2024年高考物理一轮复习（新人教版） 第16章 第1讲　光电效应　波粒2象性.docx

1、考情分析光电效应2022河北卷T42021海南卷T32021江苏卷T82019天津卷T52018全国卷T17能级跃迁、光子的动量2022广东卷T52022浙江6月选考T72022北京卷T12022重庆卷T62020江苏卷T12(2)2019全国卷T14黑体辐射、原子核式结构实验、物质波2022浙江1月选考T162020天津卷T12020江苏卷T12(1)原子核的衰变、半衰期2022全国甲卷T172022山东卷T12022浙江6月选考T142021全国甲卷T172021全国乙卷T172021山东卷T12021广东卷T12021湖南卷T12021河北卷T12021福建卷T92021重庆卷T2202

2、0全国卷T19核反应、核能2022浙江1月选考T142022湖北卷T12022辽宁卷T22021浙江6月选考T142021北京卷T12021海南卷T52021江苏卷T12020全国卷T192020全国卷T182020浙江7月选考T142019全国卷T15试题情境生活实践类医用放射性核素、霓虹灯、氖管、光谱仪、原子钟、威耳逊云室、射线测厚仪、原子弹、反应堆与核电站、太阳、氢弹、环流器装置等学习探究类光电效应现象、光的波粒二象性、原子的核式结构模型、氢原子光谱、原子的能级结构、射线的危害与防护、原子核的结合能、核裂变反应和核聚变反应等第1讲光电效应波粒二象性目标要求1.了解黑体辐射的实验规律.2.

3、知道什么是光电效应，理解光电效应的实验规律，会利用光电效应方程计算逸出功、截止频率、最大初动能等物理量.3.了解实物粒子的波动性，知道物质波的概念考点一黑体辐射及实验规律1热辐射(1)定义：周围的一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与物体的温度有关，所以叫热辐射(2)特点：热辐射强度按波长的分布情况随物体温度的不同而有所不同2黑体、黑体辐射的实验规律(1)黑体：能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射的物体(2)黑体辐射的实验规律：对于一般材料的物体，辐射电磁波的情况除了与温度有关，还与材料的种类及表面状况有关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随着温度的升高，一方面，各种波长

4、的辐射强度都有增加，另一方面，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，如图3能量子(1)定义：普朗克认为，当带电微粒辐射或吸收能量时，只能辐射或吸收某个最小能量值的整数倍，这个不可再分的最小能量值叫作能量子(2)能量子大小：h，其中是带电微粒吸收或辐射电磁波的频率，h称为普朗克常量h6.6261034 Js(一般取h6.631034 Js)1黑体能够反射各种波长的电磁波，但不会辐射电磁波()2黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温度有关，随着温度的升高，各种波长的辐射强度都增加，辐射强度极大值向波长较短的方向移动()3玻尔为得出黑体辐射的强度按波长分布的公式，提出了能量子的假说()例1(多选)关

5、于黑体辐射的实验规律如图所示，下列说法正确的是()A黑体能够完全吸收照射到它上面的光波B随着温度的降低，各种波长的光辐射强度都有所增加C随着温度的升高，辐射强度极大值向波长较长的方向移动D黑体辐射的强度只与它的温度有关，与形状和黑体材料无关答案AD解析能完全吸收照射到它上面的各种频率的电磁波而不发生反射的物体称为黑体，选项A正确；由题图可知，随温度的降低，各种波长的光辐射强度都有所减小，选项B错误；随着温度的升高，黑体辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，选项C错误；一般物体辐射电磁波的情况除了与温度有关，还与材料的种类及表面情况有关，但黑体辐射电磁波的情况只与它的温度有关，选项D正确例2(2

6、022全国乙卷17)一点光源以113 W的功率向周围所有方向均匀地辐射波长约为6107 m的光，在离点光源距离为R处每秒垂直通过每平方米的光子数为31014个普朗克常量为h6.631034 Js.R约为()A1102 m B3102 mC6102 m D9102 m答案B解析一个光子的能量为Eh，为光的频率，光的波长与频率的关系为c，光源每秒发出的光子的个数为n，P为光源的功率，光子以球面波的形式传播，那么以光源为原点的球面上的光子数相同，此时距光源的距离为R处，每秒垂直通过每平方米的光子数为31014个，那么此处的球面的表面积为S4R2，则31014，联立以上各式解得R3102 m，故选B.

