高考物理一輪復(fù)習(xí)第十四章近代物理初步第講光電效應(yīng)波粒二象性學(xué)案新人教版

第十四章近代物理初步課標解讀課程標準命題熱點1．了解人類探索原子結(jié)構(gòu)的歷史。知道原子核式結(jié)構(gòu)模型。通過對氫原子光譜的分析，了解原子的能級結(jié)構(gòu)。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)守恒和電荷數(shù)守恒寫出核反應(yīng)方程。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(yīng)用，知道射線的危害與防護。4．認識原子核的結(jié)合能，了解核裂變反應(yīng)和核聚變反應(yīng)。關(guān)注核技術(shù)應(yīng)用對人類生活和社會發(fā)展的影響。5．了解人類對物質(zhì)結(jié)構(gòu)的探索歷程。6．通過實驗，了解光電效應(yīng)現(xiàn)象。能根據(jù)實驗結(jié)論說明光的波粒二象性。知道愛因斯坦光電效應(yīng)方程及其意義。7．知道實物粒子具有波動性，了解微觀世界的量子化現(xiàn)象。體會量子論的建立對人們認識物質(zhì)世界的影響。(1)光電效應(yīng)的規(guī)律及愛因斯坦光電效應(yīng)方程的應(yīng)用。(2)氫原子的能級結(jié)構(gòu)、能級躍遷公式的理解及應(yīng)用。(3)原子核的衰變規(guī)律、半衰期公式的理解及應(yīng)用。(4)核反應(yīng)方程及核能的計算。(5)光子說、原子結(jié)構(gòu)模型、元素的放射性、質(zhì)子及中子和正電子的發(fā)現(xiàn)等有關(guān)物理學(xué)史。第1講光電效應(yīng)波粒二象性知識梳理·雙基自測ZHISHISHULISHUANGJIZICE知識點1光電效應(yīng)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：入射光的頻率大于金屬的極限頻率。3．光電效應(yīng)的四個規(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截止頻率或極限頻率才能產(chǎn)生光電效應(yīng)。低于截止頻率時不能發(fā)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10－9s。(4)當入射光的頻率大于極限頻率時，飽和光電流的強度與入射光的強度成正比。注意：入射光頻率一定時，光照強度決定著每秒鐘光源發(fā)射的光子數(shù)，而光的頻率決定著每個光子的能量。4．用光電管研究光電效應(yīng)：(1)光電效應(yīng)電路圖。(2)光電流與飽和光電流。①入射光強度：單位時間內(nèi)入射到金屬表面單位面積上的能量。頻率一定時，光強越大，光子數(shù)越多。②光電流：光電子在電路中形成的電流。光電流有最大值，未達到最大值以前，其大小和光強、電壓都有關(guān)，達到最大值以后，光電流和光強成正比。③飽和光電流：在一定頻率與強度的光照射下的最大光電流，飽和光電流不隨電路中電壓的增大而增大。知識點2愛因斯坦光電效應(yīng)方程1．光子說在空間傳播的光是不連續(xù)的，而是一份一份的，每一份叫作一個光的能量子，簡稱光子，光子的能量ε＝hν。(其中h＝6.63×10－34J·s。稱為普朗克常量)2．逸出功W0使電子脫離某種金屬所做功的最小值。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．遏止電壓與截止頻率(1)遏止電壓：使光電流減小到零的反向電壓Uc。(2)截止頻率：能使某種金屬發(fā)生光電效應(yīng)的最小頻率叫作該種金屬的截止頻率(又叫極限頻率)。不同的金屬對應(yīng)著不同的極限頻率。5．愛因斯坦光電效應(yīng)方程(1)表達式：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)為逸出后光電子的最大初動能Ek＝eq\f(1,2)mev2。知識點3光的波粒二象性物質(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(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＝eq\f(h,p)，p為運動物體的動量，h為普朗克常量。雙基自測一、堵點疏通1．光和光電子都是實物粒子。(×)2．光的頻率越高，光的粒子性越明顯，但仍具有波動性。(√)3．德國物理學(xué)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。(×)4．只要入射光的強度足夠強，就可以使金屬發(fā)生光電效應(yīng)。