高考物理總復(fù)習(xí) 2波粒二象性課件 新人教版選修3-5.ppt

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1、,,第2單元波粒二象性,一、能量量子化1．黑體與黑體輻射如果某種物體能夠完全吸收入射的各種波長(zhǎng)的電磁波而不發(fā)生反射，這種物體就是黑體．黑體輻射的電磁波的強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布只與黑體的溫度有關(guān)．,2．黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律隨溫度的升高，一方面，各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都有增加，另一方面，輻射強(qiáng)度的極大值向短波方向移動(dòng)．黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律如圖所示．,【例1】(2011江蘇)下列描繪兩種溫度下黑體輻射強(qiáng)度與波長(zhǎng)關(guān)系的圖中，符合黑體輻射實(shí)驗(yàn)規(guī)律的是(),【解析】黑體輻射以電磁輻射的形式向外輻射能量，溫度越高，輻射強(qiáng)度越大，故B、D項(xiàng)錯(cuò)誤；黑體輻射的波長(zhǎng)分布情況也隨溫度而變，輻射強(qiáng)度的極大值向短波方向移動(dòng)．故C項(xiàng)錯(cuò)誤

2、，A項(xiàng)正確．【答案】A,3．能量子1900年德國(guó)物理學(xué)家普朗克認(rèn)為能量是由一份一份不可分割最小能量值組成，每一份稱(chēng)為能量子E＝hν.ν是電磁波的頻率，h為普朗克常量，h＝6.62610－34Js.二、光的粒子性1．光電效應(yīng)照射到金屬表面的光，能使金屬中的電子從表面逸出．這個(gè)現(xiàn)象稱(chēng)為光電效應(yīng)．這種電子常被稱(chēng)為光電子．,【例2】如圖所示，一靜電計(jì)與鋅板相連，在A處用一紫外燈照射鋅板，關(guān)燈后，指針保持一定偏角．現(xiàn)用一帶負(fù)電的金屬小球與鋅板接觸，則靜電計(jì)指針偏角將________(填“增大”“減小”或“不變”)．,【解析】當(dāng)用紫外光照射鋅板時(shí)，鋅板發(fā)生光電效應(yīng)，放出光電子而帶正電(失去電子帶正電)，此

3、時(shí)與鋅板連在一起的靜電計(jì)也帶上了正電，從而指針發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，當(dāng)帶負(fù)電的小球與鋅板接觸后，便中和了一部分正電荷，從而使靜電計(jì)的指針偏轉(zhuǎn)減?。敬鸢浮繙p小,2．光子的能量光子本身具有的能量，光子的能量取決于對(duì)應(yīng)光的頻率，即E＝hν.【例3】(2010上海)根據(jù)愛(ài)因斯坦光子說(shuō)，光子能量E等于(h為普朗克常量，c、λ為真空中的光速和波長(zhǎng))(),【答案】A,【例4】如圖所示，當(dāng)開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)時(shí)，用光子能量為2.5eV的光束照射陰極，發(fā)現(xiàn)電流表讀數(shù)不為零．合上開(kāi)關(guān)，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，發(fā)現(xiàn)當(dāng)電壓表讀數(shù)小于0.60V時(shí)，電流表讀數(shù)仍不為零；當(dāng)電壓表讀數(shù)大于或等于0.60V時(shí)，電流表讀數(shù)為零．由此可知陰極材料的逸出功為

4、(),A．1.9eVB．0.6eVC．2.5eVD．3.1eV【解析】由題意知，光電子的最大初動(dòng)能Ekm＝0.6eV，W＝hν－Ekm＝2.5eV－0.6eV＝1.9eV.【答案】A,三、光的波動(dòng)性1．光的波粒二象性光既具有波動(dòng)特性，又具有粒子特性．,【例5】(2011上海)用極微弱的可見(jiàn)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(a)、(b)、(c)所示的圖象，則()A．圖象(a)表明光具有粒子性B．圖象(c)表明光具有波動(dòng)性C．用紫外光觀察不到類(lèi)似的圖象D．實(shí)驗(yàn)表明光是一種概率波,【解析】圖象(a)是一個(gè)個(gè)的亮點(diǎn)，即每次只照亮一個(gè)位置，這表明光是一份一份傳播的，說(shuō)明光具有粒子性，

5、故A項(xiàng)正確；圖象(c)有明顯的明暗相間的干涉條紋，而干涉是波特有的性質(zhì)，表明光具有波動(dòng)性，故B項(xiàng)正確；因?yàn)樽贤夤馐遣豢梢?jiàn)光，所以直接用眼睛觀察不到類(lèi)似的圖象，但是用感光膠片就能觀察到類(lèi)似現(xiàn)象，故C項(xiàng)錯(cuò)誤；因?yàn)閱蝹€(gè)光子所能到達(dá)的位置不能確定，但大量光子卻表現(xiàn)出波動(dòng)性，即光子到達(dá)哪個(gè)位置是一個(gè)概率問(wèn)題，故此實(shí)驗(yàn)表明了光是一種概率波．故D項(xiàng)正確．【答案】ABD,,【例6】(2013江蘇)如果一個(gè)電子的德布羅意波長(zhǎng)和一個(gè)中子的相等，則它們的________也相等．A．速度B．動(dòng)能C．動(dòng)量D．總能量,【答案】C,3．物質(zhì)波的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證湯姆孫電子衍射實(shí)驗(yàn)．四、概率波1926年德國(guó)物理學(xué)家波恩指出：雖然不能肯

