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光电效应波粒二象性目标要求 1.了解黑体辐射的实验规律。
2.知道什么是光电效应，理解光电效应的实验规律，会利用光电效应方程计算逸出功、最大初动能、截止频率等物理量。
3.会分析光电效应的图像问题。
4.理解物质波的概念，理解光的波粒二象性。
考点一黑体辐射能量子1.热辐射(1)定义：一切物体都在以□1电磁波的形式向外辐射能量，而且辐射强度随波长的分布与物体的□2温度有关，这种辐射称为热辐射。
(2)特点：热辐射强度按波长的分布情况随物体□3温度的不同而有所不同。
2.黑体与黑体辐射(1)黑体：如果某种物体能够全部吸收外来的□4电磁波而不发生反射，这种物体就称为□5绝对黑体，简称黑体。
(2)黑体辐射：加热腔体，黑体向外辐射电磁波。
(3)黑体辐射的实验规律黑体辐射能量按波长分布的情况只与黑体的□6温度有关，如图所示。
①随着温度的升高，各种波长的辐射能谱密度都□7增加；②随着温度的升高，辐射能谱密度的极大值向波长□8较短的方向移动。
3.能量子(1)定义：普朗克认为，带电谐振子的能量E只能是某一最小能量值ε的□9整数倍，这个不可再分的最小能量值ε叫作能量子。
(2)能量子大小：ε＝□10hν，其中ν是谐振动的频率，h称为普朗克常量。
h＝6.626×10－34J·s(一般取h＝6.63×10－34J·s)。
【判断正误】1.黑体能够反射各种波长的电磁波，但不会辐射电磁波。
(×)2.黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温度有关，随着温度的升高，各种波长的辐射强度都增加，辐射强度极大值向波长较短的方向移动。
(√)3.玻尔为得出黑体辐射的强度按波长分布的公式，提出了能量子的假说。
(×)1.黑体辐射的实验规律(1)温度一定时，黑体辐射强度随波长的分布有一个极大值。
(2)随着温度的升高各种波长的辐射强度都有增加，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。
2.能量子的理解(1)物体热辐射所发出的电磁波的能量是不连续的，只能是hν的整数倍。
第一讲 光电效应 波粒二象性➢ 知识梳理一、光电效应及其规律 1．光电效应现象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称为光电效应，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或等于金属的截止(极限)频率。
3．光电效应规律(1)每种金属都有一个截止频率，入射光的频率必须大于或等于这个截止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10－9 s 。
(4)当入射光的频率大于截止频率时，饱和光电流的大小与入射光的强度成正比。
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，每一份叫作一个光子，光子的能量ε＝hν。
2．逸出功W 0：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：hν＝E k ＋W 0或E k ＝hν－W 0。
(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W 0，剩下的表现为逸出后电子的最大初动能。
三、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、康普顿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。
四、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λ＝hp ，p 为运动物体的动量，h 为普朗克常量。
考点一、光电效应规律的理解 1．对光电效应规律的解释对应规律对规律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W 0，则入射光子的能量不能小于W 0，对应的频率必须不小于νc ＝W 0h，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，一部分用来克服金属的逸出功，剩余部分表现为光电子的初动能，只有直接从金属表面飞出的光电子才具有最大初动能。
