第1講光電效應(yīng)波粒二象性第十五章近代物理1.理解光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律，會(huì)利用光電效應(yīng)方程計(jì)算逸出功、最大初動(dòng)能、截止頻率等物理量。2.會(huì)分析光電效應(yīng)的圖像問題。3.理解物質(zhì)波的概念，理解光的波粒二象性。學(xué)習(xí)目標(biāo)目

錄CONTENTS夯實(shí)必備知識(shí)01研透核心考點(diǎn)02提升素養(yǎng)能力03夯實(shí)必備知識(shí)1一、黑體輻射及實(shí)驗(yàn)規(guī)律1.熱輻射(1)定義:周圍的一切物體都在輻射________，這種輻射與物體的______有關(guān)，所以叫熱輻射。(2)特點(diǎn):熱輻射強(qiáng)度按波長的分布情況隨物體______的不同而有所不同。電磁波溫度溫度2.黑體、黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律(1)黑體:能夠__________入射的各種波長的電磁波而不發(fā)生反射的物體。(2)黑體輻射的實(shí)驗(yàn):①對(duì)于一般材料的物體，輻射電磁波的情況除與______有關(guān)外，還與材料的______及表面狀況有關(guān)。②黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長的分布只與黑體的______有關(guān)。隨著溫度的升高，一方面，各種波長的輻射強(qiáng)度都有______，另一方面，輻射強(qiáng)度的極大值向波長較短的方向移動(dòng)，如圖所示。完全吸收溫度種類溫度增加3.能量子(1)定義:普朗克認(rèn)為，當(dāng)帶電微粒輻射或吸收能量時(shí)，只能輻射或吸收某個(gè)最小能量值ε的________，這個(gè)不可再分的最小能量值ε叫作能量子。(2)能量子大小:ε＝______，其中ν是帶電微粒吸收或輻射電磁波的頻率，h稱為普朗克常量。h＝6.626×10－34J·s(一般取h＝6.63×10－34J·s)。整數(shù)倍hν二、光電效應(yīng)及其規(guī)律1.光電效應(yīng)現(xiàn)象

照射到金屬表面的光，能使金屬中的______從表面逸出的現(xiàn)象。發(fā)射出來的電子叫________。2.光電效應(yīng)的產(chǎn)生條件

入射光的頻率____________金屬的截止頻率。電子光電子大于或等于3.光電效應(yīng)規(guī)律(1)每種金屬都有一個(gè)截止頻率，入射光的頻率必須____________這個(gè)極限頻率才能產(chǎn)生光電效應(yīng)。(2)光電子的最大初動(dòng)能與入射光的______無關(guān)，只隨入射光頻率的增大而______。(3)光電效應(yīng)的發(fā)生幾乎是瞬時(shí)的，一般不超過10－9s。(4)當(dāng)入射光的頻率大于截止頻率時(shí)，飽和光電流的大小與入射光的強(qiáng)度成______。大于或等于強(qiáng)度增大正比三、愛因斯坦光電效應(yīng)方程1.光子說:在空間傳播的光不是連續(xù)的，而是一份一份的，每一份叫作一個(gè)光子，光子的能量ε＝______。2.逸出功W0:電子從金屬中逸出所需做功的________。3.最大初動(dòng)能:發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)，金屬表面上的______吸收光子后克服原子核的引力逸出時(shí)所具有的動(dòng)能的最大值。4.光電效應(yīng)方程:hν＝Ek＋W0或Ek＝____________。hν最小值電子hν－W0四、光的波粒二象性與物質(zhì)波1.光的波粒二象性 (1)光的干涉、衍射、偏振現(xiàn)象說明光具有______性。 (2)光電效應(yīng)說明光具有______性。 (3)光既具有波動(dòng)性，又具有粒子性，即光具有____________。2.物質(zhì)波:任何一個(gè)運(yùn)動(dòng)著的物體，小到微觀粒子大到宏觀物體都有一種波與它對(duì)

