第4章 波粒二象性 单元综合提升-【金版新学案】2025-2026学年高中物理选择性必修第三册同步课堂高效讲义教师用书（粤教版）

该高中物理单元复习讲义以“波粒二象性”为核心，通过概念梳理框架图系统构建知识体系，涵盖光子能量、光电效应方程等要点，呈现光子数计算、遏止电压与频率关系等重难点，清晰展现知识内在逻辑。 讲义亮点在于高考真题与教材衔接的练习设计，如2022全国乙卷光子辐射问题、河北高考遏止电压图像分析，结合针对练和易错辨析，培养科学思维与科学探究素养，助力分层提升，支持教师精准教学。

单元综合提升 波粒二象性 (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：B 解析：一个光子的能量为ε＝hν，ν为光的频率，又c＝λν，则光源每秒发出的光子的个数为n＝＝，P为光源的功率。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，每秒垂直通过每平方米的光子数为3 × 1014个，此处球面的表面积为S＝4πR2，则有＝3×1014，联立以上各式解得R ≈ 3 × 102 m，故选B。 [衔接教材] 教材P99·T12 激光器是一个特殊的光源，它发出的光便是激光，红宝石激光器发射的激光是不连续的一道一道的闪光，每道闪光被称为一个光脉冲。现有一红宝石激光器，发射功率为P＝1.0×106 W，所发射的每个光脉冲持续的时间Δt＝1.0×10－11 s，波长λ＝693.4 nm(1 nm＝1×10－9 m)，则每列光脉冲的长度L是多少？其中含有的光子数是多少？ [衔接分析] 全国乙卷高考真题以点光源均匀辐射光子为素材创设学习探索问题情境。与教材P99·T12创设的物理情境相似。主要考查光子等知识。 针对练1.目前我国光刻机设备生产技术正在飞速发展，光刻机中的一项关键技术就是激光光源的控制。若某激光光源发射出一束波长为λ的单色平行激光束，发光的功率为P，已知真空中的光速为c，普朗克常量为h，不考虑激光在传播过程中的衰减，则该激光光源发出的激光束在长度1 m内的平均光子个数为(　　) A． B． C． D． 答案：A 解析：每个光子的能量为ε＝hν＝，设在时间t内发射的光子数为N，则有Pt＝Nε，该过程中激光传播的距离为L＝ct，这些光子平均分布在距离L上，则长度1 m的光束内的平均光子个数为n＝＝，故A正确，B、C、D错误。 学生用书↓第76页 针对练2.一束波长为7×10－5cm的光波，每秒钟有3×1015个光子通过一个与光线垂直的平面。另有一束光，在相同时间内传输相同的能量，但波长为4×10－5cm。那么这束光每秒钟通过这个垂直平面的光子数目为(　　) A．×1015 B．3×1015 C．×1015 D．×1015 答案：C 解析：由题意得n1＝n2，代入数据可得3×1015×＝n2，解得n2＝×1015个，故选C。 (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 答案：A 解析：根据遏止电压与最大初动能的关系有eUc＝Ek，根据光电效应方程有Ek＝hν－W0，结合题图可知，当Uc为0时，解得W0＝hνc，A正确；钠的截止频率为νc，根据题图可知，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得Uc＝ν－，可知，题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Uc＝ν－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。 [衔接教材]　人教版选择性必修第三册P98·A组T1 在光电效应实验中，小明用同一光电管在不同实验条件下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线(甲、乙、丙)，如图所示。