第16章 第39讲 光电效应波粒二象性-【衡中学案】2025年高考物理一轮总复习学案（新教材）

第十六章 原子结构和波粒二象性 原子核 第39讲 光电效应； 波粒二象性 知识梳理·易错鞯析 ■知识梳理 二.光电效应 【.光电效应现象 一，普朗克黑体辐射理论 在光的照射下，金属中的 从表面逸出的 1.热辐射 现象，发射出来的电子叫 (1)定义：我们周围的一切物体都在辐射 2.光电效应的产生条件 ,这种辐射与物体的 有关，所以叫作 入射光的颜率 金属的 288 热辐射。 3.光电效应的四个规律 (2)特点：辐射强度按波长的分布情况随物体的 2125 (1)每种金属都有一个极限频率，入射光的频率 而有所不同。 必须 截止频率（极限频率）才能产生光电效 年 2.黑体、黑体辐射的实验规律 度 应。低于截止颜率时不能发生光电效应。 (1)黑体：能够 入射的各种波长的电磁 (2)光电子的最大初动能与入射光的 无 新 波而不发生反射的物体。 关，只随入射光频率的增大而 计 (2)黑体辐射的实验规律 (3)光电效应的发生 的，一般不超过 黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的 10-98。 学 有关。随着温度的升高，一方面，各种波长的 (4)当入射光的频率大于极限频率时，饱和光电 辐射强度都有 ,另一方面，辐射强度的极大值 流的强度与入射光的强度成 向波长较 的方向移动，如图。 注意：入射光频率一定时，光照强度决定于每秒钟 个牺财如度 N700k 光源发射的光子数，而光的频率决定着每个光子的 能量。 4.用光电管研究光电效应 1100 (1)光电效应电路图。 m 3.能量子 (1)定义：普朗克认为，振动着的带电微粒的能量 只能是某一最小能量值ε的 ,这个不可再分 的最小能量值ε叫作能量子。 (2)能量子大小：8= ,其中”是带电微粒 吸收或辐射电磁波的频率，h称为普朗克常量，h= (2)光电流与饱和光电流。 6.626×104J·s(一般取h=6.63×10J·s)。 ①入射光强度： 人射到金属表面单位面 (3)能量的量子化：微观粒子的能量是量子化的积上的能量。频率一定时， 越大，光子数 或者说微观粒子的能量是不连续的。 越多。 ②光电流：光电子在电路中形成的电流。 2.物质波 ③饱和光电流：在 的光照射下 (1)概率波 的最大光电流。 光的干涉现象是大量光子的运动遵守波动规律的 表现，亮条纹是光子到达概率 的地方，暗条纹 (3)遏止电压：使光电流减小到零的反向电压0。 是光子到达概率 的地方，因此光波又叫概 5.爱因斯坦光电效应方程 率波。 (1)光电效应方程 (2)物质波 ①表达式：hw=E+W。或E= 任何一个运动着的物体，小到微观粒子大到宏观 ②物理意义：金属表面的电子吸收一个光子获得 物体都有一种波与它对应，其波长入= P为 的能量是hw,这些能量的一部分用来克服金属的逸出 运动物体的动量，h为普朗克常量。 功。，剩下的表现为逸出后电子的 易错蕲析 (2)逸出功W。:电子从金属中逸出所需做功的 1.光电子逸出后的最大初动能由光子的频率和逸出功 .Wo=hv. 共同决定。 () (3)最大初动能：发生光电效应时，金属表面上的2.光子和光电子都是实物粒子。 () 吸收光子后克服原子核的引力逸出时所具有 3.光的频率越高，光的粒子性越明显，但仍具有波 的动能的最大值。 动性。 () 三.光的波粒二象性物质波 4.德国物理学家普朗克提出了量子假说，成功地解释 1.光的波粒二象性 了光电效应规律。 (） (1)光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有 5.只要人射光的强度足够强，就可以使金属发生光电 效应。 () 性e 6.法国物理学家德布罗意大胆预言了实物粒子在一定 (2)光电效应、康普顿效应说明光具有 条件下会表现为波动性。 ( 性。 7.逸出功的大小由金属本身决定，与入射光无关。 (3)光既具有波动性，又具有粒子性，称为光的 复 性。 8.每秒逸出的光电子数决定着饱和光电流的大小，而 不是光电流的大小 ( 理 核心考点·重点突破 289 喜点1普朗克黑体辐射理论 (基础考点·自主探究) 一般物体与黑体的比较 热辐射特点 吸收、反射特点 辐射电磁波的情况与温 既吸收又反射，其能力 一般 度有关，与材料的种类及 与材料的种类及入射波 A.T<T 物体 表面状况有关 长等因素有关 B.在同一温度下，波长越短的电磁波辐射强度越大 C.