新高考物理一轮复习第十一章近代物理初步学案Word格式.docx
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B．一般而言，用给定的单色光照射不同的金属，若都能发生光电效应，则光电子的最大初动能不同
C．用不同频率的单色光照射同一金属，若都能发生光电效应，则光电子的最大初动能不同
D．用单色光照射某金属没有发生光电效应，增加该单色光的强度，有可能发生光电效应
解析：
选BC 根据光电效应方程Ekm＝hν－W0知，发生光电效应时，光电子的最大初动能不一定等于金属的逸出功，故A错误；
不同的金属逸出功不同，根据光电效应方程Ekm＝hν－W0知，用给定的单色光照射不同的金属，若都能发生光电效应，则光电子的最大初动能不同，故B正确；
根据光电效应方程Ekm＝hν－W0知，用不同频率的单色光照射同一金属，若都能发生光电效应，则光电子的最大初动能不同，故C正确；
能否发生光电效应与入射光的强度无关，故D错误。
2．[多选]（2017·
海南高考）三束单色光1、2和3的波长分别为λ1、λ2和λ3（λ1＞λ2＞λ3）。
分别用这三束光照射同一种金属。
已知用光束2照射时，恰能产生光电子。
下列说法正确的是（ ）
A．用光束1照射时，不能产生光电子
B．用光束3照射时，不能产生光电子
C．用光束2照射时，光越强，单位时间内产生的光电子数目越多
D．用光束2照射时，光越强，产生的光电子的最大初动能越大
选AC 依据波长与频率的关系：
λ＝，因λ1＞λ2＞λ3，那么ν1＜ν2＜ν3；
由于用光束2照射时，恰能产生光电子，因此用光束1照射时，不能产生光电子，而光束3照射时，一定能产生光电子，故A正确，B错误；
用光束2照射时，光越强，单位时间内产生的光电子数目越多，而由光电效应方程：
Ekm＝hν－W，可知，光电子的最大初动能与光的强弱无关，故C正确，D错误。
3．[多选]在演示光电效应的实验中，原来不带电的一块锌板与灵敏验电器相连，用蓝色弧光灯照射锌板时，验电器的指针张开了一个角度，如图所示，则（ ）
A．验电器指针带正电
B．验电器指针带负电
C．改用紫色弧光灯照射锌板时，原来不带电的验电器的指针能张开一个角度
D．改用黄色弧光灯照射锌板时，只要光足够强，原来不带电的验电器的指针一定能张开一个角度
选AC 锌板在弧光灯照射下，发生光电效应，有光电子逸出，锌板失去电子带正电，验电器与锌板相连，导致指针带正电，故A正确，B错误；
改用紫色弧光灯照射锌板时，紫光频率大于蓝光，那么原来不带电的验电器，其指针会张开一个角度，故C正确；
当增大光的强度，而光的频率不变，能量不变，黄光的频率小于蓝光的频率，根据光电效应方程可知，原来不带电的验电器的指针一定不会张开一个角度，故D错误。
突破点
（二） 爱因斯坦的光电效应方程及应用
1．三个关系
（1）爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0。
（2）光电子的最大初动能Ek可以利用光电管实验的方法测得，即Ek＝eUc，其中Uc是遏止电压。
（3）光电效应方程中的W0为逸出功，它与极限频率νc的关系是W0＝hνc。
2．四类图像
图像名称
图线形状
读取信息
最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图线
①截止频率（极限频率）：
图线与ν轴交点的横坐标νc
②逸出功：
图线与Ek轴交点的纵坐标的值W0＝|－E|＝E
③普朗克常量：
图线的斜率k＝h
遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图线
①截止频率νc：
图线与横轴的交点
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量的乘积，即h＝ke。
（注：
此时两极之间接反向电压）
颜色相同、强度不同的光，光电流与电压的关系
①遏止电压Uc：
②饱和光电流Im：
电流的最大值
③最大初动能：
Ekm＝eUc
颜色不同时，光电流与电压的关系
①遏止电压Uc1、Uc2
②饱和光电流
