第55講光電效應(yīng)及波粒二象性——劃重點之精細講義系列一．光電效應(yīng)及其規(guī)律1．光電效應(yīng)現(xiàn)象在光的照射下，金屬中的電子從表面逸出的現(xiàn)象，發(fā)射出來的電子叫光電子．2．光電效應(yīng)的產(chǎn)生條件入射光的頻率大于金屬的極限頻率．3．光電效應(yīng)規(guī)律(1)每種金屬都有一個極限頻率，入射光的頻率必須大于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度無關(guān)，只隨入射光頻率的增大而增大．(3)光電效應(yīng)的發(fā)生幾乎是瞬時的，一般不超過10－9s.(4)當入射光的頻率大于極限頻率時，飽和光電流的強度與入射光的強度成正比．二．愛因斯坦光電效應(yīng)方程1．光子說在空間傳播的光不是連續(xù)的，而是一份一份的，每—份叫做一個光子，光子的能量ε＝hν.2．逸出功W0：電子從金屬中逸出所需做功的最小值．3．最大初動能：發(fā)生光電效應(yīng)時，金屬表面上的電子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．4．光電效應(yīng)方程(1)表達式：hν＝Ek＋W0或Ek＝hν－W0.(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W0，剩下的表現(xiàn)為逸出后電子的最大初動能．三、光的波粒二象性1．光的干涉、衍射、偏振現(xiàn)象證明光具有波動性．2．光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)說明光具有粒子性．3．光既具有波動性，又具有粒子性，稱為光的波粒二象性．考點一光電效應(yīng)的理解1．光電效應(yīng)中的幾個概念比較(1)光子與光電子光子指光在空間傳播時的每一份能量，光子不帶電；光電子是金屬表面受到光照射時發(fā)射出來的電子，其本質(zhì)是電子．(2)光電子的動能與光電子的最大初動能光照射到金屬表面時，電子吸收光子的全部能量，可能向各個方向運動，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能；只有金屬表面的電子直接向外飛出時，只需克服原子核的引力做功的情況，才具有最大初動能．(3)光電流和飽和光電流金屬板飛出的光電子到達陽極，回路中便產(chǎn)生光電流，隨著所加正向電壓的增大，光電流趨于一個飽和值，這個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)光的強弱與飽和光電流頻率相同的光照射金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)，入射光越強，飽和光電流越大．2．對光電效應(yīng)規(guī)律的解釋對應(yīng)規(guī)律對規(guī)律的產(chǎn)生的解釋光電子的最大初動能隨著入射光頻率的增大而增大，與入射光強度無關(guān)電子吸收光子能量后，一部分克服原子核引力做功，剩余部分轉(zhuǎn)化為光電子的初動能，只有直接從金屬表面飛出的光電子才具有最大初動能，對于確定的金屬，逸出功W0是一定的，故光電子的最大初動能只隨入射光的頻率增大而增大光電效應(yīng)具有瞬時性光照射金屬時，電子吸收一個光子的能量后，動能立即增大，不需要能量積累的過程光較強時飽和電流大光較強時，包含的光子數(shù)較多，照射金屬時產(chǎn)生的光電子較多，因而飽和電流較大光電效應(yīng)實質(zhì)及發(fā)生條件(1)光電效應(yīng)的實質(zhì)是金屬中的電子獲得能量后逸出金屬表面，從而使金屬帶上正電．(2)能否發(fā)生光電效應(yīng)，不取決于光的強度，而是取決于光的頻率．只要照射光的頻率大于該金屬的極限頻率，無論照射光強弱，均能發(fā)生光電效應(yīng)．【典例1】當用一束紫外線照射鋅板時，產(chǎn)生了光電效應(yīng)，這時()A．鋅板帶負電 B．有正離子從鋅板逸出C．有電子從鋅板逸出 D．鋅板會吸附空氣中的正離子解析：選C.發(fā)生光電效應(yīng)時，有光電子從鋅板中逸出，逸出光電子后的鋅板帶正電，對空氣中的正離子有排斥作用，C正確．【典例2】(多選)一單色光照到某金屬表面時，有光電子從金屬表面逸出，下列說法中正確的是()A．無論增大入射光的頻率還是增大入射光的強度，金屬的逸出功都不變B．只延長入射光照射時間，光電子的最大初動能將增大C．只增大入射光的頻率，光電子的最大初動能將增大D．只增大入射光的頻率，光電子逸出所經(jīng)歷的時間將縮短解析：選AC.金屬逸出功只與極限頻率有關(guān)，A正確．根據(jù)光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0可知，光電子的最大初動能由入射光的頻率和逸出功決定，只延長入射光照射時間，光電子的最大初動能將不變，B錯誤，C正確．發(fā)生光電效應(yīng)的條件是入射光的頻率大于截止頻率，光電子逸出所經(jīng)歷的時間幾乎同時，D錯誤．【典例3】(多選)現(xiàn)用某一光電管進行光電效應(yīng)實驗，當用某一頻率的光入射時，有光電流產(chǎn)生．