考点31 光电效应 物质波 波粒二象性-【金版教程】2025年高考物理一轮总复习首选用卷课件PPT（新教材）

考点31　光电效应　物质波　波粒二象性 目录 1 2 狂刷小题·夯基础 精做大题·提能力 狂刷小题·夯基础 目录 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 题组一　基础小题 1.(2023·湖北省武汉市高三下5月模拟训练)人们认识量 子论的第一步始于对黑体辐射实验规律的解释，如图画出了 T1、T2两种温度下黑体的辐射强度与其辐射光波长的关系， 下列说法正确的是(　　) A．T1<T2 B．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关 C．随着温度升高，波长短的辐射强度增大，波长长的辐射强度减小 D．爱因斯坦提出的能量子假说很好地解释了黑体辐射的实验规律 答案 * 目录 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 解析　对于黑体辐射，随着温度升高，各种波长的辐射强度都增加，且辐射强度的极大值向着波长较短的方向移动，因此根据图像可知，T1>T2，故A、C错误；黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关，故B正确；普朗克提出了能量子假说并根据能量子假说很好地解释了黑体辐射的实验规律，破除了“能量是连续变化的”传统观念，故D错误。 解析 * 目录 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 2．(多选)一单色光照到某金属表面时，有光电子从金属表面逸出，下列说法中正确的是(　　) A．无论增大入射光的频率还是增加入射光的强度，金属的逸出功都不变 B．只延长入射光的照射时间，光电子的最大初动能将增加 C．只增大入射光的频率，光电子的最大初动能将增大 D．只增大入射光的频率，光电子逸出所经历的时间将缩短 解析　金属的逸出功是由金属自身决定的，增大入射光的频率或增加入射光的强度，金属的逸出功都不变，A正确；根据光电效应方程Ek＝hν－W0可知，光电子的最大初动能由入射光的频率和金属的逸出功共同决定，只延长入射光的照射时间，光电子的最大初动能不变，只增大入射光的频率，光电子的最大初动能将增大，B错误，C正确；光电子逸出几乎是瞬时的，与入射光的频率无关，D错误。 答案 解析 * 目录 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 3．(2023·山东省日照市三模)(多选)下列说法正确的是(　　) A．光电效应揭示了光的粒子性，而康普顿效应则反映了光的波动性 B．电子的衍射证实了物质波的假设是正确的 C．在组成太阳光的各种可见光中，紫光光子的能量最大 D．宏观物体的波动性不易观察到，是因为它的波长太长 解析　光电效应和康普顿效应均反映了光的粒子性，故A错误；电子的衍射证实了物质波的假设是正确的，故B正确；在组成太阳光的各种可见光中，紫光光子频率最大，由光子能量ε＝hν可知，紫光光子能量最大，故C正确；宏观物体的波动性不易观察到，是因为它的波长太短，故D错误。 答案 解析 * 目录 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 4.(2023·江苏省南通市高三下二模)如图所示，把一块锌板连接在验电器上，并使锌板带负电，验电器指针张开。用紫外线灯照射锌板，则(　　) A．指针张角变小的过程中有电子离开锌板 B．锌板所带的电荷量一直变大 C．改用红光照射，指针张角也会变化 D．用其他金属板替换锌板，一定会发生光电效应 答案 * 目录 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 解析　用紫外线灯照射锌板时，锌板发生光电效应， 逸出电子，验电器所带负电荷逐渐减少，故验电器指针张 角逐渐减小直至闭合，继续用紫外线照射锌板，随着光电 子的逸出，验电器开始带正电，随着照射时间的增加，锌 板逸出的电子增加，验电器所带正电荷增加，验电器张角 逐渐增大，故A正确，B错误；根据光电效应产生的条件，入射光的频率必须大于金属的截止频率，金属才能发生光电效应，紫外线的频率大于红光的频率，则改用红光照射锌板，不一定能发生光电效应，验电器指针张角不一定变化，用其他金属板替换锌板，由于其截止频率不同，所以不一定能发生光电效应，故C、D错误。 解析 * 目录 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 答案 解析 * 5．(2021·海南高考)某金属在一束单色光的照射下发生光电效应，光电子的最大初动能为Ek，已知该金属的逸出功为W0，普朗克常量为h。