第1讲 波粒二象性公开课.docx

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1、选修3-5 第十四章波粒二象性原子与原子核知识内容学科素养考向指导1 .光电效应2 .爱因斯坦光电效应方程(1)物理观念(能量观念)(2)科学思维(模型构建)1 .考题难度：试题情景新颖， 难度中等。2 .常考热点：光电效应的规律 及爱因斯坦光电效应方程的 应用，氢原子的能级结构、能 级跃迁公式的理解及应用，原 子核的衰变规律、半衰期公式 的理解及应用，核反响方程及 核能的计算，光子说、原子结 构模型、元素的放射性、质子 及中子和正电子的发现等有 关物理学史。3 .常用物理思想方法：图象 法、模型法、数理结合法等。3 .氢原子光谱4 .氢原子的能级结构、 能级公式(1)物理观念(能量观念)(2

2、)科学思维(模型构建)5 .原子核的组成、放射 性、原子核的衰变、半 衰期6 .放射性同位素(1)物理观念(能量观念)(2)科学思维(模型构建)7 .核力、核反响方程8 .结合能、质量亏损9 .裂变反响和聚变反 应、裂变反响堆(1)物理观念(能量观念)(2)科学思维(模型构建、科学推理)1。.射线的危害和防护科学态度与责任第1讲波核二象性微机整合双基过关I紧抓教材:自主落实；知识排查知识点一光电效应1 .光电效应现象：在光的照射下金属中的电子从金属外表逸出的现象，称为光电 效应，发射出来的电子称为光电子。2 .光电效应的四个规律(1)每种金属都有一个极限频率。 射现象；而波长越短（频率越高）的

3、光粒子性越强，贯穿本领越强，越不容易看到 光的干涉和衍射现象。（3）波动性与粒子性的统一：波和粒子在宏观世界是不能统一的，而在微观世界却 是统一的。粒子说并未否认波动说，光子的能量石=%=皮中，频率丫和波长丸 就是波的概念。多维训练精选练透.1.（2017北京理综，18）2017年年初，我国研制的“大连光源”极紫外自由电 子激光装置，发出了波长在100 nm（l nm=l（）-9 m）附近连续可调的世界上最强的 极紫外激光脉冲。“大连光源”因其光子的能量大、密度高，可在能源利用、光 刻技术、雾霾治理等领域的研究中发挥重要作用。一个处于极紫外波段的光子所 具有的能量可以电离一个分子，但又不会把分

4、子打碎。据此判断，能够电离一个 分子的能量约为（取普朗克常量/z=6.6X10-34J s,真空光速c=3X108m/s）（）A.10-21 JB.10-18 JC.10-15 JD.10-12Jc3X10解析 根据 =仄及。=入，得 = /rr=6.6X 1。34义八 不J、2X 10-18 J,故 a1UU A1U选项B正确。答案B2.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5所示, 该实验说明（）时间较短时间稍长时间较长图5A.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解析用很弱的光做单缝衍射实验，改变曝光时间在胶

5、片出现的图样，说明光有 波粒二象性，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，选项C正确，D错误。答案c3.（多项选择X2015全国卷H）实物粒子和光都具有波粒二象性。以下事实中突出表达波 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.p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解析电子束通过双缝实验装置后可以形成干涉图样，可以说明电子是一种波， 故A正确；。射线在云室中穿过会留下清晰的径迹，可以说明B射线是一种粒子, 故B错误；人们利用慢中子衍射来研究晶

6、体的结构，中子衍射说明慢中子是一种 波，故C正确；人们利用电子显微镜观测物质的微观结构，利用了电子束的衍射 现象，说明电子束是一种波，故D正确。答案ACD活页作业（时间：40分钟）基础巩固练1 .（多项选择）用绿光照射一个光电管，能产生光电效应。欲使光电子从阴极逸出时最大 初动能增大，可以（）A.改用红光照射B.改用紫光照射C.改用蓝光照射D.增加绿光照射时间解析光电子的最大初动能与照射时间或照射强度无关，而与入射光子的能量有 关，入射光子的能量越大，光电子从阴极逸出时最大初动能越大，所以此题中可 以改用比绿光光子能量更大的紫光、蓝光照射，以增大光电子从阴极逸出时的最 大初动能。答案BC.（2

