2020年物理高考大一轮复习 第12章 波粒二象性 原子结构与原子核 第33讲 波粒二象性课件

第十二章波粒二象性原子结构与原子核高考总复习·物理考情分析考纲要求五年试题核心考点1.光电效应(Ⅰ)2．爱因斯坦光电效应方程(Ⅰ)3．原子核的组成、放射性、原子核的衰变、半衰期(Ⅰ)4．核力、核反应方程(Ⅰ)5．结合能、质量亏损(Ⅰ)6．裂变反应和聚变反应、裂变反应堆(Ⅰ)2017·全国卷Ⅲ，192016·全国卷Ⅰ，352015·全国卷Ⅰ，352015·全国卷Ⅱ，352017·全国卷Ⅱ，152014·全国卷Ⅰ，352014·全国卷Ⅱ，352016·全国卷Ⅱ，352017·全国卷Ⅰ，172018·全国卷Ⅱ，172018·全国卷Ⅲ,14(1)光电效应现象与光电效应方程的应用(2)原子核式结构(3)氢原子光谱规律、能级跃迁(4)核衰变与核反应方程(5)核能与爱因斯坦质能方程第33讲波粒二象性高考总复习·物理板块一板块二板块三课时达标目录板块一︿︿[知识梳理]1．光电效应在光的照射下，金属中的电子从金属表面逸出的现象叫做__________，发射出来的电子叫做________．光电效应光电子2．爱因斯坦光电效应方程(1)光子说：空间传播的光的能量是不连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光子，光子的能量为ε＝____.其中h是普朗克常量，其值为6.63×10－34J·s.(2)光电效应方程：______________.其中hν为入射光的能量，Ek为光电子的最大初动能，W0是金属的逸出功．hνEk＝hν－W03．光的波粒二象性(1)光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有______性．(2)光电效应说明光具有______性．(3)光既具有波动性，又具有粒子性，称为光的__________性．波动粒子波粒二象4．物质波(1)1924年，法国物理学家德布罗意提出：任何运动着的物体都有一种波和它对应，这种波叫做_______，也叫______________．(2)物质波的波长：___________，其中h是普朗克常量．物质波也是一种__________．物质波德布罗意波λ＝hp＝hmv概率波[基础小练]判断下列说法是否正确(1)光子和光电子都是实物粒子．()(2)只要入射光的强度足够强，时间足够长，就可以使金属发生光电效应．()(3)要使某金属发生光电效应，入射光子的能量必须大于金属的逸出功．()××√(4)光电效应方程Ek＝hν－W0中ν为入射光子的频率不是金属的极限频率．()(5)光电子的最大初动能与入射光子的频率成正比．()(6)光的频率越高，光的粒子性越明显，但仍具有波动性．()√×√板块二︿︿[考法精讲]考法一光电效应的实验规律光电效应的研究思路(1)两条线索：(2)两条对应关系：光强大→光子数目多→发射光电子多→光电流大光子频率高→光子能量大→光电子的最大初动能大(3)三点提醒：①能否发生光电效应，不取决于光的强度而取决于光的频率．②光电效应中的“光”不是特指可见光，也包括不可见光．③逸出功的大小由金属本身决定，与入射光无关．【自主练1】(2017·全国卷Ⅲ)(多选)在光电效应实验中，分别用频率为νa、νb的单色光a、b照射到同种金属上，测得相应的遏止电压分别为Ua和Ub，光电子的最大初动能分别为Eka和Ekb，h为普朗克常量．下列说法正确的是()A．若νaνb，则一定有UaUbB．若νaνb，则一定有EkaEkbC．若UaUb，则一定有EkaEkbD．若νaνb，则一定有hνa－Ekahνb－EkbBC解析设该金属的逸出功为W，根据爱因斯坦光电效应方程有Ek＝hν－W，同种金属的W不变，则逸出光电子的最大初动能随ν的增大而增大，选项B正确；又Ek＝eU，则最大初动能与遏止电压成正比，选项C正确；根据上述有eU＝hν－W，遏止电压U随ν增大而增大，选项A错误；又有hν－Ek＝W，W相同，选项D错误．【自主练2】(2019·宜昌一中期末)如图所示，是研究光电效应的电路图，对于某金属用绿光照射时，电流表指针发生偏转，则下列说法正确的是()A．