第1讲 光电效应 波粒二象性
情境导思 1.用如图所示的装置研究光电效应现象。 (1)若用光子能量为2.75 eV的光照射到光电管上时发生了光电效应,且电子的最大初动能为1.7 eV,求阴极K材料的逸出功。 (2)移动滑动变阻器的滑片,当电压表的示数大于或等于1.7 V时,电流表示数为多少 为什么 (3)金属表面发生光电效应与什么有关 入射光的强弱影响光电效应的发生吗 (4)入射光照射到金属表面上时,光电子的发射需要能量积累的过程吗 2.1927年戴维孙和汤姆孙分别用单晶和多晶晶体做了电子束衍射的实验。 (1)该实验证实了电子的什么特性 德布罗意假说的内容是什么 如何验证德布罗意假说 (2)物质波波长、频率的计算公式是什么
[footnoteRef:1] [1:
【答案】 ε=hν Ek=hν-W0 ε=hν p=]
(2024·黑吉辽卷,8)(多选)X射线光电子能谱仪是利用X光照射材料表面激发出光电子,并对光电子进行分析的科研仪器,用某一频率的X光照射某种金属表面,逸出了光电子,若增加此X光的强度,则( )
[A] 该金属逸出功增大
[B] X光的光子能量不变
[C] 逸出的光电子最大初动能增大
[D] 单位时间逸出的光电子数增多
【答案】 BD
考点一 光电效应的规律及应用
请辨析以下五组概念有何区别。
(1)“光子”与“光电子”。
提示:光子与光电子:光子指光在空间传播时的每一份能量,光子不带电;光电子是金属表面受到光照射时发射出来的电子,其本质是电子。
(2)“光电子的动能”与“光电子的最大初动能”。
提示:光电子的动能与光电子的最大初动能:只有金属表面的电子直接向外飞出时,只需克服原子核的引力做功,才具有最大初动能。
(3)“光电流”与“饱和电流”。
提示:光电流与饱和电流:从金属板飞出的光电子到达阳极,回路中便产生光电流,随着所加正向电压的增大,光电流趋于一个饱和值,这个饱和值是饱和电流,在一定的光照条件下,饱和电流与所加电压大小无关。
(4)“入射光的强度”与“光子能量”。
提示:入射光的强度与光子能量:入射光的强度指单位时间内照射到金属表面单位面积上的总能量,而光子能量ε=hν,是一份能量。
(5)“光的强度”与“饱和电流”。
提示:光的强度与饱和电流:频率相同的光照射金属产生光电效应,入射光越强,饱和电流越大,但不是简单的正比关系。
1.光电效应的规律
(1)两条线索。
(2)两条对应关系。
入射光强度大→光子数目多→发射光电子多→光电流大。
光子频率高→光子能量大→光电子的最大初动能大。
(3)光电效应的“三个关系”。
①爱因斯坦光电效应方程:Ek=hν-W0。
②最大初动能与遏止电压的关系:Ek=eUc。
③逸出功与截止频率的关系:W0=hνc。
2.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ν的关系 (1)截止频率νc:图线与ν轴交点的横坐标。 (2)逸出功W0:图线与Ek轴交点的纵坐标的绝对值W0=|-E|=E。 (3)普朗克常量h:图线的斜率k=h
遏止电压Uc与入射光频率ν的关系 (1)截止频率νc:图线与横轴的交点的横坐标。 (2)遏止电压Uc:随入射光频率的增大而增大。 (3)普朗克常量h:等于图线的斜率与电子电荷量的乘积,即h=ke(注意:此时两极之间接反向电压)
频率相同、强度不同的光,光电流与电压的关系 (1)遏止电压Uc:图线与横轴的交点的横坐标。 (2)饱和电流:电流的最大值。 (3)最大初动能Ek=eUc
频率不同、强度相同的光,光电流与电压的关系 (1)遏止电压Uc1、Uc2。 (2)饱和电流:黄光照射下的大。 (3)最大初动能Ek1=eUc1、Ek2=eUc2
[例1] 【光电效应的规律】(2024·海南卷,8)利用如图所示的装置研究光电效应,闭合单刀双掷开关S1,用频率为ν1的光照射光电管,调节滑动变阻器,使电流表的示数刚好为0,此时电压表的示数为U1,已知电子电荷量为e,普朗克常量为h,下列说法正确的是( )
[A] 其他条件不变,增大光强,电压表示数增大
[B] 改用比ν1更大频率的光照射,调整电流表的示数为零,此时电压表示数仍为U1
[C] 其他条件不变,使开关接S2,电流表示数仍为零
[D] 光电管阴极材料的截止频率νc=ν1-
【答案】 D
【解析】 当开关S接1时,由爱因斯坦光电效应方程eU1=hν1-W0,故其他条件不变时,增大光强,电压表的示数不变,故A错误;若改用比ν1频率更大的光照射时,调整电流表的示数为零,而金属的逸出功不变,故遏止电压变大,即此时电压表示数大于U1,故B错误;其他条件不变时,使开关S接2,光电子在电场中加速运动,故电流表示数不为零,故C错误;根据爱因斯坦光电效应方程eU1=hν1-W0,其中W0=hνc,联立解得,光电管阴极材料的截止频率为νc=ν1-,故D正确。
[例2] 【光电效应的图像】(2024·贵州遵义三模)图甲为利用光电管研究光电效应的电路图,其中光电管阴极K的材料是钾,钾的逸出功为W0。图乙为实验中用某一频率的光照射光电管时,测量得到的光电管伏安特性曲线,当电压为Uc时,光电流恰好为零。已知普朗克常量为h,光电子的电荷量为e。下列说法正确的是( )
[A] 该实验的入射光频率为
[B] 该实验的光电子获得的最大初动能为Ek=eUc
[C] 光电管两极间的正向电压越大,光电流越大
[D] 当入射光的频率小于时,仍可以发生光电效应
【答案】 B
【解析】 根据eUc=Ek=hν-W0,可得该实验的入射光频率为ν=,该实验的光电子获得的最大初动能为Ek=eUc,选项A错误,B正确;开始时光电管两极间的正向电压越大,光电流越大,但随着光电流增加,当达到饱和电流时,随正向电压增加,光电流不再增大,选项C错误;由公式hνc-W0=0可得,极限频率为νc=,则入射光的频率小于时,不能发生光电效应,选项D错误。
光电效应中有关图像问题的解题方法
(1)明确图像中纵坐标和横坐标所表示的物理量。
(2)明确图像所表示的物理意义及所对应的函数关系,同时还要知道截距、交点等特殊点的意义。例如:
①Ek-ν图像表示光电子的最大初动能Ek随入射光频率ν的变化关系,图甲中横轴上的截距是阴极金属的截止频率,纵轴上的截距表示阴极金属逸出功的负值,直线的斜率为普朗克常量,图像的函数式为Ek=hν-W0。
