（全國(guó)通用版）2019版高考物理一輪復(fù)習(xí) 第十二章 波粒二象性 原子結(jié)構(gòu) 原子核 12.1 波粒二象性課件.ppt

選修3-5 第十二章波粒二象性 原子結(jié)構(gòu)原子核 第1講波粒二象性,【知識(shí)導(dǎo)圖】,光電子,電子,大于,增大,h,h-W0,干涉,波動(dòng)性,光電效應(yīng),粒子性,波動(dòng),粒子,【微點(diǎn)撥】 1.對(duì)光強(qiáng)的理解: 單位時(shí)間、單位面積接收到光的能量,與光子頻率和光子數(shù)目都有關(guān)。,2.光電效應(yīng)規(guī)律的“四點(diǎn)”理解: (1)放不放光電子,看入射光的最低頻率。 (2)放多少光電子,看光的強(qiáng)度。 (3)光電子的最大初動(dòng)能大小,看入射光的頻率。 (4)要放光電子,瞬時(shí)放。,3.關(guān)于飽和光電流的兩點(diǎn)說明: (1)在一定的光照條件下,飽和光電流與所加電壓大小無關(guān)。 (2)對(duì)于不同頻率的光,飽和光電流與入射光強(qiáng)度之間無簡(jiǎn)單的正比關(guān)系。,【慧眼糾錯(cuò)】 (1)只要光照射的時(shí)間足夠長(zhǎng),任何金屬都能發(fā)生光電 效應(yīng)。 糾錯(cuò):_ _。 (2)光電子就是光子。 糾錯(cuò):_。,發(fā)生光電效應(yīng)的條件是入射光的頻率不小于金,屬的截止頻率,光電子是被光子打出的電子,其實(shí)質(zhì)是電子,(3)光照強(qiáng)度越大,飽和光電流越大。 糾錯(cuò):_ _。 (4)入射光的頻率越大,金屬的逸出功越大。 糾錯(cuò):_ _。,在入射光的顏色不變的情況下,入射光越強(qiáng),飽,和光電流越大,金屬的逸出功由金屬本身性質(zhì)決定,與入射光,的頻率、強(qiáng)度無關(guān),(5)從金屬表面逸出的光電子的最大初動(dòng)能越大,這種 金屬的逸出功越小。 糾錯(cuò):_ _。 (6)光的頻率越大,光就只表現(xiàn)為粒子性。 糾錯(cuò):_ _。,金屬的逸出功由金屬本身性質(zhì)決定,與光電子的,最大初動(dòng)能無關(guān),光的頻率越大,光的粒子性越明顯,但仍具有波,動(dòng)性,考點(diǎn)1光電效應(yīng)規(guī)律 【典題探究】 【典例1】(多選)(2017全國(guó)卷)在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中,分別用頻率為a、b的單色光a、b照射到同種金屬上,測(cè)得相應(yīng)的遏止電壓分別為Ua和Ub、光電子的最大初動(dòng)能分別為Eka和Ekb。h為普朗克常量。下列說法正確的是 導(dǎo)學(xué)號(hào)04450252(),A.若ab,則一定有 Uab,則一定有EkaEkb C.若Uab,則一定有ha-Ekahb-Ekb,【解析】選B、C。由愛因斯坦光電效應(yīng)方程h=Ekm+W0,由動(dòng)能定理可得Ekm=eU,故當(dāng)ab時(shí),UaUb,EkaEkb,故A錯(cuò)誤,B正確;若Ua<Ub,則一定有Eka<Ekb,故C正確;由光電效應(yīng)方程可得:金屬的逸出功W0=ha-Eka=hb-Ekb,故D錯(cuò)誤。,【通關(guān)秘籍】 1.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:光強(qiáng)大光子數(shù)目多發(fā)射光電子多光電流大。 光子頻率高光子能量大光電子的最大初動(dòng)能大。,2.對(duì)光電效應(yīng)規(guī)律的解釋:,3.深入理解三個(gè)關(guān)系: (1)愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek=h-W0。 (2)光電子的最大初動(dòng)能Ek可以利用光電管用實(shí)驗(yàn)的方法測(cè)得,即Ek=eUc,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W0=hc。,【考點(diǎn)沖關(guān)】 1.(多選)(2016全國(guó)卷)現(xiàn)用某一光電管進(jìn)行光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn),當(dāng)用某一頻率的光入射時(shí),有光電流產(chǎn)生。下列說法正確的是(),A.保持入射光的頻率不變,入射光的光強(qiáng)變大,飽和光電流變大 B.