（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）

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1、（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) Ⅰ 放射性同位素 Ⅰ 1.命題規(guī)律 高考對該部分內(nèi)容多為單獨(dú)考查，有時(shí)與電磁學(xué)或動量知識進(jìn)行簡單交匯命題。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，復(fù)習(xí)時(shí)應(yīng)側(cè)重對基本概念和規(guī)律的理解和應(yīng)用。 愛因斯坦光電效應(yīng)方程 Ⅰ 核力、核反應(yīng)方程 Ⅰ 氫原子光譜 Ⅰ 結(jié)合能、質(zhì)量虧損 Ⅰ 氫原子的能級結(jié)構(gòu)、能級公

2、式 Ⅰ 裂變反應(yīng)和聚變反應(yīng)、裂變反應(yīng)堆 Ⅰ 原子核的組成、放射性、原子核的衰變、半衰期 Ⅰ 射線的危害與防護(hù) Ⅰ 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)化為光電子的初動能，只有直接從金屬表面飛出的光電子才具有最大初動能，對于確定的金屬，逸出功W0是一定的，故光電子的最大初動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

3、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

4、．入射光的波長太長 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，入射光的波長越長，頻率越??；若所加反向電壓大于遏止電壓，則電子就不能到達(dá)陽極，也不會有光電流，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

5、的光電子數(shù)目減少，而光電子的最大初動能與光的頻率有關(guān)，頻率不變最大初動能不變，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．改用波長比綠光波長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

6、動能不變，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；光的波長越大頻率越小，改用波長大的光照射，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。 [融會貫通] (1)光電子的最大初動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ε＝hν。 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

7、的引力逸出時(shí)所具有的動能的最大值。 4．光電效應(yīng)方程 (1)表達(dá)式：Ek＝hν－W0。 (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hν，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)的絕對值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

8、飽和光電流Im：電流的最大值 ③最大初動能：Ek＝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最大初動能Ek1＝eUc1，Ek2＝eUc2 遏止電壓Uc與入射光頻率ν的關(guān)系圖線 ①極限頻率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荷量的乘積，即h＝ke (注：此時(shí)兩極之間接反向電壓) [小題練通] 1．(2018·全國卷Ⅱ)用波長為300 nm的光照射鋅板，電子逸出鋅板表面的最大初動能為1.28×10－19 J。已知普朗克常量為6.63×10－34 J·s，真空

9、中的光速為3.00×108 m·s－1。能使鋅產(chǎn)生光電效應(yīng)的單色光的最低頻率約為(　　) A．1×1014 Hz　　　　　　　 B．8×1014 Hz C．2×1015 Hz D．8×1015 Hz 解析：選B　設(shè)單色光的最低頻率為ν0，由愛因斯坦光電效應(yīng)方程得Ek＝hν1－W0,0＝hν0－W0，又ν1＝，整理得ν0＝－，代入數(shù)據(jù)解得ν0≈8×1014 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

10、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ν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，則仍會發(fā)生光電效應(yīng)，故選項(xiàng)C錯(cuò)誤；根據(jù)hν－W逸＝mv2 可知，增大入射光頻率，光電子的最大初動能也增大，故選項(xiàng)D正確。 3．(多選)(2017·全國卷Ⅲ)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，測得相應(yīng)的遏止電

11、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νa>νb，則一定有Uaνb，則一定有Eka>Ekb C．若Uaνb，則一定有hνa－Eka>hνb－Ekb 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Ek＝hν－W0，同種金屬的W0不變，則逸出光電子的最大初動能隨ν的增大而增大，B項(xiàng)正確；又Ek＝eU，則最大初動能與遏止電壓成正比，C項(xiàng)正確；根據(jù)上述有eU＝hν－W0，遏止電壓U隨ν增大而增大，A項(xiàng)錯(cuò)誤；又有hν－Ek＝W0，W0相同，D項(xiàng)

12、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)測出了光電子的最大動能Ekm與入射光頻率ν的關(guān)系，如圖所示。由Ekmν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)無法從圖像中獲知。故A、B、D正確，C錯(cuò)誤。 5．(多選

13、)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eb D．b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Ekm＝hν－W0，以及Ekm＝eUc，得：Uc＝－，圖線的斜率k＝，解得普朗克常量h＝ke，故A錯(cuò)誤；縱軸截距的絕對值b＝，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

14、知圖線的斜率不改變，縱軸截距改變，故B正確。 [融會貫通] 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Ek＝hν－W0，式中W0為逸出功，它與極限頻率νc的關(guān)系是W0＝hνc。 (2)Ekν圖像反映了光電子的最大初動能和入射光頻率的關(guān)系。 (3)光電子的最大初動能Ek可以利用光電管通過實(shí)驗(yàn)的方法測得，即Ek＝eUc，其中Uc是遏止電壓。 點(diǎn)點(diǎn)通(三)　對波粒二象性的理解 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性。 (2)光電效應(yīng)說明光具有粒子性。 (3)光既具有波動性，又具有粒子性，即光具有波粒二象性。 2．對光的波

15、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)為波動性 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，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)出波動性；在與物質(zhì)發(fā)生作用時(shí)往往表現(xiàn)出粒子性 波動性 與粒子 性的 統(tǒng)一 由光子的能量ε＝hν、光子的動量表達(dá)式p＝也可以看出，光的波動性和粒子性并不矛盾，表示粒子性的粒子能量和動量的計(jì)算式中都含有表示波的特征的物理量——頻率ν和波長λ [小題練通] 1．(粵教教材原題)下列說法中正確

16、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，大量光子具有波動性 E．光的波動性是因?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性，只是單個(gè)光子粒子性比較明顯，大量光子波動性比較明顯，D錯(cuò)誤；光的波動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性 B．光只有波動性沒有粒子性 C．少量光子的運(yùn)動顯示波動性，大量光子的運(yùn)動顯示粒子性 D．少量光子的運(yùn)動顯示粒子性，大量光子的運(yùn)動顯示波動性 解析：選D　由題圖可以看出，少量光子的運(yùn)動顯示粒子性，大量光子的運(yùn)動顯示波動性，故D正確。