2021高考物理一轮复习第十二章原子与原子核第1节光电效应波粒二象性教案鲁科版

1、第十二章原子与原子核2018级福建省普通高中教学指导意见与2021年选择考预测内容标准1.了解人类探索原子结构的历史以及有关经典实验.2.通过对氢原子光谱的分析,了解原子的能级结构.3.知道原子核的组成.知道放射性和原子核的衰变.会用半衰期描述衰变的速度,知道半衰期的统计意义.4.了解放射性同位素的应用.知道射线的危害和防护.5.知道核力的性质.能简单解释轻核与重核内中子数、质子数具有不同比例的原因.会根据质量数守恒和电荷数守恒写出核反应方程.6.认识原子核的结合能.知道裂变反应和聚变反应.关注受控聚变反应研究的进展.7.知道链式反应的发生条件.了解裂变反应堆的工作原理,了解常用裂变反应堆的类

2、型.知道核电站的工作模式.8.通过核能的利用,思考科学技术与社会的关系.9.了解微观世界中的量子化现象.比较宏观物体和微观粒子的能量变化特点.体会量子论的建立深化了人们对于物质世界的认识.10.通过实验了解光电效应.知道爱因斯坦光电效应方程及其意义.11.了解康普顿效应.12.根据实验说明光的波粒二象性.知道光是一种概率波.13.知道实物粒子具有波动性.知道电子云.初步了解不确定性关系.14.通过典型事例了解人类直接经验的局限性.体会人类对世界的探究是不断深入的.选择考预测本章知识特征是“点多面宽”、考点分散,高考对本章的考查主要是基本概念的理解、辨析,也有简单的计算,题型为选择题,考查的方式

3、有结合实验现象考查波粒二象性、光电效应的解释,结合原子能级图考查原子的跃迁问题,结合质能方程考查核能的利用,原子核的衰变、半衰期、放射性同位素、核力、核反应方程等知识的考查也常出现在选择题的选项中.2021年选择性考试改为福建本省自主命题且实行单科考试后,考试时长和试题题量均会相应增加,预计2021年的考试中,难度不会有太多的变化,考查仍然以基本概念、规律为主,以选择题形式出现,通常一个题目中同时考查多个知识点,考查的知识面较大,难度小.全国卷考情分析供老师参考考点内容要求高考(全国卷)三年命题情况对照分析201720182019氢原子光谱卷t17:质量亏损和质能关系卷t15:衰变和半衰期卷t

4、19:光电效应卷t17:光电效应卷t14:核反应方程卷t14:氢原子跃迁卷t15:核反应方程及核能计算氢原子的能级结构、能级公式原子核的组成、放射性、原子核的衰变、半衰期放射性同位素核力、核反应方程结合能、质量亏损裂变反应和聚变反应、裂变反应堆射线的危害与防护光电效应爱因斯坦光电效应方程备考策略:1.考查方式:高考对本模块的考查主要题型为选择题,考查的方式有结合实验现象考查波粒二象性、光电效应的解释,结合原子能级图考查原子的跃迁以及光子的吸收,结合质能方程考查核能的利用等.2.命题趋势:“近代物理”调整为必考内容后,难度不会有太多的变化.要特别注意的有三点:第一,可能一个题目中同时考查多个知识

5、点;第二,可能与带电粒子在磁场、电场中的运动相结合,与动量规律、能量转化规律综合考查;第三,以现代科技为背景来考查.第1节光电效应波粒二象性一、黑体辐射与能量子1.黑体与黑体辐射(1)黑体:是指能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射的物体.(2)黑体辐射的实验规律一般材料的物体,辐射的电磁波除与温度有关外,还与材料的种类及表面状况有关.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.a.随着温度的升高,各种波长的辐射强度都增加.b.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.2.能量子(1)定义:普朗克认为,带电微粒辐射或者吸收能量时,只能辐射或吸收某个最小能量值的整数倍

