【物理】2020届一轮复习人教版光电效应波粒二象性学案

【物理】2020届一轮复习人教版光电效应波粒二象性学案

第十二章 近代物理初步 ‎ ‎1、考查近代物理知识中一些基础知识，意在考查考生的理解能力 ‎2、高考对本专题内容考查的重点和热点有：①原子能级跃迁和原子核的衰变规律；②核反应方程的书写、质量亏损和核能的计算；③原子物理部分的物理史和α、β、γ三种射线的特点及应用等.‎ ‎3、近代物理部分，涉及的考点较多，主要有光电效应、波粒二象性、原子结构、玻尔理论、衰变、核反应和核能等，主要以选择题的形式命题，可能单独命题，但更多的是通过多个选项命制综合题。‎ ‎4、由于本专题内容琐碎，考查点多，因此复习时应抓住主干知识，梳理出知识点，进行理解性记忆.‎ ‎1.知道什么是光电效应，理解光电效应的实验规律.‎ ‎2.会利用光电效应方程计算逸出功、极限频率、最大初动能等物理量.‎ ‎3.知道光的波粒二象性，知道物质波的概念．‎ 一、黑体辐射与能量子 ‎1． 黑体与黑体辐射 ‎(1)黑体：是指能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射的物体．‎ ‎(2)黑体辐射的实验规律 ‎①一般材料的物体，辐射的电磁波除与温度有关外，还与材料的种类及表面状况有关．‎ ‎②黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关．‎ a．随着温度的升高，各种波长的辐射强度都增加．‎ b．随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动．‎ ‎2． 能量子 ‎(1)定义：普朗克认为，带电微粒辐射或者吸收能量时，只能辐射或吸收某个最小能量值的整数倍．即能量的辐射或者吸收只能是一份一份的．这个不可再分的最小能量值ε叫做能量子．‎ ‎(2)能量子的大小：ε＝hν，其中ν是电磁波的频率，h称为普朗克常量．h＝6.63×10－34 J·s.‎ 二、光电效应 ‎1． 光电效应现象 光电效应：在光的照射下金属中的电子从金属表面逸出的现象，叫做光电效应，发射出来的电子叫做光电子．‎ ‎2． 光电效应规律 ‎(1)每种金属都有一个极限频率．‎ ‎(2)光子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光的频率增大而增大．‎ ‎(3)光照射到金属表面时，光电子的发射几乎是瞬时的．‎ ‎(4)光电流的强度与入射光的强度成正比．&‎ ‎3． 爱因斯坦光电效应方程 ‎(1)光子说：空间传播的光的能量是不连续的，是一份一份的，每一份叫做一个光子．光子的能量为ε＝hν，其中h是普朗克常量，其值为6.63×10－34 J·s.‎ ‎(2)光电效应方程：Ek＝hν－W0.‎ 其中hν为入射光的能量，Ek为光电子的最大初动能，W0是金属的逸出功．‎ ‎4． 遏止电压与截止频率 ‎(1)遏止电压：使光电流减小到零的反向电压Uc.‎ ‎(2)截止频率：能使某种金属发生光电效应的最小频率叫做该种金属的截止频率(又叫极限频率)．不同的金属对应着不同的极限频率．‎ ‎(3)逸出功：电子从金属中逸出所需做功的最小值，叫做该金属的逸出功．‎ 三、光的波粒二象性与物质波 ‎1． 光的波粒二象性 ‎(1)光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有波动性．‎ ‎ (2)光电效应说明光具有粒子性．