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第1講　光電效應　波粒二象性
情境導思 1.用如圖所示的裝置研究光電效應現象。 (1)若用光子能量為2.75 eV的光照射到光電管上時發生了光電效應,且電子的最大初動能為1.7 eV,求陰極K材料的逸出功。 (2)移動滑動變阻器的滑片,當電壓表的示數大于或等于1.7 V時,電流表示數為多少 為什么 (3)金屬表面發生光電效應與什么有關 入射光的強弱影響光電效應的發生嗎 (4)入射光照射到金屬表面上時,光電子的發射需要能量積累的過程嗎 2.1927年戴維孫和湯姆孫分別用單晶和多晶晶體做了電子束衍射的實驗。 (1)該實驗證實了電子的什么特性 德布羅意假說的內容是什么 如何驗證德布羅意假說 (2)物質波波長、頻率的計算公式是什么
[footnoteRef:1] [1:
【答案】 ε=hν　Ek=hν-W0　ε=hν　p=]
(2024·黑吉遼卷,8)(多選)X射線光電子能譜儀是利用X光照射材料表面激發出光電子,并對光電子進行分析的科研儀器,用某一頻率的X光照射某種金屬表面,逸出了光電子,若增加此X光的強度,則(　　)
[A] 該金屬逸出功增大
[B] X光的光子能量不變
[C] 逸出的光電子最大初動能增大
[D] 單位時間逸出的光電子數增多
【答案】 BD
考點一　光電效應的規律及應用
請辨析以下五組概念有何區別。
(1)“光子”與“光電子”。
提示:光子與光電子:光子指光在空間傳播時的每一份能量,光子不帶電;光電子是金屬表面受到光照射時發射出來的電子,其本質是電子。
(2)“光電子的動能”與“光電子的最大初動能”。
提示:光電子的動能與光電子的最大初動能:只有金屬表面的電子直接向外飛出時,只需克服原子核的引力做功,才具有最大初動能。
(3)“光電流”與“飽和電流”。
提示:光電流與飽和電流:從金屬板飛出的光電子到達陽極,回路中便產生光電流,隨著所加正向電壓的增大,光電流趨于一個飽和值,這個飽和值是飽和電流,在一定的光照條件下,飽和電流與所加電壓大小無關。
(4)“入射光的強度”與“光子能量”。
提示:入射光的強度與光子能量:入射光的強度指單位時間內照射到金屬表面單位面積上的總能量,而光子能量ε=hν,是一份能量。
(5)“光的強度”與“飽和電流”。
提示:光的強度與飽和電流:頻率相同的光照射金屬產生光電效應,入射光越強,飽和電流越大,但不是簡單的正比關系。
1.光電效應的規律
(1)兩條線索。
(2)兩條對應關系。
入射光強度大→光子數目多→發射光電子多→光電流大。
光子頻率高→光子能量大→光電子的最大初動能大。
(3)光電效應的“三個關系”。
①愛因斯坦光電效應方程:Ek=hν-W0。
②最大初動能與遏止電壓的關系:Ek=eUc。
③逸出功與截止頻率的關系:W0=hνc。
2.光電效應中常見的四類圖像
圖像名稱 圖線形狀 獲取信息
最大初動能Ek與入射光頻率ν的關系 (1)截止頻率νc:圖線與ν軸交點的橫坐標。 (2)逸出功W0:圖線與Ek軸交點的縱坐標的絕對值W0=|-E|=E。 (3)普朗克常量h:圖線的斜率k=h
遏止電壓Uc與入射光頻率ν的關系 (1)截止頻率νc:圖線與橫軸的交點的橫坐標。 (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荷量的乘積,即h=ke(注意:此時兩極之間接反向電壓)
頻率相同、強度不同的光,光電流與電壓的關系 (1)遏止電壓Uc:圖線與橫軸的交點的橫坐標。 (2)飽和電流:電流的最大值。 (3)最大初動能Ek=eUc
頻率不同、強度相同的光,光電流與電壓的關系 (1)遏止電壓Uc1、Uc2。 (2)飽和電流:黃光照射下的大。 (3)最大初動能Ek1=eUc1、Ek2=eUc2
[例1] 【光電效應的規律】(2024·海南卷,8)利用如圖所示的裝置研究光電效應,閉合單刀雙擲開關S1,用頻率為ν1的光照射光電管,調節滑動變阻器,使電流表的示數剛好為0,此時電壓表的示數為U1,已知電子電荷量為e,普朗克常量為h,下列說法正確的是(　　)
[A] 其他條件不變,增大光強,電壓表示數增大
[B] 改用比ν1更大頻率的光照射,調整電流表的示數為零,此時電壓表示數仍為U1
[C] 其他條件不變,使開關接S2,電流表示數仍為零
[D] 光電管陰極材料的截止頻率νc=ν1-
【答案】 D
【解析】 當開關S接1時,由愛因斯坦光電效應方程eU1=hν1-W0,故其他條件不變時,增大光強,電壓表的示數不變,故A錯誤;若改用比ν1頻率更大的光照射時,調整電流表的示數為零,而金屬的逸出功不變,故遏止電壓變大,即此時電壓表示數大于U1,故B錯誤;其他條件不變時,使開關S接2,光電子在電場中加速運動,故電流表示數不為零,故C錯誤;根據愛因斯坦光電效應方程eU1=hν1-W0,其中W0=hνc,聯立解得,光電管陰極材料的截止頻率為νc=ν1-,故D正確。
[例2] 【光電效應的圖像】(2024·貴州遵義三模)圖甲為利用光電管研究光電效應的電路圖,其中光電管陰極K的材料是鉀,鉀的逸出功為W0。圖乙為實驗中用某一頻率的光照射光電管時,測量得到的光電管伏安特性曲線,當電壓為Uc時,光電流恰好為零。已知普朗克常量為h,光電子的電荷量為e。下列說法正確的是(　　)
[A] 該實驗的入射光頻率為
[B] 該實驗的光電子獲得的最大初動能為Ek=eUc
[C] 光電管兩極間的正向電壓越大,光電流越大
[D] 當入射光的頻率小于時,仍可以發生光電效應
【答案】 B
【解析】 根據eUc=Ek=hν-W0,可得該實驗的入射光頻率為ν=,該實驗的光電子獲得的最大初動能為Ek=eUc,選項A錯誤,B正確;開始時光電管兩極間的正向電壓越大,光電流越大,但隨著光電流增加,當達到飽和電流時,隨正向電壓增加,光電流不再增大,選項C錯誤;由公式hνc-W0=0可得,極限頻率為νc=,則入射光的頻率小于時,不能發生光電效應,選項D錯誤。
光電效應中有關圖像問題的解題方法
(1)明確圖像中縱坐標和橫坐標所表示的物理量。
(2)明確圖像所表示的物理意義及所對應的函數關系,同時還要知道截距、交點等特殊點的意義。例如:
①Ek-ν圖像表示光電子的最大初動能Ek隨入射光頻率ν的變化關系,圖甲中橫軸上的截距是陰極金屬的截止頻率,縱軸上的截距表示陰極金屬逸出功的負值,直線的斜率為普朗克常量,圖像的函數式為Ek=hν-W0。
