高考物理一輪總復習 第十三章 動量 近代物理初步（選修3-5）第39講 波粒二象性課件

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1、動 量 近 代 物 理 初 步 (選 修 3 5)第 十 三 章 第 39講 波 粒 二 象 性 考 綱 要 求 考 情 分 析 命 題 趨 勢1.光 電 效 應 ( )2 愛 因 斯 坦 光 電 效 應方 程 ( ) 2016全 國 卷 ， 35(1) 2015江 蘇 卷 ， 12C(1)2015全 國 卷 ， 35(1) 2014江 蘇 卷 ， 12C(1)2013上 海 卷 ， 2 高 考 對 本 部 分 知識 的 考 查 主 要 以 選 擇題 的 形 式 出 現(xiàn) 高 考試 題 往 往 綜 合 考 查 光電 效 應 、 波 粒 二 象 性 學 習 中 要 注 意 對 光電 效 應 規(guī) 律

2、 的 理 解 和光 電 效 應 方 程 的 理 解 、應 用 . 欄 目 導 航 板 塊 一板 塊 二板 塊 三 板 塊 四 1 光 電 效 應 及 其 規(guī) 律 (1)光 電 效 應 現(xiàn) 象 在 光 的 照 射 下 ， 金 屬 中 的 _從 表 面 逸 出 的 現(xiàn) 象 ， 發(fā) 射 出來 的 電 子 叫 _ (2)光 電 效 應 的 產 生 條 件 入 射 光 的 頻 率 _金 屬 的 極 限 頻 率 考 點 光 電 效 應 波 粒 二 象 性電 子 光 電 子 大 于 (3)光 電 效 應 規(guī) 律 每 種 金 屬 都 有 一 個 極 限 頻 率 ， 入 射 光 的 頻 率 必 須 _這個 極

3、限 頻 率 才 能 產 生 光 電 效 應 光 電 子 的 最 大 初 動 能 與 入 射 光 的 _無 關 ， 只 隨 入 射 光頻 率 的 增 大 而 _ 光 電 效 應 的 發(fā) 生 幾 乎 是 瞬 時 的 ， 一 般 不 超 過 10 9 s. 當 入 射 光 的 頻 率 大 于 極 限 頻 率 時 ， 飽 和 光 電 流 的 大 小 與 入射 光 的 強 度 成 _ 大 于 強 度 增 大 正 比 2 光 子 說 及 光 電 效 應 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 做 一 個 光 子 ， 光

4、 子 的 能 量 _. (2)逸 出 功 W0： 電 子 從 金 屬 中 逸 出 所 需 做 功 的 _ (3)最 大 初 動 能 ： 發(fā) 生 光 電 效 應 時 ， 金 屬 表 面 上 的 _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)光 電 效 應 方 程 表 達 式 ： h Ek W0或 Ek _. 物 理 意 義 ： 金 屬 表 面 的 電 子 吸 收 一 個 光 子 獲 得 的 能 量 是 h，這 些 能 量 的 一 部 分 用 來 克 服 金 屬 的 逸 出 功 W 0， 剩 下 的 表 現(xiàn)為 逸 出 后 電 子 的

5、最 大 初 動 能 h 最 小 值 電 子 h W0 3 光 的 波 粒 二 象 性 (1)光 電 效 應 說 明 光 具 有 粒 子 性 ， 同 時 光 還 具 有 波 動 性 ， 即光 具 有 _ (2)大 量 光 子 運 動 的 規(guī) 律 主 要 表 現(xiàn) 為 光 的 _性 ， 單 個 光子 的 運 動 主 要 表 現(xiàn) 為 光 的 _性 (3)光 的 波 長 越 長 ， 波 動 性 越 _， 光 的 干 涉 、 衍 射 、 偏 振現(xiàn) 象 證 明 光 具 有 波 動 性 (4)光 的 頻 率 越 高 ， 粒 子 性 越 _， 穿 透 本 領 _ 光 電效 應 、 康 普 頓 效 應 說 明 光