②光电效应中的I-U图像是光电流I随两极间电压U的变化曲线,图乙中的Im是饱和电流,Uc为遏止电压。
考点二 光的波粒二象性 物质波
(1)图甲为实验小组利用100多个电子通过双缝后的干涉图样,可以看出每一个电子都是一个点;图乙为该小组利用70 000多个电子通过双缝后的干涉图样,为明暗相间的条纹。则电子的粒子性和波动性与电子的数量有什么关系 单个电子的运动轨道确定吗 图乙中的明条纹产生的原因是什么
甲 乙
提示:少数电子体现粒子性,大量的电子表现为波动性;单个电子的运动轨道是不确定的;题图乙中的明条纹是电子到达概率大的地方。
(2)同样,个别光子的行为表现出粒子性,大量光子的行为表现出波动性,那么光的波动性是光子之间的相互作用引起的吗 是不是光表现出波动性时,就不具有粒子性了,光表现出粒子性时,就不再具有波动性了
提示:光的波动性是光子本身的一种属性,不是光子之间的相互作用引起的;粒子性和波动性是光同时具备的两种属性,光的波粒二象性应理解为:在某种情况下光的波动性表现得明显,在另外的某种情况下,光的粒子性表现得明显。
1.对光的波粒二象性的理解
光的 波粒 二象性 实验 基础 表现 说明
光的 波动性 干涉和 衍射 (1)光是一种概率波,即光子在空间各点出现的可能性大小(概率)可用波动规律来描述。 (2)大量的光子在传播时,表现出波的性质 (1)光的波动性是光子本身的一种属性,不是光子之间相互作用产生的。 (2)光的波动性不同于宏观观念的波
光的 粒子性 光电 效应、 康普 顿效 应 (1)当光同物质发生作用时,这种作用是“一份一份”进行的,表现出粒子的性质。 (2)少量或个别光子能清楚地显示出光的粒子性 (1)粒子的含义是“不连续”“一份一份”的。 (2)光子不同于宏观观念的粒子
波动性 和粒子 性的对 立、统一 (1)大量光子易显示出波动性,而少量光子易显示出粒子性。 (2)波长长(频率低)的光波动性强,而波长短(频率高)的光粒子性强 (1)光子理论并未否定波动说,ε=hν=h中,ν和λ就是波的概念。 (2)波和粒子在宏观世界是不能统一的,而在微观世界却是统一的
2.物质波
(1)物质波的波长:λ=,h是普朗克常量。
(2)德布罗意波也是概率波,衍射图样中的亮条纹是电子落点概率大的地方,但概率的大小受波动规律的支配。
[例3] 【物质波】 (2024·江苏徐州三模)汤姆孙利用电子束穿过铝箔,得到如图所示的衍射图样。则( )
[A] 该实验现象是电子粒子性的表现
[B] 该实验证实了原子具有核式结构
[C] 实验中电子的物质波波长与铝箔中原子间距差不多
[D] 实验中增大电子的速度,其物质波波长变长
【答案】 C
【解析】 衍射是波的特性,该实验现象是电子波动性的表现,故A错误;该实验是波的衍射现象,说明电子具有波动性,该实验不能够证实原子具有核式结构,故B错误;发生明显衍射现象的条件是波长与孔的尺寸差不多,可知实验中电子的物质波波长与铝箔中原子间距差不多,故C正确;根据物质波的表达式有λ==可知,实验中增大电子的速度,其物质波波长变短,故D错误。
[例4] 【光的粒子性】(2024·北京卷,13)产生阿秒光脉冲的研究工作获得2023年的诺贝尔物理学奖,阿秒(as)是时间单位,1 as=1×10-18 s,阿秒光脉冲是发光持续时间在阿秒量级的极短闪光,提供了阿秒量级的超快“光快门”,使探测原子内电子的动态过程成为可能。设有一个持续时间为100 as 的阿秒光脉冲,持续时间内至少包含一个完整的光波周期。取真空中光速c=3.0×108 m/s,普朗克常量h = 6.6 × 10-34 J·s,下列说法正确的是( )
[A] 对于0.1 mm宽的单缝,此阿秒光脉冲比波长为550 nm的可见光的衍射现象更明显
[B] 此阿秒光脉冲和波长为550 nm的可见光束总能量相等时,阿秒光脉冲的光子数更多
[C] 此阿秒光脉冲可以使能量为-13.6 eV(-2.2×10-18J)的基态氢原子电离
[D] 为了探测原子内电子的动态过程,阿秒光脉冲的持续时间应大于电子的运动周期
【答案】 C
【解析】 此阿秒光脉冲的波长为λ=cT=30 nm<550 nm,由障碍物尺寸与波长相差不多或比波长小时,衍射现象越明显知,波长为550 nm的可见光比此阿秒光脉冲的衍射现象更明显,故A错误;由ε=h知,阿秒光脉冲的光子能量大,故总能量相等时,阿秒光脉冲的光子数更少,故B错误;阿秒光脉冲的光子能量最小值ε=hν==6.6×10-18 J>2.2×10-18 J,故此阿秒光脉冲可以使能量为-13.6 eV(-2.2 × 10-18J)的基态氢原子电离,故C正确;为了探测原子内电子的动态过程,阿秒光脉冲的持续时间应小于电子的运动周期,故D错误。
(满分:50分)
对点1.光电效应的规律及应用
1.(4分)(2024·陕西西安一模)如图所示,某种材料制成太阳能电池的主体部分由P型半导体和N型半导体结合而成。当太阳光照射到该材料上时,材料吸收光子发生光电效应,自由电子向N型一侧移动,从而在两端形成电势差。已知该材料至少需要吸收波长为λ的绿光才能发生光电效应,普朗克常量为h,光速为c,则下列说法正确的是( )
[A] 通过负载的电流方向从上至下
[B] 该材料的逸出功为
[C] 用光强更强的红光照射该材料,只要照射时间足够长,也能产生光电效应
[D] 用光强相同的紫光和蓝光照射该材料,蓝光照射时,通过负载的电流较小
【答案】 B
【解析】 自由电子向N型一侧移动,N型半导体聚集负电荷,电势更低,则通过负载的电流方向为从下至上,故A错误;发生光电效应时极限波长与逸出功需满足W0=h,故B正确;光电效应是否发生与入射光的频率有关,与光照时间和光照强度无关,红光的频率比绿光小,故不能发生光电效应,故C错误;用光强相同的紫光和蓝光照射该材料,因为蓝光频率较小,光子能量较小,故单位时间内到达该材料的光子数目较多,产生的光电子较多,通过负载的电流较大,故D错误。
2.(6分)(2024·四川南充三模)(多选)如图为一研究光电效应的电路图,用一定频率的光照射阴极K,电流表G有示数,则下列判断正确的是( )
[A] 将滑片P向右移动,电流表的示数一定会越来越大
[B] 将滑片P移到最左端时,电流表的示数一定为零
[C] 将照射光强度减弱,光电子最大初动能不变
[D] 将照射光强度减弱,也会发生光电效应
【答案】 CD
