第十五章 第1讲 光电效应波粒二象性-【勤径学升】2025年高考物理一轮总复习（人教版）

国高考一轮总复习·物理 第干五章 近代物理初步 第1讲 光电效应 波粒二象性 目标要求 1.通过实验，了解光电效应现象。知道爱因斯坦光电效应方程及其意义。能根据实验结论说明光的波粒二 象性 2.知道实物粒子具有波动性，了解微观世界的量子化特征。体会量子论的建立对人们认识物质世界的 影响。 必备知识 固双基 对应答案P564 【知识总览】 【微点辨析】 在光的照射下，金属中的回 从表面逸出的现 (1)光子和光电子都是实物粒 概念 象，发出的电子叫☑ 子 () (2)只要人射光的强度足够大， 条件 入射光的频率囹 金属的极限频率 就可以使金属发生光电效应。 (1)每种金属都有一个极限颜率 () 光电效应 (2)光电子的最大初动能随着人射光颜率的增大 (3)要使某金属发生光电效应， 而④ 规律 (3)光电效应的发生几乎是瞬时的，一般不超过 入射光子的能量必须大于金属 固 的逸出功。 () (4)对于一定颜色的光，入射光越强，则单位时间 内圆 越多 (4)光电子的最大初动能与入射 光子的频率成正比。 () (1)光子说：空间传播的光不是连续的，而是一份 (5)光的颜率越高，光的粒子性 解释 一份的，每一份为一个光子，能量e=回 (2)光电效应方程：E=⑧ 越明显，但仍具有波动性。 ( (1)光的回 、衍射和偏振现象证明光具有 (6)美国物理学家康普顿发现了 现象 光的波粒二象性 (2)画 康普顿效应说明光具有粒子性 康普顿效应，证实了光的粒子 性。 () (1)大量光子往往表现为波动性，个别光子往往 (7)法国物理学家德布罗意大胆 表现为☑ 规律 (2)波长越长，☒ 性越明显，颜率越高。 预言了实物粒子在一定条件下 性越明显 会表现为波动性。 () 图312 第十五章近代物理初步回 精研考点 提能力。 [对应客案P56 考点 光电效应规律的理解和应用（素养自修） 右侧极板的带电情况和人射光的颜率，以下判 自悟题组 断正确的是 1.[对光电效应规律的理解]（多选）现用某一光电 A带正电4十C e 带正电+品 管进行光电效应实验，当用某一频率的光入射 Qe 时，有光电流产生。下列说法正确的是() C带负电+器 D.带负电.十Chd A,保持入射光的频率不变，人射光的光强变大， 归纳总结 饱和光电流变大 1,光电效应的两条对应关系 B.人射光的频率变高，饱和光电流变大 入射光强度大→光子数目多→发射光电子多 C.入射光的频率变高，光电子的最大初动能变大 ·光电流大： D.保持入射光的光强不变，不断减小人射光的 光子频率高·光子能量大·光电子的最大初 频率，始终有光电流产生 动能大。 2.[光电效应规律的研究](2023·徐州模拟预测) 2.光电效应中三个重要关系式 用频率为v的：光照射截止频率为。的金属时 (1)爱因斯坦光电效应方程：Ek=hy一W。 发生了光电效应，用b光照射时不发生光电效应 (2)光电子的最大初动能E与遏止电压U 现象。普朗克常量为h,电子电量为：。则 的关系：E=eU。 (3)远出功W。与极限频率。的关系：W。 =hveo A.该金属的逸出功为hy 3.光电管上加正向与反向电压情况分析 B.a光的强度一定比b光强 (1)光电管加正向电压 C.若用a光实验，将P右移，电 光束 商口 的情况： 流表示数变大 ①P右移时，参与导电 D.调节P使电流表的示数恰好 的光电子数增加： 为零，此时电压表示数为么(y一) ②P移到某一位置时， 3.[爱因斯坦光电效应方程的应 所有递出的光电子恰好 止向电压 用]如图所示，有一束单色光人 都参与了导电，光电流恰好达到最大值： 射到极限颜率为.