下列說法正確的是()A．保持入射光的頻率不變，入射光的光強變大，飽和光電流變大B．入射光的頻率變高，飽和光電流變大C．入射光的頻率變高，光電子的最大初動能變大D．保持入射光的光強不變，不斷減小入射光的頻率，始終有光電流產(chǎn)生解析：選AC.產(chǎn)生光電效應(yīng)時，光的強度越大，單位時間內(nèi)逸出的光電子數(shù)越多，飽和光電流越大，說法A正確．飽和光電流大小與入射光的頻率無關(guān)，說法B錯誤．光電子的最大初動能隨入射光頻率的增加而增加，與入射光的強度無關(guān)，說法C正確．減小入射光的頻率，如低于極限頻率，則不能發(fā)生光電效應(yīng)，沒有光電流產(chǎn)生，說法D錯誤．【典例4】(多選)在光電效應(yīng)實驗中，用同一種單色光，先后照射鋅和銀的表面，都能發(fā)生光電效應(yīng)．對于這兩個過程，下列物理過程中一定不同的是()A．遏止電壓 B．飽和光電流C．光電子的最大初動能 D．逸出功解析：選ACD.同一束光照射不同的金屬，一定相同的是入射光的光子能量，不同金屬的逸出功不同，根據(jù)光電效應(yīng)方程Ekm＝hν－W0知，最大初動能不同，則遏止電壓不同，選項A、C、D正確；同一束光照射，單位時間內(nèi)射到金屬表面的光子數(shù)目相等，所以飽和光電流是相同的，選項B錯誤．【典例5】(多選)用如圖所示的光電管研究光電效應(yīng)的實驗中，用某種頻率的單色光a照射光電管陰極K，電流計G的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)．而用另一頻率的單色光b照射光電管陰極K時，電流計G的指針不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，那么()A．a(chǎn)光的頻率一定大于b光的頻率B．只增加a光的強度可使通過電流計G的電流增大C．增加b光的強度可能使電流計G的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)D．用a光照射光電管陰極K時通過電流計G的電流是由d到c解析：選AB.由于用單色光a照射光電管陰極K，電流計G的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，說明發(fā)生了光電效應(yīng)，而用另一頻率的單色光b照射光電管陰極K時，電流計G的指針不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，說明b光不能發(fā)生光電效應(yīng)，即a光的頻率一定大于b光的頻率；增加a光的強度可使單位時間內(nèi)逸出光電子的數(shù)量增加，則通過電流計G的電流增大；因為b光不能發(fā)生光電效應(yīng)，所以即使增加b光的強度也不可能使電流計G的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)；用a光照射光電管陰極K時通過電流計G的電子的方向是由d到c，所以電流方向是由c到d.選項A、B正確．考點二光電效應(yīng)方程及圖象的理解1．愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0hν：光子的能量W0：逸出功，即從金屬表面直接飛出的光電子克服原子核引力所做的功．Ek：光電子的最大初動能．2．四類圖象圖象名稱圖線形狀由圖線直接(間接)得到的物理量最大初動能Ek與入射光頻率ν的關(guān)系圖線①極限頻率：圖線與ν軸交點的橫坐標νc②逸出功：圖線與Ek軸交點的縱坐標的值W0＝|－E|＝E③普朗克常量：圖線的斜率k＝h顏色相同、強度不同的光，光電流與電壓的關(guān)系①遏止電壓Uc：圖線與橫軸的交點②飽和光電流Im：電流的最大值③最大初動能：Ekm＝eUc顏色不同時，光電流與電壓的關(guān)系①遏止電壓Uc1、Uc2②飽和光電流③最大初動能Ek1＝eUc1，Ek2＝eUc2=遏止電壓Uc與入射光頻率ν的關(guān)系圖線①截止頻率νc：圖線與橫軸的交點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量的乘積，即h＝ke.(注：此時兩極之間接反向電壓)應(yīng)用光電效應(yīng)方程時的注意事項(1)每種金屬都有一個截止頻率，光頻率大于這個截止頻率才能發(fā)生光電效應(yīng)．(2)截止頻率是發(fā)生光電效應(yīng)的最小頻率，對應(yīng)著光的極限波長和金屬的逸出功，即hν0＝heq\f(c,λ0)＝W0.(3)應(yīng)用光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0時，注意能量單位電子伏和焦耳的換算(1eV＝1.6×10－19J)．【典例6】在某次光電效應(yīng)實驗中，得到的遏止電壓Uc與入射光的頻率ν的關(guān)系如圖所示．若該直線的斜率和截距分別為k和b，電子電荷量的絕對值為e，則普朗克常量可表示為________，所用材料的逸出功可表示為________．解析：根據(jù)光電效應(yīng)方程Ekm＝hν－W0及Ekm＝eUc得Uc＝eq\f(hν,e)－eq\f(W0,e)，故eq\f(h,e)＝k，b＝－eq\f(W0,e)，得h＝ek，W0＝－eb.