2021届高考物理一轮复习-波粒二象性

内容

高中物理核心养读本波粒二象性【学业质量解读】学业质量水平要求理解黑体和黑体辐射的概念能用普朗克能量子知识普朗克能量子假说黑和黑体射解决实际问题。通过实验，了解光电效应现象。知道爱因斯坦光电效应光电效应方程及其意义。能根据实验结论说明光的波粒二象性。知道实物粒子具有波动性，了解微观世界的量子化特光的波粒二象性物波征。体会量子论的建立对人们认识物质世界的影响。【命题趋势分析】本章主要涉及以下几个方面）普朗克黑体辐射理论光电效应）子的波动性和量子力学的建立所涉到的内容容量较大度不大下是近五年江苏高考中涉及本章的题目分知识点统章的考查放在了12题2通为选择2016年

2017年

2018年题号题型

12题（2）填空

12题C（3计算

12题（2）填空

12题（2填空光的波粒二象性

光的波粒二象性模型

光电效应

光电效应物质波

物质波题号题型模型

2019年12题（）计算普朗克能量子假说

2020年12题（1）选择黑体和黑体辐射从以上表格统计可以得到如下教学启示：1.本章主要考查波粒二象性的概和相关物理量的计算或定性分析，主要涉及光电效/

应中的光子能量与光电子的初动能布罗意波波长等问题涉及的知识点较多但难度不大个识点都可能作为背景查学生对知识的掌握知识以要学生对知识点较全面的理解，考查题型有填空、选择、计算，难度中等偏易。2.新程标准将“了解微观世界中的量子化现象”更改为“了解微观世界中的量子化特征掉“比较宏观物体微观粒子的能量变化特点普效应光是一种概率波物粒子有波动性知道电子云。初步了解不确定性关系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”知识点。3．在光电效应现象中，要理解电效应中饱和电流与入射光越强有关、存在反向遏止电压和截止频率等要加强对光电效应方程

E

理解理解光子除了具有能量还有动量，理解光的波粒二象性。理解实物粒子也具有波动性，其德布罗意波波长

hp

。【知识网络构建】光的干涉、衍射光子说

光的波动说光的粒子说

波粒二象性

德布罗意

波、物质波黑体辐射

能量量子化：

光电效应

存在截止频率光电效应规律光电效应方程

反向遏制电压正向饱和电流瞬时性【必备知识梳理】黑辐(1)黑体：是指能够完全_____________入射的各种波长的电磁波而不发生_____的体．(2)黑体辐射的实验规律：/

①一般材料的物体，辐射的电磁波除与___________有关外，还与材料的及___________有关．②黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体____________有温的升高各波长的辐射强度____________随着温度的升高辐射强度的极大值向波长较___________的方向移动（3）经典的热学、电磁学的理不能很好解释黑体辐射的实验规律，甚至出现矛盾．能子为解释黑体辐射规律1900年朗克提出了能____________说．(1)普克认为电粒辐射者吸收能量时能辐射或吸收某个________值的整数倍．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ε叫做能量子．(2)能子的大小：ε＝_____，其中是磁波的频率，称普朗克常量．h＝6.63×10J·s．（3能量子化理论成功的解黑体辐射规律明了能量可以是一份一份的可以是不连续的，破除了能量连续变化的传统观念，成为新物理学思想的基石之一．光效（1）光电效应：在光的照射下属中的电子从金属表面逸出的现象，叫做光电效应，发射出来的电子叫做____________，成的电流称_______电流．（2）光电效应规律①存着饱和电流：在光照条件不变的情况下，随着光电管所加正向电压的增大，光电流增大，但最终光电流趋于一个定值，不再随正向电压的增大而增大个定的光电流_______流电路图如图所示．饱和电流的强度随入射光强度的增大_．②存着遏止电压．光电管两端加反向电压时，使光电流_________的反向电压，称为遏止电压．电路图如图所示反遏止电压的存在味光电子具有最大的初动能．实验表明，对于一定频率的光，遏止电压都是一样的，与光强无关，与频率有关．频率越大，遏止电压越大．意味着光子的最大初动能与入射光的________无关，/

