2026届高三物理一轮复习课件:光电效应 波粒二象性
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特供
内容正文:
物 理
构建知识体系
形成关键能力
提高学科素养
精准高效备考
高考能力梯级集训
第十六章 近代物理
课 程 标 准
1.了解人类探索原子及其结构的历史。知道原子的核式结构模型。通过对氢原子光谱的分析,了解原子的能级结构。
2.了解原子核的组成和核力的性质。知道四种基本相互作用。能根据质量数守恒和电荷守恒写出核反应方程。
3.了解放射性和原子核衰变。知道半衰期及其统计意义。了解放射性同位素的应用,知道射线的危害与防护。
4.认识原子核的结合能,了解核裂变反应和核聚变反应。关注核技术应用对人类生活和社会发展的影响。
5.了解人类对物质结构的探索历程。
第1讲 光电效应 波粒二象性
要 点 导 览
第1讲 光电效应 波粒二象性
第1讲 光电效应 波粒二象性
目录
1
2
3
基础满分练
课前 自检自测·夯基固本
能力高分练
课中 关键能力·可视思维
素养提升练
课中 高考定向·捕捉热点
第1讲 光电效应 波粒二象性
基础 满分练
课前 自检自测·夯基固本
知识点一 黑体辐射及实验规律
2个高考关键点
关键点1 热辐射的特点及应用
1.(2025江苏无锡期末)图中“测温枪”能将接收到的人体热辐射转换成温度显示,已知人体热辐射与黑体辐射规律相似。若人因病发烧,则病人热辐射强度I及其极大值对应的波长λ的变化情况是( )
A.I减小,λ增大
B.I减小,λ减小
C.I增大,λ增大
D.I增大,λ减小
D
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第1讲 光电效应 波粒二象性
解析 人发烧,体温升高,则病人热辐射强度I 增大,其极大值对应的波长λ减小,故D正确。
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第1讲 光电效应 波粒二象性
关键点2 黑体辐射及其实验规律的相关问题
2.如图A、B为两种不同温度下某一定质量的气体的分子速率分布图像,纵坐标f(v)表示各速率区间的分子数占总分子数的百分比,横坐标v表示分子的速率;如图C、D为两种不同温度下黑体辐射的强度与波长的关系的图像,其中符合实验规律的是( )[命题点❸]
C
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第1讲 光电效应 波粒二象性
解析 两种不同温度下某一定质量的气体的分子速率分布图像与坐标轴围成的面积应相等,且温度较高的气体分子速率大的占比更多,故A、B错误;黑体辐射的实验规律表明,随着温度的升高,一方面各种波长的辐射强度都增加,另一方面辐射强度的极大值向波长较短的方向移动,故C正确,D错误。
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第1讲 光电效应 波粒二象性
回归基础·考教衔接
一、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的温度而有所不同。
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第1讲 光电效应 波粒二象性
二、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.黑体辐射的实验规律
(1)对于一般材料的物体,辐射电磁波的情况除了与温度有关,还与材料的种类及表面状况有关。
[❶]一般材料的物体并不是完全吸收入射的电磁波,会有反射现象,物体材料的种类及表面状况对反射有影响。
(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。[❷]
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第1讲 光电效应 波粒二象性
(3)黑体辐射的实验规律如图所示。
[❸]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。
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第1讲 光电效应 波粒二象性
知识点二 波粒二象性
3个高考关键点
关键点1 能量子的理解
3.(2025天津河西统测)被誉为“中国天眼”的大口径球面射电望远镜发现的脉冲星已超1 000颗,领先世界。天眼对距地球球心为L的天体进行观测,其接收光子的横截面半径为R。若天体射向天眼的辐射光子中,有η(η<1)倍被天眼接收,天眼每秒接收到该天体发出的频率为ν的N个光子。普朗克常量为h,则该天体发射频率为ν的光子的功率为( )[命题点❹]