的金属板K ③P再右移时，光电流不再增大。 (2)光电管加反向电压的情况： 上，具有最大初动能的某出射电子，沿垂直于平 ①P右移时，参与导电的光电子数减少： 行板电容器极板的方向，从左侧极板上的小孔人 ②P移到某一位置时，所有逸出的光电子恰 射到两极板间的匀强电场后，到达右侧极板时速 好都不参与导电，光电流恰好为0，此时光电 度刚好为零。已知电容器的电容为C,带电荷量 管两端加的电压为通止电压： 为Q,极板间距为d,普朗克常量为h,电子电荷 ③P再右移时，光电流始终为0。 量的绝对值为，不计电子的重力。关于电容器 313⑧ 国高考一轮总复习·物理 考点2 光电效应的图像（方法模型） 类型1 E一v图像 33 图橡名称 图线形状 读取信息 3.0 E ①枚限频率：图线与 2.5 ￥轴交点的横坐标。 最大初动 2.0 ②逸出功：图线与 能E与 E,轴交点的纵坐标 1.5 入射光频 率y的 的值的绝对值W, I-E引=E 0.5 关系 -E ③普朗克常量：图线 0 的斜率k=h 56789101112d101 A.钠的逸出功为hy 例1]（多选）(2023·大庆一模)用图甲所示的 B.钠的截止频率为8.5×10Hz 装置研究光电效应，闭合电键S,用频率为的光 C.图中直线的斜率为普朗克常量力 照射光电管时发生了光电效应。图乙是该光电 D遏止电压U。与人射光频率成正比 管发生光电效应时光电子的最大初动能E,与入 类型31-U图像 射光频率￥的关系图像，图线与横轴的交点坐标 图像名称 图线形状 读取信息 为(a,0),与纵轴的交点坐标为(0，一b)。下列说 法正确的是 颈色不同 ①過止电压UU 时，光电 黄光 @饱和光电流 光电管 流与电压 临光 ③最大初动能E= 的关系 dEe=ell 颜色相 ①海止电压U:图线与 同、强度 服光成) 横轴的交点的横坐标 A.该光电管阴极的极限颜率为a 不同的 病光黄) 光，光电 ②饱和光电流1、Ia B普朗克常量为h=公 光电流的最大值 流与电压 ③最大初动能：E=U 的关系 C.断开开关S后，电流表G的示数一定为零 D.仅增大人射光的频率，侧遏止电压也随之 例3] 用如图甲所示的电路研究光电效应中光电 增大 流与照射光的强弱、频率等物理量的关系。图中 A,K两极间的电压大小可调，电源的正负极也可 类型2U,-v图像 以对调，分别用a、b,c三束单色光照射，调节A、K 图像名称 图线形状 读取信息 间的电压U,得到光电流I与电压U的关系如图 ①极限频率￥：图线与横轴 乙所示，由图可知 ( 的交点的横坐标 ②逊止电压U,:随人射光 遏止电 频率的增大而增大 压U与 ③普朗克常量h:等于图线 人射光 的斜率与电子电荷量的乘 顿率 积.即h=ke T流电源 的关系 ①逸出功：图线与U轴交 点的纵坐标的值的绝对值 A.单色光a和c的颜率相同，且a光更弱些，b 与电荷量的乘积U“ 光频率最大 例2] (2022·河北卷)如图是密立根于1916年 B.单色光a和c的频率相同，且a光更强些，b光 发表的钠金属光电效应的遏止电压U。与人射光 频率最大 C.单色光a和c的频率相同，且a光更弱些，b光 频率，的实验曲线，该实验直接证明了爱因斯坦 频率最小 光电效应方程，并且第一次利用光电效应实验测 D.单色光a和c的频率不同，且a光更强些，b光 定了普朗克常量h。由图像可知 () 频率最小 314 第十五章近代物理韧初步何 考点3 光的波粒二象性和物质波（素养自修） 自悟题组 归纳总结 4.