【志鸿优化设计】（重庆专用）2014届高考物理第一轮复习 （梳理自测+理解深化+巩固提升）第十二章近代物理初步第一节波粒二象性教学案

1 第十二章第十二章 近代物理初步近代物理初步 考纲要求权威解读 光电效应 爱因斯坦光电效应方程 氢原子光谱 氢原子的能级结构 能级公式 原子核的组成 放射性 原子核的衰 变 半衰期 放射性同位素 核力 核反应方程 结合能 质量亏损 裂变反应和聚变反应 裂变 反应堆 射线的危害和防护 1 理解光电效应方程 2 理解玻尔理论对氢原子光谱的解释 掌 握氢原子的能级公式并能灵活应用 用氢 原子能级图求解原子的能级跃迁问题是高 考的热点 3 原子核式结构的发现 原子核的组成 放射性 半衰期等仍会是高考命题的重点 4 了解放射性同位素的应用 了解核力的 特点 5 书写核反应方程 能区分核反应的种类并根据质能方程求 解核能问题在高考中命题率较高 6 裂变反应 聚变反应的应用 射线的危 害和应用等知识与现代科技联系密切 第一节第一节 波粒二象性波粒二象性 一 光电效应 1 产生条件 入射光的频率大于金属的 2 光电效应规律 1 每种金属都有一个极限频率 入射光的 必须大于这个极限频率才能产 生光电效应 2 光电子的最大初动能与入射光的 无关 只随入射光频率的增大而增大 3 光电效应的发生几乎是瞬时的 一般不超过 10 9 s 4 当入射光的频率大于极限频率时 饱和光电流的强度与入射光的强度成 二 光子说及光电效应方程 1 光子说 空间传播的光是一份一份的 每一份叫一个光子 一个光子的能量为 E h 其中 h 6 63 10 34 J s 称为普朗克常量 2 光电效应方程 1 表达式 光电子的最大初动能 Ek与入射光光子的能量 h 和逸出功 W0之间的关系 Ek 其中逸出功是指使金属原子中的电子脱离某种金属所做功的 2 物理意义 金属中电子吸收一个光子获得的能量是 h 这些能量一部分用于克服 金属的 剩下的表现为逸出电子的 三 光的波粒二象性 1 光电效应说明光具有粒子性 同时光还具有波动性 即光具有 2 大量光子运动的规律主要表现为光的 性 单个光子的运动主要表现为光的 性 3 光的波长越长 波动性越 越容易看到光的干涉和衍射现象 光的频 率越高 粒子性越 穿透本领 1 已知能使某金属产生光电效应的极限频率为 c 则 2 A 当用频率为 2 c的单色光照射该金属时 一定能产生光电子 B 当用频率为 2 c的单色光照射该金属时 所产生的光电子的最大初动能为 2h c C 当照射光的频率 大于 c时 若 增大 则逸出功增大 D 当照射光的频率 大于 c时 若 增大一倍 则光电子的最大初动能也增大一 倍 2 一束绿光照射某金属发生了光电效应 则下列说法正确的是 A 若增加绿光的照射强度 则逸出的光电子数增加 B 若增加绿光的照射强度 则逸出的光电子最大初动能增加 C 若改用紫光照射 则可能不会发生光电效应 D 若改用紫光照射 则逸出的光电子的最大初动能不变 3 对光的认识 下列说法不正确的是 A 个别光子的行为表现出粒子性 大量光子的行为表现出波动性 B 光的波动性是光子本身的一种属性 不是光子之间的相互作用引起的 C 光表现出波动性时 就不具有粒子性了 光表现出粒子性时 就不再具有波动性了 D 光的波粒二象性应理解为 在某种场合下光的波动性表现得明显 在另外的某种场 合下 光的粒子性表现得明显 4 易错辨析 请你判断下列表述正确与否 对不正确的 予以更正 1 光子和光电子都是实物粒子 2 只要入射光的强度足够强 就能发生光电效应 3 光电效应说明光具有粒子性 说明光的波动说是错误的 4 当一束光照到金属上 发生光电效应的条件是光子的能量大于金属的逸出功 5 光电子的最大初动能与入射光的频率成正比 一 对光电效应规律的理解 自主探究 1 关于光电效应 下列说法正确的是 A 极限频率越大的金属材料逸出功越大 B 只要光照射的时间足够长 任何金属都能产生光电效应 C 从金属表面逸出的光电子的最大初动能越大 这种金属的逸出功越小 D 入射光的光强一定时 频率越高 单位时间内逸出的光电子数就越多 思考 1 什么是逸出功 思考 2 如何理解极限频率 0 思考 3 光电子的最大初动能与入射光强度有关吗 二 光的波动性与粒子性的比较 自主探究 2 关于物质的波粒二象性 下列说法中不正确的是 A 不仅光具有波粒二象性 一切运动的微粒都具有波粒二象性 B 运动的微观粒子与光子一样 当它们通过一个小孔时 都没有特定的运动轨道 