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高中物理沪科技版（2020）选修第三册第二节 波粒二象性复习ppt课件
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这是一份高中物理沪科技版（2020）选修第三册第二节 波粒二象性复习ppt课件，共52页。PPT课件主要包含了知识梳理·双基自测，核心考点·重点突破，年高考·1年模拟，光电子，极限频率，几乎是瞬时，单位时间内，一定频率与强度，最小值，逸出功W0等内容，欢迎下载使用。
第1讲 光电效应 波粒二象性
1．光电效应现象：在光的照射下，金属中的______从表面逸出的现象，发射出来的电子叫_________。
2．光电效应的产生条件：入射光的频率______金属的_________。3．光电效应的四个规律：(1)每种金属都有一个极限频率，入射光的频率必须______截止频率(极限频率)才能产生光电效应。低于截止频率时不能发生光电效应。(2)光电子的最大初动能与入射光的______无关，只随入射光频率的增大而______。
(3)光电效应的发生_______________的，一般不超过10－9 s。(4)当入射光的频率大于极限频率时，饱和光电流的强度与入射光的强度成______。注意：入射光频率一定时，光照强度决定于每秒钟光源发射的光子数，而光的频率决定着每个光子的能量。
4．用光电管研究光电效应：(1)光电效应电路图。
(2)光电流与饱和光电流。①入射光强度：_______________入射到金属表面单位面积上的能量。频率一定时，______越大，光子数越多。②光电流：光电子在电路中形成的电流。光电流有最大值，未达到最大值以前，其大小和______、______都有关，达到最大值以后，光电流和______成正比。③饱和光电流：在_____________________的光照射下的最大光电流，饱和光电流不随电路中______的增大而增大。
1．光子说在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫作一个光的能量子，简称光子，光子的能量ε＝______。(其中h＝6.63×10－34 J·s。称为普朗克常量)2．逸出功W0使电子脱离某种金属所做功的_________。
3．最大初动能发生光电效应时，金属表面上的______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．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______频率叫作该种金属的截止频率(又叫极限频率)。不同的金属对应着不同的极限频率。
5．爱因斯坦光电效应方程(1)表达式：Ek＝hν－_________。(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__________，剩下的表现为逸出后光电子 的最大初动能Ek＝____________。
1．光的波粒二象性(1)光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有______性。(2)光电效应、康普顿效应说明光具有______性。(3)光既具有波动性，又具有粒子性，称为光的____________性。
2．物质波(1)概率波光的干涉现象是大量光子的运动遵守波动规律的表现，亮条纹是光子到达概率___的地方，暗条纹是光子到达概率___的地方，因此光波又叫概率波。(2)物质波任何一个运动着的物体，小到微观粒子大到宏观物体都有一种波与 它对应，其波长λ＝___，p为运动物体的动量，h为普朗克常量。
一、堵点疏通1．光和光电子都是实物粒子。( )2．光的频率越高，光的粒子性越明显，但仍具有波动性。( )3．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。( )4．只要入射光的强度足够强，就可以使金属发生光电效应。( )5．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。( )
二、对点激活1．影响黑体辐射强度的因素是( )A．只有温度B．只有波长C．与波长和温度都有关D．与波长和温度都无关[解析]黑体辐射与波长和温度都有关系，故C正确，A、B、D错误。
2．(多选)(2023·洛阳高三课时练习)如图所示，用导线把验电器与锌板相连接，已知紫外线的频率大于锌的截止频率，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，发生光电效应，有电子从锌板逸出，锌板失去电子带正电，所以验电器带正电而箔片张开一定角度。故AD错误，BC正确。
3．(多选)(2023·大连高三检测)如图所示，电路中所有元件完好，光照射到光电管上，灵敏电流计中没有电流通过。其原因可能是( )A．入射光太弱 B.入射光波长太长C．光照时间太短 D.电源电压太大
[解析]波长越长，光的频率越低。金属存在截止频率，频率超过截止频率的光照射金属时才会有光电子射出。入射光的频率低于截止频率，不能产生光电效应，光电效应的产生与光照强弱无关，B正确，A错误；电路中电源正、负极反接，对光电管加了反向电压，若该电压超过了遏止电压，也没有光电流产生，D正确；光电效应的产生与光照时间无关，C错误。
