2019版高考物理總復習 第十二章 波粒二象性 原子結構和原子核 基礎課1 波粒二象性課件.ppt

高考導航 基礎課1波粒二象性 光電效應 1 光電效應現(xiàn)象 在光的照射下金屬中的電子從金屬表面逸出的現(xiàn)象 稱為光電效應 發(fā)射出來的電子稱為 2 光電效應的四個規(guī)律 1 每種金屬都有一個 2 光子的最大初動能與入射光的強度無關 只隨入射光的增大而增大 3 光照射到金屬表面時 光電子的發(fā)射幾乎是的 4 光電流的強度與入射光的成正比 知識排查 3 遏止電壓與截止頻率 1 遏止電壓 使光電流減小到零的反向電壓Uc 2 截止頻率 能使某種金屬發(fā)生光電效應的頻率叫做該種金屬的截止頻率 又叫極限頻率 不同的金屬對應著不同的極限頻率 最小 愛因斯坦光電效應方程 1 光子說在空間傳播的光是不連續(xù)的 而是一份一份的 每一份叫做一個光的能量子 簡稱光子 光子的能量 其中h 6 63 10 34J s 稱為普朗克常量 2 逸出功W0使電子脫離某種金屬所做功的 3 最大初動能發(fā)生光電效應時 金屬表面上的吸收光子后克服原子核的引力逸出時所具有的動能的最大值 4 愛因斯坦光電效應方程 1 表達式 Ek h 2 物理意義 金屬表面的電子吸收一個光子獲得的能量是h 這些能量的一部分用來克服金屬的 剩下的表現(xiàn)為逸出后光電子的最大初動能Ek 光的波粒二象性與物質波 1 光的波粒二象性 1 光的干涉 衍射 偏振現(xiàn)象證明光具有性 2 光電效應說明光具有性 3 光既具有波動性 又具有粒子性 稱為光的性 2 物質波 1 概率波光的干涉現(xiàn)象是大量光子的運動遵守波動規(guī)律的表現(xiàn) 亮條紋是光子到達概率的地方 暗條紋是光子到達概率的地方 因此光波又叫概率波 2 物質波任何一個運動著的物體 小到微觀粒子大到宏觀物體都有一種波與它對應 其波長 p為運動物體的動量 h為普朗克常量 A 有光子從鋅板逸出B 有電子從鋅板逸出C 驗電器指針張開一個角度D 鋅板帶負電 小題速練 1 人教版選修3 5 P30 演示實驗改編 多選 如圖1所示 用導線把驗電器與鋅板相連接 當用紫外線照射鋅板時 發(fā)生的現(xiàn)象是 圖1 解析用紫外線照射鋅板是能夠發(fā)生光電效應的 鋅板上的電子吸收紫外線的能量從鋅板表面逸出 稱之為光電子 故選項A錯誤 B正確 鋅板與驗電器相連 帶有相同電性的電荷 鋅板失去電子應該帶正電 且失去電子越多 帶正電的電荷量越多 驗電器指針張角越大 故選項C正確 D錯誤 答案BC 2 人教版選修3 5 P36 T2改編 多選 在光電效應實驗中 用頻率為 的光照射光電管陰極 發(fā)生了光電效應 下列說法正確的是 A 增大入射光的強度 光電流增大B 減小入射光的強度 光電效應現(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D 改用頻率大于 的光照射 光電子的最大初動能變大 答案AD 3 下列說法正確的是 A 實物的運動有特定的軌道 所以實物不具有波粒二象性B 康普頓效應說明光子既有能量又有動量C 光是高速運動的微觀粒子 單個光子不具有波粒二象性D 宏觀物體的物質波波長非常小 極易觀察到它的波動解析由德布羅意理論知 宏觀物體的德布羅意波的波長太小 實際很難觀察到波動性 但仍具有波粒二象性 選項A D錯誤 康普頓效應說明光子除了具有能量之外還有動量 選項B正確 波粒二象性是光子的特性 單個光子也具有波粒二象性 選項C錯誤 答案B 光電效應現(xiàn)象和光電效應方程的應用 1 對光電效應的四點提醒 1 能否發(fā)生光電效應 不取決于光的強度而取決于光的頻率 2 光電效應中的 光 