第十五章 第1讲 光电效应 波粒二象性-【勤径学升】2026年高考物理一轮总复习配套课件（人教版2019）

物 理 第十五章　近代物理初步 第1讲　光电效应　波粒二象性 返回目录 返回目录 返回目录 × × √ × √ √ √ 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 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。 【知识总览】 【微点辨析】 (1)光子和光电子都是实物粒子。( ) (2)只要入射光的强度足够大，就可以使金属发生光电效应。( ) (3)要使某金属发生光电效应，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)美国物理学家康普顿发现了康普顿效应，证实了光的粒子性。( ) (7)法国物理学家德布罗意大胆预言了实物粒子在一定条件下会表现为波动性。( ) 考点 eq \a\vs4\al(1) 光电效应规律的理解和应用(素养自修) 1．[对光电效应规律的理解](多选)现用某一光电管进行光电效应实验，当用某一频率的光入射时，有光电流产生。下列说法正确的是(　　) A．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 B．入射光的频率变高，饱和光电流变大 C．入射光的频率变高，光电子的最大初动能变大 D．保持入射光的光强不变，不断减小入射光的频率，始终有光电流产生 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。 答案　AC 3．[爱因斯坦光电效应方程的应用]如图所示，有一束单色光入射到极限频率为νc的金属板K上，具有最大初动能的某出射电子，沿垂直于平行板电容器极板的方向，从左侧极板上的小孔入射到两极板间的匀强电场后，到达右侧极板时速度刚好为零。已知电容器的电容为C，带电荷量为Q，极板间距为d，普朗克常量为h，电子电荷量的绝对值为e，不计电子的重力。关于电容器右侧极板的带电情况和入射光的频率ν，以下判断正确的是(　　) A．带正电，νc＋ eq \f(Qe,Ch) B．带正电，νc＋ eq \f(Qe,Chd) C．带负电，νc＋ eq \f(Qe,Ch) D．带负电，νc＋ eq \f(Qe,Chd) 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νc的金属板K上，设射出电子的最大初动能为Ek，则有hν－W0＝Ek，其中hνc＝W0，电子在电容器中做减速运动，由动能定理得－eU＝0－Ek，电容器两极板间的电势差为U＝ eq \f(Q,C) ，根据以上各式，解得ν＝νc＋ eq \f(Qe,Ch) ，故选项C正确，选项A、B、D错误。 答案　C 1．光电效应的两条对应关系 入射光强度大→光子数目多→发射光电子多→光电流大； 光子频率高→光子能量大→光电子的最大初动能大。 2．光电效应中三个重要关系式 (1)爱因斯坦光电效应方程：Ek＝hν－W0。 (2)光电子的最大初动能Ek与遏止电压Uc的关系：Ek＝eUc。 (3)逸出功W0与极限频率νc的关系：W0＝hνc。 3．光电管上加正向与反向电压情况分析 (1)光电管加正向电压的情况： ①P右移时，参与导电的光电子数增加； ②P移到某一位置时，所有逸出的光电 子恰好都参与了导电，光电流恰好达到最大值； ③P再右移时，光电流不再增大。 (2)光电管加反向电压的情况： ①P右移时，参与导电的光电子数减少； ②P移到某一位置时，所有逸出的光电子恰好都不参与导电，光电流恰好为0，此时光电管两端加的电压为遏止电压； ③P再右移时，光电流始终为0。 考点 eq \a\vs4\al(2) 光电效应的图像(方法模型) 类型1　Ek-ν图像 图像名称 图线形状 读取信息 最大初动能Ek与入射光频率ν的关系 ①极限频率：图线与ν轴交点的横坐标νc ②逸出功：图线与Ek轴交点的纵坐标的值的绝对值W0＝|－E|＝E ③普朗克常量：图线的斜率k＝h [例1]　(多选)用图甲所示的装置研究光电效应，闭合电键S，用频率为ν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ν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．该光电管阴极的极限频率为a B．普朗克常量为h＝ eq \f(a,b) C．断开开关S后，电流表G的示数一定为零 D．