（一）本章知识网络
（二）本章核心素养解析
一、物理概念——光电效应
1．决定关系及联系
2.“光电子的动能”可以是介于0～Ekm 的任意值，只有从金属表面逸出的光电子才具有最大初动能，且随入射光频率增大而增大．
3．光电效应是单个光子和单个电子之间的相互作用产生的，金属中的某个电子只能吸收一个光子的能量，只有当电子吸收的能量足够克服原子核的引力而逸出时，才能产生光电效应．
4．入射光强度指的是单位时间内入射到金属表面单位面积上的光子的总能量，在入射光频率ν不变时，光强正比于单位时间内照到金属表面单位面积上的光子数，但若入射光频率不同，即使光强相同，单位时间内照到金属表面单位面积上的光子数也不相同，因而从金属表面逸出的光电子数也不相同(形成的光电流也不相同)．
【例1】(2016·全国卷Ⅰ，)现用某一光电管进行光电效应的实验，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．入射光的频率变高，饱和光电流变大
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
E．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
【答案】ACE
【例2】小明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．已知普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s.
(1)图甲中电极A为光电管的________(填“阴极”或“阳极”)；
(2)实验中测得铷的遏止电压Uc与入射光频率ν之间的关系如图乙所示，则铷的截止频率νc＝________Hz，逸出功W0＝________J；
(3)如果实验中入射光的频率ν＝7.00×1014 Hz，则产生的光电子的最大初动能Ek＝________J.
【答案】 (1)阳极 (2)5.15×1014 Hz 3.41×10－19
(3)1.23×10－19 J
【解析】 (1)电极A为光电管的阳极．
(2)由Uc－ν图象知，
铷的截止频率为νc＝5.15×1014 Hz.
由W0＝hν0得W0＝3.41×10－19 J.
(3)由光电效应方程得：
Ek＝hν－W0＝6.63×10－34×7.00×1014 J－3.41×10－19 J＝1.23×10－19 J.
二、科学思维——光的波粒二象性
1．大量光子产生的效果显示出波动性，比如干涉、衍射现象中，如果用强光照射，在光屏上立刻出现了干涉、衍射条纹，波动性体现了出来；个别光子产生的效果显示出粒子性。如果用微弱的光照射，在屏上就只能观察到一些分布毫无规律的光点，粒子性充分体现；但是如果微弱的光在照射时间加长的情况下，在感光底片上的光点分布又会出现一定的规律性，倾向于干涉、衍射的分布规律。这些实验为人们认识光的波粒二象性提供了良好的依据。
2．光子和电子、质子等实物粒子一样，具有能量和动量。和其他物质相互作用时，粒子性起主导作用。
3．光子的能量与其对应的频率成正比，而频率是波动性特征的物理量，因此E＝hν，揭示了光的粒子性和波动性之间的密切联系。
4．对不同频率的光，频率低、波长长的光，波动性特征显著；而频率高、波长短的光，粒子性特征显著。
5．光在传播时体现出波动性，在与其他物质相互作用时体现出粒子性。处理光的波粒二象性问题的关键是正确理解其二象性，搞清光波是一种概率波。
【例3】如图所示是双缝干涉的图样，我们如何用光的波粒二象性来解释呢？
【例4】实物粒子和光都具有波粒二象性．下列事实中突出体现波动性的是( )
A．电子束通过双缝实验装置后可以形成干涉图样
B．β射线在云室中穿过会留下清晰的径迹
C．人们利用慢中子衍射来研究晶体的结构
D．人们利用电子显微镜观测物质的微观结构
【答案】 ACD
第Ⅰ部分 选择题
一、选择题：本题共8小题。将正确答案填写在题干后面的括号里。
1．下列说法不正确的是( )
A．电子的衍射证实了物质波的假设是正确的
B．物质波也是一种概率波
C．任何一个运动物体都有一种波和它对应，这就是物质波
D．物质波就是光波
【答案】D
【解析】物质波与光波都是概率波，但有着本质的区别，物质波是实物具有的，光波是场具有的．故应选D项．
2．下列说法正确的是( )
A．光波是一种概率波
B．光波是一种机械波
C．单色光从光密介质进入光疏介质时，光子的能量改变
D．单色光从光密介质进入光疏介质时，光的波长不变
【答案】A
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，由小孔的热辐射特性，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>T2
B．T1C．随着温度的升高，黑体的辐射强度都有所降低
D．随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较长方向移动
【答案】A
【解析】一般材料的物体辐射能的多少决定于物体的温度(T)、辐射波的波长、时间的长短和发射的面积，而黑体是指在任何温度下，全部吸收任何波长的辐射的物体，黑体辐射的强度按波长的分布只与温度有关．实验表明，随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有所增加，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动．从图中可以看出，λ1<λ2，T1>T2，本题正确选项为A.