③最大初动能Ek1＝eUc1，Ek2＝eUc2
[典例] （2018·
泰州三模）一光电管的阴极K用截止频率为ν的金属铯制成，光电管阳极A和阴极K之间的正向电压为U。
用波长为λ的单色光射向阴极，产生了光电流。
已知普朗克常量为h，电子电荷量为e，真空中的光速为c。
求：
（1）金属铯的逸出功W；
（2）光电子到达阳极的最大动能Ek。
[解析]
（1）金属铯的逸出功W＝hν。
（2）根据光电效应方程知，光电子的最大初动能Ekm＝h－W＝h－hν，
根据动能定理得，eU＝Ek－Ekm，
解得光电子到达阳极的最大动能Ek＝eU＋Ekm＝eU＋h－hν。
[答案]
（1）hν
（2）eU＋h－hν
[易错提醒] 应用光电效应方程时的注意事项
1．每种金属都有一个截止频率，入射光频率大于这个截止频率时才能发生光电效应。
2．截止频率是发生光电效应的最小频率，对应着光的极限波长和金属的逸出功，即hνc＝h＝W0。
3．应用光电效应方程Ek＝hν－W0时，注意能量单位电子伏和焦耳的换算（1eV＝1.6×
10－19J）。
[集训冲关]
1.[多选]（2018·
南通期末）如图是某金属在光的照射下产生的光电子的最大初动能Ek与入射光频率的关系图像，由图像可知（ ）
A．该金属的逸出功等于E
B．该金属的逸出功等于hν0
C．入射光的频率为2ν0时，产生的光电子的最大初动能为3E
D．入射光的频率为时，产生的光电子的最大初动能为
选AB 根据光电效应方程有：
Ek＝hν－W
其中W为金属的逸出功：
W＝hν0
所以有：
Ek＝hν－hν0，由此结合图像可知，该金属的逸出功为E，或者W＝hν0，故A、B正确；
当入射光的频率为2ν0时，代入方程可知产生的光电子的最大初动能为E，故C错误；
若入射光的频率为时，小于极限频率，不能发生光电效应，故D错误。
2．[多选]如图甲所示，在光电效应实验中，某同学用相同频率的单色光，分别照射阴极材料为锌和铜的两个不同的光电管，结果都能发生光电效应。
图乙为其中一个光电管的遏止电压Uc随入射光频率ν变化的函数关系图像。
对于这两个光电管，下列判断正确的是（ ）
A．因为材料不同逸出功不同，所以遏止电压Uc不同
B．光电子的最大初动能不同
C．因为光强不确定，所以单位时间逸出的光电子数可能相同，饱和光电流也可能相同
D．两个光电管的Uc ν图像的斜率可能不同
选ABC 根据光电效应方程有Ekm＝hν－W0
根据能量守恒定律得：
eUc＝Ekm
联立得：
eUc＝hν－W0
即Uc＝－，可知入射光的频率相同，逸出功W0不同，则遏止电压Uc也不同，故A正确；
根据光电效应方程Ekm＝hν－W0得，相同的频率，不同的逸出功，则光电子的最大初动能也不同，故B正确；
虽然光的频率相同，但光强不确定，所以单位时间逸出的光电子数可能相同，而饱和光电流可能相同，故C正确；
由Uc＝－，可知，Uc ν图像的斜率k＝＝常数，所以两个光电管的Uc ν图像的斜率一定相同，故D错误。
3．[多选]（2018·
镇江模拟）含有光电管的电路如图（a）所示，（b）图是用甲、乙、丙光照射光电管得到的IU图线，Uc1、Uc2表示遏止电压，下列说法正确的是（ ）
A．（a）图中光电管两端的电压为反向电压
B．甲、乙光的频率相等
C．甲光照射时光电子的最大初动能比乙光照射时光电子的最大初动能大
D．若氢原子从n＝6能级向n＝1能级跃迁时辐射出的光不能使此光电管发生光电效应，则氢原子从n＝6能级向n＝2能级跃迁时辐射出的光也不能使此光电管发生光电效应
选BD 由电路图可知，逸出的光电子在电场力作用下做正功，则光电管两端电压为正向电压，故A错误；
当光电流为零时，光电管两端加的电压为遏止电压，对应的光的频率为截止频率，根据eU＝hν－W，入射光的频率越高，对应的遏止电压U越大。
甲、乙两光的遏止电压相等，所以甲、乙两光的频率相等，故B正确，C错误；
若氢原子从n＝6能级向n＝1能级跃迁时辐射出的光不能使此光电管发生光电效应，说明辐射的光子能量仍小于金属的逸出功，当氢原子从n＝6能级向n＝2能级跃迁时辐射出的光更小于金属的逸出功，也不能使此光电管发生光电效应，故D正确。
突破点（三） 对波粒二象性的理解
