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(课标通用)2021高考物理一轮复习 12 近代物理初步 第一节 波粒二象性课件

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12近代物理初步考纲解读考情动态201820172016卷Ⅰ12.核反应与核能的计算35.(1)光电效应卷Ⅱ17.光电效应15.质量亏损、动量守恒衰变35.(1)核反应卷Ⅲ14.核反应方程19.光电效应方程35.(1)核反应和核能第一节波粒二象性知识架构答案1.电子光电子大于增大强度hνhν-W02.干涉波动性光电效应粒子性波动粒子基础自测1.判断正误(1)光子和光电子都是实物粒子.()(2)只要入射光的强度足够强,照射时间足够长,就可以使金属发生光电效应.()(3)要使某金属发生光电效应,入射光子的能量必须大于金属的逸出功.()(4)要使某金属发生光电效应,入射光的频率必须大于金属的极限频率.()(5)光电子的最大初动能与入射光子的频率成正比.()(6)德国物理学家普朗克提出了量子假说,成功地解释了光电效应规律.()(7)光的频率越高,光的粒子性越明显,但仍具有波动性.()(8)实物粒子的运动有特定的轨道,所以实物粒子不具有波粒二象性.()(9)美国物理学家康普顿发现了康普顿效应,证实了光的粒子性.()(10)法国物理学家德布罗意大胆预言了实物粒子在一定条件下会表现为波动性.()答案:(1)×(2)×(3)√(4)√(5)×(6)×(7)√(8)×(9)√(10)√2.用一束紫外线照射某金属时不能产生光电效应,可能使该金属发生光电效应的措施是()A.改用频率更小的紫外线照射B.改用X射线照射C.改用强度更大的原紫外线照射D.延长原紫外线的照射时间解析:某种金属能否发生光电效应取决于入射光的频率,与入射光的强度和照射时间无关.不能发生光电效应,说明入射光的频率小于金属的极限频率,所以要使金属发生光电效应,应增大入射光的频率,X射线的频率比紫外线频率高,故选B.答案:B考点突破1.热辐射(1)定义:我们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.图12-1-1(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:如果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,这种物体就是绝对黑体,简称黑体.(2)黑体辐射特点:黑体辐射的电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关.3.黑体辐射的规律(1)温度一定时,黑体辐射的强度随波长的分布有一个极大值.(2)随着温度的升高,各种波长的辐射强度都增加;随着温度的升高,辐射强度的极大值向波长较短的方向移动.【典例1】2016年7月4日消息,我国消防机器人用于救灾、排爆现场,它具备耐温和抗热辐射等功能.为了研究不依赖于物质具体性质的热辐射规律,物理学家们定义了一种理想物体——黑体,以此作为热辐射研究的标准物体,下列关于黑体说法正确的是()A.黑体是黑色的且自身辐射电磁波B.黑体辐射电磁波的强度与材料的种类及表面状况有关C.黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温度有关D.如果在一个空腔壁上开一个很小的孔,射入小孔的电磁波在空腔内表面经多次反射和吸收,最终不能从小孔射出,这个空腔就成了一个黑体【解析】黑体自身辐射电磁波,但不一定是黑色的,故A错误;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,故B错误,C正确;小孔只吸收电磁波,不反射电磁波,因此是小孔成了一个黑体,而不是空腔,故D错误.【答案】C变式训练1(2019年东城区模拟)下列描绘两种温度下黑体辐射强度与波长关系的图中,符合黑体辐射实验规律的是()解析:随着温度的升高,辐射强度增加,辐射强度的极大值向着波长较短的方向移动,A正确.答案:A1.