kk只随入射光的_增而增大．③存截止频率．当入射光的频率减小到某一数值时，即使不加反向电压也没有光电流．这表明，当低于这个频率时，没有光电子从金属表面逸出，不能发生光电效应．不同的金属的截止频_．④光效应具有瞬时性．光照射到金属表面时，光电子的发射几乎_______的，不需要时间的积累．（3）爱因斯坦光电效应方程光的电磁理论不能解释光电效应现象，爱因斯坦在普朗克能量量子化的基础上提出了光子说．①光子说传的光的能量不连续的份一份的份做一个光子子的能量为ε______，中h是普朗克常量，其值为

J·s.②光电效应方程_____________.中h为入射光的能量E为光电子的最大初动能，是属的逸出功E：电子的最大初动能．③光子说成功的解释的光电效应现象：a.逸功电子从金属中逸出需做功________叫做该金属的逸出功所以光电子从金属中逸出需要有最小的能量，最小的光的频率．能使某种金属发生光电效应的________频叫做该金属的截止频(叫极限频率因为不同金属的逸出功不同，所以不同的金属对应着不同的极限频率．b.发光电效应时，对一定频率的光，光电子有最大的初动能，使光电流减小到零的反向电压即为遏止电压．c.光越强，光子数目越多，逸出的光电子数目越多，饱和电流也越大．d.只光的频率达到极限频率可以产生光电效应与光强无关且需要时间积累．康顿应光电效应和康普顿效应深入地揭示了光的粒子性的一面．前者表明光子具有____________，后者表明光子除具_________之外还具_____________．光波二性物波(1)光波粒二象性：光的干涉、衍射、偏振现象证明光具_________性．光电效应说明光具有__________性具有波动性有粒子性光___________性．/

（2）粒子的波动性：法国的物学_提出了实物粒子也具有波动性，即每一个运动的粒子都与一个对应的波相联系光跟光波一样遵从相同的物理规律，这种与实物粒子相联系的波后来为_____________波，也叫做________________波．①物波的波长：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h波与它对应，其波长λ＝，为运动物体的动量为朗克常量．p②物波的实验验证子束光衍射图样证实了运动的电子具有_______来陆续证实了质子、中子子分的________宏观物体的波动性无法观察到．(3)概率波:所谓率波运动单个粒子所到达的位置不确定在点附近出观的概率的大小可以由波动规律支配而在宏观上导致了如衍射图样涉图样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，暗条纹是子到达概_的地方，因此从光子的概念上看光波是一种概率波于电子和其它的微观粒子由同样具有波粒二象性，所以与它们相联系的物质波也是概率波．【关键能力突破】1.黑辐【1关于黑体辐的实验规律叙述正确的有（）A．随着温度的升高，各种波长辐射强度都有增加B．随着温度的升高，辐射强度极大值向波长较短的方向移动C．黑体热辐射的强度与波长无D．为了解释黑体辐射规律，康顿提出了电磁辐射的能量是量子化的光效规【2在利用光电管研究光电效应的实验中，入射光照到某金属表面上发生电效应，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到发射出电子之间的时间间隔将明显增加B.饱和光电流将会减弱C.遏止电压将会减小/

00D.有可能不再发生光电效应【3用频率为但度不同的甲乙两种光做光电效应实验现光电流与电压的关系如图所示图可知（选填甲或乙的强度大，已知普朗克常量为h，照射金属的逸出功为

