（浙江選考）2020版高考物理一輪復(fù)習(xí) 第12章 動量守恒定律 波粒二象性 原子結(jié)構(gòu)與原子核 第2講 波粒二象性學(xué)案

《（浙江選考）2020版高考物理一輪復(fù)習(xí) 第12章 動量守恒定律 波粒二象性 原子結(jié)構(gòu)與原子核 第2講 波粒二象性學(xué)案》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《（浙江選考）2020版高考物理一輪復(fù)習(xí) 第12章 動量守恒定律 波粒二象性 原子結(jié)構(gòu)與原子核 第2講 波粒二象性學(xué)案（11頁珍藏版）》請?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、第2講　波粒二象性 知識排查 光電效應(yīng) 1.光電效應(yīng)現(xiàn)象：在光的照射下金屬中的電子從金屬表面逸出的現(xiàn)象，稱為光電效應(yīng)，發(fā)射出來的電子稱為光電子。 2.光電效應(yīng)的四個(gè)規(guī)律 (1)每種金屬都有一個(gè)極限頻率。 (2)光子的最大初動能與入射光的強(qiáng)度無關(guān)，只隨入射光的頻率增大而增大。 (3)光照射到金屬表面時(shí)，光電子的發(fā)射幾乎是瞬時(shí)的。 (4)光電流的強(qiáng)度與入射光的強(qiáng)度成正比。 3.遏止電壓與截止頻率 (1)遏止電壓：使光電流減小到零的反向電壓Uc。 (2)截止頻率：能使某種金屬發(fā)生光電效應(yīng)的最小頻率叫做該種金屬的截止頻率(又叫極限頻率)。不同的金屬對應(yīng)著不同的極限頻率。 愛

2、因斯坦光電效應(yīng)方程 1.光子說 在空間傳播的光是不連續(xù)的，而是一份一份的，每一份叫做一個(gè)光的能量子，簡稱光子，光子的能量ε＝hν。其中h＝6.63×10－34J·s。(稱為普朗克常量) 2.逸出功W0 使電子脫離某種金屬所做功的最小值。 3.最大初動能 發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)，金屬表面上的電子吸收光子后克服原子核的引力逸出時(shí)所具有的動能的最大值。 4.愛因斯坦光電效應(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(gè)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)為逸出后光電子的最大初動能Ek＝mev2。光的波粒二象性與物質(zhì)波

3、1.光的波粒二象性 (1)光的干涉、衍射、偏振現(xiàn)象證明光具有波動性。 (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，稱為光的波粒二象性。 2.物質(zhì)波 (1)概率波 光的干涉現(xiàn)象是大量光子的運(yùn)動遵守波動規(guī)律的表現(xiàn)，亮條紋是光子到達(dá)概率大的地方，暗條紋是光子到達(dá)概率小的地方，因此光波又叫概率波。 (2)物質(zhì)波 任何一個(gè)運(yùn)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(yīng)，其波長λ＝，p為運(yùn)動物體的動量，h為普朗克常量。 3.不確定性關(guān)系 在經(jīng)典物理學(xué)中，一個(gè)質(zhì)點(diǎn)的位置和動量是可以同時(shí)測定的，在微觀物理學(xué)中，要同時(shí)測出微觀粒子的位置和動量是不太可能的，

4、這種關(guān)系叫不確定性關(guān)系。 小題速練 1.思考判斷 (1)光電子就是光子(　　) (2)只要光強(qiáng)度足夠強(qiáng)，任何金屬都能發(fā)生光電效應(yīng)(　　) (3)極限頻率越大的金屬材料逸出功越大(　　) (4)愛因斯坦認(rèn)為光是一份一份的，每一份叫光量子(　　) (5)宏觀物體不具有波動性(　　) (6)光子和光電子都是實(shí)物粒子(　　) (7)要使某金屬發(fā)生光電效應(yīng)，入射光子的能量必須大于金屬的逸出功(　　) (8)光電子的最大初動能與入射光子的頻率成正比(　　) (9)光的頻率越高，光的粒子性越明顯，但仍具有波動性(　　) (10)德國物理學(xué)家普朗克提出了量子假說，成功地解釋了光電效應(yīng)規(guī)