6、 具 有 粒 子 性 波 粒 二 象 性 波 動 粒 子 強 強 越 大 1 判 斷 正 誤 (1)任 何 頻 率 的 光 照 射 到 金 屬 表 面 都 可 以 發(fā) 生 光 電 效 應 ( ) (2)要 使 某 金 屬 發(fā) 生 光 電 效 應 ， 入 射 光 子 的 能 量 必 須 大 于 金 屬 的 逸 出功 ( ) (3)光 電 子 的 最 大 初 動 能 與 入 射 光 子 的 頻 率 成 正 比 ( ) (4)光 的 頻 率 越 高 ， 光 的 粒 子 性 越 明 顯 ， 但 仍 具 有 波 動 性 ( ) (5)德 國 物 理 學 家 普 朗 克 提 出 了 量 子 假 說 ， 成

7、 功 地 解 釋 了 光 電 效 應 規(guī)律 ( ) (6)美 國 物 理 學 家 康 普 頓 發(fā) 現(xiàn) 了 康 普 頓 效 應 ， 證 實 了 光 的 粒 子 性 ( ) (7)法 國 物 理 學 家 德 布 羅 意 大 膽 預 言 了 實 物 粒 子 具 有 波 動 性 ( ) 1 光 子 與 光 電 子 光 子 是 指 光 在 空 間 傳 播 時 的 每 一 份 能 量 ， 光 子 不 帶 電 ； 光 電子 是 指 金 屬 表 面 受 到 光 照 射 時 發(fā) 射 出 來 的 電 子 ， 光 子 是 光 電效 應 的 因 ， 光 電 子 是 果 一 光 電 效 應 的 實 驗 規(guī) 律 2 光

8、電 子 的 最 大 初 動 能 與 光 電 子 的 動 能 當 光 照 射 金 屬 時 ， 光 子 的 能 量 全 部 被 電 子 吸 收 ， 電 子 吸 收 光子 的 能 量 后 可 能 向 各 個 方 向 運 動 有 的 向 金 屬 內 部 運 動 ， 有的 向 金 屬 表 面 運 動 ， 但 因 途 徑 不 同 ， 運 動 途 中 消 耗 的 能 量 也不 同 唯 獨 在 金 屬 表 面 的 電 子 ， 只 要 克 服 金 屬 原 子 核 的 引 力做 功 ， 就 能 從 金 屬 中 逸 出 而 具 有 最 大 初 動 能 根 據(jù) 愛 因 斯 坦光 電 效 應 方 程 可 以 算 出 光

9、 電 子 的 最 大 初 動 能 為 Ek h W0 (W0為 金 屬 的 逸 出 功 ) 而 其 他 經(jīng) 過 不 同 的 路 徑 射 出 的 光 電 子 ，其 動 能 一 定 小 于 最 大 初 動 能 3 光 電 流 與 飽 和 光 電 流 在 一 定 頻 率 與 強 度 的 光 照 射 下 產 生 光 電 效 應 ， 光 電 流 與 電 壓之 間 的 關 系 為 ： 開 始 時 ， 光 電 流 隨 電 壓 U的 增 大 而 增 大 ， 當U比 較 大 時 ， 光 電 流 達 到 飽 和 值 Im.這 時 即 使 再 增 大 U， 在 單位 時 間 內 也 不 可 能 有 更 多 的 光

10、電 子 定 向 移 動 ， 光 電 流 也 就 不會 再 增 大 ， 即 飽 和 光 電 流 是 在 一 定 頻 率 與 強 度 的 光 照 射 下 的最 大 光 電 流 在 一 定 光 照 條 件 下 ， 飽 和 光 電 流 與 所 加 電 壓 大小 無 關 4 入 射 光 強 度 和 光 子 能 量 入 射 光 強 度 是 單 位 時 間 內 照 射 到 金 屬 表 面 單 位 面 積 上 總 的 能量 ， 光 子 能 量 即 每 個 光 子 的 能 量 ， 光 子 總 能 量 等 于 光 子 能 量與 入 射 光 子 數(shù) 的 乘 積 5 光 的 強 度 與 飽 和 光 電 流 飽 和 光

