2023年屆高考物理一輪復(fù)習(xí)-波粒二象性

15/15高中物理核心素養(yǎng)讀本波粒二象性【學(xué)業(yè)質(zhì)量解讀】內(nèi)容內(nèi)容學(xué)業(yè)質(zhì)量水平要求普朗克能量子假說黑體和黑體輻射解決實(shí)際問題。通過試驗(yàn)，了解光電效應(yīng)現(xiàn)象。知道愛因斯坦光電效應(yīng)光電效應(yīng)方程及其意義。能依據(jù)試驗(yàn)結(jié)論說明光的波粒二象性。知道實(shí)物粒子具有波動性，了解微觀世界的量子化特光的波粒二象性物質(zhì)波征。體會量子論的建立對人們生疏物質(zhì)世界的影響。【命題趨勢分析】〔1〕〔2〕〔3〕粒子的涉及本章的題目分學(xué)問點(diǎn)統(tǒng)〔121：2023年2023年2023年2023年題號12題C〔2〕12題C〔3〕12題C〔2〕12題C〔2〕題型填空計算填空填空光的波粒二象性光的波粒二象性模型 光電效應(yīng) 光電效應(yīng)物質(zhì)波 物質(zhì)波2023年2023年題號12題〔3〕12題〔1〕題型計算選擇模型普朗克能量子假說黑體和黑體輻射從以上表格統(tǒng)計可以得到如下教學(xué)啟發(fā)：本章主要考察波粒二象性的概念和相關(guān)物理量的計算或定性分析，主要涉及光電效的理解，考察題型有填空、選擇、計算，難度中等偏易。課程標(biāo)準(zhǔn)將“了解微觀世界中的量子化現(xiàn)象”更改為“了解微觀世界中的量子化典型事例了解人類直接閱歷的局限性，體會人類對世界的探究是不斷深入的”學(xué)問點(diǎn)。在光電效應(yīng)現(xiàn)象中，要理解光電效應(yīng)中飽和電流與入射光越強(qiáng)有關(guān)、存在反向遏止Ek

hvW0

有動量，理解光的波粒二象性。理解實(shí)物粒子也具有波動性，其德布羅意波波長h。p【學(xué)問網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建】光的干預(yù)、衍射光子說

光的波動說光的粒子說

波 德波粒 布、二 羅物象 意質(zhì)性 波黑體輻射

能量量子化：＝

光電效應(yīng)規(guī)律光電效應(yīng)方程

存在截止頻率反向遏制電壓正向飽和電流瞬時性黑體輻射黑體：是指能夠完全黑體輻射黑體：是指能夠完全 入射的各種波長的電磁波而不發(fā)生 的物體．黑體輻射的試驗(yàn)規(guī)律：①一般材料的物體，輻射的電磁波除與 有關(guān)外，還與材料的及 有關(guān)．②黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長的分布只與黑體的 有關(guān)隨著溫度的上升各種波長的輻射強(qiáng)度都 ．隨著溫度的上升輻射強(qiáng)度的極大值向波長較 的方向移動．〔3〕經(jīng)典的熱學(xué)、電磁學(xué)的理論不能很好解釋黑體輻射的試驗(yàn)規(guī)律，甚至消滅沖突．能量子為解釋黑體輻射規(guī)律，1900年普朗克提出了能量 假說．普朗克認(rèn)為帶電微粒輻射或者吸取能量時只能輻射或吸取某個 值的整數(shù)倍．即能量的輻射或者吸取只能是一份一份的．這個不行再分的最小能量值ε叫做能量子．能量子的大小：ε＝，其中ν是電磁波的頻率，hh＝6.63×10－34J·s．〔3〕不連續(xù)的，破除了能量連續(xù)變化的傳統(tǒng)觀念，成為物理學(xué)思想的基石之一．光電效應(yīng)叫做光電效應(yīng)，放射出來的電子叫做 叫做光電效應(yīng)，放射出來的電子叫做 ，形成的電流稱 電流．〔2〕光電效應(yīng)規(guī)律①存在著飽和電流：在光照條件不變的狀況下，隨著光電管所加正向電壓的增大，光電流增大，但最終光電流趨于一個定值，不再隨正向電壓的增大而增大這個穩(wěn)定的光電流稱 電流電路圖如以下圖．飽和電流的強(qiáng)度隨入射光強(qiáng)度的增大而 ．②存在著遏止電壓．光電管兩端加反向電壓時，使光電流②存在著遏止電壓．光電管兩端加反向電壓時，使光電流 的反向電壓，稱為遏止電壓．電路圖如以下圖反向遏止電壓的存在意味著光電子具有最大的初動能．試驗(yàn)說明，對于確定頻率的光，遏率越大，遏止電壓越大．意味著光子的最大初動能與入射光的 無關(guān)，只隨入射光的 增大而增大．③存在截止頻率．當(dāng)入射光的頻率減小到某一數(shù)值時，即使不加反向電壓也沒有光電流．這說明，當(dāng)?shù)陀谶@個頻率時，沒有光電子從金屬外表逸出，不能發(fā)生光電效應(yīng)．不同的金屬的截止頻率 ．④光電效應(yīng)具有瞬時性．光照耀到金屬外表時，光電子的放射幾乎是 的，不需要時間的積存．愛因斯坦光電效應(yīng)方程光的電磁理論不能解釋光電效應(yīng)現(xiàn)象，愛因斯坦在普朗克能量量子化的根底上提出了光子說．①光子說空間傳播的光的能量是不連續(xù)的是一份一份的每一份叫做一個光子光子的能量為ε＝ ，其中h是普朗克常量，其值為6.63×10－34J·s.②光電效應(yīng)方程： .其中hν為入射光的能量，Ek

