資源簡介 素養目標 1.知道光電效應、光電子、飽和光電流、遏止電壓、截止頻率、逸出功、德布羅意波的概念.(物理觀念) 2.了解愛因斯坦光電效應方程.(物理觀念) 3.了解光和實物粒子的波粒二象性.(物理觀念) 4.能用光電效應的規律解釋光電效應現象.(科學思維) 5.會用愛因斯坦光電效應方程求解相關物理量.(科學思維)一、光電效應1.光電效應現象:在光的照射下金屬中的電子從金屬表面逸出的現象,稱為光電效應,發射出來的電子稱為光電子.直 觀 情 境2.光電效應的四個規律(1)每種金屬都有一個截止頻率.(2)光電子的最大初動能與入射光的強度無關,只隨入射光的頻率增大而增大.(3)光照射到金屬表面時,光電子的發射幾乎是瞬時的.(4)飽和光電流的強度與入射光的強度成正比.3.遏止電壓與截止頻率(1)遏止電壓:使光電流減小到零的反向電壓Uc.(2)截止頻率:能使某種金屬發生光電效應的最小頻率稱為該種金屬的截止頻率(又稱極限頻率).不同的金屬對應著不同的截止頻率.二、愛因斯坦光電效應方程1.光子說:光是不連續的,是一份一份的,每一份光叫一個光子,一個光子的能量為ε=hν.2.逸出功:使電子脫離某種金屬所做功的最小值,用W0表示,不同金屬的逸出功不同.3.愛因斯坦光電效應方程(1)表達式:Ek=hν-W0.(2)物理意義:金屬中的電子吸收一個光子獲得的能量是hν,這些能量的一部分用來克服金屬的逸出功W0,剩下的表現為逸出后電子的最大初動能Ek=mev.三、波粒二象性1.光的波粒二象性(1)光的干涉、衍射、偏振現象證明光具有波動性.(2)光電效應和康普頓效應說明光具有粒子性.(3)光既具有波動性,又具有粒子性,稱為光的波粒二象性.2.物質波:任何一個運動著的物體,小到微觀粒子大到宏觀物體都有一種波與之對應,其波長λ=,p為運動物體的動量,h為普朗克常量.1.思維辨析(1)只要光照射的時間足夠長,任何金屬都能產生光電效應.( )(2)光電子就是光子.( )(3)極限頻率越大的金屬材料逸出功越大. ( )(4)從金屬表面逸出的光電子的最大初動能越大,這種金屬的逸出功越小. ( )(5)入射光的頻率越大,逸出功越大.( )2.如圖所示,用紫外線燈照射鋅板,發現驗電器的指針偏轉,以下說法正確的是( )A.鋅板帶正電,指針帶負電B.鋅板帶負電,指針帶正電C.鋅板帶正電,指針帶正電D.鋅板帶負電,指針帶負電3.(多選)下列對光的波粒二象性的說法正確的是( )A.光子不僅具有能量,也具有動量B.光的波粒二象性指光有時表現為波動性,有時表現為粒子性C.運動的實物粒子也有波動性,波長與粒子動量的關系為λ=D.光波和物質波,本質上都是概率波考點 光電效應現象和規律1.兩條對應關系(1)光強大→光子數目多→發射光電子多→光電流飽和值大.(2)光子頻率高→光子能量大→光電子的最大初動能大.2.光電效應中的三個關系(1)愛因斯坦光電效應方程:Ek=hν-W0.(2)光電子的最大初動能Ek:可以利用光電管用實驗的方法測得,即Ek=eUc,其中Uc是遏止電壓.(3)光電效應方程中的W0為逸出功,它與金屬的截止頻率νc的關系是W0=hνc.3.光電效應現象的四點說明(1)能否發生光電效應,不取決于光的強度而取決于光的頻率.(2)光電效應中的“光”不是特指可見光,也包括不可見光.