2020年高考物理一轮复习-专题60-光电效应-波粒二象性(讲)(含解析.doc

2020年高考物理一轮复习 专题60 光电效应 波粒二象性(讲)(含解析
（命题规律
（1）动量和动量守恒等基本概念、规律的理解，一般结合碰撞等实际过程考查；
（2）综合运用动量和机械能的知识分析较复杂的运动过程；
（3）光电效应、波粒二象性的考查；
（4）氢原子光谱、能级的考查；
（5）放射性元素的衰变、核反应的考查；
（6）质能方程、核反应方程的计算；
（7）与动量守恒定律相结合的计算。
复习策略
（1）深刻理解动量守恒定律，注意动量的矢量性、瞬时性、同一性和同时性；
（2）培养建模能力，将物理问题经过分析、推理转化为动力学问题；
（3）深刻理解基本概念和基本规律；
（4）关注科技热点和科技进步；
（5）体会微观领域的研究方法，从实际出发，经分析总结、提出假设、建立模型，再经过实验验证，发现新的问题，从而对假设进行修正。

1．知道什么是光电效应，理解光电效应的实验规律．
2．会利用光电效应方程计算逸出功、极限频率、最大初动能等物理量．
3．知道光的波粒二象性，知道物质波的概念．

一、黑体辐射与能量子
1．黑体与黑体辐射
（1）黑体：是指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
①一般材料的物体，辐射的电磁波除与温度有关外，还与材料的种类及表面状况有关．
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．
a．随着温度的升高，各种波长的辐射强度都增加．
b．随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动．
2．能量子
（1）定义：普朗克认为，带电微粒辐射或者吸收能量时，只能辐射或吸收某个最小能量值的整数倍．即能量的辐射或者吸收只能是一份一份的．这个不可再分的最小能量值ε叫做能量子．
（2）能量子的大小：ε＝hν，其中ν是电磁波的频率，h称为普朗克常量．h＝6．63×10－34 J·s．
二、光电效应
1．光电效应现象
光电效应：在光的照射下金属中的电子从金属表面逸出的现象，叫做光电效应，发射出来的电子叫做光电子．
2．光电效应规律
（1）每种金属都有一个极限频率．
（2）光子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光的频率增大而增大．
（3）光照射到金属表面时，光电子的发射几乎是瞬时的．
（4）光电流的强度与入射光的强度成正比．
3．爱因斯坦光电效应方程
（1）光子说：空间传播的光的能量是不连续的，是一份一份的，每一份叫做一个光子．光子的能量为ε＝hν，其中h是普朗克常量，其值为6．63×10－34 J·s．
（2）光电效应方程：Ek＝hν－W0．
其中hν为入射光的能量，Ek为光电子的最大初动能，W0是金属的逸出功．
4．遏止电压与截止频率
（1）遏止电压：使光电流减小到零的反向电压Uc．
（2）截止频率：能使某种金属发生光电效应的最小频率叫做该种金属的截止频率（又叫极限频率）．不同的金属对应着不同的极限频率．
（3）逸出功：电子从金属中逸出所需做功的最小值，叫做该金属的逸出功．
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，p为运动物体的动量，h为普朗克常量．

考点一　光电效应现象和光电效应方程的应用
1．对光电效应的四点提醒
（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
光强大→光子数目多→发射光电子多→光电流大；
光子频率高→光子能量大→光电子的最大初动能大。
3．定量分析时应抓住三个关系式
（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＝hν0。
★重点归纳★
1、光电效应的图象分析
两条线索
（1）通过频率分析：光子频率高→光子能量大→产生光电子的最大初动能大．
（2）通过光的强度分析：入射光强度大→光子数目多→产生的光电子多→光电流大

图象名称
图线形状
由图线直接（间接） 得到的物理量
最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图线

①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
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：图线与横轴的交点
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
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）

★典型案例★2009年诺贝尔物理学奖得主威拉德·博伊尔和乔治·史密斯主要成就是发明了电荷耦合器件（CCD）图像传感器。他们的发明利用了爱因斯坦的光电效应原理。如图所示电路可研究光电效应规律。图中标有A和K的为光电管，其中A为阴极，K为阳极。理想电流计可检测通过光电管的电流，理想电压表用来指示光电管两端的电压。现接通电源，用光子能量为10．5eV的光照射阴极A，电流计中有示数，若将滑动变阻器的滑片P缓慢向右滑动，电流计的读数逐渐减小，当滑至某一位置时电流计的读数恰好为零，读出此时电压表的示数为6．0V；现保持滑片P位置不变，以下判断正确的是。（填正确答案标号。选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分。每选错1个扣3分，最低得分为0分）