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)光照强度大→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。
3．三个关系式(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。
(2023·江西省乐平中学高三开学考试)大量处于n＝3能级的氢原子跃迁能辐射出多种光子，若将其中能量为12.09 eV的光子照射到如图的极板K上，合上开关，调节滑动变阻器的滑片P，发现当电压表读数大于或等于0.60 V时，电流表读数才为零， 则极板K金属材料的逸出功为( )A．0.60 eV eVC．12.09 eV eV
[解析]由题意可知，该光电效应对应的遏止电压为Uc＝0.60 V，设极板K金属材料的逸出功为W0，根据爱因斯坦光电效应方程和动能定理有Ekm＝eUc＝E－W0，解得W0＝11.49 eV。故选B。
〔变式训练1〕 (2023·江苏高三阶段练习)光伏发电是提供清洁能源的方式之一、光伏发电的原理是光电效应，设频率为2ν的入射光照射某金属A时刚好发生光电效应，照射某金属B时光电子的最大初动能为hν。已知普朗克常量为h，电子电荷量大小为e，下列说法正确的是( )A．让金属A发生光电效应的入射光的截止频率是金属B的2倍B．持续增大照射金属A的入射光的强度，可以不断增大光电子的最大初动能C．以频率为ν的入射光照射金属A，当光强增加一倍，光电流的大小也增加一倍D．若用频率为3ν的光分别照射A、B两种金属，光电子的最大初动能之比为21
[解析]根据题意，由光电效应方程可知，金属A的截止频率为2ν，又有hν＝h·2ν－WB0，可得WB0＝hν，则金属B的截止频率为ν，即让金属A发生光电效应的入射光的截止频率是金属B的2倍，故A正确；由光电效应方程可得，光电子的最大初动能E km＝hν－W0，可见，最大初动能与入射光的强度无关，故B错误；
(多选)(2023·平顶山高三阶段检测)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如图，普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，电子电荷量e＝1.6×10－19 C，由图可知( )A．该金属的截止频率为4.27×1014 HzB．该金属的截止频率为5.5×1014 HzC．该图线的斜率表示普朗克常量D．该金属的逸出功约为1.77 eV
〔变式训练3〕 (2023·内蒙古包头高三开学考试)图甲是研究光电效应的电路图，图乙是光电流与电压的关系。根据图甲和图乙中提供的信息，下列说法正确的是( )A．a光的光照强度等于c光的光照强度B．a光的光照强度小于b光的光照强度C．a光的频率小于c光的频率D．a光的频率大于b光的频率
[解析]根据Ekm＝hν－W0，－eUc＝0－Ekm，可得eUc＝hν－W0，入射光的频率越高，对应的遏止电压Uc越大，由图像可知a光、b光的遏止电压相等，且小于c光的遏止电压，所以三种色光的频率关系为νc>νa＝νb，故C正确，D错误；a光的频率小于c光的频率，在相同电路下，a光发生光电效应对应的饱和电流大于c光对应的饱和电流，说明a光的光照强度大于c光的光照强度，故A错误；a光、b光的频率相等，在相同电路下，a光发生光电效应对应的饱和电流大于b光对应的饱和电流，说明a光的光照强度大于b光的光照强度，故B错误。
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出粒子性。
(多选)1927年戴维孙和革末完成了电子衍射实验，该实验是荣获诺贝尔奖的重大近代物理实验之一。如图所示的是该实验装置的简化图，下列说法正确的是( )A．亮条纹是电子到达概率大的地方B．该实验说明物质波理论是正确的C．该实验再次说明光子具有波动性D．该实验说明实物粒子具有波动性
[解析]电子属于实物粒子，电子衍射实验说明电子具有波动性，说明物质波理论是正确的，与光的波动性无关，B、D正确，C错误；物质波也是概率波，亮条纹是电子到达概率大的地方，A正确。
1.(2022·全国乙卷)一点光源以113 W的功率向周围所有方向均匀地辐射波长约为6×10－7 m的光，在离点光源距离为R处每秒垂直通过每平方米的光子数为3×1014个。普朗克常量为h＝6.63×10－34 J·s。R约为( )A．1×102 m B.3×102 mC．6×102 m D.9×102 m
2．(多选)(2022·浙江1月卷)电子双缝干涉实验是近代证实物质波存在的实验。如图所示，电子枪持续发射的电子动量为1.2×10－23 kg·m/s，然后让它们通过双缝打到屏上。已知电子质量取9.1×10－31 kg，普朗克常量取6.6×10－34 J·s，下列说法正确的是( )A．发射电子的动能约为8.0×10－15 JB．发射电子的物质波波长约为5.5×10－11 mC．只有成对电子分别同时通过双缝才能发生 干涉D．如果电子是一个一个发射的，仍能得到干涉图样
