《（浙江專版）2019版高考物理大一輪復(fù)習(xí) 第十二章 動量守恒定律 波粒二象性原子結(jié)構(gòu)與原子核 第2課時 波粒二象性學(xué)案》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《（浙江專版）2019版高考物理大一輪復(fù)習(xí) 第十二章 動量守恒定律 波粒二象性原子結(jié)構(gòu)與原子核 第2課時 波粒二象性學(xué)案（12頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、 第2課時　波粒二象性 一、光電效應(yīng) 1.能量子 (1)定義：普朗克認為，帶電微粒輻射或吸收能量時，只能是輻射或吸收某個最小能量值的整數(shù)倍，這個不可再分的最小能量值ε叫做能量子。 (2)大小：ε＝hν，其中ν是電磁波的頻率，h是普朗克常量，數(shù)值h＝6.626×10－34__J·s(一般h取6.63×10－34 J·s)。 2.光電效應(yīng) (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的現(xiàn)象。 (2)光電子：光電效應(yīng)中發(fā)射出來的電子。 (3)光電效應(yīng)規(guī)律 ①每種金屬都有一個極限頻率，入射光的頻率必須大于這個極限頻率才能產(chǎn)生光電效應(yīng)。低于這個頻率的光不能產(chǎn)生光電效

2、應(yīng)。 ②光電子的最大初動能與入射光的強度無關(guān)，只隨入射光頻率的增大而增大。 ③光電效應(yīng)的發(fā)生幾乎瞬時的，一般不超過10－9s。 ④當入射光的頻率大于極限頻率時，飽和光電流的強度與入射光的強度成正比。 3.愛因斯坦光電效應(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，金屬表面上的電子吸收光子后克服原子核的引力逸出時所具有的動能的最大值。 (4)愛因斯坦光電效應(yīng)方程

3、 ①表達式：Ek＝hν－W0。 ②物理意義：金屬表面的電子吸收一個光子獲得的能量是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。 二、光的波粒二象性 1.光的波粒二象性 (1)光既具有波動性又具有粒子性，即光具有波粒二象性。 (2)光子的能量ε＝hν和動量p＝。兩式左側(cè)的物理量ε和p描述光的粒子性，右側(cè)的物理量ν和λ描述光的波動性，普朗克常量h架起了粒子性與波動性之間的橋梁。 2.粒子的波動性 (1)每一個運動的粒子都與一個對應(yīng)的波相聯(lián)系，這種與實物粒子相聯(lián)系的波稱為德布羅意波，也叫做物質(zhì)波。 (2)物質(zhì)波的波長、頻率關(guān)系式

4、 波長：λ＝，頻率：ν＝。 3.概率波 (1)光波是一種概率波 光的波動性不是光子之間相互作用的結(jié)果而是光子自身 固有的性質(zhì)，光子在空間出現(xiàn)的概率可以通過波動規(guī)律確定，所以，光波是一種概率波。 (2)物質(zhì)波也是一種概率波 對于電子和其他微觀粒子，單個粒子的位置是不確定的，但在某點出現(xiàn)的概率的大小可以由波動規(guī)律確定，而且對于大量粒子，這種概率分布導(dǎo)致確定的宏觀結(jié)果，所以物質(zhì)波也是概率波。 4.不確定性關(guān)系 (1)定義：在經(jīng)典物理學(xué)中，一個質(zhì)點的位置和動量是可以同時測定的，在微觀物理學(xué)中，要同時測出微觀粒子的位置和動量是不太可能的，這種關(guān)系叫不確定性關(guān)系。 (2)表達式：ΔxΔ

5、p≥。其中以Δx表示粒子位置的不確定量，以Δp表示粒子在x方向上的動量的不確定量，h是普朗克常量。 【思考判斷】 1.光電子就是光子( × ) 2.只要光強度足夠強，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( √ ) 1

6、0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)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)言了實物粒子在一定條件下會表現(xiàn)為波動性( √ ) 考點一　能量量子化(－/b)　光的粒子性(－/c) [要點突破] 1.對光電效應(yīng)的四點提醒 (1)能否發(fā)生光電效應(yīng)，不取決于光的強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)光強大→光子數(shù)目多→發(fā)射光電子多

7、→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.定量分析時應(yīng)抓住三個關(guān)系式 (1)愛因斯坦光電效應(yīng)方程：Ek＝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)由曲線可以得到的物理量： ①極限頻率：圖線與ν軸交點的橫坐標νc。 ②逸出功：圖線與Ek軸交點的縱坐標的值W0＝E。 ③普朗克常量：圖線的斜率k＝h。 [典例剖析] 【例】 (多選)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

8、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)的坐標已知，只是未標出)，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　依據(jù)光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0可知，當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。 答案　ABC [針對訓(xùn)練] 1.(多選)如圖所示，用導(dǎo)線把驗電器與鋅板相連接，當用紫外線照射鋅板時，發(fā)生的現(xiàn)象是(　　)

