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高考物理總復(fù)習(xí)課件
第十三章 　近代物理初步
第1節(jié) 光電效應(yīng) 波粒二象性
一、光電效應(yīng)
1.光電效應(yīng).
圖 13-1-1
如圖 13-1-1 所示，在光的照射下物體發(fā)射電子的現(xiàn)象叫光電
效應(yīng)，發(fā)射出來(lái)的電子叫________.
光電子
條件 任何一種金屬都有一個(gè)極限頻率ν0，入射光的頻率ν>______，才能產(chǎn)生光電效應(yīng)
最大
初動(dòng)能 光電子的最大初動(dòng)能與入射光的強(qiáng)度______關(guān)，隨入射光頻率的增大而增大
發(fā)生時(shí)間 入射光照到金屬上時(shí)，光電子的發(fā)射幾乎是_______的，一般不超過(guò)10－9 s
光電流
強(qiáng)度 當(dāng)入射光的頻率大于極限頻率時(shí)，入射光越強(qiáng)光電流
________
2.光電效應(yīng)的規(guī)律.
ν0
無(wú)
瞬時(shí)
越大
說(shuō)明：(1)遏止電壓：使________減小到零的反向電壓 Uc.
(2)截止頻率：能使某種金屬發(fā)生光電效應(yīng)的________頻率叫
做該種金屬的截止頻率(又叫極限頻率).不同的金屬對(duì)應(yīng)著不同的
極限頻率.
光電流
最小
不是
hν
3.愛(ài)因斯坦的光子說(shuō)：光的能量________連續(xù)的，而是一份一
份的，每一份叫做一個(gè)光子，光子的能量 E 跟光的頻率ν成正比：
E＝________(h 是普朗克常量).
4.愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程.
(1)最大初動(dòng)能和逸出功.
金屬表面的電子吸收光子后，克服金屬原子核的引力做功.直
接從金屬表面逸出的電子所具有的最大動(dòng)能稱為最大初動(dòng)能，克
服金屬原子核的引力逃逸出而成為光電子所做的功的最小值叫
________.
逸出功
Ek＝hν－W0
(2)光電效應(yīng)方程：______________，hν極限 ＝W0.(Ek 是光電子
的最大初動(dòng)能；W0 是逸出功，即從金屬表面直接飛出的光電子克
服原子核的引力所做的功).
二、光的波粒二象性
1.光的波粒二象性.
(1)光的干涉、衍射、偏振現(xiàn)象證明光具有____________.
(2)光電效應(yīng)說(shuō)明光具有__________.
(3)光既具有波動(dòng)性，又具有粒子性，稱為光的_____________.
2.物質(zhì)波.
任何一個(gè)運(yùn)動(dòng)著的物體，小到微觀粒子、大到宏觀物體，都
克常量.
波動(dòng)性
粒子性
波粒二象性
3.概率波.
光的干涉現(xiàn)象是大量光子的運(yùn)動(dòng)遵循波動(dòng)規(guī)律的表現(xiàn)，亮條
紋是光子到達(dá)概率大的地方，暗條紋是光子到達(dá)概率小的地方，
因此光波又叫概率波.
【基礎(chǔ)自測(cè)】
1.判斷下列題目的正誤.
(1)光子和光電子都是實(shí)物粒子.(
)
(2)只要入射光的強(qiáng)度足夠強(qiáng)，時(shí)間足夠長(zhǎng)，就可以使金屬發(fā)
生光電效應(yīng).(
)
(3)若紅光能使某金屬發(fā)生光電效應(yīng)，則紫光必然能使該金屬
發(fā)生光電效應(yīng)(
)
(4)光電效應(yīng)方程 Ek＝hν－W0 中，ν為入射光子的頻率不是金
屬的極限頻率.(
)
(5)光的頻率越高，光的粒子性越明顯，但仍具有波動(dòng)性.(
)
答案：(1)×　(2)×　(3)√　(4)√　(5)√
2.(2023 年吉林白山一模)用甲、乙兩種單色光分別照射鋅板，
都能發(fā)生光電效應(yīng).已知乙光的頻率是甲光頻率的 2 倍，用甲光照
射鋅板逸出的光電子的最大初動(dòng)能為 Ek，用乙光照射鋅板逸出的
光電子的最大初動(dòng)能為 3Ek，則鋅板的逸出功為(
)
解析：根據(jù)愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程有 Ek ＝hν －W0 ，3Ek ＝
2hν－W0，解得 W0＝Ek，選 A.
