（江蘇專版）2022年高考物理一輪復習 第十一章 第2節(jié) 波粒二象性講義（含解析）

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1、（江蘇專版）2022年高考物理一輪復習 第十一章 第2節(jié) 波粒二象性講義（含解析） (1)光子和光電子都是實物粒子。(×) (2)只要入射光的強度足夠強，就可以使金屬發(fā)生光電效應。(×) (3)要使某金屬發(fā)生光電效應，入射光子的能量必須大于金屬的逸出功。(√) (4)光電子的最大初動能與入射光子的頻率成正比。(×) (5)光的頻率越高，光的粒子性越明顯，但仍具有波動性。(√) (6)德國物理學家普朗克提出了量子假說，成功地解釋了光電效應規(guī)律。(×) (7)美國物理學家康普頓發(fā)現(xiàn)了康普頓效應，證實了光的粒子性。(√) (8)法國物理學家德布羅意大膽預言了實物粒子在一定條件下會表現(xiàn)

2、為波動性。(√) 突破點(一)　對光電效應的理解 1．與光電效應有關的五組概念對比 (1)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(fā)射出來的電子，其本質是電子。光子是光電效應的因，光電子是果。 (2)光電子的動能與光電子的最大初動能：光照射到金屬表面時，電子吸收光子的全部能量，可能向各個方向運動，需克服原子核和其他原子的阻礙而損失一部分能量，剩余部分為光電子的初動能；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的情況，才具有最大初動能。光電子的初動能小于或等于光電子的最大初動能。 (3)光電流與飽和光電流：金屬板飛出的

3、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，這個飽和值是飽和光電流，在一定的光照條件下，飽和光電流與所加電壓大小無關。 (4)入射光強度與光子能量：入射光強度指單位時間內照射到金屬表面單位面積上的總能量。 (5)光的強度與飽和光電流：飽和光電流與入射光強度成正比的規(guī)律是對頻率相同的光照射金屬產生光電效應而言的，對于不同頻率的光，由于每個光子的能量不同，飽和光電流與入射光強度之間沒有簡單的正比關系。 2．光電效應的研究思路 (1)兩條線索： (2)兩條對應關系： →→→ →→ [題點全練] 1．[多選](2019·南京六校聯(lián)

4、考)如圖所示是研究光電效應的電路，陰極K和陽極A是密封在真空玻璃管中的兩個電極，K在受到光照時能夠發(fā)射光電子。陽極A吸收陰極K發(fā)出的光電子，在電路中形成電流。如果用單色光a照射陰極K，電流表的指針發(fā)生偏轉；用單色光b照射光電管陰極K時，電流表的指針不發(fā)生偏轉。下列說法正確的是(　　) A．a光的波長一定小于b光的波長 B．只增加a光的強度可能使通過電流表的電流增大 C．只增加a光的強度可使逸出的光電子最大初動能變大 D．用單色光a照射陰極K，當電源的正、負極對調時，電流表的讀數可能減為零 解析：選ABD　由題意可知，用a光照射光電管時，發(fā)生光電效應，用b光照射時，不發(fā)生光電效應，則知

5、νa>νb，由λ＝知a光的波長小于b光的波長，A正確；只增加a光的強度，即增加了光子的個數，則產生的光電子數目增多，光電流增大，使通過電流表的電流增大，B正確；根據光電效應方程Ek＝hν－W0，最大初動能與入射光頻率有關，與強度無關，故只增加a光的強度逸出的光電子最大初動能不變，C錯誤；當正、負極對調后，形成反向電場，光電子在電場中做減速運動，若qU>Ekm，則光電子無法到達陽極A，電流表示數為0，D正確。 2．[多選](2017·海南高考)三束單色光1、2和3的波長分別為λ1、λ2和λ3(λ1＞λ2＞λ3)。分別用這三束光照射同一種金屬。已知用光束2照射時，恰能產生光電子。下列說法正確的是

6、(　　) A．用光束1照射時，不能產生光電子 B．用光束3照射時，不能產生光電子 C．用光束2照射時，光越強，單位時間內產生的光電子數目越多 D．用光束2照射時，光越強，產生的光電子的最大初動能越大 解析：選AC　依據波長與頻率的關系：λ＝，因λ1＞λ2＞λ3，那么ν1＜ν2＜ν3；由于用光束2照射時，恰能產生光電子，因此用光束1照射時，不能產生光電子，而光束3照射時，一定能產生光電子，故A正確，B錯誤；用光束2照射時，光越強，單位時間內產生的光電子數目越多，而由光電效應方程：Ekm＝hν－W，可知，光電子的最大初動能與光的強弱無關，故C正確，D錯誤。 3．(2018·江蘇高考)光

