（鲁京津琼）2020版高考物理总复习 第十四章 波粒二象性 原子结构与原子核 第1讲 波粒二象性课件

[高考导航]考点内容高考(全国卷)三年命题情况对照分析201620172018命题热点光电效应Ⅰ卷·T35(1)：光电效应Ⅱ卷·T35(1)：核反应Ⅲ卷·T35(1)：核反应和质能关系Ⅰ卷·T17：质量亏损与核能的计算Ⅱ卷·T15：动量守恒、衰变、质量亏损Ⅲ卷·T19：光电效应方程Ⅱ卷·T17：光电效应方程、极限频率Ⅲ卷·T14：物理学史、核反应方程(1)光电效应的规律及爱因斯坦光电效应方程的应用。(2)氢原子的能级结构、能级跃迁公式的理解及应用。(3)原子核的衰变规律、半衰期公式的理解及应用。(4)核反应方程及核能的计算。(5)光子说、原子结构模型、元素的放射性、质子及中子和正电子的发现等有关物理学史。爱因斯坦光电效应方程氢原子光谱氢原子的能级结构、能级公式原子核的组成、放射性、原子核的衰变、半衰期放射性同位素核力、核反应方程结合能、质量亏损裂变反应和聚变反应、裂变反应堆射线的危害和防护第1讲波粒二象性知识排查光电效应1.光电效应现象：在光的照射下金属中的电子从金属表面逸出的现象，称为光电效应，发射出来的电子称为__________。2.光电效应的四个规律(1)每种金属都有一个__________。(2)光子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光的_______增大而增大。(3)光照射到金属表面时，光电子的发射几乎是_______的。(4)光电流的强度与入射光的______成正比。光电子极限频率频率瞬时强度3.遏止电压与截止频率(1)遏止电压：使光电流减小到零的反向电压Uc。(2)截止频率：能使某种金属发生光电效应的______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。最小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＝___。其中h＝6.63×10－34J·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_______。3.最大初动能发生光电效应时，金属表面上的______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。hν最小值电子(1)表达式：Ek＝hν－_____。4.爱因斯坦光电效应方程W0(2)物理意义：金属表面的电子吸收一个光子获得的能量是hν，这些能量的一部分用来克服金属的___________，剩下的表现为逸出后光电子的最大初动能Ek＝__________。逸出功W012mev2光的波粒二象性与物质波1.光的波粒二象性(1)光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有_______性。(2)光电效应说明光具有_______性。(3)光既具有波动性，又具有粒子性，称为光的____________性。波动粒子波粒二象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____的地方，暗条纹是光子到达概率_____的地方，因此光波又叫概率波。(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波与它对应，其波长λ＝_______，p为运动物体的动量，h为普朗克常量。大小hp小题速练1.思考判断(1)光子和光电子都是实物粒子。()(2)只要入射光的强度足够强，照射时间足够长，就可以使金属发生光电效应。()(3)光电子的最大初动能与入射光子的频率成正比。()(4)光的频率越高，光的粒子性越明显，但仍具有波动性。()(5)美国物理学家康普顿发现了康普顿效应，证实了光的粒子性。()(6)法国物理学家德布罗意大胆预言了实物粒子在一定条件下会表现为波动性。()答案(1)×(2)×(3)×(4)√(5)√(6)√图12.(多选)[人教版选修3－5·P30·演示实验改编]如图1所示，用导线把验电器与锌板相连接，当用紫外线照射锌板时，发生的现象是()A.有光子从锌板逸出B.有电子从锌板逸出C.验电器指针张开一个角度D.锌板带负电解析用紫外线照射锌板是能够发生光电效应的，锌板上的电子吸收紫外线的能量从锌板表面逸出，称之为光电子，故选项A错误，B正确；锌板与验电器相连，带有相同电性的电荷，锌板失去电子应该带正电，且失去电子越多，带正电的电荷量越多，验电器指针张角越大，故选项C正确，D错误。答案BCA.实物的运动有特定的轨道，所以实物不具有波粒二象性B.康普顿效应说明光子既有能量又有动量C.光是高速运动的微观粒子，单个光子不具有波粒二象性D.宏观物体的物质波波长非常小，极易观察到它的波动3.下列说法正确的是()解析由德布罗意理论知，宏观物体的德布罗意波的波长太小，实际很难观察到波动性，但仍具有波粒二象性，选项A、D错误；康普顿效应说明光子除了具有能量之外还有动量，选项B正确；波粒二象性是光子的特性，单个光子也具有波粒二象性，选项C错误。答案B光电效应及光电效应方程1.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。(2)两条对应关系光强大→光子数目多→发射光电子多→光电流大光子频率高→光子能量大→光电子的最大初动能大2.分析光电效应问题的思路(1)两条线索(1)爱因斯坦光电效应方程：Ek＝hν－W0。(2)光电子的最大初动能Ek与遏止电压Uc的关系式：Ek＝eUc。(3)逸出功W0与极限频率νc的关系：W0＝hνc。3.三个重要关系4.