‎ ‎(3)光既具有波动性，又具有粒子性，称为光的波粒二象性．‎ ‎2． 物质波 ‎(1)概率波 光的干涉现象是大量光子的运动遵守波动规律的表现，亮条纹是光子到达概率大的地方，暗条纹是光子到达概率小的地方，因此光波又叫概率波．‎ ‎(2)物质波 任何一个运动着的物体，小到微观粒子大到宏观物体都有一种波与它对应，其波长，p为运动物体的动量，h为普朗克常量.‎ 考点一 光电效应现象和光电效应方程的应用 ‎1．对光电效应的四点提醒 ‎(1)能否发生光电效应，不取决于光的强度而取决于光的频率。‎ ‎(2)光电效应中的“光”不是特指可见光，也包括不可见光。‎ ‎(3)逸出功的大小由金属本身决定，与入射光无关。‎ ‎(4)光电子不是光子，而是电子。*‎ ‎2．两条对应关系 光强大→光子数目多→发射光电子多→光电流大；‎ 光子频率高→光子能量大→光电子的最大初动能大。‎ ‎3．定量分析时应抓住三个关系式 ‎(1)爱因斯坦光电效应方程：Ek＝hν－W0。‎ ‎(2)最大初动能与遏止电压的关系：Ek＝eUc。‎ ‎(3)逸出功与极限频率的关系：W0＝hν0。‎ ‎★重点归纳★‎ ‎1、光电效应的图象分析 两条线索 ‎(1)通过频率分析：光子频率高→光子能量大→产生光电子的最大初动能大．‎ ‎(2)通过光的强度分析：入射光强度大→光子数目多→产生的光电子多→光电流大 图象名称 图线形状 由图线直接(间接) 得到的物理量 最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图线 ‎①极限频率：图线与ν轴交点的横坐标νc ‎②逸出功：图线与Ek轴交点的纵坐标的值 W0＝|－E|＝E ‎③普朗克常量：图线的斜率k＝h 颜色相同、强度不同的光，光电流与电压的关系 ‎①遏止电压Uc：图线与横轴的交点 ‎②饱和光电流Im：电流的最大值 ‎③最大初动能：Ekm＝eUc 颜色不同时，光电流与电压的关系 ‎①遏止电压Uc1、Uc2‎ ‎②饱和光电流 ‎③最大初动能Ek1＝eUc1，Ek2＝eUc2‎ 遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图线 ‎①截止频率νc：图线与横轴的交点 ‎②遏止电压Uc：随入射光频率的增大而增大 ‎③普朗克常量h：等于图线的斜率与电子电量的乘积，即h＝ke。(注：此时两极之间接反向电压)‎ ‎★典型案例★如图甲所示为研究光电效应中入射光的频率、强弱与光电子发射情况的实验电路。阴极K受到光照时可以发射光电子，电源正负极可以对调。实验中得到如图乙所示的实验规律，下列表述错误的是 A． 在光照条件不变的情况下，随着所加电压的增大，光电流趋于一个饱和值 B． 在光的频率不变的情况下，入射光越强饱和电流越大 C． 一定频率的光照射光电管，不论光的强弱如何，遏止电压不变 D． 蓝光的遏止电压大于黄光的遏止电压是因为蓝光强度大于黄光强度 ‎【答案】D ‎【解析】‎ ‎★针对练习1★（多选）甲、乙两种金属发生光电效应时，光电子的最大初动能与入射光频率间的函数关系分别如图中的Ⅰ、Ⅱ所示．下列判断正确的是(　　) ‎ A． Ⅰ与Ⅱ不一定平行 B． 乙金属的极限频率大 C． 