2021版浙江新高考選考物理一輪復(fù)習(xí)教師用書：17第十三章　1第1節(jié)　波粒二象性-教案下載-教習(xí)網(wǎng)

知識內(nèi)容
考試要求
真題統(tǒng)計
2016.10
2017.4
2017.11
2018.4
2018.11
2019.4
2020.1
1.能量量子化
b
15

2.光的粒子性
c
15

15
3.粒子的波動性
c

4.概率波
b

5.不確定性關(guān)系
b

14

6.電子的發(fā)現(xiàn)
a

7.原子的核式結(jié)構(gòu)模型
b

8.氫原子光譜
b

15

14
9.玻爾的原子模型
c
15

15
15

14

10.原子核的組成
a

4
11.放射性元素的衰變
c

14

15
4
12.探測射線的方法
a

13.放射性的應(yīng)用與防護
a

14.核力與結(jié)合能
c

16
14
14
15

15.核裂變
c
16
16
14

16.核聚變
c

4
17.粒子和宇宙
a

第1節(jié)　波粒二象性

【基礎(chǔ)梳理】

提示：電子　光電子　大于　增大　hν　hν－W0
干涉　波動性　光電效應(yīng)　粒子性　波動　粒子
【自我診斷】
判一判
(1)只要光照射的時間足夠長，任何金屬都能發(fā)生光電效應(yīng)．(　　)
(2)光電子就是光子．(　　)
(3)極限頻率越大的金屬材料逸出功越大．(　　)
(4)從金屬表面出來的光電子的最大初動能越大，這種金屬的逸出功越?。?　　)
(5)入射光的頻率越大，逸出功越大．(　　)
提示：(1)×　(2)×　(3)√　(4)×　(5)×
做一做
在光電效應(yīng)實驗中，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．增大入射光的強度，光電流增大
B．減小入射光的強度，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
提示：選AD.增大入射光強度，單位時間內(nèi)照射到單位面積的光電子數(shù)增加，則光電流將增大，故選項A正確；光電效應(yīng)是否發(fā)生取決于照射光的頻率，而與照射強度無關(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)，選項C錯誤；根據(jù)hν－W逸＝mv2可知，增加照射光頻率，光電子的最大初動能增大，故選項D正確．

　對光電效應(yīng)現(xiàn)象的理解
【典題例析】
　(2020·杭州質(zhì)檢)現(xiàn)用一光電管進行光電效應(yīng)實驗，當(dāng)用某一頻率的光入射時，有光電流產(chǎn)生．下列說法正確的是(　　)
A．保持入射光的頻率不變，入射光的光強變大，飽和光電流變大
B．入射光的頻率變高，飽和光電流變大
C．入射光的頻率變高，光電子的最大初動能變大
D．保持入射光的光強不變，不斷減小入射光的頻率，始終有光電流產(chǎn)生
[解析]　根據(jù)光電效應(yīng)規(guī)律，保持入射光的頻率不變，入射光的光強變大，則飽和光電流變大，選項A正確．由愛因斯坦光電效應(yīng)方程知，入射光的頻率變高，產(chǎn)生的光電子最大初動能變大，而飽和光電流與入射光的頻率和光強都有關(guān)，選項B錯誤，C正確．保持入射光的光強不變，不斷減小入射光的頻率，當(dāng)入射光的頻率小于極限頻率時，就不能發(fā)生光電效應(yīng)，沒有光電流產(chǎn)生，選項D錯誤．
[答案]　AC
　1905年是愛因斯坦的“奇跡”之年，這一年他先后發(fā)表了三篇具有劃時代意義的論文，其中關(guān)于光量子的理論成功的解釋了光電效應(yīng)現(xiàn)象．關(guān)于光電效應(yīng)，下列說法正確的是 (　　)
A．當(dāng)入射光的頻率低于極限頻率時，不能發(fā)生光電效應(yīng)
B．光電子的最大初動能與入射光的頻率成正比
C．光電子的最大初動能與入射光的強度成正比
D．某單色光照射一金屬時不發(fā)生光電效應(yīng)，改用波長較短的光照射該金屬可能發(fā)生光電效應(yīng)
解析：選AD.根據(jù)光電效應(yīng)現(xiàn)象的實驗規(guī)律，只有入射光頻率大于極限頻率才能發(fā)生光電效應(yīng)，A、D正確．根據(jù)光電效應(yīng)方程，最大初動能與入射光頻率為線性關(guān)系，但非正比關(guān)系，B錯誤；根據(jù)光電效應(yīng)現(xiàn)象的實驗規(guī)律，光電子的最大初動能與入射光強度無關(guān)，C錯誤．

