专题35 光电效应 波粒二象性解析版文档格式.docx

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A．改用紫外线照射K，电流表中没有电流通过

B．只增加该可见光的强度，电流表中通过的电流将变大

C．若将滑动变阻器的滑片滑到A端，电流表中一定无电流通过

D．若将滑动变阻器的滑片向B端滑动，电流表示数可能不变

【答案】BD

【解析】用频率为ν的可见光照射阴极K，能发生光电效应，则该可见光的频率大于阴极材料的极限频率，紫外线的频率大于可见光的频率，故用紫外线照射K，也一定能发生光电效应，电流表中有电流通过，A错误；

只增加可见光的强度，单位时间内逸出金属表面的光电子数增多，电流表中通过的电流将变大，B正确；

滑动变阻器的滑片滑到A端，光电管两端的电压为零，但光电子有初动能，故电流表中仍有电流通过，C错误；

滑动变阻器的滑片向B端滑动时，若电流已达到饱和光电流，则电流表示数可能不变，D正确．

【例2】

（2018·

全国卷Ⅱ·

17）用波长为300nm的光照射锌板，电子逸出锌板表面的最大初动能为1.28×

10－19J．已知普朗克常量为6.63×

10－34J·

s，真空中的光速为3.00×

108m·

s－1.能使锌产生光电效应的单色光的最低频率约为（　　）

A．1×

1014HzB．8×

1014Hz

C．2×

1015HzD．8×

1015Hz

【答案】　B

【解析】　设单色光的最低频率为ν0，由Ek＝hν－W0知

Ek＝hν1－W0,0＝hν0－W0，又知ν1＝

整理得ν0＝

－

，解得ν0≈8×

1014Hz.

【变式1】

（2020·

北京市东城区二模）研究光电效应的实验规律的电路图如图2所示，加正向电压时，图中光电管的A极接电源正极，K极接电源负极，加反向电压时，反之．当有光照射K极时，下列说法正确的是（　　）

A．K极中有无光电子射出与入射光频率无关

B．光电子的最大初动能与入射光频率有关

C．只有光电管加正向电压时，才会有光电流

D．光电管加正向电压越大，光电流强度一定越大

【解析】　K极中有无光电子射出与入射光频率有关，只有当入射光的频率大于K极金属的极限频率时才有光电子射出，选项A错误；

根据光电效应的规律，光电子的最大初动能与入射光频率有关，选项B正确；

光电管加反向电压时，只要反向电压小于遏止电压，就会有光电流产生，选项C错误；

在未达到饱和光电流之前，光电管加正向电压越大，光电流强度一定越大，达到饱和光电流后，光电流的大小与正向电压无关，选项D错误．

【变式2】

（多选）（2017·

全国卷Ⅲ·

19）在光电效应实验中，分别用频率为νa、νb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νa＞νb，则一定有Ua＜Ub

B．若νa＞νb，则一定有Eka＞Ekb

C．若Ua＜Ub，则一定有Eka＜Ekb

D．若νa＞νb，则一定有hνa－Eka＞hνb－Ekb

【答案】　BC

【解析】　由爱因斯坦光电效应方程得，Ek＝hν－W0，由动能定理得，Ek＝eU，若用a、b单色光照射同种金属时，逸出功W0相同．当νa＞νb时，一定有Eka＞Ekb，Ua＞Ub，故选项A错误，B正确；

若Ua＜Ub，则一定有Eka＜Ekb，故选项C正确；

因逸出功相同，有W0＝hνa－Eka＝hνb－Ekb，故选项D错误．

【变式3】

辽宁大连市第二次模拟）用一束绿光和一束蓝光照射某种金属的表面，均发生了光电效应．下列说法正确的是（　　）

A．用蓝光照射金属时，逸出的光电子最大初动能更大

B．用蓝光照射金属时，单位时间内逸出的光电子数更多

C．增加光照强度，逸出的光电子最大初动能增大

D．如果换用红光照射，一定能使该金属发生光电效应

【答案】　A

【解析】　因为蓝光频率更高，根据光电效应方程：

Ek＝hν－W0，所以用蓝光照射时，光电子最大初动能更大，A正确；

单位时间逸出的光电子数与光强有关，由于不知道光的强度，所以无法确定，B错误；

根据Ek＝hν－W0，可知最大初动能与光强无关，C错误；

因为红光的频率比绿光的小，但无法比较红光的频率与该金属极限频率的大小关系，故无法确定是否会发生光电效应，D错误．

【变式4】.（2020·

陕西汉中市下学期模拟）用如图所示的光电管研究光电效应，当滑动变阻器的滑片位于某一位置，开关S闭合时，用单色光a照射光电管阴极K，电流计G的指针发生偏转，用单色光b照射光电管阴极K时，电流计G的指针不发生偏转，则（　　）