②光電效應中的I-U圖像是光電流I隨兩極間電壓U的變化曲線,圖乙中的Im是飽和電流,Uc為遏止電壓。
考點二　光的波粒二象性　物質波
(1)圖甲為實驗小組利用100多個電子通過雙縫后的干涉圖樣,可以看出每一個電子都是一個點;圖乙為該小組利用70 000多個電子通過雙縫后的干涉圖樣,為明暗相間的條紋。則電子的粒子性和波動性與電子的數量有什么關系 單個電子的運動軌道確定嗎 圖乙中的明條紋產生的原因是什么
甲　　　　　　乙
提示:少數電子體現粒子性,大量的電子表現為波動性;單個電子的運動軌道是不確定的;題圖乙中的明條紋是電子到達概率大的地方。
(2)同樣,個別光子的行為表現出粒子性,大量光子的行為表現出波動性,那么光的波動性是光子之間的相互作用引起的嗎 是不是光表現出波動性時,就不具有粒子性了,光表現出粒子性時,就不再具有波動性了
提示:光的波動性是光子本身的一種屬性,不是光子之間的相互作用引起的;粒子性和波動性是光同時具備的兩種屬性,光的波粒二象性應理解為:在某種情況下光的波動性表現得明顯,在另外的某種情況下,光的粒子性表現得明顯。
1.對光的波粒二象性的理解
光的 波粒 二象性 實驗 基礎 表現 說明
光的 波動性 干涉和 衍射 (1)光是一種概率波,即光子在空間各點出現的可能性大小(概率)可用波動規律來描述。 (2)大量的光子在傳播時,表現出波的性質 (1)光的波動性是光子本身的一種屬性,不是光子之間相互作用產生的。 (2)光的波動性不同于宏觀觀念的波
光的 粒子性 光電 效應、 康普 頓效 應 (1)當光同物質發生作用時,這種作用是“一份一份”進行的,表現出粒子的性質。 (2)少量或個別光子能清楚地顯示出光的粒子性 (1)粒子的含義是“不連續”“一份一份”的。 (2)光子不同于宏觀觀念的粒子
波動性 和粒子 性的對 立、統一 (1)大量光子易顯示出波動性,而少量光子易顯示出粒子性。 (2)波長長(頻率低)的光波動性強,而波長短(頻率高)的光粒子性強 (1)光子理論并未否定波動說,ε=hν=h中,ν和λ就是波的概念。 (2)波和粒子在宏觀世界是不能統一的,而在微觀世界卻是統一的
2.物質波
(1)物質波的波長:λ=,h是普朗克常量。
(2)德布羅意波也是概率波,衍射圖樣中的亮條紋是電子落點概率大的地方,但概率的大小受波動規律的支配。
[例3] 【物質波】 (2024·江蘇徐州三模)湯姆孫利用電子束穿過鋁箔,得到如圖所示的衍射圖樣。則(　　)
[A] 該實驗現象是電子粒子性的表現
[B] 該實驗證實了原子具有核式結構
[C] 實驗中電子的物質波波長與鋁箔中原子間距差不多
[D] 實驗中增大電子的速度,其物質波波長變長
【答案】 C
【解析】 衍射是波的特性,該實驗現象是電子波動性的表現,故A錯誤;該實驗是波的衍射現象,說明電子具有波動性,該實驗不能夠證實原子具有核式結構,故B錯誤;發生明顯衍射現象的條件是波長與孔的尺寸差不多,可知實驗中電子的物質波波長與鋁箔中原子間距差不多,故C正確;根據物質波的表達式有λ==可知,實驗中增大電子的速度,其物質波波長變短,故D錯誤。
[例4] 【光的粒子性】(2024·北京卷,13)產生阿秒光脈沖的研究工作獲得2023年的諾貝爾物理學獎,阿秒(as)是時間單位,1 as=1×10-18 s,阿秒光脈沖是發光持續時間在阿秒量級的極短閃光,提供了阿秒量級的超快“光快門”,使探測原子內電子的動態過程成為可能。設有一個持續時間為100 as 的阿秒光脈沖,持續時間內至少包含一個完整的光波周期。取真空中光速c=3.0×108 m/s,普朗克常量h = 6.6 × 10-34 J·s,下列說法正確的是(　　)
[A] 對于0.1 mm寬的單縫,此阿秒光脈沖比波長為550 nm的可見光的衍射現象更明顯
[B] 此阿秒光脈沖和波長為550 nm的可見光束總能量相等時,阿秒光脈沖的光子數更多
[C] 此阿秒光脈沖可以使能量為-13.6 eV(-2.2×10-18J)的基態氫原子電離
[D] 為了探測原子內電子的動態過程,阿秒光脈沖的持續時間應大于電子的運動周期
【答案】 C
【解析】 此阿秒光脈沖的波長為λ=cT=30 nm<550 nm,由障礙物尺寸與波長相差不多或比波長小時,衍射現象越明顯知,波長為550 nm的可見光比此阿秒光脈沖的衍射現象更明顯,故A錯誤;由ε=h知,阿秒光脈沖的光子能量大,故總能量相等時,阿秒光脈沖的光子數更少,故B錯誤;阿秒光脈沖的光子能量最小值ε=hν==6.6×10-18 J>2.2×10-18 J,故此阿秒光脈沖可以使能量為-13.6 eV(-2.2 × 10-18J)的基態氫原子電離,故C正確;為了探測原子內電子的動態過程,阿秒光脈沖的持續時間應小于電子的運動周期,故D錯誤。
(滿分:50分)
對點1.光電效應的規律及應用
1.(4分)(2024·陜西西安一模)如圖所示,某種材料制成太陽能電池的主體部分由P型半導體和N型半導體結合而成。當太陽光照射到該材料上時,材料吸收光子發生光電效應,自由電子向N型一側移動,從而在兩端形成電勢差。已知該材料至少需要吸收波長為λ的綠光才能發生光電效應,普朗克常量為h,光速為c,則下列說法正確的是(　　)
[A] 通過負載的電流方向從上至下
[B] 該材料的逸出功為
[C] 用光強更強的紅光照射該材料,只要照射時間足夠長,也能產生光電效應
[D] 用光強相同的紫光和藍光照射該材料,藍光照射時,通過負載的電流較小
【答案】 B
【解析】 自由電子向N型一側移動,N型半導體聚集負電荷,電勢更低,則通過負載的電流方向為從下至上,故A錯誤;發生光電效應時極限波長與逸出功需滿足W0=h,故B正確;光電效應是否發生與入射光的頻率有關,與光照時間和光照強度無關,紅光的頻率比綠光小,故不能發生光電效應,故C錯誤;用光強相同的紫光和藍光照射該材料,因為藍光頻率較小,光子能量較小,故單位時間內到達該材料的光子數目較多,產生的光電子較多,通過負載的電流較大,故D錯誤。
2.(6分)(2024·四川南充三模)(多選)如圖為一研究光電效應的電路圖,用一定頻率的光照射陰極K,電流表G有示數,則下列判斷正確的是(　　)
[A] 將滑片P向右移動,電流表的示數一定會越來越大