1．对光的波动性和粒子性的进一步理解
光的波动性
光的粒子性
实验基础
干涉和衍射
光电效应、康普顿效应
表现
①光是一种概率波，即光子在空间各点出现的可能性大小（概率）可用波动规律来描述
②大量的光子在传播时，表现出光的波动性
①当光同物质发生作用时，这种作用是“一份一份”进行的，表现出粒子的性质
②少量或个别光子容易显示出光的粒子性
说明
①光的波动性是光子本身的一种属性，不是光子之间相互作用产生的
②光的波动性不同于宏观观念的波
①粒子的含义是“不连续”、“一份一份”的
②光子不同于宏观观念的粒子
2．波动性和粒子性的对立与统一
（1）大量光子易显示出波动性，而少量光子易显示出粒子性。
（2）波长长（频率低）的光波动性强，而波长短（频率高）的光粒子性强。
（3）光子说并未否定波动说，E＝hν＝中，ν和λ就是波的概念。
（4）波和粒子在宏观世界是不能统一的，而在微观世界却是统一的。
3．物质波
（1）定义：
任何运动着的物体都有一种波与之对应，这种波叫做物质波，也叫德布罗意波。
（2）物质波的波长：
λ＝＝，h是普朗克常量。
1．[多选]2017年1月，我国“墨子号”量子科学实验卫星正式进入应用研究。
在量子理论中，有共同来源的两个微观粒子，不论它们相距多远，它们总是相关的，一个粒子状态的变化会立即影响到另一个粒子，这就是所谓的量子纠缠。
关于量子理论，下列说法中正确的有（ ）
A．玻尔氢原子理论，第一次提出了能量量子化的观念
B．爱因斯坦研究光电效应提出光子说，光子说属于量子理论的范畴
C．量子理论中，实物粒子具有波粒二象性
D．微观粒子在受力状况和初速度确定的前提下，可以确定它此后运动状态和位置
选BC 普朗克为了解释黑体辐射现象，第一次提出了能量量子化理论，故A错误；
爱因斯坦为了解释光电效应的规律，提出了光子说，光子说属于量子理论的范畴，故B正确；
在量子理论中，实物粒子具有波粒二象性，故C正确；
根据不确定性关系可知，微观粒子在受力状况和初速度确定的前提下，并不能同时确定它此后运动状态和位置，故D错误。
2．有关光的本性的说法正确的是（ ）
A．有关光的本性，牛顿提出了“粒子性”，惠更斯提出了“波动性”，爱因斯坦提出了“光子说”，它们都圆满地说明了光的本性
B．光具有波粒二象性是指既可以把光看成宏观概念的波，也可以看成微观概念上的粒子
C．光的干涉、衍射说明光具有波动性，光电效应说明光具有粒子性
D．在光双缝干涉实验中，光通过双缝时显示出波动性，如果光只通过一个缝时显示出粒子性
选C 爱因斯坦的光子说与惠更斯的波动说揭示了光具有波粒二象性；
牛顿的“微粒说”认为光是一种实物粒子，不能解释光的本性，故A错误；
光既具有波动性又具有粒子性，故具有波粒二象性，但光的粒子性不同于宏观的粒子，其波动性也不同于宏观概念的波，故B错误；
光的干涉、衍射、色散说明光具有波动性，光电效应说明光具有粒子性，故C正确；
在光双缝干涉实验中，光通过双缝时显示出波动性，如果光只通过一个缝时也显示出波动性，故D错误。
对点训练：
对光电效应的理解
1．用某种频率的光照射锌板，使其发射出光电子。
为了增大光电子的最大初动能，下列措施可行的是（ ）
A．增大入射光的强度
B．增加入射光的照射时间
C．换用频率更高的入射光照射锌板
D．换用波长更长的入射光照射锌板
选C 根据光电效应方程Ekm＝hν－W0得，光电子的最大初动能与入射光的强度、照射时间无关。
入射光的频率越高或波长越短，光电子的最大初动能越大，故C正确，A、B、D错误。
2.（2018·
南京调研）如图所示，把一块不带电的锌板连接在验电器上。
当用紫外线照射锌板时，发现验电器指针偏转一定角度，则（ ）
A．锌板带正电，验电器带负电
B．若改用强度更小的紫外线照射锌板，验电器的指针也会偏转
C．若改用红外线照射锌板，验电器的指针仍然会发生偏转
D．这个现象可以说明光具有波动性
选B 用紫外线照射锌板，锌板失去电子带正电，验电器与锌板相连，则验电器的金属球和金属指针带正电，故A错误；
根据光电效应的条件可知发生光电效应与光的强度无关，若改用强度更小的紫外线照射锌板，验电器的指针也会偏转，故B正确；
