一、光電效應及其規(guī)律
1.光電效應現(xiàn)象
照射到金屬表面的光，能使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.光電效應的產(chǎn)生條件
入射光的頻率大于或等于金屬的截止頻率。
3.光電效應規(guī)律
(1)每種金屬都有一個截止頻率，入射光的頻率必須大于或等于這個極限頻率才能產(chǎn)生光電效應。
(2)光電子的最大初動能與入射光的強度無關，只隨入射光頻率的增大而增大。
(3)光電效應的發(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截止頻率時，飽和光電流的大小與入射光的強度成正比。
【自測1】 (2020·河南南陽市上學期期末)用光電管進行光電效應實驗中，分別用頻率不同的單色光照射到同種金屬上。下列說法正確的是( )
A.頻率較小的入射光，需要經(jīng)過足夠長的時間照射才能發(fā)生光電效應
B.入射光的頻率越大，極限頻率就越大
C.入射光的頻率越大，遏止電壓就越大
D.入射光的強度越大，光電子的最大初動能就越大
答案 C
解析 只要入射光的頻率低于金屬的極限頻率，無論時間多長，入射光的強度多大，都不會發(fā)生光電效應，故A錯誤；金屬材料的性質(zhì)決定金屬的逸出功，而逸出功決定極限頻率，與入射光的頻率無關，故B錯誤；根據(jù)eUc＝hν－W0 可知，入射光的頻率越大，遏止電壓就越大，故C正確；根據(jù)愛因斯坦光電效應方程Ek＝hν－W0，可知光電子的最大初動能隨照射光頻率的增大而增大，與光照強度無關，故D錯誤。
二、愛因斯坦光電效應方程
1.光子說：在空間傳播的光不是連續(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。
【自測2】 (2020·福建南平市第一次質(zhì)檢)單色光B的頻率為單色光A的兩倍，用單色光A照射到某金屬表面時，從金屬表面逸出的光電子最大初動能為E1。用單色光B照射該金屬表面時，逸出的光電子最大初動能為E2，則該金屬的逸出功為( )
A.E2－E1 B.E2－2E1
C.2E1－E2 D.eq \f(E1＋E2,2)
答案 B
解析 根據(jù)光電效應方程，用單色光A照射到某金屬表面時，E1＝hν－W逸出功
用單色光B照射到某金屬表面時，E2＝h·2ν－W逸出功
解得W逸出功＝E2－2E1，故B項正確。
三、光的波粒二象性與物質(zhì)波
1.光的波粒二象性
(1)光的干涉、衍射、偏振現(xiàn)象證明光具有波動性。
(2)光電效應說明光具有粒子性。
(3)光既具有波動性，又具有粒子性，即光具有波粒二象性。
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，其波長λ＝eq \f(h,p)，p為運動物體的動量，h為普朗克常量。
【自測3】 (多選)下列說法中正確的是( )
A.光的波粒二象性學說徹底推翻了麥克斯韋的光的電磁說
B.在光的雙縫干涉實驗中，暗條紋的地方是光子永遠不能到達的地方
C.光的雙縫干涉實驗中，大量光子打在光屏上的落點是有規(guī)律的，暗紋處落下光子的概率小
D.單個光子表現(xiàn)出粒子性，大量光子表現(xiàn)出波動性
答案 CD
命題點一 光電效應現(xiàn)象和方程的應用
1.對光電效應的四點提醒
(1)能否發(fā)生光電效應，不取決于光的強度而取決于光的頻率。
(2)光電效應中的“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。
(4)光電子不是光子，而是電子。
2.兩條對應關系
(1)光的強度大→光子數(shù)目多→發(fā)射光電子多→光電流大。