[B] 將滑片P移到最左端時,電流表的示數一定為零
[C] 將照射光強度減弱,光電子最大初動能不變
[D] 將照射光強度減弱,也會發生光電效應
【答案】 CD
【解析】 將滑片P向右移動,即正向電壓增大,若光電流達到飽和,則電流表的示數不變,故A錯誤;將滑片P移到最左端時,即不加電壓,此時電流表的示數一定不為零,故B錯誤;將照射光強度減弱,但光的頻率沒有發生變化,光電子最大初動能不變,仍然發生光電效應,故C、D正確。
3.(4分)(2024·湖北襄陽三模)愛因斯坦光電效應方程成功解釋了光電效應現象。圖中①、②兩直線分別是金屬A、B發生光電效應時的遏止電壓Uc與入射光頻率ν的關系圖像,則下列說法正確的是(　　)
[A] 金屬B的逸出功比金屬A的小
[B] ①、②兩直線的斜率均為
[C] 當用頻率為9×1014 Hz的光分別照射兩金屬A、B時,A中發出光電子的最大初動能較小
[D] 當入射光頻率ν不變時,增大入射光的光強,則遏止電壓Uc增大
【答案】 B
【解析】 根據光電效應方程Ek=hν-W0可知,當Ek=0時W0=hν,圖線②對應的截止頻率ν大,則金屬B的逸出功大,A錯誤;根據Ek=hν-W0,Uce=Ek,聯立解得Uc=-,可知①、②兩直線的斜率均為,B正確;當用頻率為9×1014Hz的光分別照射兩金屬A、B時,圖線①對應的遏止電壓Uc大,則A中飛出光電子的最大初動能較大,C錯誤;當入射光頻率ν不變時,增大入射光的光強,遏止電壓Uc不變,D錯誤。
4.(6分)(2024·黑龍江齊齊哈爾三模)(多選)近年來,我們見證了電磁波不同頻段應用的快速發展。5G所用的電磁波頻率一般在24 GHz到100 GHz之間,6G將使用頻率在100 GHz到10 000 GHz之間的電磁波,是一個頻率比5G高出許多的頻段。下列相關說法正確的是(　　)
[A] 5G電磁波光子能量較小
[B] 5G電磁波光子動量較大
[C] 6G電磁波更容易使金屬發生光電效應
[D] 6G電磁波遇到障礙物更容易衍射
【答案】 AC
【解析】 根據光子能量公式ε=hν可知5G電磁波頻率低,光子能量較小,故A正確;根據德布羅意波長公式p=,c=λν,可知5G電磁波頻率低,波長長,光子動量較小,故B錯誤;6G電磁波光子能量大,更容易使金屬發生光電效應,故C正確;6G電磁波波長短,遇到障礙物不容易發生明顯衍射,故D錯誤。
對點2.光的波粒二象性　物質波
5.(4分)(2024·湖南卷,1)量子技術是當前物理學應用研究的熱點,下列關于量子論的說法正確的是(　　)
[A] 普朗克認為黑體輻射的能量是連續的
[B] 光電效應實驗中,紅光照射可以讓電子從某金屬表面逸出,若改用紫光照射也可以讓電子從該金屬表面逸出
[C] 康普頓研究石墨對X射線散射時,發現散射后僅有波長小于原波長的射線成分
[D] 德布羅意認為質子具有波動性,而電子不具有波動性
【答案】 B
【解析】 普朗克認為黑體輻射的能量是一份一份的,是量子化的,故A錯誤;產生光電效應的條件是入射光的頻率大于金屬的截止頻率,紫光的頻率大于紅光,若紅光能使金屬產生光電效應,可知紫光也能使該金屬產生光電效應,故B正確;石墨對X射線的散射過程遵循動量守恒定律,光子和電子碰撞后,電子獲得一定的動量,光子動量變小,根據λ=可知波長變長,故C錯誤;德布羅意認為物質都具有波動性,包括質子和電子,故D錯誤。
6.(6分)(2024·河北張家口三模)(多選)經研究證明,光子和電子相互作用發生光電效應還是康普頓效應,取決于電子的“自由”度。當光子能量和逸出功在同一數量級時,電子吸收光子,發生光電效應;當光子能量較大時,電子的逸出功幾乎可以忽略,可看作是“自由”的,則發生康普頓效應,下列說法正確的是(　　)
[A] 光電效應方程是從能量守恒的角度解釋了光的粒子性
[B] 康普頓效應說明光具有粒子性
[C] 光電效應說明了能量守恒,康普頓效應則解釋了動量守恒,二者是矛盾的
[D] 金屬只要被光照射的時間足夠長,一定會發生光電效應
【答案】 AB
【解析】 光電效應方程是愛因斯坦根據量子假說和能量守恒定律得到的,故A正確;康普頓效應是光子與電子的碰撞,體現了光的粒子性,故B正確;根據題中說法,光電效應是在電子“自由”度較小的情況下,表現出的吸收特性,動量并不是不守恒,而是表現不出來,而康普頓效應是基于能量較大的光子與電子的碰撞,既體現動量守恒又體現能量守恒,二者并不矛盾,故C錯誤;電子對光子的吸收并不能累積,一次只能吸收一個光子,若吸收的光子能量小于金屬逸出功,即不能發生光電效應,故D錯誤。
7.(4分)(2024·新課標卷,17)三位科學家由于在發現和合成量子點方面的突出貢獻,榮獲了2023年諾貝爾化學獎。不同尺寸的量子點會發出不同顏色的光。現有兩種量子點分別發出藍光和紅光,下列說法正確的是(　　)
[A] 藍光光子的能量大于紅光光子的能量
[B] 藍光光子的動量小于紅光光子的動量
[C] 在玻璃中傳播時,藍光的速度大于紅光的速度
[D] 藍光在玻璃中傳播時的頻率小于它在空氣中傳播時的頻率
【答案】 A
【解析】 因為ν藍>ν紅,則有λ藍<λ紅,根據ε=hν可知ε藍>ε紅;根據p=,可知p藍>p紅,故A正確,B錯誤。頻率越大,折射率越大,則n藍>n紅,根據 v=,可知在玻璃中傳播時v藍8.(4分)(2024·北京海淀三模)如圖甲,A和B兩單色光,以適當的角度向半圓形玻璃磚射入,出射光線都從圓心O沿OC方向射出,且這兩種光照射同種金屬,都能發生光電效應。那么在光電效應實驗中(如圖乙所示),調節這兩束光的光強并分別照射相同的光電管。使實驗中這兩束光都能在單位時間內產生相同數量的光電子,實驗所得光電流I與光電管兩端所加電壓U間的關系曲線分別以A、B表示,則下列4圖中可能正確的是(　　)
甲　　　　　　　乙
[A] [B]
[C] [D]
【答案】 D
【解析】 由光路的可逆性可知,單色光A的偏轉程度較大,其折射率較大,頻率較高,由Ek=hν-W0,eUc=Ek,聯立解得Uc=-,可知單色光A的遏止電壓較大,根據I=,可知二者的飽和電流相等。如果光電管兩端所加的電壓U=0,兩束光在單位時間內產生相同數量的光電子,則相同時間到達陽極的光電子的數量相等,光電流相等。故選D。
9.(6分)(2024·廣東深圳二模)(多選)某防盜報警器工作原理如圖所示。用紫外線照射光敏材料制成的陰極時,逸出的光電子在電路中產生電流,電流經放大后使電磁鐵吸住鐵條。當光源與陰極間有障礙物時,警報器響起。下列說法正確的是(　　)
