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1、高三物理高考复习,第14章光 学,第3讲 光电效应 波粒二象性,一、光电效应及其规律 1光电效应现象 光电效应：在光的照射下金属中的电子从表面逸出的现象，叫做光电效应，发射出来的电子叫做_,光电子,(1)光电效应的实质是光现象转化为电现象 (2)定义中的光包括可见光和不可见光 2光电效应的实验规律 (1)任何一种金属都有一个_，入射光的频率必须_这个极限频率才能发生光电效应，低于这个极限频率则不能发生光电效应,极限频率,大于,(2)光电子的最大初动能与入射光的强度_，随入射光频率的增大而_ (3)金属受到光照，光电子的发射一般不超过109 s. (4)当入射光的频率大于极限频率时，饱和光电流的
2、强度与入射光的强度成正比,无关,增大,3几个概念 (1)遏止电压：使光电流减小到零时的反向电压UC. (2)截止频率：能使某种金属发生光电效应的_频率叫做该种金属的截止频率(又叫极限频率)不同的金属对应着不同的极限频率 (3)逸出功：电子从金属中逸出所需做功的_，叫做该金属的逸出功,最小,最小值,4爱因斯坦光电效应方程 (1)光子说：在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光的能量子，简称_，光子的能量_,光子,h.,5对光电效应规律的解释,波动,2光的波粒二象性 光既有_性，又有_性，两者不是孤立的，而是有机的统一体，其表现规律为： (1)个别光子的作用效果往往表现为粒子性；
3、大量光子的作用效果往往表现为波动性 (2)频率越低波动性越显著，越容易观察到光的干涉和衍射现象；频率越高粒子性越显著，越不容易观察到光的干涉和衍射现象，贯穿本领越强,波动,粒子,1在演示光电效应的实验中，原来不带电的一块锌板与灵敏验电器相连，用弧光灯照射锌板时，验电器的指针张开了一个角度，如图所示，这时锌板带_电，指针带_电,正,正,解析：光电效应实验中，锌板因逸出电子带正电，验电器由于与锌板接触也带正电，其指针也带正电 答案：正正,2用同一束单色光，在同一条件下先后照射锌片和银片，都能产生光电效应，在这两个过程中，对于下列四个量，一定相同的是_，可能相同的是_，一定不同的是_ A光子的能量B
4、光电子的逸出功 C光电子动能 D光电子初动能,A,C D,B,解析：光子的能量由光的频率决定，同一束单色光频率相同，因而光子能量相同逸出功等于电子脱离原子核束缚需要做的最少的功，因此只由材料决定锌片和银片的光电效应中，光电子的逸出功一定不相同由EkhW0，照射光子能量h相同，逸出功W0不同，则电子最大初动能也不同由于光电子吸收光子后到达金属表面的路径不同，途中损失的能量也不同，因而脱离金属时的动能可能分布在零到最大初动能之间所以，两个不同光电效应的光电子中，有时初动能是可能相等的 答案：ACDB,3100多年前的1905年是爱因斯坦的“奇迹”之年，这一年他先后发表了三篇具有划时代意义的论文，其
5、中关于光量子的理论成功地解释了光电效应现象关于光电效应，下列说法正确的是() A当入射光的频率低于极限频率时，不能发生光电效应 B光电子的最大初动能与入射光的频率成正比 C光电子的最大初动能与入射光的强度成正比 D某单色光照射一金属时不发生光电效应，改用波长较短的光照射该金属可能发生光电效应 答案：AD,4在如图所示的光电管实验中， 发现用一定频率的A单色光照射 光电管时，电流表指针会发生偏 转，而用另一频率的B单色光照 射时不发生光电效应，那么() AA光的频率大于B光的频率 BB光的频率大于A光的频率 C用A光照射光电管时流过电流表G的电流方向是a流向b D用A光照射光电管时流过电流表G的
6、电流方向是b流向a,答案：AC,5物理学家做了一个有趣的实验：在光屏处放上照相用的底片若减弱光的强度，使光子只能一个一个地通过狭缝实验结果表明，如果爆光时间不太长，底片只能出现一些不规则的点子；如果曝光时间足够长，底片上就会出现规则的干涉条纹对这个实验结果有下列认识，其中正确的是(),A曝光时间不太长时，底片上只能出现一些不规则的点子，表现出光的波动性 B单个光子通过双缝后的落点可以预测 C只有大量光子的行为才能表现出光的粒子性 D干涉条纹中明亮的部分是光子到达机会较多的地方,答案：D,解析：每个光子的运动规律是不确定的，底片上出现的一些不规则的点子，表明了光的粒子性只有大量光子的行为才能表现
7、出光的波动性干涉条纹中明亮的部分是光子到达机会较多的地方，暗条纹处是光子到达机会较少的地方 答案：D,6.,如图所示是光电效应中光电 子的最大初动能Ekm与入射光频 率的关系图线从图可知() AEkm与成正比 B入射光频率必须大于或等于 极限频率0时，才能产生光电效应 C对同一种金属而言，Ekm仅与有关 DEkm与入射光强度成正比 答案：BC,光电效应现象的理解,【例1】关于光电效应，下列说法正确的是() A极限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，这种金属的逸出功越小 D入射光的光强一定时，频率越高，单位时