(2)光子頻率高→光子能量大→產(chǎn)生光電子的最大初動能大→遏止電壓大。
3.定量分析時應抓住三個關系式
(1)愛因斯坦光電效應方程：Ek＝hν－W0。
(2)最大初動能與遏止電壓的關系：Ek＝eUc。
(3)逸出功與極限頻率的關系：W0＝hνc。
【例1】 (2020·山東濰坊市第二次高考模擬)如圖1所示，分別用頻率為ν、2ν的光照射某光電管，對應的遏止電壓之比為1∶3，普朗克常量用h表示，則( )
圖1
A.用頻率為eq \f(1,3)ν的光照射該光電管時有光電子逸出
B.該光電管的逸出功為eq \f(1,2)hν
C.用2ν的光照射時逸出光電子的初動能一定大
D.加正向電壓時，用2ν的光照射時飽和光電流一定大
答案 B
解析 根據(jù)光電效應方程eUc1＝hν－W0，eUc2＝h·2ν－W0，eq \f(Uc1,Uc2)＝eq \f(1,3)，聯(lián)立解得W0＝eq \f(1,2)hν，頻率為eq \f(1,3)ν的單色光光子能量h·eq \f(1,3)ν＜W0，故用頻率為eq \f(1,3)ν的光照射該光電管時不能發(fā)生光電效應，即無光電子逸出，故A錯誤，B正確；根據(jù)光電效應方程Ek＝hν－W0可知，光子頻率越大，光電子的最大初動能越大，但是逸出光電子的初動能小于等于最大初動能，所以用2ν的光照射時逸出光電子的最大初動能一定大，但初動能不一定大，故C錯誤；在發(fā)生光電效應的前提下，飽和光電流的強度只與光照強度有關，電壓只是增加光電子的動能，增大電流。到達一定程度之后肯定要受到光電子數(shù)量的約束，電流不再增大，故D錯誤。
【變式1】 (2020·四川瀘州市二診)如圖2所示為光電效應實驗裝置圖。實驗中用a光照射光電管時，靈敏電流計有示數(shù)；而用b光照射光電管時，靈敏電流計沒有示數(shù)。則下列說法中正確的是( )
圖2
A.a光頻率大于b光頻率
B.若增加b光的照射時間，靈敏電流計將會有示數(shù)
C.若增大b光的光照強度，靈敏電流計將會有示數(shù)
D.用b光照射時，適當增大電源的輸出電壓，靈敏電流計將會有示數(shù)
答案 A
解析 實驗中用a光照射光電管時，靈敏電流計有示數(shù)，說明能夠發(fā)生光電效應；而用b光照射光電管時，靈敏電流計沒有示數(shù)，說明不能發(fā)生光電效應，可知a光頻率大于b光頻率，選項A正確；根據(jù)光電效應的規(guī)律可知，若增加b光的照射時間以及增加b光的光照強度，都不能發(fā)生光電效應，則靈敏電流計都不會有示數(shù)，選項B、C錯誤；用b光照射時不能發(fā)生光電效應，即使適當增大電源的輸出電壓，也不會發(fā)生光電效應，靈敏電流計也不會有示數(shù)，選項D錯誤。
【例2】 (2020·山東省等級考試模擬卷)如圖3所示，有一束單色光入射到極限頻率為ν0的金屬板K上，具有最大初動能的某出射電子，沿垂直于平行板電容器極板的方向，從左側極板上的小孔入射到兩極板間的勻強電場后，到達右側極板時速度剛好為零。已知電容器的電容為C，帶電荷量為Q，極板間距為d，普朗克常量為h，電子電荷量的絕對值為e，不計電子的重力。關于電容器右側極板的帶電情況和入射光的頻率ν，以下判斷正確的是( )
圖3
A.帶正電，ν0＋eq \f(Qe,Ch) B.帶正電，ν0＋eq \f(Qe,Chd)
C.帶負電，ν0＋eq \f(Qe,Ch) D.帶負電，ν0＋eq \f(Qe,Chd)
答案 C
解析 電子在電容器里做減速運動，所以受到向左的電場力的作用，所以場強方向向右，電容器右側極板帶負電。一束單色光入射到極限頻率為ν0的金屬板K上，射出電子的最大初動能為Ek，則hν－W0＝Ek，hν0＝W0，電子在電容器