[A] 若用紅外光源代替紫外光源,該報警器不一定能正常工作
[B]逸出光電子的最大初動能與照射光頻率成正比
[C]若用光強更強的同一頻率紫外線照射陰極,光電流變大
[D]若用光強更強的同一頻率紫外線照射陰極,所有光電子的初動能均增大
【答案】 AC
【解析】 由光電效應方程hν=W+Ek知,紫外光頻率大于紅外光頻率,該光敏材料極限頻率未知,不能確保紅外光照射會發生光電效應,A正確;由光電效應方程知,逸出光電子的最大初動能與照射光頻率有關,但不成正比,B錯誤;光照強度越強,光電子越多,光電流越大,C正確;由光電效應方程知,光電子的最大初動能與光照強度無關,D錯誤。
10.(6分)(2024·山西陽泉三模)(多選)光刻機是制作芯片的核心裝置,主要功能是利用光線把掩膜版上的圖形印制到硅片上。如圖所示,傳統DUV光刻機使用的是波長為193 nm的深紫外線,而采用波長13.5 nm的極紫外光的EUV光刻機是傳統光刻技術向更短波長的合理延伸。光刻機在使用時,常在光刻膠和投影物鏡之間填充液體以提高分辨率。下列說法正確的是(　　)
[A] 深紫外線的光子能量比極紫外線更小
[B] 深紫外線的光子動量比極紫外線更大
[C] 進入液體后深紫外線傳播速度比極紫外線更快
[D] 兩種紫外線從真空區域進入浸沒液體中時,極紫外線比深紫外線更容易發生衍射,能提高分辨率
【答案】 AC
【解析】 深紫外線比極紫外線的波長大,頻率小,根據ε=hν可知,深紫外線的光子能量比極紫外線更小,選項A正確;根據p=可知,深紫外線的波長較長,則光子動量比極紫外線更小,選項B錯誤;深紫外線的頻率小,折射率小,根據v=可知,進入液體后深紫外線傳播速度比極紫外線更快,選項C正確;兩種紫外線從真空區域進入浸沒液體中時,極紫外線因波長較小,則比深紫外線更不容易發生衍射,能提高分辨率,選項D錯誤。
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情境導思 1.用如圖所示的裝置研究光電效應現象。 (1)若用光子能量為2.75 eV的光照射到光電管上時發生了光電效應,且電子的最大初動能為1.7 eV,求陰極K材料的逸出功。 (2)移動滑動變阻器的滑片,當電壓表的示數大于或等于1.7 V時,電流表示數為多少 為什么 (3)金屬表面發生光電效應與什么有關 入射光的強弱影響光電效應的發生嗎 (4)入射光照射到金屬表面上時,光電子的發射需要能量積累的過程嗎 2.1927年戴維孫和湯姆孫分別用單晶和多晶晶體做了電子束衍射的實驗。 (1)該實驗證實了電子的什么特性 德布羅意假說的內容是什么 如何驗證德布羅意假說 (2)物質波波長、頻率的計算公式是什么
(2024·黑吉遼卷,8)(多選)X射線光電子能譜儀是利用X光照射材料表面激發出光電子,并對光電子進行分析的科研儀器,用某一頻率的X光照射某種金屬表面,逸出了光電子,若增加此X光的強度,則(　　)
[A] 該金屬逸出功增大
[B] X光的光子能量不變
[C] 逸出的光電子最大初動能增大
[D] 單位時間逸出的光電子數增多
考點一　光電效應的規律及應用
請辨析以下五組概念有何區別。
(1)“光子”與“光電子”。
提示:光子與光電子:光子指光在空間傳播時的每一份能量,光子不帶電;光電子是金屬表面受到光照射時發射出來的電子,其本質是電子。
(2)“光電子的動能”與“光電子的最大初動能”。
提示:光電子的動能與光電子的最大初動能:只有金屬表面的電子直接向外飛出時,只需克服原子核的引力做功,才具有最大初動能。
(3)“光電流”與“飽和電流”。
提示:光電流與飽和電流:從金屬板飛出的光電子到達陽極,回路中便產生光電流,隨著所加正向電壓的增大,光電流趨于一個飽和值,這個飽和值是飽和電流,在一定的光照條件下,飽和電流與所加電壓大小無關。
(4)“入射光的強度”與“光子能量”。
提示:入射光的強度與光子能量:入射光的強度指單位時間內照射到金屬表面單位面積上的總能量,而光子能量ε=hν,是一份能量。
(5)“光的強度”與“飽和電流”。
提示:光的強度與飽和電流:頻率相同的光照射金屬產生光電效應,入射光越強,飽和電流越大,但不是簡單的正比關系。
1.光電效應的規律
(1)兩條線索。
(2)兩條對應關系。
入射光強度大→光子數目多→發射光電子多→光電流大。
光子頻率高→光子能量大→光電子的最大初動能大。
(3)光電效應的“三個關系”。
①愛因斯坦光電效應方程:Ek=hν-W0。
②最大初動能與遏止電壓的關系:Ek=eUc。
③逸出功與截止頻率的關系:W0=hνc。
2.光電效應中常見的四類圖像
圖像名稱 圖線形狀 獲取信息
最大初動能Ek與入射光頻率ν的關系 (1)截止頻率νc:圖線與ν軸交點的橫坐標。 (2)逸出功W0:圖線與Ek軸交點的縱坐標的絕對值W0=|-E|=E。 (3)普朗克常量h:圖線的斜率k=h
遏止電壓Uc與入射光頻率ν的關系 (1)截止頻率νc:圖線與橫軸的交點的橫坐標。 (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荷量的乘積,即h=ke(注意:此時兩極之間接反向電壓)
頻率相同、強度不同的光,光電流與電壓的關系 (1)遏止電壓Uc:圖線與橫軸的交點的橫坐標。 (2)飽和電流:電流的最大值。 (3)最大初動能Ek=eUc
頻率不同、強度相同的光,光電流與電壓的關系 (1)遏止電壓Uc1、Uc2。 (2)飽和電流:黃光照射下的大。 (3)最大初動能Ek1=eUc1、Ek2=eUc2
[例1] 【光電效應的規律】(2024·海南卷,8)利用如圖所示的裝置研究光電效應,閉合單刀雙擲開關S1,用頻率為ν1的光照射光電管,調節滑動變阻器,使電流表的示數剛好為0,此時電壓表的示數為U1,已知電子電荷量為e,普朗克常量為h,下列說法正確的是(　　)
[A] 其他條件不變,增大光強,電壓表示數增大
[B] 改用比ν1更大頻率的光照射,調整電流表的示數為零,此時電壓表示數仍為U1
[C] 其他條件不變,使開關接S2,電流表示數仍為零
[D] 光電管陰極材料的截止頻率νc=ν1-