7、考点二光电效应1光电效应及其规律(1)光电效应现象照射到金属表面的光，能使金属中的电子从表面逸出，这个现象称为光电效应，这种电子常称为光电子(2)光电效应的产生条件入射光的频率大于或等于金属的截止频率(3)光电效应规律每种金属都有一个截止频率c，入射光的频率必须大于或等于这个截止频率才能产生光电效应光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光频率的增大而增大光电效应的发生几乎是瞬时的，一般不超过109 s.当入射光的频率大于或等于截止频率时，在光的颜色不变的情况下，入射光越强，饱和电流越大，逸出的光电子数越多，逸出光电子的数目与入射光的强度成正比，饱和电流的大小与入射光的强度成正比2爱因斯

8、坦光电效应方程(1)光电效应方程表达式：hEkW0或EkhW0.物理意义：金属表面的电子吸收一个光子获得的能量是h，这些能量的一部分用来克服金属的逸出功W0，剩下的表现为逸出后电子的最大初动能(2)逸出功W0：电子从金属中逸出所需做功的最小值，W0hch.(3)最大初动能：发生光电效应时，金属表面上的电子吸收光子后克服原子核的引力逸出时所具有的动能的最大值1光子和光电子都不是实物粒子()2只要入射光的强度足够大，就可以使金属发生光电效应()3要使某金属发生光电效应，入射光子的能量必须大于或等于该金属的逸出功()4光电子的最大初动能与入射光子的频率成正比()光电效应的分析思路例3(2023天津市

9、质检)光电效应实验中，下列表述正确的是()A光照时间越长，光电子最大初动能越大B入射光足够强就可以有光电流导出C遏止电压与入射光的强度有关D入射光频率小于截止频率时，不论光照时间多长，都不能发生光电效应答案D解析光电子的最大初动能与光照时间无关，与入射光的频率有关，故A错误；发生光电效应的条件是入射光频率大于或等于截止频率，入射光强，不一定能发生光电效应，故B错误；根据光电效应方程EkeUchW0知遏止电压与入射光的频率有关，与强度无关，故C错误；当入射光频率小于截止频率时，不论光照时间多长，都不能发生光电效应，故D正确例4(2023湖北省恩施高中月考)用如图所示的实验装置研究光电效应现象用光

10、子能量为2.75 eV的光照射到光电管上时发生了光电效应，电流表G的示数不为零，移动滑动变阻器的触点c，发现当电压表的示数大于或等于1.7 V时，电流表示数为零，则在该实验中()A光电子的最大初动能为1.05 eVB光电管阴极的逸出功为1.7 eVC开关S断开，电流表G示数为零D当触点c向a端滑动时，电压表示数增大答案D解析由题可知，遏止电压Uc1.7 V，最大初动能EkeUc1.7 eV，A错误；根据光电效应方程可知，逸出功W0EEk1.05 eV，B错误；断开开关S，光电效应依然发生，有光电流，光电管、电流表、滑动变阻器构成闭合回路，电流表中电流不为零，C错误；电源电压为反向电压，当触点c

11、向a端滑动时，反向电压增大，电压表示数增大，电流表示数减小，D正确考点三光电效应中常见的四类图像图像名称图线形状获取信息最大初动能Ek与入射光频率的关系截止频率c：图线与轴交点的横坐标逸出功W0：图线与Ek轴交点的纵坐标的绝对值W0|E|E普朗克常量h：图线的斜率kh遏止电压Uc与入射光频率的关系截止频率c：图线与横轴的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：等于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压)颜色相同、强度不同的光，光电流与电压的关系遏止电压Uc：图线与横轴的交点的横坐标饱和电流：电流的最大值最大初动能：EkeUc颜色不同时，光电流