入射光的頻率變高,飽和光電流變大 C.入射光的頻率變高,光電子的最大初動(dòng)能變大 D.保持入射光的光強(qiáng)不變,不斷減小入射光的頻率,始終有光電流產(chǎn)生 E.遏止電壓的大小與入射光的頻率有關(guān),與入射光的光強(qiáng)無關(guān),【解析】選A、C、E。保持入射光的頻率不變,入射光 的光強(qiáng)變大,單位時(shí)間內(nèi)光電子變多,飽和光電流變 大,A對(duì);據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程 =h-W0可知, 入射光的頻率變高,光電子的最大初動(dòng)能變大,飽和光 電流不變,B錯(cuò)、C對(duì);當(dāng)h<W0時(shí)沒有光電流產(chǎn)生,D錯(cuò); 由 =eU遏可知遏止電壓的大小與入射光的頻率有 關(guān),與入射光的光強(qiáng)無關(guān),E對(duì)。故選A、C、E。,2. (2018陽(yáng)江模擬)用圖所示的光電管研究光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中,用某種頻率的單色光a照射光電管陰極K,電流計(jì)G的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)。而用另一頻率的單色光b照射光電管陰極K時(shí),電流計(jì)G的指針不發(fā)生偏轉(zhuǎn),那么 (),A.a光的波長(zhǎng)一定大于b光的波長(zhǎng) B.增加b光的強(qiáng)度可能使電流計(jì)G的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn) C.用a光照射光電管陰極K時(shí)通過電流計(jì)G的電流是由d到c D.只增加a光的強(qiáng)度可使通過電流計(jì)G的電流增大,【解析】選D。用一定頻率的a單色光照射光電管時(shí),電流計(jì)指針會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn),知a0,a光的波長(zhǎng)小于b光的波長(zhǎng),故A項(xiàng)錯(cuò)誤;發(fā)生光電效應(yīng)的條件:0,增加b光的強(qiáng)度不能使電流計(jì)G的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn),故B項(xiàng)錯(cuò)誤;發(fā)生光電效應(yīng)時(shí),電子從光電管左端運(yùn)動(dòng)到右端,而電流的方向與電子定向移動(dòng)的方向相反,所以流過電流計(jì)G的電流方向是c流向d,故C項(xiàng)錯(cuò)誤;增加a光的強(qiáng)度可使通過電流計(jì)G的電流增大,故D項(xiàng)正確。,【加固訓(xùn)練】 (2018寧德模擬)如圖所示,當(dāng)電鍵K斷 開時(shí),用頻率為的一束光照射陰極P, 發(fā)現(xiàn)電流表讀數(shù)不為零,合上電鍵,調(diào) 節(jié)滑動(dòng)變阻器,發(fā)現(xiàn)當(dāng)電壓表讀數(shù)小于 U時(shí),電流表讀數(shù)仍不為零;當(dāng)電壓表讀數(shù)大于或等于U時(shí),電流表讀數(shù)為零。已知普朗克常量為h,電子的電荷量為e。則這種陰極材料的極限頻率為(),【解析】選B。合上電鍵,調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器,發(fā)現(xiàn)當(dāng)電壓 表讀數(shù)小于U時(shí),電流表讀數(shù)仍不為零;當(dāng)電壓表讀數(shù)大 于或等于U時(shí),電流表讀數(shù)為零;根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng) 方程,陰極材料的逸出功為:eU=Ekm=h-W=h-h0。 那么這種陰極材料的極限頻率為0=- ,故A、C、 D項(xiàng)錯(cuò)誤,B項(xiàng)正確。,考點(diǎn)2光電效應(yīng)的圖象分析 【典題探究】 【典例2】(2015全國(guó)卷)在某次 光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中,得到的遏止電壓Uc 與入射光的頻率的關(guān)系如圖所示, 若該直線的斜率和截距分別為k和b,電子電荷量的,絕對(duì)值為e,則普朗克常量可表示為_,所用材料的逸出功可表示為_。