2019届高考物理一轮复习讲义：第十二章 第1讲 光电效应 Word版含答案

1 波粒二象性一、选择题(1～8题为单项选择题，9～14题为多项选择题)1．如图1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( )图1A．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．频率为ν的光照射某金属时，产生光电子的最大初动能为E km。

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．E km－hνB．2E km C．E km＋hν D．E km＋2hν解析根据爱因斯坦光电效应方程得：E km＝hν－W0，若入射光频率变为2ν，则E km′＝h·2ν－W0＝2hν－(hν－E km)＝hν＋E km，故选C。

答案 C3．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，一定相同的是( )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－W0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B。

答案 B4．当具有5.0 eV的光子射到一金属表面时，从金属表面逸出的电子具有的最大初动能为1.5 eV，为了使这种金属产生光电效应，入射光子的能量必须不小于( )A．1.5 eV B．2.5 eV C．3.5 eV D．5.0 eV解析根据爱因斯坦光电效应方程E k＝hν－W，得逸出功W＝hν－E k＝5.0 eV－1.5 eV ＝3.5 eV，由光电效应产生的条件可知，入射光子的能量必须不小于逸出功，故C正确。

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2．光[光电电效效应应发现生象的分条析件] 是19入世射纪光初的，频爱率因大斯于坦金提属出的光子极理限频率，与入射光的强
论，使光电效应得到完美的解释．在如图所示实验中，用
度无关，A 错误；电子从金属表面逸出，首先需克服金属表面原子核的引
一定频率的光照射光电管阴极，产生了持续的光电流．已
就能从金属逸出
B．最如小果功入，射光光电子效的应能便量不小能于发金属生表了面，的但电如子换克用服波原长子更核长的的引入力射逸光出子时，需频要率做的更最 小功低，，光更电不效可应能便发不生能，发故生B了错．误但如；换入用射波光长的更强长度的越入大射，光单子位，时则间有内可发能出发光生光电电
效应子的数目越多，形成的光电流越大，与最大初动能无关，故 C 错误；根据12/12/2021来自第十五页，共三十六页。
2．对光电效应规律的解释
对应规律
对规律的产生的解释
光电子的最大初动 电子吸收光子能量后，一部分克服阻碍作用做功，剩余部
能随着入射光频率 分转化为光电子的初动能，只有直接从金属表面飞出的光
的增大而增大，与 电子才具有最大初动能，对于确定的金属，W0 是一定的， 入射光强度无关 故光电子的最大初动能只随入射光频率的增大而增大
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(3)光电流和饱和光电流：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)入射光强度与光子能量：入射光强度指单位时间内照射到金属表面单位面 积上的总能量．光子能量为普朗克常量和电磁辐射频率的乘积，E＝hν.
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第一讲 光电效应 波粒二象性一、光电效应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． 2．光电子：光电效应中发射出来的电子． 3．研究光电效应的电路图 其中A 是阳极，K 是阴极． 4．光电效应的四个规律(1)每种金属都有一个截止频率(或极限频率)，入射光的频率必须大于截止频率才能产生光电效应．低于截止频率时不能发生光电效应．(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10－9s.(4)当入射光的频率大于极限频率时，饱和光电流的强度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：在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫作一个光的能量子，简称光子，光子的能量ε＝hν.其中h ＝6.63×10－34 J·s.(称为普朗克常量)2．逸出功W 0：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克服原子核的引力逸出时所具有的动能的最大值． 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U c .(2)截止频率：能使某种金属发生光电效应的最小频率叫作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． 5．