1、第十三章近代物理第1讲光电效应及波粒二象性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、截止频率、最大初动能等物理量.3.知道波粒二象性，知道物质波的概念.【目标要求】内容索引NEIRONGSUOYIN考点二光电效应考点三波粒二象性及物质波课时精练考点一黑体辐射能量子考点一黑体辐射能量子01基础回扣1.热辐射(1)定义：周围的一切物体都在辐射 ，这种辐射与物体的 有关，所以叫热辐射.(2)特点：热辐射强度按波长的分布情况随物体的 不同而有所不同.电磁波温度温度图图12.黑体辐射的实验规律(1)对于一般材料的物体，辐射电磁波的情况除与
2、 有关外，还与材料的 及表面状况有关.(2)黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的 有关.随着温度的升高，一方面，各种波长的辐射强度都有 ，另一方面，辐射强度的极大值向波长较 的方向移动，如图1.温度种类温度增加短3.能量子(1)定义：普朗克认为，当带电微粒辐射或吸收能量时，以最小能量值为单位一份一份地辐射或吸收，这个不可再分的最小能量值叫做能量子.(2)能量子大小：，其中是带电微粒吸收或辐射电磁波的频率，h被称为普朗克常量.h6.6261034 Js(一般取h6.631034 Js).(3)发光功率与单个光子能量的关系：发光功率Pn，其中n为单位时间发出的光子数目，为单个光子的能量.h跟
3、进训练1.(黑体辐射的实验规律)(多选)(2019江苏南京市高二检测)黑体辐射的实验规律如图2所示，以下判断正确的是A.在同一温度下，波长越短的电磁波辐射强度越大B.在同一温度下，辐射强度最大的电磁波波长不是最大 的，也不是最小的，而是处在最大与最小波长之间C.温度越高，辐射强度的极大值就越大D.温度越高，辐射强度最大的电磁波的波长越短12图图22.(能量量子化的计算)人眼对绿光最敏感，正常人的眼睛接收到波长为530 nm的绿光时，只要每秒有6个绿光的光子射入瞳孔，眼睛就能觉察，普朗克常量为6.631034 Js，光速为3.0108 m/s，则人眼能察觉到绿光时所接收到的最小功率是A.2.31
4、018 W B.3.81019 WC.7.01010 W D.1.21018 W12选项A正确，B、C、D错误.考点二光电效应02基础回扣1.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 从表面逸出，这个现象称为光电效应，这种电子常被称为 .(2)光电效应的产生条件入射光的频率 金属的截止频率.电子光电子大于或等于(3)光电效应规律每种金属都有一个截止频率c，入射光的频率必须 这个截止频率才能产生光电效应.光电子的最大初动能与入射光的 无关，只随入射光频率的增大而 .光电效应的发生几乎是瞬时的，一般不超过109 s.当入射光的频率大于或等于截止频率时，入射光越强，饱和电流
5、越大，逸出的光电子数越多，逸出光电子的数目与入射光的强度成正比，饱和电流的大小与入射光的强度成 .大于或等于强度增大正比2.爱因斯坦光电效应方程(1)光电效应方程表达式：hEkW0或Ek .物理意义：金属中的电子吸收一个光子获得的能量是h，这些能量的一部分用来克服金属的逸出功W0，剩下的表现为逸出后电子的_ .(2)逸出功W0：电子从金属中逸出所需做功的 ，W0hc .(3)最大初动能：发生光电效应时，金属表面上的 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.hW0最大初动能最小值电子技巧点拨光电效应的研究思路例1(2020河北衡水中学联考)如图3所示为研究光电效应的电路图.开关闭合
6、后，当用波长为0的单色光照射光电管的阴极K时，电流表有示数.下列说法正确的是A.若只让滑片P向D端移动，则电流表的示数一定增大B.若只增加该单色光的强度，则电流表示数一定增大C.若改用波长小于0的单色光照射光电管的阴极K，则阴极K的逸出功变大D.若改用波长大于0的单色光照射光电管的阴极K，则电流表的示数一定为零考向1光电效应现象和光电效应方程的应用图图3解析电路所加电压为正向电压，如果电流达到饱和电流，增加电压，电流也不会增大，故A错误；只增加该单色光的强度，相同时间内逸出的光子数增多，电流增大，故B正确；金属的逸出功只与阴极材料有关，与入射光无关，故C错误；改用波长大于0的单色光照射，虽然光
