（江蘇專(zhuān)版）2022年高考物理一輪復(fù)習(xí) 第十一章 第2節(jié) 波粒二象性講義（含解析）

（江蘇專(zhuān)版）2022年高考物理一輪復(fù)習(xí) 第十一章 第2節(jié) 波粒二象性講義（含解析）(1)光子和光電子都是實(shí)物粒子。(×)(2)只要入射光的強(qiáng)度足夠強(qiáng)，就可以使金屬發(fā)生光電效應(yīng)。(×)(3)要使某金屬發(fā)生光電效應(yīng)，入射光子的能量必須大于金屬的逸出功。()(4)光電子的最大初動(dòng)能與入射光子的頻率成正比。(×)(5)光的頻率越高，光的粒子性越明顯，但仍具有波動(dòng)性。()(6)德國(guó)物理學(xué)家普朗克提出了量子假說(shuō)，成功地解釋了光電效應(yīng)規(guī)律。(×)(7)美國(guó)物理學(xué)家康普頓發(fā)現(xiàn)了康普頓效應(yīng)，證實(shí)了光的粒子性。()(8)法國(guó)物理學(xué)家德布羅意大膽預(yù)言了實(shí)物粒子在一定條件下會(huì)表現(xiàn)為波動(dòng)性。()突破點(diǎn)(一)對(duì)光電效應(yīng)的理解1與光電效應(yīng)有關(guān)的五組概念對(duì)比(1)光子與光電子：光子指光在空間傳播時(shí)的每一份能量，光子不帶電；光電子是金屬表面受到光照射時(shí)發(fā)射出來(lái)的電子，其本質(zhì)是電子。光子是光電效應(yīng)的因，光電子是果。(2)光電子的動(dòng)能與光電子的最大初動(dòng)能：光照射到金屬表面時(shí)，電子吸收光子的全部能量，可能向各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，需克服原子核和其他原子的阻礙而損失一部分能量，剩余部分為光電子的初動(dòng)能；只有金屬表面的電子直接向外飛出時(shí)，只需克服原子核的引力做功的情況，才具有最大初動(dòng)能。光電子的初動(dòng)能小于或等于光電子的最大初動(dòng)能。(3)光電流與飽和光電流：金屬板飛出的光電子到達(dá)陽(yáng)極，回路中便產(chǎn)生光電流，隨著所加正向電壓的增大，光電流趨于一個(gè)飽和值，這個(gè)飽和值是飽和光電流，在一定的光照條件下，飽和光電流與所加電壓大小無(wú)關(guān)。(4)入射光強(qiáng)度與光子能量：入射光強(qiáng)度指單位時(shí)間內(nèi)照射到金屬表面單位面積上的總能量。(5)光的強(qiáng)度與飽和光電流：飽和光電流與入射光強(qiáng)度成正比的規(guī)律是對(duì)頻率相同的光照射金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)而言的，對(duì)于不同頻率的光，由于每個(gè)光子的能量不同，飽和光電流與入射光強(qiáng)度之間沒(méi)有簡(jiǎn)單的正比關(guān)系。2光電效應(yīng)的研究思路(1)兩條線索：(2)兩條對(duì)應(yīng)關(guān)系：題點(diǎn)全練1多選(2019·南京六校聯(lián)考)如圖所示是研究光電效應(yīng)的電路，陰極K和陽(yáng)極A是密封在真空玻璃管中的兩個(gè)電極，K在受到光照時(shí)能夠發(fā)射光電子。陽(yáng)極A吸收陰極K發(fā)出的光電子，在電路中形成電流。如果用單色光a照射陰極K，電流表的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)；用單色光b照射光電管陰極K時(shí)，電流表的指針不發(fā)生偏轉(zhuǎn)。下列說(shuō)法正確的是()Aa光的波長(zhǎng)一定小于b光的波長(zhǎng)B只增加a光的強(qiáng)度可能使通過(guò)電流表的電流增大C只增加a光的強(qiáng)度可使逸出的光電子最大初動(dòng)能變大D用單色光a照射陰極K，當(dāng)電源的正、負(fù)極對(duì)調(diào)時(shí)，電流表的讀數(shù)可能減為零解析：選ABD由題意可知，用a光照射光電管時(shí)，發(fā)生光電效應(yīng)，用b光照射時(shí)，不發(fā)生光電效應(yīng)，則知a>b，由知a光的波長(zhǎng)小于b光的波長(zhǎng)，A正確；只增加a光的強(qiáng)度，即增加了光子的個(gè)數(shù)，則產(chǎn)生的光電子數(shù)目增多，光電流增大，使通過(guò)電流表的電流增大，B正確；根據(jù)光電效應(yīng)方程EkhW0，最大初動(dòng)能與入射光頻率有關(guān)，與強(qiáng)度無(wú)關(guān)，故只增加a光的強(qiáng)度逸出的光電子最大初動(dòng)能不變，C錯(cuò)誤；當(dāng)正、負(fù)極對(duì)調(diào)后，形成反向電場(chǎng)，光電子在電場(chǎng)中做減速運(yùn)動(dòng)，若qU>Ekm，則光電子無(wú)法到達(dá)陽(yáng)極A，電流表示數(shù)為0，D正確。