【解析】 将滑片P向右移动,即正向电压增大,若光电流达到饱和,则电流表的示数不变,故A错误;将滑片P移到最左端时,即不加电压,此时电流表的示数一定不为零,故B错误;将照射光强度减弱,但光的频率没有发生变化,光电子最大初动能不变,仍然发生光电效应,故C、D正确。
3.(4分)(2024·湖北襄阳三模)爱因斯坦光电效应方程成功解释了光电效应现象。图中①、②两直线分别是金属A、B发生光电效应时的遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图像,则下列说法正确的是( )
[A] 金属B的逸出功比金属A的小
[B] ①、②两直线的斜率均为
[C] 当用频率为9×1014 Hz的光分别照射两金属A、B时,A中发出光电子的最大初动能较小
[D] 当入射光频率ν不变时,增大入射光的光强,则遏止电压Uc增大
【答案】 B
【解析】 根据光电效应方程Ek=hν-W0可知,当Ek=0时W0=hν,图线②对应的截止频率ν大,则金属B的逸出功大,A错误;根据Ek=hν-W0,Uce=Ek,联立解得Uc=-,可知①、②两直线的斜率均为,B正确;当用频率为9×1014Hz的光分别照射两金属A、B时,图线①对应的遏止电压Uc大,则A中飞出光电子的最大初动能较大,C错误;当入射光频率ν不变时,增大入射光的光强,遏止电压Uc不变,D错误。
4.(6分)(2024·黑龙江齐齐哈尔三模)(多选)近年来,我们见证了电磁波不同频段应用的快速发展。5G所用的电磁波频率一般在24 GHz到100 GHz之间,6G将使用频率在100 GHz到10 000 GHz之间的电磁波,是一个频率比5G高出许多的频段。下列相关说法正确的是( )
[A] 5G电磁波光子能量较小
[B] 5G电磁波光子动量较大
[C] 6G电磁波更容易使金属发生光电效应
[D] 6G电磁波遇到障碍物更容易衍射
【答案】 AC
【解析】 根据光子能量公式ε=hν可知5G电磁波频率低,光子能量较小,故A正确;根据德布罗意波长公式p=,c=λν,可知5G电磁波频率低,波长长,光子动量较小,故B错误;6G电磁波光子能量大,更容易使金属发生光电效应,故C正确;6G电磁波波长短,遇到障碍物不容易发生明显衍射,故D错误。
对点2.光的波粒二象性 物质波
5.(4分)(2024·湖南卷,1)量子技术是当前物理学应用研究的热点,下列关于量子论的说法正确的是( )
[A] 普朗克认为黑体辐射的能量是连续的
[B] 光电效应实验中,红光照射可以让电子从某金属表面逸出,若改用紫光照射也可以让电子从该金属表面逸出
[C] 康普顿研究石墨对X射线散射时,发现散射后仅有波长小于原波长的射线成分
[D] 德布罗意认为质子具有波动性,而电子不具有波动性
【答案】 B
【解析】 普朗克认为黑体辐射的能量是一份一份的,是量子化的,故A错误;产生光电效应的条件是入射光的频率大于金属的截止频率,紫光的频率大于红光,若红光能使金属产生光电效应,可知紫光也能使该金属产生光电效应,故B正确;石墨对X射线的散射过程遵循动量守恒定律,光子和电子碰撞后,电子获得一定的动量,光子动量变小,根据λ=可知波长变长,故C错误;德布罗意认为物质都具有波动性,包括质子和电子,故D错误。
6.(6分)(2024·河北张家口三模)(多选)经研究证明,光子和电子相互作用发生光电效应还是康普顿效应,取决于电子的“自由”度。当光子能量和逸出功在同一数量级时,电子吸收光子,发生光电效应;当光子能量较大时,电子的逸出功几乎可以忽略,可看作是“自由”的,则发生康普顿效应,下列说法正确的是( )
[A] 光电效应方程是从能量守恒的角度解释了光的粒子性
[B] 康普顿效应说明光具有粒子性
[C] 光电效应说明了能量守恒,康普顿效应则解释了动量守恒,二者是矛盾的
[D] 金属只要被光照射的时间足够长,一定会发生光电效应
【答案】 AB
【解析】 光电效应方程是爱因斯坦根据量子假说和能量守恒定律得到的,故A正确;康普顿效应是光子与电子的碰撞,体现了光的粒子性,故B正确;根据题中说法,光电效应是在电子“自由”度较小的情况下,表现出的吸收特性,动量并不是不守恒,而是表现不出来,而康普顿效应是基于能量较大的光子与电子的碰撞,既体现动量守恒又体现能量守恒,二者并不矛盾,故C错误;电子对光子的吸收并不能累积,一次只能吸收一个光子,若吸收的光子能量小于金属逸出功,即不能发生光电效应,故D错误。
7.(4分)(2024·新课标卷,17)三位科学家由于在发现和合成量子点方面的突出贡献,荣获了2023年诺贝尔化学奖。不同尺寸的量子点会发出不同颜色的光。现有两种量子点分别发出蓝光和红光,下列说法正确的是( )
[A] 蓝光光子的能量大于红光光子的能量
[B] 蓝光光子的动量小于红光光子的动量
[C] 在玻璃中传播时,蓝光的速度大于红光的速度
[D] 蓝光在玻璃中传播时的频率小于它在空气中传播时的频率
【答案】 A
【解析】 因为ν蓝>ν红,则有λ蓝<λ红,根据ε=hν可知ε蓝>ε红;根据p=,可知p蓝>p红,故A正确,B错误。频率越大,折射率越大,则n蓝>n红,根据 v=,可知在玻璃中传播时v蓝8.(4分)(2024·北京海淀三模)如图甲,A和B两单色光,以适当的角度向半圆形玻璃砖射入,出射光线都从圆心O沿OC方向射出,且这两种光照射同种金属,都能发生光电效应。那么在光电效应实验中(如图乙所示),调节这两束光的光强并分别照射相同的光电管。使实验中这两束光都能在单位时间内产生相同数量的光电子,实验所得光电流I与光电管两端所加电压U间的关系曲线分别以A、B表示,则下列4图中可能正确的是( )
甲 乙
[A] [B]
[C] [D]
【答案】 D
【解析】 由光路的可逆性可知,单色光A的偏转程度较大,其折射率较大,频率较高,由Ek=hν-W0,eUc=Ek,联立解得Uc=-,可知单色光A的遏止电压较大,根据I=,可知二者的饱和电流相等。如果光电管两端所加的电压U=0,两束光在单位时间内产生相同数量的光电子,则相同时间到达阳极的光电子的数量相等,光电流相等。故选D。
9.(6分)(2024·广东深圳二模)(多选)某防盗报警器工作原理如图所示。用紫外线照射光敏材料制成的阴极时,逸出的光电子在电路中产生电流,电流经放大后使电磁铁吸住铁条。当光源与阴极间有障碍物时,警报器响起。下列说法正确的是( )