光电效应发生的条件任何一种金属,都有一个与之对应的极限频率,入射光的频率必须大于这个极限频率,才能发生光电效应;低于这个频率的光不能发生光电效应.所以判断光电效应是否发生应该比较题目中给出的入射光频率和对应金属的极限频率的大小.2.两条对应关系(1)光强大→光子数目多→发射光电子多→光电流大;(2)光子频率高→光子能量大→光电子的最大初动能大.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)逸出功与极限频率的关系:W0=hν0.题型1用光电管研究光电效应现象【典例2】(2019年邢台模拟)用强度相同的红光和蓝光分别照射同一种金属,均能使该金属发生光电效应.下列判断正确的是()A.用红光照射时,该金属的逸出功小,用蓝光照射时该金属的逸出功大B.用红光照射时,该金属的截止频率低,用蓝光照射时该金属的截止频率高C.用红光照射时,逸出光电子所需时间长,用蓝光照射时逸出光电子所需时间短D.用红光照射时,逸出的光电子最大初动能小,用蓝光照射时逸出的光电子最大初动能大【解析】同种金属的逸出功是相同的,A错误;同种金属的截止频率是相同的,B错误;只要金属能发生光电效应,逸出光电子的时间一样,C错误;蓝光的频率比红光大,由Ek=hν-W0知,用蓝光照射时逸出的光电子最大初动能大,D正确.【答案】D题型2爱因斯坦光电效应方程的应用【典例3】在光电效应实验中,某金属的截止频率相应的波长为λ0,该金属的逸出功为W.若用波长为λ(λ<λ0)的单色光做该实验,则其遏止电压为W.(已知电子的电荷量、真空中的光速和普朗克常量分别为e、c和h)【解析】设金属的截止频率为ν0,则该金属的逸出功W0=hν0=hcλ0;对光电子,由动能定理得eU0=hcλ-W0,解得U0=hce·λ0-λλ0λ.【答案】hcλ0hce·λ0-λλ0λ变式训练2(2018年高考·课标全国卷Ⅱ)用波长为300nm的光照射锌板,电子逸出锌板表面的最大初动能为1.28×10-19J.已知普朗克常量为6.63×10-34J·s,真空中的光速为3.00×108m·s-1,能使锌产生光电效应的单色光的最低频率约为()A.1×1014HzB.8×1014HzC.2×1015HzD.8×1015Hz解析:根据爱因斯坦光电效应方程Ek=hν-W0=hcλ-hν0,代入数据解得ν0≈8×1014Hz,B正确.答案:B变式训练3(2019年河北保定模拟)(多选)如图12-1-2所示,这是一个研究光电效应的电路图,下列叙述中正确的是()图12-1-2A.只调换电源的极性,移动滑片P,当电流表示数为零时,电压表示数为遏止电压U0的数值B.保持光照条件不变,滑片P向右滑动的过程中,电流表示数将一直增大C.不改变光束颜色和电路,增大入射光束强度,电流表示数会增大D.阴极K需要预热,光束照射后需要一定的时间才会有光电流解析:只调换电源的极性,移动滑片P,电场力对电子做负功,当电流表示数为零时,则有eU=12mv2m,那么电压表示数为遏止电压U0的数值,故A项正确;当其他条件不变,P向右滑动,加在光电管两端的电压增加,若电流未达到饱和电流,随电压的增大,到达阳极的光电子占光电子总数的比例增大,电流表读数变大;若电流达到饱和电流,则电流表示数不会增大,B项错误;只增大入射光束强度时,单位时间内光电子数变多,电流表示数变大,C项正确;因为光电效应的发生是瞬间的,阴极K不需要预热,所以D项错误.答案:AC题型1对Ek-ν图象的理解【典例4】(2019年济南模拟)(多选)如图12-1-3是某金属在光的照射下产生的光电子的最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图象.由图象可知()图12-1-3A.该金属的逸出功等于EB.该金属的逸出功等于hν0C.入射光的频率为2ν0时,产生的光电子的最大初动能为ED.入射光的频率为ν02时,产生的光电子的最大初动能为E2【解析】由爱因斯坦光电效应方程Ek=hν-W0知,当ν=0时-W0=Ek,故W0=E,A项对;而Ek=0时,hν=W0即W0=hν0,B项对;入射光的频率为2ν0时产生的光电子的最大初动能Ekm=2hν0-hν0=hν0=E,C项对;入射光的频率为ν02时,不会发生光电效应,D项错.