2多選(2017·海南高考)三束單色光1、2和3的波長(zhǎng)分別為1、2和3(123)。分別用這三束光照射同一種金屬。已知用光束2照射時(shí)，恰能產(chǎn)生光電子。下列說(shuō)法正確的是()A用光束1照射時(shí)，不能產(chǎn)生光電子B用光束3照射時(shí)，不能產(chǎn)生光電子C用光束2照射時(shí)，光越強(qiáng)，單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的光電子數(shù)目越多D用光束2照射時(shí)，光越強(qiáng)，產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能越大解析：選AC依據(jù)波長(zhǎng)與頻率的關(guān)系：，因123，那么123；由于用光束2照射時(shí)，恰能產(chǎn)生光電子，因此用光束1照射時(shí)，不能產(chǎn)生光電子，而光束3照射時(shí)，一定能產(chǎn)生光電子，故A正確，B錯(cuò)誤；用光束2照射時(shí)，光越強(qiáng)，單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的光電子數(shù)目越多，而由光電效應(yīng)方程：EkmhW，可知，光電子的最大初動(dòng)能與光的強(qiáng)弱無(wú)關(guān)，故C正確，D錯(cuò)誤。3(2018·江蘇高考)光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，用波長(zhǎng)為0的單色光A照射某金屬板時(shí)，剛好有光電子從金屬表面逸出。當(dāng)波長(zhǎng)為的單色光B照射該金屬板時(shí)，光電子的最大初動(dòng)能為_(kāi)，A、B兩種光子的動(dòng)量之比為_(kāi)。(已知普朗克常量為h、光速為c)解析：該金屬的逸出功Wh0h波長(zhǎng)為的單色光的頻率根據(jù)光電效應(yīng)方程得，光電子的最大初動(dòng)能EkhWhh根據(jù)p，得A、B兩光子的動(dòng)量之比。答案：12突破點(diǎn)(二)愛(ài)因斯坦的光電效應(yīng)方程及應(yīng)用1三個(gè)關(guān)系(1)愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程EkhW0。(2)光電子的最大初動(dòng)能Ek可以利用光電管實(shí)驗(yàn)的方法測(cè)得，即EkeUc，其中Uc是遏止電壓。(3)光電效應(yīng)方程中的W0為逸出功，它與極限頻率c的關(guān)系是W0hc。2四類(lèi)圖像圖像名稱(chēng)圖線形狀讀取信息最大初動(dòng)能Ek與入射光頻率的關(guān)系圖線截止頻率(極限頻率)：圖線與軸交點(diǎn)的橫坐標(biāo)c逸出功：圖線與Ek軸交點(diǎn)的縱坐標(biāo)的值W0|E|E普朗克常量：圖線的斜率kh遏止電壓Uc與入射光頻率的關(guān)系圖線截止頻率c：圖線與橫軸的交點(diǎn)遏止電壓Uc：隨入射光頻率的增大而增大普朗克常量h：等于圖線的斜率與電子電量的乘積，即hke。(注：此時(shí)兩極之間接反向電壓)顏色相同、強(qiáng)度不同的光，光電流與電壓的關(guān)系遏止電壓Uc：圖線與橫軸的交點(diǎn)飽和光電流Im：電流的最大值最大初動(dòng)能：EkmeUc顏色不同時(shí)，光電流與電壓的關(guān)系遏止電壓Uc1、Uc2飽和光電流最大初動(dòng)能Ek1eUc1，Ek2eUc2典例(2019·南通一模)利用圖甲所示電路研究光電效應(yīng)中金屬的遏止電壓Uc與入射光頻率的關(guān)系，描繪出如圖乙所示的圖像，由此算出普朗克常量h。圖乙中U1、1、0均為已知量，電子電荷量用e表示。