中減速運動，由動能定理得－eU＝0－Ek，電容器兩極板間的電勢差為U＝eq \f(Q,C)，根據(jù)以上各式，解得ν＝ν0＋eq \f(Qe,Ch)，故選項C正確，A、B、D錯誤。
【變式2】 (2018·全國卷Ⅱ，17)用波長為300 nm的光照射鋅板，電子逸出鋅板表面的最大初動能為1.28×10－19 J。已知普朗克常量為6.63×10－34 J·s，真空中的光速為3.00×108 m·s－1。能使鋅產(chǎn)生光電效應的單色光的最低頻率約為( )
A.1×1014 Hz B.8×1014 Hz
C.2×1015 Hz D.8×1015 Hz
答案 B
解析 根據(jù)愛因斯坦光電效應方程Ek＝hν－W0＝heq \f(c,λ)－h(huán)ν0，代入數(shù)據(jù)解得ν0≈8×1014 Hz，B正確。
【變式3】 (多選)(2017·全國卷Ⅲ，19)在光電效應實驗中，分別用頻率為νa、νb的單色光a、b照射到同種金屬上，測得相應的遏止電壓分別為Ua和Ub，光電子的最大初動能分別為Eka和Ekb。h為普朗克常量。下列說法正確的是( )
A.若νa＞νb，則一定有Ua＜Ub
B.若νa＞νb，則一定有Eka＞Ekb
C.若Ua＜Ub，則一定有Eka＜Ekb
D.若νa＞νb，則一定有hνa－Eka＞hνb－Ekb
答案 BC
解析 由愛因斯坦光電效應方程得Ek＝hν－W0，由動能定理得Ek＝eU，若分別用a、b單色光照射同種金屬時，逸出功W0相同。當νa＞νb時，一定有Eka＞Ekb，Ua＞Ub，故選項A錯誤，B正確；若Ua＜Ub，則一定有Eka＜Ekb，故選項C正確；因逸出功相同，有W0＝ hνa－ Eka＝ hνb－ Ekb，故選項D錯誤。
命題點二 光電效應的圖像
【例3】 (2020·山東省等級考試第二次模擬卷)如圖4甲為光電效應實驗的電路圖，利用不同頻率的光進行光電效應實驗，測得光電管兩極間所加電壓U與光電流I的關系如圖乙中a、b、c、d四條曲線所示。用νa、νb、νc、νd表示四種光的頻率，下列判斷正確的是( )
圖4
A.νb＞νc＞νd＞νa B.νd＞νb＞νc＞νa
C.νd＞νc＞νb＞νa D.νa＞νc＞νb＞νd
答案 A
解析 當光電管兩極間所加電壓為遏止電壓時即光電子達到陽極的動能為0，由動能定理得eUc＝Ek，由愛因斯坦光電效應方程有Ek＝hν－W0，聯(lián)立得ν＝eq \f(eUc＋W0,h)，由圖乙可知Ucb＞Ucc＞Ucd＞Uca，則νb＞νc＞νd＞νa，故A正確，B、C、D錯誤。
【變式4】 (多選)(2020·江蘇泰州市5月第二次模擬)圖5甲是光電效應的實驗裝置圖，圖乙是通過改變電源極性得到的光電流與加在陰極K和陽極A上的電壓的關系圖像，下列說法正確的有( )
圖5
A.由圖甲可知，閉合開關，電子飛到陽極A的動能比其逸出陰極K表面時的動能小
B.由圖甲可知，閉合開關，向右移動滑動變阻器滑片，當電壓表示數(shù)增大到某一值后，電流表的讀數(shù)將不再增大
C.由圖乙可知，③光子的頻率小于①光子的頻率
D.由圖乙可知，①②是同種顏色的光，①的光強比②的大
答案 BD
解析 圖甲所示光電管中的電場方向水平向右，電子從金屬板逸出后，受到的電場力水平向左，電子做加速運動，所以電子飛到陽極A的動能比其逸出陰極K表面時的動能大，A錯誤；向右移動滑動變阻器滑片，光電管中電壓增大，當光電管中的電流達到飽和光電流時，電流表示數(shù)將不再增大，B正確；根據(jù)光電效應方程hν＝W0＋Ek，結合遏止電壓eUc＝Ek，整理得Uc＝eq \f(h,e)ν－eq \f(W0,e)，③遏止電壓大于①的遏止電壓，所以③光子的頻率大于①光子的頻率，C錯誤；①②遏止電壓相同，①②光的頻率相同，所以①②是同種顏色的光，①的飽和光電流大于②的飽和光電流，①的光強比②的大，D正確。
