2018年高考物理一輪復(fù)習精講深剖（打包29套）.zip,2018,年高,物理,一輪,復(fù)習,精講深剖,打包,29 專題13.1 光電效應(yīng) 波粒二象性 1.（2017新課標Ⅲ 19）19．在光電效應(yīng)試驗中，分別用頻率為，的單色光a、b照射到同種金屬上，測得相應(yīng)的遏止電壓分別為和、光電子的最大初動能分別為和。為普朗克常量。下列說法正確的是 A．若，則一定有 B．若，則一定有 C．若，則一定有 D．若，則一定有 【答案】BC 【考點定位】光電效應(yīng) 【名師點睛】本題主要考查光電效應(yīng)。發(fā)生光電效應(yīng)的條件是入射光的頻率大于金屬的極限頻率，光的強弱只影響單位時間內(nèi)發(fā)出光電子的數(shù)目；準備判斷光電效應(yīng)中的最大初動能、頻率和遏止電壓之間的關(guān)系，逸出功由金屬本身決定，與光的頻率無關(guān)。 2．（2017海南，7）（多選）三束單色光1、2和3的波長分別為λ1、λ2和λ3（λ1>λ2>λ3）。分別用著三束光照射同一種金屬。已知用光束2照射時，恰能產(chǎn)生光電子。下列說法正確的是 A．用光束1照射時，不能產(chǎn)生光電子 B．用光束3照射時，不能產(chǎn)生光電子 C．用光束2照射時，光越強，單位時間內(nèi)產(chǎn)生的光電子數(shù)目越多 D．用光束2照射時，光越強，產(chǎn)生的光電子的最大初動能越大 【答案】AC 【解析】依據(jù)波長與頻率的關(guān)系：，因λ1＞λ2＞λ3，那么γ1＜γ2＜γ3；由于用光束2照射時，恰能產(chǎn)生光電子，因此用光束1照射時，不能產(chǎn)生光電子，而光束3照射時，一定能產(chǎn)生光電子，故A正確，B錯誤；用光束2照射時，光越強，單位時間內(nèi)產(chǎn)生的光電子數(shù)目越多，而由光電效應(yīng)方程：Ekm=hγ﹣W，可知，光電子的最大初動能與光的強弱無關(guān)，故C正確，D錯誤。 3．（2017海南，7）（多選）三束單色光1、2和3的波長分別為λ1、λ2和λ3（λ1>λ2>λ3）。分別用著三束光照射同一種金屬。已知用光束2照射時，恰能產(chǎn)生光電子。下列說法正確的是 A．用光束1照射時，不能產(chǎn)生光電子 B．用光束3照射時，不能產(chǎn)生光電子 C．用光束2照射時，光越強，單位時間內(nèi)產(chǎn)生的光電子數(shù)目越多 D．用光束2照射時，光越強，產(chǎn)生的光電子的最大初動能越大 【答案】AC 4．（2017北京，18）2017年年初，我國研制的“大連光源”——極紫外自由電子激光裝置，發(fā)出了波長在100nm（1nm=10-9m）附近連續(xù)可調(diào)的世界上個最強的極紫外激光脈沖，大連光源因其光子的能量大、密度高，可在能源利用、光刻技術(shù)、霧霾治理等領(lǐng)域的研究中發(fā)揮重要作用。 一個處于極紫外波段的光子所具有的能量可以電離一個分子，但又不會把分子打碎。據(jù)此判斷，能夠電離一個分子的能量約為（取普朗克常量，真空光速） A． B． C． D． 【答案】B 【解析】一個處于極紫外波段的光子的能量為：E=h=2×10-18J，由題意可知，光子的能量應(yīng)比電離一個分子的能量稍大，因此數(shù)量級必須相同，故選項B正確。 【考點定位】有關(guān)普朗克常量的估算問題。 【名師點睛】根據(jù)題意可知光子的能量足以電離一個分子，因此該光子的能量應(yīng)比該分子的電離能大，同時又不能把分子打碎，因此兩者能量具有相同的數(shù)量級，不能大太多。 5.（2017江蘇卷，12C（2））質(zhì)子（）和α粒子（）被加速到相同動能時，質(zhì)子的動量 （選填“大于”、“小于”或“等于”）α粒子的動量，質(zhì)子和α粒子的德布羅意波波長之比為 ． 【答案】小于 2:1 【解析】動量與動能的關(guān)系：，又質(zhì)子的質(zhì)量小于α粒子的質(zhì)量所以質(zhì)子的動量小于α粒子的動量，且；根據(jù)，可得質(zhì)子和α粒子的德布羅意波波長之比為2:1 【考點定位】物質(zhì)波 【名師點睛】考查公式，動量與動能的關(guān)系以及物質(zhì)的波的波長個公式，較容易。 （二）考綱解讀 主題 內(nèi) 容 要求 說 明 波粒二象性 光電效應(yīng) I 愛因斯坦光電效應(yīng)方程 I 本講有兩個一級考點，是2018年新增必考考點，要格外重視。 （三）考點精講 考向一　光電效應(yīng)的實驗規(guī)律 1．對光電效應(yīng)的四點提醒 (1)能否發(fā)生光電效應(yīng)，不取決于光的強度而取決于光的頻率． (2)光電效應(yīng)中的“光”不是特指可見光，也包括不可見光． (3)逸出功的大小由金屬本身決定，與入射光無關(guān)． (4)光電子不是光子，而是電子． 2．光電效應(yīng)的研究思路 (1)兩條線索： (2)兩條對應(yīng)關(guān)系： →→→ →→ 3．定量分析時應(yīng)抓住三個關(guān)系式 (1)愛因斯坦光電效應(yīng)方程：Ek＝hν－W0. (2)最大初動能與遏止電壓的關(guān)系：Ek＝eUc. (3)逸出功與極限頻率的關(guān)系：W0＝hν0. 【例1】　(多選)現(xiàn)用某一光電管進行光電效應(yīng)實驗，當用某一頻率的光入射時，有光電流產(chǎn)生．下列說法正確的是(　　) A．保持入射光的頻率不變，入射光的光強變大，飽和光電流變大 B．入射光的頻率變高，飽和光電流變大 C．入射光的頻率變高，光電子的最大初動能變大 D．保持入射光的光強不變，不斷減小入射光的頻率，始終有光電流產(chǎn)生 【答案】AC 階梯練習 1．(多選)下列對光電效應(yīng)的理解，正確的是(　　) A．金屬鈉的每個電子可以吸收一個或一個以上的光子，當它積累的動能足夠大時，就能逸出金屬表面 B．如果入射光子的能量小于金屬表面的電子克服原子核的引力而逸出時所需做的最小功，便不能發(fā)生光電效應(yīng) C．發(fā)生光電效應(yīng)時，入射光越強，光子的能量就越大，光電子的最大初動能就越大 D．由于不同金屬的逸出功是不相同的，因此使不同金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)，入射光的最低頻率也不同 【答案】BD 【解析】金屬內(nèi)的每個電子吸收一個光子，獲取能量，若足夠克服金屬做功，就能逸出金屬，若不夠克服金屬做功，就不會逸出金屬，更不會發(fā)生積累．故A錯誤。根據(jù)光電效應(yīng)的條件可知，入射光子的能量小于電子脫離某種金屬所做功的最小值，不能發(fā)生光電效應(yīng)．故B正確．光電子的最大初動能與入射光的頻率有關(guān)，與光的強度無關(guān)．故C錯誤．不同的金屬逸出功不同，截止頻率不同，根據(jù)光電效應(yīng)方程可知發(fā)生光電效應(yīng)的入射光的最低頻率不同．故D正確． 2.(多選)用如圖3所示的光電管研究光電效應(yīng)，用某種頻率的單色光a照射光電管陰極K，電流計G的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)．而用另一頻率的單色光b照射光電管陰極K時，電流計G的指針不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，那么(　　) 圖3 A．a(chǎn)光的頻率一定大于b光的頻率 B．只增加a光的強度可使通過電流計G的電流增大 C．增加b光的強度可能使電流計G的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn) D．用a光照射光電管陰極K時通過電流計G的電流是由d到c 【答案】AB 3．如圖4甲所示為光電管的原理圖，當頻率為ν的可見光照射到陰極K上時，電流表中有電流通過． 圖4 (1)當變阻器的滑片P向________滑動時(填“左”或“右”)，通過電流表的電流將會減?。? (2)由乙圖I－U圖象可知光電子的最大初動能為________． (3)如果不改變?nèi)肷涔獾念l率，而減小入射光的強度，則光電子的最大初動能__________(填“增加”“減小”或“不變”)． 【答案】(1)右　(2)2 eV　(3)不變 【解析】(1)由題圖可知光電管兩端所加的電壓為反向電壓，當變阻器的滑動端P向右移動時，反向電壓增 考向二　光電效應(yīng)方程和光電效應(yīng)圖象 1．