根据光电效应的条件可知若改用红外线照射锌板，不一定能发生光电效应，所以验电器的指针不一定会发生偏转，故C错误；
光电效应说明光具有粒子性，故D错误。
3.（2018·
保定模拟）如图所示，在验电器上安装一个铜网，使其带电，验电器金属箔片张开一定角度。
用紫外线照射铜网，验电器金属箔片的张角保持不变。
再将一块锌板放置在该铜网后面一定距离处，用同一紫外线照射锌板时，发现金属箔片张开角度减小。
下列相关说法中正确的是（ ）
A．增加紫外线的强度照射铜网，金属箔片张角将变大
B．紫外线的频率大于金属锌的截止频率
C．铜网带负电
D．改用紫光照射锌板，验电器的金属箔片张角也一定减小
选B 根据用紫外线照射铜网，验电器金属箔片的张角保持不变；
再将一块锌板放置在该铜网后面一定距离处，用同一紫外线照射锌板时，发现金属箔片张开角度减小，说明逸出的光电子跑到铜网上，导致其电量减小，当增加紫外线的强度照射铜网，金属箔片张角将变更小，由此可知，铜网带正电，故A、C错误。
只有紫外线的频率大于金属锌的截止频率，才会发生光电效应，故B正确。
根据光电效应产生条件，当用紫光照射，则紫光频率小于紫外线，因此可能不发生光电效应现象，则验电器金属箔片张角不一定会减小，故D错误。
爱因斯坦的光电效应方程及应用
4.（2018·
盐城模拟）用如图所示的装置研究光电效应现象，当用光子能量为3.0eV的光照射到光电管上时，电流表G的读数为0.2mA，移动变阻器的触点c，当电压表的示数大于或等于0.7V时，电流表读数为0，则（ ）
A．开关K断开后，没有电流流过电流表G
B．所有光电子的初动能为0.7eV
C．光电管阴极的逸出功为2.3eV
D．改用能量为1.5eV的光子照射，电流表G也有电流，但电流较小
选C 光电管两端接的是反向电压，当开关断开后，光电管两端的电压为零，逸出的光电子能够到达另一端，则仍然有电流流过电流表G，故A错误。
当电压表的示数大于或等于0.7V时，电流表读数为0，可知遏止电压为0.7V，根据动能定理得，eUc＝Ekm，则光电子的最大初动能为0.7eV，故B错误。
根据光电效应方程得，Ekm＝hν－W0，则逸出功W0＝hν－Ekm＝3.0eV－0.7eV＝2.3eV，故C正确。
改用能量为1.5eV的光子照射，因为光子能量小于逸出功，则不会发生光电效应，没有光电流，故D错误。
5．[多选]（2017·
全国卷Ⅲ）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。
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
选BC 设该金属的逸出功为W，根据爱因斯坦光电效应方程有Ek＝hν－W，同种金属的W不变，则逸出光电子的最大初动能随ν的增大而增大，B项正确；
又Ek＝eU，则最大初动能与遏止电压成正比，C项正确；
根据上述有eU＝hν－W，遏止电压U随ν增大而增大，A项错误；
又有hν－Ek＝W，W相同，则D项错误。
6．如图甲所示，合上开关，用光子能量为2.5eV的一束光照射阴极K，发现电流表读数不为零。
调节滑动变阻器，发现当电压表读数小于0.60V时，电流表计数仍不为零，当电压表读数大于或等于0.60V时，电流表读数为零。
把电路改为图乙，当电压表读数为2V时，则逸出功及电子到达阳极时的最大动能为（ ）
A．1.5eV 0.6eV B．1.7eV 1.9eV
C．1.9eV 2.6eVD．3.1eV 4.5eV
选C 光子能量hν＝2.5eV的光照射阴极，电流表读数不为零，则能发生光电效应，当电压表读数大于或等于0.6V时，电流表读数为零，则电子不能到达阳极，由动能定理eU＝mvm2知，最大初动能Ekm＝eU＝0.6eV，由光电效应方程hν＝Ekm＋W0知W0＝1.9eV，对图乙，当电压表读数为2V时，电子到达阳极的最大动能Ekm′＝Ekm＋eU′＝0.6eV＋2eV＝2.6eV。
故C正确。
7．（2018·
淮安期末）关于光电效应现象，下列说法中正确的是（ ）
A．对于任何一种金属都存在一个“最大波长”，入射光的波长必须小于此波长，才能产生光电效应
B．在光电效应现象中，光电子的最大初动能与照射光的频率成正比
