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1、選修3-5 第十二章波粒二象性 原子結構原子核 第1講波粒二象性,【知識導圖】,光電子,電子,大于,增大,h,h-W0,干涉,波動性,光電效應,粒子性,波動,粒子,【微點撥】 1.對光強的理解: 單位時間、單位面積接收到光的能量,與光子頻率和光子數(shù)目都有關。,2.光電效應規(guī)律的“四點”理解: (1)放不放光電子,看入射光的最低頻率。 (2)放多少光電子,看光的強度。 (3)光電子的最大初動能大小,看入射光的頻率。 (4)要放光電子,瞬時放。,3.關于飽和光電流的兩點說明: (1)在一定的光照條件下,飽和光電流與所加電壓大小無關。 (2)對于不同頻率的光,飽和光電流與入射光強度之間無簡單的正比關
2、系。,【慧眼糾錯】 (1)只要光照射的時間足夠長,任何金屬都能發(fā)生光電 效應。 糾錯:_________________________________________ _____________。 (2)光電子就是光子。 糾錯:______________________________________。,發(fā)生光電效應的條件是入射光的頻率不小于金,屬的截止頻率,光電子是被光子打出的電子,其實質(zhì)是電子,(3)光照強度越大,飽和光電流越大。 糾錯:_________________________________________ _____________。 (4)入射光的頻率越大,金屬的逸出功
3、越大。 糾錯:________________________________________ _________________。,在入射光的顏色不變的情況下,入射光越強,飽,和光電流越大,金屬的逸出功由金屬本身性質(zhì)決定,與入射光,的頻率、強度無關,(5)從金屬表面逸出的光電子的最大初動能越大,這種 金屬的逸出功越小。 糾錯:__________________________________________ _______________。 (6)光的頻率越大,光就只表現(xiàn)為粒子性。 糾錯:_________________________________________ _____。,金屬
4、的逸出功由金屬本身性質(zhì)決定,與光電子的,最大初動能無關,光的頻率越大,光的粒子性越明顯,但仍具有波,動性,考點1光電效應規(guī)律 【典題探究】 【典例1】(多選)(2017全國卷)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 導學號04450252(),A.若ab,則一定有 Uab,則一定有EkaEkb C.若Uab,則一定有ha-Ekahb-Ekb,【解析】選B、C。由愛因斯坦光電效應方程h=Ekm+W0,由動能定理可得Ekm=eU,故當ab時,UaUb,EkaEk
5、b,故A錯誤,B正確;若Ua
6、多選)(2016全國卷)現(xiàn)用某一光電管進行光電效應實驗,當用某一頻率的光入射時,有光電流產(chǎn)生。下列說法正確的是(),A.保持入射光的頻率不變,入射光的光強變大,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,光電子的最大初動能變大 D.保持入射光的光強不變,不斷減小入射光的頻率,始終有光電流產(chǎn)生 E.遏止電壓的大小與入射光的頻率有關,與入射光的光強無關,【解析】選A、C、E。保持入射光的頻率不變,入射光 的光強變大,單位時間內(nèi)光電子變多,飽和光電流變 大,A對;據(jù)愛因斯坦光電效應方程 =h-W0可知, 入射光的頻率變高,光電子的最大初動能變大,飽和光 電流不變,B
7、錯、C對;當h
8、生偏轉(zhuǎn),知a0,a光的波長小于b光的波長,故A項錯誤;發(fā)生光電效應的條件:0,增加b光的強度不能使電流計G的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn),故B項錯誤;發(fā)生光電效應時,電子從光電管左端運動到右端,而電流的方向與電子定向移動的方向相反,所以流過電流計G的電流方向是c流向d,故C項錯誤;增加a光的強度可使通過電流計G的電流增大,故D項正確。,【加固訓練】 (2018寧德模擬)如圖所示,當電鍵K斷 開時,用頻率為的一束光照射陰極P, 發(fā)現(xiàn)電流表讀數(shù)不為零,合上電鍵,調(diào) 節(jié)滑動變阻器,發(fā)現(xiàn)當電壓表讀數(shù)小于 U時,電流表讀數(shù)仍不為零;當電壓表讀數(shù)大于或等于U時,電流表讀數(shù)為零。已知普朗克常量為h,電子的電荷量為e。則這種
9、陰極材料的極限頻率為(),【解析】選B。合上電鍵,調(diào)節(jié)滑動變阻器,發(fā)現(xiàn)當電壓 表讀數(shù)小于U時,電流表讀數(shù)仍不為零;當電壓表讀數(shù)大 于或等于U時,電流表讀數(shù)為零;根據(jù)愛因斯坦光電效應 方程,陰極材料的逸出功為:eU=Ekm=h-W=h-h0。 那么這種陰極材料的極限頻率為0=- ,故A、C、 D項錯誤,B項正確。,考點2光電效應的圖象分析 【典題探究】 【典例2】(2015全國卷)在某次 光電效應實驗中,得到的遏止電壓Uc 與入射光的頻率的關系如圖所示, 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_____
10、_______。導學號04450253,【解析】由題意可得eUc= =h-W,變形為Uc= ,結合圖象可知 所以h=ek, W=-eb。 答案:ek-eb,【遷移訓練】,遷移1:光電效應的Ek-圖象 (2018南平模擬)用如圖甲所示的裝置研究光電效應現(xiàn)象,閉合電鍵S,用頻率為的光照射光電管時發(fā)生了光電效應。圖乙是該光電管發(fā)生光電效應時光電子的最大初動能Ek與入射光頻率的關系圖象,圖線與橫軸的交點坐標為(a,0),與縱軸的交點坐標為(0,-b),下列說法中正確的是(),A.普朗克常量為h= B.斷開電鍵S后,電流表G的示數(shù)不為零 C.僅增加照射光的強度,光電子的最大初動能將增大 D.
