高考物理一輪復(fù)習(xí)第十二章近代物理初步第1課時(shí)波粒二象性學(xué)案新人教版

第十二章近代物理初步[定標(biāo)——核心素養(yǎng)]物理觀念理解原子的能級(jí)結(jié)構(gòu)，區(qū)分衰變類型，理解光電效應(yīng)發(fā)生的條件、核反應(yīng)的類型和特點(diǎn)以及原子核的結(jié)合能?？茖W(xué)思維核反應(yīng)方程的書(shū)寫(xiě)，核能的計(jì)算。[定位——主干知識(shí)]3．氫原子光譜4.氫原子的能級(jí)結(jié)構(gòu)、能級(jí)公式5．原子核的組成、放射性、原子核的衰變、半衰期6．放射性同位素7.核力、核反應(yīng)方程8．結(jié)合能、質(zhì)量虧損9.裂變反應(yīng)和聚變反應(yīng)、裂變反應(yīng)堆10．射線的危害與防護(hù)第1課時(shí)波粒二象性eq\a\vs4\al(基礎(chǔ)自修課)必備知識(shí)(一)光電效應(yīng)的理解1．[光電效應(yīng)的產(chǎn)生條件]如圖所示是光電管的原理圖，已知當(dāng)有波長(zhǎng)為λ0的光照到陰極K上時(shí)，電路中有光電流，則()A．若增加電路中電源電壓，電路中光電流一定增大B．若將電源極性反接，電路中一定沒(méi)有光電流產(chǎn)生C．若換用波長(zhǎng)為λ1(λ1>λ0)的光照射陰極K時(shí)，電路中一定沒(méi)有光電流D．若換用波長(zhǎng)為λ2(λ2<λ0)的光照射陰極K時(shí)，電路中一定有光電流2．[光電效應(yīng)現(xiàn)象的理解](多選)現(xiàn)用某一光電管進(jìn)行光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)，當(dāng)用某一頻率的光入射時(shí)，有光電流產(chǎn)生。下列說(shuō)法正確的是()A．保持入射光的頻率不變，入射光的光強(qiáng)變大，飽和光電流變大B．入射光的頻率變高，飽和光電流變大C．入射光的頻率變高，光電子的最大初動(dòng)能變大D．保持入射光的光強(qiáng)不變，不斷減小入射光的頻率，始終有光電流產(chǎn)生[系統(tǒng)歸納]與光電效應(yīng)有關(guān)的五組概念對(duì)比(1)光子與光電子：光子指光在空間傳播時(shí)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(shí)發(fā)射出來(lái)的電子，其本質(zhì)是電子。光子是因，光電子是果。(2)光電子的動(dòng)能與光電子的最大初動(dòng)能：只有金屬表面的電子直接向外飛出時(shí)，只需克服原子核的引力做功的情況，才具有最大初動(dòng)能。(3)光電流和飽和光電流：金屬板飛出的光電子到達(dá)陽(yáng)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(gè)飽和值，這個(gè)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(wú)關(guān)。(4)入射光強(qiáng)度與光子能量：入射光強(qiáng)度指單位時(shí)間內(nèi)照射到金屬表面單位面積上的總能量，而光子能量E＝hν。(5)光的強(qiáng)度與飽和光電流：頻率相同的光照射金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)，入射光越強(qiáng)，飽和光電流越大，但不是簡(jiǎn)單的正比關(guān)系。3．[光電效應(yīng)規(guī)律的研究](多選)如圖所示電路可研究光電效應(yīng)規(guī)律。圖中標(biāo)有A和K的為光電管，其中A為陽(yáng)極，K為陰極。理想電流計(jì)可檢測(cè)通過(guò)光電管的電流，理想電壓表用來(lái)指示光電管兩端的電壓?，F(xiàn)接通電源，用光子能量為10.5eV的光照射陰極K，電流計(jì)中有示數(shù)，若將滑動(dòng)變阻器的滑片P緩慢向右滑動(dòng)，電流計(jì)的讀數(shù)逐漸減小，當(dāng)滑至某一位置時(shí)電流計(jì)的讀數(shù)恰好為零，讀出此時(shí)電壓表的示數(shù)為6.0V?，F(xiàn)保持滑片P位置不變，以下判斷正確的是()A．光電管陰極材料的逸出功為4.5eVB．若增大入射光的強(qiáng)度，電流計(jì)的讀數(shù)不為零C．若用光子能量為12eV的光照射陰極K，光電子的最大初動(dòng)能一定變大D．若用光子能量為9.5eV的光照射陰極K，同時(shí)把滑片P向左移動(dòng)少許，電流計(jì)的讀數(shù)一定不為零[系統(tǒng)歸納]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：入射光強(qiáng)度大→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。[精解詳析]1．