(3)逸出功的大小由金屬本身決定,與入射光無關.(4)光電子不是光子,而是電子.典例1 (2019·北京卷)光電管是一種利用光照射產生電流的裝置,當入射光照在管中金屬板上時,可能形成光電流.表中給出了6次實驗的結果.組 次 入射光子的能量/eV 相對光強 光電流大小/mA 逸出光電 子的最大 初動能/eV第一組 1 2 3 4.0 4.0 4.0 弱 中 強 29 43 60 0.9 0.9 0.9第二組 4 5 6 6.0 6.0 6.0 弱 中 強 27 40 55 2.9 2.9 2.9由表中數據得出的論斷中不正確的是( )A.兩組實驗采用了不同頻率的入射光B.兩組實驗所用的金屬板材質不同C.若入射光子的能量為5.0 eV,逸出光電子的最大初動能為1.9 eVD.若入射光子的能量為5.0 eV,相對光強越強,光電流越大1.[對光電效應現象的理解]“微光夜視儀”是利用光電效應原理工作的一種儀器.被視物體反射的紅外輻射照射在“銀氧銫”陰極上激發出光電子,電子的電荷量大小為e,下列說法正確的是( ) A.紅外輻射的頻率可以很低,但輻射強度必須足夠大才能發生光電效應B.向右調節滑動變阻器的滑片,電流表的示數將隨電壓表示數的增大而增大C.保持紅外輻射強度不變,提高紅外輻射的頻率,則飽和電流值將減小D.調換電源正負極,調節滑動變阻器,電壓表示數為Uc時,電流表示數恰為零,則光電子逸出金屬表面時的初動能為eUc2.[光電效應方程的應用]如圖所示,用導線將鋅板與驗電器相連,用紫外線燈照射鋅板,驗電器金屬箔片張開.鋅、鈉的極限頻率νc和逸出功W0如表所示,普朗克常量h=6.63×10-34 J·s,電子的電荷量e=1.60×10-19 C.下列說法正確的是( )金屬 鋅 鈉νc/(×1014 Hz) 5.53W0/eV 3.34 2.29A.驗電器的金屬箔片帶負電B.從鋅板逸出電子的動能都相等C.用該紫外線燈照射金屬鈉,一定能使鈉發生光電效應D.鋅的極限頻率為8.87×1014 Hz考點 光電效應圖像圖像名稱 圖像形狀 由圖線直接(間接)得到的物理量Ek ν圖像 (1)截止頻率:圖線與ν軸交點的橫坐標νc. (2)逸出功:圖線與Ek軸交點的縱坐標的絕對值. (3)普朗克常量:圖線的斜率k=hI U 圖像 (1)遏止電壓Uc:圖線與橫軸的交點. (2)飽和電流Im:電流的最大值. (3)最大初動能:Ekm=eUc(1)遏止電壓Uc1、Uc2. (2)飽和電流. (3)最大初動能Ek1=eUc1,Ek2=eUc2Uc ν圖像 (1)截止頻率νc:圖線與橫軸的交點. (2)遏止電壓Uc:隨入射光頻率的增大而增大. (3)普朗克常量h:等于圖線的斜率與電子電量的乘積,即h=ke典例2 (2022·河北卷)如圖所示是密立根于1916年發表的鈉金屬光電效應的遏止電壓Uc與入射光頻率ν的實驗曲線,該實驗直接證明了愛因斯坦光電效應方程,并且第一次利用光電效應實驗測定了普朗克常量h.由圖像可知( )A.鈉的逸出功為hνcB.鈉的截止頻率為8.5×1014 HzC.圖中直線的斜率為普朗克常量hD.遏止電壓Uc與入射光頻率ν成正比1.