A. B.
C. D.
A
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第1讲 光电效应 波粒二象性
解析 由题意可知η=,可得该天体发射频率为ν的光子的功率为P=,故A正确。
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第1讲 光电效应 波粒二象性
关键点2 光电效应及其实验规律的相关问题
4.(2025湖南长沙三模)研究光电效应的实验电路
如图所示,下列说法正确的是( )
A.光电效应中产生的电子称作光电子,是由原子核内
放出的
B.爱因斯坦的光电效应理论成功解释了实验现象,
有力地支持了波动说[命题点❼]
C.在滑片由C端向D端移动过程中,电流表示数可能一直在增大[命题点❺]
D.用某一频率的光实验时有光电子逸出,现在将电源正负极调转,则无光电子逸出[命题点❻]
C
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第1讲 光电效应 波粒二象性
解析 光电效应中产生的电子称作光电子,是阴极上的电子吸收了光子的能量,从而脱离阴极板的束缚,运动到A极板,A错误;爱因斯坦的光电效应理论成功解释了实验现象,有力地支持了微粒说,B错误;在滑片由C端向D端移动过程中,正向电压逐渐增大,电流表示数可能一直在增大,也可能先增大后不变,C正确;将电源正负极反接,反向电压未达到遏止电压前,光电子仍然会从金属板中逸出,D错误。
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第1讲 光电效应 波粒二象性
5.(2025安徽合肥期末)用如图所示的装置研究光电效应现象,当用光子能量为2.5 eV的光照射到光电管上时发生了光电效应,毫安表的示数不为0;移动滑动变阻器的滑片,发现当电压表的示数大于或等于1.7 V时,毫安表示数为0。下列说法正确的是( )
A.光电管阴极的逸出功为1.7 eV[命题点❻]
B.光电子的最大初动能为0.8 eV[命题点❼]
C.相同频率下,入射光的强度越大,则在阴极板上
产生的光电子的最大初动能越大[命题点❺❼]
D.实验中用光子能量为1.6 eV的光照射到光电管
阴极上也能发生光电效应[命题点❻]
D
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第1讲 光电效应 波粒二象性
解析 该装置所加的电压为反向电压,发现当电压表的示数大于或等于1.7 V时,电流表示数为0,可知光电子的最大初动能为1.7 eV,根据光电效应方程Ek=hν-W0,其中hν=2.5 eV,联立解得W0=0.8 eV,A、B错误;根据爱因斯坦光电效应方程Ek=hν-W0,光电子的最大初动能Ek与入射光的强度无关,C错误;改用能量为1.6 eV的光子照射,1.6 eV大于逸出功0.8 eV,可以发生光电效应, D正确。
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第1讲 光电效应 波粒二象性
关键点3 光的波粒二象性的分析
6.(跨模块融通)如图所示,美国物理学家康普顿在研究石墨对X射线的散射时,发现散射后有的射线波长发生了改变。康普顿的学生,中国留学生吴有训测试了多种物质对X射线的散射,证实了该效应的普遍性。下列说法正确的是( )[命题点❽]
A.散射后,射线的频率变大,光子的能量也变大
B.光子与电子碰撞时,不遵循动量守恒定律
C.如果两个光子的动量相等,则这两个光子的
能量也相等
D.光电效应和康普顿效应说明光具有波动性
C
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第1讲 光电效应 波粒二象性
解析 散射后,射线的频率变小,光子的能量也变小,A错误;光子与电子碰撞时,也遵循动量守恒,能量守恒关系,B错误;由p=、E=hν=h,得E=pc,则光子动量相等,能量也相等,C正确;光电效应和康普顿效应说明光具有粒子性, D错误。
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第1讲 光电效应 波粒二象性
7.(2025山东烟台统测)用极微弱的可见光做双缝干涉实验,随着时间的增加,在屏上先后出现如图甲、乙、丙所示的图像,则( )
A.图甲表明光具有波动性[命题点❾]
B.图丙表明光具有粒子性[命题点❾]
C.用紫外线观察不到类似的图像[命题点❾]
D.实验表明光是一种概率波[命题点❿]
D
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第1讲 光电效应 波粒二象性