随者温度的升高，黑体的辐射强度都有所降低 辐射电磁波的强度按波 完全吸收各种入射电磁 D.随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短 黑体 长的分布只与黑体的温 波而不发生反射 方向移动 度有关 (有关能量子的计算)(2023·浙江卷1月)被誉 【跟踪训练】 为“中国天眼”的大口径球面射电望远镜已发现 (黑体辐射的实验规律)如图所示为黑体的辐射 660余颗新脉冲星，领先世界。天眼对距地球为L的 强度与其辐射电磁波的波长的关系图像，则下列天体进行观测，其接收光子的横截面半径为R。若天 说法正确的是 体射向天眼的辐射光子中，有(？<1)倍被天眼接收， 天眼每秒接收到该天体发出的频率为”的N个光子。 C.验电器指针张开一个角度 普朗克常量为h,则该天体发射频率为v光子的功率为 D.锌板带负电 (光电效应规律)（多选）(2023·福建厦门质检)】 利用光电管研究光电效应的实验电路图如图所 示，用频率为v的可见光照射阴极K,电流表中有电流 通过，则 () A.4NLhv B.2NIhwv R'n Rn C.nlhv D.'hv 4RN 2RN A.改用紫外线照射K,电流表中没有电流通过 耆点2 光电效应规律和光电效应方程的应用 B.只增加该可见光的强度，电流表中通过的电流将 变大 (基础考点·自主探究) C.若将滑动变阻器的滑片滑到A端，电流表中一定 1.与光电效应有关的两组概念对比 无电流通过 (1)光电子的初动能与光电子的最大初动能：从 D.若将滑动变阻器的滑片向B端滑动，电流表示数 金属表面直接向外飞出的电子，只需克服原子核的引 可能不变 力做功，此时，光电子具有最大初动能。光电子的初动 (光电效应方程的应用)大量处于n=3能级的氢 290 能小于或等于光电子的最大初动能。 原子跃迁能辐射出多种光子，若将其中能量为 (2)光电流与饱和光电流：光电流与人射光的强 225 度和所加电压有关：饱和光电流是光电流的最大值，与 12.09eV的光子照射到如图的极板K上，合上开关， 所加电压无关，随入射光强度的增大而增大。 调节滑动变阻器的滑片P,发现当电压表读数大于或 年 度 2.两条对应关系 等于0.60V时，电流表读数才为零，则极板K金属材料 新 (1)人射光频率一定，光照强度大→光子数目多 的逸出功为 () 计 一→发射光电子多→光电流大： (2)光子频率高→光子能量大→光电子的最大初 动能大。 系 3.三个重要关系式 (1)爱因斯坦光电效应方程：E、=hw-W。 (2)最大初动能与遏止电压的关系：E=eU,。 A.0.60eV B.11.49 eV (3)逸出功与极限频率的关系W。=o C.12.09eV D.12.69eV 【跟踪训练】 雪点3 光电效应图像 3(光电效应现象（多选）如图所示，用导线把的 电器与锌板相连接，已知紫外线的频率大于锌的 (能力考点·深度研析) 截止频率，当用紫外线照射锌板时，发生的现象是 由图线直接（间接） 图像名称 图线形状 得到的物理量 验巾器 锌板 ①极限频率：图线与"轴 最大初动 E 交点的横坐标 能E.与 ②逸出功：图线与E,轴 紫外线灯 人射光频 交点的纵坐标的绝对值 率，的关 W。=1-E1=E 7777777777777777777777 系图线 -8 ③普朗克常量：图线的斜 A.有光子从锌板逸出 率k=4 B.有电子从锌板逸出 颜色相 P考向1Em-y图像 ①遏止电压U,:图线与横 同、强度 例0(2021·江苏卷，8)如图所示，分别用1,2两种材 强光（黄） 轴的交点 不同的 料作K极进行光电效应探究，其截止频率”，< 弱光（】 ②饱和光电流/：电流的 光，光电 巧，保持入射光不变，则光电子到达A极时动能的最大 流与电压 0 最大值 值E.随电压U变化关系的图像是 () 的关系 ③最大初动能：E.=eU。 颜色不同 ①遇止电压UUa 黄光 时，光电 蓝光 ②饱和光电流 流与电压 ③最大初动能Eu=eU,a, 的关系 U.U.0 Ep =eU ①截止颜率：图线与横 轴的交点 遂止电压 tU. ②遏止电压U,:随入射光 U,与入 频率的增大而培大 射光频率 ”的关系 ③普朗克常量4：等于图 图线 0 线的斜率与电子电量的 乘积，即h=c。(注：此 时两极之间接反向电压) ●考向2U,-v图像 n ②(2022·河北卷)如图是密立根1916年发表的钠金属光电效应 轮总复习 30 列的通山电心与人射光濑率v的实验曲线，该实验接证了爱狗 25明 2.09 斯坦光电效应方程，并H第一次利用光电效应实验测定了普朗克常量。