答案：ek－eb【典例7】(多選)某金屬在光的照射下產(chǎn)生光電效應(yīng)，其遏止電壓Uc與入射光頻率ν的關(guān)系圖象如圖所示．則由圖象可知()A．該金屬的逸出功等于hν0B．若已知電子電荷量e，就可以求出普朗克常量hC．遏止電壓是確定的，與照射光的頻率無關(guān)D．入射光的頻率為2ν0時，產(chǎn)生的光電子的最大初動能為hν0解析當遏止電壓為零時，最大初動能為零，則入射光的能量等于逸出功，所以W0＝hν0，A正確；根據(jù)光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0和－eUc＝0－Ek得，Uc＝eq\f(h,e)ν－eq\f(W0,e)，可知當入射光的頻率大于極限頻率時，遏止電壓與入射光的頻率呈線性關(guān)系，C錯誤；因為Uc＝eq\f(h,e)ν－eq\f(W0,e)，知圖線的斜率等于eq\f(h,e)，從圖象上可以得出斜率的大小，已知電子電荷量e，可以求出普朗克常量h，B正確；從圖象上可知逸出功W0＝hν0，根據(jù)光電效應(yīng)方程Ek＝h·2ν0－W0＝hν0，D正確．答案ABD【典例8】(多選)甲、乙兩種金屬發(fā)生光電效應(yīng)時，光電子的最大初動能與入射光頻率間的關(guān)系分別如圖中的a、b所示．下列判斷正確的是()A．圖線a與b不一定平行B．乙金屬的極限頻率大于甲金屬的極限頻率C．改變?nèi)肷涔鈴姸炔粫D線產(chǎn)生任何影響D．圖線的斜率是定值，與入射光和金屬材料均無關(guān)解析：選BCD.根據(jù)光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0＝hν－h(huán)ν0知，圖線的斜率表示普朗克常量，根據(jù)圖線斜率可得出普朗克常量，因此a與b一定平行，且兩斜率是固定值，與入射光和金屬材料皆無關(guān)系，A錯誤，D正確；橫軸截距表示最大初動能為零時的入射光頻率，此時的頻率等于金屬的極限頻率，由圖可知乙金屬的極限頻率大，故B正確；縱截距對應(yīng)ν＝0的時候，此時縱截距就是逸出功的相反數(shù)，根據(jù)W0＝hν0可求出，與入射光強度無關(guān)，C正確．【典例9】(多選)用同一光電管研究a、b兩種單色光產(chǎn)生的光電效應(yīng)，得到光電流I與光電管兩極間所加電壓U的關(guān)系如圖所示．則這兩種光()A．照射該光電管時，a光使其逸出的光電子最大初動能大B．從同種玻璃射入空氣發(fā)生全反射時，a光的臨界角大C．通過同一裝置發(fā)生雙縫干涉，a光的相鄰條紋間距大D．通過同一玻璃三棱鏡時，a光的偏折程度大解析：選BC.從b的反向遏止電壓更高可知b光頻率更高，使逸出的光電子最大初動能大，A錯誤．a(chǎn)光頻率低，則折射率小，臨界角大，B正確．a(chǎn)光頻率低，則波長長，干涉時相鄰條紋間距大，C正確．a(chǎn)光頻率低，折射率小，通過同一玻璃三棱鏡時，a光的偏折程度小，D錯誤．【典例10】從1907年起，美國物理學(xué)家密立根開始以精湛的技術(shù)測量光電效應(yīng)中幾個重要的物理量．他通過如圖所示的實驗裝置測量某金屬的遏止電壓Uc與入射光頻率ν，作出Uc－ν的圖象，由此算出普朗克常量h，并與普朗克根據(jù)黑體輻射測出的h相比較，以檢驗愛因斯坦方程的正確性．圖中頻率ν1、ν2，遏止電壓Uc1、Uc2及電子的電荷量e均為已知，求：(1)普朗克常量h；(2)該金屬的截止頻率ν0.解析：根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0及動能定理eUc＝Ek得Uc＝eq\f(h,e)ν－eq\f(h,e)ν0結(jié)合圖象知k＝eq\f(h,e)＝eq\f(Uc2－Uc1,ν2－ν1)＝eq\f(Uc1,ν1－ν0)普朗克常量h＝eq\f(eUc2－Uc1,ν2－ν1)，ν0＝eq\f(Uc2ν1－Uc1ν2,Uc2－Uc1).答案：(1)eq\f(eUc2－Uc1,ν2－ν1)(2)eq\f(Uc2ν1－Uc1ν2,Uc2－Uc1)考點三光的波粒二象性物質(zhì)波光既有波動性，又有粒子性，兩者不是孤立的，而是有機的統(tǒng)一體，其表現(xiàn)規(guī)律為：(1)從數(shù)量上看：個別光子的作用效果往往表現(xiàn)為粒子性；大量光子的作用效果往往表現(xiàn)為波動性．(2)從頻率上看：頻率越低波動性越顯著，越容易看到光的干涉和衍射現(xiàn)象；頻率越高粒子性越顯著，貫穿本領(lǐng)越強，越不容易看到光的干涉和衍射現(xiàn)象．(3)從傳播與作用上看：光在傳播過程中往往表現(xiàn)出波動性；在與物質(zhì)發(fā)生作用時往往表現(xiàn)為粒子性．(4)波動性與粒子性的統(tǒng)一：由光子的能量E＝hν、光子的動量表達式p＝eq\f(h,λ)也可以看出，光的波動性和粒子性并不矛盾：表示粒子性的能量和動量的計算式中都含有表示波的特征的物理量——頻率ν和波長λ.(5)理解光的波粒二象性時不可把光當成宏觀概念中的波，也不可把光當成宏觀概念中的粒子．【典例11】關(guān)于光的本性，下列說法正確的是()A．光既具有波動性，又具有粒子性，這是互相矛盾和對立的B．