解析 图甲是一个个的亮点,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,A错误;图丙有明显的明暗相间的干涉条纹,而干涉是波特有的性质,故表明光具有波动性,B错误;紫外线也具有粒子性和波动性,所以用紫外线也可以观察到类似的图像,C错误;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,故实验表明光是一种概率波,D正确。
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第1讲 光电效应 波粒二象性
回归基础·考教衔接
三、能量子
1.定义:普朗克假设,振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整数倍,这个不可再分的最小能量值ε叫作能量子。
[❹]物体辐射或吸收能量是一份一份的,每一份能量都是能量子的整数倍。
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)。
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第1讲 光电效应 波粒二象性
四、光电效应
1.现象:照射到金属表面的光,能使金属中的电子从表面逸出。这个现象称为光电效应,这种电子常称为光电子。
2.光电效应的实验规律
(1)存在饱和电流:对于一定频率(颜色)的光,入射光越强,单位时间内发射的光电子数越多,饱和电流越大。
[❺]在光照条件不变的情况下,当电流增大到一定值之后,即使电压再大,电流也不会再进一步增大了。
(2)存在截止频率:光电子的能量只与入射光的频率有关,而与入射光的强弱无关。当入射光的频率低于截止频率时不发生光电效应。
[❻]入射光的频率高于截止频率时,一定能发生光电效应。
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第1讲 光电效应 波粒二象性
(3)存在遏止电压:使光电流减小到0的反向电压Uc称为遏止电压。存在遏止电压意味着光电子的初动能有最大值,Ekm==eUc,称为光电子的最大初动能。
(4)光电效应具有瞬时性:当入射光的频率超过截止频率νc时,无论入射光怎样微弱,光电效应几乎是瞬时发生的。
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第1讲 光电效应 波粒二象性
3.爱因斯坦光电效应方程:Ek=hν-W0。
[❼]增大入射光的频率,光电子获得的能量增大,但金属的逸出功不变,则光电子的最大初动能变大。
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第1讲 光电效应 波粒二象性
五、光的波粒二象性
1.康普顿效应和光子的动量
在散射的X射线中,除了有与入射波长λ0相同的成分外,还有波长大于λ0的成分,这个现象称为康普顿效应。康普顿效应说明光子不仅具有能量,而且具有动量。[❽]
2.光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有波动性,光电效应和康普顿效应说明光具有粒子性。光既具有波动性,又具有粒子性,称为光的波粒二象性。波粒二象性是指:一切微观粒子(如电子、光子等)都同时具有“粒子”的属性和“波”的属性。具体表现出哪种属性,取决于你如何观测它。[❾]
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第1讲 光电效应 波粒二象性
六、物质波(粒子的波动性)
每一个运动的粒子都与一个对应的波相联系。粒子的能量ε和动量p跟它对应的波的频率ν和波长λ之间满足:ν=。这种与实物粒子相联系的波被称为德布罗意波,也叫作物质波。
[❿]干涉、衍射现象是波特有的现象,实物粒子的干涉、衍射现象说明其具有波动性。
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第1讲 光电效应 波粒二象性
考点一 光电效应规律及其应用
能力 高分练
课中 关键能力·可视思维
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考点一
考点二
第1讲 光电效应 波粒二象性
角度一 光电效应的分析
例1 如图,在研究光电效应的实验中,保持P的位置不变,用单色光甲照射阴极K,电流计G的指针不发生偏转;改用另一频率的单色光乙照射阴极K,电流计G的指针发生偏转,那么( )
A.增加单色光甲的强度一定能使电流计的指针
发生偏转
B.用单色光乙照射时通过电流计的电流由D到C
C.只增加单色光乙的强度一定能使通过电流计
的电流增大
D.单色光甲的波长一定小于单色光乙的波长
C
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考点一
