全国版版高考物理一轮复习第13章近代物理初步第47课时光电效应波粒二象性学案Word格式.docx
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答案 BC
解析 光电效应是在光的照射下锌板中的电子从锌板表面逸出，A错误、B正确；
验电器与锌板相连，锌板因失去电子带正电，验电器指针张开一个角度，C正确、D错误。
2．（人教版选修3－5P36·
T2改编）（多选）在光电效应实验中，用频率为ν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ν的光照射，一定不发生光电效应
D．改用频率大于ν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，逸出的光电子数也增加，则光电流将增大，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，B错误；
用频率为ν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，若光的频率仍大于极限频率，则仍会发生光电效应，C错误；
根据hν－W0＝
mv2可知，增大入射光频率，光电子的最大初动能也增大，D正确。
3．（2017·
全国卷Ⅲ）（多选）在光电效应实验中，分别用频率为νa、νb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Ekb。
h为普朗克常量。
下列说法正确的是（ ）
A．若νa>
νb，则一定有Ua<
Ub
B．若νa>
νb，则一定有Eka>
Ekb
C．若Ua<
Ub，则一定有Eka<
D．若νa>
νb，则一定有hνa－Eka>
hνb－Ekb
解析 光电效应中遏止电压与最大初动能之间的关系为eU＝Ek，根据光电效应方程可知Ek＝hν－W0，若νa>
νb，则Eka>
Ekb，Ua>
Ub，选项A错误、选项B正确；
若Ua<
Ub，则Eka<
Ekb，选项C正确；
由光电效应方程可得W0＝hν－Ek，则hνa－Eka＝hνb－Ekb，选项D错误。
考点2 光电效应的图象问题
1．Ekν图象（如图所示）
由Ek＝hν－W0可知：
（1）图线与ν轴交点的横坐标νc，表示极限频率。
（2）图线与Ek轴交点的纵坐标的绝对值，表示逸出功W0。
（3）图线的斜率k表示普朗克常_量h。
2．IU图象（如图所示）
（1）图线与横轴的交点的绝对值表示遏止电压。
（2）饱和光电流Im：
电流的最大值。
（3）最大初动能：
Ekm＝eUc。
3．Ucν图象（如图所示）
由Ek＝hν－W0＝eUc可得：
Uc＝
ν－
，则：
（1）图线与横轴的交点，表示截止频率νc。
（2）遏止电压Uc随入射光频率的增大而增大。
（3）图线的斜率k＝
。
（注：
此时两极之间接反向电压）
[例] （2017·
福建南平模拟）用如图甲所示的装置研究光电效应现象。
闭合开关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的关系图象，图线与横轴的交点坐标为（a,0），与纵轴的交点坐标为（0，－b），下列说法中正确的是（ ）
A．普朗克常量为h＝
B．断开开关S后，电流表G的示数不为零
C．仅增加照射光的强度，光电子的最大初动能将增大
D．仅增加照射光的强度，电流表G的示数保持不变
解析 由Ek＝hν－W0，可知图线的斜率为普朗克常量，即h＝
，故A错误；
断开开关S后，光电子匀速运动到阳极，所以电流表G的示数不为零，故B正确；
只有增大入射光的频率，才能增大光电子的最大初动能，与光的强度无关，故C错误；
仅提高照射光强度，单位时间内发出的光电子增多，电流表G的示数增大，故D错误。
答案 B
光电效应的实质和发生条件
（1）光电效应的实质是金属中的电子获得能量后逸出金属表面，以使金属带正电。
（2）能否发生光电效应不取决于入射光的光照强度，而取决于入射光的频率，只要入射光频率大于该金属的极限频率，无论光照强弱，均能发生光电效应。
（3）定性分析光电效应问题
①光电效应实验装置及研究电路
甲图是光电管正常工作的电路，光电流有最大值，未达到最大值之前其大小与光强、电压有关，达到最大值后，光电流与光强成正比。
乙图是光电管加上反向电压，可以研究光电管的遏止电压。
②研究光电效应的两条线索
1．爱因斯坦因提出了光量子概念并成功地解释光电效应的规律而获得1921年诺贝尔物理学奖。
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νc为极限频率。
从图中可以确定的是（ ）
A．逸出功与ν有关
