（新课改省份专用）2022年高考物理一轮复习 第十五章 第1节 光电效应 波粒二象性学案（含解析）

（新课改省份专用）2022年高考物理一轮复习 第十五章 第1节 光电效应 波粒二象性学案（含解析）新课程标准核心知识提炼1.了解人类探索原子结构的历史。知道原子核式结构模型。通过对氢原子光谱的分析，了解原子的能级结构。2.了解原子核的组成和核力的性质。知道四种基本相互作用。能根据质量数守恒和电荷守恒写出核反应方程。3.了解放射性和原子核衰变。知道半衰期及其统计意义。了解放射性同位素的应用，知道射线的危害与防护。4.认识原子核的结合能，了解核裂变反应和核聚变反应。关注核技术应用对人类生活和社会发展的影响。5.了解人类对物质结构的探索历程。6.通过实验，了解光电效应现象。能根据实验结论说明光的波粒二象性。知道爱因斯坦光电效应方程及其意义。7.知道实物粒子具有波动性，了解微观世界的量子化现象。体会量子论的建立对人们认识物质世界的影响。原子核式结构模型氢原子光谱原子的能级结构原子核的组成核力的性质四种基本相互作用核反应方程放射性和原子核衰变半衰期放射性同位素结合能核裂变反应和核聚变反应光的波粒二象性光电效应现象爱因斯坦光电效应方程第1节光电效应波粒二象性一、光电效应1光电效应现象：在光的照射下金属中的电子从金属表面逸出的现象 注1，称为光电效应，发射出来的电子称为光电子。2光电效应的四个规律(1)每种金属都有一个极限频率。(2)光照射到金属表面时，光电子的发射几乎是瞬时的。 (3)光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光的频率增大而增大。(4)光电流的强度与入射光的强度成正比。注23遏止电压与截止频率(1)遏止电压：使光电流减小到零的反向电压Uc。(2)截止频率：能使某种金属发生光电效应的最小频率叫做该种金属的截止频率(又叫极限频率)。不同的金属对应着不同的极限频率。二、爱因斯坦光电效应方程1光子说在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光的能量子，简称光子，光子的能量h。其中h6.631034 Js。(称为普朗克常量)2逸出功W0使电子脱离某种金属所做功的最小值。注33最大初动能发生光电效应时，金属表面上的电子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(1)表达式：EkhW0。(2)物理意义：金属表面的电子吸收一个光子获得的能量是h，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光电子的最大初动能Ekmev2。三、光的波粒二象性1光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有波动性。2光电效应说明光具有粒子性。3光既具有波动性，又具有粒子性，称为光的波粒二象性。【注解释疑】注1 光电效应现象可认为是光子把原子最外层的电子撞了出来，是一对一的关系，而且是瞬时的。注2 光照强度决定着每秒钟光源发射的光子数，频率决定着每个光子的能量。注3 金属越活跃，逸出功越小，越容易发生光电效应。深化理解1每种金属都有一个极限频率，入射光的频率不低于这个极限频率才能使金属产生光电效应。2当入射光的频率大于极限频率时，饱和光电流的强度与入射光的强度成正比。3遏止电压Uc与入射光频率、逸出功W0间的关系式：Uc。4截止频率c与逸出功W0的关系：hcW00，据此求出截止频率c。基础自测一、判断题(1)光子和光电子都是实物粒子。()(2)只要入射光的强度足够强，就可以使金属发生光电效应。()(3)要想在光电效应实验中测到光电流，入射光子的能量必须大于金属的逸出功。()(4)光电子的最大初动能与入射光子的频率成正比。()(5)光的频率越高，光的粒子性越明显，但仍具有波动性。()(6)德国物理学家普朗克提出了量子假说，成功地解释了光电效应规律。()二、选择题1人教版选修35 P30演示实验改编(多选)如图所示，用导线把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锌板带负电答案：BC2在光电效应实验中，用波长为的光照射光电管阴极，发生了光电效应，下列说法正确的是()A仅增大入射光的强度，光电流大小不变 B仅减小入射光的强度，光电效应现象可能消失 C改用波长大于的光照射，光电子的最大初动能变大 D改用波长大于的光照射，可能不发生光电效应解析：选D当发生光电效应时，增大入射光的强度，则光电流会增大，故A错误；入射光的频率不低于金属的极限频率，就会发生光电效应，与入射光的强度无关，故B错误；在光电效应中，根据光电效应方程知，EkmW0，改用波长大于的光照射，光电子的最大初动能变小，或者可能不发生光电效应，故C错误，D正确。