考点二
第1讲 光电效应 波粒二象性
解析 用单色光甲照射阴极K,电流计的指针不发生偏转,说明单色光甲的频率小于阴极K的截止频率,增加单色光甲的强度也无法使电流计的指针发生偏转,A错误;电子运动方向从D到C,电流方向从C到D,B错误;只增加单色光乙的强度可以使光电流增大,通过电流计的电流增大,C正确;单色光乙能使阴极K发生光电效应,说明单色光乙的频率大于阴极K的截止频率,也就大于单色光甲的频率,单色光乙的波长一定小于单色光甲的波长,D错误。
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考点一
考点二
第1讲 光电效应 波粒二象性
破题思维链
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考点一
考点二
第1讲 光电效应 波粒二象性
解题精要
1.电子要从金属表面逸出,其吸收的能量不低于金属的逸出功W0,则入射光子的能量不能小于W0,对应的频率必须不小于νc=,即截止频率。不同金属的截止频率νc不同。
2.同种频率的光,光强度大→单位时间照到金属表面的光子数目多→单位时间产生的光电子多→光电流大。
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考点一
考点二
第1讲 光电效应 波粒二象性
角度二 光电效应方程的应用
例2 (2025辽宁大连期末)做光电效应实验的装置如图所示,闭合开关S,用一发光功率为P、光子能量为E的激光光源照射金属K,调节滑动变阻器R,当电压表示数为U时,电流表示数恰好为0,已知普朗克常量为h,真空中光速为c,则( )
A.光的波长为
B.该阴极材料的逸出功为eU-E
C.断开开关S,电流表示数为0
D.光源单位时间内发出的光子数为
D
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考点一
考点二
第1讲 光电效应 波粒二象性
解析 由E=hν,ν=可得,光的波长为λ=,A错误;根据光电效应方程,遏止电压Uc满足eUc=E-W0,题目中给出遏止电压Uc=U,因此阴极材料的逸出功W0=E-eU,B错误;断开开关后仍发生光电效应,电流不为0,电流表有示数,C错误;根据Pt=nE,可得光源单位时间内发出的光子数为n=,D正确。
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考点一
考点二
第1讲 光电效应 波粒二象性
破题思维链
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考点一
考点二
第1讲 光电效应 波粒二象性
角度三 光电效应规律的综合应用
例3 如图,分别用甲、乙两束单色光照射阴极K均可产生光电流。调节滑片P,当光电流恰好减小到零时,甲、乙对应的电压表示数分别为U甲、U乙,已知U甲<U乙,下列说法正确的是( )
A.甲光束比乙光束弱
B.甲光子动量小于乙光子动量
C.经过同一单缝,乙光产生的衍射现象更明显
D.经过同一双缝干涉装置得到的图样,甲光条纹间距小
B
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考点一
考点二
第1讲 光电效应 波粒二象性
解析 甲的遏止电压小于乙的遏止电压,根据eUc=hν-W0=h-W0,可得ν甲<ν乙, λ甲>λ乙。根据已知条件无法判断两光束强弱,A错误;甲的波长大,根据p=可知,甲光子动量小于乙光子动量,B正确;甲的波长大,甲、乙两束单色光经过同一单缝,甲光产生的衍射现象更明显,C错误;根据Δx=,甲的波长大,则甲、乙两束单色光经过同一双缝干涉装置得到的图样,甲光的条纹间距大,D错误。
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考点一
考点二
第1讲 光电效应 波粒二象性
解题精要
1.逸出功W0:电子从金属中逸出所需做功的最小值。
2.最大初动能Ek:金属表面的电子吸收光子能量hν后,一部分用来做脱离金属的逸出功W0,剩余能量表现为光电子的最大初动能。
3.遏止电压(或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。
4.光电效应方程:hν=Ek+W0或Ek=hν-W0。
5.逸出功与截止频率的关系:Ek=0,W0=hνc=h。
6.光电子最大初动能与遏止电压和入射光频率的关系:
-eUc=0-Ek,Uc=。
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考点一
考点二
第1讲 光电效应 波粒二象性
考点二 光电效应的图像
第1讲 光电效应 波粒二象性
