2019年高考物理一輪復(fù)習(xí) 第十二章 波粒二象性 原子結(jié)構(gòu)與原子核 第1講 光電效應(yīng) 波粒二象性課件.ppt

第1講光電效應(yīng)波粒二象性 第十二章波粒二象性原子結(jié)構(gòu)與原子核 內(nèi)容索引 基礎(chǔ)知識(shí)梳理 命題點(diǎn)一光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律 命題點(diǎn)二光電效應(yīng)方程和光電效應(yīng)圖象 命題點(diǎn)三光的波粒二象性和物質(zhì)波 課時(shí)作業(yè) 基礎(chǔ)知識(shí)梳理 1 1 光電效應(yīng)及其規(guī)律 1 光電效應(yīng)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(yīng)的產(chǎn)生條件入射光的頻率金屬的極限頻率 電子 光電子 大于等于 3 光電效應(yīng)規(guī)律 每種金屬都有一個(gè)極限頻率 入射光的頻率必須這個(gè)極限頻率才能產(chǎn)生光電效應(yīng) 光電子的最大初動(dòng)能與入射光的無關(guān) 只隨入射光頻率的增大而 光電效應(yīng)的發(fā)生幾乎是瞬時(shí)的 一般不超過10 9s 當(dāng)入射光的頻率大于極限頻率時(shí) 飽和光電流的大小與入射光的強(qiáng)度成 大于等于 增大 強(qiáng)度 正比 2 愛因斯坦光電效應(yīng)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(gè)光子 光子的能量 2 逸出功W0 電子從金屬中逸出所需做功的 3 最大初動(dòng)能 發(fā)生光電效應(yīng)時(shí) 金屬表面上的吸收光子后克服原子核的引力逸出時(shí)所具有的動(dòng)能的最大值 4 光電效應(yīng)方程 表達(dá)式 h Ek W0或Ek h 最小值 電子 h W0 物理意義 金屬表面的電子吸收一個(gè)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W0 剩下的表現(xiàn)為逸出后電子的最大初動(dòng)能 3 光的波粒二象性 1 波動(dòng)性 光的干涉 衍射 偏振現(xiàn)象證明光具有性 2 粒子性 光電效應(yīng) 康普頓效應(yīng)說明光具有性 3 光既具有性 又具有性 稱為光的波粒二象性 波動(dòng) 粒子 波動(dòng) 粒子 4 物質(zhì)波 1 概率波光的干涉現(xiàn)象是大量光子的運(yùn)動(dòng)遵守波動(dòng)規(guī)律的表現(xiàn) 亮條紋是光子到達(dá)概率的地方 暗條紋是光子到達(dá)概率的地方 因此光波又叫概率波 2 物質(zhì)波任何一個(gè)運(yùn)動(dòng)著的物體 小到微觀粒子大到宏觀物體都有一種波與它對(duì)應(yīng) 其波長 p為運(yùn)動(dòng)物體的動(dòng)量 h為普朗克常量 大 小 1 判斷下列說法是否正確 1 任何頻率的光照射到金屬表面都可以發(fā)生光電效應(yīng) 2 光電子的最大初動(dòng)能與入射光子的頻率成正比 3 光的頻率越高 光的粒子性越明顯 但仍具有波動(dòng)性 4 德國物理學(xué)家普朗克提出了量子假說 成功地解釋了光電效應(yīng)規(guī)律 5 美國物理學(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 6 法國物理學(xué)家德布羅意大膽預(yù)言了實(shí)物粒子具有波動(dòng)性 2 人教版選修3 5P30演示實(shí)驗(yàn)改編 多選 如圖所示 用導(dǎo)線把驗(yàn)電器與鋅板相連接 當(dāng)用紫外線照射鋅板時(shí) 發(fā)生的現(xiàn)象是A 有光子從鋅板逸出B 有電子從鋅板逸出C 驗(yàn)電器指針張開一個(gè)角度D 鋅板帶負(fù)電 答案 3 人教版選修3 5P36第2題改編 多選 在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中 用頻率為 的光照射光電管陰極 發(fā)生了光電效應(yīng) 下列說法正確的是A 增大入射光的強(qiáng)度 光電流增大B 減小入射光的強(qiáng)度 光電效應(yīng)現(xiàn)象消失C 改用頻率小于 的光照射 一定不發(fā)生光電效應(yīng)D 