2023年版高考物理总复习第十二章波粒二象性原子结构和原子核基础课1波粒二象性学案.pdf

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1、基础课 1 波粒二象性 高考导航 考点内容要求高考(全国卷)三年命题情况对照分析2015 2016 2017 光电效应卷35(1)：光电效应卷35(1)：光电效应和波粒二象性卷35(1)：光电效应卷35(1)：核反应卷35(1)：核反应和质能关系卷17：质量亏损与核能的计算卷15：动量守恒、衰变、质量亏损卷19：光电效应方程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、质量亏损裂变反应和聚变反应、裂变反应堆射线的危害和防护知识排查光电效应1.光电效应现象：在光的照射下金属中的电子从金属表面逸出的现象，称为光

2、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。(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)光照射到金属表面时，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Uc。(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。爱因斯坦光电效应方程1.光子说在空间传播的光是不连续的，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h。其中h6.63 1034Js。(称为

3、普朗克常量)2.逸出功W0使电子脱离某种金属所做功的最小值。3.最大初动能发生光电效应时，金属表面上的电子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。4.爱因斯坦光电效应方程(1)表达式：EkhW0。(2)物理意义：金属表面的电子吸收一个光子获得的能量是h，这些能量的一部分用来克服金属的逸出功W0，剩下的表现为逸出后光电子的最大初动能Ek12mev2。光的波粒二象性与物质波1.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。2.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

4、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。(2)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，其波长hp，p为运动物体的动量，h为普朗克常量。小题速练1.人教版选修3530演示实验改编(多选)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 1 A.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表面逸出，称之为光电子，故选项A 错误，B 正确；锌板与验电器相连，带有相同电性的电荷，

5、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，故选项 C 正确，D 错误。答案BC 2.人教版选修35362改编(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解析增大入射光强度，单位时间内照射到单位面积上的光子数增加，则光电流将增大，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；用频率为的光照射光电管阴极，发生光电

6、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hW逸12mv2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。答案AD 3.下列说法正确的是()A.实物的运动有特定的轨道，所以实物不具有波粒二象性B.康普顿效应说明光子既有能量又有动量C.光是高速运动的微观粒子，单个光子不具有波粒二象性D.宏观物体的物质波波长非常小，极易观察到它的波动解析由德布罗意理论知，宏观物体的德布罗意波的波长太小，实际很难观察到波动性，但仍具有波粒二象性，选项 A、D 错误；康普顿效应说明光子除了具有能量之外还有动量，选项B 正确；波粒二象性是光子的特性，单个

7、光子也具有波粒二象性，选项C错误。答案B 光电效应现象和光电效应方程的应用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.定量分析时应抓住三个关系式(1)爱因斯坦光电效应方程：EkhW0。(2)最大初动能与遏止电压的关系：EkeUc。(3)逸出功与极限频率的关系：W0h0。3.区分光电效应中的四组概念(1)光子与光电子：光子指光在空间传播时的每一份能量，光子不带电；光电子是金属表面受到光照射时发射出来的电子，其本质是电子。

8、(2)光电子的动能与光电子的最大初动能。(3)光电流和饱和光电流：金属板飞出的光电子到达阳极，回路中便产生光电流，随着所加正向电压的增大，光电流趋于一个饱和值，这个饱和值是饱和光电流，在一定的光照条件下，饱和光电流与所加电压大小无关。(4)入射光强度与光子能量：入射光强度指单位时间内照射到金属表面单位面积上的总能量。1.(2018 江西省五校模拟)下列有关光电效应的说法正确的是()A.光电效应现象证明了光是电磁波B.普朗克为了解释光电效应现象，提出了光子说C.只要增大入射光的强度，就可以产生光电效应D.入射光的频率低于金属的截止频率时不发生光电效应解析光电效应显示了光的粒子性，但不能证明光是电