【答案】ABC题型2对I-U图象的理解【典例5】(2019年甘肃兰州模拟)在光电效应实验中,飞飞同学用同一光电管在不同实验条件下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线(甲光、乙光、丙光),如图12-1-4所示,则可判断出()图12-1-4A.甲光的频率大于乙光的频率B.乙光的波长大于丙光的波长C.乙光对应的截止频率大于丙光的截止频率D.甲光对应的光电子最大初动能大于丙光的光电子最大初动能【解析】由于是同一光电管,因而不论对哪种光,极限频率和逸出功都相同,C项错误;对于甲、乙两种光,反向截止电压相同,因而频率相同,A项错误;丙光对应的反向截止电压较大,因而丙光的频率较高,波长较短,对应的光电子的最大初动能较大,故D项错误,只有B项正确.【答案】B题型3对Uc-ν图象的理解【典例6】用不同频率的光照射某金属产生光电效应,测量金属的遏止电压Uc与入射光频率ν,得到Uc-ν图象如图12-1-5所示,根据图象求出该金属的截止频率νc=Hz,普朗克常量h=J·s.(已知电子电荷量e=1.6×10-19C)图12-1-5【解析】由题图线可知νc=5.0×1014Hz,又eUc=hν-W0,所以Uc=heν-W0e.结合图线可得k=he=2.05.0×1014V/Hz,h=2.0×1.6×10-195.0×1014J·s=6.4×10-34J·s.【答案】5.0×10146.4×10-34变式训练4(多选)如图12-1-6所示是用光照射某种金属时逸出的光电子的最大初动能随入射光频率的变化图线,普朗克常量h=6.63×10-34J·s,由图可知()图12-1-6A.该金属的截止频率为4.27×1014HzB.该金属的截止频率为5.5×1014HzC.该图线的斜率表示普朗克常量D.该金属的逸出功为0.5eV解析:图线在横轴上的截距为截止频率,A正确,B错误;由光电效应方程Ek=hν-W0,可知图线的斜率为普朗克常量,C正确;金属的逸出功为W0=hν0=6.63×10-34×4.27×10141.6×10-19eV=1.77eV,D错误.答案:AC变式训练5(2019年江苏南京、盐城二模)用如图12-1-7甲所示的装置研究光电效应现象,当用光子能量为5eV的光照射到光电管上时,测得电流计上的示数随电压变化的图象如图12-1-7乙所示,则光电子的最大初动能为J,金属的逸出功为J.图12-1-7解析:由图乙可知,当该装置所加的电压为反向电压-2V时,电流计示数为0,故光电子的最大初动能为Ekm=2eV=3.2×10-19J,根据光电效应方程Ekm=hν-W0,可得W0=3eV=4.8×10-19J.答案:3.2×10-194.8×10-191.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E=hν、光子的动量表达式p=hλ也可以看出,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表示波的特征的物理量——频率ν和波长λ.5.对波粒二象性的理解理解光的波粒二象性时不可把光当成宏观概念中的波,也不可把光当成宏观概念中的粒子.题型1对光的波粒二象性的理解【典例7】(多选)物理学家做了一个有趣的实验:在双缝干涉实验中,在光屏处放上照相底片,若减弱光的强度,使光子只能一个一个地通过狭缝.实验结果表明,如果曝光时间不太长,底片上只能出现一些不规则的点;如果曝光时间足够长,底片上就会出现规则的干涉条纹.对这个实验结果下列认识正确的是()A.曝光时间不长时,光的能量太小,底片上的条纹看不清楚,故出现不规则的点B.单个光子的运动没有确定的轨道C.干涉条纹中明亮的部分是光子到达机会较多的地方D.只有光子具有波粒二象性,微观粒子不具有波粒二象性【解析】单个光子通过双缝后的落点无法预测,但光子落在明纹处的概率大,落在暗纹处的概率小.所以正确选项为B、C;不(课标通用)2021高考物理一轮复习 12 近代物理初步 第一节 波粒二象性课件

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