（通用版）2022年高考物理一輪復(fù)習(xí) 第十二章 第72課時(shí) 波粒二象性（雙基落實(shí)課）講義（含解析）

（通用版）2022年高考物理一輪復(fù)習(xí) 第十二章 第72課時(shí) 波粒二象性（雙基落實(shí)課）講義（含解析）考 綱 要 求考 情 分 析光電效應(yīng)放射性同位素1.命題規(guī)律高考對(duì)該部分內(nèi)容多為單獨(dú)考查，有時(shí)與電磁學(xué)或動(dòng)量知識(shí)進(jìn)行簡(jiǎn)單交匯命題。題型一般為選擇題，難度中等。2.考查熱點(diǎn)該部分內(nèi)容知識(shí)點(diǎn)較多，考查熱點(diǎn)有光電效應(yīng)、原子的躍遷、原子核的衰變、核反應(yīng)及核能的計(jì)算等。原子物理屬于前沿科學(xué)知識(shí)，復(fù)習(xí)時(shí)應(yīng)側(cè)重對(duì)基本概念和規(guī)律的理解和應(yīng)用。愛因斯坦光電效應(yīng)方程核力、核反應(yīng)方程氫原子光譜結(jié)合能、質(zhì)量虧損氫原子的能級(jí)結(jié)構(gòu)、能級(jí)公式裂變反應(yīng)和聚變反應(yīng)、裂變反應(yīng)堆原子核的組成、放射性、原子核的衰變、半衰期射線的危害與防護(hù)入射光的頻率大于金屬的極限頻率。3光電效應(yīng)的三大規(guī)律光電子的最大初動(dòng)能隨著入射光頻率的增大而增大，與入射光強(qiáng)度無關(guān)電子吸收光子能量后，一部分克服阻礙作用做功，剩余部分轉(zhuǎn)化為光電子的初動(dòng)能，只有直接從金屬表面飛出的光電子才具有最大初動(dòng)能，對(duì)于確定的金屬，逸出功W0是一定的，故光電子的最大初動(dòng)能只隨入射光的頻率增大而增大，與入射光強(qiáng)度無關(guān)光電效應(yīng)具有瞬時(shí)性光照射金屬時(shí)，電子吸收一個(gè)光子的能量后，動(dòng)能立即增大，不需要能量積累的過程光較強(qiáng)時(shí)飽和電流大光較強(qiáng)時(shí)，包含的光子數(shù)較多，照射金屬時(shí)產(chǎn)生的光電子較多，因而飽和電流較大 小題練通1.(多選)(人教教材演示實(shí)驗(yàn)改編題)如圖所示，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)電解析：選BC當(dāng)用紫外線照射鋅板時(shí)，發(fā)生光電效應(yīng)，有電子從鋅板逸出，鋅板帶正電，驗(yàn)電器指針張開一個(gè)角度，故B、C正確。2.(多選)如圖所示，電路中所有元件完好，但當(dāng)光照射到光電管上的金屬材料上時(shí)，靈敏電流計(jì)中沒有電流通過，其原因可能是()A入射光太弱B入射光的波長(zhǎng)太長(zhǎng)C光照時(shí)間短D電源正、負(fù)極接反解析：選BD若入射光的頻率小于極限頻率，則沒有光電子逸出，入射光的波長(zhǎng)越長(zhǎng)，頻率越小；若所加反向電壓大于遏止電壓，則電子就不能到達(dá)陽(yáng)極，也不會(huì)有光電流，故B、D正確。3(粵教教材原題)用某種色光照射到金屬表面時(shí)，金屬表面有光電子飛出，如果光的強(qiáng)度減弱而頻率不變，則()A光的強(qiáng)度減弱到某一最低數(shù)值時(shí)，就沒有光電子飛出B單位時(shí)間內(nèi)飛出的光電子數(shù)目減少C逸出的光電子的最大初動(dòng)能減小D單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子數(shù)目和最大初動(dòng)能都減小解析：選B光的強(qiáng)度減弱而頻率不變，則仍有光電子飛出，只是單位時(shí)間內(nèi)飛出的光電子數(shù)目減少，而光電子的最大初動(dòng)能與光的頻率有關(guān)，頻率不變最大初動(dòng)能不變，故B正確。4(多選)如圖所示，是工業(yè)生產(chǎn)中大部分光電控制設(shè)備(如夜亮?xí)兿ǖ穆窡?用到的光控繼電器的示意圖，它由電源、光電管、放大器、電磁繼電器等幾部分組成。當(dāng)用綠光照射光電管陰極K時(shí)，可以發(fā)生光電效應(yīng)，則下列說法中正確的是()A增大綠光照射強(qiáng)度，光電子最大初動(dòng)能增大B增大綠光照射強(qiáng)度，電路中的光電流增大C改用波長(zhǎng)比綠光波長(zhǎng)大的光照射光電管陰極K時(shí)，電路中一定有光電流D改用頻率比綠光頻率大的光照射光電管陰極K時(shí)，電路中一定有光電流解析：選BD增大綠光照射強(qiáng)度，光電子最大初動(dòng)能不變，而光電流增大，A錯(cuò)誤，B正確；改用頻率大的光照射，入射光頻率一定大于極限頻率，則一定有光電流，D正確；光的波長(zhǎng)越大頻率越小，改用波長(zhǎng)大的光照射，入射光頻率不一定大于極限頻率，則不一定有光電流，C錯(cuò)誤。 