12、与电压的关系遏止电压Uc1、Uc2饱和电流最大初动能Ek1eUc1，Ek2eUc2例5(2023山东日照市模拟)在研究光电效应现象时，先后用单色光a、b、c照射同一光电管，所得到的光电流I与光电管两端所加电压U间的关系曲线如图所示，下列说法正确的是()Ab、c两种单色光的颜色相同Ba、b两种单色光的光照强度相同C增大c光的光照强度，电路中的饱和电流将增大D增大b光的光照强度，射出的光电子的最大初动能增大答案C解析根据题图可知单色光c的遏止电压小于单色光b的遏止电压，根据eUcEkhW0可知，b、c两种单色光频率不同，所以颜色不同，故A错误；由题图可知单色光a、b的遏止电压相同，则单色光a、b的

13、频率相同，在光的频率相同的情况下，入射光越强，饱和电流越大，单色光a的饱和电流大于单色光b的饱和电流，则单色光a的光照强度大于单色光b的光照强度，故B错误；电路中的饱和电流与光照强度有关，在其他条件相同的情况下，光照强度越大，光电流越大，故增大c光的光照强度，电路中的饱和电流将增大，故C正确；射出的光电子的最大初动能与光照强度无关，故D错误例6(2021江苏卷8)如图所示，分别用1、2两种材料作K极进行光电效应探究，其截止频率12，保持入射光不变，则光电子到达A极时动能的最大值Ekm随电压U变化关系的图像是()答案C解析光电管所加电压为正向电压，则根据爱因斯坦光电效应方程可知光电子到达A极时动

14、能的最大值EkmUehh截止，可知EkmU图像的斜率相同，均为e；截止频率越大，则图像在纵轴上的截距越小，因12，则图像C正确，A、B、D错误考点四光的波粒二象性与物质波1光的波粒二象性(1)光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有波动性(2)光电效应说明光具有粒子性(3)光既具有波动性，又具有粒子性，称为光的波粒二象性2物质波(1)概率波：光的干涉现象是大量光子的运动遵守波动规律的表现，亮条纹是光子到达概率大的地方，暗条纹是光子到达概率小的地方，因此光波又叫概率波(2)物质波：任何一个运动着的物体，小到微观粒子，大到宏观物体，都有一种波与它对应，其波长，p为运动物体的动量，h为普朗克常量1光的频率

15、越高，光的粒子性越明显，但仍具有波动性()2法国物理学家德布罗意大胆预言了实物粒子在一定条件下会表现为波动性()例7(多选)(2022浙江1月选考16)电子双缝干涉实验是近代证实物质波存在的实验如图所示，电子枪持续发射的电子动量为1.21023 kgm/s，然后让它们通过双缝打到屏上已知电子质量取9.11031 kg，普朗克常量取6.61034 Js，下列说法正确的是()A发射电子的动能约为8.01015 JB发射电子的物质波波长约为5.51011 mC只有成对电子分别同时通过双缝才能发生干涉D如果电子是一个一个发射的，仍能得到干涉图样答案BD解析根据动量的大小与动能的关系可知发射电子的动能约

16、为Ek J8.01017 J，故A错误；发射电子的物质波波长约为 m5.51011 m，故B正确；物质波也具有波粒二象性，故电子的波动性是每个电子本身的性质，则每个电子依次通过双缝都能发生干涉现象，只是需要大量电子显示出干涉图样，故C错误，D正确例8(2023上海市师大附中高三月考)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)所示的图像，则()A图像(a)表明光具有波动性B图像(c)表明光具有粒子性C用紫外线观察不到类似的图像D实验表明光是一种概率波答案D解析题图(a)只有分散的亮点，表明光具有粒子性；题图(c)呈现干涉条纹，表明光具有波动性，A、B

17、错误；紫外线也具有波粒二象性，也可以观察到类似的图像，C错误；实验表明光是一种概率波，D正确课时精练1关于光电效应，下列说法正确的是()A截止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，任何金属都能发生光电效应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，单位时间内逸出的光电子数就越多答案A解析逸出功W0hc，W0c，A正确；只有照射光的频率大于或等于金属截止频率，才能发生光电效应，与光照的时间无关，B错误；由光电效应方程EkhW0知，入射光频率不确定时，无法确定Ek与W0的关系，C错误；发生光电效应的前提下，入射光的光强一定时，频率越