9、 A.有光子從鋅板逸出 B.有電子從鋅板逸出 C.驗電器指針張開一個角度 D.鋅板帶負電 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A錯誤、B正確；鋅板與驗電器相連，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，驗電器指針張角越大，故C正確、D錯誤。 答案　BC 2.(多選)如圖所示是用光照射某種金屬時逸出的光電子的最大初動能隨入射光頻率的變化圖線(直線與橫軸的交點坐標為4.27，與縱軸交點坐標為0.5)。由圖可知(　　) A.該金屬的截止頻率為4.27×1014 Hz B.該金

10、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錯誤。 答案　AC 考點二　粒子的波動性(－/c)　概率波(－/b)　不確定性關(guān)系(－/b) [要點突破] 光既有波動性，又有粒子性，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

11、，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。由以上兩式和波速公式c＝λν還可以得出E＝pc。 [典例剖析] 【例1】 能夠證明光具有波粒二象性的現(xiàn)象是(　　) A.光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng) B.光的衍射和光的色散 C.光的折射和透

12、鏡成像 D.光的干涉和康普頓效應(yīng) 解析　光的干涉、光的衍射現(xiàn)象證明了光的波動性，光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)證明了光的粒子性。 答案　D 【例2】 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，底片上只出現(xiàn)一些不規(guī)則的點子；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)果認識正確的是(　　) A.曝光時間不長時，出現(xiàn)不規(guī)則的點子，表現(xiàn)出光的波動性 B.單個光子通過雙縫后的落點可以預(yù)測 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能表現(xiàn)出光的

13、粒子性 解析　由于光波是一種概率波，故選項C正確；A中的現(xiàn)象說明了光的粒子性，個別光子的行為通常表現(xiàn)出粒子性，故選項A、D錯誤。 答案　C [針對訓(xùn)練] 1.如果一個電子的德布羅意波長和一個中子的相等，則它們的哪個物理量也相等(　　) A.速度 B.動能 C.動量 D.總能量 解析　根據(jù)德布羅意波長公式λ＝，選項C正確。 答案　C 2.用很弱的光做雙縫干涉實驗，把入射光減弱到可以認為光源和感光膠片之間不可能同時有兩個光子存在，如圖所示是不同數(shù)量的光子照射到感光膠片上得到的照片。這些照片說明(　　) A.光只有粒子性沒有波動性 B.光只有波動性沒有粒子性 C.

14、少量光子的運動顯示波動性，大量光子的運動顯示粒子性 D.少量光子的運動顯示粒子性，大量光子的運動顯示波動性 解析　光具有波粒二象性，這些照片說明少量光子的運動顯示粒子性，大量光子的運動顯示波動性，故D正確。 答案　D 3.在做雙縫干涉實驗時，發(fā)現(xiàn)10 000個光子中有9 600個通過雙縫后打到了觀察屏上的b處，則b處是(　　) A.亮紋 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去判斷，由于大部分光子都落在b點，故b處一定是亮紋，選項A正確。 答案　A 1.(多選)在光電效應(yīng)實驗中，用頻率為ν的光照射光電管陰

15、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 解析　增大入射光強度，使單位時間內(nèi)逸出的光電子數(shù)增加，因此光電流增大，選項A正確；能否發(fā)生光電效應(yīng)與照射光的頻率有關(guān)，與強度無關(guān)，選項B錯誤；當照射光的頻率小于ν，但仍大于極限頻率時發(fā)生光電效應(yīng)，選項C錯誤；由Ekm＝hν－W，增加照射光的頻率，光電子的最大初動能變大，選項D正確。 答案　AD 2.(多選)關(guān)于光的波粒二象性，正確的說法是(　　) A.光的頻率越

16、高，光子的能量越大，粒子性越顯著 B.光的波長越長，光的能量越小，波動性越顯著 C.頻率高的光子不具有波動性，波長較長的光子不具有粒子性 D.個別光子產(chǎn)生的效果往往顯示粒子性，大量光子產(chǎn)生的效果往往顯示波動性 解析　光具有波粒二象性，但在不同情況下表現(xiàn)不同，頻率越高，波長越短，粒子性越強，反之波動性明顯，個別光子易顯示粒子性，大量光子顯示波動性，故選項A、B、D正確。 答案　ABD 3.(多選)關(guān)于不確定性關(guān)系ΔxΔp≥有以下幾種理解，其中正確的是(　　) A.微觀粒子的動量不可能確定 B.微觀粒子的坐標不可能確定 C.微觀粒子的動量和坐標不可能同時確定 D.不確定性關(guān)系不

17、僅適用于電子和光子等微觀粒子，也適用于其他宏觀粒子 解析　不確定性關(guān)系ΔxΔp≥表示確定位置、動量的精度互相制約，此消彼長，當粒子位置的不確定性變小時，粒子動量的不確定性變大；當粒子位置的不確定性變大時，粒子動量的不確定性變小，故不能同時準確確定粒子的動量和坐標。不確定性關(guān)系也適用于其他宏觀粒子，不過這些不確定量微乎其微。選項C、D正確。 答案　CD 4.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

