2020高考物理一轮复习第十一章近代物理初步学案.pdf
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1、【本资料精心搜集整理而来,欢迎广大同仁惠存!】1/35 2020高考物理一轮复习第十一章近代物理初步学案编 辑:_时 间:_教学资料范本【本资料精心搜集整理而来,欢迎广大同仁惠存!】2/35 第 1 节波粒二象性(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,就可以使金属发生光电效应。()(3)要使某金属发生光电效应,入射光子的能量必须大于金属的逸出功。()(4)光电子的最大初动能与入射光子的频率成正比。()(5)光的频率越高,光的粒子性越明显,但仍具有波动性。()(6)德国物理学家普朗克提出了量子假说,成功地解释了光电效应规律。()(7)美国物理学家康普顿发现了康普顿效应,
2、证实了光的粒子性。()(8)法国物理学家德布罗意大胆预言了实物粒子在一定条件下会表现为波动性。()突破点(一)对光电效应的理解1与光电效应有关的五组概念对比(1)光子与光电子:光子指光在空间传播时的每一份能量,光子不带电;光电子是金属表面受到光照射时发射出来的电子,其本质是电子。光子是光电效应的因,光电子是果。(2)光电子的动能与光电子的最大初动能:光照射到金属表面时,电子吸收光子的全部能量,可能向各个方向运动,需克服原子核和其他原子的阻碍而损失一部分能量,剩余部分为光电子的初动能;只有金属表面的电子直接向外飞出时,只需克服原子核的引力做功的情况,才具有最大初动能。光电子的初动能小于或等于光电
3、子的最大初动能。(3)光电流与饱和光电流:金属板飞出的光电子到达阳极,回路中便产生光电流,随着所加正向电压的增大,光电流趋于一个饱和值,这个饱和值是饱和光电流,在一定的光照条件下,饱和光电流与所加电压大小无关。【本资料精心搜集整理而来,欢迎广大同仁惠存!】3/35(4)入射光强度与光子能量:入射光强度指单位时间内照射到金属表面单位面积上的总能量。(5)光的强度与饱和光电流:饱和光电流与入射光强度成正比的规律是对频率相同的光照射金属产生光电效应而言的,对于不同频率的光,由于每个光子的能量不同,饱和光电流与入射光强度之间没有简单的正比关系。2光电效应的研究思路(1)两条线索:(2)两条对应关系:光
4、强大光电流大光子频率高光电子的最大初动能大题点全练 1 多选 关于光电效应,下列说法正确的是()A发生光电效应时,光电子的最大初动能一定等于金属的逸出功B一般而言,用给定的单色光照射不同的金属,若都能发生光电效应,则光电子的最大初动能不同C用不同频率的单色光照射同一金属,若都能发生光电效应,则光电子的最大初动能不同D用单色光照射某金属没有发生光电效应,增加该单色光的强度,有可能发生光电效应解析:选 BC 根据光电效应方程Ekm hW0知,发生光电效应时,光电子的最大初动能不一定等于金属的逸出功,故A 错误;不同的金属逸出功不同,根据光电效应方程 Ekm hW0 知,用给定的单色光照射不同的金属
5、,若都能发生光电效应,则光电子的最大初动能不同,故B 正确;根据光电效应方程Ekm hW0知,用不同频率的单色光照射同一金属,若都能发生光电效应,则光电子的最大初动能不同,故C 正确;能否发生光电效应与入射光的强度无关,故D错误。【本资料精心搜集整理而来,欢迎广大同仁惠存!】4/35 2 多选(20 xx 海南高考)三束单色光 1、2 和 3 的波长分别为 1、2和3(123)。分别用这三束光照射同一种金属。已知用光束2 照射时,恰能产生光电子。下列说法正确的是()A用光束 1 照射时,不能产生光电子B用光束 3 照射时,不能产生光电子C用光束 2 照射时,光越强,单位时间内产生的光电子数目越