7、017上海单科）光子的能量与其（）A.频率成正比B.波长成正比C.速度成正比D.速度平方成正比解析 由E=v、c=入得=%丫=/不 可见光子的能量与其频率成正比、与其波 长成反比，选项A正确，B错误；由于任意能量的光子在真空中传播的速度都是 相同的，应选项C、D错误。答案A.(多项选择)(2020湖南怀化高三调研)用极微弱的可见光做双缝干涉实验，随着时间的 增加，在屏上先后出现如图(a)(b)(c)所示的图象，贝！J()(a)(b)(c)A.图象(a)说明光具有粒子性B.图象说明光具有波动性C.用紫外光观察不到类似的图象D.实验说明光是一种概率波解析图象(a)只有分散的亮点，说明光具有粒子性；

8、图象(c)呈现干涉条纹，说明 光具有波动性；用紫外光也可以观察到类似的图象，实验说明光是一种概率波， 选项A、B、D正确。答案ABD4.(多项选择)以下对光的波粒二象性的说法正确的选项是()A.石墨对X射线散射时，局部X射线的散射光波长会变长，这个现象称为康普顿 效应B.光的波粒二象性指光有时表现为波动性，有时表现为粒子性C.运动的实物粒子也有波动性，波长与粒子动量的关系为D.光波和物质波，本质上都是概率波解析 在石墨对X射线散射时，局部X射线的散射光波长会变长的现象称为康普 顿效应，选项A正确；波粒二象性指光有时表现为波动性，有时表现为粒子性，h选项B正确；物质波的波长与粒子动量的关系应为选

9、项C错误；光波中 的光子和物质波中的实物粒子在空间出现的概率满足波动规律，因此二者均为概 率波，选项D正确。答案ABD5.（多项选择）如图1所示，电路中所有元件完好，但光照射到光电管上，灵敏电流计中 没有电流通过，其原因可能是（）A.入射光太弱B.入射光波长太长C.光照时间短D.电源正、负极接反解析光电管能否发生光电效应与入射光的强度没有关系，应选项A错误；假设入 射光波长太长，入射光的频率低于截止频率时，不能发生光电效应，应选项B正 确；光电管能否发生光电效应与光照时间没有关系，应选项C错误；电路中电源 反接，对光电管加了反向电压，假设使该电压超过了遏止电压，也没有光电流产生, 应选项D正确

10、。答案BD6.（多项选择）如图2所示是用光照射某种金属时逸出的光电子的最大初动能随入射光 频率的变化图线（直线与横轴的交点坐标4.27,与纵轴交点坐标0.5）o由图可知 （）().8 ().6 (僖 0.24.04.55.() 5.56.06.5 7.0 v/( x 1()14 Hz)A.该金属的截止频率为4.27 X1014 HzB.该金属的截止频率为5.5X1014 HzC.该图线的斜率表示普朗克常量D.该金属的逸出功为0.5 eV解析 图线在横轴上的截距为截止频率，选项A正确，B错误；由光电效应方程Ekhv-Wo,可知图线的斜率为普朗克常量，选项C正确；金属的逸出功为Wo= hvo=6.