應(yīng)，其波長λ＝_________，p為運(yùn)動(dòng)物體的動(dòng)量，h為普朗克常量。波動(dòng)粒子波粒二象性

1.思考判斷×1.黑體能夠反射各種波長的電磁波，但不會(huì)輻射電磁波。()2.微觀粒子的能量是量子化的，即微觀粒子的能量是分立的。()3.只要入射光的強(qiáng)度足夠大，就可以使金屬發(fā)生光電效應(yīng)。()4.要使某金屬發(fā)生光電效應(yīng)，入射光子的能量必須大于或等于該金屬的逸出功。()5.光電子的最大初動(dòng)能與入射光子的頻率成正比。()√×√×研透核心考點(diǎn)2考點(diǎn)二光電效應(yīng)規(guī)律的理解和應(yīng)用考點(diǎn)一黑體輻射能量子考點(diǎn)三光電效應(yīng)的四類圖像考點(diǎn)四光的波粒二象性物質(zhì)波考點(diǎn)一黑體輻射能量子1.黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律(1)溫度一定時(shí)，黑體輻射強(qiáng)度隨波長的分布有一個(gè)極大值。(2)隨著溫度的升高各種波長的輻射強(qiáng)度都有增加，輻射強(qiáng)度的極大值向波長較短的方向移動(dòng)。

1.(黑體輻射)(多選)關(guān)于黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律如圖所示，下列說法正確的是(

)跟蹤訓(xùn)練ADA.黑體能夠完全吸收照射到它上面的光波B.隨著溫度的降低，各種波長的光輻射強(qiáng)度都有所增加C.隨著溫度的升高，輻射強(qiáng)度極大值向波長較長的方向移動(dòng)D.黑體輻射的強(qiáng)度只與它的溫度有關(guān)，與形狀和黑體材料無關(guān)解析

能完全吸收照射到它上面的各種頻率的電磁輻射的物體稱為黑體，故A正確;由題圖可知，隨溫度的降低，各種波長的光輻射強(qiáng)度都有所減小，故B錯(cuò)誤;隨著溫度的升高，黑體輻射強(qiáng)度的極大值向波長較短的方向移動(dòng)，故C錯(cuò)誤;一般物體輻射電磁波的情況與溫度有關(guān)，還與材料的種類及表面情況有關(guān)，但黑體輻射電磁波的情況只與它的溫度有關(guān)，故D正確。

A

考點(diǎn)二光電效應(yīng)規(guī)律的理解和應(yīng)用

1.“四點(diǎn)”提醒(1)能否發(fā)生光電效應(yīng)，不取決于光的強(qiáng)度而取決于光的頻率。(2)光電效應(yīng)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(guān)。(4)光電子不是光子，而是電子。

例1

(2024·海南卷，8)利用如圖所示的裝置研究光電效應(yīng)，單刀雙擲開關(guān)S與1接通，用頻率為ν1的光照射光電管，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，使電流表的示數(shù)剛好為0，此時(shí)電壓表的示數(shù)為U1，已知電子電荷量絕對(duì)值為e，普朗克常量為h，下列說法正確的是(

)D

跟蹤訓(xùn)練3.(多選)(2024·黑吉遼卷，8)X射線光電子能譜儀是利用X光照射材料表面激發(fā)出光電子，并對(duì)光電子進(jìn)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(qiáng)度，則(

) A.該金屬的逸出功增大 B.X光的光子能量不變 C.逸出的光電子最大初動(dòng)能增大 D.單位時(shí)間逸出的光電子數(shù)增多BD解析

金屬的逸出功與金屬本身有關(guān)，與入射光無關(guān)，A錯(cuò)誤;光子的能量ε＝hν，與入射光強(qiáng)度無關(guān)，B正確;根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程hν＝Ek＋W0可知，逸出的光電子最大初動(dòng)能與入射光的強(qiáng)度無關(guān)，C錯(cuò)誤;入射光的強(qiáng)度增加，可知單位時(shí)間內(nèi)入射光的總能量增加，每個(gè)光子的能量不變，故單位時(shí)間內(nèi)入射的光子數(shù)增多，則單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子數(shù)增多，D正確。4.如圖所示為研究光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)的電路圖。初始時(shí)刻，滑動(dòng)觸頭P在O點(diǎn)左側(cè)靠近a點(diǎn)某位置，用一定強(qiáng)度的綠光照射光電管K極，當(dāng)閉合開關(guān)后，微安表的示數(shù)不為0，則在P向b端移動(dòng)的過程中(