[例2] 【光電效應的圖像】(2024·貴州遵義三模)圖甲為利用光電管研究光電效應的電路圖,其中光電管陰極K的材料是鉀,鉀的逸出功為W0。圖乙為實驗中用某一頻率的光照射光電管時,測量得到的光電管伏安特性曲線,當電壓為Uc時,光電流恰好為零。已知普朗克常量為h,光電子的電荷量為e。下列說法正確的是(　　)
[A] 該實驗的入射光頻率為
[B] 該實驗的光電子獲得的最大初動能為Ek=eUc
[C] 光電管兩極間的正向電壓越大,光電流越大
[D] 當入射光的頻率小于時,仍可以發生光電效應
光電效應中有關圖像問題的解題方法
(1)明確圖像中縱坐標和橫坐標所表示的物理量。
(2)明確圖像所表示的物理意義及所對應的函數關系,同時還要知道截距、交點等特殊點的意義。例如:
①Ek-ν圖像表示光電子的最大初動能Ek隨入射光頻率ν的變化關系,圖甲中橫軸上的截距是陰極金屬的截止頻率,縱軸上的截距表示陰極金屬逸出功的負值,直線的斜率為普朗克常量,圖像的函數式為Ek=hν-W0。
②光電效應中的I-U圖像是光電流I隨兩極間電壓U的變化曲線,圖乙中的Im是飽和電流,Uc為遏止電壓。
考點二　光的波粒二象性　物質波
(1)圖甲為實驗小組利用100多個電子通過雙縫后的干涉圖樣,可以看出每一個電子都是一個點;圖乙為該小組利用70 000多個電子通過雙縫后的干涉圖樣,為明暗相間的條紋。則電子的粒子性和波動性與電子的數量有什么關系 單個電子的運動軌道確定嗎 圖乙中的明條紋產生的原因是什么
甲　　　　　　乙
提示:少數電子體現粒子性,大量的電子表現為波動性;單個電子的運動軌道是不確定的;題圖乙中的明條紋是電子到達概率大的地方。
(2)同樣,個別光子的行為表現出粒子性,大量光子的行為表現出波動性,那么光的波動性是光子之間的相互作用引起的嗎 是不是光表現出波動性時,就不具有粒子性了,光表現出粒子性時,就不再具有波動性了
提示:光的波動性是光子本身的一種屬性,不是光子之間的相互作用引起的;粒子性和波動性是光同時具備的兩種屬性,光的波粒二象性應理解為:在某種情況下光的波動性表現得明顯,在另外的某種情況下,光的粒子性表現得明顯。
1.對光的波粒二象性的理解
光的 波粒 二象性 實驗 基礎 表現 說明
光的 波動性 干涉和 衍射 (1)光是一種概率波,即光子在空間各點出現的可能性大小(概率)可用波動規律來描述。 (2)大量的光子在傳播時,表現出波的性質 (1)光的波動性是光子本身的一種屬性,不是光子之間相互作用產生的。 (2)光的波動性不同于宏觀觀念的波
光的 粒子性 光電 效應、 康普 頓效 應 (1)當光同物質發生作用時,這種作用是“一份一份”進行的,表現出粒子的性質。 (2)少量或個別光子能清楚地顯示出光的粒子性 (1)粒子的含義是“不連續”“一份一份”的。 (2)光子不同于宏觀觀念的粒子
波動性 和粒子 性的對 立、統一 (1)大量光子易顯示出波動性,而少量光子易顯示出粒子性。 (2)波長長(頻率低)的光波動性強,而波長短(頻率高)的光粒子性強 (1)光子理論并未否定波動說,ε=hν=h中,ν和λ就是波的概念。 (2)波和粒子在宏觀世界是不能統一的,而在微觀世界卻是統一的
2.物質波
(1)物質波的波長:λ=,h是普朗克常量。
(2)德布羅意波也是概率波,衍射圖樣中的亮條紋是電子落點概率大的地方,但概率的大小受波動規律的支配。
[例3] 【物質波】 (2024·江蘇徐州三模)湯姆孫利用電子束穿過鋁箔,得到如圖所示的衍射圖樣。則(　　)
[A] 該實驗現象是電子粒子性的表現
[B] 該實驗證實了原子具有核式結構
[C] 實驗中電子的物質波波長與鋁箔中原子間距差不多
[D] 實驗中增大電子的速度,其物質波波長變長
[例4] 【光的粒子性】(2024·北京卷,13)產生阿秒光脈沖的研究工作獲得2023年的諾貝爾物理學獎,阿秒(as)是時間單位,1 as=1×10-18 s,阿秒光脈沖是發光持續時間在阿秒量級的極短閃光,提供了阿秒量級的超快“光快門”,使探測原子內電子的動態過程成為可能。設有一個持續時間為100 as 的阿秒光脈沖,持續時間內至少包含一個完整的光波周期。取真空中光速c=3.0×108 m/s,普朗克常量h = 6.6 × 10-34 J·s,下列說法正確的是(　　)
[A] 對于0.1 mm寬的單縫,此阿秒光脈沖比波長為550 nm的可見光的衍射現象更明顯
[B] 此阿秒光脈沖和波長為550 nm的可見光束總能量相等時,阿秒光脈沖的光子數更多
[C] 此阿秒光脈沖可以使能量為-13.6 eV(-2.2×10-18J)的基態氫原子電離
[D] 為了探測原子內電子的動態過程,阿秒光脈沖的持續時間應大于電子的運動周期
(滿分:50分)
對點1.光電效應的規律及應用
1.(4分)(2024·陜西西安一模)如圖所示,某種材料制成太陽能電池的主體部分由P型半導體和N型半導體結合而成。當太陽光照射到該材料上時,材料吸收光子發生光電效應,自由電子向N型一側移動,從而在兩端形成電勢差。已知該材料至少需要吸收波長為λ的綠光才能發生光電效應,普朗克常量為h,光速為c,則下列說法正確的是(　　)
[A] 通過負載的電流方向從上至下
[B] 該材料的逸出功為
[C] 用光強更強的紅光照射該材料,只要照射時間足夠長,也能產生光電效應
[D] 用光強相同的紫光和藍光照射該材料,藍光照射時,通過負載的電流較小
2.(6分)(2024·四川南充三模)(多選)如圖為一研究光電效應的電路圖,用一定頻率的光照射陰極K,電流表G有示數,則下列判斷正確的是(　　)
[A] 將滑片P向右移動,電流表的示數一定會越來越大
[B] 將滑片P移到最左端時,電流表的示數一定為零
[C] 將照射光強度減弱,光電子最大初動能不變
[D] 將照射光強度減弱,也會發生光電效應
3.(4分)(2024·湖北襄陽三模)愛因斯坦光電效應方程成功解釋了光電效應現象。圖中①、②兩直線分別是金屬A、B發生光電效應時的遏止電壓Uc與入射光頻率ν的關系圖像,則下列說法正確的是(　　)
[A] 金屬B的逸出功比金屬A的小
[B] ①、②兩直線的斜率均為
[C] 當用頻率為9×1014 Hz的光分別照射兩金屬A、B時,A中發出光電子的最大初動能較小
[D] 當入射光頻率ν不變時,增大入射光的光強,則遏止電壓Uc增大
