光电效应波粒二象性

光电效应波粒二象性【基础回顾】考点内容要求考纲解读光电效应I1 .扣道什由是光电效应， 理解光电效应的实验规律.2 .会利用光电效应方程计 算逸出功、极限频率、最大 初动能等物理量.土知道光的波粒二象性， 知道物质波的概念.爱因斯坦光物应方程I考点一 光电效应现象和光电效应方程的应用1. 对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。2. 两条对应关系光强大一光子数目多一发射光电子多一光电流大；光子频率高一光子能量大一光电子的最大初动能大。3. 定量分析时应抓住三个关系式爱因斯坦光电效应方程：Ek = hv W0。(2)最大初动能与遏止电压的关系：Ek=eUc。逸出功与极限频率的关系：W0 = hv0。考点二对光的波粒二象性、物质波的考查光既具有波动性，又具有粒子性，两者不是孤立的，而是有机的统一体，其表 现规律为：(1) 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) 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，越不容易看到光的干涉和衍射现象，而贯穿本领越强。(3) 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。【技能方法】1. 光电效应的图象分析两条线索(1) 通过频率分析：光子频率高一光子能量大一产生光电子的最大初动能大.(2) 通过光的强度分析：入射光强度大一光子数目多一产生的光电子多一光电流大图彖名称图线形状由图线直接（间接）得 到的物理重最大初动能正与瓦射光频率的关系图线&-Ezrt, 极限频率：图绣与 轴交点的横坐标匚 逸出功：图线与瓦轴 交点的纵坐标的值 庠=|石|= 晋朗克常童=图妓的 斜率Jc=A颜色相同气强度 不同的光，光电 流与电压的美 系1.L a强光（ii? 舟府光（黄j 遏止电压如图线与 横轴的交点 饱和光电流&电流 的最大值 最人初动能=&=W颜色不同时，光 电流与电压的 关系:一黄咒 zlL-敢比 遏止电压认一、邕 饱和光电流 最大初动能孩=IE. AV遏止电压巨与 入射疲率 的关系图线截止频率七图线与 横轴的交点幼曷止电由电随入射 光频率的增大而增大 普朗克常重血等于 图线的斜率与电子电重0的乘积|即为=上方（注: 此时两极之间接反向电 压）【基础达标】1 .关于光电效应，下列说法正确的是：（）A. 光照时间越长光电流越大B. 入射光的光强一定时，频率越高，单位时间内逸出的光电子数就越多C. 金属钠的每个电子可以吸收一个或一个以上的光子，当它积累的动能最够大 时，就能逸出金属D. 不同频率的光照射同一种金属时，频率越高，光电子的最大初动能越大【答案】D【解析】在发生光电效应的情况下，入射光的强度越高，单位时间内发出光电子的数目 越多，光电流才越大，与光照时间长短无关，故A错误.入射光的光强一定时，频 率越高，单位时间内逸出的光电子数就越少.故B错误.每个电子可以吸收一个光 子，当它入射光的能量大于逸出功，就能逸出金属.故 C错误.根据光电效应方程 得Ekm=hv-W0当频率越高，光电子的最大初动能越大，故D正确.故选D.2. 某光源发出的光由不同波长的光组成，不同波长的光的强度如图所示，表中给出 了一些材料的极限波长，用该光源发出的光照射表中材料：（）A. 仅钠能产生光电子B. 仅钠、铜能产生光电子C. 仅铜、铂能产生光电子D .都能产生光电子【答案】D【解析】根据爱因斯坦光电效应方程可知，只有光源的波长小于某金属的极限波长，就 有光电子逸出，该光源发出的光的波长有小于100nm，小于钠、铜、铂三个的极限 波长，都能产生光电子，故D正确，A、B、C错误。3. （多选）在光电效应实验中，用同一种单色光，先后照射锌和银的表面，都能产 生光电效应。对于这两个过程。下列四个物理量中，一定不同的是：（）A. 遏制电压B.饱和光电流C.光电子的最大初动能D .逸出功【答案】ACD【解析】hv-W0U=不同的金属具有不同的逸出功，遏制电压为巳，光电子的最大初动能为Ek=hv-W0,饱和光电流由单位时间内的入射光子数决定，综上可知ACD正确。4. 如图所示，电路中所有元件完好，当光照射到光 电管上时，灵敏电流计中没有电B. A射光波长太长C .光照射时间太短D. 