【變式5】 (多選)(2020·遼寧營口市下學期3月考)某同學在研究某金屬的光電效應現(xiàn)象時，發(fā)現(xiàn)該金屬逸出光電子的最大初動能Ek與入射光頻率ν的關系如圖6所示。若圖線在橫、縱坐標軸上的截距分別為a和－b，已知電子所帶電荷量為e，由圖線可以得到( )
圖6
A.該金屬的逸出功為零
B.普朗克常量為eq \f(b,a)，單位為J·Hz
C.當入射光的頻率為2a時，逸出光電子的最大初動能為b
D.當入射光的頻率為3a時，遏止電壓為eq \f(2b,e)
答案 CD
解析 根據(jù)光電效應方程Ek＝hν－W0，橫截距表示該金屬的截止頻率，可知該金屬的逸出功不為零，故A錯誤；圖線的斜率k＝eq \f(b,a)表示普朗克常量，單位為J/Hz，故B錯誤；由圖可知W0＝b，ha＝W0, 則當入射光的頻率為2a時，逸出光電子的最大初動能為Ek＝h·2a－W0＝b，選項C正確；當入射光的頻率為3a時，則Ek＝h·3a－W0＝2b，由eU遏＝Ek 可得U遏＝eq \f(2b,e)，選項D正確。
命題點三 光的波粒二象性和物質(zhì)波
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＝eq \f(h,λ)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描述波動性的物理量——頻率ν和波長λ。
【例4】 (2020·7月浙江選考，5)下列說法正確的是( )
A.質(zhì)子的德布羅意波長與其動能成正比
B.天然放射的三種射線，穿透能力最強的是α射線
C.光電效應實驗中的截止頻率與入射光的頻率有關
D.電子束穿過鋁箔后的衍射圖樣說明電子具有波動性
答案 D
解析 由德布羅意波長λ＝eq \f(h,p)可知，質(zhì)子的波長與動量成反比，而動量與動能關系為p＝eq \r(2mEk)，所以A項錯誤；天然放射的三種射線，穿透能力最強的是γ射線，B項錯誤；光電效應實驗中的截止頻率是指使金屬恰好發(fā)生光電效應時入射光的頻率，即hν0＝W0，只與金屬的逸出功W0有關，C項錯誤；衍射是波的特性，所以電子束穿過鋁箔的衍射圖樣說明電子具有波動性，D項正確。
【變式6】 (2020·北京市第13中學開學測試)a、b兩束單色光分別用同一雙縫干涉裝置進行實驗，在距雙縫恒定距離的屏上得到如圖所示的干涉圖樣，圖7甲是a光照射時形成的干涉圖樣，圖乙是b光照射時形成的干涉圖樣。下列關于a、b兩束單色光的說法正確的是( )
圖7
A.a光子的能量較大
B.在水中a光傳播的速度較小
C.若用b光照射某金屬沒有光電子逸出，則a光照射該金屬時也沒有光電子逸出
D.若a光是氫原子的核外電子從第三能級向第二能級躍遷時產(chǎn)生的，則b光可能是氫原子的核外電子從第四能級向第三能級躍遷時產(chǎn)生的
答案 C
解析 根據(jù)Δx＝eq \f(l,d)λ得，a光的干涉條紋間距大于b光的干涉條紋間距，所以a光的波長大于b光的波長，根據(jù)c＝λν知，a光的頻率小于b光的頻率，根據(jù)E＝hν，可知b光的光子能量大，故A錯誤；a光的折射率小于b光的折射率，根據(jù)v＝eq \f(c,n)可知，a光在水中的傳播速度大，故B錯誤；若用b光照射某金屬沒有光電子逸出，因為a光的頻率小于b光的頻率，所以用a光照射該金屬時也沒有光電子逸出，故C正確；因為b光的能量大于a光的能量，氫原子的核外電子從第四能級向第三能級躍遷時產(chǎn)生的光子能量小于核外電子從第三能級向第二能級躍遷時產(chǎn)生的光子能量，故D錯誤。
【變式7】 (多選)(2020·四川涼山州第二次診斷)下列說法中正確的有( )
