《备战2021届高考高三物理一轮复习专题：第58讲 光电效应 波粒二象性讲义》由会员分享，可在线阅读，更多相关《备战2021届高考高三物理一轮复习专题：第58讲 光电效应 波粒二象性讲义（22页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、研读考纲明方向考纲要求复习指南内容要求考情分析：1对于光电效应，常考查截止频率、遏止电压、饱和光电流、最大初动能等知识点。2以原子结构、氢原子光谱的经典理论为命题背景，选取氢原子能级图进行分析。3对于放射性元素的衰变及核能，经常考查对核能的理解、核反应规律、半衰期等方面的知识，通常设计新颖情境或通过最新的科技成果来进行考查。命题趋势：本章一般以选择题的形式命题。主要考查光电效应、原子的跃迁、核反应和质能方程，难度不大，但是涉及的知识范围广。氢原子光谱氢原子的能级结构、能级公式原子核的组成、放射性、原子核的衰变、半衰期放射性同位素核力、核反应方程结合能、质量亏损裂变反应和聚变反应、裂变反应堆射线
2、的危害和防护光电效应爱因斯坦光电效应方程 重读教材定方法(对应人教版选修35的页码及相关问题)1.P31结合图17.22阅读“光电效应的实验规律”一段。从图17.23中各图线能得出什么规律？提示：由图可知，随着正向电压增大，光电流趋于饱和值，且光的颜色一定时(黄光)，光越强饱和光电流越大；加反向电压时，光电流逐渐减小到零，即存在遏止电压，且遏止电压与光的频率有关，与光的强度无关，频率越大，遏止电压越大。2P33思考与讨论推导Uc与、W0的关系。提示：由meveUc，EkhW0，Ekmev，联立得eUchW0。3P34例题体会由实验数据画出图象的方法，图17.24中图象的斜率、截距分别有什么物理
3、意义？提示：由EkhW0，EkeUc得Uc，故Uc 图象的斜率为，令Uc0，得横截距c，即截止频率，纵截距即5.51014 Hz时的遏止电压。4P37阅读教材：哪些现象说明光具有粒子性？哪些现象说明光具有波动性？提示：粒子性：光电效应、康普顿效应；波动性：光的干涉、衍射、偏振。5P58图18.42思考：一群氢原子处于量子数为3的激发态时，可发出几种频率的光子？提示：3种6P69问题与练习T6，Cu里有多少质子？多少中子？提示：29个质子，37个中子。7P71阅读教材：衰变中出现的电子来源于哪里？提示：核内中子转化为一个质子和一个电子。8P73问题与练习T6，铋210的半衰期是5天，经过多少天后
4、，20 g铋还剩1.25 g?提示：mm0，代入数据得t20天。9P82图19.53思考：重核裂变时比结合能变大还是变小？轻核聚变时呢？提示：都变大。第58讲光电效应波粒二象性基础命题点一光电效应的实验规律和光电效应方程1光电效应现象在光的照射下金属中的电子从金属表面逸出的现象，叫做光电效应，发射出来的电子叫做光电子。2光电效应的实验规律(1)存在饱和光电流：即光照条件不变时，随着电压增大，光电流趋于一个饱和值。对于一定颜色(频率)的光，入射光越强，饱和光电流越大，即单位时间内发射的光电子数越多。(2)存在遏止电压Uc：即存在使光电流减小到零的反向电压。这说明光电子有初速度且初速度的最大值vc
5、满足meveUc。遏止电压只与光的频率有关，与光的强弱无关，这表明光电子的能量只与入射光的频率有关。(3)存在截止频率c：当入射光的频率低于截止频率c(又叫极限频率)时，不发生光电效应。不同金属的截止频率不同。(4)光电效应具有瞬时性：光照射到金属表面时，产生光电流的时间不超过109 s，即光电效应几乎是瞬时发生的。3爱因斯坦光电效应方程(1)光子说：光是由一个个不可分割的能量子组成，这些能量子叫做光子。频率为的光的能量子为h，其中h是普朗克常量，其值为6.631034 Js。(2)光电效应方程：EkhW0。其中h为入射光的能量，Ek为光电子的最大初动能，即逸出光电子初动能的最大值；W0是金属
6、的逸出功即电子从金属中逸出所需做功的最小值。4爱因斯坦光电效应方程对实验规律的解释(1)爱因斯坦光电效应方程表明光电子的最大初动能Ek与入射光的频率有关，而与光的强弱无关，即规律(2)。(2)只有当hW0时，才有Ek0，从而有光电子逸出，c就是光电效应的截止频率，即规律(3)。(3)频率一定的光，光较强时，单位时间照射的光子数较多，产生的光电子数较多，因而饱和光电流较大，即规律(1)。(4)电子一次性吸收光子的全部能量，不需要积累能量的时间，即光电流几乎是瞬时产生的，即规律(4)。5几组重要概念的理解(1)光子与光电子：光子指光在空间传播时的每一份能量，光子不带电；光电子是金属表面受到光照射时
7、发射出来的电子，其本质是电子。(2)光电子的动能与光电子的最大初动能：光照射到金属表面时，电子吸收光子的全部能量，可能向各个方向运动，需克服原子核和其他原子的阻碍作用而损失一部分能量，剩余部分为光电子的初动能；只有金属表面的电子直接向外飞出时，只需克服原子核的引力做功，才具有最大初动能。光电子的初动能小于或等于光电子的最大初动能。(3)光电流与饱和光电流：金属板飞出的光电子到达阳极，回路中便产生光电流，随着所加正向电压的增大，光电流趋于一个饱和值，这个饱和值是饱和光电流，在一定的光照条件下，饱和光电流与所加电压大小无关。(4)入射光强度与光子能量：入射光强度指单位时间内照射到金属表面单位面积上
