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(共47張PPT)
第十五章　近代物理初步
第1講　波粒二象性
常設情境　①生活實踐類：霓虹燈、氖管、光譜儀、原子鐘、威耳遜云室、射線測厚儀、原子彈、反應堆與核電站、太陽、氫彈、環流器裝置等.
②學習探索類：光電效應現象、愛因斯坦光電效應方程及其意義、光的波粒二象性、原子的核式結構模型、原子的能級結構、原子核的組成、原子核衰變、半衰期及其統計意義、原子核的結合能、核裂變反應和核聚變反應等.
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）
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
解析：金屬的逸出功是金屬自身固有的屬性，僅與金屬自身有關，增加此X光的強度，該金屬逸出功不變，故A錯誤；根據光子能量公式ε＝hν可知增加此X光的強度，X光的光子能量不變，故B正確；根據愛因斯坦光電方程Ekm＝hν－W0可知逸出的光電子最大初動能不變，故C錯誤；增加此X光的強度，單位時間照射到金屬表面的光子變多，則單位時間逸出的光電子數增多，故D正確.故選BD.
考題2?。?024·上海卷）光的行為曾令物理學家感到困惑.雙縫干涉、光電效應等具有里程碑意義的實驗.逐漸揭開了光的神秘面紗.人類對光的認識不斷深入，引發了具有深遠意義的物理學革命.

光電子　
截止頻率　
頻率　
瞬時　
強度　
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.
最小　
（二）愛因斯坦光電效應方程
3. 愛因斯坦光電效應方程
hν　
最小值　
hν－W0　
逸出功W0　
深化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.
深化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.
深化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.
角度1　對光電效應現象的理解
C
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.
角度2　光電效應方程的應用
C
金屬 鋅 鈉
νc/（×1014 Hz） 5.53
W0/eV 3.34 2.29
A. 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
A
A. 鈉的逸出功為hνc
B. 鈉的截止頻率為8.5×1014 Hz
C. 圖中直線的斜率為普朗克常量h
D. 遏止電壓Uc與入射光頻率ν成正比
深化　　光電效應的圖像分析
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＝h
圖像名稱 圖像形狀 由圖線直接（間接）得到的物理量
I－U
圖像
（1）遏止電壓Uc1、Uc2.
（2）飽和光電流.
（3）最大初動能Ek1＝eUc1，Ek2＝eUc2
Uc－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
角度1　光電效應的Ek－ν圖像
A B C D
B
角度2　光電效應的I－U圖像
C
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.
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
解析：普朗克認為黑體輻射的能量是不連續的，這個不可再分的最小能量值叫作能量子，A錯誤；紫光的光子頻率更高，光子能量更大，如果紅光可以使某金屬發生光電效應，則紫光一定也可以使該金屬發生光電效應，B正確；康普頓在研究石墨對X射線的散射時，發現在散射的X射線中，除了與入射波長λ0相同的成分外，還有波長大于λ0的成分，這個現象稱為康普頓效應，C錯誤；德布羅意認為實物粒子也具有波粒二象性，質子、電子等都具有波動性，D錯誤.
波動　
粒子　
波粒二象　
深化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
A. 光的頻率越高，光子的能量越大，粒子性越顯著
B. 光的波長越長，光的能量越小，波動性越顯著
C. 頻率高的光子不具有波動性，波長較長的光子不具有粒子性
D. 個別光子產生的效果往往顯示粒子性，大量光子產生的效果往往顯示波動性
解析：光具有波粒二象性，但在不同情況下表現不同，頻率越高，波長越短，粒子性越強，反之波動性明顯，個別光子易顯示粒子性，大量光子易顯示波動性，A、B、D正確.
ABD
限時跟蹤檢測
A級·基礎對點練
題組一　光電效應現象和規律
D. 若用波長為2λ的單色光照射該金屬，一定可以發生光電效應
A
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金屬 鋁 鈣
νc/（×1014 Hz） 10.1 7.73
W0/eV 4.2 3.2
A. 只有金屬鈣能發生光電效應
B. 若增大入射光的波長，則截止頻率減小
C. 金屬鋁和鈣對應遏止電壓之比為2∶3
D. 金屬鋁和鈣對應遏止電壓之比為21∶16
C
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A. 該金屬的逸出功等于E
C. 入射光的頻率為2ν0時，產生的光電子的最大初動能為2E
AB
題組二　光電效應圖像
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A. 要測量遏止電壓，電源右端為正極
B. 要測量飽和電流，電源右端為正極
C. 由圖像乙可知，銣的截止頻率為νc＝5.0×1014 Hz
D. 由圖像乙計算可得金屬銣的逸出功為W0＝3.3×10－20 J
AC
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解析：要測量遏止電壓，則加反向電壓，故電源右端為正極，A正確；要測量飽和電流，則加正向電壓，故電源右端為負極，B錯誤；根據愛因斯坦光電效應方程eUc＝hν－W0，當Uc＝0時，由圖像乙可知銣的截止頻率為νc＝5.0×1014 Hz，C正確；由圖像乙計算可得金屬銣的逸出功為W0＝hνc＝6.6×10－34×5.0×1014 J＝3.3×10－19 J，D錯誤.故選A、C.
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C
A. 飽和光電流與K、A兩極之間的電壓有關
B. 測量遏止電壓Uc時，滑片P應向b移動
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A. 有的光是波，有的光是粒子
B. 光子與電子是同樣的一種粒子
C. 光的波長越長，其波動性越顯著；波長越短，其粒子性越顯著
D. 康普頓效應揭示了光的波動性
C
題組三　波粒二象性
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A. 10－8 B. 106 C. 108 D. 1016
C
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B級·能力提升練
A. 光電子的最大初動能之比為1∶2
B
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A
A. a、c發出的光頻率相同
B. a、c發出的光光強相同
C. b發出的光的頻率比c發出的光的小
D. 隨著電壓的增大，電流一定增大
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解析：根據eUc＝Ekm＝hν－W0可知，入射光的頻率越高，對應的遏止電壓Uc越大，由題圖乙可知，a和c對應的遏止電壓相等，所以a、c發出的光頻率相同，A正確；同種頻率的光，光強越大，飽和光電流越大，a發出的光和c發出的光的頻率相同，a發出的光對應的飽和光電流大于c發出的光對應的飽和光電流，所以a發出的光的光強大于c發出的光的光強，B錯誤；由A項分析可知，b發出的光的遏止電壓大于c發出的光的遏止電壓，說明b發出的光的頻率比c發出的光的大，C錯誤；隨著電壓的增大，電流達到飽和電流值后不再增大，D錯誤.
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10. （2025·江蘇蘇州模擬預測）某同學采用如圖所示的實驗裝置來研究光電效應現象.當用某單色光照射光電管的陰極K時，會發生光電效應現象，閉合開關S，在陽極A和陰極K之間加上反向電壓，通過調節滑動變阻器的滑片逐漸增大電壓，直至電流計中電流恰為零，此電壓表的電壓值U稱為遏止電壓，根據遏止電壓，可以計算出光電子的最大初動能Ekm.現分別用頻率為ν1和ν2的單色光照射陰極，測量到遏止電壓分別為U1和U2，設電子質量為m，電荷量為e，求：
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（1）用頻率為ν1的光照射時，光電子的最大初速度v；
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（2）普朗克常量h；
解析：（2）根據光電效應方程有Ek＝hν－W0
可得：W0＝hν1－eU1＝hν2－eU2
（3）陰極K金屬的極限頻率νc.
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