2025届高考物理一轮总复习第15单元热学热点练11气体实验定律与热力学第一定律的综合应用课件新人教版 (45)

这是一份2025届高考物理一轮总复习第15单元热学热点练11气体实验定律与热力学第一定律的综合应用课件新人教版 (45)，共39页。PPT课件主要包含了落实基础主干，突破命题视角，考点一能量量子化，答案C，考点四波粒二象性等内容，欢迎下载使用。
一、热辐射1.热辐射(1)定义:周围的一切物体都在辐射电磁波,这种辐射与物体的温度有关,所以叫热辐射。(2)特点:热辐射强度按波长的分布情况随物体的温度不同而有所不同。2.黑体(1)定义:某种物体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射,这种物体就叫作黑体。(2)黑体辐射特点:黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关。
二、能量子1.定义:普朗克认为,振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整数倍,这个不可再分的最小能量值ε叫作能量子。2.能量子大小:ε=hν,其中ν是电磁波的频率,h称为普朗克常量,其值为h=6.626×10-34 J·s。3.能量的量子化:普朗克的假设认为微观粒子的能量是量子化的,或者说微观粒子的能量是分立的。
三、光电效应及其规律1.光电效应现象:在光的照射下,金属中的电子从金属表面逸出的现象,称为光电效应,发射出来的电子称为光电子。2.光电效应的四个规律(1)每种金属都有一个截止频率。(2)当频率超过截止频率的光照射到金属表面时,光电效应几乎是瞬时发生的。(3)光电子的最大初动能与入射光的强弱无关,只随入射光频率的增大而增大。(4)在光的频率不变的情况下,入射光越强,饱和电流越大。3.遏止电压与截止频率(1)遏止电压:使光电流减小到零的反向电压Uc。(2)截止频率:能使某种金属发生光电效应的最小频率叫作该种金属的截止频率。不同金属的截止频率不同。
四、爱因斯坦光电效应方程1.光子说:光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的,频率为ν的光的能量子为hν,h为普朗克常量。这些能量子后来被叫作光子。2.逸出功W0:电子从金属中逸出所需做功的最小值。3.最大初动能:发生光电效应时,金属表面上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最大值。4.光电效应方程(1)表达式:Ek=hν-W0。(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提供金属的逸出功W0,剩下的表现为逸出后电子的最大初动能。
五、光的波粒二象性与物质波1.光的波粒二象性(1)光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有波动性。(2)光电效应说明光具有粒子性。(3)光既具有波动性,又具有粒子性,即光具有波粒二象性。2.物质波每一个运动的粒子都与一个对应的波相联系。粒子的能量ε和动量p跟它所对应的波的频率ν和波长λ的关系为 。这种与实物粒子相联系的波后来被称为德布罗意波,也叫物质波。
[练一练]1.判断下列说法对错(1)热辐射只能产生于高温物体。(　　)(2)温度越高,黑体辐射电磁波的强度越大。(　　)(3)只要入射光足够强,就可以使金属发生光电效应。(　　)(4)电子枪发射电子的现象就是光电效应。(　　)(5)光电子的最大初动能与入射光的频率成正比。(　　)(6)光电效应方程Ek=hν-W0中,ν为入射光子的频率,而不是金属的截止频率。(　　)(7)不同的金属一定对应着相同的截止频率。(　　)
2.(教材选择性必修第三册第71页问题改编)(多选)如图所示,用导线把不带电的验电器与锌板相连接,当用紫外线照射锌板时,发生的现象是(　　)A.有光子从锌板逸出B.有电子从锌板逸出C.验电器指针张开一个角度D.锌板带负电