光的波動性類似于機械波，光的粒子性類似于質(zhì)點C．大量光子才具有波動性，個別光子只具有粒子性D．由于光既具有波動性，又具有粒子性，無法只用其中一種去說明光的—切行為，只能認為光具有波粒二象性解析：選D.光既具有波動性，又具有粒子性，但不同于宏觀的機械波和機械粒子，波動性和粒子性是光在不同的情況下的不同表現(xiàn)，是同一客體的兩個不同的側(cè)面、不同屬性，只能認為光具有波粒二象性，A、B、C錯誤，D正確．【典例12】(多選)如圖甲所示為實驗小組利用100多個電子通過雙縫后的干涉圖樣，可以看出每一個電子都是一個點；如圖乙所示為該小組利用70000多個電子通過雙縫后的干涉圖樣，為明暗相間的條紋．則對本實驗的理解正確的是()A．圖甲體現(xiàn)了電子的粒子性B．圖乙體現(xiàn)了電子的粒子性C．單個電子運動軌道是確定的D．圖乙中明條紋是電子到達概率大的地方解析：選AD.題圖甲中的每一個電子都是一個點，說明少數(shù)粒子體現(xiàn)粒子性，到達的位置不同，說明單個電子的運動軌道不確定，A正確，C錯誤；題圖乙中明暗相間的條紋說明大量的粒子表現(xiàn)為波動性，B錯誤；明條紋是電子到達概率大的地方，D正確．【典例13】(多選)實物粒子和光都具有波粒二象性．下列事實中突出體現(xiàn)波動性的是()A．電子束通過雙縫實驗裝置后可以形成干涉圖樣B．β射線在云室中穿過會留下清晰的徑跡C．人們利用慢中子衍射來研究晶體的結(jié)構(gòu)D．人們利用電子顯微鏡觀測物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)解析：選ACD.電子束具有波動性，通過雙縫實驗裝置后可以形成干涉圖樣，選項A正確.β射線在云室中高速運動時，徑跡又細又直，表現(xiàn)出粒子性，選項B錯誤．人們利用慢中子衍射來研究晶體的結(jié)構(gòu)，體現(xiàn)出波動性，選項C正確．電子顯微鏡是利用電子束工作的，體現(xiàn)了波動性，選項D正確．【典例14】如果一個電子的德布羅意波長和一個中子的相等，則它們的________也相等．A．速度 B．動能C．動量 D．總能量解析：選C.由德布羅意波長λ＝eq\f(h,p)知二者的動量應(yīng)相同，故C正確，由p＝mv可知二者速度不同，Ek＝eq\f(1,2)mv2＝eq\f(p2,2m)，二者動能不同，由E＝mc2可知總能量也不同，A、B、D均錯．1．（2022·河北·統(tǒng)考高考真題）如圖是密立根于1916年發(fā)表的鈉金屬光電效應(yīng)的遏止電壓Uc與入射光頻率ν的實驗曲線，該實驗直接證明了愛因斯坦光電效應(yīng)方程，并且第一次利用光電效應(yīng)實驗測定了普朗克常量hA．鈉的逸出功為hνc BC．圖中直線的斜率為普朗克常量h D．遏止電壓Uc與入射光頻率ν【答案】A【詳解】A．根據(jù)遏止電壓與最大初動能的關(guān)系有e根據(jù)電效應(yīng)方程有E當結(jié)合圖像可知，當Uc為0WA正確；B．鈉的截止頻率為νc，根據(jù)圖像可知，截止頻率小于8.5×1014C．結(jié)合遏止電壓與光電效應(yīng)方程可解得U可知，圖中直線的斜率表示he，CD．根據(jù)遏止電壓與入射光的頻率關(guān)系式可知，遏止電壓Uc與入射光頻率ν成線性關(guān)系，不是成正比，D故選A。2．（2023·浙江·高考真題）被譽為“中國天眼”的大口徑球面射電望遠鏡已發(fā)現(xiàn)660余顆新脈沖星，領(lǐng)先世界。天眼對距地球為L的天體進行觀測，其接收光子的橫截面半徑為R。若天體射向天眼的輻射光子中，有η(η<1)倍被天眼接收，天眼每秒接收到該天體發(fā)出的頻率為v的N個光子。普朗克常量為hA．4NL2hνR2η B【答案】A【詳解】設(shè)天體發(fā)射頻率為v光子的功率為P，由題意可知Pt其中t=1s，解得P故選A。3．（2023·山西·統(tǒng)考高考真題）銫原子基態(tài)的兩個超精細能級之間躍遷發(fā)射的光子具有穩(wěn)定的頻率，銫原子鐘利用的兩能級的能量差量級為10-5eV，躍遷發(fā)射的光子的頻率量級為（普朗克常量h=6.63×10-A．103Hz B．106Hz C．109Hz D．1012Hz【答案】C【詳解】銫原子利用的兩能極的能量差量級對應(yīng)的能量為ε由光子能量的表達式ε=hν躍遷發(fā)射的光子的頻率量級為109Hz。故選C。4．（2021·江蘇·高考真題）如圖所示，分別用1、2兩種材料作K極進行光電效應(yīng)探究，其截止頻率ν1<ν2，保持入射光不變，則光電子到達A極時動能的最大值A(chǔ)．B．C． D．【答案】C【詳解】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)方程可知光電子到達A極時動能的最大值E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<故選C。5．（2022·全國·統(tǒng)考高考真題）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=6.63×10-34Js。R約為（