18、 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，B、C、D錯誤；又由c＝λν可知光電子頻率較小時，波長較大，A正確。 答案　A 5.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)愛因斯坦光電效應(yīng)方程有Ekm＝hν－W0，又因為Ekm＝e

19、Uc，得到Uc＝ν－，所以＝k，h＝ek；－＝b，W0＝－eb。 答案　ek?。璭b [基礎(chǔ)過關(guān)] 1.在歷史上，最早證明德布羅意波存在的實驗是(　　) A.弱光衍射實驗 B.電子束在晶體上的衍射實驗 C.弱光干涉實驗 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驗，故B項正確。 答案　B 2.(多選)(2016·浙江4月選考)在光電效應(yīng)實驗中，采用極限頻率為νc＝5.5×1014Hz鈉陰極，已知普朗克常量h＝6.6×10－34 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(　　)

20、 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錯誤；動量p＝mvm＝9.1×10－31 kg×5.4×105m/s＝4.9×10－25kg· m/s，故C錯誤；德布羅意波長λ＝＝＝1.3×10－9 m，故D正確。 答案　AD 3.(多選

21、)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，一切運動的微粒都具有波粒二象性 B.運動的微觀粒子與光子一樣，當它們通過一個小孔時，都沒有特定的運動軌道 C.波動性和粒子性，在宏觀現(xiàn)象中是矛盾的、對立的，但在微觀高速運動的現(xiàn)象中是統(tǒng)一的 D.實物的運動有特定的軌道，所以實物不具有波粒二象性 解析　由德布羅意波可知A、C正確；運動的微觀粒子，達到的位置具有隨機性，而沒有特定的運動軌道，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，實際很難觀察到波動性，不是不具有波粒二象性，D錯誤。 答案　ABC 4.如圖所示，當弧光燈發(fā)出的光經(jīng)一狹縫后，

22、在鋅板上形成明暗相間的條紋，同時與鋅板相連的驗電器鋁箔有張角，則該實驗(　　) A.只能證明光具有波動性 B.只能證明光具有粒子性 C.只能證明光能夠發(fā)生衍射 D.證明光具有波粒二象性 解析　弧光燈發(fā)出的光經(jīng)一狹縫后，在鋅板上形成明暗相間的條紋，這是光的衍射，證明了光具有波動性，驗電器鋁箔有張角，說明鋅板發(fā)生了光電效應(yīng)，則證明了光具有粒子性，所以該實驗證明了光具有波粒二象性，D正確。 答案　D 5.在光電效應(yīng)實驗中，用單色光照射某種金屬表面，有光電子逸出，則光電子的最大初動能取決于入射光的(　　) A.頻率 B.強度 C.照射時間 D.光子數(shù)目 解析　由愛因斯坦光電

23、效應(yīng)方程Ek＝hν－W0可知，Ek只與頻率ν有關(guān)，故選項B、C、D錯誤，選項A正確。 答案　A [能力提升] 6.頻率為ν的光照射某金屬時，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C正確。 答案　C 7.在光電效應(yīng)的實驗結(jié)果中，與光的波動理論不矛盾的是(　　) A.光電效應(yīng)是瞬時

24、發(fā)生的 B.所有金屬都存在極限頻率 C.光電流隨著入射光增強而變大 D.入射光頻率越大，光電子最大初動能越大 解析　根據(jù)波動理論，認為只要光照射的時間足夠長、足夠強就能發(fā)生光電效應(yīng)，且光電子的初動能就大，但實驗中金屬表面沒有逸出電子的實驗結(jié)果；光電效應(yīng)的條件是入射光的頻率大于金屬的極限頻率，發(fā)生是瞬時的，且入射光頻率越大，光電子最大初動能越大，這與光的波動理論相矛盾，故A、B、D錯誤。波動理論認為光強度越大，光電流越大；光電效應(yīng)中認為光強度越大，光子越多，金屬表面逸出的光電子越多，即光電流越大，所以該實驗結(jié)果與波動理論不矛盾，故C正確。 答案　C 8.(多選)產(chǎn)生光電效應(yīng)時，關(guān)于逸出光電子的最大初動能Ek，下列說法正確的是(　　) A.對于同種金屬，Ek與照射光的強度無關(guān) B.對于同種金屬，Ek與照射光的波長成反比 C.對于同種金屬，Ek與光照射的時間成正比 D.對于同種金屬，Ek與照射光的頻率成線性關(guān)系 解析　根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0?？傻茫篍k與照射光的強度和照射時間無關(guān)，與照射光的頻率成線性關(guān)系，與波長不成反比，所以A、D正確，B、C錯誤。 答案　AD 12