2025版高考物理全程一輪復(fù)習(xí)第十六章波粒二象性原子結(jié)構(gòu)原子核第1講波粒二象性學(xué)案

第1講波粒二象性課程標(biāo)準(zhǔn)1.通過實(shí)驗(yàn)，了解光電效應(yīng)現(xiàn)象．能根據(jù)實(shí)驗(yàn)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．2．知道實(shí)物粒子具有波動(dòng)性，了解微觀世界的量子化現(xiàn)象．體會(huì)量子論的建立對(duì)人們認(rèn)識(shí)物質(zhì)世界的影響．素養(yǎng)目標(biāo)物理觀念：實(shí)物粒子具有波動(dòng)性，光的波粒二象性；建立物質(zhì)觀．科學(xué)思維：利用科學(xué)推理得出實(shí)物粒子也具有波粒二象性．科學(xué)探究：通過實(shí)驗(yàn)探究光電效應(yīng)現(xiàn)象的規(guī)律．考點(diǎn)一光電效應(yīng)規(guī)律●———【必備知識(shí)·自主落實(shí)】———●1．光電效應(yīng)(1)光電效應(yīng)現(xiàn)象照射到金屬表面的光[不是特指可見光，也包括不可見光]，能使金屬中的________從表面逸出．這個(gè)現(xiàn)象稱為光電效應(yīng)，這種電子常稱為光電子．(2)幾個(gè)名詞解釋①遏止電壓：使光電流減小到0的________電壓，用Uc表示．②截止頻率：能使某種金屬發(fā)生光電效應(yīng)的________頻率叫作該種金屬的截止頻率(或極限頻率)，用νc表示，不同的金屬對(duì)應(yīng)著不同的截止頻率．③最大初動(dòng)能：發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)，金屬表面的電子吸收光子后克服原子核的引力逸出時(shí)所具有的動(dòng)能的________．(3)光電效應(yīng)規(guī)律①每種金屬都有一個(gè)截止頻率，入射光的頻率________截止頻率時(shí)不發(fā)生光電效應(yīng)．②光電子的____________與入射光的強(qiáng)度無關(guān)，只隨入射光頻率的增大而________．③只要入射光的頻率大于金屬的截止頻率，照到金屬表面時(shí)，光電子的發(fā)射幾乎是________，一般不超過10－9s，與光的強(qiáng)度________關(guān)．④當(dāng)入射光的頻率大于金屬的截止頻率時(shí)，飽和光電流的強(qiáng)度與入射光的強(qiáng)度成________比．2．愛因斯坦光電效應(yīng)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，每一份叫作一個(gè)________，光子的能量ε＝________．(2)逸出功W0：電子從金屬中逸出所需做功的________．(3)愛因斯坦光電效應(yīng)方程①表達(dá)式：hν＝Ek＋W0或Ek＝________．②物理意義：金屬表面的電子吸收一個(gè)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[由金屬本身決定，與入射光無關(guān)]，剩下的表現(xiàn)為逸出后電子的____________．●———【關(guān)鍵能力·思維進(jìn)階】———●1．四點(diǎn)提醒(1)能否發(fā)生光電效應(yīng)，不取決于光的強(qiáng)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(duì)應(yīng)關(guān)系(1)光強(qiáng)大→光子數(shù)目多→發(fā)射光電子多→光電流飽和值大；(2)光子頻率高→光子能量大→光電子的最大初動(dòng)能大．3．三個(gè)關(guān)系式(1)愛因斯坦光電效應(yīng)方程：Ek＝hν－W0.(2)最大初動(dòng)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＝hνc.例1[2024·九省聯(lián)考河南卷]某光源包含不同頻率的光，光的強(qiáng)度與頻率的關(guān)系如圖所示．表中給出了一些金屬的截止頻率νc，用該光源照射這些金屬．則()金屬νc/(×1014Hz)銫4.69鈉5.53鋅8.06鎢10.95A．僅銫能產(chǎn)生光電子B．僅銫、鈉能產(chǎn)生光電子C．僅銫、鈉、鋅能產(chǎn)生光電子D．都能產(chǎn)生光電子例2(多選)某同學(xué)設(shè)計(jì)了一種利用光電效應(yīng)原理工作的電池，如圖所示．K、A電極分別加工成球形和透明導(dǎo)電的球殼．現(xiàn)用波長(zhǎng)為λ的單色光照射K電極，K電極發(fā)射光電子的最大初動(dòng)能為Ek，電子電荷量為e.忽略光電子重力及之間的相互作用，已知光速為c，普朗克常量為h.下列說法正確的是()A．入射光子的動(dòng)量p＝hλB．K電極的逸出功W0＝hcλ－EC．A、K之間的最大電壓U＝ED．若僅增大入射光強(qiáng)度，A、K之間電壓將增大例3[2023·遼寧卷]原子處于磁場(chǎng)中，某些能級(jí)會(huì)發(fā)生劈裂．