[对波粒二象性的理解]用很弱的光做单缝衍射 1,对光的波粒二象性的理解 项目 光的波动性 光的粒于性 实验，改变曝光时间，在胶片上出现的图像如图 个别光予的作用 从数量 大量光子的作周效果 所示，该实验表明 效果往往表现为 上看 往往表现为波动性 粒予性 频率越高粒子性 从频率 频率超低波动性越 越显著，贯穿本领 时问较短 时间稍长 封向较长 显著，越容易看到光 越强，越不容易看 上看 的干涉和衍射现象 列光的干涉和树 A.光的本质是波 射现象 B.光的本质是粒子 在与物质发生作 从传播与 光在传棉过程中猛 用时往往表现出 往表见出波动性 C.光的能量在胶片上分布不均匀 作用上看 粒子性 D.光到达胶片上不同位置的概率相同 能证明 光的干涉、符射、编 光电数应、康普频 的实验 振现拿 效应 5.(2023·海淀模拟预测)实验表明：光子与速度不 太大的电子碰撞发生散射时，光的波长会变长或 由光子的能量E=,光子的动量P一六 也可以看出，光的波动性和轻子性并不子 者不变，这种现象叫康普顿散射，以至于在散射 联系 盾：表示粒子雄的能量和动量的计算式中 过程中有能量从电子转移到光子，则该散射被称 解含有描迷泼动社的物理量一—類率 和波长A 为逆康普顿散射，下列说法中正确的是( 2.德布罗意波（物质波） A,该过程不遵循能量守恒定律 成长与动量》的美系符合德布罗高公式A一合（伍为 B.该过程不遵循动量守恒定律 普期克常量)的波叫德有罗意波，商称物质波，德布罗 C.散射光中存在波长变长的成分 意波氧就是光的流粗二象性的一种推广，使之包含了 D.散射光中存在频率变大的成分 物质短子，即光子和实物粒子都具有粒子性，又都具有 6.[对物质波的理解]已知普朗克常量h=6.63× 戏动性，与先子对应的波是电磁波，与实物鞋子对应的 104J·s,电子的质量为9.11×101kg,一个 波是德布罗充波。 电子和一滴直径约为4m的油滴具有相同动 能，油滴的密度为0.8×10kg/m,则电子与油 滴的德布罗意波长之比的数量级为 ( A.10- B.10 请完成《课时检测训练59 C.10 D.10 315图对图线进行分析，如果在误差允许范 围内该图线是一条过原点的倾斜直 线，就说明一定质量的气体在温度不 变时，其压强与体积成反比。 4.(1)D (2)> (3)实验时未考虑注射 器前端与橡胶套连接处的气体体积 解析 (1)实验是以注射器内的空气 为研究对象，所以实验前注射器内的 空气不能完全排出，故 A错误；空气柱 的体积变化不能太快，要缓慢移动注 射器保证气体温度不变，故B错误；气 体发生等温变化，空气柱的压强随体 积的减小而增大，故C错误；p-卡图 像是一条倾斜的直线，作出 p-÷!的图 像可以直观反映出p与V的关系，故 D正确。 =c,即(2)在p-V图像中，根据! pV=CT,离坐标原点越远的等温线温 度越高，故T?>T?。 (3)造成图线不过原点可能的原因是 注射器中的气体的体积小于实际的封 闭气体的体积，结合实验的器材可知， 实验时未考虑注射器前端与橡胶套连 接处的气体。 第十五章 近代物理初步 第1讲 光电效应 波粒二象性 【必备知识 固双基】 知识总览 电子 ②光电子 ③大于 4增大 510~°s ⑥发射的光电子数 hv 8hy-W。 9干涉 ⑩波动性 团光电效应 图粒子性 图波动 4粒子 微点辨析× ×√×√√√ 【精研考点 提能力】 考点1 自悟题组 1.AC 解析 根据光电效应实验得出的 结论，保持入射光的频率不变，入射光 的光强变大，饱和光电流变大，故 A 正 确，B错误；根据爱因斯坦光电效应方 程得，入射光的频率变高，光电子的最 大初动能变大，故C正确；保持入射光 的光强不变，不断减小入射光的频率， 入射光的频率若低于截止频率，则没 有光电流产生，故D错误。 