根据爱因斯坦的光电效应理论，该单色光的频率ν为(　　) A.eq \f(Ek,h) B.eq \f(W0,h) C.eq \f(Ek－W0,h) D.eq \f(Ek＋W0,h) 解析　根据爱因斯坦的光电效应方程可知Ek＝hν－W0，解得该单色光的频率为ν＝eq \f(Ek＋W0,h)，故选D。 目录 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 6. 如图所示是研究光电效应的电路图，用绿光照射阴极K时， 小量程电流表指针发生偏转。则以下说法正确的是(　　) A．将滑动变阻器滑动片向右移动，小量程电流表的示数一 定增大 B．如果改用紫光照射阴极K，小量程电流表无示数 C．将K极换成逸出功小的金属板，仍用相同的绿光照射时， 小量程电流表的示数一定增大 D．将电源的正负极调换，仍用相同的绿光照射时，将滑动变阻器滑动片向右移动一些，小量程电流表的示数可能不为零 答案 * 目录 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 解析　将滑动变阻器滑动片向右移动，光电管两端正向电 压虽然增大，但若光电流已达到饱和，则小量程电流表的示数不 变，故A错误；如果改用紫光照射阴极K，因入射光频率增加， 导致光电子最大初动能增加，则小量程电流表一定有示数，故 B错误；将K极换成逸出功小的金属板，仍用相同的绿光照射时， 则光电子的最大初动能增加，但单位时间内到达金属表面的光子 数没有变化，因而单位时间内从金属表面逸出的光电子数也不变，饱和光电流不会变化，则小量程电流表的示数不一定增大，故C错误；将电源的正负极调换，仍用相同的绿光照射时，将滑动变阻器滑动片向右移动一些，若此时光电管两端的电压仍小于反向遏止电压，则小量程电流表的示数可能不为零，故D正确。 解析 * 目录 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 7．(多选)如图所示是用光照射某种金属时逸出的光电子的最大初动能随入射光频率的变化图线(直线与横轴的交点横坐标为4.27×104 Hz，与纵轴的交点纵坐标为0.5 eV)。由图可知(　　) A．该金属的截止频率为4.27×1014 Hz B．该金属的截止频率为5.5×1014 Hz C．该图线的斜率表示普朗克常量 D．该金属的逸出功为0.5 eV 答案 * 目录 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 解析 * 解析　由光电效应方程Ek＝hν－W0，可知图线的斜率表示普朗克常量，图线在横轴上的截距表示该金属的截止频率，为4.27×1014 Hz，故A、C正确，B错误；由图可知，普朗克常量h＝eq \f(0.5×1.6×10－19,（5.5－4.27）×1014) J·s≈6.50×10－34 J·s，则该金属的逸出功为W0＝hν0＝eq \f(6.50×10－34×4.27×1014,1.6×10－19) eV≈1.73 eV，D错误。 目录 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 8．(多选)根据下列图像所反映的物理现象进行分析判断，说法正确的是(　　) A．图甲中对应的三种光中“黄光(强)”的光子能量最强 B．根据图甲分析可知，若用橙光照射同一实验装置，可能没有光电流产生 C．图乙中现象说明光子不仅具有能量也具有动量 D．图丙中现象说明电子具有波动性 答案 * 目录 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 解析　由题图甲知蓝光的遏止电压最大，根据hν－W0＝eUc，则题图甲中对应的三种光中“蓝光”的光子能量最强，所以A错误；因为橙光的频率比上面两种光的小，根据题图甲分析可知，若用橙光照射同一实验装置，可能没有光电流产生，所以B正确；题图乙中现象说明光子不仅具有能量也具有动量，所以C正确；题图丙中现象说明电子具有波动性，则D正确。 解析 * 目录 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 题组二　高考小题 9．(2021·辽宁高考)赫兹在研究电磁波的实验中偶然发现，接收电路的电极如果受到光照，就更容易产生电火花。此后许多物理学家相继证实了这一现象，即照射到金属表面的光，能使金属中的电子从表面逸出。最初用量子观点对该现象给予合理解释的科学家是(　　) A．玻尔 B．康普顿 C．爱因斯坦 D．德布罗意 解析　根据题目可知描述的是光电效应现象，爱因斯坦最初用量子观点对光电效应现象给予合理解释，故C正确。 答案 解析 * 目录 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 10．