11、63X 1034乂4.2710141.6X1019eV1.77 eV,选项D错误。答案AC7.（2020山东等级考模拟卷）如图3所示，有一束单色光入射到极限频率为w的金 属板K上，具有最大初动能的某出射电子，沿垂直于平行板电容器极板的方向， 从左侧极板上的小孔入射到两极板间的匀强电场后，到达右侧极板时速度刚好为 零。电容器的电容为C,带电量为。，极板间距为d,普朗克常量为人电子 电量的绝对值为e,不计电子的重力。关于电容器右侧极板的带电情况和入射光 的频率V，以下判断正确的选项是（）图3A.带正电，v（）+7B.带正电，v（）+JC/2CnaC .带负电，vo+fD .带负电，w+扁解析 电子

12、在两极板间向右做减速运动，那么右侧极板带负电；电子的最大初动能 Ekm=eU=笔,由又由爱因斯坦的光电效应方程有/zy=yo+Ekm,得v=vo+gf,CC/2故C正确。 答案c8.（多项选择X2020.湖南雅礼中学高三模拟）如图4所示为用某金属研究光电效应规律 得到的光电流随电压变化关系的图象，用单色光1和单色光2分别照射该金属时, 逸出的光电子的最大初动能分别为kl和反2,普朗克常量为人那么以下说法正确 的是（）图4图4A.kiEk28 .单色光1的频率比单色光2的频率高C.增大单色光1的强度，其遏止电压会增大Eki Ek2D.单色光1和单色光2的频率之差为卜解析 由于&i=e|Uci|,

13、 Ek2=e|d，所以石ki vc Ui，由Uc 丫图象可求得普朗 克常量的表达式为。=金V1VcD.图丁中，由光电子最大初动能坑与入射光频率v的关系图象可知该金属的逸出 功为或/解析用紫外线灯发出的紫外线照射锌板，锌板失去电子带正电，验电器与锌板 相连，那么验电器的金属球和金属指针带正电，应选项A错误；由题图可知电压相 同时，光照越强，光电流越大，只能说明光电流强度与光的强度有关，遏止电压 只与入射光的频率有关，与入射光的强度无关，应选项B错误；根据Ev=hv h Woh h UUeWo=e”,可知a=，一管，图象U-v的斜率表示T即拄一-,解得仁卫乙, e ee e vi vcvi vc应

14、选项C正确；根据光电效应方程k=R胸，Ekv图线的纵轴截距的绝对值 表示逸出功，那么逸出功为E,当最大初动能为零，入射光的频率等于金属的极限 频率，那么金属的逸出功等于Ro,应选项D正确。答案CD(2)光子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光的频率增大而增大。(3)光照射到金属外表时，光电子的发射几乎是瞬时的。(4)光电流的强度与入射光的强度成正比。3 .遏止电压与截止频率(1)遏止电压：使光电流减小到零的反向电压(2)截止频率:能使某种金属发生光电效应的最小频率叫做该种金属的截止频率(又 叫极限频率)。不同的金属对应着不同的极限频率。知识点二 爱因斯坦光电效应方程L光子说在空间传播的光

15、是不连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光的能量子，简 称光子，光子的能量=近。其中=6.63X 1()-34j.s。(称为普朗克常量).逸出功Wb使电子脱离某种金属所做功的最小值。4 .最大初动能发生光电效应时，金属外表上的电壬吸收光子后克服原子核的引力逸出时所具有 的动能的最大值。5 .爱因斯坦光电效应方程(1)表达式：EkAv- Wbo(2)物理意义：金属外表的电子吸收一个光子获得的能量是风,这些能量的一局部 用来克服金属的逸出功W),剩下的表现为逸出后光电子的最大初动能用=嬴凡 知识点三光的波粒二象性与物质波.光的波粒二象性(1)光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有波动性。(2)光电效

16、应说明光具有粒子性。(3)光既具有波动性，又具有粒子性，称为光的波粒二象性。1 .物质波(1)概率波光的干涉现象是大量光子的运动遵守波动规律的表现，亮条纹是光子到达概率大 的地方，暗条纹是光子到达概率小的地方，因此光波又叫概率波。物质波任何一个运动着的物体，小到微观粒子大到宏观物体都有一种波与它对应，这种h波叫物质波，也叫德布罗意波，其波长2=小为运动物体的动量，/2为普朗克 常量。小题速练1.思考判断光子和光电子都是实物粒子。（）只要入射光的强度足够强，照射时间足够长，就可以使金属发生光电效应。（）（3）光的双缝干涉实验中，大量光子打在光屏上的落点是有规律的，暗纹处落下光 子的概率小。（）（