A．a光的强度一定大于b光的强度

B．a光的频率一定大于阴极K的极限频率

C．b光的频率一定小于阴极K的极限频率

D．开关S断开后，用单色光a照射光电管阴极K，电流计G的指针一定不会发生偏转

【解析】　用某种光照射金属能否发生光电效应与光的强度无关，所以无法判断a、b光的强度，故A错误；

用某种频率的单色光a照射光电管阴极K，电流计G的指针发生偏转，知a光频率大于金属的极限频率，故B正确；

由于在光电管两端加了反向电压，用b光照射时，电流计G指针不发生偏转，所以无法判断是否发生光电效应，即无法判断b光的频率与阴极K的极限频率大小关系，故C错误；

由于在光电管两端加了反向电压，电流计G的指针发生偏转即电子能从阴极运动到阳极，所以断开开关即不加反向电压时，电子一定能从阴极运动到阳极，即电流计G的指针一定发生偏转，故D错误．

热点题型二　光电效应的图象问题

图象名称

图线形状

由图线直接（间接）得到的物理量

最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图线

①极限频率：

图线与ν轴交点的横坐标νc

②逸出功：

图线与Ek轴交点的纵坐标的值

W0＝|－E|＝E

③普朗克常量：

图线的斜率k＝h

颜色相同、强度不同的光，光电流与电压的关系

②饱和光电流Im：

电流的最大值

③最大初动能：

Ekm＝eUc

颜色不同时，光电流与电压的关系

①遏止电压Uc1、Uc2

②饱和光电流

③最大初动能Ek1＝eUc1，Ek2＝eUc2

遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图线

①截止频率νc：

图线与横轴的交点

②遏止电压Uc：

随入射光频率的增大而增大

③普朗克常量h：

等于图线的斜率与电子电量的乘积，即h＝ke.（注：

此时两极之间接反向电压）

（一）对Ek－ν图象的理解

由Ek－ν图象可以得到的信息

（1）极限频率：

图线与ν轴交点的横坐标νc.

（2）逸出功：

图线与Ek轴交点的纵坐标的绝对值E＝W0.

（3）普朗克常量：

图线的斜率k＝h.

【例2】．（2020·

东北三省四市教研联合体模拟）在研究甲、乙两种金属光电效应现象的实验中，光电子的最大初动能Ek与入射光频率ν的关系如图所示，则（　　）

A．两条图线与横轴的夹角α和β一定不相等

B．若增大入射光频率ν，则所需的遏止电压Uc随之增大

C．若某一频率的光可以使甲金属发生光电效应，则一定也能使乙金属发生光电效应

D．若增加入射光的强度，不改变入射光频率ν，则光电子的最大初动能将增大

【解析】　根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0，可知题图图线的斜率表示普朗克常量，故两条图线与横轴的夹角α和β一定相等，故A错误；

根据Ek＝eUc和Ek＝hν－W0，得Uc＝

ν－

，故增大入射光频率ν，则所需的遏止电压Uc随之增大，故B正确；

根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0，当Ek＝0时，则W0＝hνc，即甲的逸出功小于乙的逸出功，故当某一频率的光可以使甲金属发生光电效应，但此光不一定能使乙金属发生光电效应，故C错误；

光电子的最大初动能与入射光的频率有关，与入射光的强度无关，故D错误．

【变式】

（2019·

云南第二次统一检测）某金属发生光电效应，光电子的最大初动能Ek与入射光频率ν之间的关系如图1所示．已知h为普朗克常量，e为电子电荷量的绝对值，结合图象所给信息，下列说法正确的是（　　）