5、律(　　) (11)美國物理學(xué)家康普頓發(fā)現(xiàn)了康普頓效應(yīng)，證實(shí)了光的粒子性(　　) (12)法國物理學(xué)家德布羅意大膽預(yù)言了實(shí)物粒子在一定條件下會表現(xiàn)為波動性(　　) 答案　(1)×　(2)×　(3)√　(4)√　(5)×　(6)×　(7)√　(8)×　(9)√　(10)×　(11)√　(12)√ 2.[人教版選修3－5·P30·演示實(shí)驗(yàn)改編](多選)如圖1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(shí)，發(fā)生的現(xiàn)象是(　　) 圖1 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(gè)角度 D.鋅板帶負(fù)電 解析　用紫外線照射鋅板是能夠發(fā)生光電效應(yīng)的，鋅板

6、上的電子吸收紫外線的能量從鋅板表面逸出，稱之為光電子，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤，B正確；鋅板與驗(yàn)電器相連，帶有相同電性的電荷，鋅板失去電子應(yīng)該帶正電，且失去電子越多，帶正電的電荷量越多，驗(yàn)電器指針張角越大，故選項(xiàng)C正確，D錯(cuò)誤。 答案　BC 3.下列說法正確的是(　　) A.實(shí)物的運(yùn)動有特定的軌道，所以實(shí)物不具有波粒二象性 B.康普頓效應(yīng)說明光子既有能量又有動量 C.光是高速運(yùn)動的微觀粒子，單個(gè)光子不具有波粒二象性 D.宏觀物體的物質(zhì)波波長非常小，極易觀察到它的波動 解析　由德布羅意理論知，宏觀物體的德布羅意波的波長太小，實(shí)際很難觀察到波動性，但仍具有波粒二象性，選項(xiàng)A、D錯(cuò)誤；康普頓效應(yīng)說

7、明光子除了具有能量之外還有動量，選項(xiàng)B正確；波粒二象性是光子的特性，單個(gè)光子也具有波粒二象性，選項(xiàng)C錯(cuò)誤。 答案　B 　光電效應(yīng)規(guī)律的理解與應(yīng)用 1.對光電效應(yīng)的四點(diǎn)提醒 (1)能否發(fā)生光電效應(yīng)，不取決于光的強(qiáng)度而取決于光的頻率。 (2)光電效應(yīng)中的“光”不是特指可見光，也包括不可見光。 (3)逸出功的大小由金屬本身決定，與入射光無關(guān)。 (4)光電子不是光子，而是電子。 2.兩條對應(yīng)關(guān)系 (1)光強(qiáng)大→光子數(shù)目多→發(fā)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。 3.定量分析時(shí)應(yīng)抓住三個(gè)關(guān)系式 (1)愛因斯坦光電效應(yīng)方程：Ek＝

8、hν－W0。 (2)最大初動能與遏止電壓的關(guān)系：Ek＝eUc。 (3)逸出功與極限頻率的關(guān)系：W0＝hν0。 4.用圖象表示光電效應(yīng)方程 (1)最大初動能Ek與入射光頻率ν的關(guān)系圖線如圖2。 圖2 (2)由曲線可以得到的物理量： 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)的值W0＝E。 ③普朗克常量：圖線的斜率k＝h。 1.(多選)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ν的光照射，一定不

9、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變大 解析　增大入射光強(qiáng)度，單位時(shí)間內(nèi)照射到單位面積上的光子數(shù)增加，則光電流將增大，故選項(xiàng)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(xiàng)B錯(cuò)誤；用頻率為ν的光照射光電管陰極，發(fā)生光電效應(yīng)，用頻率小于ν的光照射時(shí)，若光的頻率仍大于極限頻率，則仍會發(fā)生光電效應(yīng)，選項(xiàng)C錯(cuò)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(xiàng)D正確。 答案　AD 2.(多選)如圖3所示是用光照射某種金屬時(shí)逸出的光電子的最大初動能隨入射光頻率的變化圖線(直線與橫軸的交點(diǎn)坐標(biāo)為4.27，與縱軸交點(diǎn)坐標(biāo)為0

10、.5)。由圖可知(　　) 圖3 A.該金屬的截止頻率為4.27×1014 Hz B.該金屬的截止頻率為5.5×1014 Hz C.該圖線的斜率表示普朗克常量 D.該金屬的逸出功為0.5 eV 解析　圖線在橫軸上的截距為截止頻率，A正確，B錯(cuò)誤；由光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0可知圖線的斜率為普朗克常量，C正確；金屬的逸出功為W0＝hν0＝ eV＝1.77 eV，D錯(cuò)誤。 答案　AC 3.研究光電效應(yīng)的電路如圖4所示。用頻率相同、強(qiáng)度不同的光分別照射密封真空管的鈉極板(陰極K)，鈉極板發(fā)射出的光電子被陽極A吸收，在電路中形成光電流。下列光電流I與A、K之間的電壓UAK的關(guān)系圖象

