2019年高考物理大一輪復(fù)習(xí) 第12章 原子結(jié)構(gòu) 原子核 第1講 光電效應(yīng) 波粒二象性學(xué)案 新人教版

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1、第一講　光電效應(yīng)　波粒二象性 考試內(nèi)容 要求 高考命題統(tǒng)計(jì) 命題規(guī)律 卷Ⅰ 卷Ⅱ 卷Ⅲ 光電效應(yīng) Ⅰ 高考對(duì)本部分內(nèi)容考查形式比較固定，一般比較單一的考查某個(gè)知識(shí)點(diǎn)，且知識(shí)點(diǎn)相對(duì)比較單一，題型為選擇題和填空題． 由于本部分內(nèi)容涉及點(diǎn)較多，且已經(jīng)改為必考內(nèi)容，今后的命題應(yīng)該向著多個(gè)考點(diǎn)融合的方向發(fā)展. 愛因斯坦光電效應(yīng)方程 Ⅰ T196分 氫原子光譜 Ⅰ 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 T156分 放射性同位素 Ⅰ 核力、核反應(yīng)方程 Ⅰ

2、 結(jié)合能、質(zhì)量虧損 Ⅰ T176分 裂變反應(yīng)和聚變反應(yīng)、裂變反應(yīng)堆 Ⅰ 放射性的危害和防護(hù) Ⅰ 一 光電效應(yīng)及其規(guī)律 1．光電效應(yīng) 在光的照射下從金屬中發(fā)射電子的現(xiàn)象叫做光電效應(yīng)，發(fā)射出的電子叫光電子． 2．光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律 (1)任何一種金屬都有一個(gè)極限頻率，入射光的頻率必須大于這個(gè)極限頻率，才能產(chǎn)生光電效應(yīng)，低于這個(gè)頻率的光不能產(chǎn)生光電效應(yīng)． (2)光電子的最大初動(dòng)能與入射光的強(qiáng)度無關(guān)，只隨著入射光頻率的增大而增大． (3)入射光照射到金屬上時(shí)，光電子的發(fā)射幾乎是瞬時(shí)的，一般不超過10－9 s. (4)當(dāng)

3、入射光的頻率大于極限頻率時(shí)，光電流的大小與入射光的強(qiáng)度成正比． 3．愛因斯坦光電效應(yīng)方程 (1)光子說：光不僅在發(fā)射和吸收時(shí)能量是一份一份的，而且光本身就是由一個(gè)個(gè)不可分割的能量子組成的，這些能量子被稱為光子，頻率為ν的光的能量子為hν. (2)光電效應(yīng)方程 ①表達(dá)式：hν＝Ek＋W0或Ek＝hν－W0. ②物理意義：金屬中的電子吸收一個(gè)光子獲得的能量是hν，這些能量一部分用于克服金屬的逸出功W0，剩下的表現(xiàn)為逸出后電子的初動(dòng)能Ek. (3)光電效應(yīng)方程的實(shí)質(zhì)是什么？從金屬的什么位置逸出的電子具有的動(dòng)能最大？ 提示：光電效應(yīng)方程實(shí)質(zhì)是能量守恒方程．從金屬表面逸出的電子具有的動(dòng)能最

4、大． (4)根據(jù)Ek＝hν－W0畫出Ek－ν圖線，如圖所示，圖線與橫軸和縱軸的交點(diǎn)及斜率的意義是什么？ 提示：νc是極限頻率，E的大小是逸出功，斜率表示普朗克恒量． (5)在某次光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，得到的遏止電壓Uc與入射光的頻率ν的關(guān)系如圖所示．若該直線的斜率和截距分別為k和b，電子電荷量的絕對(duì)值為e，則普朗克常量可表示為________，所用材料的逸出功可表示為________. 提示：根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程有Ekm＝hν－W0，又因?yàn)镋km＝eUc，得到Uc＝ν－，所以＝k，h＝ek；－＝b，W0＝－eb. 二 光的波粒二象性 1．波動(dòng)性：光的干涉、衍射、偏振現(xiàn)象證明

