高考物理总复习 2波粒二象性课件 新人教版选修3-5.ppt

第2单元波粒二象性 一 能量量子化1 黑体与黑体辐射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 这种物体就是黑体 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 2 黑体辐射的实验规律随温度的升高 一方面 各种波长的辐射强度都有增加 另一方面 辐射强度的极大值向短波方向移动 黑体辐射的实验规律如图所示 例1 2011 江苏 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 黑体辐射以电磁辐射的形式向外辐射能量 温度越高 辐射强度越大 故B D项错误 黑体辐射的波长分布情况也随温度而变 辐射强度的极大值向短波方向移动 故C项错误 A项正确 答案 A 3 能量子1900年德国物理学家普朗克认为能量是由一份一份不可分割最小能量值组成 每一份称为能量子E h 是电磁波的频率 h为普朗克常量 h 6 626 10 34J s 二 光的粒子性1 光电效应照射到金属表面的光 能使金属中的电子从表面逸出 这个现象称为光电效应 这种电子常被称为光电子 例2 如图所示 一静电计与锌板相连 在A处用一紫外灯照射锌板 关灯后 指针保持一定偏角 现用一带负电的金属小球与锌板接触 则静电计指针偏角将 填 增大 减小 或 不变 解析 当用紫外光照射锌板时 锌板发生光电效应 放出光电子而带正电 失去电子带正电 此时与锌板连在一起的静电计也带上了正电 从而指针发生了偏转 当带负电的小球与锌板接触后 便中和了一部分正电荷 从而使静电计的指针偏转减小 答案 减小 2 光子的能量光子本身具有的能量 光子的能量取决于对应光的频率 即E h 例3 2010 上海 根据爱因斯坦光子说 光子能量E等于 h为普朗克常量 c 为真空中的光速和波长 答案 A 例4 如图所示 当开关S断开时 用光子能量为2 5eV的光束照射阴极 发现电流表读数不为零 合上开关 调节滑动变阻器 发现当电压表读数小于0 60V时 电流表读数仍不为零 当电压表读数大于或等于0 60V时 电流表读数为零 由此可知阴极材料的逸出功为 A 1 9eVB 0 6eVC 2 5eVD 3 1eV 解析 由题意知 光电子的最大初动能Ekm 0 6eV W h Ekm 2 5eV 0 6eV 1 9eV 答案 A 三 光的波动性1 光的波粒二象性光既具有波动特性 又具有粒子特性 例5 2011 上海 用极微弱的可见光做双缝干涉实验 随着时间的增加 在屏上先后出现如图 a b c 所示的图象 则 A 图象 a 表明光具有粒子性B 图象 c 表明光具有波动性C 用紫外光观察不到类似的图象D 实验表明光是一种概率波 解析 图象 a 是一个个的亮点 即每次只照亮一个位置 这表明光是一份一份传播的 说明光具有粒子性 故A项正确 图象 c 有明显的明暗相间的干涉条纹 而干涉是波特有的性质 表明光具有波动性 故B项正确 因为紫外光是不可见光 所以直接用眼睛观察不到类似的图象 但是用感光胶片就能观察到类似现象 故C项错误 因为单个光子所能到达的位置不能确定 但大量光子却表现出波动性 即光子到达哪个位置是一个概率问题 故此实验表明了光是一种概率波 故D项正确 答案 ABD 例6 2013 江苏 如果一个电子的德布罗意波长和一个中子的相等 则它们的 也相等 A 速度B 动能C 动量D 总能量 答案 C 3 物质波的实验验证汤姆孙电子衍射实验 四 概率波1926年德国物理学家波恩指出 虽然不能肯定某个光子落在哪一点 但由屏上各处明暗不同这个事实可以推知 光子落在各点的概率是不一样的 即光子落在明纹处的概率大 落在暗纹处的概率小 即光子在空间出现的概率可以通过波动的规律确定 所以 从光子的概念上看 光波是一种概率波 如图为电子干涉条纹对概率波的验证 光电效应的规律1 存在着饱和电流当入射光的频率大于极限频率时 光电流的强度与入射光的强度成正比 理解要点 光的强度 指单位时间内入射到金属表面单位面积上的光子的总能量 光电流的强度 指的是光电流的最大值 亦称饱和值 在一定频率与强度的光照射下 光电流随电压U的增大而增大 当U比较大时 光电流达到饱和值Im 对应从阴极发射出的电子全部被拉向阳极的状态 即使再增大U 在单位时间内也不可能有更多的光电子定向移动 也就不能形成强度超过饱和光电流Im的光电流 光电流的饱和值只随光的强度增大而增加 例1 如图所示为光电管的使用原理图 已知当有波长为 0的光照射到阴极K上时 电路中有光电流 