11、中正確的是(　　) 圖4 解析　雖然入射光強(qiáng)度不同，但光的頻率相同，所以遏止電壓相同；又因當(dāng)入射光強(qiáng)度大時(shí)，單位時(shí)間逸出的光電子多，飽和光電流大，所以選項(xiàng)C正確。 答案　C 　粒子的波動性　概率波　不確定性關(guān)系 光既有波動性，又有粒子性，兩者不是孤立的，而是有機(jī)的統(tǒng)一體，其表現(xiàn)規(guī)律為： (1)從數(shù)量上看：個(gè)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。 (2)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)。 (3)從傳播與作用上看：光在傳播過程中往往表現(xiàn)出波動

12、性；在與物質(zhì)發(fā)生作用時(shí)往往表現(xiàn)為粒子性。 (4)波動性與粒子性的統(tǒng)一：由光子的能量E＝hν，光子的動量p＝，表達(dá)式也可以看出，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(jì)算式中都含有表示波的特征的物理量——頻率ν和波長λ。由以上兩式和波速公式c＝λν還可以得出E＝pc。 1.(多選)用極微弱的可見光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，隨著時(shí)間的增加，在屏上先后出現(xiàn)如圖5(a)(b)(c)所示的圖象，則(　　) 圖5 A.圖象(a)表明光具有粒子性 B.圖象(c)表明光具有波動性 C.用紫外光觀察不到類似的圖象 D.實(shí)驗(yàn)表明光是一種概率波 解析　圖象(a)只有分散的亮點(diǎn)，表明光

13、具有粒子性；圖象(c)呈現(xiàn)干涉條紋，表明光具有波動性；用紫外光也可以觀察到類似的圖象，實(shí)驗(yàn)表明光是一種概率波，選項(xiàng)A、B、D正確。 答案　ABD 2.(多選)實(shí)物粒子和光都具有波粒二象性。下列事實(shí)中突出體現(xiàn)波動性的是(　　) A.電子束通過雙縫實(shí)驗(yàn)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(jié)構(gòu) D.人們利用電子顯微鏡觀測物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu) 解析　電子束通過雙縫實(shí)驗(yàn)裝置后可以形成干涉圖樣，可以說明電子是一種波，故選項(xiàng)A正確；β射線在云室中穿過會留下清晰的徑跡，可以說明β射線是一種粒子，故選項(xiàng)B錯(cuò)誤；人們利用慢中子衍射來研究晶體的結(jié)

14、構(gòu)，中子衍射說明中子是一種波，故選項(xiàng)C正確；人們利用電子顯微鏡觀測物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)，利用了電子束的衍射現(xiàn)象，說明電子束是一種波，故選項(xiàng)D正確。 答案　ACD 3.物理學(xué)家做了一個(gè)有趣的實(shí)驗(yàn)：在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，在光屏處放上照相底片，若減弱光的強(qiáng)度，使光子只能一個(gè)一個(gè)地通過狹縫，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，如果曝光時(shí)間不太長，底片上只出現(xiàn)一些不規(guī)則的點(diǎn)子；如果曝光時(shí)間足夠長，底片上就會出現(xiàn)規(guī)則的干涉條紋，對這個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果認(rèn)識正確的是(　　) A.曝光時(shí)間不長時(shí)，出現(xiàn)不規(guī)則的點(diǎn)子，表現(xiàn)出光的波動性 B.單個(gè)光子通過雙縫后的落點(diǎn)可以預(yù)測 C.干涉條紋中明亮的部分是光子到達(dá)機(jī)會較多的地方 D.只有大量光子的行