爱因斯坦光电效应方程 (1)表达式：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光电子的最大初动能E k ＝12m e v 2.三、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．[小题快练]1．判断题(1)只要光照射的时间足够长，任何金属都能产生光电效应．( × )(2)光电子就是光子．( × )(3)极限频率越大的金属材料逸出功越大．( √ )(4)从金属表面出来的光电子的最大初动能越大，这种金属的逸出功越小．( × )(5)入射光的频率越大，逸出功越大．( × )2．关于光电效应的规律，下列说法中正确的是( D )A．只有入射光的波长大于该金属的极限波长，光电效应才能产生B．光电子的最大初动能跟入射光强度成正比C．发生光电效应的反应时间一般都大于10－7 sD．发生光电效应时，单位时间内从金属内逸出的光电子数目与入射光强度成正比3．关于物质的波粒二象性，下列说法中不正确的是( D )A．不仅光子具有波粒二象性，一切运动的微粒都具有波粒二象性B．运动的微观粒子与光子一样，当它们通过一个小孔时，都没有特定的运动轨道C．波动性和粒子性，在宏观现象中是矛盾的、对立的，但在微观高速运动的现象中是统一的D．实物的运动有特定的轨道，所以实物不具有波粒二象性4．(多选)物理学家做了一个有趣的实验：在双缝干涉实验中，在光屏处放上照相底片，若减弱光的强度，使光子只能一个一个地通过狭缝，实验结果表明，如果曝光时间不太长，底片上只出现一些不规则的点；如果曝光时间足够长，底片上就会出现规则的干涉条纹．对这个实验结果有下列认识，正确的是( BC )A．曝光时间不长时，出现不规则的点，表现出光的波动性B．单个光子通过双缝后的落点无法预测C．干涉条纹中明亮的部分是光子到达机会较多的地方D．只有大量光子的行为才能表现出光的粒子性考点一光电效应现象和光电效应方程的应用 (自主学习)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(1)光强大→光子数目多→发射光电子多→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． 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：E k ＝hν－W 0. (2)最大初动能与遏止电压的关系：E k ＝eU c . (3)逸出功与极限频率的关系：W 0＝hν0.1－1.[光电效应现象的理解] 关于光电效应现象，下列说法中正确的是( ) A ．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 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 ．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 答案：C1－2.[光电效应方程] (2018·全国卷Ⅱ)用波长为300 nm 的光照射锌板，电子逸出锌板表面的最大初动能为1.28×10－19J ．已知普朗克常量为6.63×10－34J·s，真空中的光速为3.00×108m·s －1，能使锌产生光电效应的单色光的最低频率约为( ) A ．1×1014Hz B ．8×1014Hz C ．2×1015 HzD ．8×1015Hz解析：光电效应方程E k ＝hν－W 0，逸出功W 0＝hν0，联立解得ν0＝h cλ－E k h＝8×1014Hz ，故B 正确． 答案：B考点二 光电效应的图象问题 (自主学习)最大初动能E k 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E k 轴交点的纵坐标的值W 0＝|－E |＝E③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U c ：图线与横轴的交点 ②饱和光电流I m ：电流的最大值③最大初动能E k ＝eU c 颜色不同时，光电流与电压的关系①遏止电压U c1、U c2 ②饱和光电流③最大初动能E k1＝eU c1，E k2＝eU c2 遏止电压U c 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U c ：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)c 光照射光电管得到的I －U 图线，U c 1、U c 2表示截止电压，下列说法正确的是( )A ．甲图中光电管得到的电压为正向电压B ．a 、b 光的波长相等C ．a 、c 光的波长相等D ．a 、c 光的光强相等解析：如图可知，从金属逸出来的电子在电场力作用下，加速运动，则对应电压为正向电压，故A 正确；光电流恰为零，此时光电管两端加的电压为截止电压，对应的光的频率为截止频率，可知，a 光、c 光对应的截止频率小于b 光的截止频率，根据eU 截＝12mv 2m ＝hν－W 0，入射光的频率越高，对应的截止电压U 截越大．a 光、c 光的截止电压相等，所以a 光、c 光的频率相等，则a 光、c 光的波长相等；因b 光的截止电压大于a 光的截止电压，所以b 光的频率大于a 光的频率，则a 光的波长大于b 光的波长，故B 错误，C 正确；由图可知，a 的饱和电流大于c 的饱和电流，而光的频率相等，所以a 光的光强大于c 光的光强，故D 错误． 