A.光在介質(zhì)中的速度小于光在真空中的速度
B.紫外線比紫光更容易發(fā)生干涉和衍射
C.光的偏振現(xiàn)象說明光是縱波
D.由紅光和綠光組成的一細光束從水中射向空氣，在不斷增大入射角時水面上首先消失的是綠光
答案 AD
解析 依據(jù)v＝eq \f(c,n)可知，光在介質(zhì)中的速度小于在真空中的速度，故A正確；紫外線比紫光的波長短，更不容易發(fā)生衍射，而對于干涉只要頻率相同、相位差恒定即可發(fā)生，故B錯誤；光的偏振現(xiàn)象說明光是橫波，而不是縱波，故C錯誤；綠光的折射率大于紅光的折射率，由臨界角公式sin C＝eq \f(1,n)知，綠光的臨界角小于紅光的臨界角，當光從水中射向空氣，在不斷增大入射角時，在水面上綠光先發(fā)生全反射，從水面上先消失，故D正確。
課時限時練
(限時：20分鐘)
對點練1 光電效應現(xiàn)象和方程的應用
1.(2020·山東泰安市4月多校聯(lián)考)如圖1所示為研究光電效應的裝置，金屬板K所用材料為鋁，已知鋁的逸出功為4.2 eV，以下分析正確的是( )
圖1
A.只要照射時間長一些，入射光光子能量小于4.2 eV時，也能發(fā)生光電效應
B.若入射光光子能量大于逸出功，即使光的強度很弱，也能發(fā)生光電效應
C.發(fā)生光電效應時，遏止電壓與入射光的頻率成正比
D.研究飽和光電流和遏止電壓時，電源的極性相同
答案 B
解析 能否發(fā)生光電效應不取決于光的強度，而取決于光的頻率，若入射光光子能量大于逸出功則能發(fā)生光電效應，若小于逸出功則不能發(fā)生光電效應。發(fā)生光電效應后，光強的大小影響光電流的大小，選項A錯誤，B正確；由光電效應方程知，遏止電壓與入射光的頻率為一次函數(shù)關系，不是成正比，選項C錯誤；研究飽和光電流時A板為收集電子的板，光電管中的電場方向為A→K板，研究遏止電壓時電場阻礙電子運動，光電管中的電場方向為K→A板，即研究飽和光電流和遏止電壓時，電源的極性相反，選項D錯誤。
2.(2020·湖北七市州教科研協(xié)作體5月聯(lián)考)在探究光電效應現(xiàn)象時，某小組的同學使用頻率為ν的單色光照射某金屬時，逸出的光電子最大初動能為Ek，已知普朗克常量為h，則( )
A.用頻率為eq \f(ν,2)的單色光照射該金屬時有可能發(fā)生光電效應
B.用頻率為2ν的單色光照射該金屬時逸出的光電子最大初動能等于2Ek
C.該金屬的逸出功為hν
D.若增加該光的強度，則逸出的光電子最大初動能增大
答案 A
解析 因為使用頻率為ν的單色光照射某金屬時能發(fā)生光電效應，則用頻率為eq \f(ν,2)的單色光照射該金屬時有可能發(fā)生光電效應，選項A正確；根據(jù)光電效應方程，用頻率為ν的單色光照射某金屬時，有Ek＝hν－W逸出功，用頻率為2ν的單色光照射該金屬時，有Ek′＝2hν－W逸出功，可知用頻率為2ν的單色光照射該金屬時，逸出的光電子最大初動能不等于2Ek，選項B錯誤；根據(jù)Ek＝hν－W逸出功可知，該金屬的逸出功小于hν，選項C錯誤；逸出光電子的最大初動能只與入射光的頻率有關，與光強無關，選項D錯誤。
3. [2020·天津市等級考模擬(一)]頻率為ν的入射光照射某金屬時發(fā)生光電效應現(xiàn)象。已知該金屬的逸出功為W，普朗克常量為h，電子電荷量大小為e，下列說法正確的是( )
A.該金屬的截止頻率為eq \f(h,W)
B.該金屬的遏止電壓為eq \f(hν－W,e)
C.增大入射光的強度，單位時間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)不變
D.增大入射光的頻率，光電子的最大初動能不變
答案 B