17、4）宏观物体的物质波波长非常小，极易观察到它的波动。（）（5）康普顿效应说明光子既有能量又有动量，证实了光的粒子性。（）（6）光的波粒二象性学说彻底推翻了麦克斯韦的光的电磁说。（）答案(1)X(2)X(3)V(4)X(5)V(6)X 2.（多项选择）人教版选修3 5Ro演示实验改编如图1所示，用导线把验电器与锌板相连接，当用紫外线照射锌板时，发生的现象是（图1A.有光子从锌板逸出B.有电子从锌板逸出C.验电器指针张开一个角度D.锌板带负电解析 用紫外线照射锌板是能够发生光电效应的，锌板上的电子吸收紫外线的能 量从锌板外表逸出，称之为光电子，应选项A错误，B正确；锌板与验电器相连, 带有相同电性

18、的电荷，锌板失去电子应该带正电，且失去电子越多，带正电的电 荷量越多，验电器指针张角越大，应选项C正确，D错误。答案BC3.(2020北京市人大附中高三质检)频率为v的光照射某金属时，产生光电子的最 大初动能为Ekm。改为频率为2V的光照射同一金属，所产生光电子的最大初动能 为(力为普朗克常量)()A.Ekm-/zvC.Ekm + AvC.Ekm + AvD.Ekm + 2V解析 根据爱因斯坦光电效应方程得Ekm = 6一伙，假设入射光频率变为2心贝= /z-2vWb = 2/zv(AvEkm) = /v+Ekm,应选项 C 正确。答案c思维探究考点突砌:研透考看核心突破;光电效应及光电效应方

19、程1 .对光电效应的四点提醒(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。(4)光电子不是光子，而是电子。2 .分析光电效应问题的思路(1)两条线索 J频率一决定着每个光子的能量 =hv 照射光(强度一决定着每秒钟光源发射的光子数-,j每秒钟逸出的光电子数决定着光电流的大小J光电子逸出后的最大初动能白河(2)两条对应关系光强大一光子数目多一发射光电子多一光电流大光子频率高f光子能量大f光电子的最大初动能大3.三个重要关系(1)爱因斯坦光电效应方程：Ehv-Woo光电子的最大初动能

20、k与遏止电压”的关系式：Ek = eUc。(3)逸出功用)与极限频率边的关系：Wo=hvco【典例】（2019北京卷，19）光电管是一种利用光照射产生电流的装置，当入射光 照在管中金属板上时，可能形成光电流。表中给出了 6次实验的结果。组次入射光子的能量/eV相对 光强光电流大小/mA逸出光电子的最 大动能/eV第14.0弱290.924.0中430.9组34.0强600.9第46.0弱272.956.0中402.9组66.0强552.9由表中数据得出的论断中不正确的选项是（）A.两组实验采用了不同频率的入射光B.两组实验所用的金属板材质不同C.假设入射光子的能量为5.0 eV,逸出光电子的最

21、大动能为1.9 eVD.假设入射光子的能量为5.0 eV,相对光强越强，光电流越大解析光子的能量=仄，入射光子的能量不同，故入射光子的频率不同，A正 确；由爱因斯坦的光电效应方程Ek=MW,可求出两组实验的逸出功W均为 3.1 eV,故两组实验所用的金属板材质相同，B错误；由&=6W, W=3.leV； 当的=5.0 eV时，Ek=1.9eV, C正确；光强越强，单位时间内射出的光子数越 多，单位时间内逸出的光电子数越多，形成的光电流越大，D正确。答案B。方法技巧。光电效应中几个物理量的对应关系遏止电压最大初动能光的频率（颜色）截止频率逸出功-金属板材质入射光频率| a.光电效应截止频率|入射