电源正负极接反【答案】BD【解析】灵敏电流计中没有电流通过，可能是未发生光电效应现象，即入射光的频率小 于金属的极限频率，与光照强度无关，故选项A错误；选项B正确；与入射光的照 射时间无关，故选项C错误；还可能由于电源正负极接反，即电场反向导致，故选 项D正确。5. 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。（填正确答案标号，选对1个给2分，选对2个得4分，选对3个得5分，每选错 1个扣3分，最低得分0分）A. 电子束通过双缝实验后可以形成干涉图样B. 0射线在云室中穿过会留下清晰的径迹C. 人们利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E. 光电效应实验中，光电子的最大初动能与入射光的频率有关，与入射光的强度 无关【答案】ACD【解析】电子束通过双缝实验后可以形成干涉图样，可以说明电子是一种波，故A正 确；p射线在云室中穿过会留下清晰的径迹，可以说明p射线是一种粒子，故B错 误；人们利慢中子衍射来研究晶体的结构，中子衍射说明中子是一种波，故C正 确；人们利用电子显微镜观测物质的微观结构，利用了电子的干涉现象，说明电子 是一种波，故D正确；光电效应实验中，光电子的最大初动能与入射光的频率有 关，与入射光的强度无关，说明光是一种粒子，故E错误。【能力提升】1 .如果一个电子的德布罗意波长和一个中子的相等，则它们的 也相等。A. 速度B.动能 C.动量 D.总能量【答案】C【解析】P二*由德布罗意波长与粒子的动量关系式 孔可知，由于电子的德布罗意波长和一 个中子的相等，则它们的动量也相等，故C正确。由于电子和中子的质量不等，根E, =-IDV 二 -Fv据p=mv,氐32, E=mc2可推知它们的速度、动能、总能量均不等。故答案为:C。2. 在如图所示的光电效应现象中，光电管阴极K的极限频率为v0,现用频率为v（vv0）的光照射在阴极上，若在A、K之间加一数值为U的反向电压时，光电流 恰好为零，则下列判断错误的是：（）A. 阴极材料的逸出功等于hv0B. 有光电子逸出，且光电子的最大初动能可表示eUC. 有光电子逸出，且光电子的最大初动能可表示为hv-hv0D .无光电子逸出，因为光电流为零【答案】D【解析】阴极材料的逸出功w0=hv0,选项A正确。由于入射光的频率vv0,则能发生 光电效应，有光电子逸出，选项D错误。但是AK间加的是反向电压，电子飞出后 要做减速运动，当速度最大的光电子减速到A端速度为零时，光电流恰好为零，由 动能定理得:-eU=0-Ekm，则Ekm=eU,选项B正确。由爱因斯坦光电效应方程： Ekm=hv-w0，可得Ekm=hv-hv,选项C正确。本题选错误的，故选D。3. （多选）下列说法中正确的是：（）A. 光电效应现象说明光具有粒子性B. 普朗克在研究黑体辐射问题时提出了能量子假说C. 玻尔建立了量子理论，成功解释了各种原子发光现象D 运动的宏观物体也具有波动性，其速度越大物质波的波长越大【答案】AB【解析】光电效应说明光具有粒子性.故A正确；普朗克在研究黑体辐射问题时提出了 能量子假说.故B正确；玻尔建立了量子理论，能够很好解释氢原子发光现象，但 是不能解释所有原子的发光现象.故C错误；宏观物体粒子性明显，根据A = h /p 知，速度大波长短.故D错误.4. 已知钙和钾的截止频率分别为7.73x1014Hz和5.44x1011Hz，在某种单色光的照射下两种金属均发生光电效应，比较它们表面逸出的具有最大初动能的光电子， 钙逸出的光电子具有较大的：（）A. 波长 B.频率C.能量 D.动量【答案】A【解析】设入射光的频率为u，根据爱因斯坦光电效应方程可知Ek = hu W0，W0 = hu0，由题意可知，钙的截止频率比钾的大，因此钙表面逸出的光电子的最大初动能 比钾的小，其动量也小，故选项C、D错误；根据德布罗意波长公式可知：hP ,又有：c = f 故选项A正确；选项B错误。5.（多选）波粒二象性时微观世界的基本特征，以下说法正确的有：（）A. 光电效应现象揭示了光的粒子性B. 热中子束射到晶体上产生衍射图样说明中子具有波动性C. 黑体辐射的实验规律可用光的波动性解释D. 