第1讲光电效应波粒二象性导学案.docx
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第1讲光电效应波粒二象性导学案
第1讲光电效应波粒二象性导学案
回扣基础知识训练基圏题目
、光电效应及其规律
1.光电效应现象在光的照射下，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等于金属的极限频率.
3.光电效应规律
（1）每种金属都有一个极限频率，入射光的频率必须大于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10-9s.
⑷当入射光的频率大于极限频率时，饱和光电流的大小与入射光的强度成正比.
【自测1】（多选）在光电效应实验中，用频率为V的光照射光电管阴
极，发生了光电效应，下列说法正确的是（）
A.增大入射光的强度，光电流增大
B.减小入射光的强度，光电效应现象消失
C.改用频率小于V的光照射，一定不发生光电效应
D.改用频率大于V的光照射，光电子的最大初动能变大答案AD解析增大入射光强度，单位时间内照射到单位面积上的光子数增加,则光电流增大，故选项A正确；光电效应是否发生取决于入射光的频率，而与入射光强度无关，故选项B错误.用频率为v的光照射光电管阴极，发生光电效应，用频率较小的光照射时，若光的频率仍大于等于极限频率，则仍会发生光电效应，选项C错误；根据hv-W&
可知，增大入射光频率，光电子的最大初动能也增大，故选项D正确.
二、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
做一个光子，光子的能量£=hv.
2.逸出功W:
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
（1）表达式：
hv=&+W或&=hv—W
（2）物理意义：
金属表面的电子吸收一个光子获得的能量是hv,这些能量的一部分用来克服金属的逸出功W,剩下的表现为逸出后电子的最大初动能.
咱测2（多选）如图1是某金属在光的照射下产生的光电子的最大初
动能&与入射光频率v的关系图象.由图象可知（）
-E
A.该金属的逸出功等于E
B.该金属的逸出功等于hv0
C.入射光的频率为2v0时，产生的电子的最大初动能为E
V0E
D.入射光的频率为"2■时，产生的电子的最大初动能为2答案ABC三、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，称为光的波粒二象性2.物质波
（1）概率波：
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大的地方，暗条纹是光子到达概率小的地方，因此光波又叫概率波.
（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，其波长入=-,P为运动物体的动量，h为普朗
P
克常量.
咱测3（多选）下列说法中正确的是（）
A.光的波粒二象性学说彻底推翻了麦克斯韦的光的电磁说
B.在光的双缝干涉实验中，暗条纹的地方是光子永远不能到达的地方
C.光的双缝干涉实验中，大量光子打在光屏上的落点是有规律的，暗条纹处落下光子的概率小
D.单个光子具有粒子性，大量光子具有波动性答案CD
细研号舸和鼻題分析娈AS陆範点
命题点一光电效应电路和光电效应方程的应用
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.
2.两条对应关系
（1）光照强度大7光子数目多7发射光电子多7光电流大;
（2）光子频率高7光子能量大7光电子的最大初动能大
3.三个关系式
（1）爱因斯坦光电效应方程：
&=hv-W⑵最大初动能与遏止电压的关系：
E=eUC.
⑶逸出功与极限频率的关系V0^hVc.
【例1】（2018•全国卷n-17）用波长为300nm的光照射锌板，电子逸出锌板表面的最大初动能为1.28X10—19J.已知普朗克常量为
6.63X10—34J-s，真空中的光速为3.00X108m-s—1.能使锌产生光电
效应的单色光的最低频率约为（）
A.1X1014HzB.8X1014Hz
答案B解析设单色光的最低频率为V0,由E=hv—W0知
C
Ek=hV1—W,0=hV0—W,又知V1=~入
CEk
整理得V0=〒-Eh，解得V0-8X10也乙【变式1】（多选）（2017•全国卷m-19）在光电效应实验中，分别用频率为Va、vb的单色光a、b照射到同种金属上，测得相应的遏止电压分别为ua和Ub,光电子的最大初动能分别为Eka和氐h为普朗克常量.
F列说法正确的是（）
A.若Va>Vb,则一定有UvU
B.若Va>Vb,则疋有Eka〉Ekb
C.若uavLb,则一定有丘aV&b
D.若Va>Vb,则一疋有hVa—Ea>hVb—Ekb答案BC解析由爱因斯坦光电效应方程得，EVb
时，一定有氐>Ekb,Ll>Ub,故选项A错误，B正确；若UvUb,则一定有EaVEb，故选项C正确；因逸出功相同，有V0Z=hVa—E-Eb,故选项D错误.
【例2】（2019•广东省中山一中、仲元中学等七校第一次模拟）如图2,实验中分别用波长为入1、入2的单色光照射光电管的阴极K,测得相应的遏止电压分别为U和L,设电子的质量为m带电荷量为e,真
空中的光速为c,下列说法正确的是（）
1=>-
A.若入1>入2,贝JU>U
B.根据题述条件无法算出阴极K金属的极限频率
C.用入1照射时，光电子的最大初动能为eU
D.入射光的波长与光电子的最大初动能成正比答案C
解析根据爱因斯坦光电效应方程，有：
hC—w=E.m=eU，因此若A1
hchc
>入2,贝JU1A1A2
WhvC，三式联立可求解h和VC，选项B错误；用入1照射时，光
hc
电子的最大初动能为eU，选项C正确；根据一—WHm可知入射光的
A
波长与光电子的最大初动能不成正比，故D错误.