4.(6分)(2024·黑龍江齊齊哈爾三模)(多選)近年來,我們見證了電磁波不同頻段應用的快速發展。5G所用的電磁波頻率一般在24 GHz到100 GHz之間,6G將使用頻率在100 GHz到10 000 GHz之間的電磁波,是一個頻率比5G高出許多的頻段。下列相關說法正確的是(　　)
[A] 5G電磁波光子能量較小
[B] 5G電磁波光子動量較大
[C] 6G電磁波更容易使金屬發生光電效應
[D] 6G電磁波遇到障礙物更容易衍射
對點2.光的波粒二象性　物質波
5.(4分)(2024·湖南卷,1)量子技術是當前物理學應用研究的熱點,下列關于量子論的說法正確的是(　　)
[A] 普朗克認為黑體輻射的能量是連續的
[B] 光電效應實驗中,紅光照射可以讓電子從某金屬表面逸出,若改用紫光照射也可以讓電子從該金屬表面逸出
[C] 康普頓研究石墨對X射線散射時,發現散射后僅有波長小于原波長的射線成分
[D] 德布羅意認為質子具有波動性,而電子不具有波動性
6.(6分)(2024·河北張家口三模)(多選)經研究證明,光子和電子相互作用發生光電效應還是康普頓效應,取決于電子的“自由”度。當光子能量和逸出功在同一數量級時,電子吸收光子,發生光電效應;當光子能量較大時,電子的逸出功幾乎可以忽略,可看作是“自由”的,則發生康普頓效應,下列說法正確的是(　　)
[A] 光電效應方程是從能量守恒的角度解釋了光的粒子性
[B] 康普頓效應說明光具有粒子性
[C] 光電效應說明了能量守恒,康普頓效應則解釋了動量守恒,二者是矛盾的
[D] 金屬只要被光照射的時間足夠長,一定會發生光電效應
7.(4分)(2024·新課標卷,17)三位科學家由于在發現和合成量子點方面的突出貢獻,榮獲了2023年諾貝爾化學獎。不同尺寸的量子點會發出不同顏色的光。現有兩種量子點分別發出藍光和紅光,下列說法正確的是(　　)
[A] 藍光光子的能量大于紅光光子的能量
[B] 藍光光子的動量小于紅光光子的動量
[C] 在玻璃中傳播時,藍光的速度大于紅光的速度
[D] 藍光在玻璃中傳播時的頻率小于它在空氣中傳播時的頻率
8.(4分)(2024·北京海淀三模)如圖甲,A和B兩單色光,以適當的角度向半圓形玻璃磚射入,出射光線都從圓心O沿OC方向射出,且這兩種光照射同種金屬,都能發生光電效應。那么在光電效應實驗中(如圖乙所示),調節這兩束光的光強并分別照射相同的光電管。使實驗中這兩束光都能在單位時間內產生相同數量的光電子,實驗所得光電流I與光電管兩端所加電壓U間的關系曲線分別以A、B表示,則下列4圖中可能正確的是(　　)
甲　　　　　　　乙
[A] [B]
[C] [D]
9.(6分)(2024·廣東深圳二模)(多選)某防盜報警器工作原理如圖所示。用紫外線照射光敏材料制成的陰極時,逸出的光電子在電路中產生電流,電流經放大后使電磁鐵吸住鐵條。當光源與陰極間有障礙物時,警報器響起。下列說法正確的是(　　)
[A] 若用紅外光源代替紫外光源,該報警器不一定能正常工作
[B]逸出光電子的最大初動能與照射光頻率成正比
[C]若用光強更強的同一頻率紫外線照射陰極,光電流變大
[D]若用光強更強的同一頻率紫外線照射陰極,所有光電子的初動能均增大
10.(6分)(2024·山西陽泉三模)(多選)光刻機是制作芯片的核心裝置,主要功能是利用光線把掩膜版上的圖形印制到硅片上。如圖所示,傳統DUV光刻機使用的是波長為193 nm的深紫外線,而采用波長13.5 nm的極紫外光的EUV光刻機是傳統光刻技術向更短波長的合理延伸。光刻機在使用時,常在光刻膠和投影物鏡之間填充液體以提高分辨率。下列說法正確的是(　　)
[A] 深紫外線的光子能量比極紫外線更小
[B] 深紫外線的光子動量比極紫外線更大
[C] 進入液體后深紫外線傳播速度比極紫外線更快
[D] 兩種紫外線從真空區域進入浸沒液體中時,極紫外線比深紫外線更容易發生衍射,能提高分辨率
(
第
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高中總復習·物理
第1講　
光電效應　波粒二象性
情境導思
1.用如圖所示的裝置研究光電效應現象。
(1)若用光子能量為2.75 eV的光照射到光電管上時發生了光電效應,且電子的最大初動能為1.7 eV,求陰極K材料的逸出功。
(2)移動滑動變阻器的滑片,當電壓表的示數大于或等于1.7 V時,電流表示數為多少 為什么
(3)金屬表面發生光電效應與什么有關 入射光的強弱影響光電效應的發生嗎
(4)入射光照射到金屬表面上時,光電子的發射需要能量積累的過程嗎
情境導思
2.1927年戴維孫和湯姆孫分別用單晶和多晶晶體做了電子束衍射的實驗。
(1)該實驗證實了電子的什么特性 德布羅意假說的內容是什么 如何驗證德布羅意假說
(2)物質波波長、頻率的計算公式是什么
知識構建
ε=hν
Ek=hν-W0
ε=hν
小題試做
(2024·黑吉遼卷,8)(多選)X射線光電子能譜儀是利用X光照射材料表面激發出光電子,并對光電子進行分析的科研儀器,用某一頻率的X光照射某種金屬表面,逸出了光電子,若增加此X光的強度,則(　 　)
[A] 該金屬逸出功增大
[B] X光的光子能量不變
[C] 逸出的光電子最大初動能增大
[D] 單位時間逸出的光電子數增多
BD
請辨析以下五組概念有何區別。
(1)“光子”與“光電子”。
提示:光子與光電子:光子指光在空間傳播時的每一份能量,光子不帶電;光電子是金屬表面受到光照射時發射出來的電子,其本質是電子。
(2)“光電子的動能”與“光電子的最大初動能”。
提示:光電子的動能與光電子的最大初動能:只有金屬表面的電子直接向外飛出時,只需克服原子核的引力做功,才具有最大初動能。
(3)“光電流”與“飽和電流”。
提示:光電流與飽和電流:從金屬板飛出的光電子到達陽極,回路中便產生光電流,隨著所加正向電壓的增大,光電流趨于一個飽和值,這個飽和值是飽和電流,在一定的光照條件下,飽和電流與所加電壓大小無關。
(4)“入射光的強度”與“光子能量”。
提示:入射光的強度與光子能量:入射光的強度指單位時間內照射到金屬表面單位面積上的總能量,而光子能量ε=hν,是一份能量。
(5)“光的強度”與“飽和電流”。
提示:光的強度與飽和電流:頻率相同的光照射金屬產生光電效應,入射光越強,飽和電流越大,但不是簡單的正比關系。
1.光電效應的規律
(1)兩條線索。
(2)兩條對應關系。
入射光強度大→光子數目多→發射光電子多→光電流大。