解析 用紫外线照射锌板时,锌板里的电子吸收紫外线的能量从锌板表面逸出,称之为光电子,故A错误,B正确;锌板失去电子带正电,验电器与锌板相连,带有相同电性的电荷,验电器指针张开一个角度,故C正确,D错误。
3.关于量子理论建立的历史进程,下列说法正确的是(　　)A.玻尔认为氢原子中的电子轨道是量子化的,但原子的能量不是量子化的B.根据德布罗意物质波理论,相同速度的电子与质子相比,电子的波长较短C.普朗克为了解释黑体辐射实验结果,提出了黑体辐射的能量是一份一份的量子理论D.爱因斯坦指出光是由一个个不可分割的能量子组成的,光在传播过程中表现为粒子性
解析 玻尔认为氢原子中的电子轨道、能量都是量子化的,故A错误;由德布罗意物质波理论,可知粒子的动量跟它所对应波的波长的关系为 相同速度的电子与质子相比,电子的质量较小,其波长较长,故B错误;普朗克为了解释黑体辐射实验结果,提出了黑体辐射的能量是一份一份的量子理论,故C正确;光在传播过程中表现为波动性,故D错误。
考向1　能量子典例1　下列关于能量量子化的说法正确的是(　　)A.爱因斯坦最早提出了能量量子化假说B.普朗克认为微观粒子能量是连续的C.频率为ν的光的能量子为hνD.电磁波波长越长,其能量子越大
解析 能量量子化假说是由普朗克最早提出来的,故A错误;根据普朗克能量量子化假说,微观粒子的能量不连续,故B错误;能量子的能量 ,所以电磁波波长越长,其能量子越小,故C正确,D错误。
考向2　黑体辐射典例2　如图是黑体的辐射强度与波长的关系图像,下列说法正确的是(　)
A.温度越高,黑体辐射的电磁波的波长越长B.温度越高,辐射强度的极大值向波长较长的方向移动C.黑体的辐射强度按波长的分布与材料的表面状况有关D.普朗克通过对黑体辐射的研究,提出了能量子的概念
解析 温度越高,辐射强度的极大值向波长较短的方向移动,黑体辐射的电磁波波长并不是越长,A、B错误;一般物体的辐射强度除与温度有关外,还与物体的材料及表面状况有关,但黑体的辐射强度按波长的分布只与黑体的温度有关,C错误;普朗克通过对黑体辐射的研究,提出了能量子的概念,D正确。
考点二　对光电效应的理解
1.对光电效应的四点提醒(1)能否发生光电效应,不取决于光的强弱而取决于光的频率。(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)光的强度大→光子数目多→发射光电子多→光电流大。(2)光的频率高→光子能量大→产生光电子的最大初动能大→遏止电压大。3.定量分析时应抓住三个关系式(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)逸出功与截止频率的关系:W0=hνc。
典例　(2023浙江Z20名校联盟模拟)用如图所示的光电管研究光电效应的规律,分别用a、b、c三束单色光照射图中的光电管阴极K,先将开关S接1,调节滑动变阻器的滑片位置,使电流表G的示数达到最大值Ia、Ib、Ic,读数大小Ic>Ia>Ib;然后将开关S接2,再次调节滑动变阻器的滑片位置,使电流表G的指针示数恰好为零,记录三种情况下电压表的示数Ua、Ub、Uc。读数大小Ua>Ub=Uc,则以下判断不正确的是(　　)A.三种光的频率一定大于阴极K的截止频率B.c光的强度一定大于b光的强度C.a光的频率一定大于b光的频率D.a光照射光电管逸出光电子的动能一定大于b光照射光电管逸出光电子的动能
解析 由题意可知,三种光都能产生光电效应,由产生光电效应的条件可知,三种光的频率一定大于阴极K的截止频率,A正确,不符合题意;由题意可知,最大光电流Ic>Ia>Ib,由于照射光频率一定时,最大光电流仅与光的强弱有关,因此c光的强度一定大于b光的强度,B正确,不符合题意;由题意可知,遏止电压Ua>Ub=Uc,由动能定理可得 ,可知a光照射时,射出光电子的最大初动能最大,由光电效应方程Ek=hν-W0可知,a光的频率一定大于b光的频率,C正确,不符合题意;由C选项分析可知,a光照射光电管阴极K,逸出光电子的最大初动能一定大于b光照射光电管逸出光电子的最大初动能,可a光照射光电管逸出光电子的动能不一定大于b光照射光电管逸出光电子的动能,D错误,符合题意。