C 波动性和粒子性在宏观现象中是矛盾的 对立的 但在微观高速运动的现象中是统 一的 D 实物的运动有特定的轨道 所以实物不具有波粒二象性 归纳要点 项目内容说明 光的粒子性 1 当光同物质发生作用时 这种作用是 一份一份 进 行的 表现出粒子的性质 2 少量或个别光子容易显示 出光的粒子性 粒子的含义是 不连续 一份一份 的 光的粒子即光子 光的波动性 1 足够能量的光在传播时 表现出波动的性质 光的波动性是光子本身的一种属性 不是光子之间相互作用产生的 光的 3 2 光是一种概率波 即光子 在空间各点出现的可能性大 小 概率 可用波动规律来描 述 波动性不同于宏观概念的波 波和粒子的对立统 一 宏观世界 波和粒子是相互对立的概念 微观世界 波和粒子是统一的 光子说并未否定波动性 光子能量 E h 中 其中 和 就是描述波的两个物理量 hc 命题研究一 光电效应方程及曲线 题例 1 爱因斯坦提出了光量子概念并成功地解释光电效应的规律而获得 1921 年 的诺贝尔物理学奖 某种金属逸出光电子的最大初动能 Ekm与入射光频率 的关系如图所 示 其中 0为极限频率 从图中可以确定的是 填选项前的字母 A 逸出功与 有关 B Ekm与入射光强度成正比 C 0时 会逸出光电子 D 图中直线的斜率与普朗克常量有关 解题要点 规律总结 1 光电效应中入射光频率 强度的影响情况 1 入射光频率 决定光子能量 决定光电子最大初动能 2 入射光强度 决定单位时间内接收的光子数 决定单位时间内发射的光电子数 3 光电效应中的光包括不可见光 如紫外线等 光电效应的实质 光现象 电现象 2 Ekm 曲线 1 曲线 如图所示 2 由曲线可以得到的物理量 极限频率 图线与 轴交点的横坐标 0 逸出功 图线与 Ekm轴交点的纵坐标的值 W0 E 普朗克常量 图线的斜率 k h 命题研究二 用光电管研究光电效应 题例 2 如图所示 当开关 S 断开时 用光子能量为 2 5 eV 的一束光照射阴极 P 发现电流表读数不为零 合上电键 调节滑动变阻器 发现当电压表读数小于 0 60 V 时 电流表读数仍不为零 当电压表读数大于或等于 0 60 V 时 电流表读数为零 求 1 此时光电子的最大初动能的大小 4 2 该阴极材料的逸出功 思路点拨 电流表读数为零 说明什么 根据动能定理和光电效应方程 结合临界条 件求解 解题要点 规律总结 1 常见电路 如图所示 甲图是光电管正常工作的电路 乙图光电管加上了反向电压 可以研究光电管的反向 截止电压 光电子的最大初动能等 2 两条线索 1 光电管加正向电压时 入射光强度大 光子数目多 产生的光电子多 光电流大 2 光电管加反向电压时 光子频率高 光子能量大 产生光电子的最大初动能大 反 向截止电压大 反向截止电压与光强无关 1 入射光照射到某金属表面上发生光电效应 若入射光的强度减弱 而频率保持不变 下列说法中正确的是 A 有可能不发生光电效应 B 从光照射到金属表面上至发射出光电子之间的时间间隔将明显增加 C 逸出的光电子的最大初动能将减小 D 单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将减少 2 2012 福州质检 用光照射某种金属 有光电子从金属表面逸出 如果光的频率 不变 而减弱光的强度 则 A 逸出的光电子数减少 光电子的最大初动能不变 B 逸出的光电子数减少 光电子的最大初动能减小 C 逸出的光电子数不变 光电子的最大初动能减小 D 光的强度减弱到某一数值 就没有光电子逸出了 3 2012 江苏苏 锡 常 镇四市调研 1927 年戴维逊和革末完成了电子衍射实验 该实验是荣获诺贝尔奖的重大近代物理实验之一 如图所示的是该实验装置的简化图 下 列说法不正确的是 A 亮条纹是电子到达概率大的地方 B 该实验说明物质波理论是正确的 C 该实验再次说明光子具有波动性 D 该实验说明实物粒子具有波动性 4 如图所示 当开关 S 断开时 用光子能量为 2 5 eV 的一束光照射阴极 P 发现电 流表读数不为零 合上电键 调节滑动变阻器 发现当电压表读数小于 0 60 V 时 电流表 读数仍不为零 当电压表读数大于或等于 0 60 V 时 电流表读数为零 5 1 求此时光电子的最大初动能的大小 2 求该阴极材料的逸出功 6 参考答案参考答案 基础梳理自测基础梳理自测 知识梳理知识梳理 一 1 极限频率 2 1 频率 2 强度 4 正比 二 2 1 h