融會(huì)貫通(1)光電子的最大初動(dòng)能取決于入射光的頻率。(2)單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子數(shù)取決于入射光的強(qiáng)弱。點(diǎn)點(diǎn)通(二)愛因斯坦的光電效應(yīng)方程及應(yīng)用1光子說：在空間傳播的光不是連續(xù)的，而是一份一份的，每一份叫做一個(gè)光子，光子的能量h。2逸出功W0：電子從金屬中逸出所需做功的最小值。3最大初動(dòng)能：發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)，金屬表面上的電子吸收光子后克服原子核的引力逸出時(shí)所具有的動(dòng)能的最大值。4光電效應(yīng)方程(1)表達(dá)式：EkhW0。(2)物理意義：金屬表面的電子吸收一個(gè)光子獲得的能量是h，這些能量的一部分用來克服金屬的逸出功W0，剩下的表現(xiàn)為逸出后電子的最大初動(dòng)能Ek。5.光電效應(yīng)的四類圖像圖像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與入射光頻率的關(guān)系圖 線極限頻率：圖線與軸交點(diǎn)的橫坐標(biāo)c逸出功：圖線與Ek軸交點(diǎn)的縱坐標(biāo)的絕對(duì)值W0|E|E普朗克常量：圖線的斜率kh顏色相同、強(qiáng)度不同的光，光電流與電壓的關(guān)系遏止電壓Uc：圖線與橫軸的交點(diǎn)飽和光電流Im：電流的最大值最大初動(dòng)能：EkeUc顏色不同時(shí)，光電流與電壓的關(guān)系遏止電壓Uc1、Uc2飽和光電流最大初動(dòng)能Ek1eUc1，Ek2eUc2遏止電壓Uc與入射光頻率的關(guān)系圖線極限頻率c：圖線與橫軸的交點(diǎn)遏止電壓Uc：隨入射光頻率的增大而增大普朗克常量h：等于圖線的斜率與電子電荷量的乘積，即hke (注：此時(shí)兩極之間接反向電壓)小題練通1(2018·全國(guó)卷)用波長(zhǎng)為300 nm的光照射鋅板，電子逸出鋅板表面的最大初動(dòng)能為1.28×1019 J。已知普朗克常量為6.63×1034 J·s，真空中的光速為3.00×108 m·s1。能使鋅產(chǎn)生光電效應(yīng)的單色光的最低頻率約為()A1×1014 HzB8×1014 HzC2×1015 Hz D8×1015 Hz解析：選B設(shè)單色光的最低頻率為0，由愛因斯坦光電效應(yīng)方程得Ekh1W0,0h0W0，又1，整理得0，代入數(shù)據(jù)解得08×1014 Hz，B正確。2(多選)(人教教材改編題)在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，用頻率為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改用頻率小于的光照射，一定不發(fā)生光電效應(yīng)D改用頻率大于的光照射，光電子的最大初動(dòng)能增大解析：選AD增大入射光的強(qiáng)度，單位時(shí)間內(nèi)照射到單位面積上的光子數(shù)目增加，則光電流將增大，故選項(xiàng)A正確；光電效應(yīng)是否發(fā)生取決于入射光的頻率，而與入射光強(qiáng)度無關(guān)，故選項(xiàng)B錯(cuò)誤；用頻率為的光照射光電管陰極，發(fā)生光電效應(yīng)，用頻率較小的光照射時(shí)，若光的頻率仍大于極限頻率，則仍會(huì)發(fā)生光電效應(yīng)，故選項(xiàng)C錯(cuò)誤；根據(jù)hW逸mv2 可知，增大入射光頻率，光電子的最大初動(dòng)能也增大，故選項(xiàng)D正確。3(多選)(2017·全國(guó)卷)在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，分別用頻率為a、b的單色光a、b照射到同種金屬上，測(cè)得相應(yīng)的遏止電壓分別為Ua和Ub、光電子的最大初動(dòng)能分別為Eka和Ekb。h為普朗克常量。下列說法正確的是()A若a>b，則一定有Ua<UbB若a>b，則一定有Eka>EkbC若Ua<Ub，則一定有Eka<EkbD若a>b，則一定有haEka>hbEkb解析：選BC設(shè)該金屬的逸出功為W0，根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程有EkhW0，同種金屬的W0不變，則逸出光電子的最大初動(dòng)能隨的增大而增大，B項(xiàng)正確；又EkeU，則最大初動(dòng)能與遏止電壓成正比，C項(xiàng)正確；根據(jù)上述有eUhW0，遏止電壓U隨增大而增大，A項(xiàng)錯(cuò)誤；又有hEkW0，W0相同，D項(xiàng)錯(cuò)誤。