第1節(jié)光電效應(yīng)波粒二象性

第十二章原子與原子核高考導(dǎo)航考點(diǎn)內(nèi)容要求高考(全國卷)三年命題情況對(duì)照分析201720182019氫原子光譜ⅠⅠ卷T17:質(zhì)量虧損和質(zhì)能關(guān)系Ⅱ卷T15:α衰變和半衰期Ⅲ卷T19:光電效應(yīng)Ⅱ卷T17:光電效應(yīng)Ⅲ卷T14:核反應(yīng)方程Ⅰ卷T14:氫原子躍遷Ⅱ卷T15:核反應(yīng)方程及核能計(jì)算氫原子的能級(jí)結(jié)構(gòu)、能級(jí)公式Ⅰ原子核的組成、放射性、原子核的衰變、半衰期Ⅰ放射性同位素Ⅰ核力、核反應(yīng)方程Ⅰ結(jié)合能、質(zhì)量虧損Ⅰ裂變反應(yīng)和聚變反應(yīng)、裂變反應(yīng)堆Ⅰ射線的危害與防護(hù)Ⅰ光電效應(yīng)Ⅰ愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ⅰ備考策略:1.考查方式:高考對(duì)本模塊的考查主要題型為選擇題,考查的方式有結(jié)合實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象考查波粒二象性、光電效應(yīng)的解釋,結(jié)合原子能級(jí)圖考查原子的躍遷以及光子的吸收,結(jié)合質(zhì)能方程考查核能的利用等.2.命題趨勢(shì):“近代物理”調(diào)整為必考內(nèi)容后,難度不會(huì)有太多的變化.要特別注意的有三點(diǎn):第一,可能一個(gè)題目中同時(shí)考查多個(gè)知識(shí)點(diǎn);第二,可能與帶電粒子在磁場、電場中的運(yùn)動(dòng)相結(jié)合,與動(dòng)量規(guī)律、能量轉(zhuǎn)化規(guī)律綜合考查;第三,以現(xiàn)代科技為背景來考查.第1節(jié)光電效應(yīng)波粒二象性教材梳理·自主預(yù)習(xí)真題試做·模擬演練考點(diǎn)研析·感悟提升一、黑體輻射與能量子1.黑體與黑體輻射(1)黑體:是指能夠

入射的各種波長的電磁波而不發(fā)生反射的物體.(2)黑體輻射的實(shí)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,還與材料的種類及表面狀況有關(guān).②黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長的分布只與黑體的

有關(guān).a.隨著溫度的升高,各種波長的輻射強(qiáng)度都

.b.隨著溫度的升高,輻射強(qiáng)度的極大值向波長

的方向移動(dòng).知識(shí)梳理教材梳理·自主預(yù)習(xí)完全吸收溫度溫度增加較短2.能量子(1)定義:普朗克認(rèn)為,帶電微粒輻射或者吸收能量時(shí),只能輻射或吸收某個(gè)最小能量值的