6、.即能量的辐射或者吸收只能是一份一份的.这个不可再分的最小能量值叫做能量子.(2)能量子的大小:=h,其中是电磁波的频率,h称为普朗克常量.h=6.6310-34 js.二、光电效应1.定义:在物理学中,在光的照射下电子从物体表面逸出的现象称为光电效应.2.产生条件:入射光的频率大于或等于极限频率.3.光电效应规律(1)极限频率的存在:入射光的频率必须大于或等于极限频率0.才能发生光电效应,与入射光强度及照射时间无关.不同金属材料的极限频率不同.(2)当产生光电效应时,光电流大小随入射光强度的增大而增大.(3)光电子的最大初动能与入射光的频率成线性关系,如图所示.即光电子的最大初动能随着入射光

7、频率的增加而增加,而与入射光强度无关.(4)光电效应具有瞬时性:只要光的频率大于极限频率,即使用极弱的入射光,光电子总能立刻(约10-9 s)发射出来.自主探究用紫外线灯照射锌板看到的现象是什么?说明了什么?答案:验电器指针张开.紫外线照射到锌板上,在锌板表面发射出光电子,使锌板带上了正电.三、光电效应方程1.光子说在空间传播的光是不连续的,而是一份一份的,每一份叫做一个光的能量子,简称光子,光子的能量=h.其中h=6.6310-34 js(称为普朗克常量).2.逸出功w使电子脱离某种金属所做功的最小值.金属越活跃,逸出功越小,越容易发生光电效应.3.最大初动能发生光电效应时,金属表面上的电子

8、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.爱因斯坦光电效应方程(1)表达式:h=w+mv2.(2)物理意义:金属表面的电子吸收一个光子获得的能量是h,这些能量的一部分用来克服金属的逸出功w,剩下的表现为逸出后光电子的最大初动能mv2.四、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,称为光的波粒二象性.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大的地方,暗条纹是光子到达概率小的地方,因此光波又叫概率波.(2)物质波:任何

9、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=,p为运动物体的动量,h为普朗克常量.1.思考判断(1)要想在光电效应实验中测到光电流,入射光子的能量必须大于金属的逸出功.()(2)光子和光电子都是实物粒子.()(3)只要入射光的强度足够强,就可以使金属发生光电效应.()(4)光的频率越高,光的粒子性越明显,但仍具有波动性.()(5)光电子的最大初动能与入射光子的频率成正比.()2.(2019贵州遵义检测)下表给出了一些金属材料的逸出功.材料铯钙镁铍钛逸出功/(10-19j)3.04.35.96.26.6现用波长为400 nm的单色光照射上述材料,能产生光电效应的材料最多

10、有几种(普朗克常量h=6.6310-34 js,光速c=3.0108 m/s)(a)a.2种b.3种c.4种d.5种解析:要发生光电效应,则入射光的能量必须大于金属的逸出功,而波长为400 nm的光的能量e=h=h=6.6310-34 j4.9710-19 j,大于铯和钙的逸出功,所以a项正确.3.(2019河北保定月考)如图所示,弧光灯发出的光经一狭缝后,在锌板上形成明暗相间的条纹,同时与锌板相连的验电器铝箔有张角,则该实验(d)a.只能证明光具有波动性b.只能证明光具有粒子性c.只能证明光能够发生衍射d.证明了光具有波粒二象性解析:弧光灯发出的光经一狭缝后,在锌板上形成明暗相间的条纹,这是

11、光的衍射,证明了光具有波动性,验电器铝箔有张角,说明锌板发生了光电效应,证明了光具有粒子性,所以该实验证明了光具有波粒二象性,d项正确.4.(2019吉林长春一模)(多选)如图是某金属在光的照射下产生的光电子的最大初动能mv2与入射光频率的关系图象.由图象可知(abc)a.该金属的逸出功等于eb.该金属的逸出功等于h0c.入射光的频率为20时,产生的光电子的最大初动能为ed.入射光的频率为时,产生的光电子的最大初动能为解析:根据光电效应方程得mv2=h-w,故逸出功w=e,a项正确;当mv2=0时,=0,故w=e=h0,b项正确;当=20时,mv2=2h0-h0=h0=e,c项正确;当入射光的

12、频率为时,不发生光电效应,d项错误.考点一光电效应规律1.两条线索2.定量分析时应抓住三个关系式(1)爱因斯坦光电效应方程:h=w+mv2.(2)最大初动能与遏止电压的关系:mv2=eu0.(3)逸出功与极限频率的关系:w=h0.例1 (2019安徽合肥二模)如图所示是光电管的原理图,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(b)a.若换用波长为1(10)的光照射阴极k,电路中一定没有光电流b.若换用波长为2(20)的光照射阴极k,电路中一定有光电流c.增加电路中电源两极电压,电路中光电流一定增大d.若将电源极性反接,电路中一定没有光电流产生解析:当用波长为0的光照射阴极k时,