将滑动变阻器滑动片向右移动，电流表的示数一定增大B．如果改用紫光照射该金属时，电流表无示数C．将光照强度增大时，电流表的示数减小D．将电源的正、负极调换，仍用相同的绿光照射时，将滑动变阻器滑动片向右移动一些，电流表的读数可能不为零答案D解析滑动变阻器滑片向右移动，电压虽然增大，若已达到饱和电流，则电流表的示数不变，故选项A错误；如果改用紫光照射该金属时，因频率的增加，导致光电子最大初动能增加，则电流表有示数，故选项B错误；只增加光照强度，从而增加了光子的个数，则产生的光电子数目增多，光电流增大，使通过电流表的电流增大，故选项C错误；电源的正、负极调换，仍用相同的绿光照射时，将滑动变阻器滑片向右移动一些，此时的电压仍可能小于反向截止电压，则电流表仍可能有示数，故选项D正确．考法二光的波粒二象性物质波光既有波动性，又有粒子性，两者不是孤立的，而是有机的统一体，其表现规律为：(1)从数量上看：个别光子的作用效果往往表现为粒子性；大量光子的作用效果往往表现为波动性．(2)从频率上看：频率越低波动性越显著，越容易看到光的干涉和衍射现象；频率越高粒子性越显著，贯穿本领越强，越不容易看到光的干涉和衍射现象．(3)从传播与作用上看：光在传播过程中往往表现出波动性；在与物质发生作用时往往表现为粒子性．(4)波动性与粒子性的统一：由光子的能量ε＝hν、光子的动量表达式p＝hλ也可以看出，光的波动性和粒子性并不矛盾，表示粒子性的能量和动量的计算式中都含有表示波的特征的物理量——频率ν和波长λ.(5)理解光的波粒二象性时不可把光当成宏观概念中的波，也不可把光当成宏观概念中的粒子．【自主练3】用很弱的光做单缝衍射实验，改变曝光时间，在胶片上出现的图象如图所示，该实验表明()A．光的本质是波B．光的本质是粒子C．光的能量在胶片上分布不均匀D．光到达胶片上不同位置的概率相同C解析用很弱的光做单缝衍射实验，改变曝光时间在胶片出现的图样，说明光有波粒二象性，故选项A、B错误；说明光到达胶片上的不同位置的概率是不一样的，也就说明了光的能量在胶片上分布不均匀，故选项C正确，D错误．【自主练4】(多选)实物粒子和光都具有波粒二象性．下列事实中突出体现波动性的是()A．电子束通过双缝实验装置后可以形成干涉图样B．β射线在云室中穿过会留下清晰的径迹C．人们利用慢中子衍射来研究晶体的结构D．人们利用电子显微镜观测物质的微观结构E．光电效应实验中，光电子的最大初动能与入射光的频率有关，与入射光的强度无关ACD解析电子束通过双缝实验装置后可以形成干涉图样，体现出波动性，选项A正确．β射线在云室中高速运动时，径迹又细又直，体现出粒子性，选项B错误．人们利用慢中子衍射来研究晶体的结构，体现出波动性，选项C正确．电子显微镜是利用电子束工作的，体现出波动性，选项D正确．光电效应实验，体现出粒子性，选项E错误．归纳总结波粒二象性的深入理解(1)虽然平时看到宏观物体运动时，看不出其波动性，但也有一个波长与之对应．例如飞行子弹的波长约为10－34m.(2)波粒二象性是微观粒子的特殊规律，一切微观粒子都存在波动性；宏观物体也存在波动性，只是波长太小，难以观测．(3)德布罗意波也是概率波，衍射图样中的亮圆是电子落点概率大的地方，但概率的大小受波动规律的支配．考法三光电效应的图象分析图象名称图线形状由图线直接(间接)得到的物理量最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图线①极限频率：ν0②逸出功：W0＝|－E|＝E③普朗克常量：图线的斜率k＝h遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图线①截止(极限)频率：ν0②遏止电压Uc：随入射光频率的增大而增大③普朗克常量：h＝ke(k为斜率，e为电子电量)频率相同、光强不同时，光电流与电压的关系①遏止电压：Uc②饱和光电流：Im(电流的最大值)③最大初动能：Ekm＝eUc频率不同、光强相同时，光电流与电压的关系①遏止电压：Uc1、Uc2②饱和光电流：电流最大值③最大初动能：Ek1＝eUc1，Ek2＝eUc2【例题1】(2019·林州一中期末)某种金属逸出光电子的最大初动能Ekm与入射光频率ν的关系如图所示，已知该金属的逸出功为W0，普朗克常量为h.