.即能量的輻射或者吸收只能是一份一份的.這個(gè)不可再分的最小能量值ε叫做能量子.(2)能量子的大小:ε=

,其中ν是電磁波的

,h稱為

.h=6.63×10-34J·s.二、光電效應(yīng)1.定義:在光照射在金屬表面上時(shí),金屬中的

會(huì)因吸收光的能量而逸出金屬表面,這種現(xiàn)象稱為光電效應(yīng).2.產(chǎn)生條件:入射光的頻率

截止頻率.整數(shù)倍hν頻率普朗克常量電子超過3.光電效應(yīng)規(guī)律(1)截止頻率(也叫極限頻率)的存在:入射光的頻率必須超過

,才能發(fā)生光電效應(yīng),與入射光強(qiáng)度及照射時(shí)間無關(guān).不同金屬材料的截止頻率

.(2)當(dāng)產(chǎn)生光電效應(yīng)時(shí),光電流大小隨入射光強(qiáng)度的增大而

.(3)光電子的最大初動(dòng)能與入射光的頻率成

關(guān)系,如圖所示.即光電子的最大初動(dòng)能隨著

的增加而增加,而與入射光強(qiáng)度

.截止頻率νc不同增大線性入射光頻率無關(guān)(4)光電效應(yīng)具有瞬時(shí)性:只要光的頻率大于截止頻率,即使用極弱的入射光,光電子總能

(約10-9s)發(fā)射出來.立刻自主探究用紫外線燈照射鋅板看到的現(xiàn)象是什么?說明了什么?答案:驗(yàn)電器指針張開.紫外線照射到鋅板上,在鋅板表面發(fā)射出光電子,使鋅板帶上了正電.三、光電效應(yīng)方程1.光子說在空間傳播的光是

的,而是一份一份的,每一份叫做一個(gè)光的能量子,簡稱光子,光子的能量ε=

.其中h=6.63×10-34J·s(稱為普朗克常量).不連續(xù)hν2.逸出功W0使電子脫離某種金屬所做功的

.金屬越活躍,逸出功越小,越容易發(fā)生光電效應(yīng).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.最小值電子4.愛因斯坦光電效應(yīng)方程(1)表達(dá)式:Ek=hν-

.W0四、光的波粒二象性與物質(zhì)波1.光的波粒二象性(1)光的干涉、衍射、偏振現(xiàn)象證明光具有

性.(2)光電效應(yīng)說明光具有

性.(3)光既具有波動(dòng)性,又具有粒子性,稱為光的

性.波動(dòng)粒子波粒二象2.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.大小小題檢測(cè)1.思考判斷(1)要想在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中測(cè)到光電流,入射光子的能量必須大于金屬的逸出功.(

)√(2)光子和光電子都是實(shí)物粒子.(

)(3)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).(

)(4)光的頻率越高,光的粒子性越明顯,但仍具有波動(dòng)性.(

)(5)光電子的最大初動(dòng)能與入射光子的頻率成正比.(

)××√×2.(2019·貴州遵義檢測(cè))下表給出了一些金屬材料的逸出功.A材料銫鈣鎂鈹鈦逸出功/(×10-19J)3.04.35.96.26.6現(xiàn)用波長為400nm的單色光照射上述材料,能產(chǎn)生光電效應(yīng)的材料最多有幾種(普朗克常量h=6.63×10-34J·s,光速c=3.0×108m/s)()A.2種 B.3種C.4種 D.5種3.(2019·河北保定月考)如圖所示,弧光燈發(fā)出的光經(jīng)一狹縫后,在鋅板上形成明暗相間的條紋,同時(shí)與鋅板相連的驗(yàn)電器鋁箔有張角,則該實(shí)驗(yàn)(

)A.只能證明光具有波動(dòng)性B.只能證明光具有粒子性C.只能證明光能夠發(fā)生衍射D.證明了光具有波粒二象性D解析:弧光燈發(fā)出的光經(jīng)一狹縫后,在鋅板上形成明暗相間的條紋,這是光的衍射,證明了光具有波動(dòng)性,驗(yàn)電器鋁箔有張角,說明鋅板發(fā)生了光電效應(yīng),證明了光具有粒子性,所以該實(shí)驗(yàn)證明了光具有波粒二象性,D項(xiàng)正確.4.(2019·吉林長春一模)(多選)如圖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ν的關(guān)系圖象.由圖象可知(

)ABC考點(diǎn)一光電效應(yīng)規(guī)律考點(diǎn)研析·感悟提升1.兩條線索2.定量分析時(shí)應(yīng)抓住三個(gè)關(guān)系式(1)愛因斯坦光電效應(yīng)方程:Ek=hν-W0.(2)最大初動(dòng)能與遏止電壓的關(guān)系:Ek=eUc.(3)逸出功與截止頻率的關(guān)系:W0=hνc.B[例1]