改用頻率大于 的光照射 光電子的最大初動(dòng)能變大 答案 解析 增大入射光強(qiáng)度 單位時(shí)間內(nèi)照射到單位面積上的光子數(shù)增加 則光電流將增大 故選項(xiàng)A正確 光電效應(yīng)是否發(fā)生取決于入射光的頻率 而與入射光強(qiáng)度無關(guān) 故選項(xiàng)B錯(cuò)誤 用頻率為 的光照射光電管陰極 發(fā)生光電效應(yīng) 用頻率較小的光照射時(shí) 若光的頻率仍大于極限頻率 則仍會(huì)發(fā)生光電效應(yīng) 選項(xiàng)C錯(cuò)誤 根據(jù)h W逸 mv2可知 增大入射光頻率 光電子的最大初動(dòng)能也增大 故選項(xiàng)D正確 4 粵教版選修3 5P40第2題 多選 下列說法中正確的是A 光的波粒二象性學(xué)說徹底推翻了麥克斯韋的光的電磁說B 在光的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中 暗條紋的地方是光子永遠(yuǎn)不能到達(dá)的地方C 光的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中 大量光子打在光屏上的落點(diǎn)是有規(guī)律的 暗紋處落下光子的概率小D 單個(gè)光子具有粒子性 大量光子具有波動(dòng)性E 光的波動(dòng)性是因?yàn)楣庾又g的相互作用的結(jié)果 答案 2 命題點(diǎn)一光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律 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 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 多選 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 例1 答案 解析 在發(fā)生光電效應(yīng)時(shí) 飽和光電流大小由光照強(qiáng)度來決定 與頻率無關(guān) 光照強(qiáng)度越大飽和光電流越大 因此A正確 B錯(cuò)誤 根據(jù)Ekm h W0可知 對(duì)于同一光電管 逸出功W0不變 當(dāng)頻率變高 光電子的最大初動(dòng)能Ekm變大 因此C正確 由光電效應(yīng)規(guī)律可知 當(dāng)頻率低于截止頻率時(shí)無論光照強(qiáng)度多大 都不會(huì)有光電流產(chǎn)生 因此D錯(cuò)誤 對(duì)光電效應(yīng)的四點(diǎn)提醒1 能否發(fā)生光電效應(yīng) 不取決于光的強(qiáng)度而取決于光的頻率 2 光電效應(yīng)中的 光 不是特指可見光 也包括不可見光 3 逸出功的大小由金屬本身決定 與入射光無關(guān) 4 光電子不是光子 而是電子 1 多選 下列對(duì)光電效應(yīng)的理解 正確的是A 金屬鈉的每個(gè)電子可以吸收一個(gè)或一個(gè)以上的光子 當(dāng)它積累的動(dòng)能足夠大時(shí) 就能逸出金屬B 如果入射光子的能量小于金屬表面的電子克服原子核的引力而逸出時(shí)所需做的最小功 便不能發(fā)生光電效應(yīng)C 發(fā)生光電效應(yīng)時(shí) 入射光越強(qiáng) 光子的能量就越大 光電子的最大初動(dòng)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(chǎn)生光電效應(yīng) 入射光的最低頻率也不同 答案 2 多選 用如圖所示的光電管研究光電效應(yīng) 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光的頻率一定大于b光的頻率B 只增加a光的強(qiáng)度可使通過電流計(jì)G的電流增大C 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)D 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 答案 3 幾種金屬的逸出功W0見下表 用一束可見光照射上述金屬的表面 請通過計(jì)算說明哪些能發(fā)生光電效應(yīng) 已知該可見光的波長范圍為4 0 10 7 7 6 10 7m 普朗克常數(shù)h 6 63 10 34J s 答案 解析 鈉 鉀 銣能發(fā)生光電效應(yīng) 