)CA.微安表的示數(shù)不斷增大B.微安表的示數(shù)可能為零C.到達(dá)A極的光電子動(dòng)能不斷增大D.K極逸出的光電子的最大初動(dòng)能不斷增大解析

在P向b端移動(dòng)的過程中，在到達(dá)O點(diǎn)之前，A極電勢(shì)低于K極電勢(shì)，隨著P靠近O，靜電力對(duì)光電子做的負(fù)功越來越少，微安表的示數(shù)增大;過了O點(diǎn)之后，A極電勢(shì)高于K極電勢(shì)，靜電力對(duì)光電子做正功，微安表的示數(shù)增大，當(dāng)達(dá)到飽和電流后微安表的示數(shù)不再增大，A、B錯(cuò)誤;P到達(dá)O點(diǎn)前靜電力對(duì)光電子做的負(fù)功減小，過了O點(diǎn)后靜電力對(duì)光電子做的正功逐漸增大，根據(jù)動(dòng)能定理可知到達(dá)A極的光電子動(dòng)能不斷增大，C正確;根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0，可知K極逸出的光電子的最大初動(dòng)能不變，D錯(cuò)誤。拓展

將滑片P停在適當(dāng)位置不動(dòng)，若提高綠光強(qiáng)度，則金屬的逸出功

，光電子的最大初動(dòng)能

，飽和電流

(均選填“增大”“減小”或“不變”)。

答案不變不變?cè)龃罂键c(diǎn)三光電效應(yīng)的四類圖像圖像名稱圖線形狀由圖線直接(間接)得到的物理量最大初動(dòng)能Ek與入射光頻率ν的關(guān)系圖線①極限頻率:圖線與ν軸交點(diǎn)的橫坐標(biāo)νc②逸出功:圖線與Ek軸交點(diǎn)的縱坐標(biāo)的絕對(duì)值W0＝|－E|＝E③普朗克常量:圖線的斜率k＝h遏止電壓Uc與入射光頻率ν的關(guān)系圖線①極限頻率νc:圖線與橫軸的交點(diǎn)的橫坐標(biāo)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:此時(shí)兩極之間接反向電壓)圖像名稱圖線形狀由圖線直接(間接)得到的物理量顏色相同、強(qiáng)度不同的光，光電流與電壓的關(guān)系圖線①遏止電壓Uc:圖線與橫軸的交點(diǎn)的橫坐標(biāo)②飽和光電流Im:光電流的最大值③最大初動(dòng)能:Ek＝eUc顏色不同時(shí)，光電流與電壓的關(guān)系圖線①遏止電壓Uc1、Uc2②飽和光電流Im1、Im2③最大初動(dòng)能:Ek1＝eUc1，Ek2＝eUc2例2

(2025·河南部分名校聯(lián)考)研究某種金屬的光電效應(yīng)規(guī)律，所得相關(guān)圖像分別如圖甲、乙、丙、丁所示，Ek為光電子的最大初動(dòng)能、ν為入射光的頻率、I為光電流、U為兩極板間的電壓、Uc為遏止電壓。下列說法正確的是(

)D

跟蹤訓(xùn)練5.(2025·四川精準(zhǔn)教學(xué)聯(lián)盟模擬)如圖甲，分別用a、b兩種材料作K極進(jìn)行光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)研究，用頻率為ν的入射光照射K極，且保持入射光不變，則光電子到達(dá)A極時(shí)動(dòng)能的最大值Ekm隨電壓U變化關(guān)系圖像如圖乙所示，且兩線平行，已知普朗克常量h。則下列說法正確的是(