[光電效應的Ek ν圖像]用不同頻率的紫外線分別照射鎢和鋅的表面而產生光電效應,可得到光電子最大初動能Ek隨入射光頻率ν變化的Ek ν圖像,已知鎢的逸出功是4.54 eV,鋅的逸出功是3.34 eV,若將二者的圖線畫在同一個Ek ν圖像中,如圖所示,用實線表示鎢的Ek ν圖線,虛線表示鋅的Ek ν圖線,則正確反映這一過程的是( )2.[光電效應的I U圖像]在研究光電效應中電子的發射情況與照射光的強弱、光的顏色的關系時,將a、b、c三束光照射到同一光電管的陰極上,得到的光電流與電壓的關系如圖所示,可知( )A.a光的頻率高于c光的頻率B.c光的頻率高于b光的頻率C.單位時間內,c光入射的光子數大于b光入射的光子數D.a光照射時逸出光電子的最大初動能可能比b光照射時的大考點 波粒二象性1.對光的波粒二象性的理解從數量上看 個別光子的作用效果往往表現為粒子性;大量光子的作用效果往往表現為波動性從頻率上看 光的頻率越低,其波動性越顯著,越容易看到光的干涉和衍射現象;光的頻率越高,其粒子性越顯著,越不容易看到光的干涉和衍射現象,貫穿本領越強從傳播 與作用上看 光在傳播過程中往往表現出波動性,在與物質發生作用時往往表現出粒子性波動性 與粒子 性的 統一 由光子的能量ε=hν、光子的動量p=也可以看出,光的波動性和粒子性并不矛盾,表示粒子性的粒子能量和動量的計算式中都含有表示波的特征的物理量——頻率ν和波長λ2.物質波(1)概率波:光的干涉現象是大量光子的運動遵守波動規律的表現,亮條紋是光子到達概率大的地方,暗條紋是光子到達概率小的地方,因此光波是一種概率波.(2)物質波:任何一個運動著的物體,小到微觀粒子大到宏觀物體都有一種波與它對應,其波長λ=,p為運動物體的動量,h為普朗克常量.典例3 (2022·浙江1月選考)(多選)電子雙縫干涉實驗是近代證實物質波存在的實驗.如圖所示,電子槍持續發射的電子動量為1.2×10-23 kg·m/s,然后讓它們通過雙縫打到屏上.已知電子質量取9.1×10-31 kg,普朗克常量取6.6×10-34 J·s,下列說法正確的是( )A.發射電子的動能約為8.0×10-15 JB.發射電子的物質波波長約為5.5×10-11 mC.只有成對電子分別同時通過雙縫才能發生干涉D.如果電子是一個一個發射的,仍能得到干涉圖樣1.[對物質波及原子結構的認識]關于原子結構和微觀粒子波粒二象性,下列說法正確的是( )A.盧瑟福的核式結構模型解釋了原子光譜的分立特征B.玻爾的原子理論完全揭示了微觀粒子運動的規律C.光電效應揭示了光的粒子性D.電子束穿過鋁箔后的衍射圖樣揭示了電子的粒子性2.[光子的波粒二象性的理解](多選)物理學家做了一個有趣的實驗:在雙縫干涉實驗中,在光屏處放上照相底片,若減小入射光的強度,使光子只能一個一個地通過狹縫.實驗結果表明,如果曝光時間不太長,底片上只能出現一些如圖甲所示不規則的點;如果曝光時間足夠長,底片上就會出現如圖丙所示規則的干涉條紋.對于這個實驗結果的認識正確的是( )A.曝光時間不長時,光的能量太小,底片上的條紋看不清楚,故出現不規則的點B.單個光子的運動沒有確定的軌道C.干涉條紋中明亮的部分是光子到達機會較多的地方D.只有光子具有波粒二象性,微觀粒子不具有波粒二象性答案及解析1.思維辨析(1)只要光照射的時間足夠長,任何金屬都能產生光電效應.(×)(2)光電子就是光子.