9、磁波，选项A错误；爱因斯坦为了解释光电效应现象，提出了光子说，选项B 错误；根据光电效应产生的条件可知，只有当入射光的频率大于金属的极限频率(或截止频率)时，才能发生光电效应，选项C 错误，D 正确。答案D 2.(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(1 nm 109m)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，但又不会把分子打碎。据此判断，能够电离一个分子的能量约为(

10、取普朗克常量h6.6 1034Js，真空光速c3108 m/s)()A.1021 J B.1018 J C.1015 J D.1012 J 解析根据h及c，得hc6.6 10343108100109J21018 J，故选项 B 正确。答案B 3.(2017 全国卷，19)(多选)在光电效应实验中，分别用频率为a、b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ab，则一定有UaUbB.若ab，则一定有Ek aEkbC.若UaUb，则一定有EkaEkbD.若ab，则一定有haEkahbEkb解

11、析由爱因斯坦光电效应方程得，EkmhW0，由动能定理得，EkmeU，若用a、b单色光照射同种金属时，逸出功W0相同。当ab时，一定有EkaEkb，UaUb，故选项 A 错误，B 正确；若UaUb，则一定有EkaEkb，故选项 C正确；因逸出功相同，有W0haEkahbEkb，故选项D 错误。答案BC 4.如图 2 甲所示，合上开关，用光子能量为2.5 eV 的一束光照射阴极K，发现电流表读数不为零。调节滑动变阻器，发现当电压表读数小于0.60 V 时，电流表读数仍不为零，当电压表读数大于或等于0.60 V时，电流表读数为零。把电路改为图乙，当电压表读数为2 V 时，则逸出功及电子到达阳极时的最

12、大动能为()图 2 A.1.5 eV 0.6 eV B.1.7 eV 1.9 eV C.1.9 eV 2.6 eV D.3.1 eV 4.5 eV 解析光子能量h2.5 eV的光照射阴极，电流表读数不为零，则能发生光电效应，当电压表读数大于或等于0.6 V 时，电流表读数为零，则电子不能到达阳极，由动能定理eU12mv2m知，最大初动能EkmeU0.6 eV，由光电效应方程hEkmW0知W01.9 eV，对图乙，当电压表读数为2 V 时，电子到达阳极的最大动能EkmEkmeU 0.6 eV 2 eV 2.6 eV。故选项 C 正确。答案C 光电效应的图象分析1.由Ek图象可以得到的信息(1)极

13、限频率：图线与轴交点的横坐标c。(2)逸出功：图线与Ek轴交点的纵坐标的绝对值EW0。(3)普朗克常量：图线的斜率kh。2.由IU图象可以得到的信息(1)遏止电压Uc：图线与横轴的交点的绝对值。(2)饱和光电流Im：电流的最大值。(3)最大初动能：EkmeUc。3.由Uc图象可以得到的信息(1)截止频率c：图线与横轴的交点。(2)遏止电压Uc：随入射光频率的增大而增大。(3)普朗克常量h：等于图线的斜率与电子电荷量的乘积，即hke。(注：此时两极之间接反向电压)1.(多选)某种金属逸出光电子的最大初动能Ek与入射光频率的关系如图3 所示。已知该金属的逸出功为W0，普朗克常量为h。下列说法正确的

14、是()图 3 A.入射光的频率越高，金属的逸出功越大B.Ek与入射光的频率成正比C.图中图线的斜率为hD.图线在横轴上的截距为W0h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W0hc，故选项A错误；根据爱因斯坦光电效应方程EkhW0，可知光电子的最大初动能Ek与入射光的频率成线性关系，不是成正比，故选项B 错误；根据爱因斯坦光电效应方程EkhW0，可知斜率kh，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。答案CD 2.研究光电效应的电路如图4 所示。用频率相同、强度不同的光分别照射密封真空管的钠极板(阴极 K)，钠极板发射出的光电子被阳极A 吸收，在电