4.电子显微镜的最高分辨率高达0.2 nm，如果有人制造出质子显微镜，在加速到相同的速度情况下，质子显微镜的最高分辨率将( )
A.小于0.2 nm B.大于0.2 nm
C.等于0.2 nm D.以上说法均不正确
【答案】A
5.现代物理学认为，光和实物粒子都具有波粒二象性，下列事实中突出体现波动性的是( )
A．一定频率的光照射到锌板上，光的强度越大，单位时间内锌板上发射的光电子就越多
B．肥皂液是无色的，吹出的肥皂泡却是彩色的
C．质量为10－3 kg、速度为10－2 m/s的小球，其德布罗意波长约为10－23 m，不过我们能清晰地观测到小球运动的轨迹
D．人们常利用热中子研究晶体的结构，因为热中子的德布罗意波长与晶体中原子间距大致相同
【答案】BD
【解析】光子照到锌板上，发生光电效应，说明光有粒子性，A不正确；白光在肥皂泡上发生薄膜干涉时，会出现彩色条纹，光的干涉现象说明了光有波动性，B正确；由于实物的波长很小，波动性不明显，表现为粒子性，C不正确；用热中子研究晶体结构，其实是通过中子的衍射来“观察”晶体的，是利用中子的波动性，D正确．故选BD.
6.经150 V电压加速的电子束，沿同一方向射出，穿过铝箔后射到其后的屏上，则( )
A．所有电子的运动轨迹均相同
B．所有电子到达屏上的位置坐标均相同
C．电子到达屏上的位置坐标可用牛顿运动定律确定
D．电子到达屏上的位置受波动规律支配，无法用确定的坐标来描述它的位置
【答案】D
【解析】由物质波原则可知，它受波动概率影响，由测不准原则得无法确定坐标，所以D是正确的，ABC错误．
7．研究光电效应的电路如图所示．用频率相同、强度不同的光分别照射密封真空管的钠极板(阴极K)，钠极板发射出的光电子被阳极A吸收，在电路中形成光电流．下列光电流I与A、K之间的电压UAK的关系图象中，正确的是( )
【答案】C
8.用波长为2.0×10－7 m的紫外线照射钨的表面，释放出来的光电子中最大的动能是4.7×10－19 J．由此可知，钨的极限频率是(普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，光速c＝3.0×108 m/s，结果取两位有效数字)( )
A．5.5×1014 Hz B．7.9×1014 Hz
C．9.8×1014 Hz D．1.2×1015 Hz
【答案】B
【解析】由爱因斯坦光电效应方程得＝Ek＋W0，而金属的逸出功W0＝hνc，由以上两式得，钨的极限频率为：νc＝－＝7.9×1014 Hz，B项正确．
第Ⅱ部分 非选择题
二、非选择题：本题4个小题。将符合题意的内容填写在题目中的横线上，或按题目要求作答。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，只写出最后答案的不能得分；有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位。
9.电视显像管中的电子的加速电压为10 kV，电子枪的枪口直径设为0.01 cm，试求电子射出电子枪后的横向速度的不确定量为_______ m/s。
【答案】0.58
【解析】电子的横向位置不确定量Δx=0.01 cm，由不确定关系式得
Δvx≥m/s=0.58 m/s。
10．对应于3.4×10－19 J的能量子，其电磁辐射的频率为_______ Hz，电磁辐射的波长为_______ m。(h＝6.63×10－34 J·s)
【答案】5.13×1014 5.85×10－7
11.光具有波粒二象性，光子的能量ε=hν，其中频率ν表示波的特征，在爱因斯坦提出光子说之后，法国物理学家德布罗意提出了光子动量p与光波波长λ的关系p=。若某激光管以P=60 W的功率发射波长λ=663 nm的光束，试根据上述理论计算:
(1)该管在1 s内发射出多少个光子?
(2)若光束全部被某黑体表面吸收，那么该黑体表面所受到光束对它的作用力F为多大?
【答案】(1)2.0×1020 (2)2.0×10-7 N
【解析】(1)设在时间Δt内发射出的光子数为n，光子频率为ν，每个光子的能量ε=hν，
所以P=(Δt=1 s)。
而ν=，
解得n==2.0×1020。
(2)在时间Δt内激光管发射出的光子全部被黑体表面吸收，光子的末动量变为零，据题中信息可知，n个光子的总动量为p总=np=n。
根据动量定理有F·Δt=p总，
解得黑体表面对光子束的作用力为
F= N=2.0×10-7 N。
又根据牛顿第三定律，光子束对黑体表面的作用力F'=F=2.0×10-7 N。
12.用波长为λ的光照射金属的表面,当遏止电压取某个值时,光电流便被截止;当光的波长改变为原波长的后,已查明使电流截止的遏止电压必须增大到原值的η倍,试计算原入射光的波长λ。(已知该金属的逸出功为W0)
【答案】