22、光强度|光电流强度|饱和光电流多维训.练.（2018全国卷n , 17）用波长为300 nm的光照射锌板，电子逸出锌板外表的最大 初动能为1.28X10-19 Jo普朗克常量为6.63X10-34 J-s,真空中的光速为 3.00X 108 m-s-1o能使锌产生光电效应的单色光的最低频率约为（） A.1X1014HzB.8X1014 HzC.2X10,5HzD.8X10,5Hz解析 根据爱因斯坦光电效应方程& =五一版=后一加0,代入数据解得 Avo8X1Oi4Hz, B 正确。答案B.（多项选择）（2017全国卷III）在光电效应实验中，分别用频率为为、物的单色光a、b 照射到同种金属上，

23、测得相应的遏止电压分别为“和”，光电子的最大初动能 分别为ka和力为普朗克常量。以下说法正确的选项是（）A.假设为出，那么一定有“Vb，那么一定有 EkaEkbC.假设 UaUb，那么一定有 EkaVb 那么一定有 hvaEkahvb Ekb解析 由爱因斯坦光电效应方程得，Ehv-Wo,由动能定理得，Ekm=eU,假设 用。、匕单色光照射同种金属时，逸出功胸相同。当物物时，一定有EkaEkb, UaUb,应选项A错误，B正确；假设UaUb,那么一定有Ek“vcva,由光的色散现象知频率越大， 折射率越大，光的偏折角越大，选项C正确。答案C多维训练精选练透.1.（多项选择）（2018福建莆田调研

24、）按如图3的方式连接电路，当用某种紫光照射光电管 阴极K时，电路中的微安表有示数。那么以下表达正确的选项是（）图3A.如果仅将紫光换成黄光，那么微安表一定没有示数B.如果仅将紫光换成紫外线，那么微安表一定有示数C.仅将滑动变阻器的滑片向右滑动，那么微安表的示数一定增大D.仅将滑动变阻器的滑片向左滑动，那么微安表的示数可能不变解析当换用黄光后，入射光的频率减小，但入射光的频率可能仍大于金属的极 限频率，仍可能发生光电效应，电路中可能有光电流，A错误；当换用紫外线后, 入射光的频率增大，一定能产生光电效应，那么微安表一定有示数，B正确；滑动 变阻器的滑片向右滑动，那么光电管两极间的电压增大，但电路

25、中的光电流可能已 经到达饱和值，保持不变，C错误；滑动变阻器的滑片向左滑动，那么光电管两极 间的电压减小，但电路中的光电流可能仍为饱和值，保持不变，D正确。答案BD2.（多项选择）某金属在光的照射下产生光电效应，其遏止电压”与入射光频率v的关 系图象如图4所示。那么由图象可知（）A.该金属的逸出功等于hvoB.遏止电压是确定的，与入射光的频率无关C.入射光的频率为2w时，产生的光电子的最大初动能为hv0D.入射光的频率为3yo时，产生的光电子的最大初动能为Avo解析当遏止电压为零时，最大初动能为零，那么入射光的能量等于逸出功，所以 Wo=hvo,应选项A正确；根据光电效应方程Ekm=v%和一e

26、Uc=。一Ekm得， Uc=3乎，可知当入射光的频率大于极限频率时，遏止电压与入射光的频率成 线性关系，应选项B错误；从图象上可知， 逸出功的=加（）。根据光电效应方 程 &m=/i2yoWb=/zw,应选项 C 正确；Ekm=/z-3vo-Wb=2/zvo,应选项 D 错误。 答案AC光的波粒二象性的理解物质波L对波粒二象性的理解实验基础波动性粒子性干涉、衍射和偏振现象光电效应、康普顿效应光的波动性不同于宏观观念的波光是一种概率波，即光子在空间各点出现的可能性大小（概率）可用波动规律来描述当光同物质发生作用时，这种作用是“一份一份”进行的，表现出粒子性，粒子性的含义是“不连续”光子不同于宏观观念的粒子2 .光的波粒二象性的规律（1）从数量上看：大量光子易显示出波动性，而少量光子易显示出粒子性，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。从波长上看：波长越长（频率越低）的光波动性越强，越容易看到光的干涉和衍