高考物理总复习第14单元波粒二象性和原子物理第36讲光电效应波粒二象性.pptx

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1、第十四单元波粒二象性和原子物理课程标准1.通过实验,了解光电效应现象.知道爱因斯坦光电效应方程及其意义.能根据实验结论说明光的波粒二象性2.知道实物粒子具有波动性,了解微观世界的量子化特征.体会量子论的建立对人们认识物质世界的影响3.了解人类探索原子及其结构的历史.知道原子的核式结构模型.通过对氢原子光谱的分析,了解原子的能级结构4.了解原子核的组成和核力的性质.知道四种基本相互作用.能根据质量数守恒和电荷数守恒写出核反应方程课程标准5.了解放射性和原子核衰变.知道半衰期及其统计意义.了解放射性同位素的应用,知道射线的危害与防护6.认识原子核的结合能,了解核裂变反应和核聚变反应.关注核技术应用

2、对人类生活和社会发展的影响7.了解人类对物质结构的探索历程核心考点光电效应爱因斯坦光电效应方程氢原子光谱氢原子的能级结构、能级公式原子核的组成、放射性、原子核的衰变、半衰期放射性同位素核力、核反应方程结合能、质量亏损射线的危害与防护第36讲光电效应波粒二象性知识自查必备 考点互动探究 教师备用习题知识自查必备【知识总览】电子光电子大于增大10-9s发射的光电子数hh-W0知识自查必备干涉波动性光电效应粒子性波动粒子【辨别明理】(1)光子和光电子都是实物粒子.()(2)只要入射光的强度足够大,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

3、)光电子的最大初动能与入射光子的频率成正比.()(5)光的频率越高,光的粒子性越明显,但仍具有波动性.()(6)美国物理学家康普顿发现了康普顿效应,证实了光的粒子性.()(7)法国物理学家德布罗意大胆预言了实物粒子在一定条件下会表现为波动性.()知识自查必备考点一能量量子化例12021山东泰安二模激光在“焊接”视网膜的眼科手术中有着广泛的应用.在一次手术中,所用激光的波长=6.610-7m,每个激光脉冲的能量E=1.510-2J,已知普朗克常量h=6.610-34Js,光速c=3108m/s,则每个脉冲中的光子数目是()A.31016B.31012C.51016D.51012考点互动探究C考点

4、互动探究变式1 关于带电微粒辐射和吸收能量时的特点,以下说法错误的是()A.以某一个最小能量值一份一份地辐射B.辐射和吸收的能量均是某一最小值的整数倍C.辐射和吸收的能量均是量子化的D.吸收的能量可以是连续的D解析根据量子化的理论,带电微粒辐射和吸收的能量,都只能是某一最小能量值的整数倍,故A、B正确.带电粒子辐射和吸收的能量不是连续的,是量子化的,故C正确,D错误.考点互动探究变式2 人眼对绿光最为敏感,正常人的眼睛接收到波长为530nm的绿光时,只要每秒有6个绿光的光子射入瞳孔,眼睛就能察觉.普朗克常量为6.6310-34Js,真空中光速为3.0108m/s,则人眼能察觉到绿光时所接收到的

5、最小功率是()A.2.310-18WB.3.810-19WC.7.010-10WD.1.210-18WA考点二对光电效应的理解考点互动探究1.对光电效应规律的解释对应规律对规律的产生的解释极限频率c最大初动能电子吸收光子能量后,一部分克服阻碍作用做功,剩余部分转化为光电子的初动能,只有直接从金属表面飞出的光电子才具有最大初动能,对于确定的金属,W0是一定的,所以光电子的最大初动能只随照射光频率的增大而增大,与照射光强度无关考点互动探究对应规律对规律的产生的解释瞬时性光照射金属时,电子吸收一个光子的能量后,动能立即增大,不需要能量积累的过程饱和电流当发生光电效应时,增大照射光强度,包含的光子数增

6、多,照射金属时产生的光电子增多,因而饱和电流变大考点互动探究例2(多选)在光电效应实验中,用频率为的光照射光电管阴极,发生了光电效应,下列说法正确的是()A.增大入射光的强度,光电流增大B.减小入射光的强度,光电效应现象消失C.改用频率小于的光照射,一定不发生光电效应D.改用频率大于的光照射,光电子的最大初动能变大AD解析增大入射光强度,单位时间内照射到金属单位面积上的光子数增加,则光电流增大,故选项A正确;光电效应是否发生取决于入射光的频率,而与入射光强度无关,故选项B错误;考点互动探究例2(多选)在光电效应实验中,用频率为的光照射光电管阴极,发生了光电效应,下列说法正确的是()A.增大入射