B．Ekm与入射光强度成正比
C．当ν<
νc时，会逸出光电子
D．图中直线的斜率与普朗克常量有关
答案 D
解析 逸出功是由金属自身决定的，与ν无关，A错误。
Ek随入射光频率的增大而增大，但不是正比关系，与入射光强度无关，B错误。
当ν<
νc时，无光电子逸出，C错误。
由Ek＝hν－W0知，Ekν图象的斜率为h，D正确。
2．在光电效应实验中，某同学用同一光电管在不同实验条件下得到三条光电流与电压之间的关系曲线（甲光、乙光、丙光），如图所示。
则可判断出（ ）
A．甲光的频率大于乙光的频率
B．乙光的波长大于丙光的波长
C．乙光对应的截止频率大于丙光的截止频率
D．甲光对应的光电子最大初动能大于丙光的光电子最大初动能
解析 由图象知，甲、乙光对应的遏止电压相等，由eUc＝Ek和hν＝W0＋Ek得甲、乙光频率相等，丙光的频率大于乙光的频率，则丙光的波长小于乙光的波长，由光电效应方程知，甲光对应的光电子最大初动能小于丙光对应的光电子最大初动能，B正确，A、D错误；
由hνc＝W0得甲、乙、丙光对应的截止频率相同，C错误。
3．（人教版选修3－5P34例题改编）小明用金属铷为阴极的光电管，观测光电效应现象，实验装置示意如图甲所示。
已知普朗克常量h＝6.63×
（1）图甲中电极A为光电管的________（填“阴极”或“阳极”）；
（2）实验中测得铷的遏止电压Uc与入射光频率ν之间的关系如图乙所示，则铷的截止频率νc＝________Hz，逸出功W0＝________J；
（3）如果实验中入射光的频率ν＝7.00×
1014Hz，则产生的光电子的最大初动能Ek＝________J。
答案
（1）阳极
（2）（5.12～5.18）×
1014'
（3.39～3.43）×
10－19
（3）（1.21～1.25）×
解析
（1）由光电管的结构知，A为阳极。
（2）Ucν图象中横轴的截距表示截止频率νc，逸出功W0＝hνc＝6.63×
10－34×
5.12×
1014J≈3.39×
10－19J。
（3）由爱因斯坦的光电效应方程Ek＝hν－W0，可求结果Ek＝6.63×
7.00×
1014J－3.39×
10－19J≈1.25×
考点3 光的波粒二象性
1．光的波动性和粒子性
2．物质波（德布罗意波）
由光的波粒二象性的思想推广到微观粒子和任何运动着的物体上去，得出物质波（德布罗意波）的概念：
任何一个运动着的物体都有一种波与它对应，该波的波长λ＝
1．下列有关光的波粒二象性的说法中，正确的是（ ）
A．有的光是波，有的光是粒子
B．光子与电子是同样的一种粒子
C．光的波长越长，其波动性越显著；
波长越短，其粒子性越显著
D．大量光子的行为往往显示出粒子性
答案 C
解析 光具有波粒二象性，故A错误；
电子是组成原子的基本粒子，有确定的静止质量，是一种物质实体，速度可以低于光速；
光子代表着一份能量，没有静止质量，速度永远是光速，故B错误；
光的波长越长，波动性越明显，波长越短，其粒子性越显著，故C正确；
大量光子运动的规律表现出光的波动性，故D错误。
2．光具有波粒二象性，那么能够证明光具有波粒二象性的现象是（ ）
A．光的反射及小孔成像
B．光的干涉、光的衍射、光的色散
C．光的折射及透镜成像
D．光的干涉、光的衍射和光电效应
解析 表明光具有波动性的典型现象是光的干涉和衍射现象，表明光具有粒子性的典型现象是光电效应和康普顿效应。
故选D。
3．2002年诺贝尔物理学奖中的一项是奖励美国科学家贾科尼和日本科学家小柴昌俊发现了宇宙X射线源。
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E和p分别表示X射线每个光子的能量和动量，则（ ）
A．E＝
，p＝0B．E＝
，p＝
C．E＝
，p＝0D．E＝
解析 根据E＝hν，且λ＝
，c＝λν可得X射线每个光子的能量为E＝
，每个光子的动量为p＝
1．（2017·
北京朝阳模拟）（多选）用绿光照射一个光电管，能产生光电效应，欲使光电子从阴极逸出时最大初动能增大，可以（ ）
A．改用红光照射B．改用紫光照射
C．改用蓝光照射D．增加绿光照射时间
解析 光电子的最大初动能与照射时间或照射强度无关，D错误；
最大初动能与入射光子的能量有关，入射光子的能量越大，光电子从阴极逸出时最大初动能越大，所以改用比绿光光子能量更大的紫光、蓝光照射，以增大光电子从阴极逸出时的最大初动能，A错误，B、C正确。
2．（2018·
天津红桥区期末）（多选）下列说法正确的是（ ）
A．动量相同的电子和质子，其德布罗意波长相同
B．光电效应现象说明光具有粒子性，光子具有能量
C．康普顿效应说明光具有粒子性，光子具有动量
D．黑体辐射的实验规律说明在宏观世界里能量是连续的
答案 ABC