答案：A
3.(2022 年廣東廣州模擬)如圖 13-1-2，電路中所有元件完好.
)
當(dāng)光照射光電管時(shí)，靈敏電流計(jì)指針沒(méi)有偏轉(zhuǎn)，其原因是(
圖 13-1-2
A.電源的電壓太大
C.入射光的強(qiáng)度太強(qiáng)
B.光照的時(shí)間太短
D.入射光的頻率太低
解析：電源正負(fù)極的連接使得光電子在電場(chǎng)中做加速運(yùn)動(dòng)，
故無(wú)論電源電壓多大都不會(huì)讓靈敏電流計(jì)指針沒(méi)有偏轉(zhuǎn)，A 錯(cuò)誤.
光電效應(yīng)的發(fā)生是瞬間的，與入射光的照射時(shí)間無(wú)關(guān)，B 錯(cuò)誤.靈
敏電流計(jì)指針未發(fā)生偏轉(zhuǎn)，可能是未發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象，即入射
光的頻率小于金屬的截止頻率(入射光的波長(zhǎng)大于金屬的極限波
長(zhǎng))，與光照強(qiáng)度無(wú)關(guān)，C 錯(cuò)誤，D 正確.
答案：D
4.(多選)下列有關(guān)光的波粒二象性的說(shuō)法中，正確的是(
)
A.有的光是波，有的光是粒子
B.光子與電子是同樣的一種粒子
C.光的波長(zhǎng)越長(zhǎng)，其波動(dòng)性越顯著；波長(zhǎng)越短，其粒子性越
顯著
D.康普頓效應(yīng)表明光具有粒子性
答案：CD
熱點(diǎn) 1 光電效應(yīng)
[熱點(diǎn)歸納]
1.光電效應(yīng)的研究思路.
(1)兩條線索：
(2)兩條對(duì)應(yīng)關(guān)系：
(3)三點(diǎn)提醒：
①能否發(fā)生光電效應(yīng)，不取決于光的強(qiáng)度而取決于光的頻率.
②光電效應(yīng)中的“光”不是特指可見(jiàn)光，也包括不可見(jiàn)光.
③逸出功的大小由金屬本身決定，與入射光無(wú)關(guān).
2.定量分析光電效應(yīng)時(shí)應(yīng)抓住的三個(gè)關(guān)系式.
(1)愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程：Ek＝hν－W0.
(2)最大初動(dòng)能與遏止電壓的關(guān)系：Ek＝eUc.
3.光電管上加正向與反向電壓情況分析.
(1)光電管加正向電壓情況(圖 13-1-3).
①P 右移時(shí)，參與導(dǎo)電的光電子數(shù)增加；
②P 移到某一位置時(shí)( 電壓增大到一定程
度，越來(lái)越接近飽和，是一個(gè)無(wú)限接近的值)，
所有逸出的光電子恰好都參與了導(dǎo)電，光電流
恰好達(dá)到最大值；
③P 再右移時(shí)，光電流不再增大.
圖 13-1-3
(2)光電管加反向電壓情況(圖 13-1-4).
①P 右移時(shí)，參與導(dǎo)電的光電子數(shù)減少；
②P 移到某一位置時(shí)，所有逸出的光電子
恰好都不參與導(dǎo)電，光電流恰好為 0，此時(shí)光
電管兩端加的電壓為遏止電壓；
③P 再右移時(shí)，光電流始終為 0.
圖 13-1-4
考向 1 光電效應(yīng)現(xiàn)象
【典題 1】(多選)如圖 13-1-5 所示，用
導(dǎo)線把驗(yàn)電器與鋅板相連接，當(dāng)用紫外線照
)
射鋅板時(shí)，發(fā)生的現(xiàn)象是(
A.有光子從鋅板逸出
B.有光電子從鋅板逸出
圖 13-1-5
C.驗(yàn)電器指針張開(kāi)一個(gè)角度
D.鋅板帶負(fù)電
解析：用紫外線照射鋅板是能夠發(fā)生光電效應(yīng)的，鋅板上的
電子吸收紫外線的能量從鋅板表面逸出，稱之為光電子，A 錯(cuò)誤，
B 正確.鋅板與驗(yàn)電器相連，帶有相同電性的電荷，鋅板失去電子
應(yīng)該帶正電，且失去電子越多，帶正電的電荷量越多，驗(yàn)電器指
針張角越大，C 正確，D 錯(cuò)誤.