5、光具有波動(dòng)性． 2．粒子性：光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)說明光具有粒子性． 3．光既具有波動(dòng)性，又具有粒子性，稱為光的波粒二象性． 1．判斷正誤 (1)任何頻率的光照射到金屬表面都可以發(fā)生光電效應(yīng)．(　　) (2)光電子的最大初動(dòng)能與入射光子的頻率成正比．(　　) (3)光的頻率越高，光的粒子性越明顯，但仍具有波動(dòng)性．(　　) (4)德國物理學(xué)家普朗克提出了量子假說，成功地解釋了光電效應(yīng)規(guī)律．(　　) (5)美國物理學(xué)家康普頓發(fā)現(xiàn)了康普頓效應(yīng)，證實(shí)了光的粒子性．(　　) 答案：(1)×　(2)×　(3)√　(4)×　(5)√ 2．(人教版選修3－5P30演示實(shí)驗(yàn)改編)(多選)如

6、圖所示．用導(dǎo)線把驗(yàn)電器與鋅板相連接，當(dāng)用紫外線照射鋅板時(shí)，發(fā)生的現(xiàn)象是(　　) A．有光子從鋅板逸出 B．有電子從鋅板逸出 C．驗(yàn)電器指針張開一個(gè)角度 D．鋅板帶負(fù)電 答案：BC 3．(人教版選修3－5P36第2題改編)(多選)在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，用頻率為ν的光照射光電管陰極，發(fā)生了光電效應(yīng)，下列說法正確的是(　　) A．增大入射光的強(qiáng)度，光電流增大 B．減小入射光的強(qiáng)度，光電效應(yīng)現(xiàn)象消失 C．改用頻率小于ν的光照射，一定不發(fā)生光電效應(yīng) D．改用頻率大于ν的光照射，光電子的最大初動(dòng)能變大 答案：AD 4．(粵教版選修3－5P40第2題)下列說法中正確的是(　　) A

7、．光的波粒二象性學(xué)說徹底推翻了麥克斯韋的光的電磁說 B．在光的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，暗條紋的地方是光子永遠(yuǎn)不能到達(dá)的地方 C．光的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，大量光子打在光屏上的落點(diǎn)是有規(guī)律的，暗紋處落下光子的概率小 D．單個(gè)光子具有粒子性，大量光子具有波動(dòng)性 E．光的波動(dòng)性是因?yàn)楣庾又g的相互作用的結(jié)果 答案：C 考點(diǎn)一 光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律 光電效應(yīng)的研究思路 (1)兩條線索： (2)兩條對(duì)應(yīng)關(guān)系：光強(qiáng)大→光子數(shù)目多→發(fā)射光電子多→光電流大；光子頻率高→光子能量大→光電子的最大初動(dòng)能大． 關(guān)于光電效應(yīng)，下列說法正確的是(　　) A．極限頻率越大的金屬材料逸出功越大 B．只要

8、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．從金屬表面逸出的光電子的最大初動(dòng)能越大，這種金屬的逸出功越小 D．入射光的光強(qiáng)一定時(shí)，頻率越高，單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子數(shù)就越多 解析：選A　逸出功W0＝hν0，W0∝ν0，A正確；只有照射光的頻率ν大于金屬極限頻率ν0，才能產(chǎn)生光電效應(yīng)現(xiàn)象，B錯(cuò)；由光電效應(yīng)方程Ekm＝hν－W0知，因ν不確定時(shí)，無法確定Ekm與W0的關(guān)系，C錯(cuò)；光強(qiáng)E＝nhν，ν越大，E一定，則光子數(shù)n越小，單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子數(shù)就越少，D錯(cuò)． 對(duì)光電效應(yīng)的四點(diǎn)提醒 (1)能否發(fā)生光電效應(yīng)，不取決于光的強(qiáng)度而取決于光的頻率． (2)光電效應(yīng)中的“光”不是特指