(×)(3)極限頻率越大的金屬材料逸出功越大. (√)(4)從金屬表面逸出的光電子的最大初動能越大,這種金屬的逸出功越小. (×)(5)入射光的頻率越大,逸出功越大.(×)2.如圖所示,用紫外線燈照射鋅板,發現驗電器的指針偏轉,以下說法正確的是( )A.鋅板帶正電,指針帶負電B.鋅板帶負電,指針帶正電C.鋅板帶正電,指針帶正電D.鋅板帶負電,指針帶負電解析:用紫外線燈照射鋅板有電子逸出,所以鋅板帶正電,驗電器指針與鋅板連接,同樣帶正電,所以C正確,A、B、D錯誤.答案:C3.(多選)下列對光的波粒二象性的說法正確的是( )A.光子不僅具有能量,也具有動量B.光的波粒二象性指光有時表現為波動性,有時表現為粒子性C.運動的實物粒子也有波動性,波長與粒子動量的關系為λ=D.光波和物質波,本質上都是概率波答案:ABD考點 光電效應現象和規律典例1 (2019·北京卷)光電管是一種利用光照射產生電流的裝置,當入射光照在管中金屬板上時,可能形成光電流.表中給出了6次實驗的結果.組 次 入射光子的能量/eV 相對光強 光電流大小/mA 逸出光電 子的最大 初動能/eV第一組 1 2 3 4.0 4.0 4.0 弱 中 強 29 43 60 0.9 0.9 0.9第二組 4 5 6 6.0 6.0 6.0 弱 中 強 27 40 55 2.9 2.9 2.9由表中數據得出的論斷中不正確的是( )A.兩組實驗采用了不同頻率的入射光B.兩組實驗所用的金屬板材質不同C.若入射光子的能量為5.0 eV,逸出光電子的最大初動能為1.9 eVD.若入射光子的能量為5.0 eV,相對光強越強,光電流越大解析:A對:光子的能量E=hν,入射光子的能量不同,故入射光子的頻率不同.B錯:由愛因斯坦的光電效應方程hν=W0+Ek,可求出兩組實驗的逸出功W0均為3.1 eV,故兩組實驗所用的金屬板材質相同.C對:由hν=W0+Ek,W0=3.1 eV;當hν=5.0 eV時,Ek=1.9 eV.D對:光強越強,單位時間內射出的光電子數越多,單位時間內逸出的光電子數越多,形成的光電流越大.本題選擇不正確的,故選B.1.[對光電效應現象的理解]“微光夜視儀”是利用光電效應原理工作的一種儀器.被視物體反射的紅外輻射照射在“銀氧銫”陰極上激發出光電子,電子的電荷量大小為e,下列說法正確的是( ) A.紅外輻射的頻率可以很低,但輻射強度必須足夠大才能發生光電效應B.向右調節滑動變阻器的滑片,電流表的示數將隨電壓表示數的增大而增大C.保持紅外輻射強度不變,提高紅外輻射的頻率,則飽和電流值將減小D.調換電源正負極,調節滑動變阻器,電壓表示數為Uc時,電流表示數恰為零,則光電子逸出金屬表面時的初動能為eUc解析:若發生光電效應,入射光的頻率必須大于被照射金屬的極限頻率,故A錯誤;電流表的示數會隨著電壓的增大而增大,但達到飽和電流值后,電壓繼續增大,但電流表示數不再變化,故B錯誤;保持紅外輻射強度不變但提高頻率時,陰極上單位時間單位面積上接收到的光子數將減少,故而飽和電流值變小,故C正確;eUc為光電子逸出金屬表面時的最大初動能,但光電子的實際初動能可能小于eUc,故D錯誤.答案:C2.[光電效應方程的應用]如圖所示,用導線將鋅板與驗電器相連,用紫外線燈照射鋅板,驗電器金屬箔片張開.鋅、鈉的極限頻率νc和逸出功W0如表所示,普朗克常量h=6.63×10-34 J·s,電子的電荷量e=1.60×10-19 C.