(2022·江苏高考)上海光源通过电子—光子散射使光子能量增加，光子能量增加后(　　) A．频率减小 B．波长减小 C．动量减小 D．速度减小 答案 解析 * 解析　根据ε＝hν可知，光子能量ε增加后，光子的频率ν增大，A错误；光子的速度即光的传播速度不变，在真空中恒为c，根据λ＝eq \f(c,ν)可知，光子的波长λ减小，B正确，D错误；根据p＝eq \f(h,λ)可知，光子的动量p增大，C错误。 目录 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 11．(2022·河北高考)如图是密立根于1916年发表的钠金属光电效应的遏止电压Uc与入射光频率ν的实验曲线，该实验直接证明了爱因斯坦光电效应方程，并且第一次利用光电效应实验测定了普朗克常量h。由图像可知(　　) A．钠的逸出功为hνc B．钠的截止频率为8.5×1014Hz C．图中直线的斜率为普朗克常量h D．遏止电压Uc与入射光频率ν成正比 答案 * 目录 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 解析 * 解析　根据遏止电压与最大初动能的关系eUc＝Ek，以及光电效应方程Ek＝hν－W0，得eUc＝hν－W0，由图像可知，当Uc＝0时，ν＝νc＝5.5×1014Hz，νc即钠的截止频率，且可解得钠的逸出功W0＝hνc，A正确，B错误；Uc＝eq \f(h,e)ν－eq \f(W0,e)，可知图中直线的斜率表示eq \f(h,e)，C错误；根据Uc＝eq \f(h,e)ν－eq \f(W0,e)可知，遏止电压Uc与入射光频率ν成线性关系，但不是正比关系，D错误。 目录 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 12．(2022·全国乙卷)一点光源以113 W的功率向周围所有方向均匀地辐射波长约为6×10－7 m的光，在离点光源距离为R处每秒垂直通过每平方米的光子数为3×1014个。普朗克常量为h＝6.63×10－34 J·s。R约为(　　) A．1×102 m B．3×102 m C．6×102 m D．9×102 m 答案 解析 * 解析　一个光子的能量为ε＝hν＝eq \f(hc,λ)，则光源每秒发出的光子的个数为n＝eq \f(Pt,ε)，P为光源的功率，t＝1 s，光沿各个方向均匀辐射且传播的速度大小相同，以点光源为球心，在离点光源距离为R处的球面面积为S＝4πR2，则每秒垂直通过此球面每平方米的光子数为eq \f(n,S)＝3×1014个，联立以上各式解得R≈3×102 m，故选B。 目录 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 答案 解析 * 13．(2023·海南高考)(多选)已知一个激光发射器功率为P，发射波长为λ的光，光速为c，普朗克常量为h，则(　　) A．光的频率为eq \f(c,λ) B．光子的能量为eq \f(h,λ) C．光子的动量为eq \f(h,λ) D．在时间t内激光器发射的光子数为eq \f(Ptc,hλ) 解析　光的频率为ν＝eq \f(c,λ)，A正确；光子的能量为ε＝hν＝eq \f(hc,λ)，B错误；光子的动量为p＝eq \f(h,λ)，C正确；在时间t内激光器发射的光子数为n＝eq \f(Pt,ε)＝eq \f(Ptλ,hc)，D错误。 目录 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 14．(2022·浙江1月选考)(多选)电子双缝干涉实验是近代证实物质波存在的实验。如图所示，电子枪持续发射的电子动量为1.2×10－23 kg·m/s，然后让它们通过双缝打到屏上。已知电子质量取9.1×10－31 kg，普朗克常量取6.6×10－34 J·s，下列说法正确的是(　　) A．发射电子的动能约为8.0×10－15 J B．发射电子的物质波波长约为5.5×10－11 m C．只有成对电子分别同时通过双缝才能发生干涉 D．如果电子是一个一个发射的，仍能得到干涉图样 答案 * 目录 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 解析 * 解析　根据p2＝2mEk可知，发射电子的动能为Ek＝eq \f(p2,2m)≈7.9×10－17 J，故A错误；根据德布罗意波长公式λ＝eq \f(h,p)可得，发射电子的物质波波长约为λ＝5.5×10－11 m，故B正确；电子的波动性是每个电子本身的性质，即使电子依次通过双缝也能发生干涉现象，只是需要大量电子才能显示出干涉图样，故C错误，D正确。 