(2019·安徽合肥二模)如圖所示是光電管的原理圖,已知當(dāng)有波長為λ0的光照射到陰極K上時(shí),電路中有光電流,則(

)A.若換用波長為λ1(λ1>λ0)的光照射陰極K,電路中一定沒有光電流B.若換用波長為λ2(λ2<λ0)的光照射陰極K,電路中一定有光電流C.增加電路中電源兩極電壓,電路中光電流一定增大D.若將電源極性反接,電路中一定沒有光電流產(chǎn)生解析:當(dāng)用波長為λ0的光照射陰極K時(shí),電路中有光電流,只有換用頻率更大,也就是用波長比λ0小的光照射陰極K時(shí)才一定有光電流,換用波長比λ0大的光照射時(shí)情況不確定,A項(xiàng)錯(cuò)誤,B項(xiàng)正確;當(dāng)光電流達(dá)到飽和時(shí),增大兩極電壓,光電流不變,C項(xiàng)錯(cuò)誤;若將電源極性反接,光電子做減速運(yùn)動(dòng),若接近A極時(shí)還沒有減速到零,電路中就可能有光電流產(chǎn)生,D項(xiàng)錯(cuò)誤.[針對(duì)訓(xùn)練]關(guān)于光電效應(yīng),下列說法正確的是(

)A.截止頻率越大的金屬材料逸出功越大B.只要光照射的時(shí)間足夠長,任何金屬都能產(chǎn)生光電效應(yīng)C.從金屬表面出來的光電子的最大初動(dòng)能越大,這種金屬的逸出功越小D.用頻率不同的單色光照射同種金屬表面都能發(fā)生光電效應(yīng),則頻率越大的飽和電流越大A解析:由金屬材料的逸出功W0=hνc,知截止頻率越大,其逸出功越大,故A正確;發(fā)生光電效應(yīng)的條件是入射光的頻率大于金屬材料的截止頻率,與入射光的強(qiáng)度、照射時(shí)間無關(guān),故B錯(cuò)誤;金屬材料的逸出功是材料本身的特性,與光電子的最大初動(dòng)能無關(guān),故C錯(cuò)誤;飽和電流的大小與入射光的強(qiáng)度有關(guān),與入射光的頻率無關(guān),故D錯(cuò)誤.考點(diǎn)二光電效應(yīng)的圖象問題圖象名稱圖線形狀由圖線直接(間接)得到的物理量最大初動(dòng)能Ek與入射光頻率ν的關(guān)系圖線①截止頻率:圖線與ν軸交點(diǎn)的橫坐標(biāo)νc②逸出功:圖線與Ek軸交點(diǎn)的縱坐標(biāo)的絕對(duì)值W0=|-E|=E③普朗克常量:圖線的斜率k=h顏色相同、強(qiáng)度不同的光,光電流與電壓的關(guān)系①遏止電壓Uc:圖線與橫軸的交點(diǎn)②飽和電流Im:電流的最大值③最大初動(dòng)能:Ek=eUc顏色不同時(shí),光電流與電壓的關(guān)系①遏止電壓Uc1,Uc2②飽和電流③最大初動(dòng)能Ek1=eUc1,Ek2=eUc2遏止電壓Uc與入射光頻率ν的關(guān)系圖線①截止頻率νc: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)[例2](多選)如圖(甲)所示,在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中,某同學(xué)用相同頻率的單色光,分別照射陰極材料為鋅和銅的兩個(gè)不同的光電管,結(jié)果都能發(fā)生光電效應(yīng).圖(乙)為其中一個(gè)光電管的遏止電壓Uc隨入射光頻率ν變化的函數(shù)關(guān)系圖象.對(duì)于這兩個(gè)光電管,下列判斷正確的是(