15、路中形成光电流。下列光电流I与 A、K 之间的电压UAK的关系图象中正确的是()图 4 解析虽然入射光强度不同，但光的频率相同，所以遏止电压相同；又因当入射光强度大时，单位时间逸出的光电子多，饱和光电流大，所以选项C 正确。答案C 3.(2018 重庆万州月考)(多选)某金属在光的照射下产生光电效应，其遏止电压Uc与入射光频率的关系图象如图5 所示。则由图象可知()图 5 A.该金属的逸出功等于h0B.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20时，产生的光电子的最大初动能为h0D.入射光的频率为30时，产生的光电子的最大初动能为h0解析当遏止电压为零时，最大初动能为零，则入射光

16、的能量等于逸出功，所以W0h0，故选项A 正确；根据光电效应方程EkmhW0和eUc0Ekm得，UcheW0e，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，故选项B 错误；从图象上可知，逸出功W0h0。根据光电效应方程Ekmh0W0h0，故选项C 正确；Ekmh0W02h0，故选项D错误。答案AC 光的波粒二象性、物质波光的波粒二象性的规律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

17、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Eh、光子的动量表达式ph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和波长。1.(多选)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6(a)(b)(c)所示的图象，则()图 6 A.图象(a)表明光具有粒子性B.图象(c)表明光具有波动性C.用紫外光观察不到类似的图象D.实验表明光是一种概率波解析图象(a)只有分散的亮点，表明光具有粒子性；图象(c)呈现干涉条纹，表明光具有波动性；用紫外光也可以观

18、察到类似的图象，实验表明光是一种概率波，选项A、B、D正确。答案ABD 2.(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.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，故选项A 正确；射线在云室中穿过会留下清晰的径迹，可以说明 射线是一种粒子，故选项B 错误；人们利用慢中子衍射来研究晶体的结构，中子衍射说明中子是一种波，故选项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

19、象，说明电子束是一种波，故选项 D正确。答案ACD 3.(多选)1927年戴维逊和汤姆孙分别完成了电子衍射实验，该实验是荣获诺贝尔奖的重大近代物理实验之一。如图7 所示的是该实验装置的简化图，下列说法正确的是()图 7 A.亮条纹是电子到达概率大的地方B.该实验说明物质波理论是正确的C.该实验再次说明光子具有波动性D.该实验说明实物粒子具有波动性答案ABD 活页作业(时间：30 分钟)A级：保分练1.(多选)下列对光的波粒二象性的说法正确的是()A.光子不仅具有能量，也具有动量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phD.光

20、波和物质波，本质上都是概率波解析光电效应表明光子具有能量，康普顿效应表明光子除了具有能量之外还具有动量，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，选项B 正确；物质波的波长与粒子动量的关系应为hp，选项 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ABD 2.(2017 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Eh、c得Ehhc，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，故选

21、项 C、D 错误。答案A 3.频率为的光照射某金属时，产生光电子的最大初动能为Ekm。改为频率为2的光照射同一金属，所产生光电子的最大初动能为(h为普朗克常量)()A.EkmhB.2EkmC.EkmhD.Ekm 2h解析根据爱因斯坦光电效应方程得EkmhW0，若入射光频率变为2，则EkmhW02h(hEkm)hEkm，故选项 C 正确。答案C 4.在光电效应实验中，用同一种单色光，先后照射锌和银的表面，都能发生光电效应。对于这两个过程，下列四个物理过程中，一定相同的是()A.遏止电压B.饱和光电流C.光电子的最大初动能D.逸出功解析同一种单色光照射不同的金属，入射光的频率和光子能量一定相同，金