目录 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 答案 * ※15.(2023·浙江6月选考)(多选)有一种新型光电效应量子材料，其逸出功为W0。当紫外光照射该材料时，只产生动能和动量单一的相干光电子束。用该电子束照射间距为d的双缝，在与缝相距为L的观测屏上形成干涉条纹，测得条纹间距为Δx。已知电子质量为m，普朗克常量为h，光速为c，则(　　) A．电子的动量pe＝eq \f(hL,dΔx) B．电子的动能Ek＝eq \f(hL2,2md2（Δx）2) C．光子的能量E＝W0＋eq \f(chL,dΔx) D．光子的动量p＝eq \f(W0,c)＋eq \f(h2L2,2cmd2（Δx）2) 目录 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 解析 * 解析　根据双缝干涉条纹间距公式(对光波和物质波均适用)有Δx＝eq \f(L,d)λe，根据物质波波长公式有λe＝eq \f(h,pe)，可得电子的动量pe＝eq \f(hL,dΔx)，故A正确；根据动能和动量的关系知，电子的动能Ek＝2,e)eq \f(p,2m) ＝eq \f(h2L2,2md2（Δx）2)，故B错误；根据爱因斯坦光电效应方程可知，光子的能量E＝W0＋Ek＝W0＋eq \f(h2L2,2md2（Δx）2)，故C错误；光子的动量p＝eq \f(h,λ)，波长λ＝eq \f(c,ν)，能量E＝hν，联立得p＝eq \f(E,c)＝eq \f(W0,c)＋eq \f(h2L2,2cmd2（Δx）2)，故D正确。 目录 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 答案 * 题组三　模拟小题 16．(2023·山东省聊城市高三下三模)智能手机带有光线传感功能，可以自动调整亮度，光线传感器的工作原理是光电效应。下面关于光电效应的说法正确的是(　　) A．发生光电效应时，光电子的最大初动能与入射光的频率成正比 B．在研究光电效应饱和电流时，由I＝neSv可知，光电管所加电压越大，电子获得的速度v越大，饱和电流越大 C．入射光频率为ν时，刚好发生光电效应现象，将入射光频率变为3ν时，此时光电流的遏止电压为eq \f(2hν,e) D．用一束单色光分别照射A、B两种金属，若照射A得到光电子的最大初动能比照射B得到光电子的最大初动能大，则金属A的截止频率比金属B的截止频率高 目录 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 解析 * 解析　由爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0可知，发生光电效应时，光电子的最大初动能与入射光的频率成线性关系，而非正比关系，A错误；光电效应实验中的饱和电流与光照强度有关，而与光电管两端所加电压无关，光照强度越大，饱和电流越大，B错误；入射光频率为ν时，刚好发生光电效应现象，由光电效应规律可知该金属的逸出功W0＝hν，将入射光频率变为3ν时，由爱因斯坦光电效应方程可得Ek＝3hν－W0，解得Ek＝2hν，由动能定理可得－eUc＝0－Ek，解得此时光电流的遏止电压为Uc＝eq \f(2hν,e)，C正确；根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0及W0＝hν0，光子能量hν一定，光电子的最大初动能Ek大，则所对应的金属的截止频率ν0低，D错误。 目录 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 17．(2022·山东省淄博市高三下三模)有一种红外测温仪的原理是：任何物体在高于绝对零度(－273 ℃)以上时都会向外发出红外线，额温枪通过红外线照射到温度传感器，发生光电效应，将光信号转化为电信号，计算出温度数据。已知人体温正常时能辐射波长为10 μm的红外光，如图甲所示，用该红外光照射光电管的阴极K时，电路中有光电流产生，得到的电流随电压变化图像如图乙所示，已知h＝6.63×10－34 J·s，e＝1.6×10－19 C，则(　　) A．波长为10 μm的红外光在真空中的频率为3×1014 Hz B．将图甲的电源反接，一定不会产生电信号 C．由图乙数据可知该光电管的阴极金属逸出功约为0.1 eV D．