7、子能量变小，但也有可能发生光电效应，可能有光电流，故D错误.例2(2020黑龙江哈尔滨市三中模拟)在研究光电效应实验中，某金属的逸出功为W，用波长为的单色光照射该金属发生了光电效应.已知普朗克常量为h，真空中光速为c，下列说法正确的是A.光电子的最大初动能为 WB.该金属的截止频率为C.若用波长为 的单色光照射该金属，则光电子的最大初动能变为原来的 2倍D.若用波长为2的单色光照射该金属，一定可以发生光电效应若用波长为2的单色光照射该金属，光子的能量减小，根据光电效应发生的条件可知，不一定能发生光电效应，故D错误.考向2光电效应图象图象名称图线形状获取信息最大初动能Ek与入射光频率的关系图线截
8、止频率(极限频率)c：图线与轴交点的横坐标逸出功W0：图线与Ek轴交点的纵坐标的绝对值W0|E|E普朗克常量h：图线的斜率kh遏止电压Uc与入射光频率的关系图线 截止频率c：图线与横轴的交点的横坐标遏止电压Uc：发生光电效应时，随入射光频率的增大而增大普朗克常量h：等于图线的斜率与电子电荷量的乘积，即hke(注：此时两极之间接反向电压)颜色相同、强度不同的光，光电流与电压的关系 遏止电压Uc：图线与横轴的交点的横坐标饱和电流：电流的最大值最大初动能：EkeUc颜色不同时，光电流与电压的关系 遏止电压Uc1、Uc2饱和电流最大初动能Ek1eUc1，Ek2eUc2例3(多选)(2019海南卷7)对
9、于钠和钙两种金属，其遏止电压Uc与入射光频率的关系如图4所示.用h、e分别表示普朗克常量和电子电荷量，则A.钠的逸出功小于钙的逸出功B.图中直线的斜率为C.在得到这两条直线时，必须保证入射光的光强相同D.若这两种金属产生的光电子具有相同的最大初动能，则照射到钠的光频率较高图图4解析根据UceEkhW0，即Uc 则由题图可知钠的逸出功小于钙的逸出功，选项A正确；在得到这两条直线时，与入射光的光强无关，选项C错误；根据EkhW0，若这两种金属产生的光电子具有相同的最大初动能，则照射到钠的光频率较低，选项D错误.例4(多选)(2020宁夏石嘴山市第三中学月考)图5甲是光电效应的实验装置图，图乙是光电
10、流与加在阴极K和阳极A上的电压的关系图象，下列说法正确的是A.只要增大电压，光电流就会一直增大B.遏止电压越大，说明从该金属中逸出 的光电子的最大初动能越大C.由图线、可知对某种确定的金属来说，其遏止电压只由入射 光的频率决定D.由图线、可知在光的颜色不变的情况下，入射光越强，饱和光电 流越大图图5解析由题图乙可知，当电压增大到一定程度时，再增大电压，光电流基本不变，故A错误；根据eUcEk可知，遏止电压越大，从该金属中逸出的光电子的最大初动能越大，故B正确；黄光(强)和黄光(弱)照射时遏止电压相同，黄光和蓝光照射时遏止电压不相同，说明对某种确定的金属来说，其遏止电压只由入射光的频率决定，故C
11、正确；由图线、可知在光的颜色不变的情况下，入射光越强，饱和光电流越大，故D正确.跟进训练3.(光电效应方程)(多选)(2020山西运城市期末)用如图6所示的装置研究光电效应现象，当用光子能量为2.5 eV的光照射到光电管上时，电流表G的读数为0.2 mA.移动滑动变阻器的触点c，当电压表的示数大于或等于0.7 V时，电流表G的读数为0.则A.光电管阴极的逸出功为1.8 eVB.开关K断开后，没有电流流过电流表GC.光电子的最大初动能为0.7 eVD.改用能量为1.5 eV的光子照射，电流表 G也有电流通过，但电流较小图图634解析该装置所加的电压为反向电压，当电压表的示数大于或等于0.7 V时