18、高，光子数越少，单位时间内逸出的光电子数越少，D错误2(多选)波粒二象性是微观世界的基本特征，以下说法正确的有()A光电效应现象揭示了光的粒子性B热中子束射到晶体上产生衍射图样说明中子具有波动性C黑体辐射的实验规律可用光的波动性解释D动能相等的质子和电子，它们的德布罗意波的波长也相等答案AB3(2022江苏卷4)上海光源通过电子光子散射使光子能量增加，光子能量增加后()A频率减小 B波长减小C动量减小 D速度减小答案B解析根据h可知光子的能量增加后，光子的频率增加，又根据，可知光子波长减小，故A错误，B正确；根据p，可知光子的动量增加，又因为光子质量不变，根据pmv可知光子速度增加，故C、D错

19、误4.研究光电效应的电路图如图所示，关于光电效应，下列说法正确的是()A任何一种频率的光，只要照射时间足够长，电流表就会有示数B若电源电动势足够大，滑动变阻器滑片向右滑，电流表的示数能一直增大C调换电源的正负极，调节滑动变阻器的滑片，电流表的示数可能变为零D光电效应反映了光具有波动性答案C解析能否发生光电效应取决于光的频率，与照射时间长短无关，A错误；光照条件一定的情况下，会出现饱和电流，增加极板间电压，电流表示数不会一直增大，B错误；调换电源正负极，若反向电压达到遏止电压，则电流表示数变为零，C正确；光电效应反映了光具有粒子性，D错误5(多选)在光电效应实验中，分别用频率为a、b的单色光a、

20、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UaUbB若ab，则一定有EkaEkbC若UaUb，则一定有EkaEkbD若ab，则一定有haEkahbEkb答案BC解析由爱因斯坦光电效应方程得EkhW0，由动能定理得EkeU，用a、b单色光照射同种金属时，逸出功W0相同当ab时，一定有EkaEkb，UaUb，故选项A错误，B正确；若UaUb，则一定有EkaEkb，故选项C正确；因逸出功相同，有W0 ha Eka hb Ekb，故选项D错误6(多选)(2023天津市模拟)如图所示，甲、乙为两束光

21、经过同一双缝干涉装置后产生的干涉条纹，丙图为光电效应实验图，实验中施加反向电压得到的光电流I与光电管两端电压U的关系如图丁所示，下列说法正确的是()A若甲光能使丙图中产生光电流，则乙光一定能使丙图中产生光电流B当UAK小于0，但UAK没有达到遏止电压时，流经电流表方向为从上到下C若甲光对应丁图中曲线b，则乙光可能对应丁图中曲线cDa光照射光电管产生的光电子动能一定小于b光照射光电管产生的光电子动能答案AB解析根据x，可知甲光波长比乙光长，甲光频率小于乙光，若甲光能使题图丙中产生光电流，则乙光一定能使题图丙中产生光电流，选项A正确；UAK没有达到遏止电压时，光电子在光电管中的运动方向由右至左，电

22、流流经电流表方向由上至下，选项B正确；发生光电效应产生光电子的最大初动能EkhW0，要想使得光电流为零，即反向遏止电压静电力做功eUcEk，因此根据题图丁可知，b、c两种光射向同一光电管，反向遏止电压是一样的，说明b、c是同一种频率的光，但是由题图甲和题图乙可知通过同一双缝干涉的条纹间距不同，说明波长不同，两者是矛盾的，选项C错误；根据上述分析可知，a光遏止电压小，说明光子频率比b光频率低，由爱因斯坦光电效应方程可知，a光照射产生的光电子的最大初动能一定小于b光照射的，但是a光照射光电管产生的光电子动能不一定小于b光照射光电管产生的光电子动能，选项D错误7(2020江苏卷12(1)(2)(1)