解析 金屬的逸出功為W＝hν0，即金屬的截止頻率為ν0＝eq \f(W,h)，所以A錯誤；使光電流減小到0的反向電壓Uc稱為遏止電壓，為Uc＝eq \f(Ek,e)，再根據(jù)愛因斯坦的光電效應方程，可得光電子的最大初動能為Ek＝hν－W，所以該金屬的遏止電壓為Uc＝eq \f(hν－W,e)，所以B正確；增大入射光的強度，單位時間內(nèi)照射到金屬上的光子數(shù)目會增大，發(fā)生了光電效應后，單位時間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)將增大，所以C錯誤；由愛因斯坦的光電效應方程可知，增大入射光的頻率，光電子的最大初動能將增大，所以D錯誤。
對點練2 光電效應圖像的理解和應用
4.(2020·廣東廣州市下學期一模)光電效應實驗，得到光電子最大初動能Ek與入射光頻率ν的關系如圖2所示。普朗克常量、金屬材料的逸出功分別為( )
圖2
A.eq \f(b,a)，b B.eq \f(b,a)，eq \f(1,b)
C.eq \f(a,b)，b D.eq \f(a,b)，eq \f(1,b)
答案 A
解析 根據(jù)Ek＝hν－W0得縱軸截距的絕對值等于金屬的逸出功，即W0＝b，圖線的斜率k＝h＝eq \f(b,a)，故A正確，B、C、D錯誤。
5.(2020·河南洛陽市一模)如圖3所示為用某金屬研究光電效應規(guī)律得到的光電流隨電壓變化關系的圖像，用單色光1和單色光2分別照射該金屬時，逸出的光電子的最大初動能分別為Ek1和Ek2，普朗克常量為h，則下列說法正確的是( )
圖3
A.Ek1＞Ek2
B.單色光1的頻率比單色光2的頻率高
C.增大單色光1的強度，其遏止電壓會增大
D.單色光1和單色光2的頻率之差為eq \f(Ek1－Ek2,h)
答案 D
解析 由于Ek1＝eUc1，Ek2＝eUc2，且Uc1＜Uc2，所以Ek1＜Ek2，選項A錯誤；由Ek＝hν－W0可知ν＝eq \f(eUc＋W0,h)，所以單色光1的頻率比單色光2的頻率低，選項B錯誤；只增大照射光的強度，光電子的最大初動能不變，因此遏止電壓不變，選項C錯誤；Ek1＝hν1－W0，Ek2＝hν2－W0，得ν1－ν2＝eq \f(Ek1－Ek2,h)，選項D正確。
對點練3 光的波粒二象性和物質(zhì)波
6.(多選)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，它們的德布羅意波的波長也相等
答案 AB
7.下列說法正確的是( )
A.鈾核發(fā)生α衰變時，釋放出α粒子和一定的能量，目前核電站就是利用鈾核發(fā)生α衰變時釋放的能量
B.如果利用紫光照射某種金屬可以發(fā)生光電效應，改用紅光一定不能發(fā)生光電效應
C.氫原子由較高能級躍遷到較低能級時，會吸收一定頻率的光子
D.機械波和電磁波都具有干涉、衍射的特性
答案 D
解析 α衰變時放出的能量比較小，目前核電站利用的是鈾核發(fā)生裂變時釋放的能量，故A錯誤；用紫光照射某種金屬可以發(fā)生光電效應，可知紫光的頻率大于金屬的極限頻率，紅光的頻率小于紫光的頻率，但紅光的頻率不一定小于金屬的極限頻率，則用紅光照射可能產(chǎn)生光電效應，故B錯誤；氫原子的核外電子由較高能級躍遷到較低能級時，能量減小，要釋放一定頻率的光子，故C錯誤；干涉與衍射都是波特有的性質(zhì)，機械波和電磁波都具有干涉、衍射的特性，故D正確。
8.(2020·河北張家口市5月模擬)利用如圖4甲所示的電路完成光電效應實驗，金屬的遏止電壓Uc與入射光頻率ν的關系如圖乙所示，圖乙中U1、ν1、ν0均已知，電子電荷量用e表示。入射光頻率為ν1時，下列說法正確的是( )
圖4
A.光電子的最大初動能Ek＝eU1－h(huán)ν0