三個關(guān)系 (1)愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0. (2)光電子的最大初動能Ek可以利用光電管用實驗的方法測得，即Ek＝eUc，其中Uc是遏止電壓． (3)光電效應(yīng)方程中的W0為逸出功，它與極限頻率νc的關(guān)系是W0＝hνc. 2．四類圖象 圖象名稱 圖線形狀 由圖線直接(間接)得到的物理量 最大初動能Ek與入射光頻率ν的關(guān)系圖線 ①極限頻率：圖線與ν軸交點的橫坐標νc ②逸出功：圖線與Ek軸交點的縱坐標的值W0＝|－E|＝E ③普朗克常量：圖線的斜率k＝h 顏色相同、強度不同的光，光電流與電壓的關(guān)系 ①遏止電壓Uc：圖線與橫軸的交點 ②飽和光電流Im：電流的最大值 ③最大初動能：Ekm＝eUc 顏色不同時，光電流與電壓的關(guān)系 ①遏止電壓Uc1、Uc2 ②飽和光電流 ③最大初動能Ek1＝eUc1，Ek2＝eUc2 遏止電壓Uc與入射光頻率ν的關(guān)系圖線 ①截止頻率νc：圖線與橫軸的交點 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量的乘積，即h＝ke.(注：此時兩極之間接反向電壓) 【例2】用如圖5甲所示的裝置研究光電效應(yīng)現(xiàn)象，當用光子能量為5 eV的光照射到光電管上時，測得電流計上的示數(shù)隨電壓變化的圖象如圖乙所示．則光電子的最大初動能為________ J，金屬的逸出功為________ J. 【答案】3.2×10－19　4.8×10－19 【例3】　(2016·江蘇單科·12C)(1)貝可勒爾在120年前首先發(fā)現(xiàn)了天然放射現(xiàn)象，如今原子核的放射性在眾多領(lǐng)域中有著廣泛應(yīng)用．下列屬于放射性衰變的是________． A.C→N＋e B.U＋n→I＋Y＋2n C.H＋H→He＋n D.He＋Al→P＋n (2)已知光速為c，普朗克常數(shù)為h，則頻率為ν的光子的動量為________，用該頻率的光垂直照射平面鏡，光被鏡面全部垂直反射回去，則光子在反射前后動量改變量的大小為________． (3)幾種金屬的逸出功W0見下表： 金屬 鎢 鈣 鈉 鉀 銣 W0(×10－19 J) 7.26 5.12 3.66 3.60 3.41 用一束可見光照射上述金屬的表面，請通過計算說明哪些能發(fā)生光電效應(yīng)．已知該可見光的波長范圍為4.0×10－7～7.6×10－7 m，普朗克常數(shù)h＝6.63×10－34 J·s. 【答案】(1)A　(2)　　(3)鈉、鉀、銣能發(fā)生光電效應(yīng)． 階梯練習 4．在光電效應(yīng)實驗中，飛飛同學用同一光電管在不同實驗條件下得到了三條光電流與電壓之間的關(guān)系曲線(甲光、乙光、丙光)，如圖6所示．則可判斷出(　　) 圖6 A．甲光的頻率大于乙光的頻率 B．乙光的波長大于丙光的波長 C．乙光對應(yīng)的截止頻率大于丙光的截止頻率 D．甲光對應(yīng)的光電子最大初動能大于丙光對應(yīng)的光電子最大初動能 【答案】B 【解析】由于是同一光電管，因而不論對哪種光，極限頻率和金屬的逸出功都相同，對于甲、乙兩種光，反向遏止電壓相同，因而頻率相同，A錯誤；丙光對應(yīng)的反向遏止電壓較大，因而丙光的頻率較高，波長較短，對應(yīng)的光電子的最大初動能較大，故C、D均錯，B正確． 5．(多選)如圖7所示是用光照射某種金屬時逸出的光電子的最大初動能隨入射光頻率的變化圖線(直線與橫軸的交點坐標為4.27，與縱軸交點坐標為0.5)．由圖可知(　　) 圖7 A．該金屬的截止頻率為4.27×1014 Hz B．該金屬的截止頻率為5.5×1014 Hz C．該圖線的斜率表示普朗克常量 D．該金屬的逸出功為0.5 eV 【答案】AC 6．如圖8甲所示是研究光電效應(yīng)規(guī)律的光電管．用波長λ＝0.50 μm的綠光照射陰極K，實驗測得流過?表的電流I與AK之間的電勢差UAK滿足如圖乙所示規(guī)律，取h＝6.63×10－34 J·s.