考点一
考点二
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角度一 Ek-ν图像
例4 爱因斯坦提出了光子的概念并成功地解释了光电效应的规律,因而获得1921年的诺贝尔物理学奖。某种金属逸出光电子的最大初动能Ekm与入射光频率ν的关系如图所示,其中ν0为截止频率。
从图中可以确定的是( )
A.逸出功与ν有关
B.Ekm与入射光的频率成正比
C.当ν<ν0时,会逸出光电子
D.图中直线的斜率与普朗克常量有关
D
第1讲 光电效应 波粒二象性
考点一
考点二
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解析 金属的逸出功是由金属自身决定的,与入射光频率无关,其大小W0=hν0,A错误;根据爱因斯坦光电效应方程Ekm=hν-W0可知,光电子的最大初动能Ekm与入射光的频率成线性关系,但不成正比,B错误;要有光电子逸出,则光电子的最大初动能Ekm>0,即只有入射光的频率大于金属的截止频率,即ν>ν0时才会有光电子逸出,C错误;根据爱因斯坦光电效应方程Ekm=hν-W0可知,直线的斜率为普朗克常量h,D正确。
第1讲 光电效应 波粒二象性
考点一
考点二
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解题精要
Ek-ν图像(Ek=hν-hνc)
(1)截止频率: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,逸出功与截止频率的关系式为W0=hνc;
(3)普朗克常量:图线的斜率k=h。
第1讲 光电效应 波粒二象性
考点一
考点二
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角度二 Uc-ν图像
例5 (2026江苏南京开学考试)用图甲所示装置探究光电效应规律,得到a、b两种金属材料遏止电压Uc随入射光频率ν变化的图线如图乙中1和2所示,普朗克常量为h。下列说法正确的是( )
A.图甲所示电路中光电管K、A间
加的是正向电压
B.图线的斜率为he
C.金属材料a的截止频率较大
D.用同一种光照射并发生光电效应时,
a材料逸出的光电子反向遏止电压较大
D
第1讲 光电效应 波粒二象性
考点一
考点二
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解析 图示电路中光电管K、A间加的是反向电压,用来测量遏止电压,A错误;根据爱因斯坦光电效应方程hν-W0=Ek,又eUc=Ek,解得图线的斜率为,B错误;由题图可知,图线横坐标的截距是截止频率,则金属材料a的截止频率较小,C错误;用同一种光照射发生光电效应时,由于金属材料a的截止频率较小(W0较小),则金属材料a逸出的光电子的初动能较大,即a材料逸出的光电子反向遏止电压较大,D正确。
第1讲 光电效应 波粒二象性
考点一
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解题精要
Uc-ν图像
(1)截止频率νc:图线与横轴交点的横坐标值。
(2)遏止电压Uc:随入射光频率的增大而增大,Uc=。
(3)普朗克常量h:h=ke,即图线的斜率与电子电荷量的乘积。
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考点一
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角度三 I-U图像
例6 (2025山东威海模拟)研究光电效应规律的电路图如图甲所示,某同学分别用a、b、c三束单色光照射光电管得到的光电流I与光电管两端电压U的关系如图乙所示。已知a、c两条图线与横轴的交点重合。下列说法正确的是( )
A.用a光照射时,单位时间内逸出的光电子数
最多
B.用a光照射时,逸出光电子的最大初动能最大
C.该光电管用a光、b光照射时截止频率不同
D.若b光照射某金属发生光电效应,则a光照射该金属也一定发生光电效应
A
第1讲 光电效应 波粒二象性
考点一
考点二
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解析 由题图甲可知,光电管加正向电压,则根据题图乙分析,a光照射时对应的饱和电流最大,即用a光照射时,单位时间内逸出的光电子数最多,A正确;根据Ek=eUc,由题图乙可知,b光照射时对应的遏止电压最大,所以用b光照射时,逸出光电子的最大初动能最大,B错误;截止频率只由光电管(金属)自身决定,所以该光电管用a光、b光照射时截止频率相同,C错误;根据Ek=hν-W0=eUc,由于b光照射时对应的遏止电压大于a光照射时对应的遏止电压,则b光的频率大于a光的频率,若b光照射某金属发生光电效应,则a光照射该金属不一定发生光电效应,D错误。