為光電子的最大初動能，W0

是金屬的逸出功．Ek：光電子的最大初動能．③光子說成功的解釋的光電效應(yīng)現(xiàn)象： 逸出功：電子從金屬中逸出所需做功的 ，叫做該金屬的逸出功所以光電子從金屬中逸出需要有最小的能量，最小的光的頻率．能使某種金屬發(fā)生光電效應(yīng)的 頻率叫做該種金屬的截止頻率(又叫極限頻率)．由于不同金屬的逸出功不同，所以不同的金屬對應(yīng)著不同的極限頻率．發(fā)生光電效應(yīng)時，對確定頻率的光，光電子有最大的初動能，使光電流減小到零的反向電壓即為遏止電壓．光強(qiáng)越強(qiáng)，光子數(shù)目越多，逸出的光電子數(shù)目越多，飽和電流也越大． 間積存．康普頓效應(yīng)光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)深入地提示了光的粒子性的一面．前者說明光子具有 ，后者說明光子除了具有 之外還具有 ．光的波粒二象性與物質(zhì)波光的波粒二象性：光的干預(yù)、衍射、偏振現(xiàn)象證明光具有 性．光電效應(yīng)說明光具有 性光既具有波動性又具有粒子性稱為光的 性．〔2〕粒子的波動性：法國的物理學(xué)家 提出了實(shí)物粒子也具有波動性，即每一個運(yùn)動的粒子都與一個對應(yīng)的波相聯(lián)系也像光子跟光波一樣遵從一樣的物理規(guī)律，這種與實(shí)物粒子相聯(lián)系的波后來稱為 波，也叫做 波．①物質(zhì)波的波長：任何一個運(yùn)動著的物體，小到微觀粒子大到宏觀物體都有一種hλ＝p，p為運(yùn)動物體的動量，h為普朗克常量．②物質(zhì)波的試驗(yàn)驗(yàn)證電子束光衍射圖樣證明白運(yùn)動的電子具有的 后來間續(xù)證明白質(zhì)子、中子原子、分子的 ．宏觀物體的波動性無法觀看到．(3)的干預(yù)現(xiàn)象是大量光子的運(yùn)動遵守波動規(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，因此從光子的概念上看光波是一種概率波對于電子和其它的微觀粒子由于同樣具有波粒二象性，所以與它們相聯(lián)系的物質(zhì)波也是概率波．【關(guān)鍵力氣突破】黑體輻射【例1】關(guān)于黑體輻射的試驗(yàn)規(guī)律表達(dá)正確的有〔 〕A．隨著溫度的上升，各種波長的輻射強(qiáng)度都有增加B．隨著溫度的上升，輻射強(qiáng)度的極大值向波長較短的方向移動C．黑體熱輻射的強(qiáng)度與波長無關(guān)D．為了解釋黑體輻射規(guī)律，康普頓提出了電磁輻射的能量是量子化的光電效應(yīng)規(guī)律【例2】在利用光電管爭論光電效應(yīng)的試驗(yàn)中，入射光照到某金屬外表上發(fā)生光電效應(yīng)，假設(shè)入射光的強(qiáng)度減弱，而頻率保持不變，那么〔 〕A.