某種原子能級(jí)劈裂前后的部分能級(jí)圖如圖所示，相應(yīng)能級(jí)躍遷放出的光子分別設(shè)為①②③④.若用①照射某金屬表面時(shí)能發(fā)生光電效應(yīng)，且逸出光電子的最大初動(dòng)能為Ek，則()A．①和③的能量相等B．②的頻率大于④的頻率C．用②照射該金屬一定能發(fā)生光電效應(yīng)D．用④照射該金屬逸出光電子的最大初動(dòng)能小于Ek思維提升光電效應(yīng)的分析思路考點(diǎn)二光電效應(yīng)圖像分析●———【關(guān)鍵能力·思維進(jìn)階】———●1．最大初動(dòng)能Ek與入射光頻率ν的關(guān)系圖線2．遏止電壓Uc與入射光頻率ν的關(guān)系圖線3．光電流與電壓的關(guān)系例4[2024·河北唐山模擬]金屬鈦由于其穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)，良好的耐高溫、耐低溫、抗強(qiáng)酸、抗強(qiáng)堿，以及高強(qiáng)度、低密度，被美譽(yù)為“太空金屬”．用頻率為2.5×1015Hz的單色光照射金屬鈦表面，發(fā)生光電效應(yīng)．從鈦表面放出光電子的最大初動(dòng)能與入射光頻率的關(guān)系圖線如圖所示．普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，則下列說法正確的是()A．鈦的極限頻率為2.5×1015HzB．鈦的逸出功為6.63×10－19JC．隨著入射光頻率的升高，鈦的逸出功增大D．光電子的最大初動(dòng)能與入射光的頻率成正比例5(多選)[2024·河北張家口一模]如圖所示為光照射到鈉金屬板上時(shí)，遏止電壓U與入射光頻率ν的函數(shù)關(guān)系圖線，已知元電荷e＝1.6×10－19C.普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，由圖中信息可知()A．遏止電壓與入射光的頻率成正比B．圖像的斜率為hC．鈉的逸出功約為2.3eVD．用8×1014Hz的光照射鈉金屬板時(shí)，光電子的最大初動(dòng)能約為2.9×10－19J例6(多選)[2024·山東濟(jì)南高三統(tǒng)考]照射到金屬表面的光可能使金屬中的電子逸出，可以用甲圖的電路研究電子逸出的情況．陰極K在受到光照時(shí)能夠逸出電子，陽(yáng)極A吸收陰極K逸出的電子，在電路中形成光電流．在光照條件不變的情況下改變光電管兩端的電壓得到乙圖．?dāng)嚅_開關(guān)換用不同頻率的單色光照射陰極K得到電子最大初動(dòng)能與入射光波長(zhǎng)倒數(shù)的關(guān)系圖像．如丙圖所示．下列說法正確的是()A．由丙圖可知普朗克常量h＝EB．丙圖中的λ0是產(chǎn)生光電效應(yīng)的最小波長(zhǎng)C．乙圖中遏止電壓的存在意味著光電子具有一定的初動(dòng)能，且有最大值D．乙圖中電壓由0到U1，光電流越來越大，說明單位時(shí)間內(nèi)逸出光電子的個(gè)數(shù)越來越多考點(diǎn)三光的波粒二象性物質(zhì)波●———【必備知識(shí)·自主落實(shí)】———●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________性．(2)光電效應(yīng)說明光具有________性．(3)光既具有波動(dòng)性，又具有粒子性，稱為光的________性．2．物質(zhì)波(1)概率波：光的干涉現(xiàn)象是大量光子的運(yùn)動(dòng)遵守波動(dòng)規(guī)律的表現(xiàn)，亮條紋是光子到達(dá)概率________的地方，暗條紋是光子到達(dá)概率________的地方，因此光波是一種概率波．(2)物質(zhì)波：任何一個(gè)運(yùn)動(dòng)著的物體，小到微觀粒子，大到宏觀物體，都有一種波與它對(duì)應(yīng)，其波長(zhǎng)λ＝hp，p為運(yùn)動(dòng)物體的動(dòng)量，h●———【關(guān)鍵能力·思維進(jìn)階】———●1．[2024·上海市師大附中高三月考]用極微弱的可見光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，隨著時(shí)間的增加，在屏上先后出現(xiàn)如圖(a)、(b)、(c)所示的圖像，則()A．圖像(a)表明光具有波動(dòng)性B．圖像(c)表明光具有粒子性C．用紫外線觀察不到類似的圖像D．實(shí)驗(yàn)表明光是一種概率波2.(多選)[2023·海南卷]已知一個(gè)激光發(fā)射器功率為P，發(fā)射波長(zhǎng)為λ的光，光速為c，普朗克常量為h，則()A．光的頻率為cB．光子的能量為hC．光子的動(dòng)量為hD．在時(shí)間t內(nèi)激光器發(fā)射的光子數(shù)為Ptc思維提升(1)從數(shù)量上看個(gè)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(dòng)性．(2)從頻率上看頻率越低波動(dòng)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(qiáng)，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(dòng)性；在與物質(zhì)發(fā)生作用時(shí)往往表現(xiàn)出粒子性．