8、间内逸出的光电子数就越多,答案：A,解析：逸出功W0hc，W0c极限频率，A正确；只有照射光的频率大于金属极限频率c，才能产生光电效应现象，B错；由光电效应方程EkmhW0知，因不确定时，无法确定Ekm与W0的关系，C错；光强Enh，越大，E一定，则光子数n越小，单位时间内逸出的光电子数就越少，D错 答案：A,11：光电效应的实验结论是：对于某种金属() A无论光强多强，只要光的频率小于极限频率就不能产生光电效应 B无论光的频率多低，只要光照时间足够长就能产生光电效应 C超过极限频率的入射光强度越弱，所产生的光电子的最大初动能就越小 D超过极限频率的入射光频率越高，所产生的光电子的最大初动能就
9、越大,答案：AD,答案：AD,解 （1）,（2）,（3）,【例2】太阳能光电直接转换的基 本原理是利用光电效应，将太阳 辐射能直接转换成电能如图所 示是测定光电流的电路简图， 光电管加正向电压 (1)说出电源和电流表的正、负极 (2)入射光应照射在_极上 (3)若电流表读数是10 A，则每秒钟从光电管阴极发射出的光电子至少是_个,答案：(1)电源左边为正极，右边为负极电流表是上边正极下边负极(2)B(3)6.251013,答案：(1)电源左边为正极，右边为负极电流表是上边正极下边负极(2)B(3)6.251013,光的波粒二象性,【例3】 关于物质的波粒二象性，下列说法中不正确的是() A不仅
10、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,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项合题意 答案：D,31：有关光的本性的说法正确的是() A关于光的本性，牛顿提出了
11、“微粒说”，惠更斯提出了“波动说”，爱因斯坦提出了“光子说”，它们都圆满地说明了光的本性 B光具有波粒二象性是指：既可以把光看成宏观概念上的波，也可以看成宏观概念上的粒子 C光的干涉、衍射现象说明光具有波动性，光电效应说明光具有粒子性 D在光的双缝干涉实验中，如果光通过双缝时显出波动性，如果光只通过一个缝时显出粒子性,答案：C,解析：牛顿主张的微粒说中的微粒与实物粒子一样，惠更斯主张的波动说中的波动与宏观机械波等同，这两种观点是相互对立的，都不能说明光的本性，所以A、B错，C正确在双缝干涉实验中，双缝干涉出现明暗均匀的条纹，单缝出现中央亮而宽，周围暗而窄的条纹，都说明光的波动性当让光子一个一个
12、地通过单缝时，曝光时间短时表现出粒子性，曝光时间长时显出波动性，因此D错误 答案：C,波粒二象性 1(2010四川理综)用波长为2.0107m的紫外线照射钨的表面，释放出来的光电子中最大的动能是4.71019J.由此可知，钨的极限频率是(普朗克常量h6.631034Js，光速c3.0108m/s，结果取两位有效数字)() A5.51014HzB7.91014Hz C9.81014Hz D1.21015Hz,答案：B,答案：B,2(2010江苏单科),研究光电 效应的电路如图所示用频率相 同、强度不同的光分别照射密封 真空管的钠极板(阴极K)，钠极 板发射出的光电子被阳极A吸收， 在电路中形成光
13、电流下列光电 流I与A、K之间的电压UAK的关 系图象中，正确的是_(),答案：C,解析：虽然入射光强度不同，但光的频率相同，所以截止电压相同；又因当入射光强时，单位时间逸出的光电子多，饱和光电流大，所以选C. 答案：C,3(2010浙江理综)在光电效应实验中，飞飞同学用同一光电管在不同实验条件下得到了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的光电子最大初动能,答案：B,解析：由题图可知，丙光的最大电流小于甲光和乙光，说明逸出的
14、电子数目最少，即丙光的强度最小由题图说明丙光对应的光电子的初动能最大，即丙光的频率最高(波长最小)，B项正确，D项错误；甲光和乙光的频率相同，A项错误由于是同一光电管，所以乙光、丙光截止频率是一样的，C项错误 答案：B,4(2011上海单科)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)曝光时间短，通过光子数很少，呈现粒子性图象(b)曝光时间长，通过了大量光子，呈现波动性，故A、B正确；同
15、时也表明光波是一种概率波，故D也正确；紫外光本质和可见光本质相同也可以发生上述现象，故C错误 答案：ABD,5(2011上海单科)用一束紫外线照射某金属时不能产生光电效应，可能使该金属产生光电效应的措施是() A改用频率更小的紫外线照射 B改用X射线照射 C改用强度更大的原紫外线照射 D延长原紫外线的照射时间 解析：金属发生光电效应必须使光的频率大于极限频率，X射线的频率大于紫外线的频率 答案：B,6(2011广东卷)光电效应实验中，下列表述正确的是() A光照时间越长光电流越大 B入射光足够强就可以有光电流 C遏止电压与入射光的频率有关 D入射光频率大于极限频率才能产生光电子,答案：CD,解析：由爱因斯坦光电效应方程知，只有当入射光频率大于极限频率时才能产生光电子，光电流几乎是瞬时产生的，其大小与光强有关，与光照时间长短无关，易知eUcEkhW0(其中Uc为遏止电压，Ek为光电子的最大初动能，W0为逸出功，为入射光频率)由以上分析知，A、B错误，C、D正确 答案：CD,