若人体温度升高，则辐射红外线的强度减弱，光电管转换成的光电流减小 答案 * 目录 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 解析 * 解析　波长为10 μm的红外光在真空中的频率为ν＝eq \f(c,λ)＝3×1013 Hz，故A错误；由题图甲可知，将电源反接后，光电管两端所加电压为反向电压，只有当反向电压大于遏止电压时，才没有电信号，故B错误；由题图乙可知，遏止电压为0.02 V，故光电子最大初动能Ek＝eUc＝0.02 eV，由光电效应方程有Ek＝hν－W0，计算得W0≈0.1 eV，故C正确；若人体温度升高，根据热辐射的规律可知，辐射红外线的强度增强，则单位时间照射光电管的光子数增大，光电管单位时间逸出的电子数增多，光电管转换成的光电流增大，故D错误。 目录 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 18.(2022·浙江省嘉兴市高三下二模)(多选)著名物理学家汤姆孙曾在实验中让电子束通过电场加速后，通过多晶薄膜得到了如图所示衍射图样，已知电子质量为m＝9.1×10－31 kg，加速后电子速度v＝5.0×106 m/s，普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，则(　　) A．该图样说明了电子具有粒子性 B．该实验中电子的德布罗意波长约为0.15 nm C．加速电压越大，电子的物质波波长越大 D．使用电子束工作的电子显微镜中，加速电压越大，分辨本领越强 答案 * 目录 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 解析 * 解析　题图为电子束通过多晶薄膜的衍射图样，因为衍射是波所特有的现象，所以该图样说明了电子具有波动性，A错误；德布罗意波长λ＝eq \f(h,p)，而动量p＝mv，两式联立并代入数据得λ＝eq \f(h,mv)≈0.15 nm，B正确；德布罗意波长λ＝eq \f(h,p)，而动量p＝eq \r(2mEk)＝eq \r(2meU)，联立得λ＝eq \f(h,\r(2meU))，可知加速电压越大，电子的物质波波长越短，衍射现象就越不明显，电子显微镜的分辨本领越强，C错误，D正确。 精做大题·提能力 目录 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 题组一　基础大题 19．如图甲所示是研究光电效应规律的光电管。用波长λ＝0.50 μm的绿光照射阴极K，实验测得流过电流表的电流I与A、K两极之间的电势差UAK满足如图乙所示规律，取h＝6.63×10－34 J·s，电子的电量e＝1.60×10－19 C，光速c＝3×108 m/s。结合图像，求： (1)每秒钟阴极发射的光电子数； (2)光电子飞出阴极K时的最大动能为多少焦耳？ (3)该阴极材料的极限频率(计算结果保留两位有效数字)。 答案　(1)6.0×1012　(2)1.44×10－19 J　(3)3.8×1014 Hz 答案 * 目录 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 解析 * 解析　(1)每秒钟阴极发射的光电子个数 N＝eq \f(Imt,e)＝eq \f(0.96×10－6×1,1.60×10－19)＝6.0×1012。 (2)光电子飞出阴极K时的最大初动能 Ek＝eUc＝0.9 eV＝1.44×10－19 J。 (3)由爱因斯坦光电效应方程可得 Ek＝hν－W0 且W0＝hνc，λ＝eq \f(c,ν) 代入数据解得极限频率νc＝3.8×1014 Hz。 目录 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 题组二　高考大题 20．(2023·江苏高考)“夸父一号”太阳探测卫星可以观测太阳辐射的硬X射线。硬X射线是波长很短的光子，设波长为λ。若太阳均匀地向各个方向辐射硬X射线，卫星探测仪镜头正对着太阳，每秒接收到N个该种光子。已知探测仪镜头面积为S，卫星离太阳中心的距离为R，普朗克常量为h，光速为c，求： (1)每个光子的动量p和能量E； (2)太阳辐射硬X射线的总功率P。 答案 * 答案　(1)eq \f(h,λ)　heq \f(c,λ)　(2)eq \f(4πR2Nhc,Sλ) 目录 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 解析 * 解析　(1)每个光子的动量为p＝eq \f(h,λ) 设该种光子的频率为ν，则每个光子的能量为E＝hν 又c＝νλ 联立解得E＝heq \f(c,λ)。 (2)太阳均匀地向各个方向辐射硬X射线，设t秒内辐射的总光子数为n，则eq \f(n,tN)＝eq \f(4πR2,S) 太阳在t秒内辐射光子的总能量W＝nE 则太阳辐射硬X射线的总功率P＝eq \f(W,t) 联立解得P＝eq \f(4πR2Nhc,Sλ)。 　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　 R $$