高考物理一轮复*课件第十二章波粒二象性原子结构和原子核波粒二象性课件

发布于:2021-09-21 05:24:07

盘查考点· 对点突破 考点一 光电效应规律 1.光电效应 在光的照射下金属中的电子从金属表面逸出的现象,叫做光电 效应,发射出来的电子叫做光电子. 2.实验规律 (1)每种金属都有一个极限频率. (2)光子的最大初动能与入射光的强度无关, 只随入射光的频率 增大而增大. (3)光照射到金属表面时,光电子的发射几乎是瞬时的. (4)饱和光电流的强度与入射光的强度成正比.

3.区分光电效应中的四组概念 (1)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. (3)光电流和饱和光电流: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,这个饱和值是饱和光电流,在一定的光照条件下,饱和光电流 与所加电压大小无关. (4)入射光强度与光子能量: 入射光强度指单位时间内照射到金 属表面单位面积上的总能量.

多维练透 1.入射光照到某金属表面发生光电效应,若入射光的强度减 弱,而频率保持不变,则下列说法中正确的是( ) A.从光照射到金属表面上到金属发射出光电子之间的时间间 隔将明显增加 B.逸出的光电子的最大初动能减小 C.单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将减少 D.有可能不发生光电效应

解析:光电效应瞬时(10-9s)发生,与光强无关,A 错误.光电 子的最大初动能只与入射光的频率有关,入射光的频率越大,最大 初动能越大,B 错误.光电子数目多少与入射光的强度有关,光强 减弱,单位时间内从金属表面逸出的光电子数目减少,C 正确.能 否发生光电效应,只取决于入射光的频率是否大于极限频率,与光 强无关,D 错误. 答案:C

2.(2014· 广东卷)(多选)在光电效应实验中,用频率为 ν 的光照 射光电管阴极,发生了光电效应.下列说法正确的是( ) A.增大入射光的强度,光电流增大 B.减小入射光的强度,光电效应现象消失 C.改用频率小于 ν 的光照射,一定不发生光电效应 D.改用频率大于 ν 的光照射,光电子的最大初动能变大

解析:增大入射光强度,单位时间内照射到单位面积的光电子 数增加,则光电流将增大,故选项 A 正确;光电效应是否发生取决 于照射光的频率,而与照射强度无关,故选项 B 错误.用频率为 ν 的光照射光电管阴极,发生光电效应,用频率较小的光照射时,若 光的频率仍大于极限频率,则仍会发生光电效应,选项 C 错误;根 1 2 据 hν-W 逸=2mv 可知,增加照射光频率,光电子的最大初动能也 增大,故选项 D 正确. 答案:AD

3.(2018· 江西南昌一模)如图所示,1887 年德国物理学家赫兹 利用紫外线照射锌板后,发现与锌板连接的验电器箔片张开.关于 这一现象,下列说法中正确的是( )

A.验电器箔片张开,是因为箔片带负电 B.验电器箔片张开,是因为锌板得到了正电荷 C.紫外线灯功率增大,箔片张角也增大 D.换用红外线灯照射锌板,箔片也一定张开

解析:用紫外线照射锌板,可以从锌板上打出电子,锌板带正 电,验电器的箔片张开,是因为箔片带正电,A、B 错误;紫外线 灯功率增大,即入射光的强度增大,则箔片上的带电荷量增大,箔 片的张角也增大,C 正确;换用红外线灯照射锌板,不一定会使锌 板发生光电效应,即箔片不一定会张开,D 错误. 答案:C

易错提醒 对光电效应的四点提醒 (1)能否发生光电效应,不取决于光的强度而取决于光的频率. (2)光电效应中的“光”不是特指可见光,也包括不可见光. (3)逸出功的大小由金属本身决定,与入射光无关. (4)光电子不是光子,而是电子.

考点二 爱因斯坦光电效应方程 1.光子说 在空间传播的光是不连续的,而是一份一份的,每一份叫做一 个光的能量子,简称光子,光子的能量 ε=hν.其中 h=6.63×10-34 J· s.(称为普朗克常量) 2.光电效应方程: 光电子的最大初动能 Ek 与入射光光子的能量 hν 和逸出功 W0 之间的关系:Ek=hν-W0.

3.几个概念 - (1)光子的能量:ε=hν,其中 h=6.63×10 34 J· s 称为(普朗克常 量). (2)逸出功 W0:使电子脱离某种金属所做功的最小值. (3)最大初动能:发生光电效应时,金属表面上的电子吸收光子 后克服原子核的引力逸出时所具有的动能的最大值. (4)遏止电压:使光电流减小到零时的反向电压 UC. (5)截止频率: 能使某种金属发生光电效应的最小频率叫做该种 金属的截止频率(又叫极限频率).不同的金属对应着不同的极限频 率.