結(jié)合圖象，求：(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字) 圖8 (1)每秒鐘陰極發(fā)射的光電子數(shù)和光電子飛出陰極K時的最大動能． (2)該陰極材料的極限波長． 【答案】(1)4.0×1012個　9.6×10－20 J　(2)0.66 μm 【解析】(1)光電流達到飽和時，陰極發(fā)射的光電子全部到達陽極A，陰極每秒鐘發(fā)射的光電子的個數(shù) n＝＝(個)＝4.0×1012(個) 光電子的最大初動能為： Ekm＝eUc＝1.6×10－19 C×0.6 V＝9.6×10－20 J. (2)設(shè)該陰極材料的極限波長為λc，根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程：Ekm＝h－h(huán)，代入數(shù)據(jù)得λc≈0.66 μm. 考向三　光的波粒二象性和物質(zhì)波 光既有波動性，又有粒子性，兩者不是孤立的，而是有機的統(tǒng)一體，其表現(xiàn)規(guī)律為： (1)從數(shù)量上看：個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)為波動性． (2)從頻率上看：頻率越低波動性越顯著，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，貫穿本領(lǐng)越強，越不容易看到光的干涉和衍射現(xiàn)象． (3)從傳播與作用上看：光在傳播過程中往往表現(xiàn)出波動性；在與物質(zhì)發(fā)生作用時往往表現(xiàn)為粒子性． (4)波動性與粒子性的統(tǒng)一：由光子的能量E＝hν、光子的動量表達式p＝也可以看出，光的波動性和粒子性并不矛盾：表示粒子性的能量和動量的計算式中都含有表示波的特征的物理量——頻率ν和波長λ. (5)理解光的波粒二象性時不可把光當成宏觀概念中的波，也不可把光當成宏觀概念中的粒子． 【例4】　(多選)實物粒子和光都具有波粒二象性．下列事實中突出體現(xiàn)波動性的是(　　) A．β射線在云室中穿過會留下清晰的徑跡 B．人們利用慢中子衍射來研究晶體的結(jié)構(gòu) C．人們利用電子顯微鏡觀測物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu) D．光電效應(yīng)實驗中，光電子的最大初動能與入射光的頻率有關(guān)，與入射光的強度無關(guān) 【答案】BC 階梯練習 7．下列各組現(xiàn)象能說明光具有波粒二象性的是(　　) A．光的色散和光的干涉 B．光的干涉和光的衍射 C．泊松亮斑和光電效應(yīng) D．光的反射和光電效應(yīng) 【答案】C 【解析】光的色散、干涉或衍射現(xiàn)象說明光具有波動性，光電效應(yīng)現(xiàn)象說明光又具有粒子性泊松亮斑是由于光的衍射形成的，說明光具有波動性。 8．1927年戴維孫和湯姆孫分別完成了電子衍射實驗，該實驗是榮獲諾貝爾獎的重大近代物理實驗之一．如圖9所示的是該實驗裝置的簡化圖，下列說法不正確的是(　　) 圖9 A．亮條紋是電子到達概率大的地方 B．該實驗說明物質(zhì)波理論是正確的 C．該實驗再次說明光子具有波動性 D．該實驗說明實物粒子具有波動性 【答案】C 9．(多選)(2015·江蘇物理·12C(1))波粒二象性是微觀世界的基本特征，以下說法正確的有(　　) A．光電效應(yīng)現(xiàn)象揭示了光的粒子性 B．熱中子束射到晶體上產(chǎn)生衍射圖樣說明中子具有波動性 C．黑體輻射的實驗規(guī)律可用光的波動性解釋 D．動能相等的質(zhì)子和電子，它們的德布羅意波長也相等 【答案】AB 【解析】光電效應(yīng)說明光具有粒子性，A正確．衍射是波的特點，說明中子具有波動性，B正確．黑體輻射的實驗規(guī)律說明光具有粒子性，C錯誤．動能相等的質(zhì)子和電子，二者質(zhì)量不同，德布羅意波長不相等，D錯誤． （四）知識還原 第2講　光電效應(yīng)　波粒二象性 基礎(chǔ)知識 一、普朗克能量子假說　黑體與黑體輻射 1．