從光照耀到金屬外表到放射出光電子之間的時間間隔將明顯增加B.飽和光電流將會減弱C.遏止電壓將會減小33v〔選填甲或乙光的強(qiáng)度大，普朗克常量為h，被照耀金屬的逸出功為W則光電子的最大初動能0為 ．【例4】如以下圖，用某種頻率的單色【例4】如以下圖，用某種頻率的單色光a照耀光電管陰極K，電流計G的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，而用另一頻率的單色光b照耀光電管陰極K時，電流計G的指針不發(fā)生偏轉(zhuǎn)那么a光的頻率 b光的頻率(選填“大于”“等于”或“小于”)，假設(shè)增加b光的強(qiáng)度 (選填“會”或“不會”)使電流計對光的波粒二象性、物質(zhì)波的理解【例5】關(guān)于物質(zhì)的波粒二象性，以下說法中正確的選項(xiàng)是( )A．不僅光子具有波粒二象性，一切運(yùn)動的微粒都具有波粒二象性B．運(yùn)動的微觀粒子與光子一樣，當(dāng)它們通過一個小孔時，都沒有特定的運(yùn)動軌道C．波動性和粒子性，在宏觀現(xiàn)象中是沖突的、對立的，但在微觀高速運(yùn)動的現(xiàn)象中是統(tǒng)一的D．實(shí)物的運(yùn)動有特定的軌道，所以實(shí)物不具有波粒二象性【例6】以下說法中正確的選項(xiàng)是( )電子束的衍射試驗(yàn)證明白電子的波動性宏觀物體的波動性我們不易觀看到的緣由是由于其波長太小C.電子有波動性，質(zhì)量較大的中子和質(zhì)子沒有波動性D.速度相等的電子和質(zhì)子，電子的波長大【學(xué)科素養(yǎng)提升】12023江蘇南京、鹽城二模聯(lián)考〔多項(xiàng)選擇〕美國物理學(xué)家阿瑟·縱細(xì)胞獲得2023年諾貝爾物理學(xué)獎，原來光在接觸物體后，會對其產(chǎn)生力的作用，這個來自光的微小作用可以讓微小的物體〔如細(xì)胞發(fā)生無損移動，這就是光鑷技術(shù)。在光鑷系統(tǒng)中，光路的精細(xì)把握格外重要。以下說法正確的選項(xiàng)是〔〕A．光鑷技術(shù)利用光的粒子性B．光鑷技術(shù)利用光的波動性C．紅色激光光子能量大于綠色激光光子能量D．紅色激光光子能量小于綠色激光光子能量222023江蘇常州一?！捕囗?xiàng)選擇〕關(guān)于黑體輻射圖像，以下推斷正確的是〔〕A．T＜T＜T＜T1 2 3 4B．T＞T＞T＞T1 2 3 43.〔2023江蘇南通、泰州、揚(yáng)州等七市二模聯(lián)考〕氫原子能級圖如以下圖，巴耳末線系是n≧3的各個能級躍遷至n=2線對應(yīng)光子的能量為eV。氫原子從n=4能級躍遷至n=2為金屬鉀的光電管，鉀的逸出功為2.25eV，則遏止電壓Ue