7、電效應實驗中，用波長為λ0的單色光A照射某金屬板時，剛好有光電子從金屬表面逸出。當波長為的單色光B照射該金屬板時，光電子的最大初動能為________，A、B兩種光子的動量之比為________。(已知普朗克常量為h、光速為c) 解析：該金屬的逸出功W＝hν0＝h 波長為的單色光的頻率ν＝ 根據光電效應方程得，光電子的最大初動能 Ek＝hν－W＝h－h(huán)＝ 根據p＝，得A、B兩光子的動量之比 ＝＝。 答案：　1∶2 突破點(二)　愛因斯坦的光電效應方程及應用 1．三個關系 (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可以利用光電管實驗的方法測得

8、，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，它與極限頻率νc的關系是W0＝hνc。 2．四類圖像 圖像名稱 圖線形狀 讀取信息 最大初動能Ek與入射光頻率ν的關系圖線 ①截止頻率(極限頻率)：圖線與ν軸交點的橫坐標νc ②逸出功：圖線與Ek軸交點的縱坐標的值W0＝|－E|＝E ③普朗克常量：圖線的斜率k＝h 遏止電壓Uc與入射光頻率ν的關系圖線 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。(注：此時兩極之間接反向電壓) 顏色相同、強度不

9、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 ②飽和光電流Im：電流的最大值 ③最大初動能：Ekm＝eUc 顏色不同時，光電流與電壓的關系 ①遏止電壓Uc1、Uc2 ②飽和光電流 ③最大初動能Ek1＝eUc1，Ek2＝eUc2 [典例]　(2019·南通一模)利用圖甲所示電路研究光電效應中金屬的遏止電壓Uc與入射光頻率ν的關系，描繪出如圖乙所示的圖像，由此算出普朗克常量h。圖乙中U1、ν1、ν0均為已知量，電子電荷量用e表示。當入射光的頻率增大時，為了測定遏止電壓，滑動變阻器的滑片P應向_____(選填“M”或“N”)端移動，由Uc-ν圖像可求得普朗克常

10、量h＝______。(用題中字母表示)。 [解析]　入射光的頻率增大，光電子的最大初動能增大，則遏止電壓增大，測遏止電壓時，應使滑動變阻器的滑片P向N端移動；根據Ekm＝hν－W0＝eUc，由Uc-ν圖像可知，當遏止電壓為零時，ν＝ν0，所以這種金屬的截止頻率為ν0；根據Ekm＝hν－W0＝eUc，解得Uc＝－，圖線的斜率k＝＝，則h＝。 [答案]　N　 [易錯提醒]　應用光電效應方程時的注意事項 (1)每種金屬都有一個截止頻率，入射光頻率大于這個截止頻率時才能發(fā)生光電效應。 (2)截止頻率是發(fā)生光電效應的最小頻率，對應著光的極限波長和金屬的逸出功，即hνc＝h＝W0。 (3)

11、應用光電效應方程Ek＝hν－W0時，注意能量單位電子伏和焦耳的換算(1 eV＝1.6×10－19 J)。 [集訓沖關] 1．(2019·如皋模擬)用同一光電管研究a、b兩種單色光產生的光電效應，得到光電流I與光電管兩極間所加電壓U的關系如圖所示。關于這兩種光的比較，下列說法正確的是(　　) A．a光的頻率大 B．b光子的能量小 C．增大a光光照強度，其對應的飽和電流增大 D．a光照射該光電管時逸出的光電子最大初動能大 解析：選C　由題圖可得b光照射光電管時反向遏止電壓大，由Ekm＝hν－W0＝eUc可知b光照射光電管時逸出的光電子最大初動能大，故D錯誤；由D的分析可知b光的頻率大

12、，光子的能量大，故A、B錯誤；增大a光光照強度，單位時間內產生的光電子數增多，所以飽和電流大，故C正確。 2．[多選](2018·宿遷期末)如圖所示為金屬A和B的遏止電壓Uc和入射光頻率ν的關系圖像，由圖可知(　　) A．金屬A的逸出功大于金屬B的逸出功 B．金屬A的截止頻率小于金屬B的截止頻率 C．圖像的斜率為普朗克常量 D．如果用頻率為5.5×1014 Hz的入射光照射兩種金屬，從金屬A逸出光電子的最大初動能較大 解析：選BD　根據愛因斯坦光電效應方程Ekm＝hν－W0及能量守恒定律方程：eUc＝Ekm，得：Uc＝－。當Uc＝0時，對應的頻率為截止頻率，由題圖知，金屬A的截