6、多D用光束 2 照射时,光越强,产生的光电子的最大初动能越大解析:选 AC 依据波长与频率的关系:,因123,那么123;由于用光束2 照射时,恰能产生光电子,因此用光束1 照射时,不能产生光电子,而光束3 照射时,一定能产生光电子,故A 正确,B 错误;用光束 2 照射时,光越强,单位时间内产生的光电子数目越多,而由光电效应方程:Ekm h W,可知,光电子的最大初动能与光的强弱无关,故C正确,D错误。3 多选 在演示光电效应的实验中,原来不带电的一块锌板与灵敏验电器相连,用蓝色弧光灯照射锌板时,验电器的指针张开了一个角度,如图所示,则()A验电器指针带正电B验电器指针带负电C改用紫色弧光灯
7、照射锌板时,原来不带电的验电器的指针能张开一个角度D改用黄色弧光灯照射锌板时,只要光足够强,原来不带电的验电器的指针一定能张开一个角度解析:选 AC 锌板在弧光灯照射下,发生光电效应,有光电子逸出,锌板失去电子带正电,验电器与锌板相连,导致指针带正电,故A 正确,B 错误;改用紫色弧光灯照射锌板时,紫光频率大于蓝光,那么原来不带电的验电器,其指针会张开一个角度,故C 正确;当增大光的强度,而光的频率不变,能量不变,黄光的频率小于蓝光的频率,根据光电效应方程可知,原来不带电的验电器的指针一定不会张开一个角度,故D错误。【本资料精心搜集整理而来,欢迎广大同仁惠存!】5/35 突破点(二)爱因斯坦的
8、光电效应方程及应用1三个关系(1)爱因斯坦光电效应方程EkhW0。(2)光电子的最大初动能Ek 可以利用光电管实验的方法测得,即EkeUc,其中 Uc是遏止电压。(3)光电效应方程中的W0为逸出功,它与极限频率c的关系是 W0 hc。2四类图像图像名称图线形状读取信息最大初动能 Ek与入射光频率 的关系图线截止频率(极限频率):图线与 轴交点的横坐标 c 逸出功:图线与Ek轴交点的纵坐标的值W0|E|E 普朗克常量:图线的斜率kh遏止电压 Uc与入射光频率 的关系图线截止频率 c:图线与横轴的交点遏止电压 Uc:随入射光频率的增大而增大普朗克常量 h:等于图线的斜率与电子电量的乘积,即hke。
9、(注:此时两极之间接反向电压)颜色相同、强度不同的光,光电流与电压的关系遏止电压 Uc:图线与横轴的交点饱和光电流 Im:电流的最大值最大初动能:EkmeUc颜色不同时,光电流与电压的关系遏止电压 Uc1、Uc2 饱和光电流最大初动能Ek1eUc1,Ek2eUc2【本资料精心搜集整理而来,欢迎广大同仁惠存!】6/35 典例(20 xx 泰州三模)一光电管的阴极K 用截止频率为 的金属铯制成,光电管阳极 A和阴极 K之间的正向电压为 U。用波长为 的单色光射向阴极,产生了光电流。已知普朗克常量为h,电子电荷量为e,真空中的光速为c。求:(1)金属铯的逸出功 W;(2)光电子到达阳极的最大动能Ek
10、。解析(1)金属铯的逸出功 W h。(2)根据光电效应方程知,光电子的最大初动能Ekm hW hh,根据动能定理得,eUEkEkm,解得光电子到达阳极的最大动能EkeU Ekm eU hh。答案(1)h(2)eUhh 易错提醒 应用光电效应方程时的注意事项1每种金属都有一个截止频率,入射光频率大于这个截止频率时才能发生光电效应。2截止频率是发生光电效应的最小频率,对应着光的极限波长和金属的逸出功,即 hchW0。3应用光电效应方程Ekh W0 时,注意能量单位电子伏和焦耳的换算(1 eV1.61019 J)。集训冲关 选(20 xx 南通期末)如图是某金属在光的照射下产1.多的最大初动能Ek