[A] 若用红外光源代替紫外光源,该报警器不一定能正常工作
[B]逸出光电子的最大初动能与照射光频率成正比
[C]若用光强更强的同一频率紫外线照射阴极,光电流变大
[D]若用光强更强的同一频率紫外线照射阴极,所有光电子的初动能均增大
【答案】 AC
【解析】 由光电效应方程hν=W+Ek知,紫外光频率大于红外光频率,该光敏材料极限频率未知,不能确保红外光照射会发生光电效应,A正确;由光电效应方程知,逸出光电子的最大初动能与照射光频率有关,但不成正比,B错误;光照强度越强,光电子越多,光电流越大,C正确;由光电效应方程知,光电子的最大初动能与光照强度无关,D错误。
10.(6分)(2024·山西阳泉三模)(多选)光刻机是制作芯片的核心装置,主要功能是利用光线把掩膜版上的图形印制到硅片上。如图所示,传统DUV光刻机使用的是波长为193 nm的深紫外线,而采用波长13.5 nm的极紫外光的EUV光刻机是传统光刻技术向更短波长的合理延伸。光刻机在使用时,常在光刻胶和投影物镜之间填充液体以提高分辨率。下列说法正确的是( )
[A] 深紫外线的光子能量比极紫外线更小
[B] 深紫外线的光子动量比极紫外线更大
[C] 进入液体后深紫外线传播速度比极紫外线更快
[D] 两种紫外线从真空区域进入浸没液体中时,极紫外线比深紫外线更容易发生衍射,能提高分辨率
【答案】 AC
【解析】 深紫外线比极紫外线的波长大,频率小,根据ε=hν可知,深紫外线的光子能量比极紫外线更小,选项A正确;根据p=可知,深紫外线的波长较长,则光子动量比极紫外线更小,选项B错误;深紫外线的频率小,折射率小,根据v=可知,进入液体后深紫外线传播速度比极紫外线更快,选项C正确;两种紫外线从真空区域进入浸没液体中时,极紫外线因波长较小,则比深紫外线更不容易发生衍射,能提高分辨率,选项D错误。
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)第1讲 光电效应 波粒二象性
情境导思 1.用如图所示的装置研究光电效应现象。 (1)若用光子能量为2.75 eV的光照射到光电管上时发生了光电效应,且电子的最大初动能为1.7 eV,求阴极K材料的逸出功。 (2)移动滑动变阻器的滑片,当电压表的示数大于或等于1.7 V时,电流表示数为多少 为什么 (3)金属表面发生光电效应与什么有关 入射光的强弱影响光电效应的发生吗 (4)入射光照射到金属表面上时,光电子的发射需要能量积累的过程吗 2.1927年戴维孙和汤姆孙分别用单晶和多晶晶体做了电子束衍射的实验。 (1)该实验证实了电子的什么特性 德布罗意假说的内容是什么 如何验证德布罗意假说 (2)物质波波长、频率的计算公式是什么
(2024·黑吉辽卷,8)(多选)X射线光电子能谱仪是利用X光照射材料表面激发出光电子,并对光电子进行分析的科研仪器,用某一频率的X光照射某种金属表面,逸出了光电子,若增加此X光的强度,则( )
[A] 该金属逸出功增大
[B] X光的光子能量不变
[C] 逸出的光电子最大初动能增大
[D] 单位时间逸出的光电子数增多
考点一 光电效应的规律及应用
请辨析以下五组概念有何区别。
(1)“光子”与“光电子”。
提示:光子与光电子:光子指光在空间传播时的每一份能量,光子不带电;光电子是金属表面受到光照射时发射出来的电子,其本质是电子。
(2)“光电子的动能”与“光电子的最大初动能”。
提示:光电子的动能与光电子的最大初动能:只有金属表面的电子直接向外飞出时,只需克服原子核的引力做功,才具有最大初动能。
(3)“光电流”与“饱和电流”。
提示:光电流与饱和电流:从金属板飞出的光电子到达阳极,回路中便产生光电流,随着所加正向电压的增大,光电流趋于一个饱和值,这个饱和值是饱和电流,在一定的光照条件下,饱和电流与所加电压大小无关。
(4)“入射光的强度”与“光子能量”。
提示:入射光的强度与光子能量:入射光的强度指单位时间内照射到金属表面单位面积上的总能量,而光子能量ε=hν,是一份能量。
(5)“光的强度”与“饱和电流”。
提示:光的强度与饱和电流:频率相同的光照射金属产生光电效应,入射光越强,饱和电流越大,但不是简单的正比关系。
1.光电效应的规律
(1)两条线索。
(2)两条对应关系。
入射光强度大→光子数目多→发射光电子多→光电流大。
光子频率高→光子能量大→光电子的最大初动能大。
(3)光电效应的“三个关系”。
①爱因斯坦光电效应方程:Ek=hν-W0。
②最大初动能与遏止电压的关系:Ek=eUc。
③逸出功与截止频率的关系:W0=hνc。
2.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ν的关系 (1)截止频率νc:图线与ν轴交点的横坐标。 (2)逸出功W0:图线与Ek轴交点的纵坐标的绝对值W0=|-E|=E。 (3)普朗克常量h:图线的斜率k=h
遏止电压Uc与入射光频率ν的关系 (1)截止频率νc:图线与横轴的交点的横坐标。 (2)遏止电压Uc:随入射光频率的增大而增大。 (3)普朗克常量h:等于图线的斜率与电子电荷量的乘积,即h=ke(注意:此时两极之间接反向电压)
频率相同、强度不同的光,光电流与电压的关系 (1)遏止电压Uc:图线与横轴的交点的横坐标。 (2)饱和电流:电流的最大值。 (3)最大初动能Ek=eUc
频率不同、强度相同的光,光电流与电压的关系 (1)遏止电压Uc1、Uc2。 (2)饱和电流:黄光照射下的大。 (3)最大初动能Ek1=eUc1、Ek2=eUc2
[例1] 【光电效应的规律】(2024·海南卷,8)利用如图所示的装置研究光电效应,闭合单刀双掷开关S1,用频率为ν1的光照射光电管,调节滑动变阻器,使电流表的示数刚好为0,此时电压表的示数为U1,已知电子电荷量为e,普朗克常量为h,下列说法正确的是( )
[A] 其他条件不变,增大光强,电压表示数增大
[B] 改用比ν1更大频率的光照射,调整电流表的示数为零,此时电压表示数仍为U1
[C] 其他条件不变,使开关接S2,电流表示数仍为零
[D] 光电管阴极材料的截止频率νc=ν1-