变式练光电效应实验的电路如图所示,关于实验规律,下列说法正确的是(　　)A.在光照条件一定的情况下,光电流随滑片P向b端移动一直增大B.无论入射光的频率如何,只要光足够强,就一定能发生光电效应C.只要入射光的频率足够大,即使不加电压,也会有光电流产生D.入射光越弱,发生光电效应所需的时间就越长
解析 滑片P向b端移动,光电管两端的正向电压增大,光电流增大,当光电流达到饱和电流时电流不再增大,A错误;根据光电效应的条件可知,只有入射光的频率大于金属的截止频率,才能产生光电效应,B错误;只要入射光的频率足够大,根据光电效应方程,则光电子的初动能就够大,即使不加电压,也会有光电流产生,C正确;光电效应的发生具有瞬时性,与入射光的强弱无关,D错误。
考点三　光电效应的图像问题
典例　(2023浙江兰溪一中模拟)图甲是光电管发生光电效应时,光电子的最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图像,图线与横轴的交点坐标为(a,0),与纵轴的交点坐标为(0,-b)。用图乙所示的装置研究光电效应现象,闭合开关S,用频率为ν的光照射光电管时发生了光电效应。图丙是光电流随光电管极板电压变化的关系图,下列说法正确的是(　　)
A.图甲中,普朗克常量为B.图乙中,断开开关S后,G的示数为零
C.图丙中,若甲、乙曲线由同一光电管得出,则甲光的强度大于乙光的强度D.仅增加照射光的强度,光电子的最大初动能将增大
解析 爱因斯坦光电效应方程Ek=hν-W0,由图像可知,斜率k= =h,所以,图甲中,普朗克常量为h= ,A错误;断开开关S后,因光电效应现象中,光电子存在最大初动能,因此电流表G的示数不为零,B错误;由图丙可知,甲光的饱和光电流大于乙光的饱和光电流,则甲光的强度大于乙光的强度,C正确;光电子的最大初动能跟入射光的频率有关,所以仅增加照射光的强度而频率不变,光电子的最大初动能不变,D错误。
变式练(2023浙江嘉兴二模)图甲是一款光电烟雾探测器的原理图。当有烟雾进入时,来自光源S的光被烟雾散射后进入光电管C,光射到光电管中的钠表面时会产生光电流。如果产生的光电流大于1×10-8 A,便会触发报警系统。金属钠的遏止电压Uc随入射光频率ν的变化规律如图乙所示,则(　　)
A.要使该探测器正常工作,光源S发出的光波长不能小于5.0×10-7 mB.图乙中图像斜率的大小等于普朗克常量hC.触发报警系统时钠表面每秒最少释放出6.25×1010个光电子D.通过调节光源发光的强弱来调整光电烟雾探测器的灵敏度是不可行的
要点点拨解答光电效应有关图像问题的三个“关键”(1)明确图像的种类。(2)弄清图像的纵截距、横截距的物理意义。(3)选准光电效应的有关方程。
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。
3.从传播与作用上看光在传播过程中往往表现出波动性;在与物质发生作用时往往表现为粒子性。4.波动性与粒子性的统一由光子的能量和动量表达式ε=hν,p= 可以看出,光的波动性和粒子性并不矛盾,表示粒子性的能量和动量的计算式中都含有描述波动性的物理量——频率ν和波长λ。
典例　(2021浙江6月选考)已知普朗克常量h=6.63×10-34 J·s,电子的质量为9.11×10-31 kg,一个电子和一滴直径约为4 μm的油滴具有相同动能,则电子与油滴的德布罗意波波长之比的数量级为(　　)A.10-8D.1016
变式练(多选)(2023浙江6月选考)有一种新型光电效应量子材料,其逸出功为W0。当紫外光照射该材料时,只产生动能和动量单一的相干光电子束。用该电子束照射间距为d的双缝,在与缝相距为L的观测屏上形成干涉条纹,测得条纹间距为Δx。已知电子质量为m,普朗克常量为h,光速为c,则(　　)