(×)5．法國物理學(xué)家德布羅意大膽預(yù)言了實物粒子在一定條件下會表現(xiàn)為波動性。(√)二、對點激活1．關(guān)于熱輻射，下列說法中正確的是(C)A．一般物體的熱輻射強度只與物體的溫度有關(guān)B．黑體只吸收電磁波，不反射電磁波，所以黑體一定是黑的C．一定溫度下，黑體輻射強度隨波長的分布有一個極大值D．溫度升高時，黑體輻射強度的極大值向波長增大的方向移動[解析]一般物體的熱輻射強度除與溫度有關(guān)之外。還與材料、表面狀況有關(guān)，A錯誤；黑體可以輻射可見光，不一定是黑的，B錯誤；由黑體輻射的實驗規(guī)律知，C正確，D錯誤。2．(2023·廣東珠海一模)如圖所示，用紫外線燈照射鋅板，發(fā)現(xiàn)驗電器的指針偏轉(zhuǎn)，以下說法正確的是(C)A．鋅板帶正電，指針帶負電B．鋅板帶負電，指針帶正電C．鋅板帶正電，指針帶正電D．鋅板帶負電，指針帶負電[解析]本題考查光電效應(yīng)。用紫外線燈照射鋅板，有電子逸出，所以鋅板帶正電，驗電器指針與鋅板連接，同樣帶正電。所以C正確，A、B、D錯誤。3．下列關(guān)于光的波粒二象性的理解，正確的是(D)A．大量的光子中有些光子表現(xiàn)出波動性，有些光子表現(xiàn)出粒子性B．光在傳播時是波，而與物質(zhì)相互作用時就轉(zhuǎn)變成粒子C．高頻光是粒子，低頻光是波D．波粒二象性是光的屬性，有時它的波動性顯著有時它的粒子性顯著[解析]光的波粒二象性是光的屬性，不論其頻率的高低還是光在傳播或者是與物質(zhì)相互作用，光都具有波粒二象性，大量光子的行為易呈現(xiàn)出波動性，少量光子的行為易表現(xiàn)出粒子性，光的頻率越高，粒子性越強，光的頻率越低，波動性越強，故A、B、C錯誤，D項正確。核心考點·重點突破HEXINKAODIANZHONGDIANTUPO考點一光電效應(yīng)規(guī)律和光電效應(yīng)方程的應(yīng)用1．四點提醒(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。2．兩條對應(yīng)關(guān)系(1)光照強度大→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→光電子的最大初動能大。3．三個關(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(2023·山東泰安一模)如圖所示是光電管的原理圖，已知當有波長為λ0的光照到陰極K上時，電路中有光電流，則(D)A．若增加電路中電源電壓，電路中光電流一定增大B．若將電源極性反接，電路中一定沒有光電流產(chǎn)生C．若換用波長為λ1(λ1>λ0)的光照射陰極K時，電路中一定沒有光電流D．若換用波長為λ2(λ2<λ0)的光照射陰極K時，電路中一定有光電流[解析]光電流的強度與入射光的強度有關(guān)，當光越強時，光電子數(shù)目會增多，初始時電壓增加，光電流可能會增加，當達到飽和光電流后，再增大電壓，則光電流也不會增大了，故A錯誤；將電路中電源的極性反接，電子受到電場阻力，到達A極的數(shù)目會減少，則電路中電流會減小，甚至沒有電流，故B錯誤；若換用波長為λ1(λ1>λ0)的光的頻率有可能大于極限頻率，電路中可能有光電流，故C錯誤；若換用波長為λ2(λ2<λ0)的光的頻率一定大于極限頻率，電路中一定有光電流，故D正確?！沧兪接?xùn)練1〕(2023·山東高考模擬)如圖所示，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(cè)極板上的小孔入射到兩極板間的勻強電場后，到達右側(cè)極板時速度剛好為零。已知電容器的電容為C，帶電量為Q，極板間距為d，普朗克常量為h，電子電量的絕對值為e，不計電子的重力。關(guān)于電容器右側(cè)極板的帶電情況和入射光的頻率ν，以下判斷正確的是(C)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)[解析]以最大初動能入射至電容器的電子經(jīng)板間電場到達右側(cè)極板速度剛好為0，說明電場力做負功，電場強度方向向右，右側(cè)極板所帶電荷為負電荷，且－eU＝0－Ek0，其中由電容器電壓與電荷量的關(guān)系知U＝eq\f(Q,C)，由最大初動能與單色光入射頻率的關(guān)系知Ek0＝hν－h(huán)ν0；代入化簡可得ν＝ν0＋eq\f(Qe,ch)。