9、可見光，也包括不可見光． (3)逸出功的大小由金屬本身決定，與入射光無關(guān)． (4)光電子不是光子，而是電子． 1．(2018·遼寧葫蘆島高中協(xié)作體聯(lián)考)用頻率相同但強(qiáng)度不同的兩束光分別去照射同一金屬，則(　　) A．是否發(fā)生光電效應(yīng)和光的強(qiáng)度無關(guān)，但和光照射的時(shí)間長短有關(guān) B．若發(fā)生光電效應(yīng)，則在相同時(shí)間內(nèi)，用強(qiáng)度較大的光照射金屬時(shí)逸出的光電子數(shù)較多 C．若發(fā)生光電效應(yīng)，則強(qiáng)度較大的光照射出的光電子的最大初動(dòng)能大 D．若發(fā)生光電效應(yīng)，則強(qiáng)度較大的光照射出的光電子的最大初動(dòng)能小 解析：選B　能否發(fā)生光電效應(yīng)，與入射光的頻率有關(guān)，與入射光的強(qiáng)度和光照時(shí)間均無關(guān)，A錯(cuò)誤；若發(fā)生光

10、電效應(yīng)，則在相同時(shí)間內(nèi)，用強(qiáng)度較大的光照射金屬時(shí)逸出的光電子數(shù)較多，B正確；光電子的最大初動(dòng)能Ekm＝hν－W0，若發(fā)生光電效應(yīng)，則兩束光照射出的光電子的最大初動(dòng)能相同，C、D錯(cuò)誤． 2．如圖所示，用綠光照射一光電管的陰極時(shí)產(chǎn)生光電效應(yīng)，欲使光子從陰極逸出時(shí)的最大初動(dòng)能增大，應(yīng)采取的措施是(　　) A．改用紅光照射 B．改用紫光照射 C．增大綠光的強(qiáng)度 D．增大加在光電管上的正向電壓 解析：選B　發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)，光電子的最大初動(dòng)能隨照射光頻率的增大而增大，與照射光強(qiáng)度、光電管的電壓無關(guān)，紅光的頻率比綠光的頻率小，不一定能發(fā)生光電效應(yīng)，即使發(fā)生光電效應(yīng)，光電子的最大初動(dòng)能也較小，

11、而紫光的頻率大于綠光的頻率，故選項(xiàng)B正確. 考點(diǎn)二 光電效應(yīng)方程和光電效應(yīng)圖象 1．三個(gè)關(guān)系 (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． (3)光電效應(yīng)方程中的W0為逸出功，它與極限頻率νc的關(guān)系是W0＝hνc. 2．四類圖象 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極限頻率：圖線與ν軸交點(diǎn)的橫坐標(biāo)νc ②逸出功：圖線與Ek軸交點(diǎn)的縱坐標(biāo)的值W0＝|－E|＝E ③普朗克常量：圖線的斜率k＝h 顏色相同、強(qiáng)度不

12、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飽和光電流Im：電流的最大值 ③最大初動(dòng)能：Ekm＝eUc 顏色不同時(shí)，光電流與電壓的關(guān)系 ①遏止電壓Uc1、Uc2 ②飽和光電流 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量的乘積，即h＝ke.(注：此時(shí)兩極之間接反向電壓) 小明用金屬銣為陰極的光電管，觀測(cè)光電效應(yīng)現(xiàn)象，實(shí)驗(yàn)裝置示意圖如圖甲所示．已知普朗克常量h＝6.63×10－34J

13、·s. (1)圖甲中電極A為光電管的________(填“陰極”或“陽極”)； (2)實(shí)驗(yàn)中測(cè)得銣的遏止電壓Uc與入射光頻率ν之間的關(guān)系如圖乙所示，則銣的截止頻率νc＝________Hz，逸出功W0＝________J； (3)如果實(shí)驗(yàn)中入射光的頻率ν＝7．00×1014Hz，則產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能Ek＝________J. 解析：(1)題圖甲為利用光電管產(chǎn)生光電流的實(shí)驗(yàn)電路，光電子從K極發(fā)射出來，故K為光電管的陰極，A為光電管的陽極． (2)遏止電壓對(duì)光電子做負(fù)功，根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程有eUc＝Ek＝hν－W0.結(jié)合題圖乙可知，當(dāng)Uc＝0時(shí)，ν＝5.15×1014Hz