導(dǎo)學(xué)號(hào)04450253,【解析】由題意可得eUc= =h-W,變形為Uc= ,結(jié)合圖象可知 所以h=ek, W=-eb。 答案:ek-eb,【遷移訓(xùn)練】,遷移1:光電效應(yīng)的Ek-圖象 (2018南平模擬)用如圖甲所示的裝置研究光電效應(yīng)現(xiàn)象,閉合電鍵S,用頻率為的光照射光電管時(shí)發(fā)生了光電效應(yīng)。圖乙是該光電管發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)光電子的最大初動(dòng)能Ek與入射光頻率的關(guān)系圖象,圖線與橫軸的交點(diǎn)坐標(biāo)為(a,0),與縱軸的交點(diǎn)坐標(biāo)為(0,-b),下列說法中正確的是(),A.普朗克常量為h= B.斷開電鍵S后,電流表G的示數(shù)不為零 C.僅增加照射光的強(qiáng)度,光電子的最大初動(dòng)能將增大 D.保持照射光強(qiáng)度不變,僅提高照射光頻率,電流表G的示數(shù)保持不變,【解析】選B。根據(jù)Ekm=h-W0得,縱軸截距的絕對(duì)值等 于金屬的逸出功,等于b,當(dāng)最大初動(dòng)能為零時(shí),入射光 的頻率等于截止頻率,所以金屬的截止頻率為0=a,那 么普朗克常量為h= ,故A項(xiàng)錯(cuò)誤;電鍵S斷開后,因光 電效應(yīng)現(xiàn)象中,光電子存在最大初動(dòng)能,因此電流表G 的示數(shù)不為零,故B項(xiàng)正確;根據(jù)光電效應(yīng)方程可知,入射光的頻率與最大初動(dòng)能有關(guān),與光的強(qiáng)度無關(guān),故C項(xiàng)錯(cuò)誤;若保持照射光強(qiáng)度不變,僅提高照射光頻率,則光子數(shù)目減小,那么電流表G的示數(shù)會(huì)減小,故D項(xiàng)錯(cuò)誤。,遷移2:光電效應(yīng)的I-U圖象 (2018南寧模擬)某同學(xué)采用如圖甲所示的裝置研究光電效應(yīng)現(xiàn)象,分別用a、b、c三束單色光照射圖甲中的光電管的陰極,得到光電管兩端的電壓與相應(yīng)的光電流的關(guān)系如圖乙所示,其中a、c兩束光照射時(shí)對(duì)應(yīng)的遏止電壓相同,均為Ua,則下列論述正確的是 () 導(dǎo)學(xué)號(hào)04450254,A.a、c兩束光的光強(qiáng)相同 B.a、c兩束光的頻率相同 C.b光束光子的能量最小 D.b光束的波長(zhǎng)最長(zhǎng),遏止電壓最大,【解析】選B。由圖可知,a的飽和電流最大,因此a光束照射時(shí)單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的光電子數(shù)量大,光強(qiáng)大,故A項(xiàng)錯(cuò)誤;當(dāng)光電流為零時(shí),光電管兩端加的電壓為遏止電壓,對(duì)應(yīng)的光的頻率為截止頻率,根據(jù)eU=h-W,入射光的頻率越高,對(duì)應(yīng)的遏止電壓U越大。a光、c光的遏止電壓相等,所以a光、c光的頻率相等,而b光的頻率大,能量大,且對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)最小,故B項(xiàng)正確,C、D項(xiàng)錯(cuò)誤。,遷移3:光電效應(yīng)的Uc-圖象 如圖為密立根研究某金屬的遏止電壓Uc和入射光頻率的關(guān)系圖象,則下列說法正確的是 (),A.圖象的斜率為普朗克常量 B.該金屬的截止頻率約為5.51014 Hz C.由圖象可得該金屬的逸出功為0.5 eV D.由圖象可知,光電子的最大初動(dòng)能與入射光的頻率成一次函數(shù)關(guān)系,【解析】選D。根據(jù)光電效應(yīng)方程得,Ekm=h-W0,又 Ekm=eUc,解得Uc= ,可知圖線的斜率k= ,故A 項(xiàng)錯(cuò)誤;當(dāng)遏止電壓為零時(shí),入射光的頻率等于金屬的 截止頻率,大約為4.21014 Hz,故B項(xiàng)錯(cuò)誤;圖線的斜 率k= ,則逸出功W0=h0=ke0= 4.2 1014 eV=1.6 eV,故C項(xiàng)錯(cuò)誤;根據(jù)光電效應(yīng)方程得, Ekm=h-W0,即eUc=h-W0,光電子的最大初動(dòng)能與入 射光的頻率成一次函數(shù)關(guān)系,故D項(xiàng)正確。,【通關(guān)秘籍】 1.