11、 電 流 與 入 射 光 強 度 成 正 比 的 規(guī) 律 是 對頻 率 相 同 的 光 照 射 金 屬 產 生 光 電 效 應 而 言 的 ，對 于 不 同 頻 率 的 光 ， 由 于 每 個 光 子 的 能 量 不同 ， 飽 和 光 電 流 與 入 射 光 強 度 之 間 沒 有 簡 單的 正 比 關 系 解 決 光 電 效 應 規(guī) 律 問 題 的 技 巧放不放(光電子)，看截頻(截止頻率，即最低頻率)；放多少(光電子)，看光強；(光電子的)最大初動能(大小)，看(入射光的)頻率；要放瞬時放 例 1(多選)(2017湖北宜昌質檢)用 如 圖 所 示 的 光 電 管 研 究光 電 效 應 的

12、實 驗 中 ， 用 某 種 頻 率 的 單 色 光 a照 射 光 電 管 陰 極K， 電 流 計 G的 指 針 發(fā) 生 偏 轉 而 用 另 一 頻 率 的 單 色 光 b照 射光 電 管 陰 極 K時 ， 電 流 計 G的 指 針 不 發(fā) 生 偏 轉 ， 那 么 ( ) A a光 的 頻 率 一 定 大 于 b光 的 頻 率 B 只 增 加 a光 的 強 度 可 使 通 過 電 流 計 G的 電 流 增 大 C 增 加 b光 的 強 度 可 能 使 電 流 計 G的 指 針 發(fā) 生 偏 轉 D 用 a光 照 射 光 電 管 陰 極 K時 通 過 電 流 計 G的 電 流 是 由 d到 c E

13、用 a光 照 射 時 ， 增 大 光 電 管 兩 端 的 電 壓 時 ， 流 過 G的 電 流可 能 不 變 ABE 解 析 ：產生光電效應的條件是入射光的頻率大于極限頻率vC，故A項正確，C項錯誤；在能發(fā)生光電效應的前提條件下，只增加a光的強度可使陰極k單位時間發(fā)射出更多光電子，B項正確；光電管中的光電子(帶負電荷)從k到A，故G中電流從c到d，D項錯誤；當用a光照射時，若已達飽和電流，即使再增大光電管兩端電壓，G中電流也不變，E項正確 二 光 電 效 應 的 圖 象 分 析 例 2(2017湖北武漢模擬)從 1907年 起 ， 美 國 物 理 學 家 密 立 根 開 始 以 精湛 的 技

14、術 測 量 光 電 效 應 中 幾 個 重 要 的 物 理 量 他 通 過 如 圖 所 示 的 實 驗 裝置 測 量 某 金 屬 的 遏 止 電 壓 Uc與 入 射 光 頻 率 ， 作 出 Uc 的 圖 象 ， 由 此 算出 普 朗 克 常 量 h， 并 與 普 朗 克 根 據(jù) 黑 體 輻 射 測 出 的 h相 比 較 ， 以 檢 驗 愛 因斯 坦 方 程 的 正 確 性 圖 中 頻 率 1、 2， 遏 止 電 壓 Uc1、 Uc2及 電 子 的 電 荷 量e均 為 已 知 ， 求 ： (1)普 朗 克 常 量 h； (2)該 金 屬 的 截 止 頻 率 0. 思 維 導 引 (1)最大初動能

15、Ek與入射光的頻率的關系？ (2)最大初動能與遏止電壓Uc的關系？ (3)Uc圖線與橫軸交點的物理意義？ 思 維 導 引 (1)EkhW0，Ek隨的增大而增大成一次函數(shù)關系，并非成正比例關系(2)EkeUc.(3)交點表示極限頻率 光 既 有 波 動 性 ， 又 有 粒 子 性 ， 兩 者 不 是 孤 立 的 ， 而 是 有 機 的統(tǒng) 一 體 ， 其 表 現(xiàn) 規(guī) 律 為 ： (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

16、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 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 發(fā) 生 作 用 時 往 往 表 現(xiàn) 為 粒 子 性 三 光 的 波 粒 二 象 性 物 質 波 波 粒 二 象 性 的 深 入 理 解 (1)雖然平時看到宏觀物體運動時，看不出其波動性，但也有一個波長與之對應例如飛行子彈的波長約為1034 m. (2)波粒二象性是微觀粒子