22、属逸出功不同，根据光电效应方程EkmhW0知，最大初动能不同，则遏止电压不同；同一种单色光照射，入射光的强度相同，所以饱和光电流相同。故选项B正确。答案B 5.已知钙和钾的截止频率分别为7.73 1014 Hz 和 5.44 1014 Hz，在某种单色光的照射下两种金属均发生光电效应，比较它们表面逸出的具有最大初动能的光电子，钙逸出的光电子具有较大的()A.波长B.频率C.能量D.动量解析由爱因斯坦光电效应方程hW012mv2m，又由W0h0，可得光电子的最大初动能12mv2mhh0，由于钙的截止频率大于钾的截止频率，所以钙逸出的光电子的最大初动能较小，因此它具有较小的能量、频率和动量，选项B

23、、C、D错误；又由c可知光电子频率较小时，波长较大，选项A正确。答案A 6.(2017 渭南质检)(多选)分别用波长为和 2的光照射同一种金属，产生的速度最快的光电子速度之比为21，普朗克常量和真空中光速分别用h和c表示，那么下列说法正确的有()A.该种金属的逸出功为hc3B.该种金属的逸出功为hcC.波长超过2的光都不能使该金属发生光电效应D.波长超过4的光都不能使该金属发生光电效应解析由hW0Ek知hcW012mv21，hc2W012mv22，又v1 2v2，得W0hc3，选项 A正确，B错误；光的波长小于或等于3时都能发生光电效应，选项C 错误，D正确。答案AD 7.用不同频率的紫外线分

24、别照射钨和锌的表面而产生光电效应，可得到光电子最大初动能Ek随入射光频率变化的Ek图象。已知钨的逸出功是3.28 eV，锌的逸出功是3.34 eV，若将二者的图线画在同一个Ek坐标系中，如图所示，用实线表示钨，虚线表示锌，则正确反映这一过程的是()解析依据光电效应方程EkhW0可知，Ek图线的斜率代表普朗克常量h，因此钨和锌的Ek图线应该平行。图线的横轴截距代表截止频率0，而0W0h，因此钨的截止频率小些，综上所述，选项A 图正确。答案A 8.(多选)现用某一光电管进行光电效应实验，当用某一频率的光入射时，有光电流产生。下列说法正确的是()A.保持入射光的频率不变，入射光的光强变大，饱和光电流

25、变大B.入射光的频率变高，光电子的最大初动能变大C.保持入射光的光强不变，不断减小入射光的频率，始终有光电流产生D.遏止电压的大小与入射光的频率有关，与入射光的光强无关解析在发生光电效应时，饱和光电流大小由光照强度来决定，与频率无关，光照强度越大饱和光电流越大，因此选项A 正确；根据EkmhW0可知，对于同一光电管，逸出功W0不变，当频率变高，最大初动能Ekm变大，因此选项B正确；由光电效应规律可知，当频率低于截止频率时无论光照强度多大，都不会有光电流产生，因此选项C 错误；由EkmeUc和EkmhW0，得hW0eUc，遏制电压只与入射光频率有关，与入射光强无关，因此选项D 正确。答案ABD

26、9.如图 1 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Ek1和Ek2，普朗克常量为h，则下列说法正确的是()图 1 A.Ek1Ek2B.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D.单色光 1 和单色光2 的频率之差为Ek1Ek2h解析由于Ek1e|Uc1|，Ek2e|Uc2|，所以Ek10)的光照射阴极K时，电路中一定没有光电流D.若换用波长为2(20)的光照射阴极K 时，即便光子的能量小，但若波长小于极限波长，仍然有光电流产生，选项C 错误，D 正确。答案D

27、 11.(2017 湖南长沙市模拟)(多选)金属钙的逸出功为4.3 10 19J，普朗克常量h6.6 1034Js，光速c3.0 108 m/s，以下说法正确的是()A.用波长为400 nm 的单色光照射金属钙，其表面有光子逸出B.用波长为400 nm 的单色光照射金属钙，不能产生光电效应现象C.若某波长的单色光能使金属钙产生光电效应现象，则增大光的强度将会使光电子的最大初动能增大D.若某波长的单色光能使金属钙产生光电效应现象，则减小光的强度将会使单位时间内发射的光电子数减少解析波长为400 nm 的单色光的光子能量为Ehc4.95 10 19 J，大于钙的逸出功，可以产生光电效应现象。根据光