四类图象的分析方程式及图象名称图线形状由图线直接(间接)得到的物理量Ek＝hν－W0最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图线(1)极限频率：ν0；(2)逸出功：W0＝|－E|＝E；(3)普朗克常量：图线的斜率k＝hUc＝heν－W0e遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图线(1)截止(极限)频率：ν0；(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＝ke(k为斜率，e为电子电荷量)频率相同、光强不同时，光电流与电压的关系(1)遏止电压：Uc；(2)饱和光电流：Im(电流的最大值)；(3)最大初动能：Ekm＝eUc频率不同、光强相同时，光电流与电压的关系(1)遏止电压：Uc1、Uc2；(2)饱和光电流：电流最大值；(3)最大初动能：Ek1＝eUc1，Ek2＝eUc2A.若νa＞νb，则一定有Ua＜UbB.若νa＞νb，则一定有Eka＞EkbC.若Ua＜Ub，则一定有Eka＜EkbD.若νa＞νb，则一定有hνa－Eka＞hνb－Ekb【例1】(多选)(2017·全国卷Ⅲ)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()解析由爱因斯坦光电效应方程得，Ekm＝hν－W0，由动能定理得，Ekm＝eU，若用a、b单色光照射同种金属时，逸出功W0相同。当νa＞νb时，一定有Eka＞Ekb，Ua＞Ub，故选项A错误，B正确；若Ua＜Ub，则一定有Eka＜Ekb，故选项C正确；因逸出功相同，有W0＝hνa－Eka＝hνb－Ekb，故选项D错误。答案BC【例2】研究光电效应的电路如图2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()图2解析虽然入射光强度不同，但光的频率相同，所以遏止电压相同；又因当入射光强度大时，单位时间逸出的光电子多，饱和光电流大，所以选项C正确。答案C1.(2018·全国卷Ⅱ，17)用波长为300nm的光照射锌板，电子逸出锌板表面的最大初动能为1.28×10－19J。已知普朗克常量为6.63×10－34J·s，真空中的光速为3.00×108m·s－1。能使锌产生光电效应的单色光的最低频率约为()A.1×1014HzB.8×1014HzC.2×1015HzD.8×1015Hz解析根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0＝hcλ－hν0，代入数据解得ν0≈8×1014Hz，B正确。答案B图32.(多选)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3所示。则由图象可知()A.该金属的逸出功等于hν0B.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hν0D.入射光的频率为3ν0时，产生的光电子的最大初动能为hν0答案AC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，故选项A正确；根据光电效应方程Ekm＝hν－W0和－eUc＝0－Ekm得，Uc＝heν－W0e，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，故选项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，故选项C正确；Ekm＝h·3ν0－W0＝2hν0，故选项D错误。答案B3.(2017·北京理综，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100nm(1nm＝10－9m)附近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＝6.6×10－34J·s，真空光速c＝3×108m/s)()A.10－21JB.10－18JC.10－15JD.10－12J解析根据ε＝hν及c＝λν，得ε＝hcλ＝6.6×10－34×3×108100×10－9J≈2×10－18J，故选项B正确。光的波粒二象性的理解物质波1.对波粒二象性的理解实验基础说明光的波动性干涉、衍射和偏振现象①光的波动性不同于宏观观念的波②光是一种概率波，即光子在空间各点出现的可能性大小(概率)可用波动规律来描述光的粒子性光电效应、康普顿效应①当光同物质发生作用时，这种作用是“一份一份”进行的，表现出粒子性，粒子性的含义是“不连续”②光子不同于宏观观念的粒子波动性和粒子性的对立、统一①大量光子易显示出波动性，而少量光子易显示出粒子性②波长越长(频率越低)的光波动性越强，而波长越短(频率越高)的光粒子性越强③粒子说并未否定波动说，E＝hν＝hc/λ中，ν和λ就是波的概念④波和粒子在宏观世界是不能统一的，而在微观世界却是统一的2.物质波(1)定义：任何运动着的物体都有一种波与之对应，这种波叫做物质波，也叫德布罗意波。(2)物质波的波长：λ＝hp＝hmv，h是普朗克常量。1.用很弱的光做单缝衍射实验，改变曝光时间，在胶片上出现的图象如图4所示，该实验表明()图4A.光的本质是波B.光的本质是粒子C.光的能量在胶片上分布不均匀D.光到达胶片上不同位置的概率相同解析用很弱的光做单缝衍射实验，改变曝光时间在胶片出现的图样，说明光有波粒二象性，选项A、B错误；说明光到达胶片上的不同位置的概率是不一样的，也就说明了光的能量在胶片上分布不均匀，选项C正确，D错误。答案C2.(多选)(2015·全国卷Ⅱ)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解析电子束通过双缝实验装置后可以形成干涉图样，可以说明电子是一种波，故A正确；β射线在云室中穿过会留下清晰的径迹，可以说明β射线是一种粒子，故B错误；人们利用慢中子衍射来研究晶体的结构，中子衍射说明中子是一种波，故C正确；人们利用电子显微镜观测物质的微观结构，利用了电子束的衍射现象，说明电子束是一种波，故D正确。答案ACD