11、保持照射光強度不變,僅提高照射光頻率,電流表G的示數(shù)保持不變,【解析】選B。根據(jù)Ekm=h-W0得,縱軸截距的絕對值等 于金屬的逸出功,等于b,當最大初動能為零時,入射光 的頻率等于截止頻率,所以金屬的截止頻率為0=a,那 么普朗克常量為h= ,故A項錯誤;電鍵S斷開后,因光 電效應現(xiàn)象中,光電子存在最大初動能,因此電流表G 的示數(shù)不為零,故B項正確;根據(jù)光電效應方程可知,,入射光的頻率與最大初動能有關,與光的強度無關,故C項錯誤;若保持照射光強度不變,僅提高照射光頻率,則光子數(shù)目減小,那么電流表G的示數(shù)會減小,故D項錯誤。,遷移2:光電效應的I-U圖象 (2018南寧模擬)某同學采用如圖甲所
12、示的裝置研究光電效應現(xiàn)象,分別用a、b、c三束單色光照射圖甲中的光電管的陰極,得到光電管兩端的電壓與相應的光電流的關系如圖乙所示,其中a、c兩束光照射時對應的遏止電壓相同,均為Ua,則下列論述正確的是 () 導學號04450254,A.a、c兩束光的光強相同 B.a、c兩束光的頻率相同 C.b光束光子的能量最小 D.b光束的波長最長,遏止電壓最大,【解析】選B。由圖可知,a的飽和電流最大,因此a光束照射時單位時間內(nèi)產(chǎn)生的光電子數(shù)量大,光強大,故A項錯誤;當光電流為零時,光電管兩端加的電壓為遏止電壓,對應的光的頻率為截止頻率,根據(jù)eU=h-W,入射光的頻率越高,對應的遏止電壓U越大。a光、c光的
13、遏止電壓相等,所以a光、c光的頻率相等,而b光的頻率大,能量大,且對應的波長最小,故B項正確,C、D項錯誤。,遷移3:光電效應的Uc-圖象 如圖為密立根研究某金屬的遏止電壓Uc和入射光頻率的關系圖象,則下列說法正確的是 (),A.圖象的斜率為普朗克常量 B.該金屬的截止頻率約為5.51014 Hz C.由圖象可得該金屬的逸出功為0.5 eV D.由圖象可知,光電子的最大初動能與入射光的頻率成一次函數(shù)關系,【解析】選D。根據(jù)光電效應方程得,Ekm=h-W0,又 Ekm=eUc,解得Uc= ,可知圖線的斜率k= ,故A 項錯誤;當遏止電壓為零時,入射光的頻率等于金屬的 截止頻率,大約為4.210
14、14 Hz,故B項錯誤;圖線的斜 率k= ,則逸出功W0=h0=ke0= 4.2 1014 eV=1.6 eV,故C項錯誤;根據(jù)光電效應方程得, Ekm=h-W0,即eUc=h-W0,光電子的最大初動能與入 射光的頻率成一次函數(shù)關系,故D項正確。,【通關秘籍】 1.由Ek-圖象可以得到的信息: (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。,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.
