1.了解人類探索原子結(jié)構(gòu)的歷史。知道原子核式結(jié)構(gòu)模型。通過對(duì)氫原子光譜的分析,了解原子的能級(jí)結(jié)構(gòu)。2.了解原子核的組成和核力的性質(zhì)。知道四種基本相互作用。能根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒寫出核反應(yīng)方程。3.了解放射性和原子核衰變。知道半衰期及其統(tǒng)計(jì)意義。了解放射性同位素的應(yīng)用,知道射線的危害與防護(hù)。4.認(rèn)識(shí)原子核的結(jié)合能,了解核裂變反應(yīng)和核聚變反應(yīng)。關(guān)注核技術(shù)應(yīng)用對(duì)人類生活和社會(huì)發(fā)展的影響。5.了解人類對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的探索歷程。6.通過實(shí)驗(yàn),了解光電效應(yīng)現(xiàn)象。能根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)論說明光的波粒二象性。知道愛因斯坦光電效應(yīng)方程及其意義。7.知道實(shí)物粒子具有波動(dòng)性,了解微觀世界的量子化現(xiàn)象。體會(huì)量子論的建立對(duì)人們認(rèn)識(shí)物質(zhì)世界的影響。
1.能夠用愛因斯坦光電效應(yīng)方程解釋光電效應(yīng)現(xiàn)象,認(rèn)識(shí)光及實(shí)物粒子的波粒二象性。2.了解原子、原子核的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn),能說明原子核的衰變、裂變、聚變和放射現(xiàn)象,形成較為完整的物理觀念。3.重點(diǎn)對(duì)光電效應(yīng)、能級(jí)躍遷、核反應(yīng)方程及核能進(jìn)行分析和計(jì)算,突出用數(shù)學(xué)知識(shí)解決物理問題的能力。4.通過多種方法,創(chuàng)設(shè)多種問題情境,廣泛了解核能對(duì)人類生活和社會(huì)發(fā)展的影響。
第一環(huán)節(jié)　必備知識(shí)落實(shí)
第二環(huán)節(jié)　關(guān)鍵能力形成
1.定義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)象稱為光電效應(yīng),發(fā)射出的電子稱為光電子。
2.光電效應(yīng)規(guī)律(1)存在截止頻率:每種金屬都有一個(gè)截止頻率或極限頻率,入射光的頻率必須大于這個(gè)截止頻率才能產(chǎn)生光電效應(yīng)。低于這個(gè)頻率的光不能產(chǎn)生光電效應(yīng)。(2)存在飽和電流:在光照條件不變的情況下,隨著所加電壓的增大,光電流趨于一個(gè)飽和值。對(duì)于一定顏色的光,入射光強(qiáng)度越大,單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射出的光電子數(shù)越多。(3)存在遏止電壓:對(duì)于同一種金屬,光電子的能量只與入射光的頻率有關(guān),而與入射光的強(qiáng)弱無關(guān)。(4)光電效應(yīng)具有瞬時(shí)性:當(dāng)入射光的頻率超過截止頻率時(shí),無論入射光怎樣微弱,照到金屬時(shí)會(huì)立即產(chǎn)生光電流,即光電效應(yīng)幾乎是瞬時(shí)發(fā)生的。
3.幾個(gè)概念(1)截止頻率:能使某種金屬發(fā)生光電效應(yīng)的最小頻率。不同的金屬對(duì)應(yīng)著不同的截止頻率。 (2)遏止電壓:使光電流減小到零的反向電壓Uc。(3)要使電子脫離某種金屬,需要外界對(duì)它做功,做功的最小值叫作這種金屬的逸出功,用W0表示。
1.光子說空間傳播的光是一份一份的,每一份叫一個(gè)光子,一個(gè)光子的能量為E=hν,其中h=6.626×10-34 J·s,稱為普朗克常量。2.光電效應(yīng)方程(1)光電子的最大初動(dòng)能Ek與入射光光子的能量hν和逸出功W0之間的關(guān)系:Ek=hν-W0。(2)物理意義:金屬中電子吸收一個(gè)光子獲得的能量是hν,這些能量一部分用于克服金屬的逸出功,剩下的表現(xiàn)為逸出電子的初動(dòng)能。
