第15章 第1讲 光电效应 波粒二象性(教用Word)-【金榜题名】2026年高考物理一轮总复习

　　　　　 第十五章　近代物理 第1讲　光电效应　波粒二象性 考向 定位 1.理解光电效应的实验规律，会利用光电效应方程计算逸出功、最大初动能、截止频率等物理量；2.会分析光电效应的图像问题；3.理解物质波的概念，理解光的波粒二象性． 一、黑体辐射及实验规律 1．热辐射 (1)定义：周围的一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与物体的温度有关，所以叫热辐射． (2)特点：热辐射强度按波长的分布情况随物体温度的不同而有所不同． 2．黑体、黑体辐射的实验规律 (1)黑体：能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射的物体． (2)黑体辐射的实验：①对于一般材料的物体，辐射电磁波的情况除与温度有关外，还与材料的种类及表面状况有关．②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．随着温度的升高，一方面，各种波长的辐射强度都有增加，另一方面，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，如图所示． 3．能量子 (1)定义：普朗克认为，当带电微粒辐射或吸收能量时，只能辐射或吸收某个最小能量值ε的整数倍，这个不可再分的最小能量值ε叫作能量子． (2)能量子大小：ε＝hν，其中ν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＝6.626×10-34 J·s(一般取h＝6.63×10-34 J·s). 二、光电效应及其规律 1．光电效应现象 照射到金属表面的光，能使金属中的电子从表面逸出的现象．发射出来的电子叫光电子． 2．光电效应的产生条件 入射光的频率大于或等于金属的截止频率． 3．光电效应规律 (1)每种金属都有一个截止频率，入射光的频率必须大于或等于这个极限频率才能产生光电效应． (2)光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光频率的增大而增大． (3)光电效应的发生几乎是瞬时的，一般不超过10-9 s． (4)当入射光的频率大于截止频率时，饱和光电流的大小与入射光的强度成正比． 三、爱因斯坦光电效应方程 1．光子说：在空间传播的光不是连续的，而是一份一份的，每一份叫作一个光子，光子的能量ε＝hν． 2．逸出功W0：电子从金属中逸出所需做功的最小值． 3．最大初动能：发生光电效应时，金属表面上的电子吸收光子后克服原子核的引力逸出时所具有的动能的最大值． 4．光电效应方程：hν＝Ek＋W0或Ek＝hν－W0． 四、光的波粒二象性与物质波 1．光的波粒二象性 (1)光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有波动性． (2)光电效应说明光具有粒子性． (3)光既具有波动性，又具有粒子性，即光具有波粒二象性． 2．物质波：任何一个运动着的物体，小到微观粒子大到宏观物体都有一种波与它对应，其波长λ＝，p为运动物体的动量，h为普朗克常量． 金榜题名　创新高考总复习　物理(这是双页眉，请据需要手工删加) 第十五章　近代物理(这是单页眉，请据需要手工删加) 考点一　黑体辐射　能量子 1．黑体辐射的实验规律 (1)温度一定时，黑体辐射强度随波长的分布有一个极大值． (2)随着温度的升高各种波长的辐射强度都有增加，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动． 2．能量子的理解 (1)物体热辐射所发出的电磁波的能量是不连续的，只能是hν的整数倍． (2)微观世界中的物理系统，如原子、分子和离子等，其能量正如普朗克所假设的那样，只能取某些特定的值，即能量是量子化的． [对点训练] 1．(2025·承德月考)四种温度下黑体热辐射的强度与波长的关系如图所示．有关黑体辐射的实验规律和科学家们对黑体辐射的研究，下列说法正确的是(　　) A.温度升高，各波段的辐射强度均增大 B.温度升高，辐射强度的极大值向波长较长的方向移动 C.英国物理学家瑞利按波长分布提出的辐射强度公式与实验符合得很好 D.德国物理学家维恩借助能量子的假说，提出的黑体辐射强度公式与实验符合得很好 解析：选A　A．由图可知，随着温度升高，各波段的辐射强度均增大，A正确；B.由图可知，随着温度升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，B错误；C.瑞利提出的辐射强度公式在长波区与实验基本一致，而短波区与实验严重不符，故C错误；D.德国物理学家普朗克借助于能量子假说，提出的黑体辐射强度公式与实验相符，D错误． 