15、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),【加固訓練】 (2018武漢模擬)下表是按照密立根的方法進行光電效應實驗時得到的某金屬的遏止電壓Uc和入射光的頻率的幾組數(shù)據(jù)。,由以上數(shù)據(jù)應用Excel描點連線,可得直線方程 Uc=0.397 3 -1.702 4,如圖所示。,則這種金屬的截止頻率約為() A.3.51014 Hz B.4.31014 Hz C.5.51014 Hz D.6.01014 Hz,【解析】選B。根據(jù)光電效
16、應方程得:Ekm=h-W0= h-h0,解得:Uc= 與直線方程 Uc=0.397 3 -1.702 4,比較可知,圖線的斜率為: 同時: =1.702 4,聯(lián)立得:04.3 1014 Hz。故B項正確,A、C、D項錯誤。,考點3光的波粒二象性物質(zhì)波 【典題探究】 【典例3】(多選)(2015全國卷改編)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 () 導學號04450255,A.射線在云室中穿過會留下清晰的徑跡 B.人們利用慢中子衍射來研究晶體的結構 C.人們利用電子顯微鏡觀測物質(zhì)的微觀結構 D.光電效應實驗中,光電子的最大初動能與入射光的頻率有關,與入射光
17、的強度無關,【解析】選B、C。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A錯誤;人們利用慢中子衍射來研究晶體的結構,慢中子衍射說明中子是一種波,故B正確;人們利用電子顯微鏡觀測物質(zhì)的微觀結構,利用了電子束的德布羅意波長短,提高顯微鏡的分辨率,說明電子是一種波,故C正確;光電效應實驗中,光電子的最大初動能與入射光的頻率有關,與入射光的強度無關,說明光是一種粒子,故D錯誤。,【通關秘籍】 1.光的波粒二象性:光的干涉、衍射、偏振現(xiàn)象證明光具有波動性,光電效應、康普頓效應說明光具有粒子性。光既具有波動性,又具有粒子性,稱為光的波粒二象性。光既有波動性,又有粒子性,兩者不是孤立的,
18、而是有機的統(tǒng)一體。,2.表現(xiàn)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,越不容易看到光的干涉和衍射現(xiàn)象,貫穿本領越強。,(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(zhì)發(fā)生作用時往往表現(xiàn)為粒子性。 (4)波動性與粒子性的統(tǒng)一:由光子的能量E=h、光子 的動量表達式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算式中都 含有表示波的特征的物理量頻率和波長。,(5)理解光的波粒二象性時不可把光當成宏觀概
19、念中的波,也不可把光當成宏觀概念中的粒子。,3.物質(zhì)波: (1)定義:任何運動著的物體都有一種波與之對應,這 種波叫作物質(zhì)波,也叫德布羅意波。 (2)物質(zhì)波的波長:= ,h是普朗克常量。 (3)德布羅意波也是概率波,衍射圖樣中的亮圓是電子 落點概率大的地方,但概率的大小受波動規(guī)律的支配。,【考點沖關】 1.(2018朔州模擬)下列有關光的波粒二象性的說法中,正確的是 () A.有的光是波,有的光是粒子 B.光子與電子是同樣的一種粒子 C.光的波長越長,其波動性越顯著;波長越短,其粒子性越顯著 D.大量光子的行為往往顯示出粒子性,【解析】選C。光既有波動性又有粒子性,故A項錯誤;光子不帶電,
20、沒有靜止質(zhì)量,而電子帶負電,有質(zhì)量,故B項錯誤;光的波長越長,其波動性越顯著,波長越短,其粒子性越顯著,故C項正確;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,故D項錯誤。,2.(多選)物理學家做了一個有趣的實驗:在雙縫干涉實驗中,在光屏處放上照相底片,若減小入射光的強度,使光子只能一個一個地通過狹縫。實驗結果表明,如果曝光時間不太長,底片上只能出現(xiàn)一些如圖甲所示不規(guī)則的點子;如果曝光時間足夠長,底片上就會出現(xiàn)如圖丙所示規(guī)則的干涉條紋。對于這個實驗結果的認識正確的是導學號04450256(),A.單個光子的運動沒有確定的軌道 B.曝光時間不長時,光的能量太小,底片上
21、的條紋看不清楚,故出現(xiàn)不規(guī)則的點子 C.干涉條紋中明亮的部分是光子到達機會較多的地方 D.大量光子的行為表現(xiàn)為波動性,【解析】選A、C、D。由于光的傳播不是連續(xù)的而是一 份一份的,每一份就是一個光子,所以每次通過狹縫只 有一個光子,當一個光子到達某一位置時該位置感光而 留下痕跡,由于單個光子表現(xiàn)粒子性,即每一個光子所 到達的區(qū)域是不確定的,但是大量光子表現(xiàn)出波動性, 所以長時間曝光后最終形成了圖丙中明暗相間的條紋,,干涉條紋中明亮的部分是光子到達機會較多的地方,該實驗說明了光具有波粒二象性,所以A、C、D項正確,B項錯誤。,【加固訓練】 關于波粒二象性,下列說法正確的是() A.能量越大的光子其波動性越顯著 B.動能相等的質(zhì)子和電子,它們的德布羅意波長也相等 C.黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體的溫度有關 D.若光子與一個靜止的自由電子發(fā)生作用,則光子被電子散射后波長會變小,【解析】選C。能量較大的光子的波長短,其粒子性越 顯著,故A項錯誤;由p= 及p= 可知,動能相同的 質(zhì)子和電子,其動量不同,故其波長也不相同,故B項錯 誤;根據(jù)黑體輻射實驗的規(guī)律可知:黑體輻射電磁波的 強度按波長的分布只與黑體的溫度有關,故C項正確; 光子與一個靜止的自由電子發(fā)生作用,根據(jù)動量守恒知, 光子動量減小,根據(jù)德布羅意波長= 知,散射后波長 變大,故D項錯誤。,
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