考點二光電效應(yīng)圖像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Ekm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ν0②逸出功：圖線與Ek軸交點的縱坐標的值W0＝|－E|＝E③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、Uc2②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ν0：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(多選)用同一光電管研究a、b兩種單色光產(chǎn)生的光電效應(yīng)，得到光電流I與光電管兩極間所加電壓U的關(guān)系如圖。則這兩種光(BC)A．照射該光電管時a光使其逸出的光電子最大初動能大B．從同種玻璃射入空氣發(fā)生全反射時，a光的臨界角大C．通過同一裝置發(fā)生雙縫干涉，a光的相鄰條紋間距大D．通過同一玻璃三棱鏡時，a光的偏折程度大[解析]由圖可知b光照射時對應(yīng)遏止電壓Uc2大于a光照射時的遏止電壓Uc1。因eUc＝eq\f(1,2)mv2，而hν＝W＋eq\f(1,2)mv2，所以b光照射時光電子最大初動能大，且可得νb>νa，λb<λa，故A、D錯，C對；b光折射率大于a光折射率，所以a光臨界角大，B對?！沧兪接?xùn)練2〕(2023·安徽師大附中月考)用不同頻率的紫外線分別照射鎢和鋅的表面而產(chǎn)生光電效應(yīng)，可得到光電子的最大初動能EK隨入射光頻率ν變化的EK－ν圖像，已知鎢的逸出功是3.28eV，鋅的逸出功是3.34eV，若將二者的圖線畫在同一個EK－ν坐標系中，如圖所示，用實線表示鎢，虛線表示鋅，則正確反映這一過程的是(A)[解析]依據(jù)光電效應(yīng)方程EK＝hν－W0可知，EK－ν圖線的斜率代表普朗克常量h，因此鎢和鋅的EK－ν圖線應(yīng)該平行。圖線的橫軸截距代表截止頻率ν0，而ν0＝eq\f(W0,h)，因此鎢的截止頻率小些，綜上所述，選項A圖正確?！沧兪接?xùn)練3〕(2023·湖北八校聯(lián)考)表中是按照密立根的方法進行光電效應(yīng)實驗時得到的某金屬的遏止電壓Uc和入射光的頻率ν的幾組數(shù)據(jù)。Uc/V0.5410.6370.7140.8090.878ν/×1014Hz5.6445.8886.0986.3036.501由以上數(shù)據(jù)應(yīng)用Excel描點連線，可得直線方程，如圖所示。則這種金屬的截止頻率約為(B)A．3.5×1014Hz B．4.3×1014HzC．5.5×1014Hz D．6.0×1014Hz[解析]遏止電壓為零時，入射光的頻率等于截止頻率，根據(jù)方程Uc＝0.3973eq\f(ν,1014)－1.7024，當Uc＝0時，解得ν≈4.3×1014Hz，B正確?？键c三對波粒二象性的理解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)出粒子性。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3(2023·山東省青島月考)(多選)1927年戴維孫和革末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。如圖所示的是該實驗裝置的簡化圖，下列說法正確的是(ABD)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[解析]電子屬于實物粒子，電子衍射實驗說明電子具有波動性，說明物質(zhì)波理論是正確的，與光的波動性無關(guān)，B、D正確，C錯誤；物質(zhì)波也是概率波，亮條紋是電子到達概率大的地方，A正確。2年高考·1年模擬2NIANGAOKAO1NIANMONI1．(2023·浙江7月選考)下列說法正確的是(D)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(yīng)實驗中的截止頻率與入射光的頻率有關(guān)D．電子束穿過鋁箔后的衍射圖樣說明電子具有波動性[解析]質(zhì)子的波長λ＝eq\f(h,p)，故A選項錯誤；三種射線中γ射線的穿透能力最強，故B選項錯誤；金屬的截止頻率決定于金屬材料本身，與入射光的頻率無關(guān)，故C選項錯誤；衍射現(xiàn)象是波特有的性質(zhì)，D選項正確。2．(2023·北京卷，19)光電管是一種利用光照射產(chǎn)生電流的裝置，當入射光照在管中金屬板上時，可能形成光電流。表中給出了6次實驗的結(jié)果。組次入射光子的能量/eV相對光強光電流大小/mA逸出光電子的最大動能/eV第一組1234.04.04.0弱中強2943600.90.90.9第二組4566.06.06.0弱中強2740552.92.92.9由表中數(shù)據(jù)得出的論斷中不正確的是(B)A．兩組實驗采用了不同頻率的入射光B．兩組實驗所用的金屬板材質(zhì)不同C．若入射光子的能量為5.0eV，逸出光電子的最大動能為1.9eVD．若入射光子