多维练透 4.(2017· 上海单科,2)光子的能量与其( A.频率成正比 B.波长成正比 C.速度成正比 D.速度*方成正比

)

c 解析:由 E=hν、c=λν 得 E=hν=hλ,可见光子的能量与其频 率成正比、与其波长成反比,A 正确、B 错误.由于任意能量的光 子在真空中传播的速度都是相同的,故 C、D 皆错误. 答案:A

5 . (2017· 北京卷, 18)2017 年年初,我国研制的“大连光 源”——极紫外自由电子激光装置,发出了波长在 100 nm(1 nm= - 10 9 m)附*连续可调的世界上最强的极紫外激光脉冲. 大连光源因 其光子的能量大、密度高,可在能源利用、光刻技术、雾霾治理等 领域的研究中发挥重要作用. 一个处于极紫外波段的光子所具有的能量可以电离一个分子, 但又不会把分子打碎. 据此判断, 能够电离一个分子的能量约为(取 普朗克常量 h=6.6×10-34 J· s,真空光速 c=3×108 m/s)( ) A.10-21 J B.10-18 J C.10-15 J D.10-12 J

解析:本题考查光子能量.由题意知,电离一个分子的能量等 c 于照射分子的光子能量,E=hν=hλ=2×10-18 J,故选项 B 正确. 答案:B

6. (2018· 河北唐山一模)(多选)利用如图所示的电路研究光电效 应现象,其中电极 K 由金属钾制成,其逸出功为 2.25 eV.用某一频 率的光照射时,逸出光电子的最大初动能为 1.50 eV,电流表的示 数为 I.已知普朗克常量约为 6.6×10-34 J· s, 下列说法正确的是( ) A.金属钾发生光电效应的截止 频率约为 5.5×1014 Hz B.若入射光频率加倍,光电子 的最大初动能变为 3.00 eV C.若入射光频率加倍,电流表 的示数变为 2I D.若入射光频率加倍,遏止电 压的大小将变为 5.25 V

解析:设金属的截止频率为 νc,由 W0=hνc 解得 νc=5.5×1014 Hz,A 正确;由光电效应方程 Ek=hν-W0,若入射光的频率加倍, W0 不变,所以光电子的最大初动能并不加倍,B 错误;若入射光的 频率加倍,电流表的示数不一定是原来的 2 倍,C 错误;由 Ek=hν -W0 知入射光的能量为 hν=3.75 eV,若入射光的频率加倍,则 Ek =2hν-W0=5.25 eV,而 Uce=Ek,所以遏止电压 Uc=5.25 V,D 正确. 答案:AD

7.(2017· 新课标全国卷Ⅲ,19)(多选)在光电效应实验中,分别 用频率为 νa、νb 的单色光 a、b 照射到同种金属上,测得相应的遏 止电压分别为 Ua 和 Ub、光电子的最大初动能分别为 Eka 和 Ekb.h 为 普朗克常量.下列说法正确的是( ) A.若 νa>νb,则一定有 Ua<Ub B.若 νa>νb,则一定有 Eka>Ekb C.若 Ua<Ub,则一定有 Eka<Ekb D.若 νa>νb,则一定有 hνa-Eka>hνb-Ekb

解析:光电效应中遏止电压与最大初动能之间的关系为 eU= Ek,根据光电效应方程可知 Ek=hν-W0, 若 νa>νb,则 Eka>Ekb,Ua>Ub,选项 A 错误,选项 B 正确; 若 Ua<Ub,则 Eka<Ekb,选项 C 正确; 由光电效应方程可得 W0=hν-Ek,则 hνa-Eka=hνb-Ekb, 选项 D 错误. 答案:BC

规律方法 定量分析光电效应时应抓住的三个关系式 (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. c (3)逸出功与极限频率、极限波长 λc 的关系:W0=hνc=hλ . c

考点三 光电效应的图象分析 1.由 Ek-ν 图象可以得到的信息:

(1)极限频率:图线与 ν 轴交点的横坐标 νc. (2)逸出功:图线与 Ek 轴交点的纵坐标的绝对值 E=W0. (3)普朗克常量:图线的斜率 k=h.

2.由 I-U 图象可以得到的信息:

(1)遏止电压 Uc:图线与横轴的交点的绝对值. (2)饱和光电流 Im:电流的最大值. (3)最大初动能:Ekm=eUc.

3.由 Uc-ν 图象可以得到的信息:

(1)截止频率 νc:图线与横轴的交点. (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:此时两极之间接反向电压)

多维练透 8. (多选)某种金属逸出光电子的最大初动能 Ek 与入射光频率 ν 的关系如图所示.已知该金属的逸出功为 W0,普朗克常量为 h.下 列说法正确的是( ) A.入射光的频率越高,金属的逸出功越大 B.Ek 与入射光的频率成正比 C.图中图线的斜率为 h W0 D.图线在横轴上的截距为 h

解析: 金属的逸出功是由金属自身决定的, 与入射光频率无关, 其大小 W0=hνc,故 A 错误;根据爱因斯坦光电效应方程 Ek=hν- W0,可知光电子的最大初动能 Ek 与入射光的频率成线性关系,不 是成正比,故 B 错误;根据爱因斯坦光电效应方程 Ek=hν-W0, W0 可知斜率 k=h,故 C 正确;由图可知,图线在横轴上的截距为 h , 故 D 正确. 答案:CD