對光電效應(yīng)規(guī)律的解釋
對應(yīng)規(guī)律
對規(guī)律的產(chǎn)生的解釋
存在極限頻率ν0
電子從金屬表面逸出，首先必須克服金屬原子核的引力做功W0，要使入射光子的能量不小于W0，對應(yīng)的頻率ν0＝，即極限頻率
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，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
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，不需要積累能量的過程
光較強時飽和電流大
光較強時，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
　光電效應(yīng)方程
【知識提煉】
1．愛因斯坦光電效應(yīng)方程
Ek＝hν－W0
hν：光電子的能量．
W0：逸出功，即從金屬表面直接飛出的光電子克服正電荷引力所做的功．
Ek：光電子的最大初動能．
2．圖象分析
圖象名稱
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：ν0
(2)逸出功：W0＝|－E|＝E
(3)普朗克常量：圖線的斜率k＝h
遏止電壓Uc與入射光頻率ν的關(guān)系圖線

(1)截止(極限)頻率：ν0
(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＝ke(k為斜率，e為電子電量)
頻率相同、光強不同時，光電流與電壓的關(guān)系

(1)遏止電壓：Uc
(2)飽和光電流：Im(電流的最大值)
(3)最大初動能：Ekm＝eUc
頻率不同、光強相同時，光電流與電壓的關(guān)系

(1)遏止電壓：Uc1、Uc2
(2)飽和光電流：電流最大值
(3)最大初動能：Ek1＝eUc1，Ek2＝eUc2
【典題例析】
　以往我們認識的光電效應(yīng)是單光子光電效應(yīng)，即一個電子在極短時間內(nèi)只能吸收到一個光子而從金屬表面逸出．強激光的出現(xiàn)豐富了人們對于光電效應(yīng)的認識，用強激光照射金屬，由于其光子密度極大，一個電子在極短時間內(nèi)吸收多個光子成為可能，從而形成多光子光電效應(yīng)，這已被實驗證實．光電效應(yīng)實驗裝置示意圖如圖所示．用頻率為ν的普通光源照射陰極K，沒有發(fā)生光電效應(yīng)，換用同樣頻率為ν的強激光照射陰極K，則發(fā)生了光電效應(yīng)；此時，若加上反向電壓U，即將陰極K接電源正極，陽極A接電源負極，在KA之間就形成了使光電子減速的電場．逐漸增大U，光電流會逐漸減?。划?dāng)光電流恰好減小到零時，所加反向電壓U可能是下列的(其中W為逸出功，h為普朗克常量，e為電子電量)(　　)

A．U＝－　　　　　　　 B．U＝－
C．U＝2hν－W D．U＝－
[審題指導(dǎo)]　光電效應(yīng)產(chǎn)生的條件是光子的頻率大于金屬的極限頻率，遏止電壓是光電流恰好為零時的反向電壓，利用動能定理和光電效應(yīng)方程聯(lián)立求解即可．[解析]　以從陰極K逸出的且具有最大初動能的光電子為研究對象，由動能定理得：－Ue＝0－mv ①
由光電效應(yīng)方程得：
nhν＝mv＋W(n＝2，3，4，…) ②
由①②式解得：U＝－(n＝2，3，4，…)，故選項B正確．
[答案]　B
【題組過關(guān)】
考向1　Ek－ν圖象的理解與應(yīng)用
1.(2020·嘉興檢測)在做光電效應(yīng)的實驗時，某金屬被光照射時發(fā)生了光電效應(yīng)，實驗測得光電子的最大初動能Ek與入射光的頻率ν的關(guān)系如圖所示(圖線上各點對應(yīng)的坐標(biāo)已知，只是未標(biāo)出)，由實驗圖線可求出(　　)
A．該金屬的極限頻率
B．普朗克常量
C．該金屬的逸出功
D．單位時間內(nèi)逸出的光電子數(shù)
解析：選ABC.依據(jù)光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0可知，當(dāng)Ek＝0時，ν＝νc，即圖線的橫截距在數(shù)值上等于該金屬的極限頻率．圖線的斜率k＝h，即圖線的斜率在數(shù)值上等于普朗克常量．ν＝0時，Ek＝－W0，即圖線的縱截距的絕對值等于該金屬的逸出功，故A、B、C正確．
考向2　對I－U圖象的理解
2．在光電效應(yīng)實驗中，某同學(xué)用同一光電管在不同實驗條件下得到三條光電流與電壓之間的關(guān)系曲線(甲光、乙光、丙光)，如圖所示．則可判斷出(　　)

