高考物理一轮复习第12章近代物理初步第1讲光电效应波粒二象性学案新人教版.docx

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高考物理一轮复习第12章近代物理初步第1讲光电效应波粒二象性学案新人教版

第1讲光电效应波粒二象性

高考地位

高考对本章的考查主要以选择题形式出现，经常结合经典物理理论和最新科技成果考查，难度不会太大，分值在6分左右。

考纲下载

波粒

二象性

1.光电效应（Ⅰ）

2．爱因斯坦光电效应方程（Ⅰ）

考纲解读

1.理解光电效应现象，掌握光电效应方程的应用。

高考中常以选择题形式呈现。

2．理解玻尔理论对氢原子光谱的解释，掌握氢原子的能级公式并能灵活应用，用氢原子能级图求解原子的能级跃迁问题是高考的热点。

3．原子核式结构的发现、原子核的组成、放射性、半衰期等仍会是高考命题的重点。

4．了解放射性同位素的应用，了解核力的特点。

5．书写核反应方程，区分核反应的种类并根据质能方程求解核能问题在高考中命题率较高。

6．裂变反应、聚变反应的应用，射线的危害和应用等知识与现代科技联系密切。

原子

结构

1.氢原子光谱（Ⅰ）

2．氢原子的能级结构、能级公式（Ⅰ）

原子核

1.原子核的组成、放射性、原子核的衰变、半衰期（Ⅰ）

2．放射性同位素（Ⅰ）

3．核力、核反应方程（Ⅰ）

4．结合能、质量亏损（Ⅰ）

5．裂变反应和聚变反应、裂变反应堆（Ⅰ）

6．射线的危害和防护（Ⅰ）

第1讲　光电效应　波粒二象性

主干梳理对点激活

知识点

　　光电效应及其规律　Ⅰ

1．定义

照射到金属表面的光，能使金属中的

电子从表面逸出的现象。

2．光电子

光电效应中发射出来的电子。

3．光电效应规律

（1）存在饱和光电流：

光照条件不变，当正向电压增大时，光电流趋于一个饱和值，即一定的光照条件下单位时间发出的光电子数目是一定的。

实验表明，光的频率一定时，入射光越强，饱和光电流

越大，单位时间内发射的光电子数

越多。

（2）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。

遏止电压的存在意味着光电子的初动能有最大值Ekm＝

mev

＝eUc，称为光电子的最大初动能。

实验表明，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。

（3）存在截止频率：

每种金属都有一个极限频率或截止频率νc，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，低于这个频率的光不能产生光电效应。

（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，光电效应的发生几乎是瞬时的，一般不超过10－9s。

知识点

　　爱因斯坦光电效应方程　Ⅰ

1．光子说

在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光的能量子，简称光子，光子的能量ε＝

hν。

其中h＝6.63×10－34J·s（称为普朗克常量）。

2．逸出功W0

使电子脱离某种金属所做功的

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，除了要克服金属的逸出功外，有时还要克服原子的其他束缚而做功，这时光电子的初动能就比较小；当逸出过程只克服金属的逸出功而逸出时，光电子的初动能称为最大初动能。

4．爱因斯坦光电效应方程

（1）表达式：

Ek＝

hν－W0。

（2）物理意义：

金属表面的电子吸收一个光子获得的能量是hν，这些能量的一部分用来克服金属的

逸出功W0，剩下的表现为逸出后光电子的最大初动能Ek＝

mev2。

5．对光电效应规律的解释

对应规律

对规律的产生的解释

存在截止频率νc

电子从金属表面逸出，必须克服金属的逸出功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

光电子的最大初动能随着入射光频率的增大而增大，与入射光的强度无关

电子吸收光子能量后，一部分克服阻碍作用做功，剩余部分转化为光电子的初动能，只有直接从金属表面飞出的光电子才具有最大初动能，对于确定的金属，W0是一定的，故光电子的最大初动能只随入射光频率的增大而

增大

效应具有瞬时性

光照射金属时，电子吸收一个光子的能量后，动能立即增大，不需要

积累能量的时间

光较强时饱和电流大

对于频率相同的光，光较强时，单位时间内照射到单位面积上的光子数较多，照射金属时产生的

光电子较多，因而饱和电流较大

知识点

　　波粒二象性　Ⅰ

1．光的波粒二象二对点激活

1．（2017·上海高考）光子的能量与其（　　）

A．频率成正比B．波长成正比

C．速度成正比D．速度平方成正比

答案　A

解析　根据ε＝hν可知，光子的能量与其频率成正比，A正确。

2.（人教版选修3－5·P30·演示实验改编）（多选）如图所示，用导线把不带电的验电器与锌板相连接，当用紫外线照射锌板时，发生的现象是（　　）

A．有光子从锌板逸出

B．有电子从锌板逸出

C．验电器指针张开一个角度

D．锌板带负电

答案　BC

解析　用紫外线照射锌板时，锌板里的电子吸收紫外线的能量从锌板表面逸出，称之为光电子，故A错误，B正确；锌板与验电器相连，带有相同电性的电荷，锌板失去电子带正电，且失去的电子越多，带正电的电荷量越多，验电器指针张角越大，故C正确，D错误。

3．（人教版选修3－5·P36·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　增大入射光的强度，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，用频率小于ν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＝Ek可知，改用频率大于ν的光照射，光电子的最大初动能变大，故D正确。