C．在光电效应现象中，入射光的强度越大，光电子的最大初动能越大
D．对于某种金属，只要入射光的强度足够大，就会发生光电效应
选A 根据光电效应方程Ekm＝h－h。
入射光的波长必须小于极限波长，才能发生光电效应，故A正确；
从光电效应方程知，光电子的最大初动能与照射光的频率成一次函数关系，不是成正比，故B错误；
根据光电效应方程Ekm＝hν－W0，入射光的频率越大，光电子的最大初动能越大，与入射光的强度无关，故C错误；
8．（2016·
江苏高考）几种金属的逸出功W0见下表：
金属
钨
钙
钠
钾
铷
W0（×
10－19J）
7.26
5.12
3.66
3.60
3.41
用一束可见光照射上述金属的表面，请通过计算说明哪些能发生光电效应。
已知该可见光的波长范围为4.0×
10－7～7.6×
10－7m，普朗克常数h＝6.63×
10－34J·
s。
光子的能量E＝
取λ＝4.0×
10－7m，则E≈5.0×
10－19J
根据E＞W0判断，钠、钾、铷能发生光电效应。
答案：
钠、钾、铷
与光电效应有关的图像问题
9.（2018·
兰州模拟）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了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对应的最大初动能
选B 因光电管不变，所以逸出功不变。
由图像知甲光、乙光对应的遏止电压相等，且小于丙光对应的遏止电压，所以甲光和乙光对应的光电子最大初动能相等且小于丙光的光电子最大初动能，故D错误；
根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0知甲光和乙光的频率相等，且小于丙光的频率，甲光和乙光的波长大于丙光的波长，故A错误，B正确；
截止频率是由金属决定的，与入射光无关，故C错误。
10.如图所示，是甲、乙两种金属的遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图像，如果用频率为ν的光照射两种金属，光电子的最大初动能分别为E甲、E乙，则关于E甲、E乙的大小关系正确的是（ ）
A．E甲＞E乙 B．E甲＝E乙
C．E甲＜E乙D．无法判断
选A 根据光电效应方程得：
Ekm＝hν－W0＝hν－hν0
又Ekm＝qUc
解得：
Uc＝ν－；
结合Uc ν图线可知，当Uc＝0时，ν＝ν0；
由题图可知，金属甲的极限频率小于金属乙的，则金属甲的逸出功小于乙的，即W甲＜W乙。
如果用ν频率的光照射两种金属，根据光电效应方程，当用相同频率的光入射时，则逸出功越大的，其光电子的最大初动能越小，因此E甲＞E乙，故A正确，B、C、D错误。
11．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×
结合图像，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。
（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＝eU0＝1.6×
10－19C×
0.6V＝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＝h－h，代入数据得λ0＝0.66μm。
（1）4.0×
1012个 9.6×
10－20J
（2）0.66μm
对波粒二象性的理解
12．[多选]美国物理学家康普顿在研究石墨对X射线的散射时，发现光子除了具有能量之外还具有动量，被电子散射的X光子与入射的X光子相比（ ）
A．速度减小 B．频率减小
C．波长减小D．能量减小
选BD 光速不变，A错误；
光子将一部分能量转移到电子，其能量减小，随之光子的频率减小、波长变长，B、D正确，C错误。
13．[多选]（2018·
高考适应性检测）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
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