(4)波動(dòng)性與粒子性的統(tǒng)一由光子的能量ε＝hν、光子的動(dòng)量表達(dá)式p＝hλ也可以看出，光的波動(dòng)性和粒子性并不矛盾，表示粒子性的能量和動(dòng)量的計(jì)算式中都含有描述波動(dòng)性的物理量——頻率ν和波長(zhǎng)λ第1講波粒二象性考點(diǎn)一必備知識(shí)·自主落實(shí)1．(1)電子(2)①反向②最?、圩畲笾?3)①低于②最大初動(dòng)能增大③瞬時(shí)的無④正2．(1)光子hν(2)最小值(3)①hν－W0②最大初動(dòng)能關(guān)鍵能力·思維進(jìn)階例1解析：根據(jù)光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0，金屬的逸出功為W0＝hνc，由圖可知光源中光的頻率范圍為2×1014Hz≤ν≤9×1014Hz，則僅銫、鈉、鋅能產(chǎn)生光電子．故選C.答案：C例2解析：入射光子的動(dòng)量p＝hλK電極發(fā)射光電子的最大動(dòng)能為Ek，則Ek＝hcλ－W解得W0＝hcλ－Ek電子聚集在A電極后，使A極帶負(fù)電，因此會(huì)在球內(nèi)部建立一個(gè)從K指向A的反向電場(chǎng)，阻礙電子繼續(xù)往A聚集．當(dāng)A、K之間達(dá)到最大電勢(shì)差U，最大動(dòng)能為Ek的電子都無法到達(dá)A極．根據(jù)動(dòng)能定理－eU＝0－EkA、K之間的最大電壓U＝Ek根據(jù)Ek＝hcλ－W可知，若僅增大入射光強(qiáng)度，最大初動(dòng)能不變，A、K之間電壓將不變，故D錯(cuò)誤．故選BC.答案：BC例3解析：由圖可知①和③對(duì)應(yīng)的躍遷能級(jí)差相同，可知①和③的能量相等，選項(xiàng)A正確；因②對(duì)應(yīng)的能級(jí)差小于④對(duì)應(yīng)的能級(jí)差，可知②的能量小于④的能量，根據(jù)E＝hν可知②的頻率小于④的頻率，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；因②對(duì)應(yīng)的能級(jí)差小于①對(duì)應(yīng)的能級(jí)差，可知②的能量小于①，②的頻率小于①，則若用①照射某金屬表面時(shí)能發(fā)生光電效應(yīng)，用②照射該金屬不一定能發(fā)生光電效應(yīng)，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；因④對(duì)應(yīng)的能級(jí)差大于①對(duì)應(yīng)的能級(jí)差，可知④的能量大于①，即④的頻率大于①，因用①照射某金屬表面時(shí)能逸出光電子的最大初動(dòng)能為Ek，根據(jù)Ek＝hν－W逸出功，則用④照射該金屬逸出光電子的最大初動(dòng)能大于Ek，選項(xiàng)D錯(cuò)誤．故選A.答案：A考點(diǎn)二關(guān)鍵能力·思維進(jìn)階例4解析：由題圖可知，當(dāng)最大初動(dòng)能等于零時(shí)，入射光的頻率等于金屬的截止頻率，則有νc＝1.0×1015Hz，可知鈦的逸出功W0＝hνc＝6.63×10－34×1.0×1015J＝6.63×10－19J，A錯(cuò)誤，B正確；逸出功由金屬本身的性質(zhì)決定，與入射光頻率無關(guān)，C錯(cuò)誤；由題圖可知，光電子的最大初動(dòng)能與入射光的頻率成一次函數(shù)關(guān)系，不是正比關(guān)系，D錯(cuò)誤．故選B.答案：B例5解析：遏止電壓與入射光的頻率成線性關(guān)系不是正比關(guān)系，A錯(cuò)誤；根據(jù)eUc＝hν－W0得Uc＝heν－W0e可知圖線斜由圖可知截止頻率νc為5.5×1014Hz，逸出功W0＝hνc，可計(jì)算出鈉的逸出功約為2.3eV，C正確；用8×1014Hz的光照射鈉金屬板時(shí)，光電子的最大初動(dòng)能Ek＝hν－W0＝hν?hν答案：BC例6解析：由光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0可知普朗克常量h＝Eλ由丙圖可知，入射光波長(zhǎng)倒數(shù)越大，電子最大初動(dòng)能越大，即入射光波長(zhǎng)越小，電子最大初動(dòng)能越大，結(jié)合丙圖可知，λ0是產(chǎn)生光電效應(yīng)的最大波長(zhǎng)，B錯(cuò)誤；遏止電壓滿足Uce＝1它的存在意味著光電子具有一定的初動(dòng)能，且有最大值，即光電子有最大初動(dòng)能，C正確；單位時(shí)間內(nèi)逸出光電子的個(gè)數(shù)是由光的強(qiáng)度決定的，當(dāng)光強(qiáng)一定時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)逸出光電子的個(gè)數(shù)是一定的，只不過當(dāng)電壓較小時(shí)，不是所有的光電子都能到達(dá)陽(yáng)板，電壓越大到達(dá)陽(yáng)極的光電子數(shù)越多，D錯(cuò)誤．答案：AC考點(diǎn)三必