由Ek-圖象可以得到的信息: (1)極限頻率:圖線與軸交點(diǎn)的橫坐標(biāo)c。 (2)逸出功:圖線與Ek軸交點(diǎn)的縱坐標(biāo)的絕對(duì)值E=W0。 (3)普朗克常量:圖線的斜率k=h。,2.由I-U圖象可以得到的信息: (1)遏止電壓Uc:圖線與橫軸的交點(diǎn)的絕對(duì)值。 (2)飽和光電流Im:電流的最大值。 (3)最大初動(dòng)能:Ekm=eUc。,3.由Uc-圖象可以得到的信息: (1)截止頻率c:圖線與橫軸的交點(diǎn)。 (2)遏止電壓Uc:隨入射光頻率的增大而增大。 (3)普朗克常量h:等于圖線的斜率與電子電荷量的乘積,即h=ke。(注:此時(shí)兩極之間接反向電壓),【加固訓(xùn)練】 (2018武漢模擬)下表是按照密立根的方法進(jìn)行光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)時(shí)得到的某金屬的遏止電壓Uc和入射光的頻率的幾組數(shù)據(jù)。,由以上數(shù)據(jù)應(yīng)用Excel描點(diǎn)連線,可得直線方程 Uc=0.397 3 -1.702 4,如圖所示。,則這種金屬的截止頻率約為() A.3.51014 Hz B.4.31014 Hz C.5.51014 Hz D.6.01014 Hz,【解析】選B。根據(jù)光電效應(yīng)方程得:Ekm=h-W0= h-h0,解得:Uc= 與直線方程 Uc=0.397 3 -1.702 4,比較可知,圖線的斜率為: 同時(shí): =1.702 4,聯(lián)立得:04.3 1014 Hz。故B項(xiàng)正確,A、C、D項(xiàng)錯(cuò)誤。,考點(diǎn)3光的波粒二象性物質(zhì)波 【典題探究】 【典例3】(多選)(2015全國(guó)卷改編)實(shí)物粒子和 光都具有波粒二象性,下列事實(shí)中突出體現(xiàn)波動(dòng)性的 是 () 導(dǎo)學(xué)號(hào)04450255,A.射線在云室中穿過會(huì)留下清晰的徑跡 B.人們利用慢中子衍射來研究晶體的結(jié)構(gòu) 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)度無關(guān),【解析】選B、C。射線在云室中穿過會(huì)留下清晰的徑跡,可以說明射線是一種粒子,故A錯(cuò)誤;人們利用慢中子衍射來研究晶體的結(jié)構(gòu),慢中子衍射說明中子是一種波,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),利用了電子束的德布羅意波長(zhǎng)短,提高顯微鏡的分辨率,說明電子是一種波,故C正確;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)度無關(guān),說明光是一種粒子,故D錯(cuò)誤。,【通關(guān)秘籍】 1.光的波粒二象性:光的干涉、衍射、偏振現(xiàn)象證明光具有波動(dòng)性,光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)說明光具有粒子性。光既具有波動(dòng)性,又具有粒子性,稱為光的波粒二象性。光既有波動(dòng)性,又有粒子性,兩者不是孤立的,而是有機(jī)的統(tǒng)一體。,2.表現(xiàn)規(guī)律: (1)從數(shù)量上看:個(gè)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(dòng)性。 (2)從頻率上看:頻率越低波動(dòng)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,越不容易看到光的干涉和衍射現(xiàn)象,貫穿本領(lǐng)越強(qiáng)。,(3)從傳播與作用上看:光在傳播過程中往往表現(xiàn)出波 動(dòng)性;在與物質(zhì)發(fā)生作用時(shí)往往表現(xiàn)為粒子性。 (4)波動(dòng)性與粒子性的統(tǒng)一:由光子的能量E=h、光子 的動(dòng)量表達(dá)式p= 也可以看出,光的波動(dòng)性和粒子性 并不矛盾:表示粒子性的粒子能量和動(dòng)量的計(jì)算式中都 含有表示波的特征的物理量頻率和波長(zhǎng)。,(5)理解光的波粒二象性時(shí)不可把光當(dāng)成宏觀概念中的波,也不可把光當(dāng)成宏觀概念中的粒子。,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 種波叫作物質(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。 (3)德布羅意波也是概率波,衍射圖樣中的亮圓是電子 落點(diǎn)概率大的地方,但概率的大小受波動(dòng)規(guī)律的支配。,【考點(diǎn)沖關(guān)】 1.(2018朔州模擬)下列有關(guān)光的波粒二象性的說法中,正確的是 () A.有的光是波,有的光是粒子 B.光子與電子是同樣的一種粒子 C.光的波長(zhǎng)越長(zhǎng),其波動(dòng)性越顯著;波長(zhǎng)越短,其粒子性越顯著 D.大量光子的行為往往顯示出粒子性,【解析】選C。光既有波動(dòng)性又有粒子性,故A項(xiàng)錯(cuò)誤;光子不帶電,沒有靜止質(zhì)量,而電子帶負(fù)電,有質(zhì)量,故B項(xiàng)錯(cuò)誤;光的波長(zhǎng)越長(zhǎng),其波動(dòng)性越顯著,波長(zhǎng)越短,其粒子性越顯著,故C項(xiàng)正確;個(gè)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(dòng)性,故D項(xiàng)錯(cuò)誤。,2.(多選)物理學(xué)家做了一個(gè)有趣的實(shí)驗(yàn):在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中,在光屏處放上照相底片,若減小入射光的強(qiáng)度,使光子只能一個(gè)一個(gè)地通過狹縫。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,如果曝光時(shí)間不太長(zhǎng),底片上只能出現(xiàn)一些如圖甲所示不規(guī)則的點(diǎn)子;如果曝光時(shí)間足夠長(zhǎng),底片上就會(huì)出現(xiàn)如圖丙所示規(guī)則的干涉條紋。對(duì)于這個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的認(rèn)識(shí)正確的是導(dǎo)學(xué)號(hào)04450256(),A.單個(gè)光子的運(yùn)動(dòng)沒有確定的軌道 B.曝光時(shí)間不長(zhǎng)時(shí),光的能量太小,底片上的條紋看不清楚,故出現(xiàn)不規(guī)則的點(diǎn)子 C.干涉條紋中明亮的部分是光子到達(dá)機(jī)會(huì)較多的地方 D.大量光子的行為表現(xiàn)為波動(dòng)性,【解析】選A、C、D。由于光的傳播不是連續(xù)的而是一 份一份的,每一份就是一個(gè)光子,所以每次通過狹縫只 有一個(gè)光子,當(dāng)一個(gè)光子到達(dá)某一位置時(shí)該位置感光而 留下痕跡,由于單個(gè)光子表現(xiàn)粒子性,即每一個(gè)光子所 到達(dá)的區(qū)域是不確定的,但是大量光子表現(xiàn)出波動(dòng)性, 所以長(zhǎng)時(shí)間曝光后最終形成了圖丙中明暗相間的條紋,干涉條紋中明亮的部分是光子到達(dá)機(jī)會(huì)較多的地方,該實(shí)驗(yàn)說明了光具有波粒二象性,所以A、C、D項(xiàng)正確,B項(xiàng)錯(cuò)誤。,【加固訓(xùn)練】 關(guān)于波粒二象性,下列說法正確的是() A.能量越大的光子其波動(dòng)性越顯著 B.動(dòng)能相等的質(zhì)子和電子,它們的德布羅意波長(zhǎng)也相等 C.黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布只與黑體的溫度有關(guān) D.若光子與一個(gè)靜止的自由電子發(fā)生作用,則光子被電子散射后波長(zhǎng)會(huì)變小,【解析】選C。能量較大的光子的波長(zhǎng)短,其粒子性越 顯著,故A項(xiàng)錯(cuò)誤;由p= 及p= 可知,動(dòng)能相同的 質(zhì)子和電子,其動(dòng)量不同,故其波長(zhǎng)也不相同,故B項(xiàng)錯(cuò) 誤;根據(jù)黑體輻射實(shí)驗(yàn)的規(guī)律可知:黑體輻射電磁波的 強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布只與黑體的溫度有關(guān),故C項(xiàng)正確; 光子與一個(gè)靜止的自由電子發(fā)生作用,根據(jù)動(dòng)量守恒知, 光子動(dòng)量減小,根據(jù)德布羅意波長(zhǎng)= 知,散射后波長(zhǎng) 變大,故D項(xiàng)錯(cuò)誤。,