追本溯源光電效應(yīng)的電路圖如圖所示,用頻率為ν的光照射陰極K,發(fā)生了光電效應(yīng),金屬陰極的逸出功為W0,電壓表的讀數(shù)為U,假設(shè)電流表G為理想電流表,則到達(dá)陽極A的光電子的最大動(dòng)能是多大?提示 從陰極K射出的光電子的最大初動(dòng)能Ek=hν-W0,光電子從陰極K到陽極A又被電場(chǎng)加速,由動(dòng)能定理得,到達(dá)陽極A光電子的最大動(dòng)能Em=hν-W0+Ue。
1.思考判斷(1)光子和光電子都是實(shí)物粒子。(　　)(2)只要入射光的強(qiáng)度足夠強(qiáng),就可以使金屬發(fā)生光電效應(yīng)。(　　)(3)要使某金屬發(fā)生光電效應(yīng),入射光的能量必須大于金屬的逸出功。(　　)(4)光電子的最大初動(dòng)能與入射光的頻率成正比。(　　)(5)光的頻率越高,光的粒子性越明顯,但仍具有波動(dòng)性。(　　)
2.有關(guān)光的本性,下列說法正確的是(　　)A.光既具有波動(dòng)性,又具有粒子性,兩種性質(zhì)是不相容的B.光的波動(dòng)性類似于機(jī)械波,光的粒子性類似于質(zhì)點(diǎn)C.大量光子才具有波動(dòng)性,個(gè)別光子只具有粒子性D.由于光既具有波動(dòng)性,又具有粒子性,無法只用其中一種性質(zhì)去說明光的一切行為,只能認(rèn)為光具有波粒二象性
解析:光既具有波動(dòng)性,又具有粒子性,但它又不同于宏觀觀念中的機(jī)械波和粒子。波動(dòng)性和粒子性是光在不同情況下的不同表現(xiàn),是同一客體的兩個(gè)不同側(cè)面、不同屬性,我們無法只用其中的一種性質(zhì)去說明光的一切行為,只能認(rèn)為光具有波粒二象性。
3.(2020·浙江卷)下列說法正確的是(　　)A.質(zhì)子的德布羅意波長(zhǎng)與其動(dòng)能成正比B.天然放射的三種射線中,穿透能力最強(qiáng)的是α射線C.光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中的截止頻率與入射光的頻率有關(guān)D.電子束穿過鋁箔后的衍射圖樣說明電子具有波動(dòng)性
整合構(gòu)建1.與光電效應(yīng)有關(guān)的概念對(duì)比(1)光子與光電子。光子指光在空間傳播時(shí)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(shí)發(fā)射出來的電子,其本質(zhì)是電子。光子是光電效應(yīng)的因,光電子是果。(2)光電子的動(dòng)能與光電子的最大初動(dòng)能。光照射到金屬表面時(shí),電子吸收光子的全部能量,可能向各個(gè)方向運(yùn)動(dòng),需克服原子核和其他原子的阻礙而損失一部分能量,剩余部分為光電子的初動(dòng)能;只有金屬表面的電子直接向外飛出時(shí),才只需克服原子核的引力做功,即具有最大初動(dòng)能。光電子的動(dòng)能小于等于光電子的最大初動(dòng)能。
(3)光電流和飽和光電流。金屬板飛出的光電子到達(dá)陽極,回路中便產(chǎn)生光電流,隨著所加正向電壓的增大,光電流趨于一個(gè)飽和值,這個(gè)飽和值是飽和光電流,在一定的光照條件下,飽和光電流與所加電壓大小無關(guān)。(4)光的強(qiáng)弱與飽和光電流。對(duì)同頻率的光,光照越強(qiáng),飽和光電流越大。
2.光電效應(yīng)的研究思路(1)兩條線索:
(2)兩條對(duì)應(yīng)關(guān)系:光照強(qiáng)度大→光子數(shù)目多→發(fā)射光電子多→光電流大;光子頻率高→光子能量大→光電子的最大初動(dòng)能大。
訓(xùn)練突破1.(2020·重慶梁平紅旗中學(xué)月考)某種頻率的光射到金屬表面上時(shí),金屬表面有電子逸出,若光的頻率不變而強(qiáng)度減弱,下列說法正確的是(　　)A.逸出的電子最大初動(dòng)能減小B.逸出的電子最大初動(dòng)能增大C.單位時(shí)間內(nèi)逸出的電子數(shù)減少D.光的強(qiáng)度減弱到某一數(shù)值時(shí),就沒有電子逸出
解析:根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程可知,光的頻率不變而強(qiáng)度減弱,逸出的電子最大初動(dòng)能不變,故A、B錯(cuò)誤。光的頻率不變而強(qiáng)度減弱,單位時(shí)間內(nèi)射到金屬表面上的光子數(shù)減少,單位時(shí)間內(nèi)逸出的電子數(shù)減少,故C正確。發(fā)生光電效應(yīng)時(shí),只要光的強(qiáng)度不為零,就有電子逸出,故D錯(cuò)誤。