A．甲光的頻率大于乙光的頻率
B．乙光的波長大于丙光的波長
C．乙光對應(yīng)的截止頻率大于丙光的截止頻率
D．甲光對應(yīng)的光電子最大初動能大于丙光的光電子最大初動能
解析：選B.由圖象知，甲、乙光對應(yīng)的遏止電壓相等，由eUc＝Ek和hν＝W0＋Ek得甲、乙光頻率相等，A錯誤；丙光的頻率大于乙光的頻率，則丙光的波長小于乙光的波長，B正確；由hνc＝W0得甲、乙、丙光對應(yīng)的截止頻率相同，C錯誤；由光電效應(yīng)方程知，甲光對應(yīng)的光電子最大初動能小于丙光對應(yīng)的光電子最大初動能，D錯誤．
考向3　Uc－ν圖象與光電效應(yīng)方程的應(yīng)用
3．在某次光電效應(yīng)實驗中，得到的遏止電壓Uc與入射光的頻率ν的關(guān)系如圖所示．若該直線的斜率和截距分別為k和b，電子電荷量的絕對值為e，則普朗克常量可表示為________，所用材料的逸出功可表示為________．
解析：根據(jù)光電效應(yīng)方程Ekm＝hν－W0及Ekm＝eUc得Uc＝－，故＝k，b＝－，得h＝ek，W0＝－eb.
答案：ek?。璭b

1．應(yīng)用光電效應(yīng)方程時的注意事項
(1)每種金屬都有一個截止頻率，光頻率大于這個截止頻率才能發(fā)生光電效應(yīng)．
(2)截止頻率是發(fā)生光電效應(yīng)的最小頻率，對應(yīng)著光的極限波長和金屬的逸出功，即hν0＝h＝W0.
(3)應(yīng)用光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0時，注意能量單位電子伏和焦耳的換算(1 eV＝1.6×10－19 J)．
(4)作為能量守恒的一種表達式可以定性理解方程hν＝W0＋mv2的意義：即入射光子的能量一部分相當(dāng)于轉(zhuǎn)換在金屬的逸出功上，剩余部分轉(zhuǎn)化為光電子的動能．對某種金屬來說W0為定值，因而光子頻率ν決定了能否發(fā)生光電效應(yīng)及光電子的初動能大?。總€光子的一份能量hν與一個光電子的動能mv2對應(yīng)．
2．光電效應(yīng)中有關(guān)圖象問題的解題方法
(1)明確圖象中縱坐標(biāo)和橫坐標(biāo)所表示的物理量．
(2)明確圖象所表示的物理意義及所對應(yīng)的函數(shù)關(guān)系，同時還要知道截距、交點等特殊點的意義．例如：
①Ekm－ν圖象，表示了光電子的最大初動能Ekm隨入射光頻率ν的變化曲線，圖甲中橫軸上的截距是陰極金屬的極限頻率，縱軸上的截距表示了陰極金屬的逸出功負值，直線的斜率為普朗克常量，圖象的函數(shù)式：Ek＝hν－W0.
②光電效應(yīng)中的I－U圖象，是光電流強度I隨兩極板間電壓U的變化曲線，圖乙中的Im是飽和光電流，Uc為遏止電壓．
　
　光的波粒二象性　物質(zhì)波
【知識提煉】
光既具有波動性，又具有粒子性，兩者不是孤立的，而是有機的統(tǒng)一體，其表現(xiàn)規(guī)律為：
1．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．
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．
3．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)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算式中都含有表示波的特征的物理量——頻率ν和波長λ.
5．理解光的波粒二象性時不可把光當(dāng)成宏觀概念中的波，也不可把光當(dāng)成宏觀概念中的粒子．
【典題例析】
　(2020·杭州質(zhì)檢)實物粒子和光都具有波粒二象性．下列事實中突出體現(xiàn)波動性的是(　　)
A．電子束通過雙縫實驗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．光電效應(yīng)實驗中，光電子的最大初動能與入射光的頻率有關(guān)，與入射光的強度無關(guān)
[解析]　電子束具有波動性，通過雙縫實驗裝置后可以形成干涉圖樣，選項A正確．β射線在云室中高速運動時，徑跡又細又直，表現(xiàn)出粒子性，選項B錯誤．人們利用慢中子衍射來研究晶體的結(jié)構(gòu)，體現(xiàn)出波動性，選項C正確．光電效應(yīng)實驗，體現(xiàn)的是波的粒子性，選項D錯誤．
[答案]　AC
【題組過關(guān)】
考向1　對光的波粒二象性的理解
1．物理學(xué)家做了一個有趣的實驗：在雙縫干涉實驗中，在光屏處放上照相底片，若減弱光的強度，使光子只能一個一個地通過狹縫．實驗結(jié)果表明，如果曝光時間不太長，底片上只能出現(xiàn)一些不規(guī)則的點；如果曝光時間足夠長，底片上就會出現(xiàn)規(guī)則的干涉條紋．對這個實驗結(jié)果下列認識正確的是(　　)
A．曝光時間不長時，光的能量太小，底片上的條紋看不清楚，故出現(xiàn)不規(guī)則的點
B．單個光子的運動沒有確定的軌道
C．干涉條紋中明亮的部分是光子到達機會較多的地方
D．只有大量光子的行為才表現(xiàn)出波動性
解析：選BCD.單個光子通過雙縫后的落點無法預(yù)測，大量光子的落點出現(xiàn)一定的規(guī)律性，落在某些區(qū)域的可能性較大，這些區(qū)域正是波通過雙縫后發(fā)生干涉時振幅加強的區(qū)域．光具有波粒二象性，少數(shù)光子的行為表現(xiàn)為粒子性，大量光子的行為表現(xiàn)為波動性．所以正確選項為BCD.
考向2　對物質(zhì)波的考查
2．德布羅意認為，任何一個運動著的物體，都有一種波與它對應(yīng)，波長是λ＝，式中p是運動物體的動量，h是普朗克常量．已知某種紫光的波長是440 nm，若將電子加速，使它的德布羅意波長是這種紫光波長的1×10－4 倍．求：
(1)電子的動量大?。?br /> (2)試推導(dǎo)加速電壓跟德布羅意波長的關(guān)系，并計算加速電壓的大?。?電子質(zhì)量m＝9.1×10－31 kg，電子電荷量e＝1.6×10－19 C，普朗克常量h＝6.6×10－34 J·s，加速電壓的計算結(jié)果取一位有效數(shù)字)
解析：(1)由λ＝
得p＝＝ kg·m/s
＝1.5×10－23 kg·m/s.
(2)eU＝Ek＝，又λ＝
聯(lián)立解得U＝，
代入數(shù)據(jù)解得U＝8×102 V.
答案：(1)1.5×10－23 kg·m/s
(2)U＝　8×102 V

