2025秋高考物理一轮复习第十五章近代物理初步第1讲波粒二象性课件（47页PPT）

(共47张PPT)
第十五章　近代物理初步
第1讲　波粒二象性
常设情境　①生活实践类：霓虹灯、氖管、光谱仪、原子钟、威耳逊云室、射线测厚仪、原子弹、反应堆与核电站、太阳、氢弹、环流器装置等.
②学习探索类：光电效应现象、爱因斯坦光电效应方程及其意义、光的波粒二象性、原子的核式结构模型、原子的能级结构、原子核的组成、原子核衰变、半衰期及其统计意义、原子核的结合能、核裂变反应和核聚变反应等.
素养目标　1.知道光电效应、光电子、饱和光电流、遏止电压、截止频率、逸出功、德布罗意波的概念.（物理观念） 2.了解爱因斯坦光电效应方程.（物理观念） 3.了解光和实物粒子的波粒二象性.（物理观念） 4.能用光电效应的规律解释光电效应现象.（科学思维） 5.会用爱因斯坦光电效应方程求解相关物理量.（科学思维）
A. 该金属逸出功增大
B. X光的光子能量不变
C. 逸出的光电子最大初动能增大
D. 单位时间逸出的光电子数增多
BD
解析：金属的逸出功是金属自身固有的属性，仅与金属自身有关，增加此X光的强度，该金属逸出功不变，故A错误；根据光子能量公式ε＝hν可知增加此X光的强度，X光的光子能量不变，故B正确；根据爱因斯坦光电方程Ekm＝hν－W0可知逸出的光电子最大初动能不变，故C错误；增加此X光的强度，单位时间照射到金属表面的光子变多，则单位时间逸出的光电子数增多，故D正确.故选BD.
考题2　（2024·上海卷）光的行为曾令物理学家感到困惑.双缝干涉、光电效应等具有里程碑意义的实验.逐渐揭开了光的神秘面纱.人类对光的认识不断深入，引发了具有深远意义的物理学革命.

光电子　
截止频率　
频率　
瞬时　
强度　
3. 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.
最小　
（二）爱因斯坦光电效应方程
3. 爱因斯坦光电效应方程
hν　
最小值　
hν－W0　
逸出功W0　
深化1　　两条对应关系
（1）光强大→光子数目多→发射光电子多→光电流饱和值大.
（2）光子频率高→光子能量大→光电子的最大初动能大.
深化2　　光电效应中的三个关系
（1）爱因斯坦光电效应方程：Ek＝hν－W0.
（2）光电子的最大初动能Ek：可以利用光电管用实验的方法测得，即Ek＝eUc，其中Uc是遏止电压.
（3）光电效应方程中的W0为逸出功，它与金属的截止频率νc的关系是W0＝hνc.
深化3　　光电效应现象的四点说明
（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.
角度1　对光电效应现象的理解
C
A. 红外辐射的频率可以很低，但辐射强度必须足够大才能发生光电效应
B. 向右调节滑动变阻器的滑片，电流表的示数将随电压表示数的增大而增大
C. 保持红外辐射强度不变，提高红外辐射的频率，则饱和电流值将减小
D. 调换电源正负极，调节滑动变阻器，电压表示数为Uc时，电流表示数恰为零，则光电子逸出金属表面时的初动能为eUc
解析：若发生光电效应，入射光的频率必须大于被照射金属的极限频率，故A错误；电流表的示数会随着电压的增大而增大，但达到饱和电流值后，电压继续增大，但电流表示数不再变化，故B错误；保持红外辐射强度不变但提高频率时，阴极上单位时间单位面积上接收到的光子数将减少，故而饱和电流值变小，故C正确；eUc为光电子逸出金属表面时的最大初动能，但光电子的实际初动能可能小于eUc，故D错误.