图象纵轴截距由入射光强度判定 D． Ⅰ、Ⅱ的斜率是定值，与入射光和金属材料均无关系 ‎【答案】BD ‎【解析】‎ 本题考查的是光电效应的相关问题，，I与II一定平行，I、II的斜率是定值由普朗克常数决定，与入射光和金属材料均无关系；图象纵轴截距由入射光频率决定；只有D选项正确；/‎ ‎★针对练习2★（多选）用频率为ν的光照射在某金属表面时产生了光电子，当光电子垂直射入磁感应强度为B的匀强磁场中做匀速圆周运动时，其最大半径为R，若以W表示逸出功，m、e表示电子的质量和电量，h表示普朗克常数，则电子的最大初动能是(　　)‎ A． hν＋W B． C． hν－W D． ‎ ‎【答案】CD ‎【解析】‎ 考点：本题考查光电效应及带电粒子在匀强磁场中的运动，意在考查考生对光电效应方程的理解及利用牛顿运动定律、圆周运动处理电子在磁场中运动问题的能力。‎ 考点二　对光的波粒二象性、物质波的考查 光既具有波动性，又具有粒子性，两者不是孤立的，而是有机的统一体，其表现规律为：‎ ‎(1)个别光子的作用效果往往表现为粒子性；大量光子的作用效果往往表现为波动性。‎ ‎(2)频率越低波动性越显著，越容易看到光的干涉和衍射现象；频率越高粒子性越显著，越不容易看到光的干涉和衍射现象，而贯穿本领越强。‎ ‎(3)光在传播过程中往往表现出波动性；在与物质发生作用时，往往表现为粒子性。‎ ‎★典型案例★奥地利维也纳理工大的一个家团队成功在两个单光子之间建立起强大的相互作用，据家介绍：两个相互作用的光子同时到达时显示出与单个光子完全不同的行为，该项成果朝着轻拍校验量子通道或建立光逻辑门发送信息迈出了重要一步。我们通过习也了解了光子的初步知识，下列有关光子的现象以及相关说法正确的是( )‎ A． 大量光子产生的效果往往显示出波动性 B． 如果利用紫光照射某种金属可以发生光电效应，改用红光一定不能发生光电效应 C． 一个处于n=3能级的氢原子向基态跃迁时最多可以释放3种不同频率的光子 D． 在康普顿效应中，当入射光子与晶体中的电子之间发生碰撞时，将一部分动量转移给电子，所以光子散射后波长变短 ‎【答案】A ‎【解析】A、大量光子产生的效果往往显示出波动性，少量光子体现粒子性，故A正确；‎ B、紫光照射某种金属发生光电效应，改用红光，因红光的频率小于紫光，则照射这种金属不一定发生光电效应，故B错误；& C、根据数组合，一群处于能级的氢原子向基态跃迁时最多可以释放 种，但一个处于能级的氢原子向基态跃迁时最多可以释放2种不同频率的光子，故C错误； D、康普顿效应中，碰撞时，把一部分动量转移给电子，因此，光子散射后波长变长，故D错误。‎ 点睛：考查光电效应发生条件，掌握原子核式结构模型内容，理解玻尔理论中跃迁时，动能与电势能的变化情况，最后掌握康普顿效应中的波长如何变化，注意一个与一群的电子跃迁辐射光子种类的区别。‎ ‎★针对练习1★（多选）根据物质波理论，以下说法中正确的是(　　)‎ A． 微观粒子有波动性，宏观物体没有波动性 B． 宏观物体和微观粒子都具有波动性 C． 宏观物体的波动性不易被人观察到是因为它的波长太长 D． 速度相同的质子和电子相比，电子的波动性更为明显 ‎【答案】BD ‎【解析】‎ ‎【详解】‎ ‎【点睛】‎ 德布罗意波理论告诉我们,一切运动的微粒都有一种波与之对应,即一切运动的微粒都具有波粒二象性.电子有波动性,但在一定的条件下才能表现出来. ‎ ‎★针对练习2★（多选）实物粒子和光都具有波粒二象性。下列事实中突出体现波动性的是 (　)‎ A． 电子束通过双缝实验装置后可以形成干涉图样 B． β射线在云室中穿过会留下清晰的径迹 C． 人们利用慢中子衍射来研究晶体的结构 D． 人们利用电子显微镜观测物质的微观结构 E. 光电效应实验中，光电子的最大初动能与入射光的频率有关，与入射光的强度无关 ‎【答案】ACD ‎【解析】‎