答案：AC2－2.[E k －ν图象] (多选) 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E B ．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νc2时，产生的光电子的最大初动能为E2答案：ABC2－3.[U c －ν图象] (2015·全国卷Ⅰ)在某次光电效应实验中，得到的遏止电压U c 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 ．解析：根据爱因斯坦光电效应方程有E k ＝hν－W 0，又因为E k ＝eU c ，得到U c ＝he ν－W 0e，所以h e ＝k ，h ＝ek ；－W 0e＝b ，W 0＝－eb . 答案：ek －eb考点三 对光的波粒二象性的理解 (自主学习)1．对光的波动性和粒子性的进一步理解(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＝hcλ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． 3－1.[光的波粒二象性] 下列说法正确的是( ) 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 ．γ射线具有显著的粒子性，而不具有波动性解析：从光的波粒二象性可知：光是同时具有波粒二象性的，只不过在有的情况下波动性显著，有的情况下粒子性显著．光的波长越长，越容易观察到其显示波动特征．光子是一种不带电的微观粒子，而电子是带负电的微观粒子，它们虽然都是微观粒子，但有本质区别，故C 正确． 答案：C3－2.[波动性分析] (多选)(2015·全国卷Ⅱ)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解析：电子束通过双缝产生干涉图样，体现的是波动性，A 正确；β射线在云室中留下清晰的径迹说明β射线是一种粒子，不能体现波动性，B 错误；衍射体现的是波动性，C 正确；电子显微镜观测微观结构利用了电子束的衍射现象，体现波动性，D 正确． 答案：ACD3－3.[波动性和粒子性分析] (多选)用极微弱的可见光做双缝干涉实验，随着时间的增加，在屏上先后出现如图a 、b 、c 所示的图象，则下列说法正确的是( ) A ．图象a 表明光具有粒子性 B ．图象c 表明光具有波动性 C ．用紫外光观察不到类似的图象 D ．实验表明光是一种概率波解析：图象a 曝光时间短，通过光子数很少，呈现粒子性．图象c 曝光时间长，通过了大量光子，呈现波动性，A 、B 正确；同时实验也表明光波是一种概率波，D 正确；紫外光本质和可见光本质相同，也可以发生上述现象，C 错误． 答案：ABD1．运用光子说对光电效应现象进行解释，可以得出的正确结论是( D ) A ．当光照时间增大为原来的2倍时，光电流的强度也增大为原来的2倍 B ．当入射光频率增大为原来的2倍时，光电子的最大初动能也增大为原来的2倍 C ．当入射光波长增大为原来的2倍时，光电子的最大初动能也增大为原来的2倍 D ．当入射光强度增大为原来的2倍时，单位时间内产生的光电子数目也增大为原来的2倍 2. (多选)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E k 与入射光频率ν的关系如图所示，其中ν0为极限频率．从图中可以确定的是( CD ) A ．逸出功与ν有关B ．光电子的最大初动能E k 与入射光的频率成正比C ．当ν＞ν0时，会逸出光电子D ．图中直线的斜率与普朗克常量有关3．(2018·江苏卷)光电效应实验中，用波长为λ0的单色光A 照射某金属板时，刚好有光电子从金属表面逸出．当波长为λ02的单色光B 照射该金属板时，光电子的最大初动能为 ，A 、B 两种光子的动量之比为 . (已知普朗克常量为h 、光速为c )解析：根据光电效应方程E k ＝hν－W 0，又ν＝cλ，所以有0＝hc λ0－W 0，E k ＝2hcλ0－W 0解得E k ＝hc λ0；又光子动量p ＝hλ，所以A 、B 两种光子的动量之比为1∶2. 答案：(1)hcλ0(2) 1∶2 4．如图所示是研究光电效应的实验装置，某同学进行了如下操作：(1)用频率为ν1的光照射光电管，此时电流表中有电流．调节滑动变阻器，将触头P 向 端滑动(填“a ”或“b ”)，使电流表示数恰好变为零，记下电压表示数U 1. (2)用频率为ν2的光照射光电管，重复(1)中的步骤，记下电压表示数U 2.已知电子的电荷量为e ，由上述实验可知，普朗克常量h ＝ (用上述已知量和测量量表示)．解析：(1)对电子加反向的电场力，使之不能到达A 端，则A 端电势低于K 端电势，P 向a 端滑动．(2)由hν1－W ＝eU 1，hν2－W ＝eU 2，得h ＝e (U 1－U 2)ν1－ν2.答案：(1)a (2)e (U 1－U 2)ν1－ν2[A 组·基础题]1．(2019·江苏高级中学检测)下列实验中，深入地揭示了光的粒子性一面的有( A ) ①X 射线被石墨散射后部分波长增大 ②锌板被紫外线照射时有电子逸出但被可见光照射时没有电子逸出③轰击金箔的α粒子中有少数运动方向发生较大偏转 ④氢原子发射的光经三棱镜分光后，呈现线状光谱 A ．