答案：BC
思路導(dǎo)引
發(fā)生光電效應(yīng)，從鋅板上溢出的是吸收了光子的
電子——光電子，鋅板失去電子帶正電，而驗(yàn)電器與鋅板相連，
二者帶同種電荷，并非溢出的光電子飛到驗(yàn)電器上.
考向 2 光電效應(yīng)的規(guī)律
【典題 2】(2023 年江蘇南京月考)我們用如
圖 13-1-6 所示的電路研究光電效應(yīng)時(shí)，當(dāng)開(kāi)關(guān)
閉合后，下列選項(xiàng)中的操作可能使微安表示數(shù)增
大的有(
)
A.把滑動(dòng)變阻器的滑片向右滑動(dòng)
圖 13-1-6
B.把滑動(dòng)變阻器的滑片向左滑動(dòng)
C.入射光顏色不變強(qiáng)度減小
D.更換電源的正負(fù)極
解析：把滑動(dòng)變阻器的滑片向右滑動(dòng)，光電管兩端的正向電
壓增大，可能使微安表示數(shù)增大.把滑動(dòng)變阻器的滑片向左滑動(dòng)，
光電管兩端的正向電壓減小，微安表示數(shù)不會(huì)增大，A 正確，B
錯(cuò)誤.入射光顏色不變強(qiáng)度減小，則單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的光電子數(shù)減
小，光電流減小，C 錯(cuò)誤.更換電源的正負(fù)極，光電管兩端由正向
電壓變?yōu)榉聪螂妷海脖硎緮?shù)減小，D 錯(cuò)誤.
答案：A
圖像名稱 圖線形狀 由圖線直接(間接)得到的物理量
最大初動(dòng)能Ek與入射光頻率ν的關(guān)系圖線 ①極限頻率：圖線與ν軸交點(diǎn)的橫坐標(biāo)ν0
②逸出功：圖線與Ek軸交點(diǎn)的縱坐標(biāo)的絕對(duì)值W0＝ |－E|＝E
③普朗克常量：圖線的斜率k＝h
熱點(diǎn) 2 光電效應(yīng)與圖像的綜合
圖像名稱 圖線形狀 由圖線直接(間接)得到的物理量
顏色相同、強(qiáng)弱不
同的光，光電流與
電壓的關(guān)系 ①遏止電壓Uc：圖線與橫軸的交點(diǎn)
②飽和光電流Im：電流的最大值
③最大初動(dòng)能：Ekm＝eUc
(續(xù)表)
圖像名稱 圖線形狀 由圖線直接(間接)得到的物理量
顏色不同時(shí)，光電
流與電壓的關(guān)系 ①遏止電壓Uc1、Uc2
②飽和光電流
③最大初動(dòng)能Ek1＝eUc1、Ek2＝eUc2
(續(xù)表)
圖像名稱 圖線形狀 由圖線直接(間接)得到的物理量
遏止電壓Uc與入射光頻率ν的關(guān)系圖線 ①截止頻率ν0：圖線與橫軸的交點(diǎn)
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荷量的乘積，即h＝ke
(注：此時(shí)兩極之間接反向電壓)
(續(xù)表)
考向 1 光電效應(yīng)的 Ek-ν圖像
【典題 3】(多選，2022 年廣東珠海模擬)在研究甲、乙兩種金
屬光電效應(yīng)現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)中，光電子的最大初動(dòng)能 Ek 與入射光頻率
ν的關(guān)系如圖 13-1-7 所示，則(
)
圖 13-1-7
A.兩條圖線與橫軸的夾角α和β可能不相等
B.若增大入射光頻率ν，則所需的遏止電壓 Uc 隨之增大
C.若某一頻率的光可以使乙金屬發(fā)生光電效應(yīng)，則一定也能
使甲金屬發(fā)生光電效應(yīng)
D.若增加入射光的強(qiáng)度，不改變?nèi)肷涔忸l率ν，則光電子的最
大初動(dòng)能將增大
解析：根據(jù)愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程 Ek＝hν－W0 可知，光電子
的最大初動(dòng)能 Ek 與入射光頻率ν的關(guān)系圖像的斜率為普朗克常量
h，所以兩條圖線的斜率一定相等，α和β一定相等，A 錯(cuò)誤.由 Ek
＝hν－W0可知，若增大入射光的頻率ν，則產(chǎn)生的光電子的最大初
動(dòng)能增大.由 eUc＝Ek 可知，若增大入射光頻率ν，則所需的遏止電
壓 Uc 將增大，B 正確.光電子的最大初動(dòng)能 Ek 與入射光頻率ν的關(guān)
系圖像與橫軸的截距等于金屬的逸出功 W0 與普朗克常量 h 的比
值，由圖像可知甲的逸出功較小，因此某一頻率的光可以使乙金
屬發(fā)生光電效應(yīng)，則一定能使甲金屬發(fā)生光電效應(yīng)，C 正確.根據(jù)
光電效應(yīng)規(guī)律，若不改變?nèi)肷涔忸l率ν，而增加入射光的強(qiáng)度，則
光電子的最大初動(dòng)能不變，D 錯(cuò)誤.
