資源簡介

(共48張PPT)
第1講　波粒二象性
核心素養 重要考點
物理觀念 （1）了解光子、光子說、光電效應規律、波粒二象性；（2）認識原子核的結構和特點；（3）理解原子核的衰變、裂變、聚變和放射現象 1.光電效應和愛因斯坦光電效應方程
2.氫原子光譜和氫原子的能級結構、能級公式
3.原子核的組成、放射性、原子核的衰變、半衰期
4.放射性同位素
5.核力、核反應方程
6.結合能、質量虧損
科學思維 對微觀世界的研究，提出了各種模型，有湯姆孫原子模型、原子的核式結構模型、玻耳的原子模型，使我們知道物理學的研究需要建構模型；能運用概率統計的方法理解半衰期，對天然放射性現象進行分析
科學探究 探究光電效應規律；探究α粒子散射實驗
科學態度
與責任 了解近代物理知識在生活、生產和科學技術中的應用
一、光電效應
1.定義：在光的照射下從物體發射出　　　　的現象（發射出的電子稱為光電子）.
2.產生條件：入射光的頻率　　　　極限頻率.
電子
大于
3.光電效應規律
（1）存在飽和電流.
（2）存在遏止電壓和截止頻率：光電子的能量只與入射光的頻率有關，與入射光的強弱無關.當入射光的頻率低于截止頻率時不發生光電效應.
（3）光電效應具有瞬時性：當頻率超過截止頻率時，無論入射光怎樣微弱，幾乎在照到金屬時立即產生光電流，時間不超過10-9 s.
二、光電效應方程
1.基本物理量
（1）光子的能量ε=hν，h=6.626×10-34 J·s（稱為普朗克常量）.
（2）逸出功：使電子脫離某種金屬所做功的　　　　.
（3）最大初動能
發生光電效應時，金屬表面上的電子吸收光子后克服原子核的引力逸出時所具有動能的　　　　.
2.光電效應方程：Ek=　　　　.
最小值
最大值
hν-W0
三、光的波粒二象性
1.光的干涉、衍射、偏振現象證明光具有　　　　性.
2.光電效應說明光具有　　　　性.
3.光既具有波動性，又具有粒子性，稱為光的　　　　　　性.
四、物質波
1.概率波：光的干涉現象是大量光子的運動遵循波動規律的表現，亮條紋是光子到達概率　　　　的地方，暗條紋是光子到達概率　　　　的地方，因此光波又叫概率波.
2.物質波：任何一個運動著的物體，小到微觀粒子大到宏觀物體都有一種波與它對應，其波長λ=　　，p為運動物體的動量，h為普朗克常量.
波動
粒子
波粒二象
大
小

（1）光電子的本質就是電子，而不是光子.
（2）每種金屬都有一個極限頻率，入射光的頻率不低于這個極限頻率才能使金屬產生光電效應.
（3）光照強度決定每秒鐘光源發射的光子數，頻率決定每個光子的能量.
（4）金屬越活躍，逸出功越小，越容易發生光電效應.
1.［黑體輻射］關于黑體輻射的實驗規律，敘述正確的是 （　　）
A.黑體輻射電磁波的強度按波長的分布，除了與溫度有關外，與表面狀況也有關
B.隨著溫度的升高，各種波長的輻射強度都有增加
C.隨著溫度的升高，輻射強度的極大值向波長較長的方向移動
D.黑體熱輻射的強度與波長無關
B
【解析】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，A錯誤；黑體輻射的規律為隨著溫度的升高各種波長的輻射強度都增加，同時輻射強度的極大值向波長較短的方向移動，B正確，C、D錯誤.
2.［光電效應］（多選）如圖所示，用導線把驗電器與鋅板相連接，當用紫外線照射鋅板時，發生的現象是 （　　）
A.有光子從鋅板逸出
B.有電子從鋅板逸出
C.驗電器指針張開一個角度
D.鋅板帶負電
BC
3.［光電效應方程］在光電效應實驗中，用波長為λ的光照射光電管陰極，發生了光電效應，下列說法正確的是 （　　）
A.僅增大入射光的強度，光電流大小不變
B.僅減小入射光的強度，光電效應現象可能消失
C.改用波長大于λ的光照射，光電子的最大初動能變大
D.改用波長大于λ的光照射，可能不發生光電效應
D
4.［波粒二象性］用很弱的光做單縫衍射實驗，改變曝光時間，在膠片上出現的圖像如圖所示，該實驗表明 （　　）
A.光的本質是波
B.光的本質是粒子
C.光的能量在膠片上分布不均勻
D.光到達膠片上不同位置的概率相同
C　
【解析】用很弱的光做單縫衍射實驗，改變曝光時間，在膠片上出現的圖樣說明光具有波粒二象性，故A、B錯誤；該實驗說明光到達膠片上的不同位置的概率是不一樣的，也就說明了光的能量在膠片上分布不均勻，故C正確，D錯誤.