15、為才能表現(xiàn)出光的粒子性 解析　由于光波是一種概率波，故選項(xiàng)C正確；A中的現(xiàn)象說明了光的粒子性，個(gè)別光子的行為通常表現(xiàn)出粒子性，大量光子的行為表現(xiàn)出波動性，故選項(xiàng)A、D錯(cuò)誤。 答案　C 活頁作業(yè) (時(shí)間：30分鐘) A組　基礎(chǔ)過關(guān) 1.在歷史上，最早證明德布羅意波存在的實(shí)驗(yàn)是(　　) A.弱光衍射實(shí)驗(yàn) B.電子束在晶體上的衍射實(shí)驗(yàn) C.弱光干涉實(shí)驗(yàn) D.以上都不正確 解析　最早證明德布羅意波假說的是電子束在晶體上的衍射實(shí)驗(yàn)，故B項(xiàng)正確。 答案　B 2.在做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)10 000個(gè)光子中有9 600個(gè)通過雙縫后打到了觀察屏上的b處，則b處是(　　) A.亮紋

16、 B.暗紋 C.既有可能是亮紋也有可能是暗紋 D.以上各種情況均有可能 解析　由光子按波的概率分布的特點(diǎn)去判斷，由于大部分光子都落在b點(diǎn)，故b處一定是亮紋，選項(xiàng)A正確。 答案　A 3.光子的能量與其(　　) A.頻率成正比 B.波長成正比 C.速度成正比 D.速度平方成正比 解析　由E＝hν、c＝λν得E＝hν＝h，可見光子的能量與其頻率成正比、與其波長成反比，選項(xiàng)A正確，B錯(cuò)誤；由于任意能量的光子在真空中傳播的速度都是相同的，故選項(xiàng)C、D錯(cuò)誤。 答案　A 4.(多選)關(guān)于物質(zhì)的波粒二象性，下列說法中正確的是(　　) A.不僅光子具有波粒二象性，一切運(yùn)動的微粒

17、都具有波粒二象性 B.運(yùn)動的微觀粒子與光子一樣，當(dāng)它們通過一個(gè)小孔時(shí)，都沒有特定的運(yùn)動軌道 C.波動性和粒子性，在宏觀現(xiàn)象中是矛盾的、對立的，但在微觀高速運(yùn)動的現(xiàn)象中是統(tǒng)一的 D.實(shí)物的運(yùn)動有特定的軌道，所以實(shí)物不具有波粒二象性 解析　由德布羅意波可知A、C正確；運(yùn)動的微觀粒子，達(dá)到的位置具有隨機(jī)性，而沒有特定的運(yùn)動軌道，B正確；由德布羅意理論知，宏觀物體的德布羅意波的波長太小，實(shí)際很難觀察到波動性，不是不具有波粒二象性，D錯(cuò)誤。 答案　ABC 5.(2016·4月浙江選考)(多選)在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，采用極限頻率為νc＝5.5×1014Hz鈉陰極，已知普朗克常量h＝6.6×10－3

18、4 J·s，電子質(zhì)量m＝9.1×10－31 kg。用頻率ν＝7.5×1014Hz的紫光照射鈉陰極產(chǎn)生光電子的(　　) A.動能的數(shù)量級為10－19 J B.速率的數(shù)量級為108 m/s C.動量的數(shù)量級為10－27 kg· m/s D.德布羅意波長的數(shù)量級為10－9 m 解析　根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程，有Ekm＝hν－W0＝hν－h(huán)ν0＝6.6×10－34 J·s×(7.5×1014Hz－5.5×1014Hz)＝1.32×10－19J，故A正確；Ekm＝mv，解得vm＝＝ m/s＝5.4×105m/s，故B錯(cuò)誤；動量p＝mvm＝9.1×10－31 kg×5.4×105m/s＝4.9

19、×10－25kg· m/s，故C錯(cuò)誤；德布羅意波長λ＝＝＝1.3×10－9 m，故D正確。 答案　AD 6.已知鈣和鉀的截止頻率分別為7.73×1014 Hz和5.44×1014 Hz，在某種單色光的照射下兩種金屬均發(fā)生光電效應(yīng)，比較它們表面逸出的具有最大初動能的光電子，鈣逸出的光電子具有較大的(　　) A.波長 B.頻率 C.能量 D.動量 解析　由愛因斯坦光電效應(yīng)方程hν＝W0＋mv，又由W0＝hν0，可得光電子的最大初動能mv＝hν－h(huán)ν0，由于鈣的截止頻率大于鉀的截止頻率，所以鈣逸出的光電子的最大初動能較小，因此它具有較小的能量、頻率和動量，選項(xiàng)B、C、D錯(cuò)