光子頻率高→光子能量大→光電子的最大初動能大。
(3)光電效應的“三個關系”。
①愛因斯坦光電效應方程:Ek=hν-W0。
②最大初動能與遏止電壓的關系:Ek=eUc。
③逸出功與截止頻率的關系:W0=hνc。
2.光電效應中常見的四類圖像
圖像名稱 圖線形狀 獲取信息
最大初動能Ek與入射光頻率ν的關系 (1)截止頻率νc:圖線與ν軸交點的橫坐標。
(2)逸出功W0:圖線與Ek軸交點的縱坐標的絕對值W0=|-E|=E。
(3)普朗克常量h:圖線的斜率k=h
遏止電壓Uc與入射光頻率ν的關系 (1)截止頻率νc:圖線與橫軸的交點的橫坐標。
(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荷量的乘積,即h=ke(注意:此時兩極之間接反向電壓)
頻率相同、強度不同的光,光電流與電壓的關系 (1)遏止電壓Uc:圖線與橫軸的交點的橫坐標。
(2)飽和電流:電流的最大值。
(3)最大初動能Ek=eUc
頻率不同、強度相同的光,光電流與電壓的關系 (1)遏止電壓Uc1、Uc2。
(2)飽和電流:黃光照射下的大。
(3)最大初動能Ek1=eUc1、Ek2=eUc2
[例1] 【光電效應的規律】(2024·海南卷,8)利用如圖所示的裝置研究光電效應,閉合單刀雙擲開關S1,用頻率為ν1的光照射光電管,調節滑動變阻器,使電流表的示數剛好為0,此時電壓表的示數為U1,已知電子電荷量為e,普朗克常量為h,下列說法正確的是(　　)
[A] 其他條件不變,增大光強,電壓表示數增大
[B] 改用比ν1更大頻率的光照射,調整電流表的示數為零,此時電壓表示數仍為U1
[C] 其他條件不變,使開關接S2,電流表示數仍為零
D
[例2] 【光電效應的圖像】(2024·貴州遵義三模)圖甲為利用光電管研究光電效應的電路圖,其中光電管陰極K的材料是鉀,鉀的逸出功為W0。圖乙為實驗中用某一頻率的光照射光電管時,測量得到的光電管伏安特性曲線,當電壓為Uc時,光電流恰好為零。已知普朗克常量為h,光電子的電荷量為e。下列說法正確的是(　　)
B
方法總結
光電效應中有關圖像問題的解題方法
(1)明確圖像中縱坐標和橫坐標所表示的物理量。
(2)明確圖像所表示的物理意義及所對應的函數關系,同時還要知道截距、交點等特殊點的意義。
方法總結
例如:
①Ek-ν圖像表示光電子的最大初動能Ek隨入射光頻率ν的變化關系,圖甲中橫軸上的截距是陰極金屬的截止頻率,縱軸上的截距表示陰極金屬逸出功的負值,直線的斜率為普朗克常量,圖像的函數式為Ek=hν-W0。
②光電效應中的I-U圖像是光電流I隨兩極間電壓U的變化曲線,圖乙中的Im是飽和電流,Uc為遏止電壓。
(1)圖甲為實驗小組利用100多個電子通過雙縫后的干涉圖樣,可以看出每一個電子都是一個點;圖乙為該小組利用70 000多個電子通過雙縫后的干涉圖樣,為明暗相間的條紋。則電子的粒子性和波動性與電子的數量有什么關系 單個電子的運動軌道確定嗎 圖乙中的明條紋產生的原因是什么
提示:少數電子體現粒子性,大量的電子表現為波動性;單個電子的運動軌道是不確定的;題圖乙中的明條紋是電子到達概率大的地方。
甲　　　　　　乙
(2)同樣,個別光子的行為表現出粒子性,大量光子的行為表現出波動性,那么光的波動性是光子之間的相互作用引起的嗎 是不是光表現出波動性時,就不具有粒子性了,光表現出粒子性時,就不再具有波動性了
提示:光的波動性是光子本身的一種屬性,不是光子之間的相互作用引起的;粒子性和波動性是光同時具備的兩種屬性,光的波粒二象性應理解為:在某種情況下光的波動性表現得明顯,在另外的某種情況下,光的粒子性表現得明顯。
1.對光的波粒二象性的理解
光的波粒二象性 實驗基礎 表現 說明
光的 波動性 干涉和 衍射 (1)光是一種概率波,即光子在空間各點出現的可能性大小 (概率)可用波動規律來描述。 (2)大量的光子在傳播時,表現出波的性質 (1)光的波動性是光子本身的一種屬性,不是光子之間相互作用產生的。
(2)光的波動性不同于宏觀觀念的波
光的 粒子性 光電效應、康普頓效應 (1)當光同物質發生作用時,這種作用是“一份一份”進行的,表現出粒子的性質。 (2)少量或個別光子能清楚地顯示出光的粒子性 (1)粒子的含義是“不連續”
“一份一份”的。
(2)光子不同于宏觀觀念的粒子
2.物質波
(2)德布羅意波也是概率波,衍射圖樣中的亮條紋是電子落點概率大的地方,但概率的大小受波動規律的支配。
[例3] 【物質波】 (2024·江蘇徐州三模)湯姆孫利用電子束穿過鋁箔,得到如圖所示的衍射圖樣。則(　　)
[A] 該實驗現象是電子粒子性的表現
[B] 該實驗證實了原子具有核式結構
[C] 實驗中電子的物質波波長與鋁箔中原子間距差不多
[D] 實驗中增大電子的速度,其物質波波長變長
C
[例4] 【光的粒子性】(2024·北京卷,13)產生阿秒光脈沖的研究工作獲得2023年的諾貝爾物理學獎,阿秒(as)是時間單位,1 as=1×10-18 s,阿秒光脈沖是發光持續時間在阿秒量級的極短閃光,提供了阿秒量級的超快“光快門”,使探測原子內電子的動態過程成為可能。設有一個持續時間為100 as 的阿秒光脈沖,持續時間內至少包含一個完整的光波周期。取真空中光速c=3.0×108 m/s,普朗克常量h = 6.6 × 10-34 J·s,下列說法正確的是(　　)
[A] 對于0.1 mm寬的單縫,此阿秒光脈沖比波長為550 nm的可見光的衍射現象更明顯
[B] 此阿秒光脈沖和波長為550 nm的可見光束總能量相等時,阿秒光脈沖的光子數更多
[C] 此阿秒光脈沖可以使能量為-13.6 eV(-2.2×10-18J)的基態氫原子電離
[D] 為了探測原子內電子的動態過程,阿秒光脈沖的持續時間應大于電子的運動周期
C
基礎對點練
對點1.光電效應的規律及應用
1.(4分)(2024·陜西西安一模)如圖所示,某種材料制成太陽能電池的主體部分由P型半導體和N型半導體結合而成。當太陽光照射到該材料上時,材料吸收光子發生光電效應,自由電子向N型一側移動,從而在兩端形成電勢差。已知該材料至少需要吸收波長為λ的綠光才能發生光電效應,普朗克常量為h,光速為c,則下列說法正確的是(　　)
[A] 通過負載的電流方向從上至下
[C] 用光強更強的紅光照射該材料,只要照射時間足夠長,也能產生光電效應