）A．1×102m B．3×102m C．6×102m D．9×102m【答案】B【詳解】一個光子的能量為E=hνν為光的頻率，光的波長與頻率有以下關(guān)系c=λν光源每秒發(fā)出的光子的個數(shù)為nP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，那么此處的球面的表面積為S=4πR2則n聯(lián)立以上各式解得R≈3×102m故選B。6．（2018·全國·高考真題）用波長為300nm的光照射鋅板，電子逸出鋅板表面的最大初動能為1.28×10-19J。已知普朗克常量為A．1×1014Hz B．8×1014Hz C．2×1015Hz D．8×1015Hz【答案】B【詳解】根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程E當ν最小時h代入數(shù)值可得ν故B正確，ACD錯誤。故選B。7．（多選）（2022·天津·高考真題）不同波長的電磁波具有不同的特性，在科研、生產(chǎn)和生活中有廣泛的應(yīng)用。a、b兩單色光在電磁波譜中的位置如圖所示。下列說法正確的是（）A．若a、b光均由氫原子能級躍遷產(chǎn)生，產(chǎn)生a光的能級能量差大B．若a、b光分別照射同一小孔發(fā)生衍射，a光的衍射現(xiàn)象更明顯C．若a、b光分別照射同一光電管發(fā)生光電效應(yīng)，a光的遏止電壓高D．若a、b光分別作為同一雙縫干涉裝置光源時，a光的干涉條紋間距大【答案】BD【詳解】由圖中a、b兩單色光在電磁波譜中的位置，判斷出a光的波長λa大于b光的波長λb，a光的頻率νa小于bA．若a、b光均由氫原子能級躍遷產(chǎn)生，根據(jù)玻爾原子理論的頻率條件h可知產(chǎn)生a光的能級能量差小，故A錯誤；B．若a、b光分別照射同一小孔發(fā)生衍射，根據(jù)發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件，a光的衍射現(xiàn)象更明顯，故B正確；C．在分別照射同一光電管發(fā)生光電效應(yīng)時，根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程e可知a光的遏止電壓低，故C錯誤；D．a(chǎn)、b光分別作為同一雙縫干涉裝置光源時，相鄰兩條亮紋或暗紋的中心間距Δ可知a光的干涉條紋間距大，故D正確。故選BD。8．（多選）（2023·海南·統(tǒng)考高考真題）已知一個激光發(fā)射器功率為P，發(fā)射波長為λ的光，光速為c，普朗克常量為h，則（

）A．光的頻率為cλ B．光子的能量為C．光子的動量為hλ D．在時間t內(nèi)激光器發(fā)射的光子數(shù)為【答案】AC【詳解】A．光的頻率ν選項A正確；B．光子的能量E選項B錯誤；C．光子的動量p選項C正確；D．在時間t內(nèi)激光器發(fā)射的光子數(shù)n選項D錯誤。故選AC。9．（多選）（2023·浙江·統(tǒng)考高考真題）有一種新型光電效應(yīng)量子材料，其逸出功為W0。當紫外光照射該材料時，只產(chǎn)生動能和動量單一的相干光電子束。用該電子束照射間距為d的雙縫，在與縫相距為L的觀測屏上形成干涉條紋，測得條紋間距為?x。已知電子質(zhì)量為m，普朗克常量為h，光速為c，則（

）A．電子的動量pe=hC．光子的能量E=W0【答案】AD【詳解】根據(jù)條紋間距公式Δ可得λA．根據(jù)p可得p故A正確；B．根據(jù)動能和動量的關(guān)系E結(jié)合A選項可得E故B錯誤；C．光子的能量E故C錯誤；D．光子的動量p光子的能量E聯(lián)立可得p則光子的動量p故D正確。故選AD。10．（2023·江蘇·統(tǒng)考高考真題）“夸父一號”太陽探測衛(wèi)星可以觀測太陽輻射的硬X射線。硬X射線是波長很短的光子，設(shè)波長為λ。若太陽均勻地向各個方向輻射硬X射線，衛(wèi)星探測儀鏡頭正對著太陽，每秒接收到N個該種光子。已知探測儀鏡頭面積為S，衛(wèi)星離太陽中心的距離為R，普朗克常量為h，光速為c，求：（1）每個光子的動量p和能量E；（2）太陽輻射硬X射線的總功率P。【答案】（1）p=hλ，E=h【詳解】（1）由題意可知每個光子的動量為p每個光子的能量為E（2）太陽均勻地向各個方向輻射硬X射線，根據(jù)題意設(shè)t秒發(fā)射總光子數(shù)為n，則n可得n所以t秒輻射光子的總能量W太陽輻射硬X射線的總功率P1．在光電效應(yīng)的實驗結(jié)果中，與光的波動理論不矛盾的是()A．光電效應(yīng)是瞬時發(fā)生的B．所有金屬都存在極限頻率C．光電流隨著入射光增強而變大D．入射光頻率越大，光電子最大初動能越大解析：選C.光具有波粒二象性，即光既具有波動性又具有粒子性．光電效應(yīng)證實了光的粒子性．因為光子的能量是一份一份的，不能積累，所以光電效應(yīng)具有瞬時性，這與光的波動性矛盾，A項錯誤；同理，因為光子的能量不能積累，所以只有當光子的頻率大于金屬的極限頻率時，才會發(fā)生光電效應(yīng)，B項錯誤；光強增大時，光子數(shù)量和能量都增大，所以光電流會增大，這與波動性無關(guān)，C項正確；一個光電子只能吸收一個光子，所以入射光的頻率增大，光電子吸收的能量變大，所以最大初動能變大，D項錯誤．2．