不是特指可見光 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 4 光電子不是光子 而是電子 2 定量分析時應抓住三個關系式 1 愛因斯坦光電效應方程 Ek h W0 2 最大初動能與遏止電壓的關系 Ek eUc 3 逸出功與極限頻率的關系 W0 h 0 3 區(qū)分光電效應中的四組概念 1 光子與光電子 光子指光在空間傳播時的每一份能量 光子不帶電 光電子是金屬表面受到光照射時發(fā)射出來的電子 其本質是電子 2 光電子的動能與光電子的最大初動能 3 光電流和飽和光電流 金屬板飛出的光電子到達陽極 回路中便產(chǎn)生光電流 隨著所加正向電壓的增大 光電流趨于一個飽和值 這個飽和值是飽和光電流 在一定的光照條件下 飽和光電流與所加電壓大小無關 4 入射光強度與光子能量 入射光強度指單位時間內照射到金屬表面單位面積上的總能量 1 2018 江西省五校模擬 下列有關光電效應的說法正確的是 A 光電效應現(xiàn)象證明了光是電磁波B 普朗克為了解釋光電效應現(xiàn)象 提出了光子說C 只要增大入射光的強度 就可以產(chǎn)生光電效應D 入射光的頻率低于金屬的截止頻率時不發(fā)生光電效應解析光電效應顯示了光的粒子性 但不能證明光是電磁波 選項A錯誤 愛因斯坦為了解釋光電效應現(xiàn)象 提出了光子說 選項B錯誤 根據(jù)光電效應產(chǎn)生的條件可知 只有當入射光的頻率大于金屬的極限頻率 或截止頻率 時 才能發(fā)生光電效應 選項C錯誤 D正確 答案D 2 2017 北京理綜 18 2017年年初 我國研制的 大連光源 極紫外自由電子激光裝置 發(fā)出了波長在100nm 1nm 10 9m 附近連續(xù)可調的世界上最強的極紫外激光脈沖 大連光源 因其光子的能量大 密度高 可在能源利用 光刻技術 霧霾治理等領域的研究中發(fā)揮重要作用 一個處于極紫外波段的光子所具有的能量可以電離一個分子 但又不會把分子打碎 據(jù)此判斷 能夠電離一個分子的能量約為 取普朗克常量h 6 6 10 34J s 真空光速c 3 108m s A 10 21JB 10 18JC 10 15JD 10 12J 答案B 3 2017 全國卷 19 多選 在光電效應實驗中 分別用頻率為 a b的單色光a b照射到同種金屬上 測得相應的遏止電壓分別為Ua和Ub 光電子的最大初動能分別為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h a Eka h b Ekb 解析由愛因斯坦光電效應方程得 Ekm h W0 由動能定理得 Ekm eU 若用a b單色光照射同種金屬時 逸出功W0相同 當 a b時 一定有Eka Ekb Ua Ub 故選項A錯誤 B正確 若Ua Ub 則一定有Eka Ekb 故選項C正確 因逸出功相同 有W0 h a Eka h b Ekb 故選項D錯誤 答案BC 4 如圖2甲所示 合上開關 用光子能量為2 5eV的一束光照射陰極K 發(fā)現(xiàn)電流表讀數(shù)不為零 調節(jié)滑動變阻器 發(fā)現(xiàn)當電壓表讀數(shù)小于0 60V時 電流表讀數(shù)仍不為零 當電壓表讀數(shù)大于或等于0 60V時 電流表讀數(shù)為零 把電路改為圖乙 當電壓表讀數(shù)為2V時 則逸出功及電子到達陽極時的最大動能為 A 1 5eV0 6eVB 1 7eV1 9eVC 1 9eV2 6eVD 3 1eV4 5eV 圖2 答案C 光電效應的圖象分析 1 極限頻率 圖線與 軸交點的橫坐標 c 2 逸出功 圖線與Ek軸交點的縱坐標的絕對值E