考點1　對光電效應的理解　［基礎考點］
1.區分光電效應中的四組概念
（1）光子與光電子：光子指光在空間傳播時的每一份能量，光子不帶電；光電子是金屬表面受到光照射時發射出來的電子，其本質是電子.
（2）光電子的動能與最大初動能：光電子往各個方向逸出，克服阻礙做功不同，所以逸出的初動能各不相同，其中直接飛出的光電子動能最大，為最大初動能.
（3）光電流和飽和光電流：金屬板飛出的光電子到達陽極，回路中便產生光電流，隨著所加正向電壓的增大，光電流趨于一個飽和值，這個飽和值是飽和光電流.飽和光電流與所加電壓大小無關，與光強和光的頻率有關.
2.光電效應的研究思路
（1）兩條線索.
（2）兩條對應關系.
①光強度大→光子數目多→發射光電子多→光電流大
②光子頻率高→光子能量大→光電子的最大初動能大
1.（2024年遼寧卷）（多選）X射線光電子能譜儀是利用X光照射材料表面激發出光電子，并對光電子進行分析的科研儀器.用某一頻率的X光照射某種金屬表面，逸出了光電子，若增加此X光的強度，則 （　　）
A.該金屬的逸出功增大
B.X光的光子能量不變
C.逸出的光電子最大初動能增大
D.單位時間逸出的光電子數增多
BD
【解析】金屬的逸出功是金屬的自身固有屬性，僅與金屬自身有關，與照射光無關，所以增加此X光的強度時，該金屬逸出功不變，A錯誤；根據光子能量公式ε=hν可知，增加此X光的強度時，由于光的頻率不變，所以X光的光子能量不變，根據愛因斯坦光電效應方程Ek=hν-W0可知，逸出的光電子最大初動能不變，B正確，C錯誤；增加此X光的強度時，單位時間照射到金屬表面的光子變多，則單位時間逸出的光電子數增多，D正確.
D
3.（2024年深圳模擬）某防盜報警器工作原理如圖所示.用紫外線照射光敏材料制成的陰極時，逸出的光電子在電路中產生電流，電流經放大后使電磁鐵吸住鐵條.當光源與陰極間有障礙物時，警報器響起.下列說法正確的是 （　　）
A.若用紅外光源代替紫外光源，該報警
器一定能正常工作
B.逸出光電子的最大初動能與照射光頻率成正比
C.若用更強的同一頻率紫外線照射陰極，光電流變大
D.若用更強的同一頻率紫外線照射陰極，所有光電子的初動能均增大
C
【解析】紫外光頻率大于紅外光頻率，該光敏材料極限頻率未知，不能確保紅外光照射會發生光電效應，A錯誤；由光電效應方程Ek=hν-W0知，逸出光電子的最大初動能與照射光頻率有關，但不成正比，B錯誤；光照強度越強，光電子越多，光電流越大，C正確；由光電效應方程知，光電子的最大初動能只與光的頻率有關，與光照強度無關，D錯誤.
考點2　愛因斯坦的光電效應方程及應用　［基礎考點］
1.三個關系
（1）愛因斯坦光電效應方程Ek=hν-W0.
（2）光電子的最大初動能Ek可以利用光電管實驗的方法測得，即Ek=eUc，其中Uc是遏止電壓.
（3）光電效應方程中的W0為逸出功，它與極限頻率νc的關系是W0=hνc.
2.三類圖像
圖像名稱 圖線形狀 圖像信息
最大初動能Ek與入射光頻率ν的關系圖線 ①極限頻率：圖線與ν軸交點的橫坐標νc
②逸出功：
W0=|-E|=E
③普朗克常量：圖線的斜率k=h
光的頻率不同時，光電流與電壓的關系　 ①遏止電壓Uc1、Uc2
②飽和光電流Im：電流最大值
③最大初動能Ek1=eUc1，Ek2=eUc2
遏止電壓Uc與入射光頻率ν的關系圖線　
1.小明用金屬銣為陰極的光電管，觀測光電效應現象，實驗裝置示意圖如圖甲所示.已知普朗克常量h=6.63×10-34 J·s.