)BA.圖線1、2斜率k是普朗克常量hB.圖線1、2斜率k是電子電荷量eC.材料a的逸出功W1＝hν＋E0D.材料a、b的逸出功之比為1∶2解析

根據(jù)光電效應(yīng)方程得Ek＝hν－W0，根據(jù)動(dòng)能定理得eU＝Ekm－Ek，聯(lián)立得Ekm＝eU＋hν－W0，可知圖線1、2斜率k是電子電荷量e，故A錯(cuò)誤，B正確;根據(jù)Ekm＝eU＋hν－W0，設(shè)材料a、b的逸出功分別為W1、W2，

1.對(duì)光的波粒二象性的理解考點(diǎn)四光的波粒二象性物質(zhì)波從數(shù)量上看個(gè)別光子的作用效果往往表現(xiàn)為粒子性，大量光子的作用效果往往表現(xiàn)為波動(dòng)性從頻率上看頻率越低波動(dòng)性越顯著，越容易看到光的干涉和衍射現(xiàn)象，頻率越高粒子性越顯著，越不容易看到光的干涉和衍射現(xiàn)象，貫穿本領(lǐng)越強(qiáng)從傳播與作用上看光在傳播過程中往往表現(xiàn)出波動(dòng)性，在與物質(zhì)發(fā)生作用時(shí)往往表現(xiàn)出粒子性波動(dòng)性與粒子性的統(tǒng)一由光子的能量ε＝hν、光子的動(dòng)量表達(dá)式p＝可以看出，光的波動(dòng)性和粒子性并不矛盾，表示粒子性的粒子能量和動(dòng)量的計(jì)算式中都含有表示波的特征的物理量——頻率ν和波長λ

AD

跟蹤訓(xùn)練6.(多選)電子雙縫干涉實(shí)驗(yàn)是近代證實(shí)物質(zhì)波存在的實(shí)驗(yàn)。如圖所示，電子槍持續(xù)發(fā)射的電子動(dòng)量為1.2×10－23kg·m/s，然后讓它們通過雙縫打到屏上。已知電子質(zhì)量取9.1×10－31kg，普朗克常量取6.6×10－34J·s，下列說法正確的是(

)BDA.發(fā)射電子的動(dòng)能約為8.0×10－15JB.發(fā)射電子的物質(zhì)波波長約為5.5×10－11mC.只有成對(duì)電子分別同時(shí)通過雙縫才能發(fā)生干涉D.如果電子是一個(gè)一個(gè)發(fā)射的，仍能得到干涉圖樣

提升素養(yǎng)能力3A級(jí)基礎(chǔ)對(duì)點(diǎn)練B對(duì)點(diǎn)練1

黑體輻射

能量子1.(2024·湖南卷，1)量子技術(shù)是當(dāng)前物理學(xué)應(yīng)用研究的熱點(diǎn)，下列關(guān)于量子論的說法正確的是(

) A.普朗克認(rèn)為黑體輻射的能量是連續(xù)的 B.光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)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(duì)X射線散射時(shí)，發(fā)現(xiàn)散射后僅有波長小于原波長的射線成分 D.德布羅意認(rèn)為質(zhì)子具有波動(dòng)性，而電子不具有波動(dòng)性解析

普朗克認(rèn)為黑體輻射的能量是量子化的，A錯(cuò)誤;紫光的頻率大于紅光的頻率，由愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0可知，若改用紫光照射此金屬表面，一定能發(fā)生光電效應(yīng)，即電子從金屬表面逸出，B正確;康普頓散射實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，X射線被較輕物質(zhì)(石墨、石蠟)等散射后除了有波長與原波長相同的成分外還有波長較長的成分，C錯(cuò)誤;德布羅意認(rèn)為實(shí)物粒子具有波粒二象性，D錯(cuò)誤。B2.(2025·陜西榆林模擬)阿秒激光脈沖是目前人類所能控制的最短時(shí)間過程，可用來測量原子內(nèi)繞核運(yùn)動(dòng)電子的動(dòng)態(tài)行為等超快物理現(xiàn)象。若實(shí)驗(yàn)室中產(chǎn)生了1個(gè)阿秒激光脈沖，該激光在真空中的波長λ＝50nm，真空中的光速c＝3.0×108m/s，普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，則該阿秒激光脈沖的光子的能量約為(