W0 3 普朗克常量 圖線的斜率k h 1 由Ek 圖象可以得到的信息 2 由I U圖象可以得到的信息 1 遏止電壓Uc 圖線與橫軸的交點的絕對值 2 飽和光電流Im 電流的最大值 3 最大初動能 Ekm eUc 3 由Uc 圖象可以得到的信息 1 截止頻率 c 圖線與橫軸的交點 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荷量的乘積 即h ke 注 此時兩極之間接反向電壓 1 多選 某種金屬逸出光電子的最大初動能Ek與入射光頻率 的關系如圖3所示 已知該金屬的逸出功為W0 普朗克常量為h 下列說法正確的是 圖3 答案CD 2 研究光電效應的電路如圖4所示 用頻率相同 強度不同的光分別照射密封真空管的鈉極板 陰極K 鈉極板發(fā)射出的光電子被陽極A吸收 在電路中形成光電流 下列光電流I與A K之間的電壓UAK的關系圖象中正確的是 圖4 解析雖然入射光強度不同 但光的頻率相同 所以遏止電壓相同 又因當入射光強度大時 單位時間逸出的光電子多 飽和光電流大 所以選項C正確 答案C 3 2018 重慶萬州月考 多選 某金屬在光的照射下產(chǎn)生光電效應 其遏止電壓Uc與入射光頻率 的關系圖象如圖5所示 則由圖象可知 A 該金屬的逸出功等于h 0B 遏止電壓是確定的 與入射光的頻率無關C 入射光的頻率為2 0時 產(chǎn)生的光電子的最大初動能為h 0D 入射光的頻率為3 0時 產(chǎn)生的光電子的最大初動能為h 0 圖5 答案AC 光的波粒二象性的規(guī)律1 從數(shù)量上看 個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)為波動性 2 從頻率上看 頻率越低波動性越顯著 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 貫穿本領越強 越不容易看到光的干涉和衍射現(xiàn)象 3 從傳播與作用上看 光在傳播過程中往往表現(xiàn)出波動性 在與物質發(fā)生作用時往往表現(xiàn)為粒子性 光的波粒二象性 物質波 1 多選 用極微弱的可見光做雙縫干涉實驗 隨著時間的增加 在屏上先后出現(xiàn)如圖6 a b c 所示的圖象 則 A 圖象 a 表明光具有粒子性B 圖象 c 表明光具有波動性C 用紫外光觀察不到類似的圖象D 實驗表明光是一種概率波 圖6 解析圖象 a 只有分散的亮點 表明光具有粒子性 圖象 c 呈現(xiàn)干涉條紋 表明光具有波動性 用紫外光也可以觀察到類似的圖象 實驗表明光是一種概率波 選項A B D正確 答案ABD 2 多選 實物粒子和光都具有波粒二象性 下列事實中突出體現(xiàn)波動性的是 A 電子束通過雙縫實驗裝置后可以形成干涉圖樣B 射線在云室中穿過會留下清晰的徑跡C 人們利用慢中子衍射來研究晶體的結構D 人們利用電子顯微鏡觀測物質的微觀結構解析電子束通過雙縫實驗裝置后可以形成干涉圖樣 可以說明電子是一種波 故選項A正確 射線在云室中穿過會留下清晰的徑跡 可以說明 射線是一種粒子 故選項B錯誤 人們利用慢中子衍射來研究晶體的結構 中子衍射說明中子是一種波 故選項C正確 人們利用電子顯微鏡觀測物質的微觀結構 利用了電子束的衍射現(xiàn)象 說明電子束是一種波 故選項D正確 答案ACD 3 多選 1927年戴維遜和湯姆孫分別完成了電子衍射實驗 該實驗是榮獲諾貝爾獎的重大近代物理實驗之一 如圖7所示的是該實驗裝置的簡化圖 下列說法正確的是 圖7 A 亮條紋是電子到達概率大的地方B 該實驗說明物質波理論是正確的C 該實驗再次說明光子具有波動性D 該實驗說明實物粒子具有波動性答案ABD