14、，故銣的截止頻率νc＝5.15×1014Hz，逸出功W0＝hνc＝3.41×10－19 J. (3)若入射光的頻率ν＝7．00×1014Hz，則產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能Ek＝hν－W0＝1.23×10－19 J. 答案：(1)陽極　(2)5.15×1014　3.41×10－19 (3)1.23×10－19 (2018·福建南平模擬)用如圖甲所示的裝置研究光電效應(yīng)現(xiàn)象．閉合開關(guān)S，用頻率為ν的光照射光電管時(shí)發(fā)生了光電效應(yīng)．圖乙是該光電管發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)光電子的最大初動(dòng)能Ek與入射光頻率ν的關(guān)系圖象，圖線與橫軸的交點(diǎn)坐標(biāo)為(a,0)，與縱軸的交點(diǎn)坐標(biāo)為(0，－b)，下列說法中正確的是(　

15、　) A．普朗克常量為h＝ B．?dāng)嚅_開關(guān)S后，電流表G的示數(shù)不為零 C．僅增加照射光的強(qiáng)度，光電子的最大初動(dòng)能將增大 D．僅增加照射光的強(qiáng)度，電流表G的示數(shù)保持不變 解析：選B　由hν＝W0＋Ek，變形得Ek＝hν－W0，可知圖線的斜率為普朗克常量，即h＝，故A錯(cuò)誤；斷開開關(guān)S后，光電子勻速運(yùn)動(dòng)到陽極，所以電流表G的示數(shù)不為零，故B正確；只有增大入射光的頻率，才能增大光電子的最大初動(dòng)能，與光的強(qiáng)度無關(guān)，故C錯(cuò)誤；僅提高照射光強(qiáng)度，單位時(shí)間內(nèi)發(fā)出的光電子增多，電流表G的示數(shù)增大，故D錯(cuò)誤．所以本題中B正確，A、C、D錯(cuò)誤． 3．(2018·云南聯(lián)考)(多選)用圖甲所示實(shí)驗(yàn)裝置

16、研究光電效應(yīng)現(xiàn)象，分別用a、b、c三束光照射光電管陰極，得到光電管兩端的電壓與相應(yīng)的光電流的關(guān)系如圖乙所示，其中a、c兩束光照射時(shí)對(duì)應(yīng)的遏止電壓相同，均為Uc2，則下列論述正確的是(　　) A．a(chǎn)、c兩束光的光強(qiáng)相同 B．a(chǎn)、c兩束光的頻率相同 C．b光的波長最短 D．用a光照射時(shí)光電管發(fā)出的光電子的最大初動(dòng)能最大 解析：選BC　根據(jù)題圖乙所示光電管兩端的電壓與相應(yīng)的光電流的關(guān)系可知，a、c兩束光照射時(shí)對(duì)應(yīng)的遏止電壓相同，說明a、c兩束光的頻率相同，a、c兩束光產(chǎn)生的飽和光電流不同，說明光強(qiáng)不同，選項(xiàng)A錯(cuò)誤，B正確．b光照射時(shí)對(duì)應(yīng)的遏止電壓最大，說明b光的頻率最大，波長最短，照射

17、光電管時(shí)發(fā)出的光電子的最大初動(dòng)能最大，選項(xiàng)C正確，D錯(cuò)誤． 4．(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Ek隨入射光頻率ν的變化圖線(直線與橫軸的交點(diǎn)坐標(biāo)4.27，與縱軸交點(diǎn)坐標(biāo)0.5)．由圖可知(　　) A．該金屬的截止頻率為4.27×1014 Hz B．該金屬的截止頻率為5.5×1014 Hz C．該圖線的斜率表示普朗克常量 D．該金屬的逸出功為0.5 eV 解析：選AC　由光電效應(yīng)方程Ek＝mv2＝hν－W可知，圖中橫軸的截距為該金屬的截止頻率，選項(xiàng)A正確、B錯(cuò)誤；圖線的斜率表示普朗克常量h，C正確；該金屬的逸出功W＝hν0＝6.63×10－34×4．27×1014 J＝1.77 eV或W＝hν－Ek＝6.63×10－34×5.5×1014 J－0.5 eV＝1.78 eV，選項(xiàng)D錯(cuò)誤． 8