[例2] 【光电效应的图像】(2024·贵州遵义三模)图甲为利用光电管研究光电效应的电路图,其中光电管阴极K的材料是钾,钾的逸出功为W0。图乙为实验中用某一频率的光照射光电管时,测量得到的光电管伏安特性曲线,当电压为Uc时,光电流恰好为零。已知普朗克常量为h,光电子的电荷量为e。下列说法正确的是( )
[A] 该实验的入射光频率为
[B] 该实验的光电子获得的最大初动能为Ek=eUc
[C] 光电管两极间的正向电压越大,光电流越大
[D] 当入射光的频率小于时,仍可以发生光电效应
光电效应中有关图像问题的解题方法
(1)明确图像中纵坐标和横坐标所表示的物理量。
(2)明确图像所表示的物理意义及所对应的函数关系,同时还要知道截距、交点等特殊点的意义。例如:
①Ek-ν图像表示光电子的最大初动能Ek随入射光频率ν的变化关系,图甲中横轴上的截距是阴极金属的截止频率,纵轴上的截距表示阴极金属逸出功的负值,直线的斜率为普朗克常量,图像的函数式为Ek=hν-W0。
②光电效应中的I-U图像是光电流I随两极间电压U的变化曲线,图乙中的Im是饱和电流,Uc为遏止电压。
考点二 光的波粒二象性 物质波
(1)图甲为实验小组利用100多个电子通过双缝后的干涉图样,可以看出每一个电子都是一个点;图乙为该小组利用70 000多个电子通过双缝后的干涉图样,为明暗相间的条纹。则电子的粒子性和波动性与电子的数量有什么关系 单个电子的运动轨道确定吗 图乙中的明条纹产生的原因是什么
甲 乙
提示:少数电子体现粒子性,大量的电子表现为波动性;单个电子的运动轨道是不确定的;题图乙中的明条纹是电子到达概率大的地方。
(2)同样,个别光子的行为表现出粒子性,大量光子的行为表现出波动性,那么光的波动性是光子之间的相互作用引起的吗 是不是光表现出波动性时,就不具有粒子性了,光表现出粒子性时,就不再具有波动性了
提示:光的波动性是光子本身的一种属性,不是光子之间的相互作用引起的;粒子性和波动性是光同时具备的两种属性,光的波粒二象性应理解为:在某种情况下光的波动性表现得明显,在另外的某种情况下,光的粒子性表现得明显。
1.对光的波粒二象性的理解
光的 波粒 二象性 实验 基础 表现 说明
光的 波动性 干涉和 衍射 (1)光是一种概率波,即光子在空间各点出现的可能性大小(概率)可用波动规律来描述。 (2)大量的光子在传播时,表现出波的性质 (1)光的波动性是光子本身的一种属性,不是光子之间相互作用产生的。 (2)光的波动性不同于宏观观念的波
光的 粒子性 光电 效应、 康普 顿效 应 (1)当光同物质发生作用时,这种作用是“一份一份”进行的,表现出粒子的性质。 (2)少量或个别光子能清楚地显示出光的粒子性 (1)粒子的含义是“不连续”“一份一份”的。 (2)光子不同于宏观观念的粒子
波动性 和粒子 性的对 立、统一 (1)大量光子易显示出波动性,而少量光子易显示出粒子性。 (2)波长长(频率低)的光波动性强,而波长短(频率高)的光粒子性强 (1)光子理论并未否定波动说,ε=hν=h中,ν和λ就是波的概念。 (2)波和粒子在宏观世界是不能统一的,而在微观世界却是统一的
2.物质波
(1)物质波的波长:λ=,h是普朗克常量。
(2)德布罗意波也是概率波,衍射图样中的亮条纹是电子落点概率大的地方,但概率的大小受波动规律的支配。
[例3] 【物质波】 (2024·江苏徐州三模)汤姆孙利用电子束穿过铝箔,得到如图所示的衍射图样。则( )
[A] 该实验现象是电子粒子性的表现
[B] 该实验证实了原子具有核式结构
[C] 实验中电子的物质波波长与铝箔中原子间距差不多
[D] 实验中增大电子的速度,其物质波波长变长
[例4] 【光的粒子性】(2024·北京卷,13)产生阿秒光脉冲的研究工作获得2023年的诺贝尔物理学奖,阿秒(as)是时间单位,1 as=1×10-18 s,阿秒光脉冲是发光持续时间在阿秒量级的极短闪光,提供了阿秒量级的超快“光快门”,使探测原子内电子的动态过程成为可能。设有一个持续时间为100 as 的阿秒光脉冲,持续时间内至少包含一个完整的光波周期。取真空中光速c=3.0×108 m/s,普朗克常量h = 6.6 × 10-34 J·s,下列说法正确的是( )
[A] 对于0.1 mm宽的单缝,此阿秒光脉冲比波长为550 nm的可见光的衍射现象更明显
[B] 此阿秒光脉冲和波长为550 nm的可见光束总能量相等时,阿秒光脉冲的光子数更多
[C] 此阿秒光脉冲可以使能量为-13.6 eV(-2.2×10-18J)的基态氢原子电离
[D] 为了探测原子内电子的动态过程,阿秒光脉冲的持续时间应大于电子的运动周期
(满分:50分)
对点1.光电效应的规律及应用
1.(4分)(2024·陕西西安一模)如图所示,某种材料制成太阳能电池的主体部分由P型半导体和N型半导体结合而成。当太阳光照射到该材料上时,材料吸收光子发生光电效应,自由电子向N型一侧移动,从而在两端形成电势差。已知该材料至少需要吸收波长为λ的绿光才能发生光电效应,普朗克常量为h,光速为c,则下列说法正确的是( )
[A] 通过负载的电流方向从上至下
[B] 该材料的逸出功为
[C] 用光强更强的红光照射该材料,只要照射时间足够长,也能产生光电效应
[D] 用光强相同的紫光和蓝光照射该材料,蓝光照射时,通过负载的电流较小
2.(6分)(2024·四川南充三模)(多选)如图为一研究光电效应的电路图,用一定频率的光照射阴极K,电流表G有示数,则下列判断正确的是( )
[A] 将滑片P向右移动,电流表的示数一定会越来越大
[B] 将滑片P移到最左端时,电流表的示数一定为零
[C] 将照射光强度减弱,光电子最大初动能不变
[D] 将照射光强度减弱,也会发生光电效应
3.(4分)(2024·湖北襄阳三模)爱因斯坦光电效应方程成功解释了光电效应现象。图中①、②两直线分别是金属A、B发生光电效应时的遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图像,则下列说法正确的是( )
[A] 金属B的逸出功比金属A的小
[B] ①、②两直线的斜率均为
[C] 当用频率为9×1014 Hz的光分别照射两金属A、B时,A中发出光电子的最大初动能较小
[D] 当入射光频率ν不变时,增大入射光的光强,则遏止电压Uc增大
