ增大 B.I增大，λ減小C.I減小，λ增大 D.I減小，λ減小123456789101112B若人體溫度升高，則人體的熱輻射強(qiáng)度I增大，由ε＝hν可知，對應(yīng)的頻率ν變大，由c＝λν知對應(yīng)的波長λ變小，選項B正確.(2)大量處于某激發(fā)態(tài)的氫原子輻射出多條譜線，其中最長和最短波長分別為λ1和λ2，則該激發(fā)態(tài)與基態(tài)的能量差為______，波長為λ1的光子的動量為_____.(已知普朗克常量為h，光速為c)1234567891011128.(多選)如圖所示，甲、乙、丙、丁是關(guān)于光電效應(yīng)的四個圖像(電子電荷量為e)，以下說法正確的是A.由圖甲可求得普朗克常量h＝B.由圖乙可知虛線對應(yīng)金屬的逸出功比

實線對應(yīng)金屬的逸出功小C.由圖丙可知在光的顏色不變的情況下，

入射光越強(qiáng)，飽和電流越大D.由圖丁可知電壓越高，則光電流越大√123456789101112能力綜合練√123456789101112根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W可知，題圖乙中縱軸截距的絕對值表示逸出功，則實線對應(yīng)金屬的逸出功比虛線對應(yīng)金屬的逸出功大，故B正確；123456789101112入射光頻率一定，飽和電流由入射光的強(qiáng)度決定，即光的顏色不變的情況下，入射光越強(qiáng)，光子數(shù)越多，飽和電流越大，故C正確；分析題圖丁可知，當(dāng)達(dá)到飽和電流以后，增加光電管兩端的電壓，光電流不變，故D錯誤.9.用金屬銣為陰極的光電管，觀測光電效應(yīng)現(xiàn)象，實驗裝置示意圖如圖甲所示，實驗中測得銣的遏止電壓Uc與入射光頻率ν之間的關(guān)系如圖乙所示，圖線與橫軸交點的橫坐標(biāo)為×1014Hz.已知普朗克常量h＝×10－34J·s.則下列說法中正確的是A.欲測遏止電壓，應(yīng)選擇電源左端為正極B.當(dāng)電源左端為正極時，滑動變阻器的滑

片向右滑動，電流表的示數(shù)持續(xù)增大C.增大照射光的強(qiáng)度，產(chǎn)生的光電子的最

大初動能一定增大D.如果實驗中入射光的頻率ν＝×1014Hz，則產(chǎn)生的光電子的最大初動能

約為×10－19J123456789101112√123456789101112遏止電壓產(chǎn)生的電場對電子起阻礙作用，則電源的右端為正極，故A錯誤；當(dāng)電源左端為正極時，滑動變阻器的滑片向右滑動，加速電場增強(qiáng)，電流增加到一定值后不再增加，故B錯誤；由Ek＝hν－W可知，最大初動能與光的強(qiáng)度無關(guān)，故C錯誤；Ek＝hν－W＝hν－h(huán)νc，νc＝×1014Hz，代入數(shù)值求得Ek≈×10－19J，故D正確.C.用波長為2λ的光照