①② B ．①②③ C ．②③D ．②③④解析：①为康普顿散射，②为光电效应，康普顿散射和光电效应都深入揭示了光的粒子性； ③为α粒子散射，未涉及光子，揭示了原子的核式结构模型．④为光的折射，揭示了氢原子能级的不连续，故选A.2．用波长为2.0×10－7m 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)( B ) A ．5.5×1014Hz B ．7.9×1014Hz C ．9.8×1014 HzD ．1.2×1015Hz3．下表给出了一些金属材料的逸出功.现用波长为(普朗克常量h ＝6.63×10－34 J·s，光速c ＝3.0×108 m/s)( A )A ．2种B ．3种C ．4种D ．5种4．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( A )5．(多选)(2014·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，下列四个物理量中，一定不同的是( ACD ) 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6．(多选)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( AD ) A ．该种金属的逸出功为hc3λB ．该种金属的逸出功为hc λC ．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7．(多选)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( AC ) 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[B 组·能力题]8．(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U a 和U b 、光电子的最大初动能分别为E k a 和E k b .h 为普朗克常量．下列说法正确的是( BC ) A ．若νa >νb ，则一定有U a <U b B ．若νa >νb ，则一定有E k a >E k b C ．若U a <U b ，则一定有E k a <E k bD ．若νa >νb ，则一定有hνa －E k a >hνb －E k b9．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( B )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10．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 c1、U c2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－h eν0.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 c111．(2018·苏州质检)德布罗意认为，任何一个运动着的物体，都有一种波与它对应，波长是λ＝h p，式中p 是运动物体的动量，h 是普朗克常量．已知某种紫光的波长是440 nm ，若将电子加速，使它的德布罗意波长是这种紫光波长的10－4倍． (1)求电子的动量大小；(2)试推导加速电压跟德布罗意波长的关系，并计算加速电压的大小．(电子质量m ＝9.1×10－31kg ，电子电荷量e ＝1.6×10－19C ，普朗克常量h ＝6.6×10－34J·s，加速电压的计算结果取一位有效数字) 解析：(1)由λ＝h p，得p ＝h λ＝ 6.6×10－3410－4×440×10－9kg·m/s＝1．5×10－23kg·m/s.(2)eU＝E k＝p22m ，又λ＝hp，联立解得U＝h22emλ2，代入数据，解得U＝8×102 V. 答案：(1)1.5×10－23kg·m/s(2)U＝h22emλ28×102 V。

【2019-2020】高考物理一轮复习第十二章波粒二象性原子结构与原子核第1讲光电效应波粒二象性学案1讲光电效应波粒二象性 [高考命题解读]1．光电效应及其规律(1)光电效应现象在光的照射下，金属中的电子从表面逸出的现象，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等于金属的极限频率．(3)光电效应规律①每种金属都有一个极限频率，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．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10－9s.④当入射光的频率大于极限频率时，饱和光电流的大小与入射光的强度成正比． 2．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，每一份叫做一个光子，光子的能量ε＝h ν.