A．入射光的频率小于νc也可能发生光电效应现象

B．该金属的逸出功随入射光频率的增大而增大

C．若用频率是2νc的光照射该金属，则遏止电压为

D．遏止电压与入射光的频率无关

【答案】　C

【解析】　由题图可知金属的极限频率为νc，入射光的频率必须要大于等于νc才能发生光电效应现象，选项A错误；

金属的逸出功与入射光的频率无关，选项B错误；

若用频率是2νc的光照射该金属，则光电子的最大初动能为Ek＝2hνc－hνc＝hνc＝Uce，则遏止电压为Uc＝

，选项C正确；

遏止电压与入射光的频率有关，入射光的频率越大，则光电子的最大初动能越大，遏止电压越大，选项D错误．

【变式2】.（2020·

山东济南模拟）如图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ν的关系图象．由图象可知（　　）

A．该金属的逸出功等于E

B．该金属的逸出功等于hν0

C．入射光的频率为2ν0时，产生的光电子的最大初动能为E

D．入射光的频率为

时，产生的光电子的最大初动能为

【答案】

ABC.

【解析】：

由爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0知，当ν＝0时－W0＝Ek，故W0＝E，A正确；

而Ek＝0时，hν＝W0即W0＝hν0，B正确；

入射光的频率为2ν0时产生的光电子的最大初动能Ekm＝2hν0－hν0＝hν0＝E，C正确；

入射光的频率为

时，不会发生光电效应，D错误．

（二）对I－U图象的理解

由I－U图象可以得到的信息

（1）遏止电压Uc：

图线与横轴的交点的绝对值．

（2）饱和光电流Im：

电流的最大值．

（3）最大初动能：

Ekm＝eUc.

河南新乡模拟）用如4甲所示的电路研究光电效应中光电流与照射光的强弱、频率等物理量的关系．图中A、K两极间的电压大小可调，电源的正负极也可以对调，分别用a、b、c三束单色光照射，调节A、K间的电压U，得到光电流I与电压U的关系如图乙所示，由图可知（　　）

A．单色光a和c的频率相同，且a光更弱些，b光频率最大

B．单色光a和c的频率相同，且a光更强些，b光频率最大

C．单色光a和c的频率相同，且a光更弱些，b光频率最小

D．单色光a和c的频率不同，且a光更强些，b光频率最小

【解析】　a、c两单色光照射后遏止电压相同，根据Ek＝eUc，可知产生的光电子最大初动能相等，则a、c两单色光的频率相等，光子能量相等，由于a光的饱和光电流较大，则a光的强度较大．单色光b照射后遏止电压较大，根据Ek＝eUc，可知b光照射后产生的光电子最大初动能较大，根据光电效应方程Ek＝hν－W0得，b光的频率大于a光的频率，故A、C、D错误，B正确．

【变式1】．在光电效应实验中，某同学用同一光电管在不同实验条件下得到三条光电流与电压之间的关系曲线（甲光、乙光、丙光），如图所示．则可判断出（　　）

A．甲光的频率大于乙光的频率

B．乙光的波长大于丙光的波长

C．乙光对应的截止频率大于丙光的截止频率

D．甲光对应的光电子最大初动能大于丙光对应的光电子最大初动能

【答案】B.

由图象知，甲、乙光对应的遏止电压相等，由eUc＝Ek和hν＝W0＋Ek得甲、乙光频率相等，A错误；

丙光的频率大于乙光的频率，则丙光的波长小于乙光的波长，B正确；

由hνc＝W0得甲、乙、丙光对应的截止频率相同，C错误；

由光电效应方程知，甲光对应的光电子最大初动能小于丙光对应的光电子最大初动能，D错误．

【变式2】如图所示为用某金属研究光电效应规律得到的光电流随电压变化关系的图象，用单色光1和单色光2分别照射该金属时，逸出的光电子的最大初动能分别为Ek1和Ek2，普朗克常量为h，则下列说法正确的是（　　）