[隨堂檢測]
1．如果一個電子的德布羅意波長和一個中子的相等，則它們相等的物理量是(　　)
A．速度 B．動能
C．動量 D．總能量
解析：選C.根據(jù)λ＝，知電子和中子的動量相等，選項C正確．
2．(2020·溫州月考)用綠光照射一個光電管，能產(chǎn)生光電效應(yīng)．欲使光電子從陰極逸出時最大初動能增大，可以(　　)
A．改用紅光照射 B．改用紫光照射
C．改用藍光照射 D．增加綠光照射時間
解析：選BC.光電子的最大初動能與照射時間或照射強度無關(guān)，而與入射光子的能量有關(guān)，入射光子的能量越大，光電子從陰極逸出時最大初動能越大，所以本題中可以改用比綠光光子能量更大的紫光、藍光照射，以增大光電子從陰極逸出時的最大初動能．
3．波粒二象性是微觀世界的基本特征，以下說法正確的有(　　)
A．光電效應(yīng)現(xiàn)象揭示了光的粒子性
B．熱中子束射到晶體上產(chǎn)生衍射圖樣說明中子具有波動性
C．黑體輻射的實驗規(guī)律可用光的波動性解釋
D．動能相等的質(zhì)子和電子，它們的德布羅意波長也相等
解析：選AB.光電效應(yīng)現(xiàn)象、黑體輻射的實驗規(guī)律都可以用光的粒子性解釋，選項A正確，選項C錯誤；熱中子束射到晶體上產(chǎn)生衍射圖樣說明中子具有波動性，選項B正確；由德布羅意波長公式λ＝和p2＝2mEk知動能相等的質(zhì)子和電子動量不同，德布羅意波長不相等，選項D錯誤．
4．(多選) (2020·1月浙江選考)如圖所示，波長為λa和λb的兩種單色光射入三棱鏡，經(jīng)折射后射出兩束單色光a和b，則這兩束光(　　)
A．照射同一種金屬均有光電子逸出，光電子最大初動能Eka>Ekb
B．射向同一雙縫干涉裝置，其干涉條紋間距Δxa>Δxb
C．在水中的傳播速度vaλ乙>λ丙，則(　　)
A．用入射光甲照射金屬b，可能發(fā)生光電效應(yīng)
B．用入射光丙照射金屬b，一定發(fā)生光電效應(yīng)
C．用入射光甲和乙同時照射金屬c，可能發(fā)生光電效應(yīng)
D．用入射光乙和丙同時照射金屬a，一定發(fā)生光電效應(yīng)
解析：選BD.由λ＝，λ甲>λ乙>λ丙可知，ν甲