W则电子的最大初动能为．【4如图所示，用某种频率的单色光a照光电管阴极K，电流计G的针发生偏转，而用另一频率的单色光b照光电管阴极时电流计指针不发生偏转么光频率________b光频率(选填“大于于”或“小于”若加b的强________(选填“会”或“不会”)使电流计G的指发生偏转．对的粒象、质波理【5关于物质的粒二象性，下列说法中正确的()A．不仅光子具有波粒二象性，切运动的微粒都具有波粒二象性B．运动的微观粒子与光子一样当它们通过一个小孔时，都没有特定的运动轨道C．波动性和粒子性，在宏观现中是矛盾的、对立的，但在微观高速运动的现象中是统一的D．实物的运动有特定的轨道，以实物不具有波粒二象性【6下列说法中确的(A.电子束的衍射实验证明了电子波动性B.宏观物体的波动性我们不易观到的原因是因为其波长太小C.电子有波动性，质量较大的中和质子没有波动性D.速度相等的电子和质子，电子波长大【学科素养提升】（2020江南京、盐城二模考）美国物理学家阿瑟·阿什金利用光的力量来操纵细胞获得2018年贝尔物理学奖，原来光在接触物体后，会对其产生力的作用，这个来自光的微小作用可以让微小的物体（如细胞生无损移动这就是光镊技术。在光镊系统中，光路的精细控制非常重要。下列说法正确的是（）A．光镊技术利用光的粒子性B．光镊技术利用光的波动性/

C．红色激光光子能量大于绿色光光子能量D．红色激光光子能量小于绿色光光子能量2.江常州一模选关于黑体辐射图像，下列判断正确的是（）A．＜＜＜3B．＞＞＞3C．测量某黑体辐射强度最强的的波长可以得知其温度D．测量某黑体任一波长的光的射强度可以得知其温度3.（2020江苏通、泰州、扬州等七市二模联考）氢原子能级图如图所示，巴耳末线系是氢原子从n≧3的各能级跃迁至n=2能级时辐射光的谱线，则巴耳末线系中波长最长的谱线对应光子的能量为eV氢原子从n=4能跃迁至n=2能时，辐射光照射阴极为金属钾的光电管，钾的逸出功为2.25eV，遏止电压=。4.（2019江单科）在“焊接视网膜的眼科手术中，所用激光的波=6.4×10，每个激光脉冲的能量E=1.5×10J求每个脉冲中的光子数目知朗克常量h=6.63×10J·s，光速m/s计算结果保留一位有效数字）【基础综合训练】1．下列描绘两种温度下黑体辐强度与波长关系的图中，符合黑体辐射规律的)2．下列有关黑体辐射和光电效的说法中正确的是（）A．在黑体辐射中，随着温度的高，辐射强度极大值的光向频率较低的方向移动/

B．在光电效应现象中，入射光强度越大，光电子的最大初动能越大C．用一束绿光照射某金属，能生光电效应，现把这束绿光遮住一半，仍然可发生光电效应D．在光电效应现象中，极限频越大的金属材料逸出功越大3．如是某金属在光的照射下产生的光电子的最大初动能E与入射光频率ν的系图象．则可知)A．该金属的逸出功等于

EB．该金属的逸出功等于hνC．入射光的频率为2ν时，产生的光电子的最大初动能为ED．入射光的频率为

v时产生的光电子的大初动能为24.

已知铯的极限频率4.545×10Hz钠的极限频率为6.000×10，银的极限频率为1.153×10Hz极频率为1.529×10Hz波长为0.375的照射它们时，可发生光电效应的物质是（）A．铯B．钠C．银．铂5.如一个电子的德布罗意波长和一个中子的相等的以下物理量也相等）A．速度B．动能C．动量D总能量【应用创新训练】1．关微观粒子波粒二象性的认识，正确的是（）A．因实物粒子具有波动性，故轨迹类同波浪线B．由概率波的知识可知，因微粒子落在哪个位置不能确定，所以粒子没有确定的轨迹C．只有光子具有波粒二象性，他运动的微粒不具有波粒二象性D．光的干涉、衍射现象说明光有波动性，光电效应说明光具有粒子性2．关于光电效应，下列说法正的是（）A对任何一种金属都有一个最大波长”射光的波长必须小于这个波长才能产生光电效应B．在光电效应现象中，光电子最大初动能和照射光的频率成正比/