B.由Uc－ν圖像可求得普朗克常量h＝eq \f(eU1,ν1－ν0)
C.滑動變阻器的滑片P向N端移動過程中電流表示數(shù)一直增加
D.把電源正負極對調(diào)之后，滑動變阻器的滑片P向N端移動過程中電流表示數(shù)一直增加
答案 B
解析 依題得，光電子的最大初動能為Ek＝eU1，故A錯誤；根據(jù)光電效應方程hν＝W0＋Ek，其中W0＝hν0，可得普朗克常量為h＝eq \f(eU1,ν1－ν0)，故B正確；無論電源正負極如何，電流表示數(shù)不能一直增加，故C、D錯誤。
9.(多選)(2020·福建泉州市第二次質(zhì)檢)如圖5甲為研究光電效應的實驗裝置，用頻率為ν的單色光照射光電管的陰極K，得到光電流I與光電管兩端電壓U的關系圖線如圖乙所示，已知電子電荷量的絕對值為e，普朗克常量為h，則( )
圖5
A.測量遏止電壓Uc時開關S應扳向“1”
B.只增大光照強度時，圖乙中Uc的值會增大
C.只增大光照強度時，圖乙中I0的值會減小
D.陰極K所用材料的極限頻率為eq \f(hν－eUc,h)
答案 AD
解析 測量遏止電壓時應在光電管兩端加反向電壓，即開關S應扳向“1”，故A正確；圖乙中I0的值表示飽和光電流，增大光照強度時，飽和光電流增大，故C錯誤；由動能定理得eUc＝Ek，由愛因斯坦光電效應方程Ek＝hν－W0可得W0＝hν－eUc，則陰極K所用材料的極限頻率為ν0＝eq \f(W0,h)＝eq \f(hν－eUc,h)，圖乙中Uc的值與光照強度無關，故B錯誤，D正確。
課程標準內(nèi)容及要求
核心素養(yǎng)及關鍵能力
核心素養(yǎng)
關鍵能力
1.了解人類探索原子及其結構的歷史。知道原子的核式結構模型。通過對氫原子光譜的分析，了解原子的能級結構。
模型構建
物理建模能力
2.了解原子核的組成和核力的性質(zhì)。知道四種基本相互作用。能根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷守恒寫出核反應方程。
物理規(guī)律
理解能力
3.了解放射性和原子核衰變。知道半衰期及其統(tǒng)計意義。了解放射性同位素的應用，知道射線的危害與防護。
物理規(guī)律
理解能力
4.認識原子核的結合能，了解核裂變反應和核聚變反應。關注核技術應用對人類生活和社會發(fā)展的影響。
科學推理
分析計算能力
5.通過實驗，了解光電效應現(xiàn)象。知道愛因斯坦光電效應方程及其意義。能根據(jù)實驗結論說明光的波粒二象性。
物理規(guī)律
分析計算能力
6.知道實物粒子具有波動性，了解微觀世界的量子化特征。體會量子論的建立對人們認識物質(zhì)世界的影響。
圖像名稱
圖線形狀
由圖線直接(間接)得到的物理量
最大初動能Ek與入射光頻率ν的關系圖線
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軸交點的縱坐標的絕對值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，光電流與電壓的關系
①遏止電壓Uc：圖線與橫軸的交點的橫坐標
②飽和光電流Im1、Im2：光電流的最大值
③最大初動能：Ek＝eUc
光的顏色不同時，光電流與電壓的關系
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的關系圖線
①極限頻率νc：圖線與橫軸的交點的橫坐標值
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：此時光電管兩極之間接反向電壓)

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