(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，它們的德布羅意波長也相等解析：選AB.光電效應(yīng)現(xiàn)象、黑體輻射的實驗規(guī)律都可以用光的粒子性解釋，選項A正確、選項C錯誤；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，選項B正確；由德布羅意波長公式λ＝eq\f(h,p)和p2＝2m·Ek知動能相等的質(zhì)子和電子動量不同，德布羅意波長不相等，選項D錯誤．3．(多選)產(chǎn)生光電效應(yīng)時，關(guān)于逸出光電子的最大初動能Ek，下列說法正確的是()A．對于同種金屬，Ek與照射光的強度無關(guān)B．對于同種金屬，Ek與照射光的波長成反比C．對于同種金屬，Ek與光照射的時間成正比D．對于同種金屬，Ek與照射光的頻率成線性關(guān)系解析：選AD.根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0.可得：Ek與照射光的強度和照射時間無關(guān)，與照射光的頻率成線性關(guān)系，與波長不成反比，所以A、D正確，B、C錯誤．4．在利用光電管研究光電效應(yīng)的實驗中，入射光照到某金屬表面上發(fā)生光電效應(yīng)，若入射光的強度減弱，而頻率保持不變，那么()A．從光照射到金屬表面到發(fā)射出光電子之間的時間間隔將明顯增加B．飽和光電流將會減弱C．遏止電壓將會減小D．有可能不再發(fā)生光電效應(yīng)解析：選B.發(fā)生光電效應(yīng)時，若入射光的強度減弱，而頻率保持不變，則從光照射到金屬表面到發(fā)射出光電子之間的時間間隔將保持不變，選項A錯誤；入射光的強度減弱，則單位時間內(nèi)逸出的光電子的數(shù)目將減小，則飽和光電流將會減弱，選項B正確；根據(jù)eUc＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,m)，入射光的頻率不變，則最大初動能不變，則遏止電壓不變，選項C錯誤；因為光電效應(yīng)能否發(fā)生取決于光的頻率，故仍能發(fā)生光電效應(yīng)，選項D錯誤．5．(多選)下列說法正確的是()A．用光照射某種金屬，有光電子從金屬表面逸出，如果光的頻率不變，而減弱光的強度，則逸出的光電子數(shù)減少，光電子的最大初動能不變B．X射線的衍射實驗，證實了物質(zhì)波假設(shè)是正確的C．發(fā)生光電效應(yīng)時，光電子的最大初動能與入射光的頻率成正比D．在康普頓效應(yīng)中，當入射光子與晶體中的電子碰撞時，把一部分動量轉(zhuǎn)移給電子，因此光子散射后波長變長解析：選AD.根據(jù)光電效應(yīng)方程可知，光電子的最大初動能與入射光的頻率有關(guān)，與入射光的強度無關(guān)，選項A正確；電子的衍射說明粒子具有波動性，證實了物質(zhì)波的存在，選項B錯誤；根據(jù)光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0，可知光電子的最大初動能與入射光的頻率有關(guān)，是線性關(guān)系，不是成正比，選項C錯誤；在康普頓效應(yīng)中，當入射光子與晶體中的電子碰撞時，把一部分動量轉(zhuǎn)移給電子，則動量減小，根據(jù)λ＝eq\f(h,p)知波長變長，選項D正確．6．如圖所示電路可研究光電效應(yīng)的規(guī)律．圖中標有A和K的為光電管，其中K為陰極，A為陽極．理想電流計可檢測通過光電管的電流，理想電壓表用來指示光電管兩端的電壓．現(xiàn)接通電源，用光子能量為10.5eV的光照射陰極K，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，電流計的讀數(shù)逐漸減小，當滑至某一位置時電流計的讀數(shù)恰好為零，讀出此時電壓表的示數(shù)為6.0V；現(xiàn)保持滑片P位置不變，光電管陰極材料的逸出功為________，若增大入射光的強度，電流計的讀數(shù)________(填“為零”或“不為零”)．解析：根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程得：Ek＝hν－W，Ek＝Ue＝6eV，解得逸出功W＝10.5eV－6eV＝4.5eV，若增大入射光的強度，電流計的讀數(shù)仍為零．答案：4.5eV為零7．(1)已知光速為c，普朗克常量為h，則頻率為ν的光子的動量為________．用該頻率的光垂直照射平面鏡，光被鏡面全部垂直反射回去，則光子在反射前后動量改變量的大小為________．(2)幾種金屬的逸出功W0見下表：金屬鎢鈣鈉鉀銣W0(×10－19J)7.265.123.663.603.41用一束可見光照射上述金屬的表面，請通過計算說明哪些金屬能發(fā)生光電效應(yīng)．已知該可見光的波長的范圍為4.0×10－7～7.6×10－7m，普朗克常量h＝6.63×10－34J·s.解析：(1)光子的動量為p＝eq\f(h,λ)，光速c＝λν，所以動量p＝eq\f(hν,c)，動量的變化量Δp＝p2－p1＝eq\f(hν,c)－eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(－\f(hν,c)))＝eq\f(2hν,c).