當(dāng)入射光的頻率增大時(shí)，為了測(cè)定遏止電壓，滑動(dòng)變阻器的滑片P應(yīng)向_(選填“M”或“N”)端移動(dòng)，由Uc­圖像可求得普朗克常量h_。(用題中字母表示)。解析入射光的頻率增大，光電子的最大初動(dòng)能增大，則遏止電壓增大，測(cè)遏止電壓時(shí)，應(yīng)使滑動(dòng)變阻器的滑片P向N端移動(dòng)；根據(jù)EkmhW0eUc，由Uc­圖像可知，當(dāng)遏止電壓為零時(shí)，0，所以這種金屬的截止頻率為0；根據(jù)EkmhW0eUc，解得Uc，圖線的斜率k，則h。答案N易錯(cuò)提醒應(yīng)用光電效應(yīng)方程時(shí)的注意事項(xiàng)(1)每種金屬都有一個(gè)截止頻率，入射光頻率大于這個(gè)截止頻率時(shí)才能發(fā)生光電效應(yīng)。(2)截止頻率是發(fā)生光電效應(yīng)的最小頻率，對(duì)應(yīng)著光的極限波長(zhǎng)和金屬的逸出功，即hchW0。(3)應(yīng)用光電效應(yīng)方程EkhW0時(shí)，注意能量單位電子伏和焦耳的換算(1 eV1.6×1019 J)。集訓(xùn)沖關(guān)1(2019·如皋模擬)用同一光電管研究a、b兩種單色光產(chǎn)生的光電效應(yīng)，得到光電流I與光電管兩極間所加電壓U的關(guān)系如圖所示。關(guān)于這兩種光的比較，下列說(shuō)法正確的是()Aa光的頻率大Bb光子的能量小C增大a光光照強(qiáng)度，其對(duì)應(yīng)的飽和電流增大Da光照射該光電管時(shí)逸出的光電子最大初動(dòng)能大解析：選C由題圖可得b光照射光電管時(shí)反向遏止電壓大，由EkmhW0eUc可知b光照射光電管時(shí)逸出的光電子最大初動(dòng)能大，故D錯(cuò)誤；由D的分析可知b光的頻率大，光子的能量大，故A、B錯(cuò)誤；增大a光光照強(qiáng)度，單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的光電子數(shù)增多，所以飽和電流大，故C正確。2多選(2018·宿遷期末)如圖所示為金屬A和B的遏止電壓Uc和入射光頻率的關(guān)系圖像，由圖可知()A金屬A的逸出功大于金屬B的逸出功B金屬A的截止頻率小于金屬B的截止頻率C圖像的斜率為普朗克常量D如果用頻率為5.5×1014 Hz的入射光照射兩種金屬，從金屬A逸出光電子的最大初動(dòng)能較大解析：選BD根據(jù)愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程EkmhW0及能量守恒定律方程：eUcEkm，得：Uc。當(dāng)Uc0時(shí)，對(duì)應(yīng)的頻率為截止頻率，由題圖知，金屬A的截止頻率小于金屬B的截止頻率，故B正確；截止頻率對(duì)應(yīng)的光子能量等于金屬的逸出功，金屬的逸出功為W0hc，c是截止頻率，所以金屬A的逸出功小于金屬B的逸出功，故A錯(cuò)誤；根據(jù)Uc，斜率為，故C錯(cuò)誤；由于A的逸出功較小，用相同頻率的光照射A、B兩金屬時(shí)，從金屬A逸出光電子的最大初動(dòng)能較大，故D正確。3(2019·如東檢測(cè))下表是按照密立根的方法研究光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)時(shí)得到的某金屬的遏止電壓Uc與照射光頻率的幾組數(shù)據(jù)，并由此繪制Uc­圖像如圖甲所示(已知e1.6×1019C)。求：Uc/V0.5410.6370.7140.8090.878/(×1014 Hz)5.6445.8886.0986.3036.501(1)這種金屬的截止頻率；(2)普朗克常量；(3)如圖乙，在給定的坐標(biāo)系中完成光電子最大初動(dòng)能Ek­關(guān)系圖像。解析：(1)由題圖甲可知，金屬的極限頻率04.25×1014 Hz。(2)在圖像中取(5.50×1014 Hz,0.50 V)點(diǎn)，設(shè)普朗克常量為h，由動(dòng)能定理和光電效應(yīng)方程可得eUc0EkEkhh0則Uc0解得h6.4×1034 J·s。(3)由于Ekhh0Ek­關(guān)系圖像如圖所示。