4.(6分)(2024·黑龙江齐齐哈尔三模)(多选)近年来,我们见证了电磁波不同频段应用的快速发展。5G所用的电磁波频率一般在24 GHz到100 GHz之间,6G将使用频率在100 GHz到10 000 GHz之间的电磁波,是一个频率比5G高出许多的频段。下列相关说法正确的是( )
[A] 5G电磁波光子能量较小
[B] 5G电磁波光子动量较大
[C] 6G电磁波更容易使金属发生光电效应
[D] 6G电磁波遇到障碍物更容易衍射
对点2.光的波粒二象性 物质波
5.(4分)(2024·湖南卷,1)量子技术是当前物理学应用研究的热点,下列关于量子论的说法正确的是( )
[A] 普朗克认为黑体辐射的能量是连续的
[B] 光电效应实验中,红光照射可以让电子从某金属表面逸出,若改用紫光照射也可以让电子从该金属表面逸出
[C] 康普顿研究石墨对X射线散射时,发现散射后仅有波长小于原波长的射线成分
[D] 德布罗意认为质子具有波动性,而电子不具有波动性
6.(6分)(2024·河北张家口三模)(多选)经研究证明,光子和电子相互作用发生光电效应还是康普顿效应,取决于电子的“自由”度。当光子能量和逸出功在同一数量级时,电子吸收光子,发生光电效应;当光子能量较大时,电子的逸出功几乎可以忽略,可看作是“自由”的,则发生康普顿效应,下列说法正确的是( )
[A] 光电效应方程是从能量守恒的角度解释了光的粒子性
[B] 康普顿效应说明光具有粒子性
[C] 光电效应说明了能量守恒,康普顿效应则解释了动量守恒,二者是矛盾的
[D] 金属只要被光照射的时间足够长,一定会发生光电效应
7.(4分)(2024·新课标卷,17)三位科学家由于在发现和合成量子点方面的突出贡献,荣获了2023年诺贝尔化学奖。不同尺寸的量子点会发出不同颜色的光。现有两种量子点分别发出蓝光和红光,下列说法正确的是( )
[A] 蓝光光子的能量大于红光光子的能量
[B] 蓝光光子的动量小于红光光子的动量
[C] 在玻璃中传播时,蓝光的速度大于红光的速度
[D] 蓝光在玻璃中传播时的频率小于它在空气中传播时的频率
8.(4分)(2024·北京海淀三模)如图甲,A和B两单色光,以适当的角度向半圆形玻璃砖射入,出射光线都从圆心O沿OC方向射出,且这两种光照射同种金属,都能发生光电效应。那么在光电效应实验中(如图乙所示),调节这两束光的光强并分别照射相同的光电管。使实验中这两束光都能在单位时间内产生相同数量的光电子,实验所得光电流I与光电管两端所加电压U间的关系曲线分别以A、B表示,则下列4图中可能正确的是( )
甲 乙
[A] [B]
[C] [D]
9.(6分)(2024·广东深圳二模)(多选)某防盗报警器工作原理如图所示。用紫外线照射光敏材料制成的阴极时,逸出的光电子在电路中产生电流,电流经放大后使电磁铁吸住铁条。当光源与阴极间有障碍物时,警报器响起。下列说法正确的是( )
[A] 若用红外光源代替紫外光源,该报警器不一定能正常工作
[B]逸出光电子的最大初动能与照射光频率成正比
[C]若用光强更强的同一频率紫外线照射阴极,光电流变大
[D]若用光强更强的同一频率紫外线照射阴极,所有光电子的初动能均增大
10.(6分)(2024·山西阳泉三模)(多选)光刻机是制作芯片的核心装置,主要功能是利用光线把掩膜版上的图形印制到硅片上。如图所示,传统DUV光刻机使用的是波长为193 nm的深紫外线,而采用波长13.5 nm的极紫外光的EUV光刻机是传统光刻技术向更短波长的合理延伸。光刻机在使用时,常在光刻胶和投影物镜之间填充液体以提高分辨率。下列说法正确的是( )
[A] 深紫外线的光子能量比极紫外线更小
[B] 深紫外线的光子动量比极紫外线更大
[C] 进入液体后深紫外线传播速度比极紫外线更快
[D] 两种紫外线从真空区域进入浸没液体中时,极紫外线比深紫外线更容易发生衍射,能提高分辨率
(
第
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)(共48张PPT)
高中总复习·物理
第1讲
光电效应 波粒二象性
情境导思
1.用如图所示的装置研究光电效应现象。
(1)若用光子能量为2.75 eV的光照射到光电管上时发生了光电效应,且电子的最大初动能为1.7 eV,求阴极K材料的逸出功。
(2)移动滑动变阻器的滑片,当电压表的示数大于或等于1.7 V时,电流表示数为多少 为什么
(3)金属表面发生光电效应与什么有关 入射光的强弱影响光电效应的发生吗
(4)入射光照射到金属表面上时,光电子的发射需要能量积累的过程吗
情境导思
2.1927年戴维孙和汤姆孙分别用单晶和多晶晶体做了电子束衍射的实验。
(1)该实验证实了电子的什么特性 德布罗意假说的内容是什么 如何验证德布罗意假说
(2)物质波波长、频率的计算公式是什么
知识构建
ε=hν
Ek=hν-W0
ε=hν
小题试做
(2024·黑吉辽卷,8)(多选)X射线光电子能谱仪是利用X光照射材料表面激发出光电子,并对光电子进行分析的科研仪器,用某一频率的X光照射某种金属表面,逸出了光电子,若增加此X光的强度,则( )
[A] 该金属逸出功增大
[B] X光的光子能量不变
[C] 逸出的光电子最大初动能增大
[D] 单位时间逸出的光电子数增多
BD
请辨析以下五组概念有何区别。
(1)“光子”与“光电子”。
提示:光子与光电子:光子指光在空间传播时的每一份能量,光子不带电;光电子是金属表面受到光照射时发射出来的电子,其本质是电子。
(2)“光电子的动能”与“光电子的最大初动能”。
提示:光电子的动能与光电子的最大初动能:只有金属表面的电子直接向外飞出时,只需克服原子核的引力做功,才具有最大初动能。
(3)“光电流”与“饱和电流”。
提示:光电流与饱和电流:从金属板飞出的光电子到达阳极,回路中便产生光电流,随着所加正向电压的增大,光电流趋于一个饱和值,这个饱和值是饱和电流,在一定的光照条件下,饱和电流与所加电压大小无关。
(4)“入射光的强度”与“光子能量”。
提示:入射光的强度与光子能量:入射光的强度指单位时间内照射到金属表面单位面积上的总能量,而光子能量ε=hν,是一份能量。
(5)“光的强度”与“饱和电流”。
提示:光的强度与饱和电流:频率相同的光照射金属产生光电效应,入射光越强,饱和电流越大,但不是简单的正比关系。
1.光电效应的规律
(1)两条线索。
(2)两条对应关系。
入射光强度大→光子数目多→发射光电子多→光电流大。
光子频率高→光子能量大→光电子的最大初动能大。