A．光电管阴极A射出的光电子是具有瞬时性的
B．光电管阴极材料的逸出功为4．5eV
C．若增大入射光的强度，电流计的读数不为零
D．若用光子能量为12eV的光照射阴极A，光电子的最大初动能一定变大
E．若用光子能量为9．5eV的光照射阴极A，同时把滑片P向左移动少许，电流计的读数一定不为零
【答案】ABD
【解析】 由光电效应现象知，光电子的射出具有瞬时性，A对；光电管两端所加电压为反向电压，当所加电压为6V时，电流计读数恰好为零，可知光电子的最大初动能为6eV，入射光子的能量为10．5eV，由爱因斯坦光电效应方程知，光电管阴极材料的逸出功为4．5V，B对；最大初动能与入射光的强度无关，故C错；由知，若用光子能量为12eV的光照射阴极A，光电子的最大初动能一定变大，D对；由知，若用光子能量为9．5eV的光照射阴极A，则最大初动能为5eV，把P向左移动，所加电压小于6V，故电流计的读数不定，E错。
【名师点睛】爱因斯坦光电效应方程：
（1）光子说：空间传播的光的能量是不连续的，是一份一份的，每一份叫做一个光子．光子的能量为ε＝hν，其中h是普朗克常量，其值为6．63×10－34J·s．
（2）光电效应方程：Ek＝hν－W0
其中hν为入射光的能量，Ek为光电子的最大初动能，W0是金属的逸出功．
★针对练习1★关于光电效应，下列说法正确的是： （ ）
A．极限频率越大的金属材料逸出功越大
B．只要光照射的时间足够长，任何金属都能产生光电效应
C．从金属表面逸出的光电子的最大初动能越大，这种金属的逸出功越小
D．入射光的光强一定时，频率越高，单位时间内逸出的光电子数就越多
【答案】A
【名师点睛】解决本题的关键掌握光电效应的条件，以及掌握光电效应方程，知道光的强度影响单位时间内发出光电子的数目．
★针对练习2★某金属在光的照射下发生光电效应，光电子的最大初动能与入射光频率的关系如图所示，试求：

①普朗克常量（用图中字母表示）；
②入射光的频率为时，产生的光电子的最大处动能。
【答案】①②
【解析】 ①由光电效应方程，结合图像可知金属的逸出功，极限频率为νc，所以，解得。
②由光电效应方程，则：。
【名师点睛】解决本题的关键掌握光电效应方程，知道逸出功与极限频率的关系。
考点二　对光的波粒二象性、物质波的考查
光既具有波动性，又具有粒子性，两者不是孤立的，而是有机的统一体，其表现规律为：
（1）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）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，越不容易看到光的干涉和衍射现象，而贯穿本领越强。
（3）光在传播过程中往往表现出波动性；在与物质发生作用时，往往表现为粒子性。
★典型案例★实物粒子和光都具有波粒二象性。下列事实中不能体现波动性的是： （ ）
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】B
【名师点睛】本题考查了光的波粒二象性，有时波动性明显，有时粒子性明显．明确各种物理现象的实质和原理才能顺利解决此类题目。
★针对练习1★（多选）波粒二象性是微观世界的基本特征，以下说法正确的是： （ ）
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的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，它们的德布罗意波长也相等
【答案】AB
【解析】 光电效应现象揭示了光的粒子性．故A正确；热中子束射到晶体上产生的衍射图样说明中子具有波动性．故B正确；黑体辐射的实验规律不能使用光的波动性解释，而普朗克借助于能量子假说，完美的解释了黑体辐射规律，破除了“能量连续变化”的传统观念．故C错误；根据德布罗意波长公式，若一个电子的德布罗意波长和一个质子的波长相等，则动量P也相等，动能则不相等．故D错误．故选AB。
【名师点睛】本题主要考查德布罗意波和黑体辐射理论，在考纲中属于基本要求．明确各种物理现象的实质和原理才能顺利解决此类题目，故平时学习时要“知其然，更要知其所以然”．
★针对练习2★下列说法不正确的是： （ ）
A．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
B．光波是一种概率波
C．实物粒子也具有波动性
D．光电效应现象说明光具有粒子性而康普顿效应现象说明光具有波动性
【答案】D
【名师点睛】考查黑体辐射的规律、光的波粒二象性，要知道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；光既有波动性，又有粒子性，康普顿效应揭示了光的粒子性，知道光电效应与康普顿效应的作用。