12、，电流表的读数为0，可知光电子的最大初动能为0.7 eV，根据光电效应方程EkhW0，可得W01.8 eV，故A、C正确；开关K断开后，用光子能量为2.5 eV的光照射到光电管上时会发生光电效应，有光电子逸出，则有电流流过电流表，故B错误；改用能量为1.5 eV的光子照射，由于光电子的能量小于逸出功，不能发生光电效应，无光电流，故D错误.344.(光电效应方程)(多选)(2019江西九江市期末)如图7是某金属在光的照射下产生的光电子的最大初动能Ek与入射光频率的关系图象，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hcC.图线的斜率与普朗克常量无关D.入射光的频率为2c时，产生的光
13、电子的最大初动能为E图图734解析根据光电效应方程有EkhW0，由此结合图象可知，该金属的逸出功为E，W0hc，图线的斜率表示普朗克常量，当入射光的频率为2c时，代入方程可知产生的光电子的最大初动能为E，故A、B、D正确，C错误.3403考点三波粒二象性及物质波基础回扣1.光的波粒二象性(1)光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有 .(2)光电效应说明光具有 .(3)光既具有波动性，又具有粒子性，称为光的 .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 ，p为运动物体的动量，h为普朗克常量.波动性粒子性波粒二象性3.概率波光的干涉现象是大量光子的运动遵循波
14、动规律的表现，亮条纹是光子到达概率 的地方，暗条纹是光子到达概率 的地方，因此光波又叫概率波.大小例5(2020浙江7月选考5)下列说法正确的是A.质子的德布罗意波长与其动能成正比B.天然放射的三种射线，穿透能力最强的是射线C.光电效应实验中的截止频率与入射光的频率有关D.电子束穿过铝箔后的衍射图样说明电子具有波动性天然放射的、射线中，射线电离作用最强，射线的穿透能力最强，故B错误；在光电效应实验中，当入射光频率低于截止频率时不能发生光电效应，截止频率与金属的逸出功有关，而与入射光的频率无关，故C错误；电子束的衍射现象说明电子(实物粒子)具有波动性，故D正确.跟进训练5.(波粒二象性)(多选)
15、(2019甘肃天水市调研)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，它们的德布罗意波的波长也相等566.(波粒二象性)下列说法中正确的是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.射线具有显著的粒子性，而不具有波动性56课时精练04双基巩固练1.黑体辐射的强度与波长的关系如图1所示，由图可知下列说法错误的是A.随着温度的升高，各种波长的辐射强度都增加B.随着温度的升
16、高，辐射强度的极大值向着波长 较短的方向移动C.任何温度下，黑体都会辐射各种波长的电磁波D.不同温度下，黑体只会辐射相对应的某些波长 的电磁波123456789 10111213图图114解析由题图可以看出，随着温度的升高，各种波长的辐射强度都增加，故A正确；随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，故B正确；任何温度下，黑体都会辐射各种波长的电磁波，故C正确，D错误.123456789 10111213142.关于光电效应，下列说法正确的是A.截止频率越大的金属材料逸出功越大B.只要光照射的时间足够长，任何金属都能产生光电效应C.从金属表面逸出的光电子的最大初动能越大，这种金属的
17、逸出功越小D.入射光的光强一定时，频率越高，单位时间内逸出的光电子数就越多123456789 1011121314123456789 10111213解析逸出功W0hc，W0c，A正确；只有照射光的频率大于或等于金属的截止频率c，才能产生光电效应，B错误；由光电效应方程EkhW0知，入射光频率不确定时，无法确定Ek与W0的关系，C错误；频率一定，入射光的光强越大，单位时间内逸出的光电子数越多，D错误.143.(2020河南洛阳市月考)下列有关波粒二象性的说法中，正确的是A.大量光子的行为往往表现出光的粒子性B.光电效应现象说明了光具有波粒二象性C.康普顿效应现象说明光具有粒子性D.实物粒子不具