11、与入射光频率的关系图像,由图像生的光电子可知()A该金属的逸出功等于EB该金属的逸出功等于h0C入射光的频率为20时,产生的光电子的最大初动能为3EE2入射光的频率为时,产生的光电子的最大初动能为D解析:选 AB 根据光电效应方程有:EkhW其中 W为金属的逸出功:W h0【本资料精心搜集整理而来,欢迎广大同仁惠存!】7/35 所以有:Ekhh0,由此结合图像可知,该金属的逸出功为E,或者 Wh0,故 A、B 正确;当入射光的频率为20 时,代入方程可知产生的光电子的最大初动能为E,故 C 错误;若入射光的频率为时,小于极限频率,不能发生光电效应,故 D错误。2 多选 如图甲所示,在光电效应实
12、验中,某同学用相同频率的单色光,分别照射阴极材料为锌和铜的两个不同的光电管,结果都能发生光电效应。图乙为其中一个光电管的遏止电压Uc 随入射光频率 变化的函数关系图像。对于这两个光电管,下列判断正确的是()A因为材料不同逸出功不同,所以遏止电压Uc不同B光电子的最大初动能不同C因为光强不确定,所以单位时间逸出的光电子数可能相同,饱和光电流也可能相同D两个光电管的 Uc-图像的斜率可能不同解析:选 ABC 根据光电效应方程有 EkmhW0根据能量守恒定律得:eUc Ekm联立得:eUc hW0即Uc,可知入射光的频率相同,逸出功W0不同,则遏止电压Uc 也不同,故 A 正确;根据光电效应方程Ek
13、m hW0得,相同的频率,不同的逸出功,则光电子的最大初动能也不同,故B 正确;虽然光的频率相同,但光强不确定,所以单位时间逸出的光电子数可能相同,而饱和光电流可能相同,故C 正确;由 Uc,可知,Uc-图像的斜率k常数,所以两个光电管的Uc-图像的斜率一定相同,故D错误。3 多选(20 xx 镇江模拟)含有光电管的电路如图(a)所示,(b)图是用甲、乙、丙光照射光电管得到的I-U 图线,Uc1、Uc2表示遏止电压,下列说法正确的是()A(a)图中光电管两端的电压为反向电压B甲、乙光的频率相等【本资料精心搜集整理而来,欢迎广大同仁惠存!】8/35 C甲光照射时光电子的最大初动能比乙光照射时光电
14、子的最大初动能大D若氢原子从 n6 能级向 n1 能级跃迁时辐射出的光不能使此光电管发生光电效应,则氢原子从n6 能级向 n2 能级跃迁时辐射出的光也不能使此光电管发生光电效应解析:选 BD 由电路图可知,逸出的光电子在电场力作用下做正功,则光电管两端电压为正向电压,故A错误;当光电流为零时,光电管两端加的电压为遏止电压,对应的光的频率为截止频率,根据eU hW,入射光的频率越高,对应的遏止电压U 越大。甲、乙两光的遏止电压相等,所以甲、乙两光的频率相等,故 B正确,C错误;若氢原子从n6 能级向 n1 能级跃迁时辐射出的光不能使此光电管发生光电效应,说明辐射的光子能量仍小于金属的逸出功,当氢
15、原子从 n6 能级向 n2 能级跃迁时辐射出的光更小于金属的逸出功,也不能使此光电管发生光电效应,故D正确。突破点(三)对波粒二象性的理解1对光的波动性和粒子性的进一步理解光的波动性光的粒子性实验基础干涉和衍射光电效应、康普顿效应表现光是一种概率波,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大量的光子在传播时,表现出光的波动性当光同物质发生作用时,这种作用是“一份一份”进行的,表现出粒子的性质少量或个别光子容易显示出光的粒子性说明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波动性不同于宏观观念的波粒子的含义是“不连续”、“一份一份”的光子不同于宏观观念的粒子2