(2)光束中光子的最大能量E＝eq\f(hc,λ)＝eq\f(6.63×10－34×3×108,4×10－7)J＝4.97×10－19J，大于鈉、鉀、銣的逸出功，即鈉、鉀、銣可以發(fā)生光電效應(yīng)．答案：(1)eq\f(hν,c)eq\f(2hν,c)(2)鈉、鉀、銣8．研究光電效應(yīng)的電路如圖所示，用頻率相同、強度不同的光分別照射密封真空管的鈉極板(陰極K)，鈉極板發(fā)射出的光電子被陽極A吸收，在電路中形成光電流．則在如圖所示的光電流I與A、K之間的電壓UAK的關(guān)系圖象中，正確的是()解析：選C.光電子的最大初動能與入射光的頻率有關(guān)，與光照強度無關(guān)，因此在入射光頻率相同的情況下，遏止電壓相同，在能發(fā)生光電效應(yīng)的前提下，光電流隨著光照強度增大而增大，C正確．A、B表示入射光頻率相同的情況下，遏止電壓不相同，均錯誤．D表示在發(fā)生光電效應(yīng)時，光電流隨著光照強度增大而減小，D錯誤．9．如圖所示，真空中有一平行板電容器，兩極板分別用鋅板和銅板制成(鋅板和銅板的截止頻率分別為ν1和ν2，且ν1＜ν2)，極板的面積為S，間距為d.鋅板與靈敏靜電計相連，鋅板和銅板原來都不帶電．現(xiàn)用頻率為ν(ν1＜ν＜ν2)的單色光持續(xù)照射兩板內(nèi)表面，假設(shè)光電子全部到達另一極板，則電容器的最終帶電荷量Q正比于()A.eq\f(d,S)(ν1－ν) B.eq\f(d,S)(ν1－ν2)C.eq\f(S,d)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(ν－ν1,νν1))) D.eq\f(S,d)(ν－ν1)解析：選D.現(xiàn)用頻率為ν(ν1＜ν＜ν2)的單色光持續(xù)照射兩板內(nèi)表面，根據(jù)光電效應(yīng)的條件，知該單色光照射鋅板能發(fā)生光電效應(yīng)，照射銅板不能發(fā)生光電效應(yīng)．通過光電效應(yīng)方程知，光電子的最大初動能Ekm＝hν－h(huán)ν1.臨界狀態(tài)是電子減速到負極板時速度剛好為零．根據(jù)動能定理有eU＝Ekm＝hν－h(huán)ν1.平行板電容器的電容C∝eq\f(S,d)，而Q＝CU，所以Q∝eq\f(S,d)(ν－ν1)，故D正確．10．愛因斯坦提出了光量子概念并成功地解釋光電效應(yīng)的規(guī)律而獲得1921年的諾貝爾物理學(xué)獎。某種金屬逸出光電子的最大初動能Ekm與入射光頻率ν的關(guān)系如圖2所示，其中ν

A．當入射光頻率ν<B．該金屬的逸出功與入射光頻率ν有關(guān)C．最大初動能EkmD．圖中直線的斜率為普朗克常量h【答案】D【詳解】根據(jù)光電效應(yīng)方程可得E可知當入射光頻率ν<ν0時，不會產(chǎn)生光電效應(yīng)現(xiàn)象，不會逸出光電子；該金屬的逸出功只由金屬材料本身決定，與入射光頻率ν無關(guān)；最大初動能E故選D。11．如圖所示為光電效應(yīng)實驗的電路圖，用P光照射K極時，電流表有示數(shù)。改用照射強度與P光相同的Q光照射時，電流表示數(shù)為零，則（

）

A．Q光頻率大于P光頻率B．Q光頻率一定小于金屬電極K的截止頻率C．增大Q光照射強度，可使電流表示數(shù)不為零D．用Q光照射時，減小電源電壓，電流表示數(shù)可能不為零【答案】D【詳解】A．P光照射電流表有示數(shù)，Q光照射無示數(shù)，由此可知，Q光頻率小于P光頻率，A錯誤；BC．由電路圖可知，所加電壓為反向電壓，Q光照射K極可能不發(fā)生光電效應(yīng)，也可能發(fā)生光電效應(yīng)，故Q光頻率可能大于金屬電極K的截止頻率；若發(fā)生光電效應(yīng)則增大Q光照射強度不能改變所產(chǎn)生光電子的初動能，故電流表示數(shù)依然示數(shù)為零，BC錯誤；D．用Q光照射時，減小電源電壓，電場力對光電子做功減小，若Ek0>qU，有光電子到達故選D。12．愛因斯坦的光子說成功解釋了光電效應(yīng)實驗中的各種實驗現(xiàn)象，下面是與光電效應(yīng)實驗有關(guān)的四幅圖，下列說法正確的是（

）A．在圖1裝置中如果先讓鋅板帶負電，再用紫外線燈照射鋅板，則驗電器的張角變大B．由圖2可知，黃光越強，光電流越大，說明光子的能量與光強有關(guān)C．由圖3可知，當入射光頻率大于v2D．由圖3和圖4可知，對同一種金屬來說圖中的v【答案】C【詳解】A．先讓鋅板帶負電，再用紫外線燈照射鋅板，由于光電效應(yīng)電子從金屬板上飛出，鋅板負電荷減少張角變小，如果紫外線燈繼續(xù)照射鋅板，就會使鋅板帶正電，驗電器的張角又增大，A錯誤；B．由光子的能量公式E可知，光子的能量只與光的頻率有關(guān)，與光的強度無關(guān)，B錯誤；CD．根據(jù)公式E可得U可知vv2為該金屬的截止頻率，C正確，D故選C。13．（多選）如圖1所示是一款光電煙霧探測器的原理圖。當有煙霧進入時，來自光源S的光被煙霧散射后進入光電管C，光射到光電管中的鈉表面時會產(chǎn)生光電流。如果產(chǎn)生的光電流大于10-8A，便會觸發(fā)報警系統(tǒng)。金屬鈉的遏止電壓Uc隨入射光頻率