(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：h ν＝E k ＋W 0或E k ＝h ν－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h ν，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． 3．光的波粒二象性(1)波动性：光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有波动性． (2)粒子性：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． 4．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λ＝hp，p 为运动物体的动量，h 为普朗克常量．1．判断下列说法是否正确．(1)任何频率的光照射到金属表面都可以发生光电效应．( × ) (2)光电子的最大初动能与入射光子的频率成正比．( × ) (3)光的频率越高，光的粒子性越明显，但仍具有波动性．( √ )(4)德国物理学家普朗克提出了量子假说，成功地解释了光电效应规律．( × ) (5)美国物理学家康普顿发现了康普顿效应，证实了光的粒子性．( √ ) (6)法国物理学家德布罗意大胆预言了实物粒子具有波动性．( √ )2．(人教版选修3－5P30演示实验改编)(多选)如图1所示，用导线把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( )图1A ．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 BC3．(人教版选修3－5P36第2题改编)(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，则光电流将增大，故选项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，故选项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，选项C 错误；根据h ν－W 逸＝12mv 2可知，增大入射光频率，光电子的最大初动能也增大，故选项D 正确．4．(粤教版选修3－5P40第2题)(多选)下列说法中正确的是( ) A ．光的波粒二象性学说彻底推翻了麦克斯韦的光的电磁说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 ．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，暗纹处落下光子的概率小D ．单个光子具有粒子性，大量光子具有波动性E．光的波动性是因为光子之间的相互作用的结果答案CD命题点一光电效应的实验规律光电效应的研究思路(1)两条线索：(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例1(多选)现用某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．下列说法正确的是( )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，始终有光电流产生答案AC解析在发生光电效应时，饱和光电流大小由光照强度来决定，与频率无关，光照强度越大饱和光电流越大，因此A正确，B错误；根据E km＝hν－W0可知，对于同一光电管，逸出功W0不变，当频率变高，光电子的最大初动能E km变大，因此C正确；由光电效应规律可知，当频率低于截止频率时无论光照强度多大，都不会有光电流产生，因此D错误．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．1．(多选)下列对光电效应的理解，正确的是( )A ．金属钠的每个电子可以吸收一个或一个以上的光子，当它积累的动能足够大时，就能逸出金属B ．如果入射光子的能量小于金属表面的电子克服原子核的引力而逸出时所需做的最小功，便不能发生光电效应C ．发生光电效应时，入射光越强，光子的能量就越大，光电子的最大初动能就越大D ．由于不同金属的逸出功是不相同的，因此使不同金属产生光电效应，入射光的最低频率也不同 答案 BD2.(多选)用如图2所示的光电管研究光电效应，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．而用另一频率的单色光b 照射光电管阴极K 时，电流计G 的指针不发生偏转，那么( )图2A ．a 光的频率一定大于b 光的频率B ．只增加a 光的强度可使通过电流计G 的电流增大C ．增加b 光的强度可能使电流计G 的指针发生偏转D ．用a 光照射光电管阴极K 时通过电流计G 的电流是由d 到c 答案 AB3．几种金属的逸出功W 0见下表：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.答案 钠、钾、铷能发生光电效应 解析 光子的能量E ＝hcλ取λ＝4.0×10－7 m，则E≈5.0×10－19 J根据E>W0判断，钠、钾、铷能发生光电效应．命题点二光电效应方程和光电效应图象1．三个关系(1)爱因斯坦光电效应方程E k＝hν－W0.(2)光电子的最大初动能E k可以利用光电管用实验的方法测得，即E k＝eU c，其中U c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.2．