20、誤；又由c＝λν可知光電子頻率較小時(shí)，波長較大，選項(xiàng)A正確。 答案　A 7.(多選)下列對光的波粒二象性的說法正確的是(　　) A.光子不僅具有能量，也具有動量 B.光的波粒二象性指光有時(shí)表現(xiàn)為波動性，有時(shí)表現(xiàn)為粒子性 C.運(yùn)動的實(shí)物粒子也有波動性，波長與粒子動量的關(guān)系為λ＝ D.光波和物質(zhì)波，本質(zhì)上都是概率波 解析　光電效應(yīng)表明光子具有能量，康普頓效應(yīng)表明光子除了具有能量之外還具有動量，選項(xiàng)A正確；波粒二象性指光有時(shí)表現(xiàn)為波動性，有時(shí)表現(xiàn)為粒子性，選項(xiàng)B正確；物質(zhì)波的波長與粒子動量的關(guān)系應(yīng)為λ＝，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；光波中的光子和物質(zhì)波中的實(shí)物粒子在空間出現(xiàn)的概率滿足波動規(guī)律，因此二者

21、均為概率波，選項(xiàng)D正確。 答案　ABD 8.頻率為ν的光照射某金屬時(shí)，產(chǎn)生光電子的最大初動能為Ekm。改為頻率為2ν的光照射同一金屬，所產(chǎn)生光電子的最大初動能為(h為普朗克常量)(　　) A.Ekm－h(huán)ν B.2Ekm C.Ekm＋hν D.Ekm＋2hν 解析　根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程得：Ekm＝hν－W0，若入射光頻率變?yōu)?ν，則Ekm′＝h·2ν－W0＝2hν－(hν－Ekm)＝hν＋Ekm，故選項(xiàng)C正確。 答案　C B組　能力提升 9.(多選)分別用波長為λ和2λ的光照射同一種金屬，產(chǎn)生的速度最快的光電子速度之比為2∶1，普朗克常量和真空中光速分別用h和c表

22、示，那么下列說法正確的有(　　) A.該種金屬的逸出功為 B.該種金屬的逸出功為 C.波長超過2λ的光都不能使該金屬發(fā)生光電效應(yīng) D.波長超過4λ的光都不能使該金屬發(fā)生光電效應(yīng) 解析　由hν＝W0＋Ek知h＝W0＋mv，h＝W0＋mv，又v1＝2v2，得W0＝，選項(xiàng)A正確，B錯(cuò)誤；光的波長小于或等于3λ時(shí)都能發(fā)生光電效應(yīng)，選項(xiàng)C錯(cuò)誤，D正確。 答案　AD 10.如圖1所示為用某金屬研究光電效應(yīng)規(guī)律得到的光電流隨電壓變化關(guān)系的圖象，用單色光1和單色光2分別照射該金屬時(shí)，逸出的光電子的最大初動能分別為Ek1和Ek2，普朗克常量為h，則下列說法正確的是(　　) 圖1 A.Ek1

23、>Ek2 B.單色光1的頻率比單色光2的頻率高 C.增大單色光1的強(qiáng)度，其遏止電壓會增大 D.單色光1和單色光2的頻率之差為 解析　由于Ek1＝e|Uc1|，Ek2＝e|Uc2|，所以Ek1

24、，當(dāng)電壓表的示數(shù)大于或等于0.7 V時(shí)，電流表示數(shù)為0。則(　　) 圖2 A.光電管陰極的逸出功為1.8 eV B.開關(guān)S斷開后，沒有電流流過電流表G C.光電子的最大初動能為0.7 eV D.改用能量為1.5 eV的光子照射，電流表G也有電流，但電流較小 解析　該裝置所加的電壓為反向電壓，發(fā)現(xiàn)當(dāng)電壓表的示數(shù)大于或等于0.7 V時(shí)，電流表示數(shù)為0，則知光電子的最大初動能為0.7 eV，根據(jù)光電效應(yīng)方程Ekm＝hν－W0，得逸出功W0＝1.8 eV，故選項(xiàng)A、C正確；當(dāng)開關(guān)S斷開后，用光子能量為2.5 eV的光照射到光電管上時(shí)發(fā)生了光電效應(yīng)，有光電子逸出，則有電流流過電流表，故選項(xiàng)B錯(cuò)誤；改用能量為1.5 eV的光子照射，由于光電子的能量小于逸出功，不能發(fā)生光電效應(yīng)，無光電流，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。 答案　AC 11