（1）圖甲中電極A為光電管的　　　　　（填“陰極”或“陽極”）.
（2）實驗中測得銣的截止電壓Uc與入射光頻率ν之間的關系如圖乙所示，則銣的截止頻率νc=　　 　　 Hz，逸出功W0=　　 　　J.
（3）如果實驗中入射光的頻率ν=7.00×1014 Hz，則產生的光電子最大初動能Ek=　　　 　J.
陽極
5.15×1014
3.41×10-19　
1.23×10-19
【解析】（1）題圖甲為利用光電管產生光電流的實驗電路，光電子從K極發射出來，故K為光電管的陰極，A為光電管的陽極.
（2）截止電壓對光電子做負功，根據愛因斯坦光電效應方程有eUc=Ek=hν-W0.結合題圖乙可知，當Uc=0時，ν=5.15×1014 Hz，故銣的截止頻率νc=5.15×1014 Hz，逸出功W0=hνc=3.41×10-19 J.
（3）若入射光的頻率ν=7.00×1014 Hz，則產生的光電子的最大初動能Ek=hν-W0=1.23×10-19 J.
2.（2024年湛江模擬）光伏發電是提供清潔能源的方式之一，光伏發電的原理是光電效應.演示光電效應的實驗裝置如圖甲所示，a、b、c三種光照射光電管得到的三條電流表與電壓表示數之間的關系曲線如圖乙所示，下列說法正確的是 （　　）
A.若b光為綠光，則a光可能是紫光
B.a光照射光電管發出光電子的最大初動能一定小于b光照射光電管發出光電子的最大初動能
B
C.單位時間內a光照射光電管發出的光電子比c光照射光電管發出的光電子少
D.若用強度相同的a、b光照射該光電管，則單位時間內逸出的光電子數相等
【解析】由光電效應方程Ek=hν-W0及eU=Ek，解得eU=hν-W0，即光束照射同一塊金屬時只要遏止電壓一樣，入射光的頻率就一樣，遏止電壓越大，入射光的頻率越大，可知a光和c光的頻率一樣，且均小于b光的頻率，若b光為綠光，則a光不可能是紫光，A錯誤；由題圖乙可知Uc1>Uc2，根據Ek=eUc可知，a光照射光電管發出光電子的最大初動能小于b光照射光電管發出光電子的最大初動能，B正確；對于a、c兩束頻率相同的光來說，入射光越強，單位時間內發射的光電子數越多，則單位時間內a光照射光電管發出的光電子比c光照射光電管發出的光電子多，C錯誤；對a、b兩束不同頻率的光來說，光強相同時單位時間內照射到光電管單位面積上的光子的總能量相等，因為b光的光子頻率較高，每個光子的能量較大，所以單位時間內照射到光電管單位面積上的光子數較少，即單位時間內發出的光電子數較少，D錯誤.
考點3　對波粒二象性的理解　［基礎考點］
1.對波粒二象性的進一步理解
比較 實驗基礎 表現
光的波
動性　 干涉和
衍射　 ①光是一種概率波，即光子在空間各點出現的可能性大小（概率）可用波動規律來描述
②大量的光子在傳播時，表現出波的性質
光的粒
子性　 光電效應、
康普頓效
應　　　 ①當光同物質發生作用時，這種作用是“一份一份”進行的，表現出粒子的性質
②少量或個別光子清楚地顯示出光的粒子性
AC　
2.（2024年北京卷）產生阿秒光脈沖的研究工作獲得2023年的諾貝爾物理學獎，阿秒（as）是時間單位，1 as=1×10-18 s，阿秒光脈沖是發光持續時間在阿秒量級的極短閃光，提供了阿秒量級的超快“光快門”，使探測原子內電子的動態過程成為可能.設有一個持續時間為100 as的阿秒光脈沖，持續時間內至少包含一個完整的光波周期.取真空中光速c=3.0×108 m/s，普朗克常量h=6.6×10-34 J·s，下列說法正確的是 （　　）
A.對于0.1 mm寬的單縫，此阿秒光脈沖比波長為550 nm的可見光的衍射現象更明顯
B.此阿秒光脈沖和波長為550 nm的可見光束總能量相等時，阿秒光脈沖的光子數更多
C
C.此阿秒光脈沖可以使能量為-13.6 eV（-2.2×10-18 J）的基態氫原子電離
D.為了探測原子內電子的動態過程，阿秒光脈沖的持續時間應大于電子的運動周期
3.（2023年江蘇卷）“夸父一號”太陽探測衛星可以觀測太陽輻射的硬X射線.硬X射線是波長很短的光子，設波長為λ.若太陽均勻地向各個方向輻射硬X射線，衛星探測儀鏡頭正對著太陽，每秒接收到N個該種光子.已知探測儀鏡頭面積為S，衛星離太陽中心的距離為R，普朗克常量為h，光速為c，求：
（1）每個光子的動量p和能量E；
（2）太陽輻射硬X射線的總功率P.