[A 组·基础题]一、单项选择题1．如图所示，当弧光灯发出的光经一狭缝后，在锌板上形成明暗相间的条纹，同时与锌板相连的验电器铝箔有张角，则该实验( )A ．只能证明光具有波动性B ．只能证明光具有粒子性C ．只能证明光能够发生衍射D ．证明光具有波粒二象性解析：弧光灯发出的光经一狭缝后，在锌板上形成明暗相间的条纹，这是光的衍射，证明了光具有波动性，验电器铝箔有张角，说明锌板发生了光电效应，则证明了光具有粒子性，所以该实验证明了光具有波粒二象性，D 正确．答案：D2．用波长为2.0×10－7 m 的紫外线照射钨的表面，释放出来的光电子中最大的动能是4.7×10－19J ．由此可知，钨的极限频率是(普朗克常量h ＝6.63×10－34J·s ，光速c ＝3.0×108m/s ，结果取两位有效数字)( )A ．5.5×1014 HzB ．7.9×1014 HzC ．9.8×1014 HzD ．1.2×1015 Hz解析：由光电效应方程E k ＝hν－W 逸可得W 逸＝hν－E k ，而W 逸＝hν0，ν＝cλ，所以钨的极限频率ν0＝c λ－E kh＝7.9×1014 Hz ，答案为B.答案：B3．下表给出了一些金属材料的逸出功.(普朗克常量h ＝6.63×10－34J·s ，光速c ＝3.0×108 m/s)( )A ．2种B ．3种C ．4种D ．5种解析：要发生光电效应，则入射光的能量必须大于金属的逸出功，由题可算出波长为400 nm 的光的能量为E ＝hν＝h c λ＝6.63×10－34×3.0×108400×10－9 J ＝4.97×10－19 J ，大于铯和钙的逸出功，所以A 选项正确．答案：A4．用不同频率的紫外线分别照射钨和锌的表面而产生光电效应，可得到光电子最大初动能E k 随入射光频率ν变化的E k ν图象．已知钨的逸出功是3.28 eV ，锌的逸出功是3.34 eV ，若将二者的图线画在同一个E k ν坐标系中，图所示中用实线表示钨，虚线表示锌，则下列图象正确反映这一过程的是( )解析：依据光电效应方程E k ＝hν－W 可知，E k ν图线的斜率代表普朗克常量h ，因此钨和锌的E k ν图线应该平行．图线的横截距代表极限频率νc ，而ν0＝Wh ，因此钨的ν0小些．综上所述，A 图正确．答案：A 二、多项选择题5．(2014·高考海南卷)在光电效应实验中，用同一种单色光，先后照射锌和银的表面，都能发生光电效应．对于这两个过程，下列四个物理过程中，一定不同的是( )A ．遏止电压B ．饱和光电流C ．光电子的最大初动能D ．逸出功解析：同一种单色光照射不同的金属，入射光的频率和光子能量一定相同，金属逸出功不同，根据光电效应方程E km ＝hν－W 0知，最大初动能不同，则遏止电压不同；同一种单色光照射，入射光的强度相同，所以饱和光电流相同．故选A 、C 、D.答案：ACD6．用波长为λ和2λ的光照射同一种金属，分别产生的速度最快的光电子速度之比为2∶1，普朗克常量和真空中光速分别用h 和c 表示，那么下列说法正确的有( )A ．该种金属的逸出功为hc 3λB ．该种金属的逸出功为hcλC ．波长超过2λ的光都不能使该金属发生光电效应D ．波长超过4λ的光都不能使该金属发生光电效应解析：由hν＝W 0＋E k 知h c λ＝W 0＋12m v 12，h c 2λ＝W 0＋12m v 22，又v 1＝2v 2，所以W 0＝hc3λ，故选项A 正确，B 错误；光的波长小于或等于3λ时方能发生光电效应，故选项C 错误，D 项正确．答案：AD7.如图是某金属在光的照射下产生的光电子的最大初动能E k 与入射光频率ν的关系图象．由图象可知( )A ．该金属的逸出功等于EB ．该金属的逸出功等于hνcC ．入射光的频率为2νc 时，产生的光电子的最大初动能为ED ．入射光的频率为νc 2时，产生的光电子的最大初动能为E2解析：由题图得E k ＝hν－W 0，得E k ＝hν－E 故逸出功W 0＝E ，故选项A 正确；当E k＝0时，ν＝νc ，故E ＝hνc ，故选项B 正确；ν＝2νc 时，可得出E k ＝E ，故选项C 正确；当入射光的频率为νc2时，不发生光电效应，故选项D 错误．答案：ABC8.(2016·河北保定一模)如图所示，这是一个研究光电效应的电路图，下列叙述中正确的是( )A ．只调换电源的极性，移动滑片P ，当电流表示数为零时，电压表示数为遏止电压U c 的数值B ．保持光照条件不变，滑片P 向右滑动的过程中，电流表示数将一直增大C ．不改变光束颜色和电路，增大入射光束强度，电流表示数会增大D ．阴极K 需要预热，光束照射后需要一定的时间才会有光电流解析：只调换电源的极性，移动滑片P ，电场力对电子做负功，当电流表示数为零时，则有qU ＝12m v 2－0，那么电压表示数为遏止电压U c 的数值，故A 正确；保持光照条件不变，滑片P 向右滑动的过程中，导致电压增大，则电场力做功增大，则电流表示数会增大，若电流达到饱和电流，则电流表示数不再增大，故B 错误；不改变光束颜色和电路，增大入射光束强度，则光电子数目增多，那么电流表示数会增大，故C 正确；光束照射后不需要一定的时间，几乎同时就有光电流，故D 错误．