回答下面问题，并说明理由。 (1)甲、乙两种光的频率，哪个大？ (2)乙、丙两种光的波长，哪个大？ (3)乙、丙两种光所对应的截止频率，哪个大？ (4)甲、丙两种光所产生光电子的最大初动能，哪个大？ [衔接分析]　人教版选择性必修第三册P98·A组T1以同一光电管在不同条件下的三条光电流与电压的关系图像为情境，考查了不同光的频率、波长、对应的截止频率、光电子的最大初动能的比较问题。 近几年的高考也常以光电效应的有关图像的理解应用为情境进行命题，成为高考的一个考查热点，例如： 2022·河北高考真题以密立根于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的实验曲线为情境，考查了Ucν图像、遏止电压与最大初动能的关系及光电效应方程等规律的综合应用问题。 针对练1.美国物理学家密立根从1907年开始以精湛的技术测量光电效应中几个重要的物理量。在一次实验中得到的某金属遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图线如图所示，已知普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，e＝1.6×10－19 C，几种金属的逸出功如下表所示。根据提供的信息可以判断实验中所用的金属是(　　) 金属 逸出功(eV) 钨 4.54 钙 3.20 钠 2.29 铷 2.13 A．钨 B．钙 C．铷 D．钠 答案：D 解析：根据爱因斯坦光电效应方程hν＝Ek＋W0，遏止电压与最大初动能的关系eUc＝Ek，联立可得Uc＝－，当遏止电压为零时，入射光的能量等于逸出功，由题图可知，当Uc＝0时ν＝5.52×1014 Hz，则逸出功为W0＝hν＝6.63×10－34×5.52×1014 J≈2.29 eV，故选D。 针对练2.(多选)美国物理学家密立根曾经是爱因斯坦光电效应理论的质疑者之一，他通过测量金属的遏止电压Uc与入射光频率ν，由此算出普朗克常量h，并与普朗克根据黑体辐射得出的h相比较，以检验爱因斯坦方程式的正确性。已知电子电量为1.6×10－19 C，普朗克常量为6.63×10－34 J·s。若某次实验中得到如图所示的Uc­ν图像，则下列说法正确的是(　　) 学生用书↓第77页 A．该金属的截止频率与入射光的频率无关 B．遏止电压Uc与入射光的频率和强弱都有关 C．由图像可知普朗克常量约为6.67×10－34 J·s D．实验结果说明爱因斯坦的光电效应理论是错误的 答案：AC 解析：截止频率是光照射金属时产生光电效应的最低频率，由金属材料本身决定，与入射光的频率无关，A正确；入射光的频率越高，光电子的最大初动能越大，遏止电压越高，当频率相等时，入射光的强弱决定了电流的强弱，遏止电压与入射光的强弱无关，B错误；由爱因斯坦光电效应方程hν＝Ek＋W0，又Ek＝eUc，可得hν＝eUc＋W0，整理得Uc＝ν－，则图像的斜率k＝＝≈4.17×10－15 V·s，解得h≈6.67×10－34 J·s，C正确；实验结果说明爱因斯坦的光电效应理论是正确的，D错误。故选AC。 1.(多选)利用光电管研究光电效应的实验电路如图所示，用频率为ν的可见光照射阴极K，电流表中有电流通过，则(　　) A．改用紫外线照射K，电流表中没有电流通过 B．只增加该可见光的强度，电流表中通过的电流将变大 C．若将滑动变阻器的滑片移到A端，电流表中一定无电流通过 D．若将滑动变阻器的滑片向B端移动，电流表示数可能不变 答案：BD 解析：用可见光照射阴极K，能发生光电效应，则可见光的频率大于该阴极材料的截止频率，紫外线的频率大于可见光，故用紫外线照射K，一定能发生光电效应，电流表中有电流通过，A错误；增加可见光的照射强度，单位时间内逸出金属表面的电子数增多，光电流变大，B正确；滑动变阻器的滑片移到A端，光电管两端的电压为零，但光电子有初动能，故电流表中仍有电流通过，C错误；滑动变阻器的滑片向B端滑动时，若电流已经达到饱和电流，则电流表示数不变，D正确。 [易错分析]　本题易错点是对光电效应现象几个基本概念理解不透彻。理解饱和电流与滑动变阻器的滑片位置以及光照强度的关系是解决本题的关键。 2．下列对光电效应规律的理解正确的是(　　) A．遏止电压与入射光频率成正比 B．截止频率是能发生光电效应的最小频率 C．饱和电流的大小由入射光频率决定，与光照强度无关 D．所有光电子的初动能都等于光电子的最大初动能 答案：B 解析：根据光电效应方程结合动能定理可得Uc＝ν－，可知遏止电压与入射光频率成线性关系，不成正比，故A错误；截止频率是能发生光电效应的最小频率，故B正确；光的频率一定时，入射光越强，单位时间内逸出的光电子数越多，饱和电流越大，故C错误；光照射到金属表面时，电子吸收光子的能量，就可能向各个方向运动，运动过程中要克服原子核和其他原子的阻碍而损失一部分能量，剩余部分能量转化为光电子的初动能，所以从金属表面的电子只需克服原子核的引力做功就能从金属表面逸出，那么这些光电子具有最大初动能，而不从金属表面发射的光电子，在逸出的过程中损失的能量会更多，此时光电子的初动能小于最大初动能，所以所有光电子的初动能都小于等于光电子的最大初动能，故D错误。 [易错分析]　本题易错点是对光电子的最大初动能与入射光频率的关系的判断。两者不是正比关系，是一次函数线性关系。 3.在某次光电效应实验中，得到了入射光频率ν与遏止电压Uc的关系如图所示。该直线的斜率为k，截距为b，电子电荷量为e，则下列说法正确的是(　　) A．实验所用金属材料的逸出功可表示为 B．普朗克常量可表示为ke C．若换另外一种金属实验，则k会发生变化 D．若换另外一种金属实验，则b不会发生变化 答案：A 解析：由光电效应方程有hν－W0＝Ek，又Ek＝eUc，可得hν－W0＝eUc，整理得ν＝＋，结合题图有b＝，k＝，故实验所用金属材料的逸出功可表示为W0＝，故选项A正确；普朗克常量可表示为h＝，故选项B错误；若换另外一种金属实验，则k＝不会发生变化，金属的逸出功发生变化，即b会发生变化，故选项C、D错误． [易错分析]　本题易错点是图像的截距和斜率的物理意义。解决此类问题的关键是列出横、纵坐标的相关方程，再变形成纵坐标与横坐标的表达式。 4．(多选)如图所示，波长为λa和λb的两种单色光射入三棱镜，经折射后射出两束单色光a和b，则这两束光(　　) A．照射同一种金属均有光电子逸出时，光电子的最大初动能Eka＞Ekb B．射向同一双缝干涉装置，其干涉条纹间距Δxa＞Δxb C．在水中的传播速度va＜vb D．光子动量pa＜pb 答案：BD 解析：由题图可知，a的偏折角小，则玻璃对a光的折射率小于对b光的折射率，所以a光的频率小于b光的频率，由爱因斯坦光电效应方程可得Ek＝hν－W0，可知照射同一种金属均有光电子逸出时，光电子最大初动能Ekb＞Eka，故A错误；a光的频率较小，波长较长，由双缝干涉条纹间距Δx＝λ，可知a光干涉条纹间距较大，故B正确；a光的折射率小，由v＝可知，在水中，a光的传播速度大于b光的传播速度，故C错误；由光子的动量p＝，可知b光的光子动量较大，故D正确。 [易错分析]　本题易错点是光的折射与光的频率的关系和光电效应与光的频率的关系。解决本题的关键是熟练掌握折射定律的三个相关表达式以及光电效应方程。 5．X射线是一种高频电磁波，若X射线在真空中的波长为λ，以h表示普朗克常量，c表示真空中的光速，以ε和p分别表示X射线每个光子的能量和动量，则(　　) A．ε＝，p＝0 B．ε＝，p＝ C．ε＝，p＝0 D．ε＝，p＝ 答案：D 解析：根据光子的能量ε＝hν，且λ＝，c＝λν，可得X射线每个光子的能量为ε＝，每个光子的动量为p＝，故选D。 [易错分析]　本题易错点是光子的能量与波长的关系式。光既有粒子性又有波动性，光子的动量要根据德布罗意波的波长公式求解。 学科网（北京）股份有限公司 $