2024版新教材高考物理全程一轮总复习第十六章波粒二象性原子结构原子核第1讲波粒二象性课件

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课 程 标 准1.通过实验，了解光电效应现象．能根据实验结论说明光的波粒二象性．知道爱因斯坦光电效应方程及其意义．2．知道实物粒子具有波动性，了解微观世界的量子化现象．体会量子论的建立对人们认识物质世界的影响．素 养 目 标物理观念：实物粒子具有波动性，光的波粒二象性；建立物质观．科学思维：利用科学推理得出实物粒子也具有波粒二象性．科学探究：通过实验探究光电效应现象的规律．
一、光电效应1．光电效应现象　　　不是特指可见光，也包括不可见光照射到金属表面的光，能使金属中的________从表面逸出．这个现象称为光电效应，这种电子常称为光电子．2．几个名词解释(1)遏止电压：使光电流减小到0的________电压，用Uc表示．(2)截止频率：能使某种金属发生光电效应的________频率叫作该种金属的截止频率(或极限频率)，用νc表示，不同的金属对应着不同的截止频率．(3)最大初动能：发生光电效应时，金属表面的电子吸收光子后克服原子核的引力逸出时所具有的动能的________．
3．光电效应规律(1)每种金属都有一个截止频率，入射光的频率________截止频率时不发生光电效应．(2)光电子的__________与入射光的强度无关，只随入射光频率的增大而________．(3)只要入射光的频率大于金属的截止频率，照到金属表面时，光电子的发射几乎是________，一般不超过10－9 s，与光的强度________关．(4)当入射光的频率大于金属的截止频率时，饱和光电流的强度与入射光的强度成________比．
二、爱因斯坦光电效应方程1．光子说：在空间传播的光不是连续的，而是一份一份的，每一份叫作一个________，光子的能量ε＝________．2．逸出功W0：电子从金属中逸出所需做功的________．3．爱因斯坦光电效应方程(1)表达式：hν＝Ek＋W0或Ek＝________．(2)物理意义：金属表面的电子吸收一个光子获得的能量是hν，这些能量的一部分用来克服金属的逸出功W0，剩下的表现为逸出后电子的____________．由金属本身决定，与入射光无关．
考点一　光电效应规律1．四点提醒(1)能否发生光电效应，不取决于光的强度而取决于光的频率．(2)光电效应中的“光”不是特指可见光，也包括不可见光．(3)逸出功的大小由金属本身决定，与入射光无关．(4)光电子不是光子，而是电子．2．两条对应关系(1)光强大→光子数目多→发射光电子多→光电流饱和值大；(2)光子频率高→光子能量大→光电子的最大初动能大．3．三个关系式(1)爱因斯坦光电效应方程：Ek＝hν－W0.(2)最大初动能与遏止电压的关系：Ek＝eUc.(3)逸出功与极限频率的关系W0＝hνc.
例1[2023·河北石家庄二模]如图为光电倍增管的原理图，管内由一个阴极K、一个阳极A和K、A间若干对倍增电极构成．使用时在阴极K、各倍增电极和阳极A间加上电压，使阴极K、各倍增电极到阳极A的电势依次升高．当满足一定条件的光照射阴极K时，就会有电子射出，在加速电场作用下，电子以较大的动能撞击到第一个倍增电极上，电子能从这个倍增电极上激发出更多电子，最后阴极A收集到的电子数比最初从阴极发射的电子数增加了很多倍。
下列说法正确的是(　　)A．光电倍增管适用于各种频率的光B．保持入射光不变，增大各级间电压，阳极收集到的电子数可能增多C.增大入射光的频率，阴极K发射出的所有光电子的初动能都会增大D．保持入射光频率和各级间电压不变，增大入射光光强不影响阳极收集到的电子数
解析：只有满足一定频率的光照射时才能发生光电效应，从而逸出光电子，可知光电倍增管并不是适用于各种频率的光，A错误；保持入射光不变，增大各级间电压，则打到倍增极的光电子的动能变大，则可能有更多的光电子从倍增极逸出，则阳极收集到的电子数可能增多，B正确；增大入射光的频率，阴极K发射出的光电子的最大初动能变大，并不是所有光电子的初动能都会增大，C错误；保持入射光频率和各级间电压不变，增大入射光光强，则单位时间逸出光电子的数目会增加，则阳极收集到的电子数会增加，D错误．
针 对 训 练1.[2023·山东济南市一模]光电管是一种利用光照产生电流的装置，当入射光照在管中金属板上时，可以形成光电流．下表中记录了某同学进行光电管实验时的数据．
由表中数据得出的以下论断中正确的是(　　)A．三次实验采用了不同频率的入射光B．三次实验光电管中的金属板材质不同C．若入射光子的能量为5.0 eV，不论光强多大，饱和光电流一定大于60 mAD．若入射光子的能量为5.0 eV，逸出光电子的最大初动能为1.8 eV