角度2　光电效应方程的应用
C
金属 锌 钠
νc/（×1014 Hz） 5.53
W0/eV 3.34 2.29
A. 验电器的金属箔片带负电
B. 从锌板逸出电子的动能都相等
C. 用该紫外线灯照射金属钠，一定能使钠发生光电效应
D. 锌的极限频率为8.87×1014 Hz
A
A. 钠的逸出功为hνc
B. 钠的截止频率为8.5×1014 Hz
C. 图中直线的斜率为普朗克常量h
D. 遏止电压Uc与入射光频率ν成正比
深化　　光电效应的图像分析
图像名称 图像形状 由图线直接（间接）得到的物理量
Ek－ν
图像 （1）截止频率：图线与ν轴交点的横坐标νc.
（2）逸出功：图线与Ek轴交点的纵坐标的绝对值.
（3）普朗克常量：图线的斜率k＝h
图像名称 图像形状 由图线直接（间接）得到的物理量
I－U
图像
（1）遏止电压Uc1、Uc2.
（2）饱和光电流.
（3）最大初动能Ek1＝eUc1，Ek2＝eUc2
Uc－ν
图像 （1）截止频率νc：图线与横轴的交点.
（2）遏止电压Uc：随入射光频率的增大而增大.
（3）普朗克常量h：等于图线的斜率与电子电量的乘积，即h＝ke
角度1　光电效应的Ek－ν图像
A B C D
B
角度2　光电效应的I－U图像
C
A. a光的频率高于c光的频率
B. c光的频率高于b光的频率
C. 单位时间内，c光入射的光子数大于b光入射的光子数
D. a光照射时逸出光电子的最大初动能可能比b光照射时的大
解析：由爱因斯坦光电效应方程得Ek＝hν－W0，其中Ek＝eUc，可以看出遏止电压与频率呈线性关系，频率越大，遏止电压越大，所以由题图可知，a光的频率等于c光的频率，c光的频率低于b光的频率，故A、B错误；由题图可得，c光对应饱和光电流大于b光对应的饱和光电流，因为饱和光电流越大，单位时间内逸出的光电子数越多，且逸出的光电子数等于入射的光子数，所以单位时间内c光入射的光子数大于b光入射的光子数，故C正确；因为最大初动能为Ek＝eUc，所以a光照射时逸出光电子的最大初动能一定比b光照射时的小，故D错误.
A. 普朗克认为黑体辐射的能量是连续的
B. 光电效应实验中，红光照射可以让电子从某金属表面逸出，若改用紫光照射也可以让电子从该金属表面逸出
C. 康普顿研究石墨对X射线散射时，发现散射后仅有波长小于原波长的射线成分
D. 德布罗意认为质子具有波动性，而电子不具有波动性
B
解析：普朗克认为黑体辐射的能量是不连续的，这个不可再分的最小能量值叫作能量子，A错误；紫光的光子频率更高，光子能量更大，如果红光可以使某金属发生光电效应，则紫光一定也可以使该金属发生光电效应，B正确；康普顿在研究石墨对X射线的散射时，发现在散射的X射线中，除了与入射波长λ0相同的成分外，还有波长大于λ0的成分，这个现象称为康普顿效应，C错误；德布罗意认为实物粒子也具有波粒二象性，质子、电子等都具有波动性，D错误.
波动　
粒子　
波粒二象　
深化1　　对光的波粒二象性的理解
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
从频率上看 光的频率越低，其波动性越显著，越容易看到光的干涉和衍射现象；光的频率越高，其粒子性越显著，越不容易看到光的干涉和衍射现象，贯穿本领越强
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
波动性与粒子性的统一
A. 光的频率越高，光子的能量越大，粒子性越显著
B. 光的波长越长，光的能量越小，波动性越显著
C. 频率高的光子不具有波动性，波长较长的光子不具有粒子性
D. 个别光子产生的效果往往显示粒子性，大量光子产生的效果往往显示波动性
解析：光具有波粒二象性，但在不同情况下表现不同，频率越高，波长越短，粒子性越强，反之波动性明显，个别光子易显示粒子性，大量光子易显示波动性，A、B、D正确.