13、电路中有光电流,只有换用频率更大,也就是用波长比0小的光照射阴极k时才一定有光电流,换用波长比0大的光照射时情况不确定,a项错误,b项正确;当光电流达到饱和时,增大两极电压,光电流不变,c项错误;若将电源极性反接,光电子做减速运动,若接近a极时还没有减速到零,电路中就可能有光电流产生,d项错误.针对训练 关于光电效应,下列说法正确的是(a)a.极限频率越大的金属材料逸出功越大b.只要光照射的时间足够长,任何金属都能产生光电效应c.从金属表面出来的光电子的最大初动能越大,这种金属的逸出功越小d.用频率不同的单色光照射同种金属表面都能发生光电效应,则频率越大的饱和电流越大解析:由金属材料的逸出功w

14、=h0,知极限频率越大,其逸出功越大,故a正确;发生光电效应的条件是入射光的频率大于金属材料的极限频率,与入射光的强度、照射时间无关,故b错误;金属材料的逸出功是材料本身的特性,与光电子的最大初动能无关,故c错误;饱和电流的大小与入射光的强度有关,与入射光的频率无关,故d错误.考点二光电效应的图象问题图象名称图线形状由图线直接(间接)得到的物理量最大初动能mv2与入射光频率的关系图线极限频率:图线与轴交点的横坐标0逸出功:图线与mv2 轴交点的纵坐标的绝对值w=|-e|=e普朗克常量:图线的斜率k=h颜色相同、强度不同的光,光电流与电压的关系遏止电压u0:图线与横轴的交点饱和电流im:电流的最

15、大值最大初动能:mv2=eu0颜色不同时,光电流与电压的关系遏止电压u01,u02饱和电流最大初动能mv2=eu01,ek2=eu02遏止电压u0与入射光频率的关系图线极限频率0:图线与横轴的交点遏止电压u0:随入射光频率的增大而增大普朗克常量h:等于图线的斜率与电子电荷量的乘积,即h=ke.(注:此时两极之间接反向电压)例2 (多选)如图(甲)所示,在光电效应实验中,某同学用相同频率的单色光,分别照射阴极材料为锌和铜的两个不同的光电管,结果都能发生光电效应.图(乙)为其中一个光电管的遏止电压u0随入射光频率变化的函数关系图象.对于这两个光电管,下列判断正确的是(abc)a.因为材料不同逸出功

16、不同,所以遏止电压u0不同b.光电子的最大初动能不同c.因为光强不确定,所以单位时间逸出的光电子数可能相同,饱和电流也可能相同d.两个光电管的u0图象的斜率可能不同解析:因为不同材料有不同逸出功,所以遏止电压u0不同,a项正确;根据光电效应方程h=w+mv2,因为不同材料有不同逸出功,所以光电子的最大初动能不同,b项正确;在入射光的频率大于极限频率的情况下,发射出的光电子数与入射光的强度成正比,光强不确定,所以单位时间逸出的光电子数可能相同,饱和电流也可能相同,c项正确;由u0=-.可知,u0的图象的斜率k=是常数,d项错误.求解光电效应问题应抓住的三个关系式(1)爱因斯坦光电效应方程h=w+

17、mv2.(2)光电子的最大初动能mv2.可以利用光电管用实验的方法测得,即mv2=eu0,其中u0是遏止电压.(3)光电效应方程中的w为逸出功,它与极限频率0(或极限波长)的关系是w=h0=h.1.(mv2-图象)(多选)如图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变化的图线(直线与横轴的交点的刻线为4.27,与纵轴交点的刻线为0.5).由图可知(普朗克常量h=6.6310-34 js)(ac)a.该金属的极限频率为4.271014 hzb.该金属的极限频率为5.51014 hzc.该图线的斜率表示普朗克常量d.该金属的逸出功为0.5 ev解析:由光电效应方程h=w+mv2