13、止頻率 小于金屬B的截止頻率，故B正確；截止頻率對應的光子能量等于金屬的逸出功，金屬的逸出功為W0＝hνc，νc是截止頻率，所以金屬A的逸出功小于金屬B的逸出功，故A錯誤；根據Uc＝－，斜率為，故C錯誤；由于A的逸出功較小，用相同頻率的光照射A、B兩金屬時，從金屬A逸出光電子的最大初動能較大，故D正確。 3．(2019·如東檢測)下表是按照密立根的方法研究光電效應實驗時得到的某金屬的遏止電壓Uc與照射光頻率ν的幾組數據，并由此繪制Uc-ν圖像如圖甲所示(已知e＝1.6×10－19C)。求： Uc/V 0.541 0.637 0.714 0.809 0.878 ν/(×1014

14、 Hz) 5.644 5.888 6.098 6.303 6.501 (1)這種金屬的截止頻率； (2)普朗克常量； (3)如圖乙，在給定的坐標系中完成光電子最大初動能Ek-ν關系圖像。 解析：(1)由題圖甲可知，金屬的極限頻率ν0＝4.25×1014 Hz。 (2)在圖像中取(5.50×1014 Hz,0.50 V)點，設普朗克常量為h，由動能定理和光電效應方程可得－eUc＝0－Ek Ek＝hν－h(huán)ν0 則Uc＝ν－ν0 解得h＝6.4×10－34 J·s。 (3)由于Ek＝hν－h(huán)ν0 Ek-ν關系圖像如圖所示。 答案：(1)4.25×101

15、4 Hz　(2)6.4×10－34 J·s　(3)圖見解析 突破點(三)　對波粒二象性的理解 1．對光的波動性和粒子性的進一步理解 光的波動性 光的粒子性 實驗基礎 干涉和衍射 光電效應、康普頓效應 表現(xiàn) ①光是一種概率波，即光子在空間各點出現(xiàn)的可能性大小(概率)可用波動規(guī)律來描述 ②大量的光子在傳播時，表現(xiàn)出光的波動性 ①當光同物質發(fā)生作用時，這種作用是“一份一份”進行的，表現(xiàn)出粒子的性質 ②少量或個別光子容易顯示出光的粒子性 說明 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 ①粒子的含義是“不連續(xù)”、“一

16、份一份”的 ②光子不同于宏觀觀念的粒子 2．波動性和粒子性的對立與統(tǒng)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。 (3)光子說并未否定波動說，E＝hν＝中，ν和λ就是波的概念。 (4)波和粒子在宏觀世界是不能統(tǒng)一的，而在微觀世界卻是統(tǒng)一的。 3．物質波 (1)定義：任何運動著的物體都有一種波與之對應，這種波叫做物質波，也叫德布羅意波。 (2)物質波的波長：λ＝＝，h是普朗克常量。 [題點全練] 1．[多選](2018·金陵中學期末)利用金屬晶格(大小約10－10 m)作為障礙物觀察電子的

17、衍射圖樣，方法是讓電子束通過電場加速后，照射到金屬晶格上，從而得到電子的衍射圖樣。已知電子質量為m，電荷量為e，初速度為0，加速電壓為U，普朗克常量為h。下列說法正確的是(　　) A．該實驗說明了電子具有波動性 B．實驗中電子束的德布羅意波的波長為λ＝ C．加速電壓U越大，電子衍射現(xiàn)象越明顯 D．若用相同動能的質子替代電子，衍射現(xiàn)象將更加明顯 解析：選AB　該實驗觀察電子的衍射圖樣，衍射現(xiàn)象說明粒子的波動性，A正確；電子束通過電場加速，由動能定理可得eU＝mv2，故有p＝mv＝，所以實驗中電子束的德布羅意波的波長為λ＝＝，加速電壓U越大，波長越小，那么，衍射現(xiàn)象越不明顯，B正確，C錯

18、誤；若用相同動能的質子替代電子，質量變大，那么粒子動量p＝變大，故德布羅意波的波長λ＝變小，故衍射現(xiàn)象將不明顯，D錯誤。 2．[多選]實物粒子和光都具有波粒二象性，下列現(xiàn)象或事實中突出體現(xiàn)波動性的是(　　) A．光的衍射現(xiàn)象 B．電子束通過雙縫實驗后可以形成干涉圖樣 C．人們利用電子顯微鏡觀測物質的微觀結構 D．光電效應實驗中，光電子的最大初動能與入射光的頻率有關，與入射光的強度無關 解析：選ABC　衍射是波具有的特性，所以光的衍射現(xiàn)象說明光具有波動性，故A正確；干涉是波具有的特性，電子束通過雙縫實驗裝置后可以形成干涉圖樣，說明電子具有波動性，故B正確；人們利用電子顯微鏡觀測物質的微觀結構，說明電子可以產生衍射現(xiàn)象，說明電子具有波動性，故C正確；光電效應實驗，是能夠從金屬中打出光電子，說明的是光的粒子性，不能說明光的波動性，故D錯誤。