7、光的强度,光电流增大B.减小入射光的强度,光电效应现象消失C.改用频率小于的光照射,一定不发生光电效应D.改用频率大于的光照射,光电子的最大初动能变大AD用频率为的光照射光电管阴极,发生光电效应,用频率小于的光照射时,若光的频率仍大于极限频率,则仍会发生光电效应,选项C错误;根据h-W0=Ek可知,增大入射光频率,光电子的最大初动能也增大,故选项D正确.考点互动探究变式12022长沙一中月考在演示光电效应的实验中,原来不带电的一块锌板与灵敏验电器相连.用弧光灯照射锌板时,验电器的指针就张开一个角度,如图所示,这时()A.锌板带正电,指针带负电B.锌板带正电,指针带正电C.锌板带负电,指针带正电

8、D.锌板带负电,指针带负电B解析锌板在弧光灯照射下,发生光电效应,有光电子逸出,锌板失去电子而带正电,验电器与锌板相连,导致指针带正电,故B正确.考点互动探究变式22021广州模拟如图所示,当开关S断开时,用光子能量为2.5eV的一束光照射阴极P,发现电流表读数不为零.合上开关,调节滑动变阻器,发现当电压表读数小于0.60V时,电流表读数仍不为零;当电压表读数大于或等于0.60V时,电流表读数为零.由此可知阴极材料的逸出功为()A.1.9eVB.0.6eVC.2.5eVD.3.1eVA图像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与入射光频率的关系图线极限频率:图线与轴交点的横坐

9、标c逸出功:图线与Ek轴交点的纵坐标的绝对值W0=|-E|=E普朗克常量:图线的斜率k=h考点三光电效应的图像问题考点互动探究常见的四类图像图像名称图线形状由图线直接(间接)得到的物理量颜色相同、强度不同的光,光电流与电压的关系遏止电压:图线与横轴的交点Uc饱和电流:光电流的最大值Im1、Im2最大初动能:Ek=eUc颜色不同时,光电流与电压的关系遏止电压Uc1、Uc2饱和电流Im1、Im2最大初动能Ek1=eUc1,Ek2=eUc2考点互动探究图像名称图线形状由图线直接(间接)得到的物理量遏止电压Uc与入射光频率的关系图线极限频率:图线与横轴交点的横坐标c遏止电压Uc随入射光频率的增大而增大

10、普朗克常量h等于图线的斜率与电子电荷量的乘积,即h=ke(注:此时两极之间接反向电压)考点互动探究考点互动探究例32021北京海淀区二模用图甲所示装置研究光电效应现象,三次用同一光电管在不同光照条件下实验,记录微安表的示数I随光电管两端电压U的变化情况,得到甲、乙、丙三条光电流与电压之间的关系曲线,如图乙所示.下列说法正确的是()A.甲光的频率大于乙光的频率B.丙光的波长小于乙光的波长C.甲光和丙光的强弱程度相同D.甲光和丙光产生的光电子最大初动能相同D解析由图可知,甲光的遏止电压小于乙光的遏止电压,由Ekm=h-W0=eU遏可知甲光的频率小于乙光的频率,故A错误;考点互动探究甲光和丙光的遏止

11、电压相同,频率相同,都小于乙光的频率,根据c=可知,丙光的波长大于乙光的波长,故B错误;同一光电管,逸出功W0相同,又甲光、丙光的遏止电压相同,由光电效应方程得Ekm=h-W0=eUc,由图可知,甲光的饱和光电流大于丙光的饱和光电流,而饱和光电流由光的强弱决定,且光照越强,饱和光电流越大,可见甲光较强,故C错误;由图可知,甲光、丙光的遏止电压相同,由Ekm=eUc知,甲光和丙光产生的光电子最大初动能相同,故D正确.变式 在某次光电效应实验中,得到的遏止电压Uc与入射光的频率的关系如图所示.若该直线的斜率为k、横截距为0,电子电荷量的绝对值为e,则()A.普朗克常量为ekB.所用材料的逸出功为k

12、0C.用频率低于0的光照射该材料,只要光照足够强,也能发生光电效应D.用频率为(0)的光照射该材料,逸出光电子的最大初动能为ek考点互动探究A考点互动探究考点四波粒二象性考点互动探究例42022济南一中月考用很弱的光做双缝干涉实验,把入射光减弱到可以认为光源和感光胶片之间不可能同时有两个光子存在,如图所示是不同数量的光子照射到感光胶片上得到的照片.这些照片说明()A.光只有粒子性,没有波动性B.光只有波动性,没有粒子性C.少量光子的运动显示波动性,大量光子的运动显示粒子性D.少量光子的运动显示粒子性,大量光子的运动显示波动性D解析由题图可以看出,少量光子的运动显示粒子性,大量光子的运动显示波动

