（京津鲁琼版）2020版高考物理总复习 第十五章 第1节 波粒二象性课件

第十五章原子与原子核新课程标准了解人类探索原子结构的历史．知道原子核式结构模型．通过对氢原子光谱的分析，了解原子的能级结构．了解原子核的组成和核力的性质．知道四种基本相互作用．能根据质量数守恒和电荷数守恒写出核反应方程．了解放射性和原子核衰变．知道半衰期及其统计意义．了解放射性同位素的应用，知道射线的危害与防护．认识原子核的结合能，了解核裂变反应和核聚变反应．关注核技术应用对人类生活和社会发展的影响．了解人类对物质结构的探索历程．通过实验，了解光电效应现象．能根据实验结论说明光的波粒二象性．知道爱因斯坦光电效应方程及其意义．知道实物粒子具有波动性，了解微观世界的量子化现象．体会量子论的建立对人们认识物质世界的影响.第十五章原子与原子核核心素养提炼原子核式结构模型氢原子光谱原子的能级结构原子核的组成和核力的性质四种基本相互作用核反应方程放射性和原子核衰变半衰期放射性同位素结合能核裂变反应和核聚变反应光的波粒二象性光电效应现象爱因斯坦光电效应方程第十五章原子与原子核第1节波粒二象性【基础梳理】提示：电子光电子大于增大hνhν－W0干涉波动性光电效应粒子性波动粒子【自我诊断】判一判(1)只要光照射的时间足够长，任何金属都能发生光电效应．()(2)光电子就是光子．()(3)极限频率越大的金属材料逸出功越大．()(4)从金属表面出来的光电子的最大初动能越大，这种金属的逸出功越小．()(5)入射光的频率越大，逸出功越大．()提示：(1)×(2)×(3)√(4)×(5)×做一做(多选)(人教版选修3－5·P30·演示实验改编)如图所示，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．锌板带负电提示：选BC.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．做一做(多选)(人教版选修3－5·P36·T2改编)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提示：选AD.增大入射光强度，单位时间内照射到单位面积的总能量增加，则产生的光电子数增加，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；根据hν－W逸＝12mv2可知，增加照射光频率，光电子的最大初动能增大，故选项D正确．光电效应现象和光电效应方程的应用【知识提炼】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．定量分析时应抓住三个关系式(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.(3)逸出功与极限频率的关系：W0＝hν0.3．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．【题组突破】1．(2017·高考北京卷)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：选B.光子的能量E＝hν，c＝λν，联立解得E≈2×10－18J，B项正确．2．(2018·高考全国卷Ⅱ)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：选B.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．3．(多选)(2017·高考全国卷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()A．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解析：选BC.设该金属的逸出功为W，根据爱因斯坦光电效应方程有Ek＝hν－W，同种金属的W不变，则逸出光电子的最大初动能随ν的增大而增大，B项正确；又Ek＝eU，则最大初动能与遏止电压成正比，C项正确；根据上述有eU＝hν－W，遏止电压U随ν增大而增大，A项错误；又有hν－Ek＝W，W相同，则D项错误．4．如图甲所示，合上开关，用光子能量为2.5eV的一束光照射阴极K，发现电流表读数不为零．调节滑动变阻器，发现当电压表读数小于0.60V时，电流表读数仍不为零，当电压表读数大于或等于0.60V时，电流表读数为零．把电路改为图乙，当电压表读数为2V时，则逸出功及电子到达阳极时的最大动能为()A．1.5eV0.6eVB．1.7eV1.9eVC．1.9eV2.6eVD．3.1eV4.5eV解析：选C.光子能量hν＝2.5eV的光照射阴极，电流表读数不为零，则能发生光电效应，当电压表读数大于或等于0.6V时，电流表读数为零，则电子不能到达阳极，由动能定理eU＝12mv2m知，最大初动能Ekm＝eU＝0.6eV，由光电效应方程hν＝Ekm＋W0知W0＝1.9eV，对图乙，当电压表读数为2V时，电子到达阳极的最大动能E′km＝Ekm＋eU′＝0.6eV＋2eV＝2.6eV.故选项C正确．光电效应的图象分析【知识提炼】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)【题组突破】1．(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hD．图线在横轴上的截距为W0h解析：选CD.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，故选项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，故选项B错误；根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0，可知斜率k＝h，故选项C正确；由图可知，图线在横轴上的截距为W0h，故选项D正确．2．研究光电效应电路如图所示，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()解析：选C.由于是强度不同的光照射同种钠极板，则遏止电压相同，强度不同，饱和光电流不同．选项C正确．3．(多选)(2019·重庆万州模拟)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解析：选AC.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．光的波粒二象性物质波【知识提炼】光的波粒二象性的规律1．从数量上看：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．从频率上看：频率越低波动性越显著，越容易看到光的干涉和衍射现象；频率越高粒子性越显著，贯穿本领越强，越不容易看到光的干涉和衍射现象．3．从传播与作用上看：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．4．波动性与粒子性的统一：由光子的能量E＝hν、光子的动量表达式p＝hλ可以看出，光的波动性和粒子性并不矛盾，表示粒子性的能量和动量的计算式中都含有表示波的特征的物理量——频率ν和波长λ.【题组突破】1．(多选)用极微弱的可见光做双缝干涉实验，随着时间的增加，在照相底片上先后出现如图甲、乙、丙所示的图象，则()A．图象甲表明光具有粒子性B．图象乙表明光具有波动性C．用紫外线观察不到类似的图象D．实验表明光是一种概率波解析：选ABD.图象甲曝光时间短，通过光子数很少，呈现粒子性．图象乙曝光时间长，通过了大量光子，呈现波动性，故A、B正确；同时也表明光波是一种概率波，故D也正确；紫外线本质和可见光本质相同，也可以发生上述现象，故C错误．2．(多选)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：选ACD.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．3．(多选)1927年戴维逊和革末完成了电子衍射实验，该实验是荣获诺贝尔奖的重大近代物理实验之一．如图所示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解析：选ABD.电子属于实物粒子，电子