故选A. 2．(能量子)(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 解析：选B　一个光子的能量为E0＝hν＝，点光源向所有方向均有辐射，光子以球面波的形式传播，那么以光源为原点的球面上的光子数相同，此时距光源的距离为R处，球面的表面积为S＝4πR2，则P＝4πR2×nE0，联立以上各式解得R≈3×102 m，故选项B正确． 考点二　光电效应规律的理解和应用 1．“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”关系 (1)光的强度大→光子数目多→发射光电子多→光电流大． (2)光子频率高→光子能量大→产生光电子的最大初动能大→遏止电压大． 3．“三个”关系式 (1)爱因斯坦光电效应方程：Ek＝hν－W0. (2)最大初动能与遏止电压的关系：mev＝eUc. (3)逸出功与极限频率的关系：W0＝hνc. [例1]　(2025·抚顺期末)用如图所示的装置研究光电效应规律，用能量为12 eV的光子照射光电管的阴极K，电流表检测到有电流．调节滑动变阻器滑片，当电压表的示数为5.0 V时，电流表的示数恰好为零，已知元电荷e＝1.6×10-19 C，下列说法正确的是(　　) A.光电子的最大初动能为8.0×10-19J B.光电管的阴极K的逸出功为1.21×10-18J C.若用能量为8 eV的光子照射阴极K，不会产生光电子 D.电源正负极对调，将滑片调至变阻器右端，此时电流表示数一定为饱和光电流 【解析】　A．调节滑动变阻器滑片，当电压表的示数为5.0 V，电流表的示数恰好为零，可知光电子的最大初动能 Ekm＝eUc＝5 eV＝5×1.6×10-19C·V＝8.0×10-19 J A正确； B.根据光电效应方程Ekm＝hν－W0 得逸出功 W0＝hν－Ekm＝12 eV－5 eV＝7 eV＝7×1.6×10-19C·V＝1.12×10-18J B错误； C.若用能量为8 eV的光子照射阴极K，8 eV大于金属板的逸出功(7 eV)，所以能发生光电效应产生光电子，C错误； D.将电源的正负极对调，把滑动变阻器的滑动触头向右滑动，当电流表示数不再增加时，此时电流表的示数为饱和光电流，D错误； 故选A. 【答案】　A [对点训练] 3．(2023·辽宁高考)原子处于磁场中，某些能级会发生劈裂，某种原子能级劈裂前后的部分能级图如图所示，相应能级跃迁放出的光子分别设为①②③④.若用①照射某金属表面时能发生光电效应，且逸出光电子的最大初动能为Ek，则(　　) A.①和③的能量相等 B.②的频率大于④的频率 C.用②照射该金属一定能发生光电效应 D.用④照射该金属逸出光电子的最大初动能小于Ek 解析：选A　由题图可知跃迁时放出的光子①和③均由同一高能级跃迁到同一低能级，又释放的能量等于两能级的能量差，所以①和③的能量相等，A正确；由题图可知②的能量比④的能量小，则由公式E＝hν可知②的频率小于④的频率，B错误；用①照射某金属表面时能发生光电效应现象，但由于②的能量小于①，所以用②照射该金属时不一定能发生光电效应，C错误；用①照射某金属时逸出光电子的最大初动能为Ek，由于④的能量大于①，则由Ek＝hν－W0可知，用④照射该金属逸出光电子的最大初动能一定大于Ek，D错误． 故选A. 4．如图所示，分别用波长为λ，2λ的光照射光电管的阴极K，对应的遏止电压之比为3∶1，普朗克常量用h表示，则(　　) A.光电管的极限波长是3λ B.用频率为的光照射该光电管时，有光电子逸出 C.光电管阴极K的逸出功为 D.用波长为的光照射，加正向电压时，饱和光电流一定变大 解析：选C　AB.根据光电效应方程及动能定理可知 h－W＝U1e h·－W＝U2e 由已知可得 ＝ 联立解得W＝h· 极限波长为4λ，用频率为的光照射该光电管时，不发生光电效应，没有光电子逸出，故AB错误； C.光电管阴极K的逸出功为 W＝h· 故C正确； D.饱和光电流大小与入射光的强度有关，用波长为的光照射，加正向电压时，饱和光电流不一定变大，看光的强度如何变化，故D错误． 故选C. 考点三　光电效应的四类图像问题 图像名称 图线形状 由图线直接(间接)得到的物理量 最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图线 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轴交点的纵坐标的绝对值W0＝|－E|＝E ③普朗克常量：图线的斜率k＝h 颜色相同、强度不同的光，光电流与电压的关系图线 ①遏止电压Uc：图线与横轴的交点的横坐标 ②饱和光电流Im：光电流的最大值 ③最大初动能：Ek＝eUc 续表 图像名称 图线形状 由图线直接(间接)得到的物理量 颜色不同时，光电流与电压的关系图线 ①遏止电压Uc1、Uc2 ②饱和光电流 ③最大初动能：Ek1＝eUc1，Ek2＝eUc2 遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图线 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(注：此时两极之间接反向电压) [例2]　(多选)(2025·许昌模拟)图甲、乙、丙、丁均为关于光电效应的四幅图像，其中ν为入射光的频率、U为所加电压、Uc为遏止电压、Ek为光电子的最大初动能、I为光电流．