= ?！?023江蘇單科〕=6.×10-m，個激光脈沖的能量E=1.5×10-2J。求每個脈沖中的光子數(shù)目〔普朗克常量6.63×1-34J·s，光速c3×18m/。計算結(jié)果保存一位有效數(shù)字〕【根底綜合訓(xùn)練】以下描繪兩種溫度下黑體輻射強(qiáng)度與波長關(guān)系的圖中，符合黑體輻射規(guī)律的( )以下有關(guān)黑體輻射和光電效應(yīng)的說法中正確的選項(xiàng)是〔〕A．在黑體輻射中，隨著溫度的上升，輻射強(qiáng)度極大值的光向頻率較低的方向移動B．在光電效應(yīng)現(xiàn)象中，入射光的強(qiáng)度越大，光電子的最大初動能越大C．用一束綠光照耀某金屬，能產(chǎn)生光電效應(yīng)，現(xiàn)把這束綠光遮住一半，照舊可發(fā)生光電效應(yīng)D．在光電效應(yīng)現(xiàn)象中，極限頻率越大的金屬材料逸出功越大如圖是某金屬在光的照耀下產(chǎn)生的光電子的最大初動能Ek

與入射光頻率ν的關(guān)系圖A．該金屬的逸出功等于EA．該金屬的逸出功等于EB．該金屬的逸出功等于hνcC．2ν時，產(chǎn)生的光電子的最大初動能為EcD．入射光的頻率為c時，產(chǎn)生的光電子的最大初動能為v2E2銫的極限頻率4.545×1014Hz．鈉的極限頻率為6.000×1014Hz，銀的極限頻率為1.153×11Hz1.529×115Hz0.375μm可發(fā)生光電效應(yīng)的物質(zhì)是〔〕A．銫 B．鈉 C．銀 D．鉑假設(shè)一個電子的德布羅意波長和一個中子的相等則它們的以下物理量也相等〔 〕A．速度B．動能C．動量D．總能量【應(yīng)用創(chuàng)訓(xùn)練】關(guān)于微觀粒子波粒二象性的生疏，正確的選項(xiàng)是〔 〕A．因?qū)嵨锪Ｗ泳哂胁▌有?，故其軌跡類同波浪線B．由概率波的學(xué)問可知，因微觀粒子落在哪個位置不能確定，所以粒子沒有確定的軌跡C．只有光子具有波粒二象性，其他運(yùn)動的微粒不具有波粒二象性D．光的干預(yù)、衍射現(xiàn)象說明光具有波動性，光電效應(yīng)說明光具有粒子性關(guān)于光電效應(yīng)，以下說法正確的選項(xiàng)是〔 〕生光電效應(yīng)在光電效應(yīng)現(xiàn)象中，光電子的最大初動能和照耀光的頻率成正比νν應(yīng)效應(yīng)3．效應(yīng)3．S2.5eVK，覺察電流表讀數(shù)不為零。合上電鍵，調(diào)整滑線變阻0.60V0.60V可知陰極材料的逸出功為〔 〕A.1.9eV B.0.6eVC.2.5eV D.3.1eV 板〔陰極KAIA、KUAK

的關(guān)系圖象中，正確的選項(xiàng)是〔 〕A、B2l，它們都能使某種金屬發(fā)生光電效應(yīng)，且所產(chǎn)生的光電子最大初動能分別為E、E。求A、B兩種光子的動量之比和該金屬的逸出功．A B參考答案【必備學(xué)問梳理】黑體輻射黑體：是指能夠完全 吸取 入射的各種波長的電磁波而不發(fā)生反射的物體．黑體輻射的試驗(yàn)規(guī)律：①一般材料的物體輻射的電磁波除與溫度有關(guān)外還與材料的 種類 及外表狀況有關(guān)．②黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長的分布只與黑體的溫度有關(guān)．隨著溫度的上升，各種波長的輻射強(qiáng)度都 增加．隨著溫度的上升，輻射強(qiáng)度的極大值向波長較短的方向移動．能量子為解釋黑體輻射規(guī)律，1900年普朗克提出了能量量子化假說．普朗克認(rèn)為，帶電微粒輻射或者吸取能量時，只能輻射或吸取某個最小能量值ε叫做能量子．能量子的大小：ε＝hν，其中ν是電磁波的頻率，h稱為普朗克常量．h＝6.63×103J·．光電效應(yīng)光電效應(yīng)：在光的照耀下金屬中的電子從金屬外表逸出的現(xiàn)象，叫做光電效應(yīng)，放射出來的電子叫做 光電子，形成的電流稱光電流．光電效應(yīng)規(guī)律光電流增大，但最終光電流趨于一個定值，不再隨正向電壓的增大而增大，這②存在著遏止電壓．光電管兩端加反向電壓時，使光電流為零的反向電壓，與頻率有關(guān)．頻率越大，遏止電壓越大．意味著光子的最大初動能與入射光的強(qiáng)度無關(guān)，只隨入射光的頻率增大而增大．③存在截止頻率．當(dāng)入射光的頻率減小到某一數(shù)值時，即使不加反向電壓也沒有光電流．這說明，當(dāng)?shù)陀谶@個頻率時，沒有光電子從金屬外表逸出，不能發(fā)生光電效應(yīng)．不同的金屬的截止頻率不同．④光電效應(yīng)具有瞬時性不需要時間的積存．愛因斯坦光電效應(yīng)方程①光子說空間傳播的光的能量是不連續(xù)的是一份一份的每一份叫做一個光子光子的能量為＝hν ，其中h是普朗克常量，其值為6.6134J·s.②光電效應(yīng)方程： E