下列說法正確的是( )金屬 鋅 鈉νc/(×1014 Hz) 5.53W0/eV 3.34 2.29A.驗電器的金屬箔片帶負電B.從鋅板逸出電子的動能都相等C.用該紫外線燈照射金屬鈉,一定能使鈉發生光電效應D.鋅的極限頻率為8.87×1014 Hz解析:發生光電效應時,電子從鋅板飛出,鋅板失去電子帶正電,所以驗電器帶正電,A錯誤;根據光電效應方程Ekm=hν-W0,可知從鋅板表面逸出的光電子最大動能是確定的,有些光電子從較低能級逸出,初動能較小,所以從鋅板逸出電子的動能不一定相等,B錯誤;根據hνc=W0,解得鋅的極限頻率νc== Hz≈8.06×1014 Hz,可知鋅的極限頻率大于鈉的極限頻率,則用該紫外線燈照射金屬鈉,一定能使鈉發生光電效應,C正確,D錯誤.答案:C考點 光電效應圖像典例2 (2022·河北卷)如圖所示是密立根于1916年發表的鈉金屬光電效應的遏止電壓Uc與入射光頻率ν的實驗曲線,該實驗直接證明了愛因斯坦光電效應方程,并且第一次利用光電效應實驗測定了普朗克常量h.由圖像可知( )A.鈉的逸出功為hνcB.鈉的截止頻率為8.5×1014 HzC.圖中直線的斜率為普朗克常量hD.遏止電壓Uc與入射光頻率ν成正比解析:根據遏止電壓與最大初動能的關系有eUc=Ekmax,根據光電效應方程有Ekmax=hν-W0,結合圖像可知,當Uc為0時,解得W0=hνc,A正確;鈉的截止頻率為νc,根據圖像可知,截止頻率小于8.5×1014Hz,B錯誤;結合遏止電壓與光電效應方程可解得Uc=ν-,即圖中直線的斜率表示,C錯誤;根據遏止電壓與入射光的頻率關系式可知,遏止電壓Uc與入射光頻率ν成線性關系,不是成正比,D錯誤.故選A.1.[光電效應的Ek ν圖像]用不同頻率的紫外線分別照射鎢和鋅的表面而產生光電效應,可得到光電子最大初動能Ek隨入射光頻率ν變化的Ek ν圖像,已知鎢的逸出功是4.54 eV,鋅的逸出功是3.34 eV,若將二者的圖線畫在同一個Ek ν圖像中,如圖所示,用實線表示鎢的Ek ν圖線,虛線表示鋅的Ek ν圖線,則正確反映這一過程的是( )解析:依據光電效應方程Ek=hν-W0可知,Ek ν圖線的斜率代表普朗克常量h,因此鎢和鋅的Ek ν圖線應該平行.圖線在橫軸的截距代表極限頻率νc,而νc=,因此鎢的極限頻率νc大些.綜上所述,B圖正確.答案:B2.[光電效應的I U圖像]在研究光電效應中電子的發射情況與照射光的強弱、光的顏色的關系時,將a、b、c三束光照射到同一光電管的陰極上,得到的光電流與電壓的關系如圖所示,可知( )A.a光的頻率高于c光的頻率B.c光的頻率高于b光的頻率C.單位時間內,c光入射的光子數大于b光入射的光子數D.a光照射時逸出光電子的最大初動能可能比b光照射時的大解析:由愛因斯坦光電效應方程得Ek=hν-W0,其中Ek=eUc,可以看出遏止電壓與頻率呈線性關系,頻率越大,遏止電壓越大,所以由題圖可知,a光的頻率等于c光的頻率,c光的頻率低于b光的頻率,故A、B錯誤;由題圖可得,c光對應飽和光電流大于b光對應的飽和光電流,因為飽和光電流越大,單位時間內逸出的光電子數越多,且逸出的光電子數等于入射的光子數,所以單位時間內c光入射的光子數大于b光入射的光子數,故C正確;因為最大初動能為Ek=eUc,所以a光照射時逸出光電子的最大初動能一定比b光照射時的小,故D錯誤.