8、的总能量。所以光的强度Inh，n是单位时间内照射到单位面积上的光子数。饱和光电流正比于n，所以只有当光的频率一定时，饱和光电流与入射光强度成正比；对于不同频率的光，由于每个光子的能量不同，饱和光电流与入射光强度之间没有简单的正比关系。1(多选)如图所示，用导线把验电器与锌板相连接，当用紫外线照射锌板时，发生的现象是()A有光子从锌板逸出B有电子从锌板逸出C验电器指针张开一个角度D锌板带负电答案BC解析由于光电效应，在光的照射下锌板中的电子从锌板表面逸出，A错误，B正确；验电器与锌板相连，锌板因失去电子带正电，验电器指针张开一个角度，C正确，D错误。2教材母题(人教版选修35 P36T4)铝的逸
9、出功是4.2 eV，现在将波长200 nm的光照射铝的表面。(1)求光电子的最大初动能。(2)求遏止电压。(3)求铝的截止频率。变式子题 (多选)用如图所示的装置研究光电效应现象，当用光子能量为3.2 eV的光照射到光电管上时，电流表G的读数为0.2 mA。移动变阻器的触点c，当电压表的示数大于或等于0.8 V时，电流表读数为0，则()A光电管阴极的逸出功为2.4 eVB开关S断开后，电流表G示数不为0C光电子的最大初动能为0.8 eVD改用能量为2 eV的光子照射，电流表G也有电流，但电流较小答案ABC解析该装置所加的电压为反向电压，发现当电压表的示数大于或等于0.8 V时，电流表读数为0，
10、则光电子的最大初动能为0.8 eV，根据光电效应方程EkhW0，W03.2 eV0.8 eV2.4 eV，故A、C正确；用光子能量为3.2 eV的光照射到光电管上时发生了光电效应，有光电子逸出，开关S断开后，没有反向电压，则有电流流过电流表，故B正确；改用能量为2 eV的光子照射，由于光子的能量小于光电管阴极的逸出功，不能发生光电效应，无光电流，故D错误。3(2017全国卷)(多选)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Uab，则一定有
11、EkaEkbC若UaUb，则一定有Ekab，则一定有haEkahbEkb答案BC解析光电效应中遏止电压与最大初动能之间的关系为eUEk，根据光电效应方程可知EkhW0，若ab，则EkaEkb，UaUb，选项A错误，选项B正确；若UaUb，则EkaEkb，选项C正确；由光电效应方程可得W0hEk，则haEkahbEkb，选项D错误。能力命题点光电效应的图象问题1光电效应实验装置(1)甲图是光电管正常工作的电路，光电流未达到最大值之前其大小与光强、电压有关，达到最大值后，光电流与光强成正比(频率一定)。(2)乙图是光电管加反向电压的电路图，可以研究光电管的遏止电压。2四类图象图象名称图线形状由图线
12、直接(间接)得到的物理量最大初动能Ek与入射光频率的关系图线极限频率：图线与轴交点的横坐标c逸出功：图线与Ek轴交点的纵坐标的绝对值W0|E|E普朗克常量：图线的斜率kh颜色相同、强度不同的光，光电流与电压的关系图线遏止电压Uc：图线与横轴交点的横坐标饱和光电流Im：光电流的最大值最大初动能： EkeUc颜色不同的光，光电流与电压的关系图线遏止电压Uc1、Uc2饱和光电流最大初动能：Ek1eUc1，Ek2eUc2遏止电压Uc与入射光频率的关系图线极限频率c：图线与横轴交点的横坐标遏止电压Uc：随入射光频率的增大而增大普朗克常量h：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
13、压)(2019河北唐山一模)用阴极为金属铷的光电管，观测光电效应现象，实验装置示意图如图甲所示，实验中测得铷的遏止电压Uc与入射光频率之间的关系如图乙所示，图线与横轴交点的横坐标为5.151014 Hz。已知普朗克常量h6.631034 Js。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7.001014 Hz，则产生的光电子的最大初动能Ek1.21019 J解析由题图甲可知，光电管的左极板为阳极，欲测遏止电压，则光电管的阳极A应接电源的
14、负极，则电源左端为负极，故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，当电流达到饱和值后不再增大，即电流表示数先增大后不变，故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C错误；根据图象可知，铷的截止频率c5.151014 Hz，根据hcW0可求出铷的逸出功W06.6310345.151014 J3.411019 J，根据光电效应方程EkhW0，当入射光的频率为7.001014 Hz时，光电子的最大初动能为：Ekm6.6310347.001014 J3.411019 J1.21019 J，故D正确。答案D研究光电效应的两条主线(1)光的频率每个光子的能量光电子的最大初动能。(2)光的强度单位时间照射到单位面积上的光子数饱和光电流的大小。1.(2019云南二模)某金属发生光电效应，光电子的最大初动能Ek与入射光频率之间的关系如图所示。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0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