選D光電流的強(qiáng)度與入射光的強(qiáng)度有關(guān)，當(dāng)光越強(qiáng)時(shí)，光電子數(shù)目會(huì)增多，初始時(shí)電壓增加光電流可能會(huì)增加，當(dāng)達(dá)到飽和光電流后，再增大電壓，光電流不會(huì)增大，故A錯(cuò)誤；將電路中電源的極性反接，電子受到電場(chǎng)阻力，到達(dá)A極的數(shù)目會(huì)減小，則電路中電流會(huì)減小，甚至沒(méi)有電流，故B錯(cuò)誤；波長(zhǎng)為λ1(λ1>λ0)的光的頻率有可能大于極限頻率，電路中可能有光電流，故C錯(cuò)誤；波長(zhǎng)為λ2(λ2<λ0)的光的頻率一定大于極限頻率，電路中一定有光電流，故D正確。2．選AC根據(jù)光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)得出的結(jié)論：保持入射光的頻率不變，入射光的光強(qiáng)變大，飽和光電流變大，故A正確，B錯(cuò)誤；根據(jù)愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程得：入射光的頻率變高，光電子的最大初動(dòng)能變大，故C正確；遏止電壓的大小與入射光的頻率有關(guān)，與入射光的光強(qiáng)無(wú)關(guān)，保持入射光的光強(qiáng)不變，若時(shí)光的頻率低于截止頻率，則沒(méi)有光電流產(chǎn)生，故D錯(cuò)誤。3．選AC由題給電路圖可知，圖中所加電壓為反向減速電壓，根據(jù)題意可知遏止電壓為6V，由Ek＝hν－W0＝eUc得W0＝4.5eV，選項(xiàng)A正確；當(dāng)電壓達(dá)到遏止電壓時(shí)，所有電子都不能到達(dá)A極，無(wú)論光強(qiáng)如何變化，電流計(jì)示數(shù)仍為零，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；若光子能量增大，根據(jù)光電效應(yīng)方程，光電子的最大初動(dòng)能一定變大，選項(xiàng)C正確；若用光子能量為9.5eV的光照射陰極K，則遏止電壓為5V，滑片P向左移動(dòng)少許，電流計(jì)的讀數(shù)可能仍為零，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。必備知識(shí)(二)愛(ài)因斯坦的光電效應(yīng)方程1．[愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程的理解](多選)在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，分別用頻率為νa、νb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(shuō)法正確的是()A．若νa>νb，則一定有Ua<UbB．若νa>νb，則一定有Eka>EkbC．若Ua<Ub，則一定有Eka<EkbD．若νa>νb，則一定有hνa－Eka>hνb－Ekb[系統(tǒng)歸納]愛(ài)因斯坦的光電效應(yīng)方程的理解(1)愛(ài)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．[愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程的應(yīng)用](2018·全國(guó)卷Ⅱ)用波長(zhǎng)為300nm的光照射鋅板，電子逸出鋅板表面的最大初動(dòng)能為1.28×10－19J。已知普朗克常量為6.63×10－34J·s，真空中的光速為3.00×108m·sA．1×1014Hz B．8×1014HzC．2×1015Hz D．8×1015Hz[系統(tǒng)歸納]應(yīng)用光電效應(yīng)方程時(shí)的注意事項(xiàng)(1)每種金屬都有一個(gè)截止頻率，入射光頻率不低于這個(gè)截止頻率時(shí)才能發(fā)生光電效應(yīng)。(2)截止頻率對(duì)應(yīng)著光的極限波長(zhǎng)和金屬的逸出功，即hνc＝heq\f(c,λc)＝W0。(3)應(yīng)用光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0時(shí)，注意能量單位電子伏和焦耳的換算(1eV＝1.6×10－19J)。[精解詳析]1．選BC設(shè)該金屬的逸出功為W，根據(jù)愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程有Ek＝hν－W，同種金屬的W不變，則逸出光電子的最大初動(dòng)能隨ν的增大而增大，B項(xiàng)正確；又Ek＝eU，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eU＝hν－W，遏止電壓U隨ν增大而增大，A項(xiàng)錯(cuò)誤；又有hν－Ek＝W，W相同，則D項(xiàng)錯(cuò)誤。2．選B設(shè)單色光的最低頻率為ν0，由愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程得Ek＝hν1－W,0＝hν0－W，又ν1＝eq\f(c,λ)，整理得ν0＝eq\f(c,λ)－eq\f(Ek,h)，代入數(shù)據(jù)解得ν0≈8×1014Hz。必備知識(shí)(三)光電效應(yīng)的圖像1．[光電效應(yīng)的Ek-ν圖像](多選)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ν的關(guān)系，如圖所示。