答案:C考點 波粒二象性典例3 (2022·浙江1月選考)(多選)電子雙縫干涉實驗是近代證實物質波存在的實驗.如圖所示,電子槍持續發射的電子動量為1.2×10-23 kg·m/s,然后讓它們通過雙縫打到屏上.已知電子質量取9.1×10-31 kg,普朗克常量取6.6×10-34 J·s,下列說法正確的是( )A.發射電子的動能約為8.0×10-15 JB.發射電子的物質波波長約為5.5×10-11 mC.只有成對電子分別同時通過雙縫才能發生干涉D.如果電子是一個一個發射的,仍能得到干涉圖樣解析:根據動量的大小與動能的關系可知發射電子的動能約為Ek== J≈8.0×10-17 J,故A錯誤;發射電子的物質波波長約為λ== m=5.5×10-11 m,故B正確;物質波也具有波粒二象性,故電子的波動性是每個電子本身的性質,則每個電子依次通過雙縫都能發生干涉現象,只是需要大量電子才能顯示出干涉圖樣,故C錯誤,D正確.故選BD.1.[對物質波及原子結構的認識]關于原子結構和微觀粒子波粒二象性,下列說法正確的是( )A.盧瑟福的核式結構模型解釋了原子光譜的分立特征B.玻爾的原子理論完全揭示了微觀粒子運動的規律C.光電效應揭示了光的粒子性D.電子束穿過鋁箔后的衍射圖樣揭示了電子的粒子性解析:玻爾的量子化模型很好地解釋了原子光譜的分立特征,A錯誤;玻爾的原子理論成功地解釋了氫原子的分立光譜,但不足之處,是它保留了經典理論中的一些觀點,如電子軌道的概念,還不能完全揭示微觀粒子的運動規律,B錯誤;光電效應揭示了光的粒子性,C正確;電子束穿過鋁箔后的衍射圖樣,證實了電子的波動性,質子、中子及原子、分子均具有波動性,D錯誤.答案:C2.[光子的波粒二象性的理解](多選)物理學家做了一個有趣的實驗:在雙縫干涉實驗中,在光屏處放上照相底片,若減小入射光的強度,使光子只能一個一個地通過狹縫.實驗結果表明,如果曝光時間不太長,底片上只能出現一些如圖甲所示不規則的點;如果曝光時間足夠長,底片上就會出現如圖丙所示規則的干涉條紋.對于這個實驗結果的認識正確的是( )A.曝光時間不長時,光的能量太小,底片上的條紋看不清楚,故出現不規則的點B.單個光子的運動沒有確定的軌道C.干涉條紋中明亮的部分是光子到達機會較多的地方D.只有光子具有波粒二象性,微觀粒子不具有波粒二象性解析:單個光子通過雙縫后的落點無法預測,大量光子的落點出現一定的規律性,落在某些區域的可能性較大,這些區域正是波通過雙縫后發生干涉時振幅加強的區域.光具有波粒二象性,少數光子的行為表現為粒子性,大量光子的行為表現為波動性.不論光子還是微觀粒子,都具有波粒二象性.所以正確選項為B、C.答案:BC(共37張PPT)第1講 波粒二象性第十五章 近代物理初步理清教材 強基固本答案解析答案重難考點 全線突破解析答案解析答案解析解析答案解析答案解析答案解析答案解析謝 謝 觀 看O 展開更多...... 收起↑ 資源列表 2025屆高中物理(人教版)一輪復習講義第十五章第1講 波粒二象性(含解析).docx 2025屆高中物理(人教版)一輪復習課件第十五章 第1講波粒二象性(共37張ppt).pptx 縮略圖、資源來源于二一教育資源庫