答案：(1)4.25×1014 Hz(2)6.4×1034 J·s(3)圖見(jiàn)解析突破點(diǎn)(三)對(duì)波粒二象性的理解1對(duì)光的波動(dòng)性和粒子性的進(jìn)一步理解光的波動(dòng)性光的粒子性實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)干涉和衍射光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)表現(xiàn)光是一種概率波，即光子在空間各點(diǎn)出現(xiàn)的可能性大小(概率)可用波動(dòng)規(guī)律來(lái)描述大量的光子在傳播時(shí)，表現(xiàn)出光的波動(dòng)性當(dāng)光同物質(zhì)發(fā)生作用時(shí)，這種作用是“一份一份”進(jìn)行的，表現(xiàn)出粒子的性質(zhì)少量或個(gè)別光子容易顯示出光的粒子性說(shuō)明光的波動(dòng)性是光子本身的一種屬性，不是光子之間相互作用產(chǎn)生的光的波動(dòng)性不同于宏觀觀念的波粒子的含義是“不連續(xù)”、“一份一份”的光子不同于宏觀觀念的粒子2波動(dòng)性和粒子性的對(duì)立與統(tǒng)一(1)大量光子易顯示出波動(dòng)性，而少量光子易顯示出粒子性。(2)波長(zhǎng)長(zhǎng)(頻率低)的光波動(dòng)性強(qiáng)，而波長(zhǎng)短(頻率高)的光粒子性強(qiáng)。(3)光子說(shuō)并未否定波動(dòng)說(shuō)，Eh中，和就是波的概念。(4)波和粒子在宏觀世界是不能統(tǒng)一的，而在微觀世界卻是統(tǒng)一的。3物質(zhì)波(1)定義：任何運(yùn)動(dòng)著的物體都有一種波與之對(duì)應(yīng)，這種波叫做物質(zhì)波，也叫德布羅意波。(2)物質(zhì)波的波長(zhǎng)：，h是普朗克常量。題點(diǎn)全練1多選(2018·金陵中學(xué)期末)利用金屬晶格(大小約1010 m)作為障礙物觀察電子的衍射圖樣，方法是讓電子束通過(guò)電場(chǎng)加速后，照射到金屬晶格上，從而得到電子的衍射圖樣。已知電子質(zhì)量為m，電荷量為e，初速度為0，加速電壓為U，普朗克常量為h。下列說(shuō)法正確的是()A該實(shí)驗(yàn)說(shuō)明了電子具有波動(dòng)性B實(shí)驗(yàn)中電子束的德布羅意波的波長(zhǎng)為C加速電壓U越大，電子衍射現(xiàn)象越明顯D若用相同動(dòng)能的質(zhì)子替代電子，衍射現(xiàn)象將更加明顯解析：選AB該實(shí)驗(yàn)觀察電子的衍射圖樣，衍射現(xiàn)象說(shuō)明粒子的波動(dòng)性，A正確；電子束通過(guò)電場(chǎng)加速，由動(dòng)能定理可得eUmv2，故有pmv，所以實(shí)驗(yàn)中電子束的德布羅意波的波長(zhǎng)為，加速電壓U越大，波長(zhǎng)越小，那么，衍射現(xiàn)象越不明顯，B正確，C錯(cuò)誤；若用相同動(dòng)能的質(zhì)子替代電子，質(zhì)量變大，那么粒子動(dòng)量p變大，故德布羅意波的波長(zhǎng)變小，故衍射現(xiàn)象將不明顯，D錯(cuò)誤。2多選實(shí)物粒子和光都具有波粒二象性，下列現(xiàn)象或事實(shí)中突出體現(xiàn)波動(dòng)性的是()A光的衍射現(xiàn)象B電子束通過(guò)雙縫實(shí)驗(yàn)后可以形成干涉圖樣C人們利用電子顯微鏡觀測(cè)物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)D光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，光電子的最大初動(dòng)能與入射光的頻率有關(guān)，與入射光的強(qiáng)度無(wú)關(guān)解析：選ABC衍射是波具有的特性，所以光的衍射現(xiàn)象說(shuō)明光具有波動(dòng)性，故A正確；干涉是波具有的特性，電子束通過(guò)雙縫實(shí)驗(yàn)裝置后可以形成干涉圖樣，說(shuō)明電子具有波動(dòng)性，故B正確；人們利用電子顯微鏡觀測(cè)物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)，說(shuō)明電子可以產(chǎn)生衍射現(xiàn)象，說(shuō)明電子具有波動(dòng)性，故C正確；光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)，是能夠從金屬中打出光電子，說(shuō)明的是光的粒子性，不能說(shuō)明光的波動(dòng)性，故D錯(cuò)誤。