由 理 15 图像可知 A,钠的逸出功为hv w)h 291 5 B:钠的履L频字为85×10H图线斜车为 eW=w,-=h·yw C,图中直线的斜率为普朗克常量 模截距 (与v相关但不是正 D,遏止电kU与入射光频率v成正比 比关系 ·考向31-U图像 A.a光的光照强度等于c光的光照强度 例日(224·内蒙古包头高三开学考试)图甲是研究光 B.a光的光照强度小于b光的光照强度 电效应的电路图，图乙是光电流与电压的关系。根 C.a光的频率小于c光的频率 D.a光的频率大于b光的频率 据图甲和图乙中提供的信息，下列说法正确的是() 喜点4对波粒二象性的理解 (基础考点·自主探究】 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 地源 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 (物质波)（多选）(2023·浙江卷)有一种新型光 光在传播过程中往往表现出波动性：在与物质发 电效应量子材料，其逸出功为W。当紫外光照 生作用时往往表现出粒子性。 4.波动性与粒子性的统一 射该材料时，只产生动能和动量单一的相干光电子東。 由光子的能量E=加、光子的动量表达式P=入 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△x。已知电 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描述波动性的物理 子质量为m,普朗克常量为h,光速为c,则() 量—频率P和波长A。 hL 【跟踪训练】 A电子的动量P:=Ax (光的波动性和粒子性的理解)用极微弱的可见 B.电子的动能E, 光做双缝干涉实验，随着时间的增加，在屏上先 2m△x 后出现如图(a)、(b)、(c)所示的图像，则 C.光子的能量E=W。+ch d△x D.光子的动量p= 2L2 e 2eml△r A.图像(a)表明光具有波动性 温馨提示：复习至此，请完成练案[79 B.图像（©）表明光具有粒子性 C.用紫外线观察不到类似的图像 D.实验表明光是一种概率波 292 2025 第40讲原子结构与原子核 年 知识梳理·易错辨析 新 二.氢原子光谱 知识梳理 1.光谱 一、原子结构 用光橱或棱镜可以把光按波长展开，获得光的 1.电子的发现：英国物理学家 发现了 (频率)和强度分布的记录，即光谱。 电子。 2.光谱分类 2.《粒子散射实验 有些光谱是一条条的 ,这样的光谱叫作 (1)1909一1911年，英籍物理学家 进行 线状谱。有的光谱是连在一起的 ,这样的光 了α粒子散射实验，提出了原子核式结构模型。 谱叫作连续谱。 (2)粒子散射实验的结果：绝大多数α粒子穿过 金箔后，基本上仍沿原来的方向前进，但有 3.氢原子光谱的实验规律： 粒子发生了大角度偏转，偏转的角度甚至大于90°，也 巴耳末系是氢光谱在可见光区的谱线，其波长公 就是说它们几乎被“撞了回来”，如图所示。 (n=3,4,5,…R是里德伯常 量，R=1.10×103m1)。 ④a粒了 4.光谱分析：利用每种原子都有自己的 可 ①娘了核 以用来鉴别物质和确定物质的组成成分，且灵敏度很 0 高。在发现和鉴别化学元素上有着重大的意义。 三、玻尔理论能级 3.原子的核式结构 1.玻尔的三条假设 原子的核式结构模型：原子中带正电部分的体积 (1)定态：原子只能处于一系列 的能量 但几乎占有全部 ,电子在正电体的 状态中，在这些能量状态中原子是 的，电子虽 外面运动。 然绕核运动，但并不向外辐射能量。3.(1)压强(2)保持气体温度不变保持气体质量不变 变大，B项正确：滑动变阻器的滑片滑到A端，光电管两端的电 3r}(4b+ 压为零，但光电子有初动能.有光电子到达阳极，故电流表中仍 有电流通过，C项错误：滑动变阻器的滑片向B端滑动时，若电 [解析](I)实验需要测量气体的体积与压强，气体体积可以 流已达到饱和光电流，则电流表示数可能不变，D项正确。 由注射器上的刻度直接读出，因此传感器A是压强传感器。 跟踪训练5：B由题意可知，该光电效应对应的遇止电压为U.= (2)实验需要保持气体温度与质量不变，操作中，不能用手握住 0.60V,设极板K金属材料的途出功为W。,根据爱因斯坦光电 注射器封闭气体部分，是为了保持气体温度不变：者实验过程 效应方程和动能定理有E.=U,=E-W。,解得W。=1l.49 中不慎将活塞拔出针简，则必须废除之前获得的数据，重嫩实 eV。