)A.3.98×10－17J B.3.98×10－18JC.3.98×10－19J D.3.98×10－20J

BC3.(多選)(2024·貴州卷，8)我國在貴州平塘建成了世界最大單口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡FAST，其科學(xué)目標(biāo)之一是搜索地外文明。在宇宙中，波長位于搜索地外文明的射電波段的輻射中存在兩處較強(qiáng)的輻射，一處是波長為21cm的中性氫輻射，另一處是波長為18cm的羥基輻射。在真空中，這兩種波長的輻射相比，中性氫輻射的光子(

) A.頻率更大

B.能量更小 C.動(dòng)量更小

D.傳播速度更大

C對(duì)點(diǎn)練2

光電效應(yīng)規(guī)律的理解和應(yīng)用4.表中給出了鋁和鈣的截止頻率和逸出功，已知普朗克常量與光速的乘積為

1240eV·nm，若用200nm的光分別照射兩種金屬，下列選項(xiàng)正確的是(

)金屬鋁鈣νc/(×1014

Hz)10.17.73W0/eV4.23.2A.只有金屬鈣能發(fā)生光電效應(yīng)B.若增大入射光的波長，則截止頻率減小C.金屬鋁和鈣對(duì)應(yīng)遏止電壓之比為2∶3D.金屬鋁和鈣對(duì)應(yīng)遏止電壓之比為21∶16

C5.如圖所示，在研究光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中，保持P的位置不變，用單色光a照射陰極K，電流計(jì)G的指針不發(fā)生偏轉(zhuǎn);改用另一頻率的單色光b照射K，電流計(jì)的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，那么(

)A.增加a光的強(qiáng)度一定能使電流計(jì)的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)B.用b光照射時(shí)通過電流計(jì)的電流由d到cC.增加b光的強(qiáng)度能使通過電流計(jì)的電流增大D.a光的波長一定小于b光的波長解析

用單色光a照射陰極K，電流計(jì)G的指針不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，說明a光的頻率小于陰極K的截止頻率，增加a光的強(qiáng)度也無法使電流計(jì)的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，故A錯(cuò)誤;電子運(yùn)動(dòng)方向從d到c，電流方向從c到d，故B錯(cuò)誤;只增加b光的強(qiáng)度可以使光電流增大，使通過電流計(jì)的電流增大，故C正確;b光能使陰極K發(fā)生光電效應(yīng)，b光的頻率大于陰極K的截止頻率，也就大于a光的頻率，b光的波長一定小于a光的波長，故D錯(cuò)誤。A對(duì)點(diǎn)練3

光電效應(yīng)的四類圖像6.如圖是密立根于1916年發(fā)表的鈉金屬光電效應(yīng)的遏止電壓Uc與入射光頻率ν的實(shí)驗(yàn)曲線，該實(shí)驗(yàn)直接證明了愛因斯坦光電效應(yīng)方程，并且第一次利用光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)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8.5×1014HzC.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

AC7.(多選)用如圖甲所示的電路研究電子逸出的情況，陰極K在受到光照時(shí)能夠逸出電子，陽極A吸收陰極K逸出的電子，在電路中形成光電流。在光照條件不變的情況下改變光電管兩端的電壓得到圖乙。斷開開關(guān)換用不同頻率的單色光照射陰極K，得到電子最大初動(dòng)能與入射光波長倒數(shù)的關(guān)系圖像如圖丙所示。下列說法正確的是(

)

A對(duì)點(diǎn)練4

光的波粒二象性

物質(zhì)波8.(2024·山東菏澤模擬)英國物理學(xué)家G.P.湯姆孫在實(shí)驗(yàn)中讓靜止的電子束通過電場加速后，通過多晶薄膜得到了如圖所示的衍射圖樣，該實(shí)驗(yàn)說明了實(shí)物粒子也具有波動(dòng)性，運(yùn)動(dòng)的實(shí)物粒子對(duì)應(yīng)的