4.（人教版选修3－5·P34·例题图改编）（多选）在做光电效应的实验时，某金属被光照射发生了光电效应，实验测得光电子的遏止电压Uc与入射光的频率ν的关系如图所示，由实验图线可求出（　　）

A．该金属的截止频率

B．普朗克常量

C．该金属的逸出功

D．单位时间内逸出的光电子数

答案　ABC

解析　由光电效应方程Ek＝hν－W0和eUc＝Ek可知，当Uc＝0时，ν＝νc，即图线在横轴上的截距在数值上等于金属的截止频率。

图线的斜率在数值上等于

，故可求出普朗克常量h。

当ν＝0时，eUc＝－W0，即图线在纵轴上的截距的绝对值乘以电子电荷量e在数值上等于金属的逸出功。

A、B、C正确。

由实验图线不能求出单位时间内逸出的光电子数，D错误。

5．（人教版选修3－5·P40·T2，P42·T2～T3综合改编）（多选）下列说法中正确的是（　　）

A．相同动能的电子和质子，质子的德布罗意波波长较大

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．在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．低频电磁波的波动性显著，而高频电磁波的粒子性显著

答案　CD

解析　德布罗意波波长λ＝

，而Ek＝

，所以λ＝

，Ek相同，而me

考点细研悟法培优

考点1　　光电效应规律的理解

1.与光电效应有关的五组概念对比

（1）光子与光电子：

光子指光在空间传播时的每一份能量，光子不带电；光电子是金属表面受到光照射时发射出来的电子，其本质是电子。

光子是光电效应的因，光电子是果。

（2）光电子的初动能与光电子的最大初动能：

光照射到金属表面时，电子吸收光子的全部能量，可能向各个方向运动，需克服原子核和其他原子的阻碍而损失一部分能量，剩余部分为光电子的初动能；只有金属表面的电子直接向外飞出，只需克服原子核的引力做功的情况，光电子才具有最大初动能。

光电子的初动能小于或等于光电子的最大初动能。

（3）光电流与饱和光电流：

金属板飞出的光电子到达阳极，回路中便产生光电流，随着所加正向电压的增大，光电流趋于一个饱和值，这个饱和值是饱和光电流，在一定的光照条件下，饱和光电流与所加电压大小无关。

（4）入射光的强度与光子的能量：

入射光的强度指单位时间内照射到金属表面单位面积上的总能量，即I＝nhν，n是单位时间照射到单位面积上的光子数。

（5）光的强度与饱和光电流：

饱和光电流与入射光的强度成正比的规律是对频率相同的光照射金属产生光电效应而言的，对于不同频率的光，由于每个光子的能量不同，饱和光电流与入射光的强度之间没有简单的正比关系。

2．四点提醒

（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。

3．三个关系式

（1）爱因斯坦光电效应方程：

Ek＝hν－W0。

（2）最大初动能与遏止电压的关系：

Ek＝eUc。

（3）逸出功与极限频率的关系W0＝hνc。

4．两条对应关系

（1）光强大（频率一定时）→光子数目多→发射光电子多→饱和光电流大。

（2）光子频率高→光子能量大→光电子的最大初动能大。

例1　（2019·陕西汉中高三下学期开学联考）用如图所示的光电管研究光电效应，当滑动变阻器的滑片位于某一位置，开关S闭合时，用单色光a照射光电管阴极K，电流计G的指针发生偏转，用单色光b照射光电管阴极K时，电流计G的指针不发生偏转，则（　　）

A．a光的强度一定大于b光的强度

B．a光的频率一定大于阴极K的极限频率

C．b光的频率一定小于阴极K的极限频率

D．开关S断开后，用单色光a照射光电管阴极K，电流计G的指针一定不会发生偏转

（1）光电管两端电压是正向电压还是反向电压？

提示：

反向电压。

（2）单色光b照射阴极一定没有发生光电效应吗？

提示：

不一定，还可能所加电压达到了遏止电压。

尝试解答　选B。

用某种光照射金属能否发生光电效应与光的强度无关，所以无法判断a、b光的强度，故A错误；用某种频率的单色光a照射光电管阴极K，电流计G的指针发生偏转，知a光的频率大于金属的极限频率，故B正确；用b光照射时，电流计G指针不发生偏转，由于在光电管两端加了反向电压，所以无法判断是否发生光电效应，即无法判断b光的频率与阴极K的极限频率大小，故C错误；由于在光电管两端加了反向电压时，电流计G的指针发生偏转，即电子能从阴极运动到阳极，所以断开开关即不加反向电压时，电子一定能从阴极运动到阳极，即电流计G的指针一定发生偏转，故D错误。

故选B。

对光电效应的几点提醒

（1）光的频率决定光子的能量ε＝hν。

（2）光的强度是指单位时间光照射到单位面积上的能量，即I＝nhν，所以单位时间照射到单位面积上的光子数由光强和频率共同决定。

（3）光电子逸出后的最大初动能由光子的频率和逸出功共同决定。

（4）由Ek＝hν－W0求出的是光电子的最大初动能，金属内部逸出的光电子的动能小于这个值，而且光电子的射出方向是随机的，不一定都能到达阳极。

（5）每秒逸出的光电子数决定着饱和光电流的大小，而不是光电流的大小。

[变式1－1]