光子的能量E 取 4 0 10 7m 則E 5 0 10 19J根據(jù)E W0判斷 鈉 鉀 銣能發(fā)生光電效應(yīng) 3 命題點(diǎn)二光電效應(yīng)方程和光電效應(yīng)圖象 1 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 h c 2 四類圖象 利用如圖甲所示的裝置研究光電效應(yīng)現(xiàn)象 當(dāng)用光子能量為5eV的光照射到光電管上時(shí) 測得電流計(jì)上的示數(shù)隨電壓變化的圖象如圖乙所示 則光電子的最大初動(dòng)能為 J 金屬的逸出功為 J 例2 答案 解析 2eV 3 2 10 19J 根據(jù)光電效應(yīng)方程Ekm h W0 得W0 3eV 4 8 10 19J 3 2 10 19 4 8 10 19 遏止電壓 4 2015 新課標(biāo) 35 1 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 ek eb eUc Ekm Ekm h W0 整理得Uc 斜率即 k 所以h ek 截距為b 即eb W0 所以W0 eb 答案 解析 5 在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中 飛飛同學(xué)用同一光電管在不同實(shí)驗(yàn)條件下得到了三條光電流與電壓之間的關(guān)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(duì)應(yīng)的截止頻率大于丙光的截止頻率D 甲光對(duì)應(yīng)的光電子最大初動(dòng)能大于丙光的光電子最大初動(dòng)能 答案 分析 截止頻率相同 甲 乙 丙 6 多選 如圖所示是用光照射某種金屬時(shí)逸出的光電子的最大初動(dòng)能隨入射光頻率的變化圖線 直線與橫軸的交點(diǎn)坐標(biāo)為4 27 與縱軸交點(diǎn)坐標(biāo)為0 5 由圖可知A 該金屬的截止頻率為4 27 1014HzB 該金屬的截止頻率為5 5 1014HzC 該圖線的斜率表示普朗克常量D 該金屬的逸出功為0 5eV 答案 解析 圖線在橫軸上的截距為截止頻率 A正確 B錯(cuò)誤 由光電效應(yīng)方程Ek h W0 可知k h C正確 金屬的逸出功為 W0 h c eV 1 77eV D錯(cuò)誤 7 如圖甲所示是研究光電效應(yīng)規(guī)律的光電管 用波長 0 50 m的綠光照射陰極K 實(shí)驗(yàn)測得流過 表的電流I與AK之間的電勢差UAK滿足如圖乙所示規(guī)律 取普朗克常量h 6 63 10 34J s 結(jié)合圖象 求 結(jié)果保留兩位有效數(shù)字 答案 解析 4 0 1012個(gè)9 6 10 20J 1 每秒鐘陰極發(fā)射的光電子數(shù)和光電子飛出陰極K時(shí)的最大初動(dòng)能 光電流達(dá)到飽和時(shí) 陰極發(fā)射的光電子全部到達(dá)陽極A 陰極每秒鐘發(fā)射的光電子的個(gè)數(shù)n 個(gè) 4 0 1012 個(gè) 光電子的最大初動(dòng)能為 Ekm eUc 1 6 10 19C 0 6V 9 6 10 20J 2 該陰極材料的極限波長 答案 解析 0 66 m 設(shè)陰極材料的極限波長為 c 根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程 Ekm 代入數(shù)據(jù)得 c 0 66 m 4 命題點(diǎn)三光的波粒二象性和物質(zhì)波 光的波粒二象性的規(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 貫穿本領(lǐng)越強(qiáng) 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(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 多選 2015 課標(biāo) 35 1 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A 電子束通過雙縫實(shí)驗(yàn)裝置后可以形成干涉圖樣B 射線在云室中穿過會(huì)留下清晰的徑跡C 人們利用慢中子衍射來研究晶體的結(jié)構(gòu)D 人們利用電子顯微鏡觀測物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu) 