ABD
限时跟踪检测
A级·基础对点练
题组一　光电效应现象和规律
D. 若用波长为2λ的单色光照射该金属，一定可以发生光电效应
A
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
金属 铝 钙
νc/（×1014 Hz） 10.1 7.73
W0/eV 4.2 3.2
A. 只有金属钙能发生光电效应
B. 若增大入射光的波长，则截止频率减小
C. 金属铝和钙对应遏止电压之比为2∶3
D. 金属铝和钙对应遏止电压之比为21∶16
C
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
A. 该金属的逸出功等于E
C. 入射光的频率为2ν0时，产生的光电子的最大初动能为2E
AB
题组二　光电效应图像
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
A. 要测量遏止电压，电源右端为正极
B. 要测量饱和电流，电源右端为正极
C. 由图像乙可知，铷的截止频率为νc＝5.0×1014 Hz
D. 由图像乙计算可得金属铷的逸出功为W0＝3.3×10－20 J
AC
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
解析：要测量遏止电压，则加反向电压，故电源右端为正极，A正确；要测量饱和电流，则加正向电压，故电源右端为负极，B错误；根据爱因斯坦光电效应方程eUc＝hν－W0，当Uc＝0时，由图像乙可知铷的截止频率为νc＝5.0×1014 Hz，C正确；由图像乙计算可得金属铷的逸出功为W0＝hνc＝6.6×10－34×5.0×1014 J＝3.3×10－19 J，D错误.故选A、C.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
C
A. 饱和光电流与K、A两极之间的电压有关
B. 测量遏止电压Uc时，滑片P应向b移动
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
A. 有的光是波，有的光是粒子
B. 光子与电子是同样的一种粒子
C. 光的波长越长，其波动性越显著；波长越短，其粒子性越显著
D. 康普顿效应揭示了光的波动性
C
题组三　波粒二象性
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
A. 10－8 B. 106 C. 108 D. 1016
C
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
B级·能力提升练
A. 光电子的最大初动能之比为1∶2
B
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
A
A. a、c发出的光频率相同
B. a、c发出的光光强相同
C. b发出的光的频率比c发出的光的小
D. 随着电压的增大，电流一定增大
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
解析：根据eUc＝Ekm＝hν－W0可知，入射光的频率越高，对应的遏止电压Uc越大，由题图乙可知，a和c对应的遏止电压相等，所以a、c发出的光频率相同，A正确；同种频率的光，光强越大，饱和光电流越大，a发出的光和c发出的光的频率相同，a发出的光对应的饱和光电流大于c发出的光对应的饱和光电流，所以a发出的光的光强大于c发出的光的光强，B错误；由A项分析可知，b发出的光的遏止电压大于c发出的光的遏止电压，说明b发出的光的频率比c发出的光的大，C错误；随着电压的增大，电流达到饱和电流值后不再增大，D错误.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
10. （2025·江苏苏州模拟预测）某同学采用如图所示的实验装置来研究光电效应现象.当用某单色光照射光电管的阴极K时，会发生光电效应现象，闭合开关S，在阳极A和阴极K之间加上反向电压，通过调节滑动变阻器的滑片逐渐增大电压，直至电流计中电流恰为零，此电压表的电压值U称为遏止电压，根据遏止电压，可以计算出光电子的最大初动能Ekm.现分别用频率为ν1和ν2的单色光照射阴极，测量到遏止电压分别为U1和U2，设电子质量为m，电荷量为e，求：
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
（1）用频率为ν1的光照射时，光电子的最大初速度v；
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
（2）普朗克常量h；
解析：（2）根据光电效应方程有Ek＝hν－W0
可得：W0＝hν1－eU1＝hν2－eU2
（3）阴极K金属的极限频率νc.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10