3．(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8.5×1014 HzC．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
第1讲 光电效应 波粒二象性
1．光电效应现象：在光的照射下，金属中的______从表面逸出的现象，发射出来的电子叫_________。
2．光电效应的产生条件：入射光的频率______金属的_________。3．光电效应的四个规律：(1)每种金属都有一个极限频率，入射光的频率必须______截止频率(极限频率)才能产生光电效应。低于截止频率时不能发生光电效应。(2)光电子的最大初动能与入射光的______无关，只随入射光频率的增大而______。
(3)光电效应的发生_______________的，一般不超过10－9 s。(4)当入射光的频率大于极限频率时，饱和光电流的强度与入射光的强度成______。注意：入射光频率一定时，光照强度决定于每秒钟光源发射的光子数，而光的频率决定着每个光子的能量。
4．用光电管研究光电效应：(1)光电效应电路图。
(2)光电流与饱和光电流。①入射光强度：_______________入射到金属表面单位面积上的能量。频率一定时，______越大，光子数越多。②光电流：光电子在电路中形成的电流。光电流有最大值，未达到最大值以前，其大小和______、______都有关，达到最大值以后，光电流和______成正比。③饱和光电流：在_____________________的光照射下的最大光电流，饱和光电流不随电路中______的增大而增大。
1．光子说在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫作一个光的能量子，简称光子，光子的能量ε＝______。(其中h＝6.63×10－34 J·s。称为普朗克常量)2．逸出功W0使电子脱离某种金属所做功的_________。
3．最大初动能发生光电效应时，金属表面上的______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．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______频率叫作该种金属的截止频率(又叫极限频率)。不同的金属对应着不同的极限频率。
5．爱因斯坦光电效应方程(1)表达式：Ek＝hν－_________。(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__________，剩下的表现为逸出后光电子 的最大初动能Ek＝____________。
1．光的波粒二象性(1)光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有______性。(2)光电效应、康普顿效应说明光具有______性。(3)光既具有波动性，又具有粒子性，称为光的____________性。
2．物质波(1)概率波光的干涉现象是大量光子的运动遵守波动规律的表现，亮条纹是光子到达概率___的地方，暗条纹是光子到达概率___的地方，因此光波又叫概率波。(2)物质波任何一个运动着的物体，小到微观粒子大到宏观物体都有一种波与 它对应，其波长λ＝___，p为运动物体的动量，h为普朗克常量。
一、堵点疏通1．光和光电子都是实物粒子。( )2．光的频率越高，光的粒子性越明显，但仍具有波动性。( )3．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。( )4．只要入射光的强度足够强，就可以使金属发生光电效应。( )5．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。( )
二、对点激活1．影响黑体辐射强度的因素是( )A．只有温度B．只有波长C．与波长和温度都有关D．与波长和温度都无关[解析]黑体辐射与波长和温度都有关系，故C正确，A、B、D错误。
2．(多选)(2023·洛阳高三课时练习)如图所示，用导线把验电器与锌板相连接，已知紫外线的频率大于锌的截止频率，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，发生光电效应，有电子从锌板逸出，锌板失去电子带正电，所以验电器带正电而箔片张开一定角度。故AD错误，BC正确。
3．(多选)(2023·大连高三检测)如图所示，电路中所有元件完好，光照射到光电管上，灵敏电流计中没有电流通过。其原因可能是( )A．入射光太弱 B.入射光波长太长C．光照时间太短 D.电源电压太大
[解析]波长越长，光的频率越低。金属存在截止频率，频率超过截止频率的光照射金属时才会有光电子射出。入射光的频率低于截止频率，不能产生光电效应，光电效应的产生与光照强弱无关，B正确，A错误；电路中电源正、负极反接，对光电管加了反向电压，若该电压超过了遏止电压，也没有光电流产生，D正确；光电效应的产生与光照时间无关，C错误。
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)光照强度大→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。