例3 答案 8 下列各組現(xiàn)象能說明光具有波粒二象性的是A 光的色散和光的干涉B 光的干涉和光的衍射C 泊松亮斑和光電效應(yīng)D 光的反射和光電效應(yīng) 答案 9 多選 1927年戴維孫和湯姆孫分別完成了電子衍射實(shí)驗(yàn) 該實(shí)驗(yàn)是榮獲諾貝爾獎(jiǎng)的重大近代物理實(shí)驗(yàn)之一 如圖所示的是該實(shí)驗(yàn)裝置的簡化圖 下列說法正確的是A 亮條紋是電子到達(dá)概率大的地方B 該實(shí)驗(yàn)說明物質(zhì)波理論是正確的C 該實(shí)驗(yàn)再次說明光子具有波動(dòng)性D 該實(shí)驗(yàn)說明實(shí)物粒子具有波動(dòng)性 答案 10 多選 波粒二象性是微觀世界的基本特征 以下說法正確的有A 光電效應(yīng)現(xiàn)象揭示了光的粒子性B 熱中子束射到晶體上產(chǎn)生衍射圖樣說明中子具有波動(dòng)性C 黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律可用光的波動(dòng)性解釋D 動(dòng)能相等的質(zhì)子和電子 它們的德布羅意波長也相等 答案 課時(shí)作業(yè) 5 1 有一束紫外線照射某金屬時(shí)不能產(chǎn)生光電效應(yīng) 可能使金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)的措施是A 改用頻率更小的紫外線照射B 改用X射線照射C 改用強(qiáng)度更大的原紫外線照射D 延長原紫外線的照射時(shí)間 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 2 多選 已知某金屬發(fā)生光電效應(yīng)的截止頻率為 c 則A 當(dāng)用頻率為2 c的單色光照射該金屬時(shí) 一定能產(chǎn)生光電子B 當(dāng)用頻率為2 c的單色光照射該金屬時(shí) 所產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能為h cC 當(dāng)照射光的頻率 大于 c時(shí) 若 增大 則逸出功增大D 當(dāng)照射光的頻率 大于 c時(shí) 若 增大一倍 則光電子的最大初動(dòng)能也增大一倍 答案 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 該金屬的截止頻率為 c 則可知逸出功W0 h c 逸出功由金屬自身性質(zhì)決定 與照射光的頻率無關(guān) 因此C錯(cuò)誤 由光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律可知A正確 由光電效應(yīng)方程Ek h W0 將W0 h c代入可知B正確 D錯(cuò)誤 1 2 3 4 5 6 7 8 9 3 用光照射某種金屬 有光電子從金屬表面逸出 如果光的頻率不變 而減弱光的強(qiáng)度 則A 逸出的光電子數(shù)減少 光電子的最大初動(dòng)能不變B 逸出的光電子數(shù)減少 光電子的最大初動(dòng)能減小C 逸出的光電子數(shù)不變 光電子的最大初動(dòng)能減小D 光的強(qiáng)度減弱到某一數(shù)值 就沒有光電子逸出了 光的頻率不變 表示光子能量不變 仍會(huì)有光電子從該金屬表面逸出 逸出的光電子的最大初動(dòng)能也不變 而減弱光的強(qiáng)度 逸出的光電子數(shù)就會(huì)減少 選項(xiàng)A正確 答案 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 4 多選 如圖所示 電路中所有元件完好 但光照射到光電管上 靈敏電流計(jì)中沒有電流通過 其原因可能是A 入射光太弱B 入射光波長太長C 光照時(shí)間短D 電源正 負(fù)極接反 答案 解析 入射光波長太長 入射光的頻率低于截止頻率時(shí) 不能發(fā)生光電效應(yīng) 故選項(xiàng)B正確 電路中電源反接 對(duì)光電管加了反向電壓 若該電壓超過了遏止電壓 也沒有光電流產(chǎn)生 故選項(xiàng)D正確 1 2 3 4 5 6 7 8 9 5 多選 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 則這兩種光A 照射該光電管時(shí)a光使其逸出的光電子最大初動(dòng)能大B 