16、波动性和粒子性的对立与统一(1)大量光子易显示出波动性,而少量光子易显示出粒子性。(2)波长长(频率低)的光波动性强,而波长短(频率高)的光粒子性强。【本资料精心搜集整理而来,欢迎广大同仁惠存!】9/35(3)光子说并未否定波动说,Eh中,和 就是波的概念。(4)波和粒子在宏观世界是不能统一的,而在微观世界却是统一的。3物质波(1)定义:任何运动着的物体都有一种波与之对应,这种波叫做物质波,也叫德布罗意波。(2)物质波的波长:,h 是普朗克常量。题点全练 1 多选20 xx年 1 月,我国“墨子号”量子科学实验卫星正式进入应用研究。在量子理论中,有共同来源的两个微观粒子,不论它们相距多远,它们
17、总是相关的,一个粒子状态的变化会立即影响到另一个粒子,这就是所谓的量子纠缠。关于量子理论,下列说法中正确的有()A玻尔氢原子理论,第一次提出了能量量子化的观念B爱因斯坦研究光电效应提出光子说,光子说属于量子理论的范畴C量子理论中,实物粒子具有波粒二象性D微观粒子在受力状况和初速度确定的前提下,可以确定它此后运动状态和位置解析:选BC 普朗克为了解释黑体辐射现象,第一次提出了能量量子化理论,故 A 错误;爱因斯坦为了解释光电效应的规律,提出了光子说,光子说属于量子理论的范畴,故B 正确;在量子理论中,实物粒子具有波粒二象性,故C 正确;根据不确定性关系可知,微观粒子在受力状况和初速度确定的前提下
18、,并不能同时确定它此后运动状态和位置,故D错误。2有关光的本性的说法正确的是()A有关光的本性,牛顿提出了“粒子性”,惠更斯提出了“波动性”,爱因斯坦提出了“光子说”,它们都圆满地说明了光的本性B光具有波粒二象性是指既可以把光看成宏观概念的波,也可以看成微观概念上的粒子C光的干涉、衍射说明光具有波动性,光电效应说明光具有粒子性【本资料精心搜集整理而来,欢迎广大同仁惠存!】10/35 D在光双缝干涉实验中,光通过双缝时显示出波动性,如果光只通过一个缝时显示出粒子性解析:选C 爱因斯坦的光子说与惠更斯的波动说揭示了光具有波粒二象性;牛顿的“微粒说”认为光是一种实物粒子,不能解释光的本性,故A 错误
19、;光既具有波动性又具有粒子性,故具有波粒二象性,但光的粒子性不同于宏观的粒子,其波动性也不同于宏观概念的波,故B 错误;光的干涉、衍射、色散说明光具有波动性,光电效应说明光具有粒子性,故C 正确;在光双缝干涉实验中,光通过双缝时显示出波动性,如果光只通过一个缝时也显示出波动性,故D 错误。对点训练:对光电效应的理解1用某种频率的光照射锌板,使其发射出光电子。为了增大光电子的最大初动能,下列措施可行的是()A增大入射光的强度B增加入射光的照射时间C换用频率更高的入射光照射锌板D换用波长更长的入射光照射锌板解析:选 C 根据光电效应方程Ekm hW0得,光电子的最大初动能与入射光的强度、照射时间无
20、关。入射光的频率越高或波长越短,光电子的最大初动能越大,故 C正确,A、B、D错误。2.(20 xx 南京调研)如图所示,把一块不带接在验电器上。当用紫外线照射锌板时,发现验电的锌板连转一定角度,则()电器指针偏A锌板带正电,验电器带负电B若改用强度更小的紫外线照射锌板,验电器的指针也会偏转C若改用红外线照射锌板,验电器的指针仍然会发生偏转D这个现象可以说明光具有波动性【本资料精心搜集整理而来,欢迎广大同仁惠存!】11/35 解析:选B 用紫外线照射锌板,锌板失去电子带正电,验电器与锌板相连,则验电器的金属球和金属指针带正电,故A 错误;根据光电效应的条件可知发生光电效应与光的强度无关,若改用