4(多選)(滬科教材原題)在演示光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中，某金屬被光照射后產(chǎn)生了光電效應(yīng)現(xiàn)象，實(shí)驗(yàn)測(cè)出了光電子的最大動(dòng)能Ekm與入射光頻率的關(guān)系，如圖所示。由Ekm圖像可求出()A該金屬的逸出功B該金屬的極限頻率C單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子數(shù)D普朗克常量解析：選ABD根據(jù)光電效應(yīng)方程EkmhW0hh0知，圖線的斜率表示普朗克常量，根據(jù)圖線斜率可得出普朗克常量。橫軸截距表示最大初動(dòng)能為零時(shí)的入射光頻率，此時(shí)的頻率等于金屬的極限頻率，根據(jù)W0h0可求出逸出功。單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子數(shù)無法從圖像中獲知。故A、B、D正確，C錯(cuò)誤。5(多選)在某次光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，得到的遏止電壓Uc與入射光的頻率的關(guān)系如圖所示，若該直線的斜率和縱截距分別為k和b，電子電荷量的絕對(duì)值為e，則()A普朗克常量可表示為B若更換材料再實(shí)驗(yàn)，得到的圖線的k不改變，b改變C所用材料的逸出功可表示為ebDb由入射光決定，與所用材料無關(guān)解析：選BC根據(jù)光電效應(yīng)方程EkmhW0，以及EkmeUc，得：Uc，圖線的斜率k，解得普朗克常量hke，故A錯(cuò)誤；縱軸截距的絕對(duì)值b，解得逸出功W0eb，故C正確；b等于逸出功與電荷量的比值，而逸出功與材料有關(guān)，則b與材料有關(guān)，故D錯(cuò)誤；更換材料再實(shí)驗(yàn)，由于逸出功變化，可知圖線的斜率不改變，縱軸截距改變，故B正確。 融會(huì)貫通利用光電效應(yīng)分析問題，應(yīng)把握的三個(gè)關(guān)系(1)愛因斯坦光電效應(yīng)方程EkhW0，式中W0為逸出功，它與極限頻率c的關(guān)系是W0hc。(2)Ek圖像反映了光電子的最大初動(dòng)能和入射光頻率的關(guān)系。(3)光電子的最大初動(dòng)能Ek可以利用光電管通過實(shí)驗(yàn)的方法測(cè)得，即EkeUc，其中Uc是遏止電壓。點(diǎn)點(diǎn)通(三)對(duì)波粒二象性的理解1光的波粒二象性(1)光的干涉、衍射、偏振現(xiàn)象證明了光具有波動(dòng)性。(2)光電效應(yīng)說明光具有粒子性。(3)光既具有波動(dòng)性，又具有粒子性，即光具有波粒二象性。2對(duì)光的波粒二象性的理解從數(shù)量上看個(gè)別光子的作用效果往往表現(xiàn)為粒子性；大量光子的作用效果往往表現(xiàn)為波動(dòng)性從頻率上看頻率越低波動(dòng)性越顯著，越容易看到光的干涉和衍射現(xiàn)象；頻率越高粒子性越顯著，越不容易看到光的干涉和衍射現(xiàn)象，貫穿本領(lǐng)越強(qiáng)從傳播與作用上看光在傳播過程中往往表現(xiàn)出波動(dòng)性；在與物質(zhì)發(fā)生作用時(shí)往往表現(xiàn)出粒子性波動(dòng)性與粒子性的統(tǒng)一由光子的能量h、光子的動(dòng)量表達(dá)式p也可以看出，光的波動(dòng)性和粒子性并不矛盾，表示粒子性的粒子能量和動(dòng)量的計(jì)算式中都含有表示波的特征的物理量頻率和波長(zhǎng)小題練通1(粵教教材原題)下列說法中正確的是()A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)果解析：選C光的波粒二象性和光的電磁說并不互相矛盾，A錯(cuò)誤；暗條紋的地方是光子到達(dá)的概率小的地方，B錯(cuò)誤，C正確；光子既具有粒子性也具有波動(dòng)性，只是單個(gè)光子粒子性比較明顯，大量光子波動(dòng)性比較明顯，D錯(cuò)誤；光的波動(dòng)性不是光子之間的相互作用的結(jié)果，E錯(cuò)誤。2(人教教材改編題)用很弱的光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，把入射光減弱到可以認(rèn)為光源和感光膠片之間不可能同時(shí)有兩個(gè)光子存在，如圖所示是不同數(shù)量的光子照射到感光膠片上得到的照片。這些照片說明()A光只有粒子性沒有波動(dòng)性B光只有波動(dòng)性沒有粒子性C少量光子的運(yùn)動(dòng)顯示波動(dòng)性，大量光子的運(yùn)動(dòng)顯示粒子性D少量光子的運(yùn)動(dòng)顯示粒子性，大量光子的運(yùn)動(dòng)顯示波動(dòng)性解析：選D由題圖可以看出，少量光子的運(yùn)動(dòng)顯示粒子性，大量光子的運(yùn)動(dòng)顯示波動(dòng)性，故D正確。