解析：表格中入射光子的能量相同，根据光子的能量ε＝hν，可知三次实验采用的入射光的频率相同，故A错误；由光电效应方程Ek＝hν－W0，代入数据可解得三次实验中金属的逸出功都是W0＝3.2 eV，所以三次实验所用的金属板材质相同，故B错误；当入射光子的能量为5.0 eV时，光的强度，单位时间内飞出的光电子越多，光电流越大，故C错误；若入射光子的能量为5.0 eV，根据Ek＝hν－W0＝5.0 eV－3.2 eV＝1.8 eV，即逸出光电子的最大初动能为1.8 eV，故D正确．
2．[2023·郑州一模](多选)在光电效应实验中，分别用频率为νa、νb的单色光a、b照射到同种金属上，测得相应的遏止电压分别为Uca和Ucb、光电子的最大初动能分别为Eka和Ekb.h为普朗克常量．下列说法正确的是(　　)A．若νa>νb，则一定有Ucaνb，则一定有Eka>EkbC．若Ucahνb－Ekb
解析：设该金属的逸出功为W，根据爱因斯坦光电效应方程有Ek＝hν－W，同种金属的W不变，则逸出光电子的最大初动能随ν的增大而增大，B项正确；又Ek＝eUc，则最大初动能与遏止电压成正比，C项正确；根据上述有eUc＝hν－W，遏止电压Uc随ν增大而增大，A项错误；又有hν－Ek＝W，W相同，则hνa－Eka＝hνb－Ekb，D项错误．
考点二　光电效应的图像分析1．最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图线
2．遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图线
3．光电流与电压的关系
例2 [2022·河北卷]如图是密立根于1916年发表的钠金属光电效应的遏止电压Uc与入射光频率ν的实验曲线，该实验直接证明了爱因斯坦光电效应方程，并且第一次利用光电效应实验测定了普朗克常量h.由图像可知(　　)A．钠的逸出功为hνcB．钠的截止频率为8.5×1014HzC．图中直线的斜率为普朗克常量hD．遏止电压Uc与入射光频率ν成正比
针 对 训 练3.甲、乙两种金属发生光电效应时，光电子的最大初动能与入射光频率间的关系分别如图中的a、b所示．下列判断正确的是(　　)A．图线a与b不一定平行B．图线a与b的斜率是定值，与入射光和金属材料均无关系C．乙金属的极限频率小于甲金属的极限频率D．甲、乙两种金属发生光电效应时，若光电子的最大初动能相同，甲金属的入射光频率大
解析：根据光电效应方程Ek＝hν－W0可知，图线的斜率代表普朗克常量，两直线一定平行，A错误；普朗克常量与入射光和金属材料均无关系，B正确；横轴截距表示最大初动能为零时的入射光频率，也就是金属的极限频率，故乙金属的极限频率大于甲金属的极限频率，C错误；由A、C项可知，甲、乙两种金属发生光电效应时，若光电子的最大初动能相同，甲金属的入射光频率小，D错误．
5．[2023·天津南开二模](多选)新冠病毒疫情防控工作中，体温枪被广泛使用，成为重要的防疫装备之一．某一种体温枪的工作原理是：任何物体温度高于绝对零度(－273 ℃)时都会向外发出红外线，红外线照射到体温枪的温度传感器，发生光电效应，将光信号转化为电信号，从而显示出物体的温度．已知人的体温正常时能辐射波长为10 μm的红外线，如图甲所示，用该红外光线照射光电管的阴极K时，电路中有光电流产生，光电流随电压变化的图像如图乙所示．
已知真空中的光速c＝3×108 m/s，则(　　)A．波长10 μm的红外线在真空中的频率为3×1016 HzB．将图甲中的电源正负极反接，则一定不会产生电信号C．光电子的最大初动能为0.02 eVD．若人体温度升高，辐射红外线的强度增强，则光电管转换成的光电流增大
考点三　光的波粒二象性　物质波1．对光的波粒二象性的理解(1)从数量上看个别光子的作用效果往往表现为粒子性；大量光子的作用效果往往表现为波动性．(2)从频率上看频率越低波动性越显著，越容易看到光的干涉和衍射现象；频率越高粒子性越显著，贯穿本领越强，越不容易看到光的干涉和衍射现象．
针 对 训 练6.(多选)为了验证光的波粒二象性，在双缝干涉实验中将光屏换成照相机底片，并设法减弱光的强度，下列说法正确的是(　　)A．使光子一个一个地通过双缝干涉实验装置的单缝，如果时间足够长，底片上将出现双缝干涉图样B．使光子一个一个地通过双缝干涉实验装置的单缝，如果时间很短，底片上将出现不太清晰的双缝干涉图样C．大量光子的运动显示光的波动性D．光只有波动性没有粒子性
解析：使光子一个一个地通过单缝，如果时间足够长，底片上会出现双缝干涉图样，如果时间很短，少量光子到达底片上，由于光波是概率波，光子的行为是随机的，则底片上不会出现双缝干涉图样，故A正确，B错误；光波是一种概率波，光子落在光屏上各点的概率是不同的．单个光子通过双缝后打在底片上的情况呈现出随机性，大量光子通过双缝后打在底片上的情况呈现出规律性．所以个别光子的运动体现粒子性，大量光子的运动体现波动性，故C正确；光既具有波动性又具有粒子性，故D错误．