备战2019年高考物理考点一遍过考点56波粒二象性光电效应(含解析)

波粒二象性光电效应一、黑体辐射和量子1．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关。

2．实验规律：随着温度升高，各种波长的电磁波辐射强度都增加，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。

3．普朗克提出黑体辐射强度按波长分布的公式，理论与实验结果相符，但要求满足能量子假设。

4．能量子ε=hν，其中ν为电磁波频率，普朗克常量h=6.63×10–34J·s。

二、光电效应1．实验规律：（1）每种金属都有一个发生光电效应的最小频率，称为截止频率或极限频率（νc）。

（2）入射光的频率不变时，入射光越强，饱和光电流越大。

光电流的强度（单位时间内发射的光电子数）与入射光的强度成正比。

（3）入射光的频率不变时，存在一个使光电流减小到0的反向电压，即遏止电压（U c）。

表明光电子的能量只与入射光的频率有关，而与入射光的强度无关。

（4）光照射到金属表面时，光电子的逸出几乎是瞬时的，精确测量为10–9 s。

2．爱因斯坦光电效应方程：E k=hν–W03．光电流与电压的关系图象（I–U图象）（1）电压范围足够大时，电流的最大值为饱和光电流I m，图线与横轴交点的横坐标的绝对值为遏止电压U c，光电子的最大初动能E k=eU c。

（2）频率相同的入射光，遏止电压相同，饱和光电流与光照强度成正比。

（3）不同频率的入射光，遏止电压不同，入射光频率越大，遏止电压越大。

4．最大初动能与入射光频率的关系图象（E k–ν图象）（1）函数方程为E k =h ν–W 0=h ν–h νc 。

（2）图线斜率等于普朗克常量h ，横轴截距等于截止频率v c ，纵轴截距绝对值E 等于逸出功W 0=h νc 。

5．遏止电压与入射光频率的关系图象（U c –ν图象）（1）函数方程为U c =he ν–0W e =h e ν–c h eν。

（2）图线斜率与电子电荷量的乘积等于普朗克常量h ，横轴截距等于截止频率νc ，纵轴截距的绝对值与电子电荷量的乘积等于逸出功。

三、波粒二象性 1．光的波粒二象性（1）光的波动性：光的干涉、衍射、偏振现象。

（2）光的粒子性：光电效应、康普顿效应。

（3）光既具有波动性，又具有粒子性，称为光的波粒二象性。

2．康普顿效应（1）光电效应表明光子具有能量；康普顿效应表明光子既具有能量，又具有动量。

（2）光子的动量p =h λ。

3．粒子的波粒二象性 （1）德布罗意波（物质波）：频率ν=hε，波长λ=h p ，其中ε为粒子能量，p 为粒子动量，h 为普朗克常量。

（2）验证和应用：电子的衍射实验，电子显微镜。

（3）光波和物质波都是概率波。

（2018·辽宁省抚顺市六校高二下学期期末考试）如图为黑体辐射的强度与波长的关系图象，从图象可以看出，随着温度的升高，则A．各种波长的辐射强度都有减少B．只有波长短的辐射强度增加C．辐射电磁波的波长先增大后减小D．辐射强度的极大值向波长较短的方向移动【参考答案】D【详细解析】由图象可以看出，随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有增加，且辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，故AB错误，D正确。

随着温度的升高，黑体的辐射增强，波长变短，频率增大，故C错误。

故选D。

1．（2018·湖北省沙市中学高二下学期期中考试）普朗克在1900年将“能量子”引入物理学，开创了物理学的新纪元。

人们在解释下列哪组实验现象时，利用了“量子化”的观点的是A．光电效应现象 B．α粒子散射实验C．氢原子光谱实验 D．黑体辐射现象【答案】AC【解析】普朗克最先提出能量的量子化，成功解释黑体辐射现象。

爱因斯坦用量子理论解释光电效应。

玻尔将量子理论引入原子理论，解释了氢原子光谱。

故选AC。

2．关于黑体辐射的强度与波长的关系，如图所示正确的是【答案】B【解析】黑体辐射的强度与温度有关，温度越高，黑体辐射的强度越大，随着温度升高，黑体辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，选B。

（2018·天津市武清区杨村第三中学高三上学期第一次月考）现用某一光电管进行光电效应实验，当用某一频率的光入射时，有光电流产生。

下列说法正确的是A．保持入射光的频率不变，入射光的光强变大，饱和光电流变大B．遏止电压的大小与入射光的频率有关，还与入射光的光强有关C．入射光的频率变高，光电子的最大初动能变大D．保持入射光的光强不变，不断减小入射光的频率，始终有光电流产生【参考答案】AC【详细解析】保持入射光的频率不变，入射光的光强变大，因为饱和光电流与入射光的强度成正比，则饱和光电流变大，故A正确；根据光电效应方程E km=hγ–W0以及动能定理：E km=eU，可知遏止电压的大小与入射光的频率有关，与入射光的光强无关，故B错误；根据光电效应的规律，光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大，所以入射光的频率变高，光电子的最大初动能变大，故C正确；如果入射光的频率小于极限频率将不会发生光电效应，不会有光电流产生，故D错误；故选AC。