=hv﹣W hν為入射光的能量，E

為光電子的最大初K 0 k動能，W0

是金屬的逸出功．Ek：光電子的最大初動能．③光子說成功的解釋的光電效應(yīng)現(xiàn)象：a.逸出功電子從金屬中逸出所需做功的 最小值叫做該金屬的逸出功所以光電子從金屬中逸出需要有最小的能量，最小的光的頻率．能使某種金屬發(fā)生光電效應(yīng)的最小頻率叫做該種金屬的截止頻率(又叫極限頻率)．由于不同金屬的逸出功不同，所以不同的金屬對應(yīng)著不同的極限頻率．康普頓效應(yīng)光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)深入地提示了光的粒子性的一面．前者說明光子具有能量，后者說明光子除了具有能量之外還具有動量．光的波粒二象性與物質(zhì)波光的波粒二象性：光的干預(yù)、衍射、偏振現(xiàn)象證明光具有波動性．光電效應(yīng)說〔2〕一個運(yùn)動的粒子都與一個對應(yīng)的波相聯(lián)系律，這種與實(shí)物粒子相聯(lián)系的波后來稱為物質(zhì)波，也叫做德布羅意波．來間續(xù)證明白質(zhì)子、中子、原子、分子的波動性．宏觀物體的波動性無法觀看到．(3)概率波:所謂概率波，運(yùn)動的單個粒子所到達(dá)的位置不確定，但在某點(diǎn)四周出觀的的干預(yù)現(xiàn)象是大量光子的運(yùn)動遵守波動規(guī)律的表現(xiàn)，亮條紋是光子到達(dá)概率大聯(lián)系的物質(zhì)波也是概率波．【關(guān)鍵力氣突破】黑體輻射1【答案】AB【解析】黑體輻射的強(qiáng)度與溫度有關(guān)，溫度越高，黑體輻射的強(qiáng)度越大．故A正確；隨著BC錯誤；為了解釋黑體輻射規(guī)律，普朗克提出電磁輻射的能量是量子化的，故D錯誤．光電效應(yīng)規(guī)律2】【答案】B子的最大初動能越大，則遏止電壓越大.發(fā)生光電效應(yīng)時，假設(shè)入射光的強(qiáng)度減弱，而頻率保A錯誤；1B正確；依據(jù)遏止電壓的表達(dá)式eU遏

mv2，光的頻率不變，則最大初動能不變，則2m2遏止電壓不變，選項(xiàng)CD錯誤；應(yīng)選B.03【答案】甲，hv﹣W0【解析】光的強(qiáng)度越強(qiáng)，則光電子數(shù)目越多，對應(yīng)的光電流越大，即可判定甲光的強(qiáng)度較1-．大；由光電效應(yīng)方程mv2=hv﹣W-．2 0

=hv WKm4【答案】大于不會【解析】產(chǎn)生光電效應(yīng)的條件是照耀金屬的光子頻率大于或等于金屬的極限頻率，由題意aKGbKG的指針不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，即此時不能abbG的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)．對光的波粒二象性、物質(zhì)波的理解5【答案】ABC【解析】德布羅意在愛因斯坦光子說的根底上提出物質(zhì)波的概念，認(rèn)為一切運(yùn)動的物體都具有波粒二象性，故A正確、D錯誤；運(yùn)動的微觀粒子與光子一樣，當(dāng)它們通過一個小孔B但在微觀高速運(yùn)動的現(xiàn)象中是統(tǒng)一的，故C正確．6】【答案】ABD【解析】衍射現(xiàn)象是波特有的性質(zhì)，所以電子束的衍射試驗(yàn)證明白電子的波動性，A正確；宏觀物體的波動性我們不易觀看到的緣由是由于其波長太小BhC錯誤；速度相等的電子和質(zhì)子，電子的動量?。灰罁?jù)物質(zhì)波的波長公式P可知，電D正確?！緦W(xué)科素養(yǎng)提升】【答案】小于 2∶1

＜pp＝2p＝hλ∶λα ＝p∶p＝2∶1α

H α α

p H αλhcλ0

1∶2由題意可知，hc＝W，E＝2hc－W＝hcλ0 k λ0 λ01∶2。3.【答案】5×1016hc E【解析】光子能量ε＝λ ，光子數(shù)目n＝ε4.【答案】B

，代入數(shù)據(jù)得n≈5×1016.【解析】黑體輻射規(guī)律為：溫度上升，輻射強(qiáng)度I增大，I的極大值向波長短的方向偏移，B【根底綜合訓(xùn)練】【答案】A【解析】黑體輻射規(guī)律：隨著溫度的上升，一方面，各種波長的輻射強(qiáng)度都有增加，另一方面，輻射強(qiáng)度的極大值向波長較短的方向移動，A圖正確?！敬鸢浮緾D的極大值向波長較短、頻率較高的方向移動，故A錯誤；在光電效應(yīng)中，光電子的最大初B錯誤；光電效應(yīng)的條件是入射光的頻率大于金屬的極限頻率，與入射光的強(qiáng)度無關(guān)，故C正確；逸出功W=hv0，知極限頻率越大，逸出功越大，故D【答案】ABC【解析】由題圖并