23、“测温枪”(学名“红外线辐射测温仪”)具有响应快、非接触和操作方便等优点它是根据黑体辐射规律设计出来的，能将接收到的人体热辐射转换成温度显示若人体温度升高，则人体热辐射强度I及其极大值对应的波长的变化情况是_AI增大，增大 BI增大，减小CI减小，增大 DI减小，减小(2)大量处于某激发态的氢原子辐射出多条谱线，其中最长和最短波长分别为1和2，则该激发态与基态的能量差为_，波长为1的光子的动量为_(已知普朗克常量为h，光速为c)答案(1)B(2)h解析(1)若人体温度升高，则人体的热辐射强度I增大，由h可知，对应的频率变大，由c知对应的波长变小，选项B正确(2)该激发态与基态的能量差E对应着辐

24、射最短波长的光子，故能量差为Ehh；波长为1的光子的动量p.8(多选)如图所示，甲、乙、丙、丁是关于光电效应的四个图像(电子电荷量为e)，以下说法正确的是()A由图甲可求得普朗克常量hB由图乙可知虚线对应金属的逸出功比实线对应金属的逸出功小C由图丙可知在光的颜色不变的情况下，入射光越强，饱和电流越大D由图丁可知电压越高，则光电流越大答案BC解析根据光电效应方程，结合动能定理可知eUcEkhW0hhc，变式可得Ucc，斜率k，解得普朗克常量为h，故A错误；根据爱因斯坦光电效应方程EkhW0可知，题图乙中纵轴截距的绝对值表示逸出功，则实线对应金属的逸出功比虚线对应金属的逸出功大，故B正确；入射光频

25、率一定，饱和电流由入射光的强度决定，即光的颜色不变的情况下，入射光越强，光子数越多，饱和电流越大，故C正确；分析题图丁可知，当达到饱和电流以后，增加光电管两端的电压，光电流不变，故D错误9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

26、光的频率7.001014 Hz，则产生的光电子的最大初动能约为1.21019 J答案D解析遏止电压产生的电场对电子起阻碍作用，则电源的右端为正极，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，加速电场增强，电流增加到一定值后不再增加，故B错误；由EkhW0可知，最大初动能与光的强度无关，故C错误；EkhW0hhc，c5.151014 Hz，代入数值求得Ek1.21019 J，故D正确10.(2023山西省榆次一中模拟)如图所示，分别用波长为、2的光照射光电管的阴极K，对应的遏止电压之比为31，则光电管的截止频率对应的光的波长是()A2 B3C4 D6答案C解析根据eUcmvm2得eU

27、c1，eUc2，其中 ，联立解得04，故选C.11.(多选)(2023浙江省高三检测)如图所示为研究光电效应的实验装置，此时滑片P位于中点O的正上方，用光束照射光电管的极板K，电流表的指针发生偏转移动滑片P，当电流表示数恰好为0时，电压表指针指向某一刻度，下列说法正确的是()A滑片P应向右滑动B电流表示数恰好为0时，电压表示数为遏止电压的大小C电压表指针指向某一刻度后，再移动滑片P，指针将不再偏转D用某种频率的光照射，电流表示数恰好为0时，读取电压表示数；换用另一种频率的光，同样操作后也读取电压表示数，若两种光频率和电子电荷量已知，就可以测定普朗克常量答案BD解析分析可知光电管应加上反向电压，

28、故滑片P向左滑动，A错误；电流表示数恰好为0时，电压表的示数为遏止电压的大小，B正确；电压表测量滑动变阻器部分两端电压，指针一直偏转，C错误；由eUchW0可知，两组数据可以测定普朗克常量，D正确12(2023山东淄博市模拟)某光电管的阴极在某单色光照射下恰好发生光电效应阴极与阳极之间所加电压大小为U，光电流为I.已知电子的质量为m、电荷量为e，假设光电子垂直碰撞阳极且碰撞后即被吸收，则光电子对阳极板的平均作用力F的大小为()A. B.C. D.答案A解析根据题意，阴极金属恰好发生光电效应，则说明光电子离开阴极的速度为0，根据动能定理有eUmv2，可得v，每个光电子到达阳极板时的动量变化量大小为p0mv，设时间t内有n个电子打在阳极板上，则有I，由动量定理可得平均作用力为Fn，由以上整理得F，A正确，B、C、D错误