下列说法错误的是()A．入射光的频率越高，金属的逸出功越大B．Ekm与入射光的强度无关C．图中图线的斜率为hD．图线在横轴上的截距为W0h[思维导引]写出光电效应方程，结合直线方程，分析图线斜率和纵横截距的含义．答案A解析金属的逸出功是由金属自身决定的，与入射光频率无关，其大小W＝hν0，故选项A错误；根据爱因斯坦光电效应方程Ekm＝hν－W，可知光电子的最大初动能Ekm与入射光的频率成线性关系，不是成正比，但是与入射光的强度无关，故选项B正确；根据爱因斯坦光电效应方程Ekm＝hν－W，可知斜率k＝h，故选项C正确；由图可知，图线在横轴上的截距为W0h，故选项D正确．解题技巧定量分析光电效应时应抓住的三个关系式(1)爱因斯坦光电效应方程：Ek＝hν－W0.(2)最大初动能与遏止电压的关系：Ek＝eUc.(3)逸出功与极限频率、极限波长λc的关系：W0＝hνc＝hcλc.【跟踪训练1­1】(2019·南平检测)用如图甲所示的装置研究光电效应现象．闭合开关S，用频率为ν的光照射光电管时发生了光电效应．图乙是该光电管发生光电效应时光电子的最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图象，图线与横轴的交点坐标为(a,0)，与纵轴的交点坐标为(0，－b)，下列说法正确的是()A．普朗克常量为h＝abB．断开开关S后，电流表G的示数不为零C．仅增加照射光的强度，光电子的最大初动能将增大D．保持照射光强度不变，仅提高照射光频率，电流表G的示数保持不变答案B解析由hν＝W0＋Ek，变形得Ek＝hν－W0，可知图线的斜率为普朗克常量，即h＝ba，故选项A错误；断开开关S后，初动能大的光电子，也可能达到阳极，所以电流表G的示数不为零，故选项B正确；只有增大入射光的频率，才能增大光电子的最大初动能，与光的强度无关，故选项C错误；保持照射光强度不变，仅提高照射光频率，单个光子的能量增大，而光的强度不变，那么光子数一定减少，发出的光电子数也减少，电流表G的示数要减小，故选项D错误．【跟踪训练1­2】(2019·济南一模)用如图甲所示的电路研究光电效应中光电流强度与照射光的强弱、频率等物理量的关系．图中A、K两极间的电压大小可调，电源的正负极也可以对调，分别用a、b、c三束单色光照射，调节A、K间的电压U，得到光电流I与电压U的关系如图乙所示，由图可知()A．单色光a和c的频率相同，但a更弱些B．单色光a和b的频率相同，但a更强些C．单色光a的频率大于单色光c的频率D．单色光a的频率小于单色光b的频率答案D解析a、c两光照射后遏止电压相同，知产生的光电子最大初动能相等，可知a、c两光的频率相等，光子能量相等，即频率相同，由于a光的饱和电流较大，则a光的强度较大，故选项A、C错误；a光的遏止电压小于b光的遏止电压，所以产生的光电子最大初动能EkaEkb，根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0可知，νaνb，故选项B错误，D正确．【跟踪训练1­3】(2019·孝义一模)从1907年起，美国物理学家密立根就开始以精湛的技术测量光电效应中几个重要的物理量．他通过如图甲所示的实验装置测量某金属的遏止电压Uc与入射光频率ν，作出Uc­ν的图象如图乙所示，由此算出普朗克常量h，并与普朗克根据黑体辐射测出的h相比较，以检验爱因斯坦方程的正确性．已知电子的电荷量e，则下列普朗克常量h的表达式正确的是()A．h＝eUc2－Uc1ν2－ν1B．h＝Uc2－Uc1eν2－ν1C．h＝ν2－ν1eUc2－Uc1D．h＝eν2－ν1Uc2－Uc1答案A解析根据爱因斯坦光电效方程Ek＝hν－W0及动能定理eUc＝Ek，得Uc＝heν－W0e，所以图象的斜率k＝Uc2－Uc1ν2－ν1＝he，得h＝eUc2－Uc1ν2－ν1，故选项A正确．[典例诊断]【例题2】(2019·郑州质检)在光电效应实验中，飞