18、有波粒二象性123456789 1011121314123456789 10111213解析光具有波粒二象性是微观世界具有的特殊规律，大量光子运动的规律表现出光的波动性，而单个光子或少数光子的运动表现出光的粒子性，故A错误；光电效应说明光具有粒子性，故B错误；康普顿效应现象说明光具有粒子性，故C正确；宏观物体的德布罗意波的波长太小，实际很难观察到波动性，不是不具有波粒二象性，故D错误.144.(2020北京市人大附中高三质检)频率为的光照射某金属时，产生光电子的最大初动能为Ekm.改为频率为2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.Ekmh B.2EkmC.Ekmh
19、D.Ekm2h123456789 10111213解析根据爱因斯坦光电效应方程得EkmhW0，若入射光频率变为2，则Ekmh2W02h(hEkm)hEkm，故选项C正确.145.(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2甲所示是该实验装置的简化图，如图乙所示为电子束的衍射图样，下列说法正确的是A.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123456789 10111213图图214解析电子属于实物粒子，电子衍射实验说明电子具有波动性，说明物质波理
20、论是正确的，与光的波动性无关，B、D正确，C错误；123456789 10111213物质波也是概率波，亮条纹是电子到达概率大的地方，A正确.146.(2021广东高三调研试题)如图3所示，用a、b、c三种色光照射光电管阴极K进行光电效应的实验，a、c为红光且a光较强，b为蓝光且光强介于a光和c光之间，某次实验先用c光入射时，有光电流产生，下列说法错误的是A.当换用a光入射时，入射光的光强变大，饱和光电流变大B.当换用b光入射时，光电子的最大初动能变大，饱和光电 流变大C.若保持光的光强不变，不断减小入射光的频率，则始终有 光电流产生D.遏止电压的大小与入射光的频率有关，与入射光的光强无关12
21、3456789 10111213图图314解析饱和光电流与入射光的强度成正比，当换用a光入射时，入射光的频率不变，入射光的光强变大，饱和光电流变大，故A正确；根据光电效应的规律，光电子的最大初动能随入射光频率123456789 10111213的增大而增大，当换用b光入射时，入射光的频率变大，光电子的最大初动能变大，光强变强(光子个数增大)，则饱和光电流变大，故B正确；如果入射光的频率小于截止频率将不会发生光电效应，不会有光流产生，故C错误；14123456789 10111213根据爱因斯坦光电效应方程可得EkhW0eUc，分析可知遏止电压Uc及最大初动能Ek与入射光的频率有关，与入射光的强
22、度无关，故D正确.14123456789 101112137.(多选)(2017全国卷19)在光电效应实验中，分别用频率为a、b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Ua和Ub，光电子的最大初动能分别为Eka和Ekb.h为普朗克常量.下列说法正确的是A.若ab，则一定有UaUbB.若ab，则一定有EkaEkbC.若UaUb，则一定有EkaEkbD.若ab，则一定有haEkahbEkb14解析由爱因斯坦光电效应方程得，EkhW0，由动能定理得，EkeU，用a、b单色光照射同种金属时，逸出功W0相同.当ab时，一定有EkaEkb，UaUb，故选项A错误，B正确；若UaUb，则一定
23、有EkaEkb，故选项C正确；因逸出功相同，有W0haEkahbEkb，故选项D错误.123456789 10111213148.(2018全国卷17)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1.281019 J.已知普朗克常量为6.631034 Js，真空中的光速为3.00108 ms1.能使锌产生光电效应的单色光的最低频率约为A.11014 Hz B.81014 HzC.21015 Hz D.81015 Hz123456789 1011121314123456789 10111213解析设单色光的最低频率为c，由光电效应方程得：Ekh1W0,0hcW0，解得c810