四类图象例2 利用如图3甲所示的装置研究光电效应现象，当用光子能量为5eV 的光照射到光电管上时，测得电流计上的示数随电压变化的图象如图乙所示．则光电子的最大初动能为________J ，金属的逸出功为________J.图3答案 3.2×10－194.8×10－19解析 由图乙可知，当该装置所加的电压为反向电压等于－2 V 时，电流表示数为0，知道光电子的最大初动能为：2 eV ＝3.2×10－19J ，根据光电效应方程E km ＝h ν－W 0，得W 0＝3 eV＝4.8×10－19J.4．(2015·新课标Ⅰ·35(1))在某次光电效应实验中，得到的遏止电压U c 与入射光的频率ν的关系如图4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________．图4答案 ek －eb解析 光电效应中，入射光子能量为h ν，克服逸出功W 0后多余的能量转换为电子动能，eU c ＝h ν－W 0，整理得U c ＝he ν－W 0e ，斜率即h e＝k ，所以普朗克常量h ＝ek ，截距为b ，即eb ＝－W 0，所以逸出功W 0＝－eb .5.在光电效应实验中，飞飞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5所示．则可判断出( )图5A ．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 答案 B解析 由于是同一光电管，因而不论对哪种光，极限频率和金属的逸出功相同，对于甲、乙两种光，反向遏止电压相同，因而频率相同，A 错误；丙光对应的反向遏止电压较大，因而丙光的频率较高，波长较短，对应的光电子的最大初动能较大，故C 、D 均错，B 正确． 6．(多选)如图6所示是用光照射某种金属时逸出的光电子的最大初动能随入射光频率的变化图线(直线与横轴的交点坐标为4.27，与纵轴交点坐标为0.5)．由图可知( )图6A ．该金属的截止频率为4.27×1014Hz B ．该金属的截止频率为5.5×1014Hz C ．该图线的斜率表示普朗克常量 D ．该金属的逸出功为0.5eV 答案 AC解析 图线在横轴上的截距为截止频率，A 正确，B 错误；由光电效应方程E k ＝h ν－W 0，可知图线的斜率为普朗克常量，C 正确；金属的逸出功为：W 0＝h νc ＝6.63×10－34×4.27×10141.6×10－19eV ≈1.77 eV ，D 错误．7．如图7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U AK 满足如图乙所示规律，取普朗克常量h ＝6.63×10－34J·s .结合图象，求：(结果保留两位有效数字)图7(1)每秒钟阴极发射的光电子数和光电子飞出阴极K 时的最大初动能． (2)该阴极材料的极限波长． 答案 (1)4.0×1012个 9.6×10－20J (2)0.66 μm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 ＝I m e ＝0.64×10－61.6×10－19(个)＝4.0×1012(个)光电子的最大初动能为：E km ＝eU c ＝1.6×10－19 C ×0.6 V ＝9.6×10－20 J.(2)设阴极材料的极限波长为λc ，根据爱因斯坦光电效应方程：E km ＝h c λ－h cλc ，代入数据得λc ≈0.66 μm.命题点三 光的波粒二象性和物质波 光的波粒二象性的规律 1．从数量上看：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．从频率上看：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，贯穿本领越强，越不容易看到光的干涉和衍射现象． 3．从传播与作用上看：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． 4．波动性与粒子性的统一：由光子的能量E ＝h ν、光子的动量表达式p ＝hλ也可以看出，光的波动性和粒子性并不矛盾：表示粒子性的能量和动量的计算式中都含有表示波的特征的物理量——频率ν和波长λ. 例3 (多选)(2015·课标Ⅱ·35(1)改编)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答案ACD解析电子束通过双缝实验装置后可以形成干涉图样，可以说明电子是一种波，故A正确；β射线在云室中穿过会留下清晰的径迹，可以说明β射线是一种粒子，故B错误；人们利用慢中子衍射来研究晶体的结构，中子衍射说明中子是一种波，故C正确；人们利用电子显微镜观测物质的微观结构，利用了电子束的衍射现象，说明电子束是一种波，故D正确．8．下列各组现象能说明光具有波粒二象性的是( )A．光的色散和光的干涉B．光的干涉和光的衍射C．泊松亮斑和光电效应D．光的反射和光电效应答案 C9．(多选)1927年戴维孙和汤姆孙分别完成了电子衍射实验，该实验是荣获诺贝尔奖的重大近代物理实验之一．如图8所示的是该实验装置的简化图，下列说法正确的是( )图8A．亮条纹是电子到达概率大的地方B．该实验说明物质波理论是正确的C．