(3)光电效应的“三个关系”。
①爱因斯坦光电效应方程:Ek=hν-W0。
②最大初动能与遏止电压的关系:Ek=eUc。
③逸出功与截止频率的关系:W0=hνc。
2.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ν的关系 (1)截止频率νc:图线与ν轴交点的横坐标。
(2)逸出功W0:图线与Ek轴交点的纵坐标的绝对值W0=|-E|=E。
(3)普朗克常量h:图线的斜率k=h
遏止电压Uc与入射光频率ν的关系 (1)截止频率νc:图线与横轴的交点的横坐标。
(2)遏止电压Uc:随入射光频率的增大而增大。
(3)普朗克常量h:等于图线的斜率与电子电荷量的乘积,即h=ke(注意:此时两极之间接反向电压)
频率相同、强度不同的光,光电流与电压的关系 (1)遏止电压Uc:图线与横轴的交点的横坐标。
(2)饱和电流:电流的最大值。
(3)最大初动能Ek=eUc
频率不同、强度相同的光,光电流与电压的关系 (1)遏止电压Uc1、Uc2。
(2)饱和电流:黄光照射下的大。
(3)最大初动能Ek1=eUc1、Ek2=eUc2
[例1] 【光电效应的规律】(2024·海南卷,8)利用如图所示的装置研究光电效应,闭合单刀双掷开关S1,用频率为ν1的光照射光电管,调节滑动变阻器,使电流表的示数刚好为0,此时电压表的示数为U1,已知电子电荷量为e,普朗克常量为h,下列说法正确的是( )
[A] 其他条件不变,增大光强,电压表示数增大
[B] 改用比ν1更大频率的光照射,调整电流表的示数为零,此时电压表示数仍为U1
[C] 其他条件不变,使开关接S2,电流表示数仍为零
D
[例2] 【光电效应的图像】(2024·贵州遵义三模)图甲为利用光电管研究光电效应的电路图,其中光电管阴极K的材料是钾,钾的逸出功为W0。图乙为实验中用某一频率的光照射光电管时,测量得到的光电管伏安特性曲线,当电压为Uc时,光电流恰好为零。已知普朗克常量为h,光电子的电荷量为e。下列说法正确的是( )
B
方法总结
光电效应中有关图像问题的解题方法
(1)明确图像中纵坐标和横坐标所表示的物理量。
(2)明确图像所表示的物理意义及所对应的函数关系,同时还要知道截距、交点等特殊点的意义。
方法总结
例如:
①Ek-ν图像表示光电子的最大初动能Ek随入射光频率ν的变化关系,图甲中横轴上的截距是阴极金属的截止频率,纵轴上的截距表示阴极金属逸出功的负值,直线的斜率为普朗克常量,图像的函数式为Ek=hν-W0。
②光电效应中的I-U图像是光电流I随两极间电压U的变化曲线,图乙中的Im是饱和电流,Uc为遏止电压。
(1)图甲为实验小组利用100多个电子通过双缝后的干涉图样,可以看出每一个电子都是一个点;图乙为该小组利用70 000多个电子通过双缝后的干涉图样,为明暗相间的条纹。则电子的粒子性和波动性与电子的数量有什么关系 单个电子的运动轨道确定吗 图乙中的明条纹产生的原因是什么
提示:少数电子体现粒子性,大量的电子表现为波动性;单个电子的运动轨道是不确定的;题图乙中的明条纹是电子到达概率大的地方。
甲 乙
(2)同样,个别光子的行为表现出粒子性,大量光子的行为表现出波动性,那么光的波动性是光子之间的相互作用引起的吗 是不是光表现出波动性时,就不具有粒子性了,光表现出粒子性时,就不再具有波动性了
提示:光的波动性是光子本身的一种属性,不是光子之间的相互作用引起的;粒子性和波动性是光同时具备的两种属性,光的波粒二象性应理解为:在某种情况下光的波动性表现得明显,在另外的某种情况下,光的粒子性表现得明显。
1.对光的波粒二象性的理解
光的波粒二象性 实验基础 表现 说明
光的 波动性 干涉和 衍射 (1)光是一种概率波,即光子在空间各点出现的可能性大小 (概率)可用波动规律来描述。 (2)大量的光子在传播时,表现出波的性质 (1)光的波动性是光子本身的一种属性,不是光子之间相互作用产生的。
(2)光的波动性不同于宏观观念的波
光的 粒子性 光电效应、康普顿效应 (1)当光同物质发生作用时,这种作用是“一份一份”进行的,表现出粒子的性质。 (2)少量或个别光子能清楚地显示出光的粒子性 (1)粒子的含义是“不连续”
“一份一份”的。
(2)光子不同于宏观观念的粒子
2.物质波
(2)德布罗意波也是概率波,衍射图样中的亮条纹是电子落点概率大的地方,但概率的大小受波动规律的支配。
[例3] 【物质波】 (2024·江苏徐州三模)汤姆孙利用电子束穿过铝箔,得到如图所示的衍射图样。则( )
[A] 该实验现象是电子粒子性的表现
[B] 该实验证实了原子具有核式结构
[C] 实验中电子的物质波波长与铝箔中原子间距差不多
[D] 实验中增大电子的速度,其物质波波长变长
C
[例4] 【光的粒子性】(2024·北京卷,13)产生阿秒光脉冲的研究工作获得2023年的诺贝尔物理学奖,阿秒(as)是时间单位,1 as=1×10-18 s,阿秒光脉冲是发光持续时间在阿秒量级的极短闪光,提供了阿秒量级的超快“光快门”,使探测原子内电子的动态过程成为可能。设有一个持续时间为100 as 的阿秒光脉冲,持续时间内至少包含一个完整的光波周期。取真空中光速c=3.0×108 m/s,普朗克常量h = 6.6 × 10-34 J·s,下列说法正确的是( )
[A] 对于0.1 mm宽的单缝,此阿秒光脉冲比波长为550 nm的可见光的衍射现象更明显
[B] 此阿秒光脉冲和波长为550 nm的可见光束总能量相等时,阿秒光脉冲的光子数更多
[C] 此阿秒光脉冲可以使能量为-13.6 eV(-2.2×10-18J)的基态氢原子电离
[D] 为了探测原子内电子的动态过程,阿秒光脉冲的持续时间应大于电子的运动周期
C
基础对点练
对点1.光电效应的规律及应用
1.(4分)(2024·陕西西安一模)如图所示,某种材料制成太阳能电池的主体部分由P型半导体和N型半导体结合而成。当太阳光照射到该材料上时,材料吸收光子发生光电效应,自由电子向N型一侧移动,从而在两端形成电势差。已知该材料至少需要吸收波长为λ的绿光才能发生光电效应,普朗克常量为h,光速为c,则下列说法正确的是( )
[A] 通过负载的电流方向从上至下
[C] 用光强更强的红光照射该材料,只要照射时间足够长,也能产生光电效应