1．用如图所示的装置演示光电效应，当用某种频率的光照射光电管时，闭合开关S，此时电流表A的读数为I，若改用更高频率的光照射光电管A．断开开关S，则一定有电流流过电流表AB．将滑动变阻器的触头c向b端移动，光电子到达阳极时的速度必将变小C．只要电源的电压足够大，将滑动变阻器的触头c向a端移动，光电管中可能没有光电子产生D．只要电源的电压足够大，将滑动变阻器的触头c向a端移动，电流表A读数可能为0【答案】AD【解析】原来电路中，光电管两端加反向电压，此时有光电流，若改用更高频率的光照射光电管，且断开开关S，光电子的最大初动能增大，且无反向电压的减速，光电子一定能到达阳极，有光电流产生，A 正确；将滑动变阻器的触头c向b端移动，光电管两端的反向电压减小，光电子到达阳极的速度必将增大，B错误；改用更高频率的光照射光电管，光电管中一定有光电子产生，C错误；只要电源的电压足够大，将滑动变阻器的触头c向a端移动，使光电管两端的反向电压达到遏止电压，光电子就不能到达阳极，无法形成光电流，则电流表A的读数可能为0，D正确。

2．（2018·江苏省扬州中学高三上学期10月月考）用能量为50 eV的光子照射到光电管阴极后，测得光电流与电压的关系如图所示，已知电子的质量m=9.0×10－31 kg、电荷量e=1.6×10－19 C，普朗克常量h=6.63×10－34J·s。

试求：（1）光电管阴极金属的逸出功W；（2）光电子的最大动量和对应物质波的波长λ。

【答案】（1）30eV（2）【解析】（1）由图可知，遏止电压为–20 eV，由动能定理可知，由爱因斯坦光电效应方程可知，，即代入数据解得：W=30 eV；（2）由公式，整理得：；由公式。

（2018·甘肃省临夏中学高二下学期期末考试）下列有关光的波粒二象性的说法中，正确的是A．有的光是波，有的光是粒子B．光子与电子是同样的一种粒子C．大量光子的行为往往显示出粒子性D．光的波长越长，其波动性越显著；波长越短，其粒子性越显著【参考答案】D【详细解析】A、光既是波又是粒子，故A错误；B、光子不带电，没有静止质量，而电子带负电，由质量，故B错误；C、个别光子的作用效果往往表现为粒子性；大量光子的作用效果往往表现为波动性，故C错误；D、光的波长越长，其波动性越显著，波长越短，其粒子性越显著，故D正确；故选D。

【知识拓展】由c hcλνε==，光子的频率（能量）越高，波长越小，越不容易发生干涉或衍射，波动性越不明显，表现为粒子性。

1．在单缝衍射实验中，中央亮纹的光强占从单缝射入的整个光强的95%以上．假设现在只让一个光子通过单缝，那么该光子A．一定落在中央亮纹处 B．一定落在亮纹处C．可能落在暗纹处 D．落在中央亮纹处的可能性最大【答案】CD【解析】根据光的概率波概念，对于一个光子通过单缝落在何处，是不可确定的，但概率最大的是落在中央亮纹处，也可能落在其他亮纹处，还可能落在暗纹处，AB 错误；CD 正确。

2．（2018·山东省泰安市宁阳一中高二下学期期末考试）利用金属晶格（大小约10–10m ）作为障碍物观察电子的衍射图样，方法是让电子束通过电场加速后，照射到金属晶格上，从而得到电子的衍射图样。

已知电子质量为m ，电荷量为e ，初速度为0，加速电压为U ，普朗克常量为h ，则下列说法中正确的是 A ．该实验说明了电子具有波动性B ．实验中电子束的德布罗意波的波长为C ．加速电压U 越大，电子的衍射现象越明显D ．若用相同动能的质子替代电子，衍射现象将更加明显 【答案】AB【解析】A 、该实验观察电子的衍射图样，衍射现象说明粒子的波动性，故A 正确；B 、电子束通过电场加速，由动能定理可得：212eU mv =，故有：，所以，实验中电子束的德布罗意波的波长为：，故B 正确；C 、由B 可知：加速电压U 越大，波长越小，那么，衍射现象越不明显，故C 错误；D 、若用相同动能的质子替代电子，质量变大，那么粒子动量P =故德布罗意波的波长hPλ=变小，故衍射现象将不明显，故D 错误。

1．（2018·吉林省梅河口市第五中学高二下学期期末考试）下列说法正确的是 A ．就物质波来说，速度相等的电子和质子，电子的波长长 B ．原来不带电的一块锌板，被弧光灯照射锌板时，锌板带负电 C ．红光光子比紫光光子的能量大D ．光电效应和康普顿效应均揭示了光具有波动性2．（2018·山西省大同市第一中学高三8月开学检测）下列各种叙述中，符合物理学事实的是 A ．康普顿效应证明了光具有波动性 B ．电子衍射实验证明了实物粒子具有波动性 C ．普朗克为了解释光电效应的规律提出光子说D．光电效应现象是爱因斯坦首先发现的3．在实验室或工厂的高温炉子上开一小孔，小孔可看作黑体，由小孔的热辐射特征，就可以确定炉内的温度，如图所示，就是黑体的辐射强度与其辐射光波长的关系图象，则下列说法正确的是A．T1 >T2B．T1<T2C．温度越高，辐射强度最大的电磁波的波长越长D．温度越高，辐射强度的极大值就越大4．如图所示，电路中所有元件完好，有光照射到光电管上，但灵敏电流计没有示数，其原因可能是A．入射光太弱 B．入射光波长太长C．光照时间短 D．电源正负极接反5．（2018·山东省青岛第二中学高三上学期期中考试）用不同频率的紫外线分别照射钨和锌的表面而产生光电效应，可得到光电子的最大初动能E k随入射光频率ν变化的E k–ν图像，已知钨的逸出功是3.28 eV，锌的逸出功是3.34 eV，若将二者的图线画在同一个E k–ν坐标系中，图中用实线表示钨，虚线表示锌，则正确反映这一过程的是A． B．C． D．6．N 为钨板，M 为金属网，它们分别与电池的两极相连，各电池的电动势和极性如图所示，已知金属钨的逸出功为4.5 eV 。