答案：BC
考向 2 光電效應(yīng)的 I-U 圖像
【典題 4】(2022 年廣東茂名月考)如圖13-1-8 甲所示，密封的
真空玻璃管中的兩個(gè)電極，陰極 K 與陽(yáng)極 A 之間電壓 U 的大小可
調(diào)，電源的正負(fù)極也可以對(duì)調(diào).閉合開(kāi)關(guān)后，陽(yáng)極 A 吸收陰極 K 發(fā)
出的光電子，形成的光電流與電壓的關(guān)系圖像如圖乙所示.現(xiàn)用藍(lán)
光、弱黃光、強(qiáng)黃光照射陰極 K，圖中 a、b、c 光依次為(
)
甲
A.藍(lán)光、弱黃光、強(qiáng)黃光
C.強(qiáng)黃光、藍(lán)光、弱黃光
乙
圖 13-1-8
B.弱黃光、藍(lán)光、強(qiáng)黃光
D.藍(lán)光、強(qiáng)黃光、弱黃光
解析：當(dāng)光電流為零時(shí)，光電管兩端加的電壓為遏止電壓，
對(duì)應(yīng)的光的頻率為截止頻率，根據(jù) eUc＝hν－W0，入射光的頻率越
高，對(duì)應(yīng)的遏止電壓 U 越大，a 光、c 光的遏止電壓相等，所以 a
光、c 光的頻率相等，而 b 光的頻率大，由圖可知，a 的飽和電流
最大，因此 a 光束照射時(shí)單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的光電子數(shù)量大，光強(qiáng)
大，而 c 光的強(qiáng)度最小，b 光的強(qiáng)度介于二者之間，因?yàn)樗{(lán)光的頻
率大于黃光，所以 a 光、b 光、c 光依次為強(qiáng)黃光、藍(lán)光、弱黃光，
故 C 正確.
答案：C
思路導(dǎo)引 遏止電壓與入射光的頻率有關(guān)，與光的強(qiáng)度無(wú)關(guān)，
對(duì)同樣頻率的光，飽和光電流，與光子個(gè)數(shù)成正比，即與光的強(qiáng)
度成正比.
考向 3 光電效應(yīng)的 Uc-ν圖像
【典題 5】(2023 年河南南陽(yáng)月考)利用如圖 13-1-9 甲所示的電
路完成光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)，金屬的遏止電壓 Uc 與入射光頻率ν的關(guān)系
如圖乙所示，圖乙中 U1、ν0、ν1 均已知，電子電荷量用 e 表示.入
)
乙
射光頻率為ν1 時(shí)，下列說(shuō)法正確的是(
甲
圖 13-1-9
A.光電子的最大初動(dòng)能 Ek＝eU1－h(huán)ν0
B.由 Uc-ν圖像可求得普朗克常量 h＝
eU1
ν1－ν0
C. 滑動(dòng)變阻器的滑片 P 向 N 端移動(dòng)過(guò)程中電流表示數(shù)逐漸
增加
D.把電源正負(fù)極對(duì)調(diào)之后，滑動(dòng)變阻器的滑片 P 向 N 端移動(dòng)
過(guò)程中電流表示數(shù)一定一直增加
解析：依題得，由圖乙可得光電子的最大初動(dòng)能為 Ekm＝U1e，
A 錯(cuò)誤.根據(jù)光電效應(yīng)方程可得 hν1＝W0＋Ekm，其中 W0＝hν0，可
得普朗克常量為 h＝
U1e
ν1－ν0
，B 正確.圖甲中光電管陽(yáng)極 A 接電源負(fù)
極，陰極 K 接電源正極，其所接電壓為反向電壓，滑動(dòng)變阻器滑
片 P 向 N 端移動(dòng)，反向電壓逐漸增大，電流表示數(shù)逐漸減小，當(dāng)
反向電壓大于或等于遏止電壓時(shí)，光電流恒為 0，C 錯(cuò)誤.把電源
正負(fù)極對(duì)調(diào)之后，光電管陽(yáng)極 A 接電源正極，陰極 K 接電源負(fù)極，
其所接電壓為正向電壓，因單位時(shí)間內(nèi)陰極 K 發(fā)射的光電子數(shù)目
是一定的，所以隨滑動(dòng)變阻器滑片 P 向 N 端移動(dòng)，所加電壓逐漸
增大，電流表示數(shù)逐漸增大，最后會(huì)達(dá)到一個(gè)飽和值，之后電流
表示數(shù)保持不變，D 錯(cuò)誤.