9.在光电效应实验中,飞飞同学用同一光电管在不同实验条 件下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线(甲光 、 乙光、 丙光), 如图所示.则可判断出( ) A.甲光的频率大于乙光的频率 B.乙光的波长大于丙光的波长 C.乙光对应的截止频率大于丙 光的截止频率 D.甲光对应的光电子最大初动 能大于丙光的光电子最大初动能

解析:由于是同一光电管,因而不论对哪种光,极限频率和金 属的逸出功相同,对于甲、乙两种光,反向遏止电压相同,因而频 率相同,A 错误;丙光对应的反向遏止电压较大,因而丙光的频率 较高,波长较短,对应的光电子的最大初动能较大,故 C、D 均错, B 正确. 答案:B

10.(多选)(重庆万州月考)某金属在光的照射下产生光电效应, 其遏止电压 Uc 与入射光频率 ν 的关系图象如图所示.则由图象可 知( ) A.该金属的逸出功等于 hν0 B.遏止电压是确定的,与入射光的频率无关 C.入射光的频率为 2ν0 时,产生的光电子的最大初动能为 hν0 D.入射光的频率为 3ν0 时,产生的光电子的最大初动能为 hν0

解析:当遏止电压为零时,最大初动能为零,则入射光的能量 等于逸出功, 所以 W0=hν0, 故 A 正确; 根据光电效应方程 Ekm=hν h W0 -W0 和-eUc=0-Ekm 得,Uc=eν- e ,可知当入射光的频率大于 极限频率时,遏止电压与入射光的频率成线性关系,故 B 错误;从 图象上可知,逸出功 W0=hν0.根据光电效应方程 Ekm=h· 2ν0-W0= hν0,故 C 正确;Ekm=h· 3ν0-W0=2hν0,故 D 错误. 答案:AC

考点四 光的波粒二象性、物质波 1.光的波粒二象性 (1)光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有波动性. (2)光电效应说明光具有粒子性. (3)光既具有波动性,又具有粒子性,称为光的波粒二象性.

2.物质波 (1)概率波 光的干涉现象是大量光子的运动遵守波动规律的表现,亮条纹 是光子到达概率大的地方,暗条纹是光子到达概率小的地方,因此 光波是一种概率波. (2)物质波 任何一个运动着的物体,小到微观粒子大到宏观物体都有一种 h 波与它对应,其波长 λ=p,p 为运动物体的动量,h 为普朗克常量.

3.对光的波粒二象性的理解: 光既有波动性,又有粒子性,两者不是孤立的,而是有机的统 一体,其表现规律为: (1)个别光子的作用效果往往表现为粒子性; 大量光子的作用效 果往往表现为波动性. (2)频率越低波动性越显著,越容易观察到光的干涉和衍射现 象; 频率越高粒子性越显著, 越不容易观察到光的干涉和衍射现象, 贯穿本领越强. (3)光在传播过程中往往表现出波动性; 在与物质发生作用时往 往表现为粒子性. h (4)由光子的能量 ε=hν 和动量 p=λ 表达式也可以看出, 光的波 动性和粒子性并不矛盾.

多维练透 11.(多选)用极微弱的可见光做双缝干涉实验,随着时间的增 加,在屏上先后出现如图(a)(b)(c)所示的图象,则( )

A.图象(a)表明光具有粒子性 B.图象(c)表明光具有波动性 C.用紫外光观察不到类似的图象 D.实验表明光是一种概率波

解析:图象(a)只有分散的亮点,表明光具有粒子性;图象(c) 呈现干涉条纹,表明光具有波动性;用紫外光也可以观察到类似的 图象,实验表明光是一种概率波,选项 A、B、D 正确. 答案:ABD

12.下列对光的波粒二象性的说法错误的是( ) A.光子不仅具有能量,也具有动量 B.光的波粒二象性指光有时表现为波动性,有时表现为粒子 性 C.运动的实物粒子也有波动性,波长与粒子动量的关系为 λ p =h D.光波和物质波,本质上都是概率波

解析:光电效应表明光子具有能量,康普顿效应表明光子除了 具有能量之外还具有动量,A 正确;波粒二象性指光有时表现为波 动性,有时表现为粒子性,B 正确;物质波的波长与粒子动量的关 h 系应为 λ=p,C 错误;光波中的光子和物质波中的实物粒子在空间 出现的概率满足波动规律,因此二者均为概率波,D 正确. 答案:C

13.(多选)1927 年戴维孙和汤姆孙分别完成了电子衍射实验, 该实验是荣获诺贝尔奖的重大*代物理实验之一.如图所示的是该 实验装置的简化图,下列说法正确的是( )

A.亮条纹是电子到达概率大的地方 B.该实验说明物质波理论是正确的 C.该实验再次说明光子具有波动性 D.该实验说明实物粒子具有波动性 答案:ABD


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