28、电效应规律，光电子的最大初动能决定于入射光的频率而与其强度无关，但强度决定了单位时间内发射的光电子数的多少，选项A、D正确。答案AD 12.(多选)用如图 3 所示的装置研究光电效应现象，当用光子能量为2.5 eV 的光照射到光电管上时，电流表G 的示数为0.2 mA。移动变阻器的触点c，当电压表的示数大于或等于0.7 V时，电流表示数为0。则()图 3 A.光电管阴极的逸出功为1.8 eV B.开关 S 断开后，没有电流流过电流表G C.光电子的最大初动能为0.7 eV D.改用能量为1.5 eV的光子照射，电流表G也有电流，但电流较小解析该装置所加的电压为反向电压，发现当电压表的示数大于或

29、等于0.7 V时，电流表示数为 0，则知光电子的最大初动能为0.7 eV，根据光电效应方程EkmhW0，得逸出功W01.8 eV，故选项A、C正确；当开关S 断开后，用光子能量为2.5 eV的光照射到光电管上时发生了光电效应，有光电子逸出，则有电流流过电流表，故选项 B 错误；改用能量为1.5 eV的光子照射，由于光电子的能量小于逸出功，不能发生光电效应，无光电流，选项D错误。答案AC 13.(2018 黄冈中学模拟)(多选)如图 4 所示为研究光电效应规律的实验电路，电源的两个电极分别与接线柱c、d连接。用一定频率的单色光a照射光电管时，灵敏电流计G 的指针会发生偏转，而用另一频率的单色光b

30、照射该光电管时，灵敏电流计G 的指针不偏转。下列说法正确的是()图 4 A.a光的频率一定大于b光的频率B.电源正极可能与c接线柱连接C.用b光照射光电管时，一定没有发生光电效应D.若灵敏电流计的指针发生偏转，则电流方向一定是由eGf解析由于电源的接法不知道，所以有两种情况：(1)c接负极，d接正极。用某种频率的单色光a照射光电管阴极K，电流计G 的指针发生偏转，知a光频率大于金属的极限频率。用另一频率的单色光b照射光电管阴极K 时，电流计G的指针不发生偏转，知b光的频率小于金属的极限频率，所以a光的频率一定大于b光的频率。(2)c接正极，d接负极。用某种频率的单色光a照射光电管阴极K，电流计

31、G 的指针发生偏转，知a光产生的光电子能到达负极d端。用另一频率的单色光b照射光电管阴极K 时，电流计G 的指针不发生偏转，知b光产生的光电子不能到达负极d端，所以a光产生的光电子的最大初动能大，所以a光的频率一定大于b光的频率，故选项 A、B正确；由以上的分析可知，不能判断出用b光照射光电管时，一定没有发生光电效应，故选项C 错误；电流的方向与负电荷定向移动的方向相反，若灵敏电流计的指针发生偏转，则电流方向一定是由eGf，故选项 D正确。答案ABD 14.(2017 河南鹤壁模拟)利用如图5 甲所示的实验装置观测光电效应，已知实验中测得某种金属的遏止电压Uc与入射频率之间的关系如图乙所示，电子的电荷量为e1.6 1019C，则()图 5 A.普朗克常量为e1U1B.该金属的逸出功为eU1C.电源的右端为正极D.若电流表的示数为10 A，则每秒内从阴极发出的光电子数的最小值为6.25 1012解析由爱因斯坦光电效应方程可知，UcheW0e，知题图乙图线的斜率U11he，则普朗克常量heU11，该金属的逸出功为W0h1eU1，选项 A 错误，B 正确；电源左端为正极，右端为负极，选项C 错误；每秒内发出的光电子的电荷量为qIt101061 C 105 C，而nqe，故每秒内至少发出6.25 1013个光电子，选项D错误。答案B