下列说法正确的是(　　) A．若电子的电荷量为e，则由图甲可得普朗克常量h＝ B．由图乙可知，虚线对应金属的逸出功比实线对应金属的逸出功大 C．由图丙可知，在光的频率不变(即颜色不变)的情况下，入射光越强，饱和光电流越大 D．由图丁可知，光电管两端的电压越高，光电流一定越大 【解析】　A．根据爱因斯坦光电效应方程有 hν＝hνc＋eUc 整理得Uc＝·ν－·νc 结合题图甲有＝ 解得h＝ 故A正确； B．根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0可知，Ek－ν图像纵截距的绝对值表示逸出功，因此实线对应金属的逸出功比虚线对应金属的逸出功大，故B错误； C．当入射光的频率一定时，饱和光电流由入射光的强度决定，即在入射光越强，光子数越多，饱和光电流越大，故C正确； D．分析题图丁可知，当达到饱和光电流以后，增大光电管两端的电压，光电流不变，故D错误． 故选AC. 【答案】　AC [对点训练] 5．(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8.5×1014 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：选A　根据遏止电压与最大初动能的关系有eUc＝Ek，根据光电效应方程Ek＝hν－W0，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，截止频率为5.5×1014 Hz，B错误；结合遏止电压与光电效应方程可解得Uc＝ν－，可知，图中直线的斜率表示，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． 故选A. 考点四　光的波粒二象性　物质波 1．对光的波粒二象性的理解 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 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，越不容易看到光的干涉和衍射现象，贯穿本领越强 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 波动性与粒子性的统一 由光子的能量ε＝hν、光子的动量表达式p＝也可以看出，光的波动性和粒子性并不矛盾，表示粒子性的粒子能量和动量的计算式中都含有表示波的特征的物理量——频率ν和波长λ 2.物质波 (1)任何一个运动的物体，无论大小，都有一种波与之对应． (2)物质波的波长：λ＝＝，h是普朗克常量． [例3]　(多选)(2023·浙江6月选考)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＝ B．电子的动能Ek＝ C．光子的能量E＝W0＋ D．光子的动量p＝＋ 【解析】　由双缝干涉条纹间距Δx＝λ、电子动量pe＝联立解得pe＝，A正确；电子的动能Ek＝mv2＝，解得Ek＝，B错误；根据爱因斯坦光电效应方程，光子的能量E＝W0＋Ek，故E＝W0＋，C错误；光子的动量p＝＝＝，解得p＝＋，D正确． 【答案】　AD [对点训练] 6．(2025·黄冈一模)用极微弱的可见光做双缝干涉实验，随着时间的增加，在胶片上先后出现如图 甲、乙、丙所示的图像，则下列说法错误的是(　　) A.图像甲表明光具有粒子性 B．实验表明光是一种概率波 C．用紫外线光做实验，观察不到类似的图像 D．实验表明光的波动性不是光子间相互作用引起的 解析：选C　A．图像甲以一个个的亮点，即每次只照亮一个位置，这表明光是一份一份传播的，说明光具有粒子性，故A正确； B．因为单个光子所能到达的位置不能确定，但大量光子却表现出波动性，即光子到达哪个位置是一个概率问题，故此实验表明了光是一种概率波，故B正确； C．因为紫外光是不可见光，所以直接用眼睛观察不到类似的图像，但是用感光胶片就能观察到类似现象，故C错误； D．在光的双缝干涉实验中，减小光的强度，让光子通过双缝后，光子只能一个接一个地到达光屏，经过足够长时间，仍然发现相同的干涉条纹．这表明光的波动性不是由光子之间的相互作用引起的，故D正确； 说法错误的，故选C. 学科网（北京）股份有限公司 $$