高考一轮总复习·物理 2.D 解析 该金属的截止频率为v,则 逸出功为hv?,A错误；a光的频率一定 比b光高，a光的强度不一定比b光 强，B错误；若用a光实验，将P右移， 光电管两端加反向电压，电流表示数 减小，C错误；调节P使电流表的示数 恰好为零，则 eU=hv-hv.,解得遏止 电压U=(v-v),此时电压表示数 为一(-以),D正确。 3.C 解析电子在电容器里面做减速 运动，所以受到向左的电场力的作用， 可知电场强度方向向右，电容器右侧 的极板带负电。一束单色光入射到极 限频率为v。的金属板 K上，设射出电 子的最大初动能为E,则有hv-W?= E,其中hv。=W?,电子在电容器中做 减速运动，由动能定理得一eU=0- E,电容器两极板间的电势差为U= 是.根据以上各式，解得v-x+.,故 选项C正确，选项 A、B、D错误。 考点 2 [例1]AD 解析 根据光电效应方程 E =hv-W?,当 E=0时，对应的v值 是极限频率，此时v=a,所以该光电 管阴极的极限频率为a,A正确；根据 光电效应方程 E=hv-W?,图线的 斜率即为普朗克常量h=合，!,B错误； 没有外加电压，只要最大初动能够 大，光电子就能到达另一极板，电流 表示数可能不为零，C错误；仅增大入 射光频率，能量增大，最大初动能增 大，eU。=E,遏止电压也随之增大， 故 D正确。故选 AD。 [例2]A 解析 根据遏止电压与最大初 动能的关系有eU。=E,根据电效应 方程有 E=hv-W?,当结合图像可 知，当U。为0时，解得W?=hv.,A正 确；钠的截止频率为v,根据图像可 知，截止频率小于8.5×10“Hz,B错 误；结合遏止电压与光电效应方程可 u.=会-,解得 ,可知图中直线的 斜率表示点，C错误；根捐遇止电压 与入射光的频率关系式可知，遏止电 ·564 · 压U。与入射光频率v成线性关系，不 是成正比，D错误。 [例3]B 解析 a、c两单色光照射后遏 止电压相同，根据E=eU,可知产生 的光电子最大初动能相等，则a、c两 单色光的频率相等，光子能量相等， 由于a光的饱和光电流较大，则a光 的强度较大，单色光b照射后遏止电 压较大，根据E=eU,可知b光照射 后产生的光电子最大初动能较大，根 据光电效应方程E=hy-W。得，b光 的频率大于a光的频率，故 A、C、D 错误，B正确。 考点3 自悟题组 4.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；也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 能量在胶片上分布不均匀，故C正确， D错误。 5.D 解析 康普顿认为X射线的光子 与电子碰撞时要遵守能量守恒定律和 动量守恒定律，可以推知，在逆康普顿 效应中，同样遵循能量守恒与动量守 恒。故 AB错误；由题可知，在逆康普 顿散射的过程中有能量从电子转移到 光子，则光子的能量增大，根据公式E =1n=气，可知，散射光中存在频率变 大的成分，或者说散射光中存在波长 变短的成分。故C错误，D正确。故 选 D。 6.C 解析 根据德布罗意波长公式λ= 告，由p=√2mE,解得A= 由题意可知，电子与油滴的动能相同， 则其波长与质量的二次方根成反比， -Ymm-÷-所以有 0.8×10×÷×3.14×<4×10*)kg≈-2.7×10-“kg,代入数据解得 2.7×10~4- V? 1￥10-T≈1.7×10°,所以C 确，A、B、D错误。