答案：B
思路導(dǎo)引
由光電效應(yīng)方程可求光電子的最大初動(dòng)能，但這
不是求光電子最大初動(dòng)能的唯一途徑，也可以在電子從 K 極到 A
極的過(guò)程中，應(yīng)用動(dòng)能定理求得.
從數(shù)量上看 個(gè)別光子的作用效果往往表現(xiàn)為粒子性.大量光子的
作用效果往往表現(xiàn)為波動(dòng)性
從頻率上看 頻率越低波動(dòng)性越顯著，越容易看到光的干涉和衍射
現(xiàn)象.頻率越高粒子性越顯著，越不容易看到光的干
涉和衍射現(xiàn)象，貫穿本領(lǐng)越強(qiáng)
熱點(diǎn) 3 光的波粒二象性與物質(zhì)波
[熱點(diǎn)歸納]
1.對(duì)光的波粒二象性的理解.
從傳播與
作用上看 光在傳播過(guò)程中往往表現(xiàn)出波動(dòng)性.在與物質(zhì)發(fā)生作
用時(shí)往往表現(xiàn)出粒子性
波動(dòng)性與
粒子性的
統(tǒng)一 h
由光子的能量ε＝hν、光子的動(dòng)量表達(dá)式 p＝ 也可以
λ
看出，光的波動(dòng)性和粒子性并不矛盾，表示粒子性的
能量和動(dòng)量的計(jì)算式中都含有表示波的特征的物理
量——頻率ν和波長(zhǎng)λ
(續(xù)表)
2.物質(zhì)波.
(1)定義：任何運(yùn)動(dòng)著的物體都有一種波與之對(duì)應(yīng)，這種波叫
做物質(zhì)波，也叫德布羅意波.
【典題 6】質(zhì)量為 m 的粒子原來(lái)的速度為 v，現(xiàn)將粒子的速度
增大為 2v，則描寫(xiě)該粒子的物質(zhì)波的波長(zhǎng)將(粒子的質(zhì)量保持不變)
(
)
A.保持不變
B.變?yōu)樵瓉?lái)波長(zhǎng)的兩倍
C.變?yōu)樵瓉?lái)波長(zhǎng)的一半
D.變?yōu)樵瓉?lái)波長(zhǎng)的 倍
答案：C
【遷移拓展】(2022 年全國(guó)乙卷)一點(diǎn)光源以 113 W 的功率向
周圍所有方向均勻地輻射波長(zhǎng)約為 6 ×10 －7 m 的光，在離點(diǎn)光
源距離為 R 處每秒垂直通過(guò)每平方米的光子數(shù)為 3×1014 個(gè).普朗
克常量為 h＝6.63×10-34 J· s.R 約為( )
A.1 × 102 m B.3 × 102 m
C.6 × 102 m D.9 × 102 m
頻率有以下關(guān)系c＝λν，光源每秒發(fā)出的光子的個(gè)數(shù)為 n＝ ＝
解析：一個(gè)光子的能量為 E＝hν，ν為光的頻率，光的波長(zhǎng)與
P
hν
Pλ
hc
，
P 為光源的功率，光子以球面波的形式傳播，那么以光源為原點(diǎn)
的球面上的光子數(shù)相同，此時(shí)距光源的距離為 R 處，每秒垂直通
過(guò)每平方米的光子數(shù)為 3 × 1014 個(gè)，那么此處的球面的表面積為
答案：B
思路導(dǎo)引
建立一球體模型，認(rèn)為球心處的光源放出的能量
均勻分布在半徑為 R 的球面上，每個(gè)光子為一個(gè)能量子，根據(jù)在
一秒鐘的時(shí)間內(nèi)所有光子的總能量數(shù)值上等于光源的功率求得半
徑 R.
謝謝
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