A．要使該探測器正常工作，光源S發(fā)出的光波波長不能小于5.0×B．圖2中圖像斜率的物理意義為普朗克常量hC．觸發(fā)報警系統(tǒng)時鈉表面每秒釋放出的光電子數(shù)最少是N=6.25×D．通過調(diào)節(jié)光源發(fā)光的強度來調(diào)整光電煙霧探測器的靈敏度是可行的【答案】CD【詳解】A．根據(jù)題意可知金屬的截止頻率為ν則有λ所以光源S發(fā)出的光波波長不能大于5.0×10-7B．根據(jù)遏制電壓與光電子的最大初動能之間的關(guān)系，同時結(jié)合愛因斯坦的光電效應(yīng)方程可得e整理得U由此可得圖像的斜率為he，BC．當光電流等于10-NC正確；D．當光源S發(fā)出的光能使光電管發(fā)生光電效應(yīng)，則光源越強，被煙霧散射進入光電管的光就越多，越容易探測到煙霧，也就是說光電煙霧探測器靈敏度越高，即通過調(diào)節(jié)光源發(fā)光的強度來調(diào)整光電煙霧探測器的靈敏度是可行的，D正確；故選CD。14．（多選）如圖是研究光電效應(yīng)的實驗裝置，O點是滑動變阻器的中點，變阻器阻值隨滑片位置均勻變化。用某單色光照射時，能夠發(fā)生光電效應(yīng)。若電源電動勢為20V，內(nèi)阻不計?；瑒幼冏杵鏖L為10cm，當滑片P距離a端4cm時，微安表示數(shù)恰為0，則（

）

A．當滑片P從此位置向左滑動時，微安表有電流B．當滑片P從此位置向右滑動時，微安表有電流C．光電子最大初動能為2eVD．光電子最大初動能為8eV【答案】BC【詳解】當滑片P距離a端4cm時，微安表示數(shù)恰為0，可知此時兩極板間的電壓為遏止電壓，且滑片P距離O點1cm；則遏止電壓大小為UA．當劃片P從此位置向左滑動時，所加反向電壓增大，微安表無電流，故A錯誤；B．當滑片P從此位置向右滑動時，所加反向電壓減小，當滑片P位于O點右端時，所加電壓為正向電壓，微安表有電流，故B正確；CD．根據(jù)動能定理可得-可得光電子最大初動能為E故C正確，D錯誤。故選BC。15．（多選）如圖所示，這是一個研究光電效應(yīng)的電路圖，下列敘述中正確的是（）

A．只調(diào)換電源的極性（同時調(diào)整電壓表），移動滑片P，當電流表示數(shù)為零時，電壓表示數(shù)為遏止電壓Uc的數(shù)值B．保持光照條件不變，滑片P向右滑動的過程中，電流表示數(shù)可能不變C．不改變光束顏色和電路，增大入射光束強度，電流表示數(shù)會增大D．陰極K需要預(yù)熱，光束照射后需要一定的時間才會有光電流【答案】ABC【詳解】A．只調(diào)換電源的極性（同時調(diào)整電壓表），此時光電管加反向電壓，移動滑片P，當電流表示數(shù)為零時，電壓表示數(shù)為遏止電壓Uc的數(shù)值，選項A正確；B．保持光照條件不變，滑片P向右滑動的過程中，光電管兩端電壓變大，則光電流變大，若達到飽和光電流，則電流表示數(shù)會不變，選項B正確；C．不改變光束顏色和電路，增大入射光束強度，則單位時間逸出光電子數(shù)增加，則光電流變大，電流表示數(shù)會增大，選項C正確；D．光束照射后不需要一定的時間，幾乎同時有光電流，故D錯誤。故選ABC。16．（多選）某同學(xué)采用如圖所示的實驗裝置研究光電效應(yīng)現(xiàn)象。當用某單色光照射光電管的陰極K時，會發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象。閉合開關(guān)S，在陽極A和陰極K之間加上反向電壓，通過調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片逐漸增大電壓，直至電流計中電流恰為零，此時電壓表的電壓值U稱為遏止電壓?，F(xiàn)分別用頻率為ν1和ν2的單色光照射陰極，測量到遏止電壓分別為U1和U2，設(shè)電子質(zhì)量為m、電荷量為

A．用頻率為ν1的光照射時，光電子的最大初速度B．陰極K金屬的逸出功WC．陰極K金屬的極限頻率νD．普朗克常量h【答案】BD【詳解】A．光電子在反向電場中減速運動，根據(jù)動能定理有-則可得用頻率為ν1v故A錯誤；BCD．根據(jù)愛因斯坦的光電效應(yīng)方程有ee可得金屬的逸出功W0=h可得普朗克常量h而根據(jù)W可得陰極K金屬的極限頻率ν故BD正確，C錯誤。故選BD。17．研究光電效應(yīng)實驗的電路如甲圖所示，實驗中光電流與電壓的關(guān)系如乙圖所示。乙圖中①、②兩束入射光較強的是光束（選填“①”或“②”）；光束①比光束③的頻率（選填“大”或“小”或“相等”）；用光束①照射K極時，逸出的光電子的最大初動能Ek=（已知電子電量為【答案】①小e【詳解】[1]由圖乙可知，光束①照射K極產(chǎn)生的飽和光電流比②的大，根據(jù)光電效應(yīng)規(guī)律：用光照射金屬發(fā)生光電效應(yīng)，光的強度越強，產(chǎn)生的光電子數(shù)目就越多，對應(yīng)的光電流越大，故入射光較強的是光束①。[2]根據(jù)光電效應(yīng)方程可得E由圖可知光束③的遏止電壓大，故光束①比光束③的頻率小。[3]用光束①照射K極時