從同種玻璃射入空氣發(fā)生全反射時(shí) 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(shí) a光的偏折程度大 答案 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 由圖可知b光照射時(shí)對(duì)應(yīng)遏止電壓Uc2大于a光照射時(shí)的遏止電壓Uc1 因eU mv2 所以b光照射時(shí)光電子最大初動(dòng)能大 且可得 b a b a A D錯(cuò)誤 C正確 b光折射率大于a光折射率 所以a光臨界角大 B正確 1 2 3 4 5 6 7 8 9 6 多選 如圖所示 是某金屬在光的照射下產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能Ek與入射光頻率 的關(guān)系圖象 由圖象可知A 該金屬的逸出功等于EB 該金屬的逸出功等于h cC 入射光的頻率為2 c時(shí) 產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能為ED 入射光的頻率為時(shí) 產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能為 答案 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 由愛因斯坦的光電效應(yīng)方程可得Ek h W0 對(duì)應(yīng)圖線可得 該金屬的逸出功W0 E h c A B均正確 若入射光的頻率為2 c 則產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能Ek 2h c W0 h c E 故C正確 入射光的頻率為時(shí) 該金屬不發(fā)生光電效應(yīng) D錯(cuò)誤 1 2 3 4 5 6 7 8 9 7 用很弱的光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn) 把入射光減弱到可以認(rèn)為光源和感光膠片之間不可能同時(shí)有兩個(gè)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(dòng)性B 光只有波動(dòng)性沒有粒子性C 少量光子的運(yùn)動(dòng)顯示波動(dòng)性 大量光子的運(yùn)動(dòng)顯示粒子性D 少量光子的運(yùn)動(dòng)顯示粒子性 大量光子的運(yùn)動(dòng)顯示波動(dòng)性 答案 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 光具有波粒二象性 這些照片說明少量光子的運(yùn)動(dòng)顯示粒子性 大量光子的運(yùn)動(dòng)顯示波動(dòng)性 故D正確 1 2 3 4 5 6 7 8 9 8 多選 如圖甲所示為實(shí)驗(yàn)小組利用100多個(gè)電子通過雙縫后的干涉圖樣 可以看出每一個(gè)電子都是一個(gè)點(diǎn) 如圖乙所示為該小組利用70000多個(gè)電子通過雙縫后的干涉圖樣 為明暗相間的條紋 則對(duì)本實(shí)驗(yàn)的理解正確的是A 圖甲體現(xiàn)了電子的粒子性B 圖乙體現(xiàn)了電子的粒子性C 單個(gè)電子運(yùn)動(dòng)軌道是確定的D 圖乙中暗條紋處仍有電子到達(dá) 只不過到達(dá)的概率小 答案 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 題圖甲中的每一個(gè)電子都是一個(gè)點(diǎn) 說明少數(shù)粒子體現(xiàn)粒子性 到達(dá)的位置不同 說明單個(gè)電子的運(yùn)動(dòng)軌道不確定 A正確 C錯(cuò)誤 題圖乙中明暗相間的條紋說明大量的粒子表現(xiàn)為波動(dòng)性 B錯(cuò)誤 題圖乙中暗條紋處仍有電子到達(dá) 只不過到達(dá)的概率小 D正確 1 2 3 4 5 6 7 8 9 9 一個(gè)德布羅意波波長為 1的中子和另一個(gè)德布羅意波波長為 2的氘核同向正碰后結(jié)合成一個(gè)氚核 該氚核的德布羅意波波長為 答案 解析 中子的動(dòng)量p1 氘核的動(dòng)量p2 同向正碰后形成的氚核的動(dòng)量p3 p2 p1 所以氚核的德布羅意波波長 A正確 1 2 3 4 5 6 7 8 9