故选B。 验，这是为了保持气体质量不变。 例1：C光电管所加电压为正向电压，则根据爱因斯坦光电效应 (3)(4)由玻意耳定律知p(V+-V。)=C,即V=C1 -V 方程可知光电子到达A极时动能的最大值E=Ue+w 载山，可知E。-/图像的斜率相同，均为：截止频率越大，则 +儿水PT+。-V。,要获得直线图像，应取y指和：轴分别 图像在纵轴上的截距越小，因”1<2，则图像C正确，A,B,D 错误 为且由复图b知，6=-少+…所以冰落约体积为 例2：A根据遇止电压与最大初动能的关系有eU.=E,根据电 V体袋=6+Ve 效应方程有E=加-W。,结合图像可知，当U为0时，解得 W。=。,A正确：钠的截止频率为。，根据图像可知.截止频率 第十六章 原子结构和波粒二象性原子核 小于8.5×10“Hz,B错误：结合遏止电压与光电效应方程可解 第39讲光电效应 波粒二象性 得儿=之-，可知，图中直线的斜率表示总.C错误：根据 知识梳理·易错辨析 過止电压与人射光的频率关系式可知，過止电压U,与人射光 知识梳理 频率”成线性关系，不是成正比，D错误。 →，1.(1)电磁波温度(2)温度 例3：C根据Em=hw-W。,-eU.=0-E,可得eU.=h-Wa, 2.(1)完全吸收(2)温度增加短 入射光的频率越高，对应的過止电压U越大，由图像可知：光、 3.(1)整数倍(2). b光的遏止电压相等，且小于：光的遏止电压，所以三种色光的 二1.电子光电子 频率关系为”>。=，故C正确，D错误；a光的频率小于c光 2.大于极限颜率 的频率，在相同电路下，光发生光电效应对应的饱和电流大于 3.(1)大于(2)强度增大(3)几乎是瞬时(4)正比 c光对应的饱和电流，说明a光的光照强度大于c光的光照强 4.(2)单位时间内光强一定颗率与强度 度，故A错误：光b光的频率相等，在相同电路下，a光发生光 电效应对应的饱和电流大于b光对应的饱和电流，说明光的 5.(1)m-耶。最大初动能(2)最小值hC (3)电子 光照强度大于b光的光照强度，故B错误 三1.(1)波动(2)粒子(3)波粒二象 跟踪训练6：D题图(a)只有分散的亮点，表明光具有粒子性：题 2.(1)大小(2)4 图()是现干涉条纹，表明光具有波动性，A、B错误：紫外线也 具有波粒二象性，也可以观察到类似的图像，C错误：实验表明 易错辨析 光是一种概率波，D正确。 1.V2.×3.V4.×5.×6.V7.V8.V 核心考点·重点突破 跟踪训练7：AD根据条纹间距公式△x=上 人，可得A:根 跟踪训练1：D不同温度的黑体向外辐射的电磁波的波长范围是 据R,=冬，可得A一长，故A正确：根据动能和动量的关系区 不同的，温度越高辐射强度最大值对应的波长越短，所以T,> T,故A错误：由题图可知，同一温度下，辐射强度最大的电磁 一会结合A法项可得公公成B特误：光子的能量E 波波长不是最大的，也不是最小的，而是处在最大与最小波长 之间，故B错误：由题图可知，黑体的辐射强度随着温度的升高 +代=。+，放C销误光子的动量，光子 而增大，故C错误：随着温度的升高，不同波长的辐射强度都会 增大，同时福射强度的极大值向波长较短的方向移动，故D 的能量E=m,乙，联立可得P=￡，则光子的动量p= 正确。 2mfAr,放D正确。故选AD P 跟踪训练2：A设天体发射频率为”光子的功率为P,由题意可 *×刀=，其中1=1s,解得P=4,放选A 知AxπR 练秦[79] 跟踪调练3：C用紫外线照射锌板时，发生光电效应，有电子从1.D黑体吸收电磁波面不发生反射，黑体自身向外辐射电磁波， 锌板逸出，锌板失去电子带正电，所以验电器带正电而箔片张 不一定是黑色的，故A,B错误：黑体辐射电磁波的强度按波长 开一定角度。故A,D错误，BC正确。 的分布只与黑体的温度有关.与材料的种类及其表面状况无 跟踪训练4：D用频率为，的可见光照射阴极K,能发生光电效 关，故C错误：任何物体都会反射电磁波，只吸收不反射电磁波 应，则该可见光的频率大于阴极材料的极限频率，紫外线的频 的物体实际是不存在的，黑体是一种理想化的模型，故D正确。 率大于可见光的频率，故用紫外线照射K,也一定能发生光电效2BD对于同一黑体，从图中可以看出，温度越高，向外辐射同一 应，电流表中有电流通过，A项错误：只增加可见光的强度，单位 波长的电磁被的辐射强度越大，故A错误：从图中可以看出，辐 时间内逸出金属表面的光电子数增多，电流表中通过的电流将 射强度的极大值随温度升高而向短波方向移动，故B正确：从 639