（通用版）2022年高考物理一輪復(fù)習(xí) 第十二章 第72課時 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 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)及核能的計算等。原子物理屬于前沿科學(xué)知識，復(fù)習(xí)時應(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)具有瞬時性 光照射金屬時，電子吸收一個光子的能量后，動能立即增大，不需要能量積累的過程 光較強(qiáng)時飽和電流

3、大 光較強(qiáng)時，包含的光子數(shù)較多，照射金屬時產(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，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)電器指針張開一個角度 D．鋅板帶負(fù)電 解析：選BC　當(dāng)用紫外線照射鋅板時，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，靈敏電流計中沒有電流通過，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，頻率越小；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，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，就沒有光電子飛出 B．單位時間內(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，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，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，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，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，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B錯誤；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，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C錯誤；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項正確；又Ek＝eU，則最大初動能與遏止電壓成正比，C項正確；根據(jù)上述有eU＝hν－W0，遏止電壓U隨ν增大而增大，A項錯誤；又有hν－Ek＝W0，W0相同，D項

12、錯誤。 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的入射光頻率，此時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錯誤；暗條紋的地方是光子到達(dá)的概率小的地方，B錯誤，C正確；光子既具有粒子性也具有波動性，只是單個光子粒子性比較明顯，大量光子波動性比較明顯，D錯誤；光的波動性不是光子之間的相互作用的結(jié)果，E錯誤。 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有兩個光子存在，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。