仅增大入射光的频率，则遏止电压也随之增大 解析　根据光电效应方程Ek＝hν－W0，当Ek＝0时，对应的ν值是极限频率，此时ν＝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Ek＝hν－W0，图线的斜率即为普朗克常量h＝ eq \f(b,a) ，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，eUc＝Ek，遏止电压也随之增大，故D正确。故选AD。 答案　AD 类型2　Uc-ν图像 图像名称 图线形状 读取信息 遏止电压Uc与入射光频率ν的关系 ①极限频率νc：图线与横轴的交点的横坐标 ②遏止电压Uc：随入射光频率的增大而增大 ③普朗克常量h：等于图线的斜率与电子电荷量的乘积，即h＝ke ④逸出功：图线与Uc轴交点的纵坐标的值的绝对值与电荷量的乘积Ume [例2]　(2022·河北卷)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8.5×1014 Hz 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 解析　根据遏止电压与最大初动能的关系有eUc＝Ek，根据电效应方程有Ek＝hν－W0，当结合图像可知，当Uc为0时，解得W0＝hνc，A正确；钠的截止频率为νc，根据图像可知，截止频率小于8.5×1014 Hz，B错误；结合遏止电压与光电效应方程可解得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；根据遏止电压与入射光的频率关系式可知，遏止电压Uc与入射光频率ν成线性关系，不是成正比，D错误。 答案　A 类型3　I-U图像 图像名称 图线形状 读取信息 颜色不同时，光电流与电压的关系 ①遏止电压Uc1、Uc2 ②饱和光电流 ③最大初动能Ek1＝eUc1，Ek2＝eUc2 图像名称 图线形状 读取信息 颜色相同、强度不同的光，光电流与电压的关系 ①遏止电压Uc：图线与横轴的交点的横坐标 ②饱和光电流Im1、Im2：光电流的最大值 ③最大初动能：Ek＝eUc 考点 eq \a\vs4\al(3) 光的波粒二象性和物质波(素养自修) 4．[对波粒二象性的理解]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(　　) 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 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。 答案　C 6．[对物质波的理解]已知普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，电子的质量为9.11×10－31 kg，一个电子和一滴直径约为4 μm的油滴具有相同动能，油滴的密度为0.8×103 kg/m3，则电子与油滴的德布罗意波长之比的数量级为(　　) A．10－8　　　　　　　　 B．106 C．108 D．1016 解析　根据德布罗意波长公式λ＝ eq \f(h,p) ，由p＝ eq \r(2mEk) ，解得λ＝ eq \f(h,\r(2mEk)) 。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，所以有 eq \f(λ电,λ油) ＝ eq \f(\r(m油),\r(m电)) ，m油＝ρ· eq \f(1,6) πd3＝0.8×103× eq \f(1,6) ×3.14×(4×10－6)3 kg≈2.7×10－14 kg，代入数据解得 eq \f(λ电,λ油) ＝ eq \r(\f(2.7×10－14,9.11×10－31)) ≈1.7×108，所以C正确，A、B、D错误。 答案　C 1．对光的波粒二象性的理解 项目 光的波动性 光的粒子性 从数量上看 大量光子的作用效果往往表现为波动性 个别光子的作用效果往往表现为粒子性 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 项目 光的波动性 光的粒子性 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出粒子性 能证明的实验 光的干涉、衍射、偏振现象 光电效应、康普顿效应 联系 由光子的能量E＝hν、光子的动量p＝ eq \f(h,λ) 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描述波动性的物理量——频率ν和波长λ 2.德布罗意波(物质波) 波长λ与动量p的关系符合德布罗意公式λ＝ eq \f(h,p) (h为普朗克常量)的波叫德布罗意波，简称物质波，德布罗意波假说是光的波粒二象性的一种推广，使之包含了物质粒子，即光子和实物粒子都具有粒子性，又都具有波动性，与光子对应的波是电磁波，与实物粒子对应的波是德布罗意波。 $$