动能相等的质子和电子，它们的德布罗意波也相等【答案】AB【解析】光电效应说明光的粒子性，所以A正确；热中子在晶体上产生衍射图样，即运 动的实物粒子具有波的特性，即说明中子具有波动性，所以B正确；黑体辐射的实 验规律说明电磁辐射具有量子化，即黑体辐射是不连续的、一份一份的，所以黑体辐射用光的粒子性解释，即C错误；根据的德布罗意波长公式：P ,p2=2mEk,又质子的质量大于电子的质量，所以动能相等的质子和电子，质子的德 布罗意波较短，所以D错误。【终极闯关】1.201 5-上海10】用很弱的光做单缝衍射实验，改变曝光时间，在胶片上出现的图像如图所示，该实验表明：（）时间较短时问带长时间我箕A. 光的本质是波B. 光的本质是粒子C. 光的能量在胶片上分布不均匀D .光到达胶片上不同位置的概率相同【答案】C【解析】用很弱的光做单缝衍射实验，改变曝光时间在胶片出现的图样，说明光有波粒 二象性，故A、B错误；说明光到达胶片上的不同位置的概率是不一样的，也就说明 了光的能量在胶片上分而不均匀，故C正确，D错误。2.【2015-全国新课标1-35 （1）】在某次光电效应实验中，得到的遏制电压u0与入射光的频率v的关系如图所 示，若该直线的斜率和截距分别为k和b,电子电荷量的绝对值为e,则普朗克常量 可表示为，所用材料的逸出功可表示为。【答案】h=ek ； w0=-eb【解析】光电效应中，入射光子能量hv，克服逸出功w0后多余的能量转换为电子动ii= - v能，反向遏制电压eu=hv-w0 ;整理得 巳 十，斜率即已，所以普朗克常量h=ek，截距为b,即eb=-w0,所以逸出功w0=-eb3.【2014-广东卷】（多选）在光电效应实验中，用频率为v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. 增大入射光强度，光电流增大B. 减小入射光的强度，光电效应现象消失C. 改用频率小于v的光照射，一定不发生光电效应D. 改用频率大于v的光照射，光电子的最大初动能变大【答案】AD【解析】已知用频率为v的光照射光电管阴极，发生光电效应，可知光电管阴极金属材 料的极限频率肯定小于v,改用频率较小的光照射时，仍有可能发生光电效应，选项 C错误；根据爱因斯坦光电效应方程Ek=hv-W0可知，增加照射光频率，光电子最 大初动能也增大，故选项D正确；增大入射光强度，单位时间内照射到单位面积的 光电子数增加，则光电流将增大，故选项A正确；光电效应是否产生于照射光频率 有关而与照射光强度无关，故选项B错误。4. 【2014-上海卷】在光电效应的实验结果中，与光的波动理论不矛盾的是：（）A. 光电效应是瞬时发生的B. 所有金属都存在极限频率C. 光电流随着入射光增强而变大D. 入射光频率越大，光电子最大初动能越大【答案】C【解析】按照光的波动理论，电子通过波动吸收能量，若波的能量不足以使得电子逸 出，那么就需要多吸收一些，需要一个能量累积的过程，而不是瞬时的，选项A对 波动理论矛盾。根据波动理论，能量大小与波动的振幅有关，而与频率无关，即使 光的能量不够大，只要金属表面的电子持续吸收经过一个能量累积过程，都可以发 生光电效应，与选项B矛盾；光电子逸出后的最大初动能与入射光的能量有关，即 与入射光的波动振幅有关，与频率无关，所以波动理论与选项D矛盾。对于光电流 大小，根据波动理论，入射光增强，能量增大，所以光电流增大，选项C与波动理 论并不矛盾，选项C正确。5. （2013-北京卷）以往我们认识的光电效应是单光子光电效应，即一个电子极短时间内能吸收到 一个光子而从金属表面逸出。强激光的出现丰富了人们对于光电效应的认识，用强 激光照射金属，由于其光子密度极大，一个 电子在短时间内吸收多个光子成为可 能，从而形成多光子电效应，这已被实验证实。光电效应实验装置示意如图。用频 率为v的普通光源照射阴极k,没有发生光电效应，换同样频率为v的强激光照射阴 极k,则发生了光电效应；此时，若加上反向电压U，即将阴极k接电源正极，阳极 A接电源负极，在k、A之间就形成了使光电子减速的电场，逐渐增大U，光电流会 逐渐减小；当光电流恰好减小到零时，所加反向电压U可能是下列的（其中W为逸 出功，h为普朗克常量，e为电子电量）：（）C. U=2hv-W如WD. U=2e e【答案】B【解析】根据题目信息，普通光源没法吸收一个光子而成 为自由电子，但激光可以，因此知识点仍然适用。即设电子吸收了 口个，即川物。圈-耳，当自由电展1?一匠U =子遇到截止电压，即Ek=eU，代入则答案为召 ，n为正整数，即答案为B。