3．三个关系式(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。
(2023·江西省乐平中学高三开学考试)大量处于n＝3能级的氢原子跃迁能辐射出多种光子，若将其中能量为12.09 eV的光子照射到如图的极板K上，合上开关，调节滑动变阻器的滑片P，发现当电压表读数大于或等于0.60 V时，电流表读数才为零， 则极板K金属材料的逸出功为( )A．0.60 eV eVC．12.09 eV eV
[解析]由题意可知，该光电效应对应的遏止电压为Uc＝0.60 V，设极板K金属材料的逸出功为W0，根据爱因斯坦光电效应方程和动能定理有Ekm＝eUc＝E－W0，解得W0＝11.49 eV。故选B。
〔变式训练1〕 (2023·江苏高三阶段练习)光伏发电是提供清洁能源的方式之一、光伏发电的原理是光电效应，设频率为2ν的入射光照射某金属A时刚好发生光电效应，照射某金属B时光电子的最大初动能为hν。已知普朗克常量为h，电子电荷量大小为e，下列说法正确的是( )A．让金属A发生光电效应的入射光的截止频率是金属B的2倍B．持续增大照射金属A的入射光的强度，可以不断增大光电子的最大初动能C．以频率为ν的入射光照射金属A，当光强增加一倍，光电流的大小也增加一倍D．若用频率为3ν的光分别照射A、B两种金属，光电子的最大初动能之比为21
[解析]根据题意，由光电效应方程可知，金属A的截止频率为2ν，又有hν＝h·2ν－WB0，可得WB0＝hν，则金属B的截止频率为ν，即让金属A发生光电效应的入射光的截止频率是金属B的2倍，故A正确；由光电效应方程可得，光电子的最大初动能E km＝hν－W0，可见，最大初动能与入射光的强度无关，故B错误；
(多选)(2023·平顶山高三阶段检测)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如图，普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，电子电荷量e＝1.6×10－19 C，由图可知( )A．该金属的截止频率为4.27×1014 HzB．该金属的截止频率为5.5×1014 HzC．该图线的斜率表示普朗克常量D．该金属的逸出功约为1.77 eV
〔变式训练3〕 (2023·内蒙古包头高三开学考试)图甲是研究光电效应的电路图，图乙是光电流与电压的关系。根据图甲和图乙中提供的信息，下列说法正确的是( )A．a光的光照强度等于c光的光照强度B．a光的光照强度小于b光的光照强度C．a光的频率小于c光的频率D．a光的频率大于b光的频率
[解析]根据Ekm＝hν－W0，－eUc＝0－Ekm，可得eUc＝hν－W0，入射光的频率越高，对应的遏止电压Uc越大，由图像可知a光、b光的遏止电压相等，且小于c光的遏止电压，所以三种色光的频率关系为νc>νa＝νb，故C正确，D错误；a光的频率小于c光的频率，在相同电路下，a光发生光电效应对应的饱和电流大于c光对应的饱和电流，说明a光的光照强度大于c光的光照强度，故A错误；a光、b光的频率相等，在相同电路下，a光发生光电效应对应的饱和电流大于b光对应的饱和电流，说明a光的光照强度大于b光的光照强度，故B错误。
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出粒子性。
(多选)1927年戴维孙和革末完成了电子衍射实验，该实验是荣获诺贝尔奖的重大近代物理实验之一。如图所示的是该实验装置的简化图，下列说法正确的是( )A．亮条纹是电子到达概率大的地方B．该实验说明物质波理论是正确的C．该实验再次说明光子具有波动性D．该实验说明实物粒子具有波动性
[解析]电子属于实物粒子，电子衍射实验说明电子具有波动性，说明物质波理论是正确的，与光的波动性无关，B、D正确，C错误；物质波也是概率波，亮条纹是电子到达概率大的地方，A正确。
1.(2022·全国乙卷)一点光源以113 W的功率向周围所有方向均匀地辐射波长约为6×10－7 m的光，在离点光源距离为R处每秒垂直通过每平方米的光子数为3×1014个。普朗克常量为h＝6.63×10－34 J·s。R约为( )A．1×102 m B.3×102 mC．6×102 m D.9×102 m
2．(多选)(2022·浙江1月卷)电子双缝干涉实验是近代证实物质波存在的实验。如图所示，电子枪持续发射的电子动量为1.2×10－23 kg·m/s，然后让它们通过双缝打到屏上。已知电子质量取9.1×10－31 kg，普朗克常量取6.6×10－34 J·s，下列说法正确的是( )A．发射电子的动能约为8.0×10－15 JB．发射电子的物质波波长约为5.5×10－11 mC．只有成对电子分别同时通过双缝才能发生 干涉D．如果电子是一个一个发射的，仍能得到干涉图样
3．(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8.5×1014 HzC．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
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