C用频率为ν的光照射发生光效应改频率小于ν光照射一定不发生光电效应D对某种金属只入射光的强度足够大会发生光电效应3．如图当键断时用子能量为2.5eV的束光照射阴极，发现电流表读数不为零。合上电键，调节滑线变阻器当压表读数小于0.60V表读数仍不为零；当电压表读数大于或等于0.60V时流表读数为零此可知阴极材料的逸出功为（）A.1.9eVB.0.6eVC.2.5eVD.3.1eV4.研光电效应的电路如图所示频率相同度不同的光分别照射密封真空管的钠极板（阴极K板射出的光电子被阳极吸，在电路中形成光电流列光电流I与A之的电压U的系象中，正确的是（）5．、两光子的能量之比为2:l，它们都能使某种金属发生光电效应，且所产生的光电子最大初动能分别为、E。A、种光子的动量之比和该金属的逸出功．参考答案/

【必备知识梳理】黑辐(1)黑体：是指能够完全(2)黑体辐射的实验规律：

吸收

入射的各种波长的电磁波而不发生反的体．①一般材料的物体射的电磁波除与温度关外与材料的面情况有关．

种类

及表②黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温有．随着温度的升高，各种波长的辐射强度都短的向移动．.能子

增强．着温度的升高，辐射度的极大值向波长较为解释黑体辐射规律1900年朗克提出了能量

量子化假．普克认为，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即能量的辐射或者吸只能是一份一份的个不可再分的最小能量值ε叫能量子．能子的大小ε＝ν，其中ν电磁波的频率h称普朗克常量h×10·s．光效（1光电效应：在光的照射下金属中的电子从金属表面逸出的现象，叫做光电效应，发射出来的电子叫做（2光电效应规律

光电子，成的电流称光

电流．①存着饱和电流照件变的情况下光电管所加正向电压的增大，光电流增大，但最终光电流趋于一个定值，不再随正向电压的增大而增大，这个稳定的光电流称饱电路图如图所示和电流的强度随入射光强度的增大而增．②存在遏止电压．光电管两加反向电压时，使光电流为零的向电压，称为遏止电压电图如图所示反向遏止电压的存在意味着光电子具有最大的初动能实验表明对于一定率的光止电压都是一样的光无关，与频率有关．频率越大，遏止电压越大．意味着光子的最大初动能与入射光的强度无，只随入射光的

频率增大而增大．③存截止频率．当入射光的频率减小到某一数值时，即使不加反向电压也没有光电流．这表明，当低于这个频率时，没有光电子从金属表面逸出，不能发生光电效应．不同的金属的截止频率

不同．④光效应具有瞬时性射金属表面时子发射几乎是瞬的不需要时间的积累．（3爱因斯坦光电效应方程/

0Kk00Kk0①光子说传的光的能量不连续的份一份的份做一个光子子的能量为h，其中h是普朗克常量，其值为6.63

.②光电效应方程：

E﹣.中ν为射光的能量，E为电子的大初动能，是金属的逸出功．：电子的最大初动能．③光子说成功的解释的光电效应现象：.逸功子金属中逸出所需做功的

最小值做金属的逸出功以光电子从金属中逸出需要有最小的能量，最小的光的频率．能使某种金属发生光电效应的

最小

频率叫做该种金属的截止频率(又叫极限频率)因为不同金属的逸出功不同，所以不同的金属对应着不同的极限频率．康顿应光电效应和康普顿效应深入地揭示了光的粒子性的一面．前者表明光子具有能量，后者表明光子除了具有能之还具有动．光波二性物波光波粒二象性：光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有波性光电效说明光具有粒性既有动性具有粒子性为光的波粒二象性（2粒的波动性法国的物理学家德罗意提了实物粒子也具有波动性即每一个运动的粒子都与一个对应的波相联系光跟光波一样遵从相同的物理规律，这种与实物粒子相联系的波后来称为物波也叫做德罗意波②物波的实验验证束衍射图样证实了运动的电子具有的波动性来陆续证实了质子、中子、原子、分子的波性．观物体的波动性无法观察到．概波所谓率波，运动的单个粒子所到达的位置不确定，但在某点附近出观概率的大小可以由波动规律支配而在宏观上导致了如衍射图样涉图样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低的地方因此从光子的概念上看光是一种概率波对电子和其它的微粒子于同样具有波粒二象性所以与它们相联系的物质波也是概率波．【关键能力突破】1.黑辐【1答【解析】黑体辐射的强度与温度有关，温度越高，黑体辐射的强度越大．故A正；随着温度的升高体射强度的极值向波长较短的方向移动正确随着温度的升高，黑体辐射强度的极大值向波长较短的方向移动热辐射的强度与波长有关错；为了解释黑体辐射规律，普朗克提出电磁辐射的能量是量子化的，故D错误．光电应律/