解析 根据物质波波长公式λ＝
可知，当质子和电子动量相同时，则德布罗意波长相同，A正确；
光电效应现象说明光具有粒子性，光子具有能量，光子的能量ε＝hν，B正确；
康普顿效应说明光具有粒子性和光子具有动量，光子的动量p＝
，C正确；
黑体辐射的实验规律说明在宏观世界里能量是分立的，D错误。
陕西宝鸡中学高三质检）（多选）下列说法正确的是（ ）
A．普朗克曾经大胆假设：
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叫能量子
B．德布罗意提出：
实物粒子也具有波动性，而且粒子的能量ε和动量p跟它对应的波的频率ν和波长λ之间，遵从ν＝
和λ＝
C．光电效应揭示了光具有粒子性，康普顿效应揭示了光具有波动性
D．X射线是处于激发态的原子核辐射出的
答案 AB
解析 普朗克把最小的能量单位叫能量子，故A正确；
德布罗意提出了实物粒子具有波动性的规律，故B正确；
在康普顿效应中，也揭示了光具有粒子性，故C错误；
X射线是处于激发态的原子内层电子受到激发辐射出的，故D错误。
4．频率为ν的光照射某金属时，产生光电子的最大初动能为Ekm。
改为频率为2ν的光照射同一金属，所产生光电子的最大初动能为（h为普朗克常量）（ ）
A．Ekm－hνB．2Ekm
C．Ekm＋hνD．Ekm＋2hν
解析 根据爱因斯坦光电效应方程得：
Ekm＝hν－W0，若入射光频率变为2ν，则Ekm′＝h·
2ν－W0＝2hν－（hν－Ekm）＝hν＋Ekm，故选C。
5．用如图甲所示的电路研究光电效应中光电流强度与照射光的强弱、频率等的关系，A、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。
由图可知（ ）
A．单色光a和c的频率相同，但a更强些
B．单色光a和c的频率相同，但a更弱些
C．单色光b的频率小于a的频率
D．改变电源的极性不可能有光电流产生
答案 A
解析 由题图乙可知，单色光a、c的遏止电压相同，根据光电效应方程可知Ek＝hν－W0又Ek＝eUc，所以单色光a和c的频率相同，但a产生的光电流大，说明a光的强度大，A正确、B错误；
单色光b的遏止电压大于单色光a、c的遏止电压，所以单色光b的频率大于a的频率，C错误；
光的频率不变，改变电源的极性，只要所加反向电压没达到遏止电压，可能有光电流产生，D错误。
6．（2018·
湖北武汉联考）（多选）在X射线管中，由阴极发射的电子（不计初速度）被加速后打到阳极，会产生包括X光在内的各种能量的光子，其中光子能量的最大值等于电子的动能。
已知阳极与阴极之间的电势差U、普朗克常量h、电子电荷量e和光速c，则可知该X射线管发出的X光的（ ）
A．最短波长为
B．最长波长为
C．最小频率为
D．最大频率为
解析 根据动能定理eU＝
mv2、光速与波长和频率的关系公式c＝λν、光子能量E＝hν，依题意有eU≥E，则可得λ≥
，ν≤
，故A、D正确。
7．（多选）某半导体激光器发射波长为1.5×
10－6m，功率为5.0×
10－3W的连续激光。
已知可见光波长的数量级为10－7m，普朗克常量h＝6.63×
s，该激光器发出的是（ ）
A．是紫外线
B．是红外线
C．光子能量约为1.3×
10－18J
D．光子数约为每秒3.8×
1016个
答案 BD
解析 波长的大小大于可见光的波长，属于红外线，故A错误、B正确；
光子能量E＝h
＝6.63×
J＝1.326×
10－19J，故C错误；
每秒钟发出的光子数n＝
≈3.8×
1016，故D正确。
8．（多选）用某单色光照射金属钛表面，发生光电效应，从钛表面放出光电子的最大初动能与入射光频率的关系如图，则下列说法正确的是（ ）
A．钛的逸出功为6.67×
10－19J
B．钛的极限频率为1.0×
1015Hz
C．光电子的最大初动能为1.0×
D．由图线可求得普朗克常量为6.67×
s
E．光电子的最大初动能与入射光的频率成正比
答案 ABD
解析 根据光电效应方程Ek＝hν－W0知，图线的斜率等于普朗克常量，则h＝
≈6.67×
s，故D正确；
当最大初动能为零时，入射光的频率等于金属的极限频率，则ν0＝1.0×
1015Hz，可知逸出功W0＝hν0＝6.67×
1×
1015J＝6.67×
10－19J，故A、B正确；
入射光的频率越大，光电子的最大初动能越大，根据该图无法得出光电子的最大初动能，故C错误；
由图可知，光电子的最大初动能与入射光的频率成一次函数关系，不是正比关系，故E错误。
9．（2016·
全国卷Ⅰ）（多选）现用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。