A．Ek1＜Ek2

B．单色光1的频率比单色光2的频率高

C．增大单色光1的强度，其遏止电压会增大

D．单色光1和单色光2的频率之差为

【答案】　AD

【解析】　由于Ek1＝e|Uc1|，Ek2＝e|Uc2|，所以Ek1<

Ek2，选项A正确；

由Ek＝hν－W0可知，单色光1的频率比单色光2的频率低，选项B错误；

只增大照射光的强度，光电子的最大初动能不变，因此遏止电压不变，选项C错误；

Ek1＝hν1－W0，Ek2＝hν2－W0，得ν1－ν2＝

，选项D正确。

（三）对Uc－ν图象的理解

由Uc－ν图象可以得到的信息

（1）截止频率νc：

图线与横轴的交点．

（2）遏止电压Uc：

随入射光频率的增大而增大．

（3）普朗克常量h：

等于图线的斜率与电子电荷量的乘积，即h＝ke.（注：

【例4】．（2020·

河北唐山市第一次模拟）用金属铷为阴极的光电管观测光电效应现象，实验装置示意图如图5甲所示，实验中测得铷的遏止电压Uc与入射光频率ν之间的关系如图乙所示，图线与横轴交点的横坐标为5.15×

1014Hz.已知普朗克常量h＝6.63×

s.则下列说法中正确的是（　　）

A．欲测遏止电压，应选择电源左端为正极

B．当电源左端为正极时，滑动变阻器的滑片向右滑动，电流表的示数持续增大

C．增大照射光的强度，产生的光电子的最大初动能一定增大

D．如果实验中入射光的频率ν＝7.00×

1014Hz，则产生的光电子的最大初动能Ek约为1.2×

10－19J

【答案】　D

【解析】　由题图甲所示的实验装置测量铷的遏止电压Uc，因光电管左端为阳极，则电源左端为负极，故选项A错误；

当电源左端为正极时，滑动变阻器的滑片向右滑动的过程中，光电管两端电压增大，光电流增大，当光电流达到饱和值，不再增大，即电流表读数的变化是先增大后不变，故选项B错误；

光电子的最大初动能与入射光的频率和金属的逸出功有关，与入射光的强度无关，故选项C错误；

根据题图乙可知，铷的截止频率νc＝5.15×

1014Hz，根据hνc＝W0，则可求出该金属的逸出功大小W0＝6.63×

10－34×

5.15×

1014J≈3.41×

10－19J，根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0，可知当入射光的频率为ν＝7.00×

1014Hz时，则光电子的最大初动能为Ek＝6.63×

7.00×

1014J－3.41×

10－19J≈1.2×

10－19J，故选项D正确．

山西运城模拟）美国物理学家密立根利用如图甲所示的电路研究金属的遏止电压Uc与入射光频率ν的关系，描绘出图乙中的图象，由此算出普朗克常量h，电子电荷量用e表示，下列说法正确的是（　　）

A．入射光的频率增大，测遏止电压时，应使滑动变阻器的滑片P向M端移动

B．增大入射光的强度，光电子的最大初动能也增大

C．由Uc－ν图象可知，这种金属截止频率为νc

D．由Uc－ν图象可求普朗克常量表达式为h＝

【答案】CD.

入射光的频率增大，光电子的最大初动能增大，遏止电压增大，根据光电效应方程得出Uc－ν的关系式，通过关系式得出斜率、截距表示的含义．入射光的频率增大，光电子的最大初动能增大，则遏止电压增大，测遏止电压时，应使滑动变阻器的滑片P向N端移动，A错误；

根据光电效应方程Ekm＝hν－W0知，光电子的最大初动能与入射光的强度无关，B错误；

根据Ekm＝hν－W0＝eUc，解得Uc＝

，图线的斜率k＝

＝

，则h＝

，当遏止电压为零时，ν＝νc，C、D正确．

【变式2】从1907年起，美国物理学家密立根就开始以精湛的技术测量光电效应中几个重要的物理量．他通过如图甲所示的实验装置测量某金属的遏止电压Uc与入射光频率ν，作出图乙所示的Uc－ν图象，由此算出普朗克常量h，并与普朗克根据黑体辐射测出的h相比较，以检验爱因斯坦光电效应方程的正确性．已知电子的电荷量为e，则下列普朗克常量h的表达式正确的是（　　）