18、,可知在mv2图象中,图线在横轴上的截距为极限频率,图线的斜率为普朗克常量,故a,c正确,b错误;当mv2=h-w=0时,金属的逸出功w=h0= ev1.77 ev,d项错误.2.(iu图象)(多选)用甲、乙两种单色光照射同一金属做光电效应实验,发现光电流与电压的关系如图所示.已知普朗克常量为h,被照射金属的逸出功为w,遏止电压为u0,电子的电荷量为e.下列说法正确的是(ad)a.甲光的强度大于乙光的强度b.甲光的频率大于乙光的频率c.甲光照射时产生的光电子初动能均为eu0d.乙光的频率为解析:根据光的强度越强,光电子数目越多,对应的光电流越大,即可判定甲光的强度较大,选项a正确;由题图可知,

19、甲、乙两光的遏止电压相同,根据光电效应方程h=w+mv2,可知甲、乙两光的频率相同,选项b错误;甲光照射时产生的光电子的最大初动能为eu0,选项c错误;根据mv2=h-w及mv2=eu0,可得=,选项d正确.考点三光的波粒二象性物质波1.对光的波粒二象性的进一步理解表现说明二者关系波动性干涉和衍射光是一种概率波,即光子在空间各点出现的可能性大小(概率)不同大量的光子在传播时,表现出波动性光的波动性是光本身的属性,不是光子之间相互作用产生的光的波动性不同于宏观观念的波光子说并未否定波动说,e=h=中,和就是波动性的概念波动性和粒子性在宏观世界是对立的,而在微观世界却是统一的粒子性光电效应、康普顿

20、效应光与物质发生作用时,表现出粒子性少量或个别光子显示出粒子性粒子的含义是“不连续”“一份一份”的光子不同于宏观观念的粒子2.物质波(1)定义:任何运动着的物体都有一种波与之对应,这种波也叫德布罗意波.(2)波长或频率:=,=,h是普朗克常量.例3 (2019北京海淀适应性练习)对光的认识,下列说法不正确的是(c)a.个别光子的行为表现出粒子性,大量光子的行为表现出波动性b.光的波动性是光子本身的一种属性,不是光子之间的相互作用引起的c.大量光子表现出波动性时,就不具有粒子性,少量光子表现出粒子性时,就不再具有波动性d.光的波粒二象性应理解为:在某种情况下光的波动性表现明显,在另外某种情况下,

21、光的粒子性表现明显解析:个别光子的行为往往表现出来的是粒子性,而大量光子表现出来的是波动性,a项正确;光的波动性是光子本身特有的属性,并不是光子之间的相互作用引起的,b项正确;光的波粒二象性是指光在某种情况下光的波动性表现明显,但不是没有粒子性,只是粒子性不明显;反之,在另外某种情况下,光的粒子性表现明显,波动性不明显,故c项错误,d项正确.波粒二象性的“三个易错点”(1)光子表现为波动性,并不否认光子具有粒子性.(2)宏观物体也具有波动性.(3)微观粒子的波动性与机械波不同,微观粒子的波是概率波.针对训练 (多选)实物粒子和光都具有波粒二象性,下列事实中突出体现波动性的是(acd)a.电子束

22、通过双缝实验装置后可以形成干涉图样b.射线在云室中穿过会留下清晰的径迹c.人们利用慢中子衍射来研究晶体的结构d.人们利用电子显微镜观测物质的微观结构解析:干涉是波具有的特性,电子束通过双缝实验装置后可以形成干涉图样,说明电子具有波动性,故a正确;粒子在云室中受洛伦兹力的作用,做的是圆周运动,与波动性无关,故b错误;利用慢中子衍射来研究晶体的结构说明中子可以产生衍射现象,说明中子具有波动性,故c正确;电子显微镜利用了电子衍射,电子的物质波的波长比可见光的波长短得多,所以分辨率也高得多,故d正确.1.(2018全国卷,17)用波长为300 nm的光照射锌板,电子逸出锌板表面的最大初动能为1.2810-19 j.已知普朗克常量为6.6310-34 js,真空中的光速为3.00108 ms-1.能使锌产生光电效应的单色光的最低频率约为(b)a.11014 hzb.81014 hzc.21015 hzd.81015 hz解析:设单色光的最低频率为0,由h=w+mv2知mv2=h1-w,0=h0-w,又知1=,整理得0=-,解得081014 hz