00Km00Km【2】【答B【解析光电效应产生的条件是射光的频率大于金属的极限频率发光电效应时入射光的强度越大则则单位时间逸出的光电子的数目将增加射光的频率越大则光电子的最大初动能越大，则遏止电压越发生光电效应时，若入射光的强度减弱，而频率保持不变光射到金属表面到发射出光电子之间的时间间隔将保持不变A错；入射光的强度减弱则位时间逸出的光电子的数目将减小则饱和光电流将会减弱选项正；根据遏止压的表达式

遏

12

m

，光的频率不变，则最大初动能不变，则遏止电压不变，选项C错；因为光电效应取决于光的频率，故仍能发生光电效应，选D错误；故选B.【3答案】甲﹣【解析】光强度越强，则光子数目越多，对应的光电流越大，即可判定甲光的强度较大；由光电效应方程

12

2﹣，知，电子的最大初动能=hvW【4答案】大于不会【解析】产生电效应的条件是照射金属的光子频率大于或等于金属的极限频率，由题意可知单色光射光电管阴极K能使电流计的指针发生偏转说明发生了光电效应，且电路完好，而单色光照射光电管阴极时电流计的指针不发生偏转，即此时不能产生光电效应光率大于光率发光电效应现象照光频率有关，与光的强度无关，因此加b光强度同样不会使电流计G的针发生偏转．对的粒象、质波理【5答案ABC【解析】德布意在爱因斯坦光子说的基础上提出物质波的概念，认为一切运动的物体都具有波粒二象性，故A正确、错误；运动的微观粒子与光子一样，当它们通过一个小孔时没特定的运动轨道故B正确波性和粒子性在观现象中是矛盾的对立的，但在微观高速运动的现象中是统一的，故C正确．【6】【答【解析】衍射现象是波特有的性质，所以电子束的衍射实验证明了电子的波动性正确；宏观物体的波动性我们不易观察到的原因是因为其波长太小正切物都有物质波，C错；速度相等的电子和质子，电子的动量小；根据物质波的波长公式

h

可知，电子的波长长，正确。/

pkHααHHαα0k0000k0k0kpkHααHHαα0k0000k0k0kk【学科素养提升】1.【案】

小于

2∶1h【解析动量与动能的关系＝＜p＝2pλ＝知∶λ＝p∶＝∶1。2.

【答案】

hcλ

1∶2cc【解析由题意可知h＝WE＝2h－＝光子的动量与其波长成反比，λλλ所以两种光子动量之比为1∶2。【案】×1016hc【解析】光子能量ε＝，子数目＝，代入数据得n≈×10λε【案】B【解析】黑体辐射规律为：温度升高，辐射强度I增，的大值向波长短的方向偏移，故B选正确。【基础综合训练】1．【案】A【解析】黑体辐射规律：随着温度的升高，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波长较短的方向移动A图确。2．【案】【解析】黑体辐射的强度与温度有关，温度越高辐射的强度越大，并且黑体辐射强度的极大值向波长较短、频率较高的方向移动，故A错；在光电效应中，光电子的最大初动能与入射光的频率有关，而入射光越强，光电流的饱和值越大B错；光电效应的条件是入射光的频率大于金属的极限频率，与入射光的强度无关，故C正；逸出功W=hv，知极限频率越大，逸出功越大，故D正．3．【案】ABC【解析】