高考对本节内容的考查，主要集中在对光电效应的理解、爱因斯坦的光电效应方程及应用、 对波粒二象性的理解，通常以选择题的形式呈现，对这些内容主要靠在理解的基础上进行识记，所以题目难度一般都不大。考点一对光电效应的理解基础自修类题点全练1.光电效应的产生条件如图所示是光电管的原理图，已知当有波长为0的光照到阴极K上时，电路中有光电流，则()A若增加电路中电源电压，电路中光电流一定增大B若将电源极性反接，电路中一定没有光电流产生C若换用波长为1(10)的光照射阴极K时，电路中一定没有光电流D若换用波长为2(20)的光的频率有可能大于极限频率，电路中可能有光电流，故C错误；波长为2(2b，则一定有Uab，则一定有EkaEkbC若UaUb，则一定有Ekab，则一定有haEkahbEkb解析：选BC设该金属的逸出功为W，根据爱因斯坦光电效应方程有EkhW，同种金属的W不变，则逸出光电子的最大初动能随的增大而增大，B项正确；又EkeU，则最大初动能与遏止电压成正比，C项正确；根据上述有eUhW，遏止电压U随增大而增大，A项错误；又有hEkW，W相同，则D项错误。2光电效应的Ek-图像用如图甲所示的装置研究光电效应现象。闭合开关S，用频率为的光照射光电管时发生了光电效应。图乙是该光电管发生光电效应时光电子的最大初动能Ek与入射光频率的关系图像，图线与横轴的交点坐标为(a,0)，与纵轴的交点坐标为(0，b)。下列说法正确的是()A普朗克常量为hB断开开关S后，电流表G的示数不为零C仅增加照射光的强度，光电子的最大初动能将增大D保持照射光强度不变，仅提高照射光频率，电流表G的示数保持不变解析：选B由EkhW0，可知图线的斜率为普朗克常量，即h，故A错误；断开开关S后，仍有光电子产生，所以电流表G的示数不为零，故B正确；只有增大入射光的频率，才能增大光电子的最大初动能，与光的强度无关，故C错误；保持照射光强度不变，仅提高照射光频率，单个光子的能量增大，而光的强度不变，那么光子数一定减少，发出的光电子数也减少，电流表G的示数要减小，故D错误。3光电效应的I -U图像(多选)用甲、乙两种单色光照射同一金属做光电效应实验，发现光电流与电压的关系如图所示。已知普朗克常量为h，被照射金属的逸出功为W0，遏止电压为Uc，电子的电荷量为e。下列说法正确的是()A甲光的强度大于乙光的强度B甲光的频率大于乙光的频率C甲光照射时产生的光电子初动能均为eUcD乙光的频率为解析：选AD根据光的强度越强，则光电子数目越多，对应的光电流越大，即可判定甲光的强度较大，选项A正确；由光电效应方程mv2hW0，mv2Uce，结合题图可知，甲、乙的遏止电压相同，故甲、乙的频率相同，选项B错误；甲光照射时产生的光电子的最大初动能为eUc，选项C错误；根据mv2hW0Uce，可得，选项D正确。考点三对波粒二象性的理解基础自修类题点全练1波粒二象性的理解(多选)实物粒子和光都具有波粒二象性。下列事实中突出体现波动性的是()A电子束通过双缝实验装置后可以形成干涉图样B射线在云室中穿过会留下清晰的径迹C人们利用慢中子衍射来研究晶体的结构D人们利用电子显微镜观测物质的微观结构解析：选ACD干涉和衍射体现的是波动性，A、C正确；射线在云室中留下清晰的径迹，体现的是粒子性，不能体现波动性，B错误；电子显微镜利用电子束衍射工作，体现的是波动性，D正确。2光子的能量(2017北京高考)2017年年初，我国研制的“大连光源”极紫外自由电子激光装置，发出了波长在100 nm(1 nm109 m)附近连续可调的世界上最强的极紫外激光脉冲。“大连光源”因其光子的能量大、密度高，可在能源利用、光刻技术、雾霾治理等领域的研究中发挥重要作用。一个处于极紫外波段的光子所具有的能量可以电离一个分子，但又不会把分子打碎。据此判断，能够电离一个分子的能量约为(取普朗克常量h6.61034 Js，真空光速c3108 m/s)()A1021 J B1018 JC1015 JD1012 J解析：选B光子的能量Eh，c，联立解得E21018 J，B项正确。名师微点光的波粒二象性的规律1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。2从频率上看：频率越低波动性越显著，越容易看到光的干涉和衍射现象；频率越高粒子性越显著，贯穿本领越强，越不容易看到光的干涉和衍射现象。3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为粒子性。4波动性与粒子性的统一：由光子的能量Eh、光子的动量表达式p也可以看出，光的波动性和粒子性并不矛盾，表示粒子性的能量和动量的计算式中都含有表示波的特征的物理量频率和波长。