17、的特殊規(guī)律，一切微觀粒子都存在波動性；宏觀物體也存在波動性，只是波長太小，難以觀測 (3)德布羅意波也是概率波，衍射圖樣中的亮圓是電子落點概率大的地方，但概率的大小受波動規(guī)律的支配 例 3用 很 弱 的 光 做 雙 縫 干 涉 實 驗 ， 把 入 射 光 減 弱 到 可 以 認為 光 源 和 感 光 膠 片 之 間 不 可 能 同 時 有 兩 個 光 子 存 在 ， 如 圖 所示 是 不 同 數(shù) 量 的 光 子 照 射 到 感 光 膠 片 上 得 到 的 照 片 這 些 照片 說 明 ( ) A 光 只 有 粒 子 性 沒 有 波 動 性 B 光 只 有 波 動 性 沒 有 粒 子 性 C 少

18、 量 光 子 的 運 動 顯 示 波 動 性 ， 大 量 光 子 的 運 動 顯 示 粒 子性 D 少 量 光 子 的 運 動 顯 示 粒 子 性 ， 大 量 光 子 的 運 動 顯 示 波 動性 解 析 ：由這些照片可以看出，少量光子的運動顯示粒子性，大量光子的運動呈現(xiàn)出波動性，故D正確D 1 (多選)下 列 對 光 電 效 應 的 理 解 ， 正 確 的 是 ( ) A 金 屬 鈉 的 每 個 電 子 可 以 吸 收 一 個 或 一 個 以 上 的 光 子 ， 當它 積 累 的 動 能 足 夠 大 時 ， 就 能 逸 出 金 屬 B 如 果 入 射 光 子 的 能 量 小 于 金 屬 表

19、面 的 電 子 克 服 原 子 核 的引 力 而 逸 出 時 所 需 做 的 最 小 功 ， 便 不 能 發(fā) 生 光 電 效 應 C 發(fā) 生 光 電 效 應 時 ， 入 射 光 越 強 ， 光 子 的 能 量 就 越 大 ， 光電 子 的 最 大 初 動 能 就 越 大 D 由 于 不 同 金 屬 的 逸 出 功 是 不 相 同 的 ， 因 此 使 不 同 金 屬 產生 光 電 效 應 ， 入 射 光 的 最 低 頻 率 也 不 同 BD 2 (2017江蘇蘇州模擬)1927年 戴 維 孫 和 湯 姆 孫 分 別 完 成 了電 子 衍 射 實 驗 ， 該 實 驗 是 榮 獲 諾 貝 爾 獎 的

20、 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 不 正 確的 是 ( ) A 亮 條 紋 是 電 子 到 達 概 率 大 的 地 方 B 該 實 驗 說 明 物 質 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C 3 (2015上海卷)某 光 源 發(fā) 出 的 光 由 不 同 波 長 的 光 組 成 ， 不 同 波 長 的 光的 強 度 如 圖 所 示 表 中 給 出 了 一 些 材 料 的 極 限 波 長 ， 用 該 光

21、源 發(fā) 出 的 光照 射 表 中 材 料 ( ) 材 料 鈉 銅 鉑極 限 波長 (nm) 541 268 196 A 僅 鈉 能 產 生 光 電 子 B 僅 鈉 、 銅 能 產 生 光 電 子 C 僅 銅 、 鉑 能 產 生 光 電 子 D 都 能 產 生 光 電 子D 解 析 ：發(fā)生光電效應的條件是入射光的頻率不低于金屬的極限頻率，也就是入射光的波長不高于金屬的極限波長由題可知，入射光的波長大約介于25 nm420 nm，包含有小于這三種金屬極限波長的成分，可以使三種金屬都發(fā)生光電效應，都能產生光電子，故D項正確 4(多選)(2017湖北黃岡模擬)如 圖 所 示 是 用 光 照 射 某 種