)A.因?yàn)椴牧喜煌莩龉Σ煌?所以遏止電壓Uc不同B.光電子的最大初動(dòng)能不同C.因?yàn)楣鈴?qiáng)不確定,所以單位時(shí)間逸出的光電子數(shù)可能相同,飽和電流也可能相同D.兩個(gè)光電管的Uc-ν圖象的斜率可能不同ABC反思總結(jié)求解光電效應(yīng)問題應(yīng)抓住的三個(gè)關(guān)系式(1)愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek=hν-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.1.(Ek-ν圖象)(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)能隨入射光頻率變化的圖線(直線與橫軸的交點(diǎn)的刻線為4.27,與縱軸交點(diǎn)的刻線為0.5).由圖可知(普朗克常量h=6.63×10-34J·s)(

)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題組訓(xùn)練AC2.(I-U圖象)(多選)用甲、乙兩種單色光照射同一金屬做光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)光電流與電壓的關(guān)系如圖所示.已知普朗克常量為h,被照射金屬的逸出功為W0,遏止電壓為Uc,電子的電荷量為e.下列說法正確的是(

)AD1.對(duì)光的波粒二象性的進(jìn)一步理解考點(diǎn)三光的波粒二象性物質(zhì)波2.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),這種波也叫德布羅意波.[例3](2019·北京海淀適應(yīng)性練習(xí))對(duì)光的認(rèn)識(shí),下列說法不正確的是(

)A.個(gè)別光子的行為表現(xiàn)出粒子性,大量光子的行為表現(xiàn)出波動(dòng)性B.光的波動(dòng)性是光子本身的一種屬性,不是光子之間的相互作用引起的C.大量光子表現(xiàn)出波動(dòng)性時(shí),就不具有粒子性,少量光子表現(xiàn)出粒子性時(shí),就不再具有波動(dòng)性D.光的波粒二象性應(yīng)理解為:在某種情況下光的波動(dòng)性表現(xiàn)明顯,在另外某種情況下,光的粒子性表現(xiàn)明顯C解析:個(gè)別光子的行為往往表現(xiàn)出來的是粒子性,而大量光子表現(xiàn)出來的是波動(dòng)性,A項(xiàng)正確;光的波動(dòng)性是光子本身特有的屬性,并不是光子之間的相互作用引起的,B項(xiàng)正確;光的波粒二象性是指光在某種情況下光的波動(dòng)性表現(xiàn)明顯,但不是沒有粒子性,只是粒子性不明顯;反之,在另外某種情況下,光的粒子性表現(xiàn)明顯,波動(dòng)性不明顯,故C項(xiàng)錯(cuò)誤,D項(xiàng)正確.波粒二象性的“三個(gè)易錯(cuò)點(diǎn)”誤區(qū)警示(1)光子表現(xiàn)為波動(dòng)性,并不否認(rèn)光子具有粒子性.(2)宏觀物體也具有波動(dòng)性.(3)微觀粒子的波動(dòng)性與機(jī)械波不同,微觀粒子的波是概率波.解析:干涉是波具有的特性,電子束通過雙縫實(shí)驗(yàn)裝置后可以形成干涉圖樣,說明電子具有波動(dòng)性,故A正確;β粒子在云室中受洛倫茲力的作用,做的是圓周運(yùn)動(dòng),與波動(dòng)性無關(guān),故B錯(cuò)誤;利用慢中子衍射來研究晶體的結(jié)構(gòu)說明中子可以產(chǎn)生衍射現(xiàn)象,說明中子具有波動(dòng)性,故C正確;電子顯微鏡利用了電子衍射,電子的物質(zhì)波的波長比可見光的波長短得多,所以分辨率也高得多,故D正確.[針對(duì)訓(xùn)練](多選)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.β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(cè)物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)ACD真題試做·模擬演練1.(2018·全國Ⅱ卷,17)用波長為300nm的光照射鋅板,電子逸出鋅板表面的最大初動(dòng)能為1.28×10-19J.已知普朗克常量為6.63×10-34J·s,真空中的光速為3.00×108m·s-1.能使鋅產(chǎn)生光電效應(yīng)的單色光的最低頻率約為(

)A.1×1014Hz B.8×1014HzC.2×1015Hz D.8×1015HzB2.(2019·江西瑞金