答案：AC[B 组·能力题]一、选择题9．(多选)(2017·河南鹤壁市高中模拟)下列说法正确的有( )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叫做能量子B ．α 粒子散射实 验中少数α粒子发生了较大偏转，这是卢瑟福猜想原子核式结构模型的主要依据之一C ．由玻尔理论可知，氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时，要辐射一定频率的光子，同时电子的动能减小，电势能增大D ．在光电效应实验中， 用同种频率的光照射不同的金属表面，从金属表面逸出的光电子的最大初动能E k 越大，则这种金属的逸出功W 0越小解析：普朗克能量量子化理论：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叫做能量子，故A 正确；α粒子散射实验中少数α粒子发生了较大偏转，这是卢瑟福猜想原子核式结构模型的主要依据之一，故B 正确；玻尔理论可知，氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时，要辐射一定频率的光子，同时电子的动能增大，电势能减小，故C 错误；光电效应实验中，用同种频率的光照射不同的金属表面，根据光电效应方程：E k ＝hν－W 0，从金属表面逸出的光电子的最大初动能E k 越大，则这种金属的逸出功W 0越小，故D 正确．答案：ABD10．(2016·江苏苏州一模)现有a 、b 、c 三束单色光，其波长关系为λa ∶λb ∶λc ＝1∶2∶3.当用a 光束照射某种金属板时能发生光电效应，飞出的光电子最大动能为E k ，若改用b 光束照射该金属板，飞出的光电子最大动能为13E k ，当改用c 光束照射该金属板时( )A ．能发生光电效应，飞出的光电子最大动能为16E kB ．能发生光电效应，飞出的光电子最大动能为19E kC ．能发生光电效应，飞出的光电子最大动能为112E kD ．由于c 光束光子能量最小，该金属板不会发生光电效应解析：a 、b 、c 三束单色光，其波长关系为λa ∶λb ∶λc ＝1∶2∶3，因为光子频率ν＝cλ，可知光子频率之比为6∶3∶2.设a 光的频率为6ν，根据光电效应方程E k ＝h ·6ν－W 0，13E k ＝h ·3ν－W 0.联立两式解得逸出功W 0＝32hν，E k ＝92hν.c 光的光子频率为2ν，能量为2hν＞W 0，能发生光电效应． 最大初动能E km ′＝h ·2ν－W 0＝12hν＝19E k .故B 正确．答案：B 二、非选择题11．(2017·湖北武汉部分重点中学期中)从1907年起，美国物理学家密立根开始以精湛的技术测量光电效应中几个重要的物理量．他通过如图所示的实验装置测量某金属的遏止电压U c 与入射光频率ν，作出U c -ν图象，由此算出普朗克常量h ，并与普朗克根据黑体辐射测出的h 相比较，以检验爱因斯坦光电效应方程的正确性．图中频率ν1、ν2，遏止电压U c 1、U c 2及电子的电荷量e 均为已知，求：(1)普朗克常量h ； (2)该金属的截止频率ν0.解析：根据爱因斯坦光电效应方程E k ＝hν－W 0及动能定理eU c ＝E k ，可得U c ＝h e ν－he ν0.结合图象知k ＝U c2－U c1ν2－ν1＝U c1ν1－ν0.普朗克常量h ＝e (U c2－U c1)ν2－ν1.截止频率ν0＝U c2ν1－U c1ν2U c2－U c1.答案：(1)e (U c2－U c1)ν2－ν1 (2)U c2ν1－U c1ν2U c2－U c112.某同学采用如图所示的实验电路研究光电效应，用某单色光照射光电管的阴极K 时，会发生光电效应现象．闭合开关S ，在阳极A 和阴极K 之间加上反向电压，通过调节滑动变阻器的滑片逐渐增大电压，直至电流计中电流恰为零，此时电压的示数U 称为反向遏止电压．根据反向遏止电压，可以计算出光电子的最大初动能．现分别用ν1和ν2的单色光照射阴极，测量到反向遏止电压分别为U 1和U 2，设电子的比荷为em，求：(1)阴极K 所用金属的极限频率； (2)用题目中所给条件表示普朗克常量h .解析：(1)由于阳极A 和阴极K 之间所加电压为反向电压，根据动能定理有 －eU 1＝0－12m v 12－eU 2＝0－12m v 22根据光电效应方程 12m v 12＝hν1－W 0 12m v 22＝hν2－W 0 其中W 0＝hνc解以上各式得νc ＝U 1ν2－U 2ν1U 1－U 2.(2)由(1)中各式得 eU 1＝hν1－W 0 eU 2＝hν2－W 0 解得h ＝e (U 1－U 2)ν1－ν2.答案：(1)U 1ν2－U 2ν1U 1－U 2 (2)e (U 1－U 2)ν1－ν2。