W0 最小值 2 逸出功 初动能 三 1 波粒二象性 2 波动 粒子 3 明显 明显 越强 基础自测基础自测 1 A 解析 解析 入射光的频率大于金属的极限频率 照射该金属时一定能发生光电效应 选项 A 正确 金属的逸出功为W h c 又根据爱因斯坦光电效应方程mv2 h W 当 1 2 入射光的频率为 2 c时 其光电子的最大初动能为mv2 2h c h c 选项 B 正确 若当 1 2 入射光的频率由 2 c增大一倍变为 4 c时 其光电子的最大初动能为 mv2 4h c h c 3h c 显然不是随着增大一倍 选项 D 错误 逸出功是金属本身对金 1 2 属内电子的一种束缚本领的体现 与入射光的频率无关 选项 C 错误 2 A 解析 解析 光电效应的规律表明 入射光的频率决定着是否发生光电效应以及发生 光电效应时产生的光电子的最大初动能的大小 当入射光频率增加后 产生的光电子最大 初动能也增加 而照射光的强度增加 会使单位时间内逸出的光电子数增加 紫光频率高 于绿光 故选项 A D 正确 3 C 解析 解析 本题考查光的波粒二象性 光是一种概率波 少量光子的行为易显示出 粒子性 而大量光子的行为往往显示出波动性 选项 A 正确 光的波动性不是由于光子之 间的相互作用引起的 而是光的一种属性 这已被弱光照射双缝后在胶片上的感光实验所 证实 选项 B 正确 粒子性和波动性是光同时具备的两种属性 选项 C 错误 D 正确 4 答案 1 错误 光子不是实物粒子 不具有静止质量 光电子是从金属中打出的 电子 是实物粒子 2 错误 发生光电效应的条件取决于光的频率 与光的强度无关 3 错误 光电效应说明光具有粒子性 但不能否定光的波动性 光具有波粒二象性 4 正确 5 错误 光电子的最大初动能随入射光的频率的增大而增大 但不是正比关系 核心理解深化 自主探究 1 A 解析 解析 由W0 h 0可知 A 正确 照射光的频率大于极限频率时才 能发生光电效应 即 B 错 由Ek h W0可知 C 错 入射光的强度一定时 频率越高 单个光子的能量h 越大 光子数越少 单位时间内逸出的光电子数越少 故 D 错 提示 1 即从金属表面直接飞出的光电子克服正电荷引力所做的功 通常用W0来表示 2 电子从金属表面逸出 首先必须克服金属原子核的引力做功W0 要使入射光子能 量不小于W0 对应的频率 0 即极限频率 W0 h 3 电子吸收光子能量后 一部分克服阻碍作用做功 剩余部分转化为光电子的初动能 只有直接从金属表面飞出的光电子才具有最大初动能 对于确定的金属 W0是一定的 故 光电子的最大初动能只随入射光的频率增大而增大 与入射光的强度无关 自主探究 2 D 解析 解析 光具有波粒二象性是微观世界具有的特殊规律 大量光子 运动的规律表现出光的波动性 而单个光子的运动表现出光的粒子性 光的波长越长 波 动性越明显 光的频率越高 粒子性越明显 而宏观物体的德布罗意波的波长太小 实际 很难观察到波动性 但不是不具有波粒二象性 D 项合题意 考向探究突破考向探究突破 题例 1 D 解析 解析 入射光的频率必须大于金属产生光电效应的极限频率 才会逸出 7 光电子 C 错误 而金属产生光电效应的逸出功是由金属自身的性质决定 与入射光频率 无关 A 错误 由光电效应方程 h W0 Ekm 逸出光电子的初动能 Ekm 决定于入射光 的频率 与入射光的强度无关 B 错误 图中直线的斜率 h h 1 斜率与普朗 克常量 h 有关 D 正确 题例 2 答案 1 0 6 eV 2 1 9 eV 解析 解析 设用光子能量为 2 5 eV 的光照射时 光电子的最大初动能为Ek 阴极材料逸 出功为W0 当反向电压达到U 0 60 V 以后 具有最大初动能的光电子也达不到阳极 因 此eU Ek 由光电效应方程 Ek h W0 由以上二式 Ek 0 6 eV W0 1 9 eV 所以此时光电子的最大初动能为 0 6 eV 该阴极材料的逸出功为 1 9 eV 演练巩固提升演练巩固提升 1 D 解析 解析 由光电效应方程Ek h W可知 光电子的最大初动能只与入射光的频 率有关 与光强没有关系 但入射光的强度减弱 单位时间内从金属表面逸出的光电子数 目将减少 选项 A C 均错而 D 正确 光电效应具有瞬时性 选项 B 错误 2 A 解析 解析 光的频率不变 表示光子能量不变 仍会有光电子从该金属表面逸出 逸出的光电子的最大初动能也不变 若再减弱光的强度 逸出的光电子数就会