6、定某個(gè)光子落在哪一點(diǎn)，但由屏上各處明暗不同這個(gè)事實(shí)可以推知，光子落在各點(diǎn)的概率是不一樣的，即光子落在明紋處的概率大，落在暗紋處的概率小．即光子在空間出現(xiàn)的概率可以通過(guò)波動(dòng)的規(guī)律確定．所以，從光子的概念上看，光波是一種概率波．如圖為電子干涉條紋對(duì)概率波的驗(yàn)證．,光電效應(yīng)的規(guī)律1．存在著飽和電流當(dāng)入射光的頻率大于極限頻率時(shí)，光電流的強(qiáng)度與入射光的強(qiáng)度成正比．理解要點(diǎn)：“光的強(qiáng)度”指單位時(shí)間內(nèi)入射到金屬表面單位面積上的光子的總能量．“光電流的強(qiáng)度”指的是光電流的最大值(亦稱(chēng)飽和值)．在一定頻率與強(qiáng)度的光照射下，光電流隨電壓U的增大而增大，當(dāng)U比較大時(shí)，光電流達(dá)到飽和值Im(對(duì)應(yīng)從陰極發(fā)射出的電子全部

7、被拉向陽(yáng)極的狀態(tài))，即使再增大U，在單位時(shí)間內(nèi)也不可能有更多的光電子定向移動(dòng)，也就不能形成強(qiáng)度超過(guò)飽和光電流Im的光電流．光電流的飽和值只隨光的強(qiáng)度增大而增加．,【例1】如圖所示為光電管的使用原理圖．已知當(dāng)有波長(zhǎng)為λ0的光照射到陰極K上時(shí)，電路中有光電流，則()A．若換用波長(zhǎng)為λ1(λ1＞λ0)的光照射陰極K時(shí)，電路中一定沒(méi)有光電流B．若換用波長(zhǎng)為λ2(λ2＜λ0)的光照射陰極K時(shí)，電路中光電流一定增大C．若將電源極性反接，電路中仍可能有光電流產(chǎn)生D．增加電路中電源兩極電壓，電路中光電流一定增大,【解析】題給條件λ0的光照射陰極K有電流，不是恰有光電流，故A項(xiàng)錯(cuò)；達(dá)到飽和值后，光電流與入射光的

8、強(qiáng)度成正比，故B項(xiàng)錯(cuò)；增加電路中電源兩極電壓達(dá)飽和電流后，電流不變，可判斷B、D項(xiàng)錯(cuò)；若將電源極性反接，只要光電子的最大初動(dòng)能Ek＞eU，仍有光電子到達(dá)另一極形成光電流，故C項(xiàng)正確．【答案】C,2．存在著遏止電壓和截止頻率愛(ài)因斯坦的光電效應(yīng)方程hν＝W＋Ekm表明光電子的初動(dòng)能與入射光頻率成線性關(guān)系，與光強(qiáng)無(wú)關(guān)，所以遏止電壓由入射光頻率決定，與光強(qiáng)無(wú)關(guān)．光電效應(yīng)方程同時(shí)表明，只有hν0＞W(wǎng)，才有光電子逸出.ν0就是光電效應(yīng)的截止頻率．如圖表示光電流與電壓的關(guān)系．,【例2】研究光電效應(yīng)規(guī)律的實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示，以頻率為ν的光照射光電管陰極K時(shí)，有光電子產(chǎn)生．由于光電管K、A間加的是反向電壓，光電子

9、從陰極K發(fā)射后將向陽(yáng)極A做減速運(yùn)動(dòng)．光電流i由圖中電流計(jì)G測(cè)出，反向電壓U由電壓表V測(cè)出，當(dāng)電流計(jì)的示數(shù)恰好為零時(shí)，電壓表的示數(shù)稱(chēng)為反向截止電壓U0.在下列表示光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)規(guī)律的圖象中，錯(cuò)誤的是(),,光強(qiáng)I與頻率ν一定時(shí)，光電流i隨反向電壓的增大而減小，又據(jù)光電子動(dòng)能大小的分布概率及發(fā)出后的方向性，可知C項(xiàng)正確；由光電效應(yīng)，知金屬中的電子對(duì)光子的吸收是十分迅速的，時(shí)間小于10－9s,10－9s后，光強(qiáng)I和頻率ν一定時(shí)，光電流恒定，故D項(xiàng)正確．【答案】B【學(xué)法指導(dǎo)】圖象能直觀、形象的表示出光電效應(yīng)的一般規(guī)律，根據(jù)圖象的物理意義能加深對(duì)該現(xiàn)象和過(guò)程的認(rèn)識(shí)和理解．,3．光電效應(yīng)瞬時(shí)性入射光照射到金