该实验再次说明光子具有波动性D．该实验说明实物粒子具有波动性答案ABD10．(多选)波粒二象性是微观世界的基本特征，以下说法正确的有( )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题组1 光电效应实验规律的理解1．有一束紫外线照射某金属时不能产生光电效应，可能使金属产生光电效应的措施是( ) A．改用频率更小的紫外线照射B．改用X射线照射C．改用强度更大的原紫外线照射D．延长原紫外线的照射时间答案 B2．(多选)已知某金属发生光电效应的截止频率为νc，则( )A．当用频率为2νc的单色光照射该金属时，一定能产生光电子B．当用频率为2νc的单色光照射该金属时，所产生的光电子的最大初动能为hνcC．当照射光的频率ν大于νc时，若ν增大，则逸出功增大D．当照射光的频率ν大于νc时，若ν增大一倍，则光电子的最大初动能也增大一倍答案AB解析该金属的截止频率为νc，则可知逸出功W0＝hνc，逸出功由金属自身性质决定，与照射光的频率无关，因此C错误；由光电效应的实验规律可知A正确；由光电效应方程E k ＝hν－W0，将W0＝hνc代入可知B正确，D错误．3．用光照射某种金属，有光电子从金属表面逸出，如果光的频率不变，而减弱光的强度，则( )A．逸出的光电子数减少，光电子的最大初动能不变B．逸出的光电子数减少，光电子的最大初动能减小C．逸出的光电子数不变，光电子的最大初动能减小D．光的强度减弱到某一数值，就没有光电子逸出了答案 A解析光的频率不变，表示光子能量不变，仍会有光电子从该金属表面逸出，逸出的光电子的最大初动能也不变；而减弱光的强度，逸出的光电子数就会减少，选项A正确．4.(多选)如图1所示，电路中所有元件完好，但光照射到光电管上，灵敏电流计中没有电流通过，其原因可能是( )图1A ．入射光太弱B ．入射光波长太长C ．光照时间短D ．电源正、负极接反答案 BD解析 入射光波长太长，入射光的频率低于截止频率时，不能发生光电效应，故选项B 正确；电路中电源反接，对光电管加了反向电压，若该电压超过了遏止电压，也没有光电流产生，故选项D 正确．题组2 光电效应方程和光电效应图象的应用5.(多选)用同一光电管研究a 、b 两种单色光产生的光电效应，得到光电流I 与光电管两极间所加电压U 的关系如图2所示．则这两种光( )图2A ．照射该光电管时a 光使其逸出的光电子最大初动能大B ．从同种玻璃射入空气发生全反射时，a 光的临界角大C ．通过同一装置发生双缝干涉，a 光的相邻条纹间距大D ．通过同一玻璃三棱镜时，a 光的偏折程度大答案 BC解析 由图可知b 光照射时对应遏止电压U c2大于a 光照射时的遏止电压U c1，因eU ＝12mv 2，所以b 光照射时光电子最大初动能大，且可得νb ＞νa ，λb ＜λa ，A 、D 错误，C 正确；b 光折射率大于a 光折射率，所以a 光临界角大，B 正确．6.(多选)如图3所示，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( )图3A ．该金属的逸出功等于EB ．该金属的逸出功等于h νcC ．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E 2答案 ABC解析 由爱因斯坦的光电效应方程可得E k ＝h ν－W 0，对应图线可得，该金属的逸出功W 0＝E ＝h νc ，A 、B 均正确；若入射光的频率为2νc ，则产生的光电子的最大初动能E k ＝2h νc －W 0＝h νc ＝E ，故C 正确；入射光的频率为νc 2时，该金属不发生光电效应，D 错误． 题组3 对光的波粒二象性的理解 7．用很弱的光做双缝干涉实验，把入射光减弱到可以认为光源和感光胶片之间不可能同时有两个光子存在，如图4所示是不同数量的光子照射到感光胶片上得到的照片．这些照片说明( )图4A ．光只有粒子性没有波动性B ．光只有波动性没有粒子性C ．少量光子的运动显示波动性，大量光子的运动显示粒子性D ．少量光子的运动显示粒子性，大量光子的运动显示波动性答案 D解析 光具有波粒二象性，这些照片说明少量光子的运动显示粒子性，大量光子的运动显示波动性，故D 正确．8．(多选)如图5甲所示为实验小组利用100多个电子通过双缝后的干涉图样，可以看出每一个电子都是一个点；如图乙所示为该小组利用70000多个电子通过双缝后的干涉图样，为明暗相间的条纹．则对本实验的理解正确的是( )图5A ．图甲体现了电子的粒子性B ．图乙体现了电子的粒子性C ．单个电子运动轨道是确定的D ．图乙中暗条纹处仍有电子到达，只不过到达的概率小答案 AD解析 题图甲中的每一个电子都是一个点，说明少数粒子体现粒子性，到达的位置不同，说明单个电子的运动轨道不确定，A 正确，C 错误；题图乙中明暗相间的条纹说明大量的粒子表现为波动性，B 错误；题图乙中暗条纹处仍有电子到达，只不过到达的概率小，D 正确．9．一个德布罗意波波长为λ1的中子和另一个德布罗意波波长为λ2的氘核同向正碰后结合成一个氚核，该氚核的德布罗意波波长为( )A.λ1λ2λ1＋λ2B.λ1λ2λ1－λ2C.λ1＋λ22D.λ1－λ22 答案 A解析 中子的动量p 1＝h λ1，氘核的动量p 2＝h λ2，同向正碰后形成的氚核的动量p 3＝p 2＋p 1，所以氚核的德布罗意波波长λ3＝h p 3＝λ1λ2λ1＋λ2，A 正确．。