21、强度更小的紫外线照射锌板,验电器的指针也会偏转,故B 正确;根据光电效应的条件可知若改用红外线照射锌板,不一定能发生光电效应,所以验电器的指针不一定会发生偏转,故C 错误;光电效应说明光具有粒子性,故D错误。3.(20 xx 保定模拟)如图所示,在验电器上网,使其带电,验电器金属箔片张开一定角度。安 装 一 个 铜射铜网,验电器金属箔片的张角保持不变。再将用 紫 外 线 照一块锌板放置在该铜网后面一定距离处,用同一紫外线照射锌板时,发现金属箔片张开角度减小。下列相关说法中正确的是()A增加紫外线的强度照射铜网,金属箔片张角将变大B紫外线的频率大于金属锌的截止频率C铜网带负电D改用紫光照射锌板,
22、验电器的金属箔片张角也一定减小解析:选 B 根据用紫外线照射铜网,验电器金属箔片的张角保持不变;再将一块锌板放置在该铜网后面一定距离处,用同一紫外线照射锌板时,发现金属箔片张开角度减小,说明逸出的光电子跑到铜网上,导致其电量减小,当增加紫外线的强度照射铜网,金属箔片张角将变更小,由此可知,铜网带正电,故A、C错误。只有紫外线的频率大于金属锌的截止频率,才会发生光电效应,故B 正确。应产生条件,当用紫光照射,则紫光频率小于紫根 据 光 电 效可能不发生光电效应现象,则验电器金属箔片张外 线,因 此减小,故 D错误。角 不 一 定 会练:爱因斯坦的光电效应方程及应用对 点 训4.(20 xx 盐城
23、模拟)用如图所示的装置研究光电效应现象,当用光子能量为3.0 eV 的光照射到光电管上时,电流表G的读数【本资料精心搜集整理而来,欢迎广大同仁惠存!】12/35 为 0.2 mA,移动变阻器的触点c,当电压表的示数大于或等于0.7 V时,电流表读数为 0,则()A开关 K断开后,没有电流流过电流表GB所有光电子的初动能为0.7 eVC光电管阴极的逸出功为2.3 eVD改用能量为 1.5 eV 的光子照射,电流表G也有电流,但电流较小解析:选C 光电管两端接的是反向电压,当开关断开后,光电管两端的电压为零,逸出的光电子能够到达另一端,则仍然有电流流过电流表G,故 A错误。当电压表的示数大于或等于
24、0.7 V 时,电流表读数为0,可知遏止电压为0.7 V,根据动能定理得,eUc Ekm,则光电子的最大初动能为0.7 eV,故 B错误。根据光电效应方程得,Ekm hW0,则逸出功W0 hEkm 3.0 eV0.7 eV2.3 eV,故 C正确。改用能量为1.5 eV 的光子照射,因为光子能量小于逸出功,则不会发生光电效应,没有光电流,故D错误。5 多选(20 xx 全国卷)在光电效应实验中,分别用频率为a、b的单色光 a、b 照射到同种金属上,测得相应的遏止电压分别为Ua和 Ub、光电子的最大初动能分别为Eka和 Ekb。h 为普朗克常量。下列说法正确的是()A若 ab,则一定有 Uab,
25、则一定有 EkaEkbC 若 UaUb,则一定有 Ekab,则一定有 haEkahb Ekb解析:选BC 设该金属的逸出功为W,根据爱因斯坦光电效应方程有EkhW,同种金属的 W不变,则逸出光电子的最大初动能随 的增大而增大,B项正确;又 EkeU,则最大初动能与遏止电压成正比,C项正确;根据上述有eUhW,遏止电压 U随 增大而增大,A项错误;又有 hEkW,W相同,则 D项错误。6如图甲所示,合上开关,用光子能量为2.5 eV 的一束光照射阴极K,发现电流表读数不为零。调节滑动变阻器,发现当电压表读数小于0.60 V 时,电流【本资料精心搜集整理而来,欢迎广大同仁惠存!】13/35 表计数
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