10、屬上時(shí)，光電子的發(fā)射幾乎是瞬時(shí)的，一般不超過(guò)10－9s.理解要點(diǎn)：停止光照，光電流立即為零．,【例3】入射光照射到某金屬表面上發(fā)生光電效應(yīng)，若入射光的強(qiáng)度減弱．而頻率保持不變，那么()A．從光照射到金屬表面上到發(fā)射出光電子之間的時(shí)間間隔將明顯增加B．逸出的光電子的最大初動(dòng)能將減小C．單位時(shí)間內(nèi)從金屬表面逸出的光電子數(shù)目將減小D．有可能不發(fā)生光電效應(yīng),【解析】由光電效應(yīng)的瞬時(shí)性，可知A項(xiàng)錯(cuò)．由Ekm＝hν－W，知B項(xiàng)錯(cuò)．強(qiáng)度減弱，光子數(shù)少，對(duì)應(yīng)的光電子數(shù)目減少，故C項(xiàng)正確．ν不變，D項(xiàng)錯(cuò)．【答案】C,一、產(chǎn)生光電效應(yīng)的條件：ν＞ν0(極限頻率)任何一種金屬，都有一個(gè)極限頻率ν0，入射光的頻率ν大

11、于這個(gè)極限頻率才能產(chǎn)生光電效應(yīng)，低于這個(gè)頻率的光則不能產(chǎn)生光電效應(yīng)．理解要點(diǎn)：根據(jù)Ek＝hν－W，知條件為ν＞ν0，而不決定于入射光的強(qiáng)度和照射時(shí)間．,【例1】(2011上海)用一束紫外線照射某金屬時(shí)不能產(chǎn)生光電效應(yīng)，可能使該金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)的措施是()A．改用頻率更小的紫外線照射B．改用X射線照射C．改用強(qiáng)度更大的原紫外線照射D．延長(zhǎng)原紫外線的照射時(shí)間,【解析】根據(jù)光電效應(yīng)的條件ν＞ν0，要產(chǎn)生光電效應(yīng)，必須用能量更大，即頻率更高的粒子．能否發(fā)生光電效應(yīng)與光的強(qiáng)度和照射時(shí)間無(wú)關(guān)．X射線的頻率大于紫外線的頻率，故A、C、D項(xiàng)錯(cuò)誤，B項(xiàng)正確．【答案】B,【例2】某金屬在一黃光照射下，正好有電子逸

12、出，下述說(shuō)法中，哪種是正確的()A．增大光強(qiáng)，而不改變光的頻率，光電子的最大初動(dòng)能將不變B．用一束更大強(qiáng)度的紅光代替黃光，仍能發(fā)生光電效應(yīng)C．用強(qiáng)度相同的紫光代替黃光，光電流強(qiáng)度將不變D．用強(qiáng)度較弱的紫光代替黃光，有可能不發(fā)生光電效應(yīng),【解析】逸出的光電子的最大初動(dòng)能Ekm＝hν－W，頻率不變，故Ekm不變，A項(xiàng)正確．紅光頻率小于黃光頻率，即小于極限頻率，故不能發(fā)生光電效應(yīng)，B項(xiàng)錯(cuò)．由于紫光頻率大于黃光頻率，即使光強(qiáng)減小，仍能發(fā)生光電效應(yīng)，因此D項(xiàng)錯(cuò)．用強(qiáng)度相同的紫光代替黃光，使得入射光的光子數(shù)減少，導(dǎo)致光電子數(shù)減少，形成的光電流強(qiáng)度將減小，C項(xiàng)錯(cuò)．【答案】A,【學(xué)法指導(dǎo)】此題考查學(xué)生對(duì)光電效

13、應(yīng)基本規(guī)律的掌握和理解，常見(jiàn)錯(cuò)誤是學(xué)生誤選C項(xiàng)和D項(xiàng)，誤選C項(xiàng)的原因是機(jī)械地背課本上的結(jié)論：光電流強(qiáng)度與入射光強(qiáng)度成正比，光強(qiáng)不變，則光電流不變，此錯(cuò)誤為忽略了這一結(jié)論的前提是在光的頻率不變的條件下，現(xiàn)在入射光頻率改變了，這一結(jié)論便不再成立．錯(cuò)選D項(xiàng)的原因是沒(méi)弄清光強(qiáng)和頻率對(duì)光電效應(yīng)的影響，光強(qiáng)是個(gè)宏觀量，它表示單位時(shí)間照到某表面單位面積上的總能量．,當(dāng)考慮到光的粒子性，每個(gè)光子的能量E＝hν，光子頻率越高，某單個(gè)光子的能量就越大，任何金屬都存在一個(gè)極限頻率，而不是存在一個(gè)極限光強(qiáng)，只要入射光頻率大于金屬極限頻率，便能發(fā)生光電效應(yīng)．光強(qiáng)是個(gè)經(jīng)典的宏觀量而頻率是光波動(dòng)理論中的微觀量．分清光強(qiáng)和頻率這兩個(gè)概念很重要．,