知識鞏固練
1.一點光源以113 W的功率向周圍所有方向均勻地輻射波長約為6×10-7 m的光，在離點光源距離為R處每秒垂直通過每平方米的光子數為3×1014 個.普朗克常量為h=6.63×10-34 J·s.R約為 （　　）
A.1×102 m B.3×102 m
C.6×102 m D.9×102 m
（本欄目對應學生用書P448）
B
2.當具有5.0 eV的光子射到一金屬表面時，從金屬表面逸出的電子具有的最大初動能為1.5 eV，為了使這種金屬產生光電效應，入射光子的能量必須不小于 （　　）
A.1.5 eV B.2.5 eV
C.3.5 eV D.5.0 eV
C
3.（多選）關于黑體輻射圖像，下列判斷正確的是 （　　）
A.T1B.T1>T2>T3>T4
C.測量某黑體輻射強度最強的光的波長可以得知其溫度
D.測量某黑體任一波長的光的輻射強度可以得知其溫度
BC
4.（多選）實物粒子和光都具有波粒二象性.下列事實中突出體現波動性的是 （　　）
A.電子束通過雙縫實驗裝置后可以形成干涉圖樣
B.β射線在云室中穿過會留下清晰的徑跡
C.人們利用慢中子衍射來研究晶體的結構
D.人們利用電子顯微鏡觀測物質的微觀結構
ACD
【解析】電子束通過雙縫產生干涉圖樣，體現的是波動性，A正確；β射線在云室中留下清晰的徑跡，不能體現波動性，B錯誤；衍射體現的是波動性，C正確；電子顯微鏡利用了電子束波長短的特性，D正確.
綜合提升練
5.在研究光電效應中電子的發射情況與照射光的強弱、光的顏色的關系時，將a、b、c三束光照射到同一光電管的陰極上，得到的光電流與電壓的關系如圖所示，可知 （　　）
A.a光的頻率高于c光的頻率
B.c光的頻率高于b光的頻率
C.單位時間內c光入射的光子數大于b光入射的光子數
D.a光照射時逸出光電子的最大初動能可能比b光照射時的大
C
【解析】由愛因斯坦光電效應方程得Ek=hν-W0，其中Ek=eUc，可以看出遏止電壓與頻率呈線性關系，頻率越大，遏止電壓越大，所以由圖像可知，a光的頻率等于c光的頻率，c光的頻率低于b光的頻率，A、B錯誤；由圖可得，c光對應的飽和光電流大于b光對應的飽和光電流，因為飽和光電流越大，單位時間內逸出的光電子數越多，且逸出的光電子數等于入射的光子數，所以單位時間內c光入射的光子數大于b光入射的光子數，C正確；因為最大初動能為Ek=eUc，所以a光照射時逸出光電子的最大初動能一定比b光照射時的小，故D錯誤.
6.從1907年起，密立根就開始測量金屬的遏止電壓Uc（即圖甲所示的電路中電流計G的讀數減小到零時加在電極K、A之間的反向電壓）與入射光的頻率ν，由此算出普朗克常量h.按照密立根的方法我們利用圖示裝置進行實驗，得到了某金屬的Uc-ν圖像如圖乙所示.下列說法正確的是 （　　）
A.該金屬的截止頻率約為4.30×1014 Hz
B.該金屬的截止頻率約為5.50×1014 Hz
C.該圖線的斜率為普朗克常量
D.該圖線的斜率為這種金屬的逸出功
A

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