24、14 Hz，选B.149.(2020安徽淮北市模拟)图4甲为研究光电效应的电路图，当用频率为的光照金属阴极K时，通过调节光电管两端的电压U，测量对应的光电流强度I，绘制了如图乙所示的IU图象.已知电子所带电荷量为e，图象中遏止电压Uc、饱和光电流Im及入射光的频率、普朗克常量h均为已知量.下列说法正确的是A.光电子的最大初动能为heUcB.阴极金属的逸出功为eUcC.若增大原入射光的强度，则Uc和Im均会变化D.阴极金属的截止频率为123456789 10111213图图4能力提升练14解析光电子的最大初动能为EkmeUc，选项A错误；根据光电效应方程有EkmhW0eUc，则阴极金属的逸出功为
25、W0heUc，选项B错误；123456789 10111213若增大原入射光的强度，则最大初动能不变，则遏止电压Uc不变，但是饱和光电流Im会变化，选项C错误；1410.(2020新疆乌鲁木齐高三一模)我国99式主战坦克装有激光眩目系统，其激光发射功率为P，若激光的波长为，则该系统每秒发射的光子数是123456789 10111213设每秒(t1 s)激光器发出的光子数是n，则PtnE，1411.(2020山东临沂市高三月考)如图5所示，某种单色光照射到光电管的阴极上时，电流表有示数，则下列说法不正确的是A.入射的单色光的频率必须大于阴极材料的截止频率B.增大单色光的强度，电流表的示数将增大C
26、.滑片P向左移，电流表的示数将增大D.滑片P向左移，电流表的示数将减小，甚至为零123456789 10111213图图514123456789 10111213解析单色光照射到光电管的阴极上时，电流表有示数，说明发生了光电效应，因此入射的单色光的频率一定大于阴极材料的截止频率，故A正确；增大单色光的强度，则产生的光电流增大，电流表的示数增大，故B正确；当滑片P向左移时，光电管上加的是反向电压，电流表的示数将减小，甚至为0，故C错误，D正确.1412.(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(直线与横轴交点的横坐标为4.27，与纵轴交点的纵坐标为0.
27、5.普朗克常量h6.631034 Js，由图可知A.该金属的截止频率为4.271014 HzB.该金属的截止频率为5.51014 HzC.该图线的斜率表示普朗克常量D.该金属的逸出功为0.5 eV123456789 10111213图图614解析根据EkhW0，W0hc知，Ek图线在横轴上的截距表示截止频率，斜率表示普朗克常量，A、C正确，B错误；123456789 101112131413.(2020山东青岛市二模)图7甲为某实验小组探究光电效应规律的实验装置，分别使用a、b、c三束单色光在同一光电管中实验，得到光电流与对应电压之间的关系图象如图乙所示，下列说法正确的是A.a光频率最大，c光
28、频率最小B.a光与c光为同种色光，但a光强度大C.a光波长小于b光波长D.a光与c光照射同一金属，逸出光电 子的初动能相等123456789 10111213图图714解析由题图乙可知a、c的遏止电压相同，小于b的遏止电压，由UceEkhW0可知，acb，故A、C错误；由ac知a光与c光为同种色光，但a光比c光饱和电流大，所以a光强度大，故B正确；a、c光照射同一金属，最大初动能相等，但并不是逸出光电子的初动能都相等，故D错误.123456789 101112131414.(多选)(2020安徽六安市高三模拟)利用如图8甲所示的实验装置探究光电效应规律，已知实验中测得某种金属的遏止电压Uc与入射光频率之间的关系如图乙所示，电子的电荷量为e1.61019 C，则A.普朗克常量为B.该金属的逸出功为eU1C.电源的右端为正极D.若电流表的示数为10 A，则每秒内从阴极 发出的光电子数的最小值为6.251012个图图8123456789 1011121314123456789 10111213测遏止电压时，电源的左端为负极，右端为正极，选项C正确；每秒内发出的光电子的电荷量为qIt101061 C105 C，故每秒内至少发出6.251013个光电子，选项D错误.14