A．h＝

B．h＝

C．h＝

D．h＝

【解析】　根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0及动能定理eUc＝Ek，得Uc＝

，所以图象的斜率k＝

，故A项正确．

热点题型三　对光的波粒二象性的理解

对波粒二象性的理解

项目

内容

说明

光的

粒子性

（1）当光同物质发生作用时，这种作用是“一份一份”进行的，表现出粒子性

（2）少量或个别光子容易显示出光的粒子性

粒子的含义是“不连续的”“一份一份的”，光子不同于宏观观念的粒子

波动性

（1）足够能量的光在传播时，表现出波动的性质

（2）光是一种概率波，即光子在空间各点出现的可能性大小（概率）可用波动规律来描述

光的波动性是光子本身的一种属性，不是光子之间相互作用产生的，光的波动性不同于宏观概念的波

波和粒子的对立与统一

宏观世界：

波和粒子是相互对立的概念

微观世界：

波和粒子是统一的．光子说并未否定波动性，光子能量E＝hν＝

，其中，ν和λ就是描述波的两个物理量

【例5】关于物质的波粒二象性，下列说法中不正确的是（　　）

A．不仅光子具有波粒二象性，一切运动的微粒都具有波粒二象性

B．运动的微观粒子与光子一样，当它们通过一个小孔时，都没有特定的运动轨道

C．波动性和粒子性，在宏观现象中是矛盾的、对立的，但在微观高速运动的现象中是统一的

D．实物的运动有特定的轨道，所以实物不具有波粒二象性

【答案】D.

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，而单个光子的运动表现出光的粒子性．光的波长越长，波动性越明显，光的频率越高，粒子性越明显．而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，D项错误．

（多选）实物粒子和光都具有波粒二象性．下列事实中突出体现波动性的是（　　）

A．电子束通过双缝实验装置后可以形成干涉图样

B．β射线在云室中穿过会留下清晰的径迹

C．人们利用慢中子衍射来研究晶体的结构

D．人们利用电子显微镜观测物质的微观结构

【答案】　ACD

【解析】　电子束通过双缝实验装置后可以形成干涉图样，说明电子是一种波，故A正确；

β射线在云室中穿过会留下清晰的径迹，可以说明β射线是一种粒子，故B错误；

人们利用慢中子衍射来研究晶体的结构，中子衍射说明中子是一种波，故C正确；

人们利用电子显微镜观测物质的微观结构，利用了电子束的衍射现象，说明电子束是一种波，故D正确．

（多选）1927年戴维逊和革末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．如图所示的是该实验装置的简化图，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

【答案】ABD.

电子属于实物粒子，电子衍射实验说明电子具有波动性，说明物质波理论是正确的，与光的波动性无关，B、D正确，C错误；

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．

【变式3】．（多选）（2020·

河南开封模拟）下列关于微观粒子波粒二象性的认识正确的是（　　）

A．由概率波的知识可知，因微观粒子落在哪个位置不能确定，所以粒子没有确定的轨迹

B．由概率波的知识可知，因微观粒子落在哪个位置不能确定，再由不确定性关系知粒子动量将完全确定

C．大量光子表现出波动性，此时光子仍具有粒子性

D．波动性和粒子性，在宏观现象中是矛盾的、对立的，但在微观高速运动的现象中是统一的

【解析】　微观粒子落点位置不能确定，与经典粒子有确定轨迹不同，A正确；

单缝衍射中，微观粒子通过狭缝，其位置的不确定量等于缝宽，其动量也有一定的不确定量，B错误；

波动性和粒子性是微观粒子的固有特性，无论何时二者都同时存在，C正确；

波动性和粒子性，在宏观现象中是矛盾的、对立的，但在微观高速运动的现象中是统一的，D正确。

【变式4】．（多选）用极微弱的可见光做双缝干涉实验，随着时间的增加，在屏上先后出现如图（a）（b）（c）所示的图象，则（　　）

A．图象（a）表明光具有粒子性

B．图象（c）表明光具有波动性

C．用紫外光观察不到类似的图象

D．实验表明光是一种概率波

【答案】　ABD

【解析】　图象（a）只有分散的亮点，表明光具有粒子性；

图象（c）呈现干涉条纹，表明光具有波动性；

用紫外光也可以观察到类似的图象，实验表明光是一种概率波，选项A、B、D正确。