22、 金屬 時 逸 出 的 光 電 子 的 最 大 初 動 能 隨 入 射 光 頻 率 的 變 化 圖 線 ，普 朗 克 常 量 h 6.63 10 34 Js， 由 圖 可 知 ( ) A 該 金 屬 的 極 限 頻 率 為 4.27 1014 Hz B 該 金 屬 的 極 限 頻 率 為 5.5 1014 Hz C 該 圖 線 的 斜 率 表 示 普 朗 克 常 量 D 該 金 屬 的 逸 出 功 為 0.5 eV AC 例 1(2016河南鄭州質檢5分)在 光 電 效 應 實 驗 中 ， 飛 飛 同 學 用 同 一 光電 管 在 不 同 實 驗 條 件 下 得 到 了 三 條 光 電 流 與

23、 電 壓 之 間 的 關 系 曲 線 (甲 光 、乙 光 、 丙 光 )， 如 圖 所 示 則 可 判 斷 出 ( ) A 甲 光 的 頻 率 大 于 乙 光 的 頻 率 B 乙 光 的 波 長 大 于 丙 光 的 波 長 C 乙 光 對 應 的 截 止 頻 率 大 于 丙 光 的 截 止 頻 率 D 甲 光 對 應 的 光 電 子 最 大 初 動 能 大 于 丙 光 的 光 電 子 最 大 初 動 能 答 題 送 檢 來 自 閱卷 名 師 報 告錯誤 致 錯 原 因 扣分C 不 明 白 光 電 流 與 電 壓 之 間 的 關 系 ，不 知 道 截 止 電 壓 的 含 義 ， 錯 選 C項 5

24、A 不 能 根 據(jù) 題 干 所 給 圖 象 ， 求 出 三種 色 光 頻 率 的 關 系 ， 錯 選 A項 解 析 因光電管不變，所以逸出功不變由圖象知甲光、乙光對應的遏止電壓相等，且小于丙光對應的遏止電壓，所以甲光和乙光對應的光電子最大初動能相等且小于丙光的光電子最大初動能，故D錯誤；根據(jù)愛因斯坦光電效應方程EkhW0知甲光和乙光的頻率相等，且小于丙光的頻率，故A錯誤，B正確；截止頻率是由金屬決定的，與入射光無關，故C錯誤 答 案 B 1 (多選)用 同 一 光 電 管 研 究 a、 b兩 種 單 色 光 產 生 的 光 電 效 應 ， 得 到 光 電流 I與 光 電 管 兩 極 間 所 加

25、 電 壓 U的 關 系 如 圖 所 示 則 這 兩 種 光 ( ) 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 BC 2(2013北京卷)以 往 我 們 認 識 的 光 電 效 應 是 單 光 子 光 電 效 應 ， 即 一 個電 子 在 極 短 時 間 內 只 能 吸 收 到 一

26、個 光 子 而 從 金 屬 表 面 逸 出 強 激 光 的 出現(xiàn) 豐 富 了 人 們 對 于 光 電 效 應 的 認 識 ， 用 強 激 光 照 射 金 屬 ， 由 于 其 光 子 密度 極 大 ， 一 個 電 子 在 極 短 時 間 內 吸 收 多 個 光 子 成 為 可 能 ， 從 而 形 成 多 光子 光 電 效 應 ， 這 已 被 實 驗 證 實 光 電 效 應 實 驗 裝 置 示 意 如 圖 用 頻 率 為的 普 通 光 源 照 射 陰 極 K， 沒 有 發(fā) 生 光 電 效 應 換 同 樣 頻 率 為 的 強 激 光照 射 陰 極 K， 則 發(fā) 生 了 光 電 效 應 ； 此 時 ， 若 加 上 反 向 電 壓 U， 即 將 陰 極 K接 電 源 正 極 ， 陽 極 A接 電 源 負 極 ， 在 K、 A之 間 就 形 成 了 使 光 電 子 減 速 的電 場 逐 漸 增 大 U， 光 電 流 會 逐 漸 減 小 ； 當 光 電 流 恰 好 減 小 到 零 時 ， 所加 反 向 電 壓 U可 能 是 下 列 的 (其 中 W為 逸 出 功 ， h為 普 朗 克 常 量 ， e為 電 子電 荷 量 )( ) B 課 時 達 標