[D] 用光强相同的紫光和蓝光照射该材料,蓝光照射时,通过负载的电流较小
B
2.(6分)(2024·四川南充三模)(多选)如图为一研究光电效应的电路图,用一定频率的光照射阴极K,电流表G有示数,则下列判断正确的是( )
[A] 将滑片P向右移动,电流表的示数一定会越来越大
[B] 将滑片P移到最左端时,电流表的示数一定为零
[C] 将照射光强度减弱,光电子最大初动能不变
[D] 将照射光强度减弱,也会发生光电效应
CD
【解析】 将滑片P向右移动,即正向电压增大,若光电流达到饱和,则电流表的示数不变,故A错误;将滑片P移到最左端时,即不加电压,此时电流表的示数一定不为零,故B错误;将照射光强度减弱,但光的频率没有发生变化,光电子最大初动能不变,仍然发生光电效应,故C、D正确。
3.(4分)(2024·湖北襄阳三模)爱因斯坦光电效应方程成功解释了光电效应现象。图中①、②两直线分别是金属A、B发生光电效应时的遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图像,则下列说法正确的是( )
[A] 金属B的逸出功比金属A的小
[C] 当用频率为9×1014 Hz的光分别照射两金属A、B时,A中发出光电子的最大初动能较小
[D] 当入射光频率ν不变时,增大入射光的光强,则遏止电压Uc增大
B
4.(6分)(2024·黑龙江齐齐哈尔三模)(多选)近年来,我们见证了电磁波不同频段应用的快速发展。5G所用的电磁波频率一般在24 GHz到100 GHz之间,6G将使用频率在100 GHz到10 000 GHz之间的电磁波,是一个频率比5G高出许多的频段。下列相关说法正确的是( )
[A] 5G电磁波光子能量较小
[B] 5G电磁波光子动量较大
[C] 6G电磁波更容易使金属发生光电效应
[D] 6G电磁波遇到障碍物更容易衍射
AC
对点2.光的波粒二象性 物质波
5.(4分)(2024·湖南卷,1)量子技术是当前物理学应用研究的热点,下列关于量子论的说法正确的是( )
[A] 普朗克认为黑体辐射的能量是连续的
[B] 光电效应实验中,红光照射可以让电子从某金属表面逸出,若改用紫光照射也可以让电子从该金属表面逸出
[C] 康普顿研究石墨对X射线散射时,发现散射后仅有波长小于原波长的射线成分
[D] 德布罗意认为质子具有波动性,而电子不具有波动性
B
6.(6分)(2024·河北张家口三模)(多选)经研究证明,光子和电子相互作用发生光电效应还是康普顿效应,取决于电子的“自由”度。当光子能量和逸出功在同一数量级时,电子吸收光子,发生光电效应;当光子能量较大时,电子的逸出功几乎可以忽略,可看作是“自由”的,则发生康普顿效应,下列说法正确的是
( )
[A] 光电效应方程是从能量守恒的角度解释了光的粒子性
[B] 康普顿效应说明光具有粒子性
[C] 光电效应说明了能量守恒,康普顿效应则解释了动量守恒,二者是矛盾的
[D] 金属只要被光照射的时间足够长,一定会发生光电效应
AB
【解析】 光电效应方程是爱因斯坦根据量子假说和能量守恒定律得到的,故A正确;康普顿效应是光子与电子的碰撞,体现了光的粒子性,故B正确;根据题中说法,光电效应是在电子“自由”度较小的情况下,表现出的吸收特性,动量并不是不守恒,而是表现不出来,而康普顿效应是基于能量较大的光子与电子的碰撞,既体现动量守恒又体现能量守恒,二者并不矛盾,故C错误;电子对光子的吸收并不能累积,一次只能吸收一个光子,若吸收的光子能量小于金属逸出功,即不能发生光电效应,故D错误。
7.(4分)(2024·新课标卷,17)三位科学家由于在发现和合成量子点方面的突出贡献,荣获了2023年诺贝尔化学奖。不同尺寸的量子点会发出不同颜色的光。现有两种量子点分别发出蓝光和红光,下列说法正确的是( )
[A] 蓝光光子的能量大于红光光子的能量
[B] 蓝光光子的动量小于红光光子的动量
[C] 在玻璃中传播时,蓝光的速度大于红光的速度
[D] 蓝光在玻璃中传播时的频率小于它在空气中传播时的频率
综合提升练
A
8.(4分)(2024·北京海淀三模)如图甲,A和B两单色光,以适当的角度向半圆形玻璃砖射入,出射光线都从圆心O沿OC方向射出,且这两种光照射同种金属,都能发生光电效应。那么在光电效应实验中(如图乙所示),调节这两束光的光强并分别照射相同的光电管。使实验中这两束光都能在单位时间内产生相同数量的光电子,实验所得光电流I与光电管两端所加电压U间的关系曲线分别以A、B表示,则下列4图中可能正确的是( )
D
甲 乙 [A] [B] [C] [D]
9.(6分)(2024·广东深圳二模)(多选)某防盗报警器工作原理如图所示。用紫外线照射光敏材料制成的阴极时,逸出的光电子在电路中产生电流,电流经放大后使电磁铁吸住铁条。当光源与阴极间有障碍物时,警报器响起。下列说法正确的是( )
[A] 若用红外光源代替紫外光源,该报警器不一定能正常工作
[B]逸出光电子的最大初动能与照射光频率成正比
[C]若用光强更强的同一频率紫外线照射阴极,光电流变大
[D]若用光强更强的同一频率紫外线照射阴极,所有光电子的初动能均增大
AC
【解析】 由光电效应方程hν=W+Ek知,紫外光频率大于红外光频率,该光敏材料极限频率未知,不能确保红外光照射会发生光电效应,A正确;由光电效应方程知,逸出光电子的最大初动能与照射光频率有关,但不成正比,B错误;光照强度越强,光电子越多,光电流越大,C正确;由光电效应方程知,光电子的最大初动能与光照强度无关,D错误。
10.(6分)(2024·山西阳泉三模)(多选)光刻机是制作芯片的核心装置,主要功能是利用光线把掩膜版上的图形印制到硅片上。如图所示,传统DUV光刻机使用的是波长为193 nm的深紫外线,而采用波长13.5 nm的极紫外光的EUV光刻机是传统光刻技术向更短波长的合理延伸。光刻机在使用时,常在光刻胶和投影物镜之间填充液体以提高分辨率。下列说法正确的是( )
[A] 深紫外线的光子能量比极紫外线更小
[B] 深紫外线的光子动量比极紫外线更大
[C] 进入液体后深紫外线传播速度比极紫外线更快
[D] 两种紫外线从真空区域进入浸没液体中时,极紫外线比深紫外线更容易发生衍射,能提高分辨率
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