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考点一
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解题精要
I-U图像
类别 图像 特点
颜色
相同
的光 (1)遏止电压Uc:图线与横轴交点的横坐标
(2)饱和光电流Im1、Im2:光电流的最大值
(3)最大初动能:Ek=eUc
颜色
不同
的光 (1)遏止电压Uc1>Uc2,则ν1>ν2
(2)最大初动能
Ek1=eUc1,Ek2=eUc2
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考点一
考点二
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素养 提升练
课中 高考定向·捕捉热点
一、从单一知识向不同考点融合的演进
备考方向 光电效应与原子能级跃迁、核反应方程结合,强化知识网络,构建光电效应方程→遏止电压→图像分析的知识链,关联波粒二象性实例。
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第1讲 光电效应 波粒二象性
1.(2025安徽合肥模拟)氢原子的能级图如图甲所示,一群处于n=4能级的氢原子,发出不同频率的光,其中只有频率为νa、νb两种光可让图乙所示的光电管阴极K发生光电效应。分别用频率为νa、νb的两种光照射阴极K,测得光电流随电压变化的图像如图丙中a、b所示,已知电子电荷量大小为e、普朗克常量为h。
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第1讲 光电效应 波粒二象性
下列说法错误的是( )
A.这群处于n=4能级的氢原子,最多能发出6种不同频率的光
B.频率为νa光的光子能量为12.09 eV
C.光电管阴极K材料的逸出功可以表达为hνa-Uc2e
D.光电管阴极K材料的逸出功可能为10.09 eV
D
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第1讲 光电效应 波粒二象性
解析 这群处于n=4能级的氢原子,最多能发出=6种不同频率的光,A正确,不符合题意;由于只有频率为νa、νb两种光可让图乙所示的光电管阴极K发生光电效应,且Uc1>Uc2,由Uce=Ekm=hν-W0,故频率为νb光的光子能量较大,则为E4-E1=12.75 eV,频率为νa光的光子能量为E3-E1=12.09 eV,由光电效应方程可知,光电管阴极K逸出功可以表达为W0=hνa-Uc2e=hνb-Uc1e,B、C正确,不符合题意;若光电管阴极K逸出功为10.09 eV,则并非只有两种频率的光可让图乙所示的光电管阴极K发生光电效应,还有能级2到能级1的跃迁中辐射的光子能量为10.2 eV也能使光电管发生光电效应,D错误,符合题意。
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第1讲 光电效应 波粒二象性
二、结合科技应用的创新情境题目日趋广泛
备考方向 重点关注以光控开关、光电传感器等新型光电设备为情境的试题,重点关注以光电效应的原理与电路知识综合的试题,如在光电管电路中分析光电流与电压的关系,重点关注结合能量守恒的光电子在电场、磁场中的运动等类型题目。
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第1讲 光电效应 波粒二象性
2.(2025湖南常德统测)工业生产中用到的光控继电器示意图(部分)如图所示,它由电源、光电管、放大器、电磁继电器等组成。当用紫光照射光电管阴极K发生光电效应时,回路中产生光电流,电磁铁吸住衔铁。下列说法正确的是( )
A.为增大光电流,b端应该接电源正极
B.红光照射阴极K时一定能发生光电效应
C.减小紫光的强度,光电子的最大初动能不变
D.若将电源正负极对调,衔铁一定断开
C
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第1讲 光电效应 波粒二象性
解析 为了尽可能增大光电流,A、K之间应接正向电压,则a端接电源的正极,A错误;因为紫光的频率大于红光的频率,根据发生光电效应的条件可知,用红光照射阴极K时不一定能发生光电效应,B错误;根据光电效应方程Ekm=hν-W0,可知减小紫光的强度,光电子的最大初动能不变,C正确;将电源正负极对调,电路中可能仍然有电流,衔铁不一定断开,故D错误。
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