则 A 若换用波长为 1 1 0 的光照射阴极K时 电路中一定没有光电流B 若换用波长为 2 2 0 的光照射阴极K时 电路中光电流一定增大C 若将电源极性反接 电路中仍可能有光电流产生D 增加电路中电源两极电压 电路中光电流一定增大 解析 题给条件 0的光照射阴极K有电流 不是恰有光电流 故A项错 达到饱和值后 光电流与入射光的强度成正比 故B项错 增加电路中电源两极电压达饱和电流后 电流不变 可判断B D项错 若将电源极性反接 只要光电子的最大初动能Ek eU 仍有光电子到达另一极形成光电流 故C项正确 答案 C 2 存在着遏止电压和截止频率爱因斯坦的光电效应方程h W Ekm表明光电子的初动能与入射光频率成线性关系 与光强无关 所以遏止电压由入射光频率决定 与光强无关 光电效应方程同时表明 只有h 0 W 才有光电子逸出 0就是光电效应的截止频率 如图表示光电流与电压的关系 例2 研究光电效应规律的实验装置如图所示 以频率为 的光照射光电管阴极K时 有光电子产生 由于光电管K A间加的是反向电压 光电子从阴极K发射后将向阳极A做减速运动 光电流i由图中电流计G测出 反向电压U由电压表V测出 当电流计的示数恰好为零时 电压表的示数称为反向截止电压U0 在下列表示光电效应实验规律的图象中 错误的是 光强I与频率 一定时 光电流i随反向电压的增大而减小 又据光电子动能大小的分布概率及发出后的方向性 可知C项正确 由光电效应 知金属中的电子对光子的吸收是十分迅速的 时间小于10 9s 10 9s后 光强I和频率 一定时 光电流恒定 故D项正确 答案 B 学法指导 图象能直观 形象的表示出光电效应的一般规律 根据图象的物理意义能加深对该现象和过程的认识和理解 3 光电效应瞬时性入射光照射到金属上时 光电子的发射几乎是瞬时的 一般不超过10 9s 理解要点 停止光照 光电流立即为零 例3 入射光照射到某金属表面上发生光电效应 若入射光的强度减弱 而频率保持不变 那么 A 从光照射到金属表面上到发射出光电子之间的时间间隔将明显增加B 逸出的光电子的最大初动能将减小C 单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将减小D 有可能不发生光电效应 解析 由光电效应的瞬时性 可知A项错 由Ekm h W 知B项错 强度减弱 光子数少 对应的光电子数目减少 故C项正确 不变 D项错 答案 C 一 产生光电效应的条件 0 极限频率 任何一种金属 都有一个极限频率 0 入射光的频率 大于这个极限频率才能产生光电效应 低于这个频率的光则不能产生光电效应 理解要点 根据Ek h W 知条件为 0 而不决定于入射光的强度和照射时间 例1 2011 上海 用一束紫外线照射某金属时不能产生光电效应 可能使该金属产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 根据光电效应的条件 0 要产生光电效应 必须用能量更大 即频率更高的粒子 能否发生光电效应与光的强度和照射时间无关 X射线的频率大于紫外线的频率 故A C D项错误 B项正确 答案 B 例2 某金属在一黄光照射下 正好有电子逸出 下述说法中 哪种是正确的 A 增大光强 而不改变光的频率 光电子的最大初动能将不变B 用一束更大强度的红光代替黄光 仍能发生光电效应C 用强度相同的紫光代替黄光 光电流强度将不变D 用强度较弱的紫光代替黄光 有可能不发生光电效应 解析 逸出的光电子的最大初动能Ekm h W 频率不变 故Ekm不变 A项正确 红光频率小于黄光频率 即小于极限频率 故不能发生光电效应 B项错 由于紫光频率大于黄光频率 即使光强减小 仍能发生光电效应 因此D项错 用强度相同的紫光代替黄光 使得入射光的光子数减少 导致光电子数减少 形成的光电流强度将减小 C项错 答案 A 学法指导 此题考查学生对光电效应基本规律的掌握和理解 常见错误是学生误选C项和D项 误选C项的原因是机械地背课本上的结论 光电流强度与入射光强度成正比 光强不变 则光电流不变 此错误为忽略了这一结论的前提是在光的频率不变的条件下 现在入射光频率改变了 这一结论便不再成立 错选D项的原因是没弄清光强和频率对光电效应的影响 光强是个宏观量 它表示单位时间照到某表面单位面积上的总能量 当考虑到光的粒子性 每个光子的能量E h 光子频率越高 某单个光子的能量就越大 任何金属都存在一个极限频率 而不是存在一个极限光强 只要入射光频率大于金属极限频率 便能发生光电效应 光强是个经典的宏观量而频率是光波动理论中的微观量 分清光强和频率这两个概念很重要