由Ekmν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Ekm＝hν－W0＝hν－h(huán)ν0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)W0＝hν0可求出逸出功。單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子數(shù)無(wú)法從圖像中獲知。故A、B、D正確，C錯(cuò)誤。2．[光電效應(yīng)的Uc-ν圖像](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ν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eq\f(k,e)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ebD．b由入射光決定，與所用材料無(wú)關(guān)解析：選BC根據(jù)光電效應(yīng)方程Ekm＝hν－W0，以及Ekm＝eUc，得：Uc＝eq\f(hν,e)－eq\f(W0,e)，圖線的斜率k＝eq\f(h,e)，解得普朗克常量h＝ke，故A錯(cuò)誤；縱軸截距的絕對(duì)值b＝eq\f(W0,e)，解得逸出功W0＝eb，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。3．[光電效應(yīng)的I-U圖像](2021·泰安質(zhì)檢)研究光電效應(yīng)的電路如圖所示。用頻率相同、強(qiáng)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(yáng)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(guān)系圖像中正確的是()解析：選C光電效應(yīng)中，入射光子能量為hν，克服逸出功W0后多余的能量轉(zhuǎn)換為電子動(dòng)能，設(shè)遏止電壓為Uc，有eUc＝hν－W0，整理得Uc＝eq\f(h,e)ν－eq\f(W0,e)，遏止電壓只與入射光的頻率有關(guān)，與入射光的強(qiáng)度無(wú)關(guān)。入射光越強(qiáng)，飽和光電流越大，故選項(xiàng)C正確。[系統(tǒng)歸納]光電效應(yīng)四類圖像圖像名稱圖線形狀讀取信息最大初動(dòng)能Ek與入射光頻率ν的關(guān)系圖線①截止頻率νc(極限頻率)：橫軸截距②逸出功：縱軸截距的絕對(duì)值W0＝|－E|＝E③普朗克常量：圖線的斜率k＝h遏止電壓Uc與入射光頻率ν的關(guān)系圖線①截止頻率νc：橫軸截距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顏色相同、強(qiáng)度不同時(shí)，光電流與電壓的關(guān)系①遏止電壓Uc：橫軸截距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、Uc2②飽和光電流③最大初動(dòng)能Ek1＝eUc1，Ek2＝eUc2必備知識(shí)(四)對(duì)波粒二象性的理解1．[波粒二象性的理解](多選)實(shí)物粒子和光都具有波粒二象性。下列事實(shí)中突出體現(xiàn)波動(dòng)性的是()A．電子束通過(guò)雙縫實(shí)驗(yàn)裝置后可以形成干涉圖樣B．β射線在云室中穿過(guò)會(huì)留下清晰的徑跡C．人們利用慢中子衍射來(lái)研究晶體的結(jié)構(gòu)D．人們利用電子顯微鏡觀測(cè)物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)解析：選ACD干涉和衍射體現(xiàn)的是波動(dòng)性，A、C正確；β射線在云室中留下清晰的徑跡，體現(xiàn)的是粒子性，不能體現(xiàn)波動(dòng)性，B錯(cuò)誤；電子顯微鏡利用電子束衍射工作，體現(xiàn)的是波動(dòng)性，D正確。2．[光子的能量](2017·北京高考)2017年年初，我國(guó)研制的“大連光源”——極紫外自由電子激光裝置，發(fā)出了波長(zhǎng)在100nm(1nm＝10－9m)附近連續(xù)可調(diào)的世界上最強(qiáng)的極紫外激光脈沖?！按筮B光源”因其光子的能量大、密度高，可在能源利用、光刻技術(shù)、霧霾治理等領(lǐng)域的研究中發(fā)揮重要作用。一個(gè)處于極紫外波段的光子所具有的能量可以電離一個(gè)分子，但又不會(huì)把分子打碎。據(jù)此判斷，能夠電離一個(gè)分子的能量約為(取普朗克常量h＝6.6×10－34J·s，真空光速c＝3×10A．10－21J B．10－18JC．10－15J D．10－12J解析：選B光子的能量E＝hν，c＝λν，聯(lián)立解得E≈2×10－18J，B項(xiàng)正確。[系統(tǒng)歸納]1．光的波粒二象性的認(rèn)識(shí)(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(shuō)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)