2.(多選)右圖為研究光電效應(yīng)規(guī)律的實(shí)驗(yàn)電路,電源的兩個(gè)電極分別與接線柱c、d連接。用一定頻率的單色光a照射光電管時(shí),靈敏電流表G的指針會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn),而用另一頻率的單色光b照射該光電管時(shí),靈敏電流表G的指針不偏轉(zhuǎn)。下列說法正確的是(　　)A.a光的頻率一定大于b光的頻率B.電源正極可能與c接線柱連接C.用b光照射光電管時(shí),一定沒有發(fā)生光電效應(yīng)D.若靈敏電流表的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn),則電流方向一定是e→G→f
解析:由于電源的接法不知道,所以有兩種情況:(1)c接負(fù)極,d接正極。用某種頻率的單色光a照射光電管陰極K,電流表G的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn),知a光頻率大于金屬的極限頻率。用另一頻率的單色光b照射光電管陰極K時(shí),電流表G的指針不發(fā)生偏轉(zhuǎn),知b光的頻率小于金屬的極限頻率,所以a光的頻率大于b光的頻率。(2)c接正極,d接負(fù)極。用某種頻率的單色光a照射光電管陰極K,電流表G的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn),知a光產(chǎn)生的光電子能到達(dá)負(fù)極d端。用另一頻率的單色光b照射光電管陰極K時(shí),電流表G的指針不發(fā)生偏轉(zhuǎn),知b光產(chǎn)生的光電子不能到達(dá)負(fù)極d端,所以a光產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能大,所以a光的頻率大于b光的頻率,A、B正確。由以上的分析可知,用b光照射光電管時(shí),有沒有發(fā)生光電效應(yīng)無法判斷,C錯(cuò)誤。電流的方向與負(fù)電荷定向移動(dòng)的方向相反,若靈敏電流表的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn),則電流方向一定是e→G→f,D正確。
整合構(gòu)建1.三個(gè)關(guān)系(1)愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek=hν-W0。(2)光電子的最大初動(dòng)能Ek可以利用光電管用實(shí)驗(yàn)的方法測(cè)得,即Ek=eUc,其中Uc是遏止電壓。(3)光電效應(yīng)方程中的W0為逸出功,它與截止頻率νc的關(guān)系是W0=hνc。2.幾個(gè)決定關(guān)系(1)逸出功W0一定時(shí),入射光的頻率決定著能否產(chǎn)生光電效應(yīng)以及光電子的最大初動(dòng)能。(2)入射光的頻率一定時(shí),入射光的強(qiáng)弱決定著單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射出來的光電子數(shù)。
【典例1】 (多選)某同學(xué)采用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置來研究光電效應(yīng)現(xiàn)象。當(dāng)用某單色光照射光電管的陰極K時(shí),會(huì)發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象。閉合開關(guān)S,在陽極A和陰極K之間加上反向電壓,通過調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片逐漸增大電壓,直至電流表中電流恰為零,此電壓表的電壓值U稱為遏止電壓,根據(jù)遏止電壓,可以計(jì)算出光電子的最大初動(dòng)能Ek?，F(xiàn)分別用頻率為ν1和ν2的單色光照射陰極,測(cè)量到遏止電壓分別為U1和U2,設(shè)電子質(zhì)量為m、電荷量為e,則下列關(guān)系式正確的是(　　)
思維點(diǎn)撥(1)用頻率為ν1的光照射時(shí)根據(jù)動(dòng)能定理求光電子的最大初速度。(2)分別用頻率為ν1和ν2的單色光照射陰極時(shí),根據(jù)光電效應(yīng)方程分別列式可得陰極K的逸出功和普朗克常量。(3)根據(jù)逸出功,用公式W0=hν0可求截止頻率。