13、性,故D正确.变式1 电子显微镜的最高分辨率高达0.2nm(波长越短,分辨率越高),如果有人制造出质子显微镜,在加速到相同的速度情况下,质子显微镜的最高分辨率将()A.小于0.2nmB.大于0.2nmC.等于0.2nmD.以上说法均不正确考点互动探究A变式2 2021浙江6月选考已知普朗克常量h=6.6310-34Js,电子的质量为9.1110-31kg.一个电子和一滴直径约为4m的油滴具有相同动能,则电子与油滴的德布罗意波长之比的数量级为()A.10-4B.106C.108D.1016考点互动探究C1.关于光电效应,以下说法正确的是()A.金属内的每个电子可以吸收一个或一个以上的光子,当它积

14、累的动能足够大时,就能从金属逸出B.如果入射光子的能量小于金属表面的电子克服原子核的引力逸出时需要做的最小功,光电效应便不能发生了.但若换用波长更长的入射光,则有可能发生光电效应C.发生光电效应时,入射光越强,光子的能量就越大,光电子的最大初动能越大D.由于不同金属的逸出功是不相同的,因此使不同金属产生光电效应的入射光的最低频率也不相同D教师备用习题教师备用习题解析 发生光电效应时,金属中逸出的电子只能吸收一个光子的能量,故A错误;当入射光子的能量小于金属表面的电子克服原子核的引力逸出时需要做的最小功,光电效应便不能发生了,但若换用波长更长的入射光,频率更低,更不可能发生,故B错误;入射光的强

15、度越大,单位时间内发出光子的数目越多,形成的光电流越大,与最大初动能无关,故C错误;根据光电效应方程Ek=h-W0知,不同金属的逸出功是不相同的,因此使不同金属产生光电效应的入射光的最低频率也不相同,故D正确.2.2022宁波效实中学期中如图所示为光电效应实验电路,关于实验规律,下列说法正确的是()A.在光照条件一定的情况下,光电流随滑片P向b端移动一直增大B.无论入射光的频率如何,只要光足够强,就一定能发生光电效应C.只要入射光的频率足够大,即使不加电压,也会有光电流产生D.入射光越弱,发生光电效应所需的时间就越长C教师备用习题解析 滑片P向b端移动,光电管两端的正向电压增大,光电流增大,当

16、达到饱和电流时电流不再增大,A错误;教师备用习题根据光电效应的条件可知,只有入射光的频率大于金属的极限频率,才能产生光电效应,B错误;入射光的频率越大,根据光电效应方程可知光电子的最大初动能就越大,即使不加电压,也会有光电流产生,C正确;光电效应具有瞬时性,与入射光的强弱无关,D错误.3.在研究甲、乙两种金属光电效应现象的实验中,光电子的最大初动能Ek与入射光频率的关系如图所示,则()A.两条图线与横轴的夹角和一定不相等B.若增大入射光频率,则所需的遏止电压Uc随之增大C.若某一频率的光可以使甲金属发生光电效应,则一定也能使乙金属发生光电效应D.若增加入射光的强度,不改变入射光频率,则光电子的

17、最大初动能将增大教师备用习题B教师备用习题4.在光电效应实验中,某同学用同一光电管在不同实验条件下得到三条光电流与电压之间的关系曲线(甲光、乙光、丙光),如图所示.则可判断出()A.甲光的频率大于乙光的频率B.乙光的波长大于丙光的波长C.乙光对应的截止频率大于丙光的截止频率D.甲光对应的光电子最大初动能大于丙光对应的光电子最大初动能教师备用习题B解析 由图像知,甲、乙光对应的遏止电压相等,由eUc=Ek和h=W0+Ek得甲、乙光频率相等,A错误;丙光的频率大于乙光的频率,则丙光的波长小于乙光的波长,B正确;由hc=W0得甲、乙、丙光对应的截止频率相同,C错误;丙光的遏止电压大于甲光的遏止电压,

18、由eUc=Ek知,甲光对应的光电子最大初动能小于丙光对应的光电子最大初动能,D错误.教师备用习题5.太阳光垂直照射到地面上时,1m2地面接收太阳光的功率为1.4kW,其中可见光部分约占45%.(1)假如认为可见光的波长约为0.55m,日、地间距离R=1.51011m,普朗克常量h=6.6310-34Js,光速c=3.0108m/s,估算太阳每秒辐射出的可见光光子数为多少?(2)若已知地球的半径r=6.4106m,估算地球接收的太阳光的总功率.教师备用习题答案(1)4.91044个(2)1.81017W教师备用习题(2)地球背着太阳的半个球面没有接收太阳光,地球向阳的半个球面面积也不都与太阳光垂直接收太阳光辐射且与阳光垂直的有效面积是以地球半径为半径的圆平面的面积设地球接收太阳光的总功率为P地,则有P地=Pr2=1.41033.14(6.4106)2W=1.81017W教师备用习题