黑體與黑體輻射 (1)黑體：如果某種物質(zhì)能夠完全吸收入射的各種波長的電磁波而不發(fā)生反射，這種物體就是絕對黑體． (2)黑體輻射：輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體的溫度有關(guān)． 2．普朗克能量子假說 當帶電微粒輻射或吸收能量時，是以最小能量值為單位一份一份地輻射或吸收的，這個最小能量值ε叫做能量子．ε＝hν. 二、光電效應(yīng)及其規(guī)律 1．光電效應(yīng)現(xiàn)象 在光的照射下，金屬中的電子從表面逸出的現(xiàn)象，發(fā)射出來的電子叫光電子． 2．光電效應(yīng)的產(chǎn)生條件 入射光的頻率大于等于金屬的極限頻率． 3．光電效應(yīng)規(guī)律 (1)每種金屬都有一個極限頻率，入射光的頻率必須大于等于這個極限頻率才能產(chǎn)生光電效應(yīng)． (2)光電子的最大初動能與入射光的強度無關(guān)，只隨入射光頻率的增大而增大． (3)光電效應(yīng)的發(fā)生幾乎是瞬時的，一般不超過10－9 s. (4)當入射光的頻率大于等于極限頻率時，飽和光電流的大小與入射光的強度成正比． 4．愛因斯坦光電效應(yīng)方程 (1)光子說：光的能量不是連續(xù)的，而是一份一份的，每一份叫做一個光子，光子的能量ε＝hν. (2)逸出功W0：電子從金屬中逸出所需做功的最小值． (3)最大初動能：發(fā)生光電效應(yīng)時，金屬表面上的電子吸收光子后克服原子核的引力逸出時所具有的動能的最大值． (4)光電效應(yīng)方程 ①表達式：hν＝Ek＋W0或Ek＝hν－W0. ②物理意義：金屬表面的電子吸收一個光子獲得的能量是hν，這些能量的一部分用來克服金屬的逸出功W0，剩下的表現(xiàn)為逸出后電子的最大初動能． 三、光的波粒二象性　物質(zhì)波 1．光的波粒二象性 (1)波動性：光的干涉、衍射、偏振現(xiàn)象證明光具有波動性． (2)粒子性：光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)說明光具有粒子性． (3)光既具有波動性，又具有粒子性，稱為光的波粒二象性． 2．物質(zhì)波 (1)概率波 光的干涉現(xiàn)象是大量光子的運動遵守波動規(guī)律的表現(xiàn)，亮條紋是光子到達概率大的地方，暗條紋是光子到達概率小的地方，因此光波又叫概率波． (2)物質(zhì)波 任何一個運動著的物體，小到微觀粒子大到宏觀物體都有一種波與它對應(yīng)，其波長λ＝，p為運動物體的動量，h為普朗克常量． 基礎(chǔ)試題 1．判斷下列說法是否正確． (1)任何頻率的光照射到金屬表面都可以發(fā)生光電效應(yīng)．(　×　) (2)要使某金屬發(fā)生光電效應(yīng)，入射光子的能量必須大于金屬的逸出功．(　√　) (3)光電子的最大初動能與入射光子的頻率成正比．(　×　) (4)光的頻率越高，光的粒子性越明顯，但仍具有波動性．(　√　) (5)德國物理學家普朗克提出了量子假說，成功地解釋了光電效應(yīng)規(guī)律．(　×　) (6)美國物理學家康普頓發(fā)現(xiàn)了康普頓效應(yīng)，證實了光的粒子性．(　√　) (7)法國物理學家德布羅意大膽預(yù)言了實物粒子具有波動性．(　√　) 2．(多選)在光電效應(yīng)實驗中，用頻率為ν的光照射光電管陰極，發(fā)生了光電效應(yīng)，下列說法正確的是(　　) A．增大入射光的強度，光電流增大 B．減小入射光的強度，光電效應(yīng)現(xiàn)象消失 C．改用頻率小于ν的光照射，一定不發(fā)生光電效應(yīng) D．改用頻率大于ν的光照射，光電子的最大初動能變大 【答案】AD 3．黑體輻射的規(guī)律如圖2所示，從中可以看出，隨著溫度的降低，各種波長的輻射強度都________(填“增大”“減小”或“不變)，輻射強度的極大值向波長________(填“較長”或“較短”)的方向移動． 【答案】減少　較長 【解析】由題圖可知，隨著溫度的降低，相同波長的光輻射強度都會減小；同時最大輻射強度向右側(cè)移動，即向波長較長的方向移動. 14