訓(xùn)練突破3.某光電管的陰極是用金屬鉀制成的,它的逸出功為2.21 eV,用波長(zhǎng)為2.5×10-7 m的紫外線照射陰極,已知真空中光速為3.0×108 m/s,元電荷為1.6×10-19 C,普朗克常量為6.63×10-34 J·s,鉀的截止頻率和該光電管發(fā)射的光電子的最大初動(dòng)能應(yīng)分別是(　　)A.5.3×1014 Hz,2.2 JB.5.3×1014 Hz,4.4×10-19 JC.3.3×1033 Hz,2.2 JD.3.3×1033 Hz,4.4×10-19 J
【典例2】 在如圖甲所示的裝置中,K為一個(gè)金屬板,A為一個(gè)金屬電極,都密封在真空玻璃管中,單色光可通過玻璃殼照在K上,E為可調(diào)直流電源。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),當(dāng)用某種頻率的單色光照射K時(shí),K會(huì)發(fā)出電子(光電效應(yīng)),這時(shí),即使A、K間的電壓等于零,回路中也有電流,當(dāng)A的電勢(shì)低于K時(shí),電流仍不為零。A的電勢(shì)比K低得越多,電流越小,當(dāng)A比K的電勢(shì)低到某一值Uc(遏止電壓)時(shí),電流消失。當(dāng)改變照射光的頻率ν時(shí),遏止電壓Uc也將隨之改變。某次實(shí)驗(yàn)根據(jù)測(cè)出的一系列數(shù)據(jù)作出的Uc-ν圖像如圖乙所示,若知道電子的電荷量e,則根據(jù)圖像可求出:
(1)該金屬的截止頻率為____________;?(2)該金屬的逸出功W0為____________;?(3)普朗克常量h為____________。?思維點(diǎn)撥(1)由圖知,直線與ν軸的交點(diǎn)νc即為該金屬的截止頻率。(2)當(dāng)照射光的頻率為νc時(shí),遏止電壓Uc=0,說明在此頻率下,金屬板剛好發(fā)生光電效應(yīng),再結(jié)合光電效應(yīng)方程可求逸出功和普朗克常量。
訓(xùn)練突破4.(多選)下圖是用光照射某種金屬時(shí)逸出的光電子的最大初動(dòng)能隨入射光頻率的變化圖線,圖線與橫軸的交點(diǎn)坐標(biāo)為4.27,與縱軸交點(diǎn)坐標(biāo)為0.5。由圖可知(　　)A.該金屬的截止頻率為4.27×1014 HzB.該金屬的截止頻率為5.5×1014 HzC.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
整合構(gòu)建1.光的波粒二象性光既有波動(dòng)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(dòng)性。(2)從頻率上看:頻率越低波動(dòng)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,貫穿本領(lǐng)越強(qiáng),越不容易看到光的干涉和衍射現(xiàn)象。(3)從傳播與作用上看:光在傳播過程中往往表現(xiàn)出波動(dòng)性;在與物質(zhì)發(fā)生作用時(shí)往往表現(xiàn)為粒子性。
2.波粒二象性的深入理解(1)雖然平時(shí)看到宏觀物體運(yùn)動(dòng)時(shí),看不出其波動(dòng)性,但也有一個(gè)波長(zhǎng)與之對(duì)應(yīng)。例如飛行子彈的波長(zhǎng)約為10-34 m。(2)波粒二象性是微觀粒子的特殊規(guī)律,一切微觀粒子都存在波動(dòng)性;宏觀物體也存在波動(dòng)性,只是波長(zhǎng)太小,難以觀測(cè)。(3)德布羅意波也是概率波,衍射圖樣中的亮圓是電子落點(diǎn)概率大的地方,但概率的大小受波動(dòng)規(guī)律的支配。
訓(xùn)練突破5.(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)如圖甲、乙、丙所示的圖像,則(　　)?A.圖像甲表明光具有粒子性B.圖像丙表明光具有波動(dòng)性C.用紫外光觀察不到類似的圖像D.實(shí)驗(yàn)表明光是一種概率波
解析:圖像甲只有分散的亮點(diǎn),表明光具有粒子性;圖像丙呈現(xiàn)干涉條紋,表明光具有波動(dòng)性;用紫外光也可以觀察到類似的圖像,實(shí)驗(yàn)表明光是一種概率波,選項(xiàng)A、B、D正確,選項(xiàng)C錯(cuò)誤。

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