[D] 用光強相同的紫光和藍光照射該材料,藍光照射時,通過負載的電流較小
B
2.(6分)(2024·四川南充三模)(多選)如圖為一研究光電效應的電路圖,用一定頻率的光照射陰極K,電流表G有示數,則下列判斷正確的是(　　 )
[A] 將滑片P向右移動,電流表的示數一定會越來越大
[B] 將滑片P移到最左端時,電流表的示數一定為零
[C] 將照射光強度減弱,光電子最大初動能不變
[D] 將照射光強度減弱,也會發生光電效應
CD
【解析】 將滑片P向右移動,即正向電壓增大,若光電流達到飽和,則電流表的示數不變,故A錯誤;將滑片P移到最左端時,即不加電壓,此時電流表的示數一定不為零,故B錯誤;將照射光強度減弱,但光的頻率沒有發生變化,光電子最大初動能不變,仍然發生光電效應,故C、D正確。
3.(4分)(2024·湖北襄陽三模)愛因斯坦光電效應方程成功解釋了光電效應現象。圖中①、②兩直線分別是金屬A、B發生光電效應時的遏止電壓Uc與入射光頻率ν的關系圖像,則下列說法正確的是(　　)
[A] 金屬B的逸出功比金屬A的小
[C] 當用頻率為9×1014 Hz的光分別照射兩金屬A、B時,A中發出光電子的最大初動能較小
[D] 當入射光頻率ν不變時,增大入射光的光強,則遏止電壓Uc增大
B
4.(6分)(2024·黑龍江齊齊哈爾三模)(多選)近年來,我們見證了電磁波不同頻段應用的快速發展。5G所用的電磁波頻率一般在24 GHz到100 GHz之間,6G將使用頻率在100 GHz到10 000 GHz之間的電磁波,是一個頻率比5G高出許多的頻段。下列相關說法正確的是(　　 )
[A] 5G電磁波光子能量較小
[B] 5G電磁波光子動量較大
[C] 6G電磁波更容易使金屬發生光電效應
[D] 6G電磁波遇到障礙物更容易衍射
AC
對點2.光的波粒二象性　物質波
5.(4分)(2024·湖南卷,1)量子技術是當前物理學應用研究的熱點,下列關于量子論的說法正確的是(　　)
[A] 普朗克認為黑體輻射的能量是連續的
[B] 光電效應實驗中,紅光照射可以讓電子從某金屬表面逸出,若改用紫光照射也可以讓電子從該金屬表面逸出
[C] 康普頓研究石墨對X射線散射時,發現散射后僅有波長小于原波長的射線成分
[D] 德布羅意認為質子具有波動性,而電子不具有波動性
B
6.(6分)(2024·河北張家口三模)(多選)經研究證明,光子和電子相互作用發生光電效應還是康普頓效應,取決于電子的“自由”度。當光子能量和逸出功在同一數量級時,電子吸收光子,發生光電效應;當光子能量較大時,電子的逸出功幾乎可以忽略,可看作是“自由”的,則發生康普頓效應,下列說法正確的是
(　 　)
[A] 光電效應方程是從能量守恒的角度解釋了光的粒子性
[B] 康普頓效應說明光具有粒子性
[C] 光電效應說明了能量守恒,康普頓效應則解釋了動量守恒,二者是矛盾的
[D] 金屬只要被光照射的時間足夠長,一定會發生光電效應
AB
【解析】 光電效應方程是愛因斯坦根據量子假說和能量守恒定律得到的,故A正確;康普頓效應是光子與電子的碰撞,體現了光的粒子性,故B正確;根據題中說法,光電效應是在電子“自由”度較小的情況下,表現出的吸收特性,動量并不是不守恒,而是表現不出來,而康普頓效應是基于能量較大的光子與電子的碰撞,既體現動量守恒又體現能量守恒,二者并不矛盾,故C錯誤;電子對光子的吸收并不能累積,一次只能吸收一個光子,若吸收的光子能量小于金屬逸出功,即不能發生光電效應,故D錯誤。
7.(4分)(2024·新課標卷,17)三位科學家由于在發現和合成量子點方面的突出貢獻,榮獲了2023年諾貝爾化學獎。不同尺寸的量子點會發出不同顏色的光。現有兩種量子點分別發出藍光和紅光,下列說法正確的是(　　)
[A] 藍光光子的能量大于紅光光子的能量
[B] 藍光光子的動量小于紅光光子的動量
[C] 在玻璃中傳播時,藍光的速度大于紅光的速度
[D] 藍光在玻璃中傳播時的頻率小于它在空氣中傳播時的頻率
綜合提升練
A
8.(4分)(2024·北京海淀三模)如圖甲,A和B兩單色光,以適當的角度向半圓形玻璃磚射入,出射光線都從圓心O沿OC方向射出,且這兩種光照射同種金屬,都能發生光電效應。那么在光電效應實驗中(如圖乙所示),調節這兩束光的光強并分別照射相同的光電管。使實驗中這兩束光都能在單位時間內產生相同數量的光電子,實驗所得光電流I與光電管兩端所加電壓U間的關系曲線分別以A、B表示,則下列4圖中可能正確的是(　　)
D
甲　　　　　 乙 [A] [B] [C] [D]
9.(6分)(2024·廣東深圳二模)(多選)某防盜報警器工作原理如圖所示。用紫外線照射光敏材料制成的陰極時,逸出的光電子在電路中產生電流,電流經放大后使電磁鐵吸住鐵條。當光源與陰極間有障礙物時,警報器響起。下列說法正確的是(　　 )
[A] 若用紅外光源代替紫外光源,該報警器不一定能正常工作
[B]逸出光電子的最大初動能與照射光頻率成正比
[C]若用光強更強的同一頻率紫外線照射陰極,光電流變大
[D]若用光強更強的同一頻率紫外線照射陰極,所有光電子的初動能均增大
AC
【解析】 由光電效應方程hν=W+Ek知,紫外光頻率大于紅外光頻率,該光敏材料極限頻率未知,不能確保紅外光照射會發生光電效應,A正確;由光電效應方程知,逸出光電子的最大初動能與照射光頻率有關,但不成正比,B錯誤;光照強度越強,光電子越多,光電流越大,C正確;由光電效應方程知,光電子的最大初動能與光照強度無關,D錯誤。
10.(6分)(2024·山西陽泉三模)(多選)光刻機是制作芯片的核心裝置,主要功能是利用光線把掩膜版上的圖形印制到硅片上。如圖所示,傳統DUV光刻機使用的是波長為193 nm的深紫外線,而采用波長13.5 nm的極紫外光的EUV光刻機是傳統光刻技術向更短波長的合理延伸。光刻機在使用時,常在光刻膠和投影物鏡之間填充液體以提高分辨率。下列說法正確的是(　 　)
[A] 深紫外線的光子能量比極紫外線更小
[B] 深紫外線的光子動量比極紫外線更大
[C] 進入液體后深紫外線傳播速度比極紫外線更快
[D] 兩種紫外線從真空區域進入浸沒液體中時,極紫外線比深紫外線更容易發生衍射,能提高分辨率
AC

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