【变式2如图3,在研究光电效应的实验中，保持P的位置不变，用单色光a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b照射K电流计的指针发生偏转，那么（）
图3
A.增加a的强度一定能使电流计的指针发生偏转
B.用b照射时通过电流计的电流由d到c
C.只增加b的强度一定能使通过电流计的电流增大
D.a的波长一定小于b的波长
E.
答案C
错误；只增加b的强度可以使光电流增大，使通过电流计的电流增大,
C正确；b光能使阴极K发生光电效应，b光的频率大于阴极K的截止频率也就大于a光的频率，b的波长一定小于a的波长，D错误.
命题点二光电效应图象
由图线直接（间接）得到
的物理量①极限频率：
图线与V轴
交点的横坐标VC
③普朗克常量：
图线的斜
①遏止电压U:
图线与横
的最大值
电压的关系
③最大初动能：
&=eUC
①遏止电压Ul、UC2
①极限频率VC：
图线与
横轴的交点的横坐标
线的斜率与电子电荷量
【例3（2018•广东省潮州市下学期综合测试）用如图4甲所示的装置
研究光电效应现象.用频率为v的光照射光电管时发生了光电效应.
为（0，-b），下列说法中正确的是
Eh
此电管Y
-©C
P——
-b■
6
I*
A.普朗克常量为h=b
B.
仅增加照射光的强度，光电子的最大初动能将增大
答案A解析根据E.m=hv-W可得，图线纵截距的绝对值等于金属的逸出功，即等于b.当最大初动能为零时，入射光的频率等于截止频率，所
I*
以金属的截止频率为a'那么普朗克常量为h=b，故A正确；根据光电效应方程可知，光电子的最大初动能与照射光的频率有关，与光的
强度无关，故B错误；若保持照射光强度不变，仅提高照射光频率,则光子数目减小，那么电流表G的示数会减小，故C、D错误.
【变式3（2018•河南省濮阳市第三次模拟）用如图5甲所示的电路研
究光电效应中光电流与照射光的强弱、频率等物理量的关系.图中A
图5
K两极间的电压大小可调，电源的正负极也可以对调，分别用a、b、c三束单色光照射，调节A、K间的电压U,得到光电流I与电压U的关系如图乙所示，
答案B解析a、c两单色光照射后遏止电压相同，根据E.m=eU,可知产生的光电子最大初动能相等，则a、c两单色光的频率相等，光子能量相等，由于a光的饱和光电流较大，则a光的强度较大，单色光b照射后遏止电压较大，根据E.m=eU,可知b光照射后产生的光电子最大初动能较大，根据光电效应方程E.m=hv—W得，b光的频率大于a光的频率，故ACD错误，B正确.
【变式4（2018•广西桂林、百色和崇左市第三次联考）金属在光的照射下产生光电效应，其遏止电压U与入射光频率v的关系图象如图6
O
-U
A.入射光频率越大，该金属的逸出功越大
B.入射光的频率越大，则遏止电压越大（V>V0）
C.由图可求出普朗克常量h=_U
V0
D.光电子的最大初动能与入射光的频率成正比答案B解析当遏止电压为零时，最大初动能为零，则入射光的能量等于逸出功，所以W=hV。
，逸出功与入射光频率无关，是由金属材料决定
的,故A错误；根据光电效应方程E.m=hv—W和eUC=E4得Ul=—
W，当入射光的频率大于等于极限频率时，入射光的频率越大，则
hVWh
遏止电压越大，故B正确；由U==—-,知图线的斜率等于"，由
eU
题图可以得出斜率的大小，则普朗克常量为h=—，故C错误；根据
V0
光电效应方程Hm=hV—W,得光电子的最大初动能与入射光的频率成线性关系，不是成正比，故D错误.
命题点三光的波粒二象性和物质波
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:
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.
4.波动性与粒子性的统一:
由光子的能量E=hv、光子的动量表达式p=~h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v和波长入.
【例4（多选）实物粒子和光都具有波粒二象性.下列事实中突出体现波动性的是（）
A.电子束通过双缝实验装置后可以形成干涉图样
B.P射线在云室中穿过会留下清晰的径迹
C.人们利用慢中子衍射来研究晶体的结构
D.人们利用电子显微镜观测物质的微观结构答案ACD解析电子束通过双缝实验装置后可以形成干涉图样，说明电子是一
种波，故A正确；P射线在云室中穿过会留下清晰的径迹，可以说明
P射线是一种粒子，故B错误；人们利用慢中子衍射来研究晶体的结构，中子衍射说明中子是一种波，故C正确；人们利用电子显微镜观测物质的微观结构，利用了电子束的衍射现象，说明电子束是一种波,故D正确.
［变式5下列各组现象能说明光具有波粒二象性的是（）
答案C
【变式6（多选）1927年戴维孙和汤姆孙分别完成了电子衍射实验，该实验是荣获诺贝尔奖的重大近代物理实验之一.如图7所示的是该实
验装置的简化图，下列说法正确的是（）
电亍束
A.亮条纹是电子到达概率大的地方
B.该实验说明物质波理论是正确的
C.该实验再次说明光子具有波动性
D.该实验说明实物粒子具有波动性答案ABD
［变式7（多选）波粒二象性是微观世界的基本特征，以下说法正确的
A.光电效应现象揭示了光的粒子性
B.热中子束射到晶体上产生衍射图样说明中子具有波动性
C.黑体辐射的实验规律可用光的波动性解释
D.动能相等的质子和电子，它们的德布罗意波的波长也相等答案AB
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