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
E．遏止电压的大小与入射光的频率有关，与入射光的光强无关
答案 ACE
解析 保持入射光的频率不变，入射光的光强变大，单位时间内逸出的光电子个数增加，则饱和光电流变大，故A正确。
饱和光电流的大小与入射光的频率无直接关系，故B错误。
由Ek＝hν－W0，可知C正确。
当入射光的频率小于金属的极限频率时，光电效应不能发生，故D错误。
由eUc＝
mv2＝hν－W0得eUc＝hν－W0，可见，遏止电压Uc随ν的增大而增大，与入射光的光强无关，故E正确。
10．（2016·
广东广州二模）（多选）如图所示是光控继电器的示意图，K是光电管的阴极。
A．图中a端应是电源的正极
B．只要有光照射K，衔铁就被电磁铁吸引
C．只要照射K的光强度足够大，衔铁就被电磁铁吸引
D．只有照射K的光频率足够大，衔铁才被电磁铁吸引
解析 电路中要产生电流，则a端接电源的正极，使逸出的光电子在光电管中加速，放大器的作用是将光电管中产生的电流放大后，使铁芯磁化，将衔铁吸住，A正确。
根据光电效应产生的条件可知，只有照射K的光频率大于金属的极限频率时，才能产生光电效应，产生光电效应时，衔铁才被电磁铁吸引，B错误、D正确。
根据光电效应方程知，能否发生光电效应与入射光的强度无关，由金属的逸出功和入射光的频率决定，故C错误。
11．（2015·
全国卷Ⅱ）（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．β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
E．光电效应实验中，光电子的最大初动能与入射光的频率有关，与入射光的强度无关
答案 ACD
解析 衍射和干涉是波特有的现象，A、C正确；
光电效应体现了光的粒子性，E错误；
射线在云室中穿过，留下的径迹是粒子的轨迹，B错误；
电子显微镜利用了电子的波动性来观测物质的微观结构，D正确。
12．（2017·
河北定州质检）（多选）三种不同的入射光A、B、C分别射在三种不同的金属a、b、c表面，均恰能使金属中逸出光电子，若三种入射光的波长λA>
λB>
λC，则（ ）
A．用入射光A照射金属b和c，金属b和c均可发生光电效应现象
B．用入射光A和B照射金属c，均可使金属c发生光电效应现象
C．用入射光C照射金属a和b，金属a、b均可发生光电效应现象
D．用入射光B和C照射金属a，均可使金属a发生光电效应现象
答案 CD
解析 恰能使金属逸出光电子，说明入射光的频率恰好等于金属的截止频率，由题意知入射光的频率νA<
νB<
νC，A的频率最小，用入射光A照射金属b和c，金属b和c均不能发生光电效应，A错误；
A、B光的频率都小于C的频率，用入射光A和B照射金属c，金属c不能发生光电效应，B错误；
C的频率比A、B的频率都大，所以用入射光C照射金属a和b，金属a、b均可发生光电效应，C正确；
A的频率小于B、C的频率，所以用入射光B、C照射金属a，均可使金属a发生光电效应，D正确。
13．（2015·
全国卷Ⅰ）
在某次光电效应实验中，得到的遏止电压Uc与入射光的频率ν的关系如图所示。
若该直线的斜率和截距分别为k和b，电子电荷量的绝对值为e，则普朗克常量可表示为_______，所用材料的逸出功可表示为________。
答案 ek －eb
解析 由光电效应方程，光电子的最大初动能
mv2＝hν－W0。
根据动能定理，eUc＝
mv2，联立解得：
对照题图可知：
图象斜率k＝
，解得普朗克常量h＝ek。
图象在纵轴上的截距b＝－
，解得所用材料的逸出功W0＝－eb。
14．（2017·
辽宁庄河期中）如图甲所示是研究光电效应规律的光电管。
用波长λ＝0.50μm的绿光照射阴极K，实验测得流过
表的电流I与AK之间的电势差UAK满足如图乙所示规律，取h＝6.63×
结合图象，求：
（结果保留两位有效数字）
（1）每秒钟阴极发射的光电子数和光电子飞出阴极K时的最大动能；
（2）该阴极材料的极限波长。
答案
（1）4.0×
1012个 9.6×
10－20J
（2）0.66μm
解析
（1）光电流达到饱和时，阴极发射的光电子全部到达阳极A，阴极每秒钟发射的光电子的个数：
n＝
＝
（个）＝4.0×
1012（个）。
光电子的最大初动能为：
Ekm＝eUc＝1.6×
10－19×
0.6J＝9.6×
10－20J。
（2）设阴极材料的极限波长为λ0，根据爱因斯坦光电效应方程：
Ekm＝hν－W0＝h
－h
，代入数据得λ0≈0.66μm。
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