2021屆高考物理一輪復習-波粒二象性

內容

高中物理核心養(yǎng)讀本波粒二象性【學業(yè)質量解讀】學業(yè)質量水平要求理解黑體和黑體輻射的概念能用普朗克能量子知識普朗克能量子假說黑和黑體射解決實際問題。通過實驗，了解光電效應現象。知道愛因斯坦光電效應光電效應方程及其意義。能根據實驗結論說明光的波粒二象性。知道實物粒子具有波動性，了解微觀世界的量子化特光的波粒二象性物波征。體會量子論的建立對人們認識物質世界的影響?！久}趨勢分析】本章主要涉及以下幾個方面）普朗克黑體輻射理論光電效應）子的波動性和量子力學的建立所涉到的內容容量較大度不大下是近五年江蘇高考中涉及本章的題目分知識點統章的考查放在了12題2通為選擇2016年

2017年

2018年題號題型

12題（2）填空

12題C（3計算

12題（2）填空

12題（2填空光的波粒二象性

光的波粒二象性模型

光電效應

光電效應物質波

物質波題號題型模型

2019年12題（）計算普朗克能量子假說

2020年12題（1）選擇黑體和黑體輻射從以上表格統計可以得到如下教學啟示：1.本章主要考查波粒二象性的概和相關物理量的計算或定性分析，主要涉及光電效/

應中的光子能量與光電子的初動能布羅意波波長等問題涉及的知識點較多但難度不大個識點都可能作為背景查學生對知識的掌握知識以要學生對知識點較全面的理解，考查題型有填空、選擇、計算，難度中等偏易。2.新程標準將“了解微觀世界中的量子化現象”更改為“了解微觀世界中的量子化特征掉“比較宏觀物體微觀粒子的能量變化特點普效應光是一種概率波物粒子有波動性知道電子云。初步了解不確定性關系典型事例了解人類直接經驗的局限性，體會人類對世界的探究是不斷深入的”知識點。3．在光電效應現象中，要理解電效應中飽和電流與入射光越強有關、存在反向遏止電壓和截止頻率等要加強對光電效應方程

E

理解理解光子除了具有能量還有動量，理解光的波粒二象性。理解實物粒子也具有波動性，其德布羅意波波長

hp

?！局R網絡構建】光的干涉、衍射光子說

光的波動說光的粒子說

波粒二象性

德布羅意

波、物質波黑體輻射

能量量子化：

光電效應

存在截止頻率光電效應規(guī)律光電效應方程

反向遏制電壓正向飽和電流瞬時性【必備知識梳理】黑輻(1)黑體：是指能夠完全_____________入射的各種波長的電磁波而不發(fā)生_____的體．(2)黑體輻射的實驗規(guī)律：/

①一般材料的物體，輻射的電磁波除與___________有關外，還與材料的及___________有關．②黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體____________有溫的升高各波長的輻射強度____________隨著溫度的升高輻射強度的極大值向波長較___________的方向移動（3）經典的熱學、電磁學的理不能很好解釋黑體輻射的實驗規(guī)律，甚至出現矛盾．能子為解釋黑體輻射規(guī)律1900年朗克提出了能____________說．(1)普克認為電粒輻射者吸收能量時能輻射或吸收某個________值的整數倍．即能量的輻射或者吸收只能是一份一份的．這個不可再分的最小能量值ε叫做能量子．(2)能子的大小：ε＝_____，其中是磁波的頻率，稱普朗克常量．h＝6.63×10J·s．（3能量子化理論成功的解黑體輻射規(guī)律明了能量可以是一份一份的可以是不連續(xù)的，破除了能量連續(xù)變化的傳統觀念，成為新物理學思想的基石之一．光效（1）光電效應：在光的照射下屬中的電子從金屬表面逸出的現象，叫做光電效應，發(fā)射出來的電子叫做____________，成的電流稱_______電流．（2）光電效應規(guī)律①存著飽和電流：在光照條件不變的情況下，隨著光電管所加正向電壓的增大，光電流增大，但最終光電流趨于一個定值，不再隨正向電壓的增大而增大個定的光電流_______流電路圖如圖所示．飽和電流的強度隨入射光強度的增大_．②存著遏止電壓．光電管兩端加反向電壓時，使光電流_________的反向電壓，稱為遏止電壓．電路圖如圖所示反遏止電壓的存在味光電子具有最大的初動能．實驗表明，對于一定頻率的光，遏止電壓都是一樣的，與光強無關，與頻率有關．頻率越大，遏止電壓越大．意味著光子的最大初動能與入射光的________無關，/

kk只隨入射光的_增而增大．③存截止頻率．當入射光的頻率減小到某一數值時，即使不加反向電壓也沒有光電流．這表明，當低于這個頻率時，沒有光電子從金屬表面逸出，不能發(fā)生光電效應．不同的金屬的截止頻_．④光效應具有瞬時性．光照射到金屬表面時，光電子的發(fā)射幾乎_______的，不需要時間的積累．（3）愛因斯坦光電效應方程光的電磁理論不能解釋光電效應現象，愛因斯坦在普朗克能量量子化的基礎上提出了光子說．①光子說傳的光的能量不連續(xù)的份一份的份做一個光子子的能量為ε______，中h是普朗克常量，其值為

J·s.②光電效應方程_____________.中h為入射光的能量E為光電子的最大初動能，是屬的逸出功E：電子的最大初動能．③光子說成功的解釋的光電效應現象：a.逸功電子從金屬中逸出需做功________叫做該金屬的逸出功所以光電子從金屬中逸出需要有最小的能量，最小的光的頻率．能使某種金屬發(fā)生光電效應的________頻叫做該金屬的截止頻(叫極限頻率因為不同金屬的逸出功不同，所以不同的金屬對應著不同的極限頻率．b.發(fā)光電效應時，對一定頻率的光，光電子有最大的初動能，使光電流減小到零的反向電壓即為遏止電壓．c.光越強，光子數目越多，逸出的光電子數目越多，飽和電流也越大．d.只光的頻率達到極限頻率可以產生光電效應與光強無關且需要時間積累．康頓應光電效應和康普頓效應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_________之外還具_____________．光波二性物波(1)光波粒二象性：光的干涉、衍射、偏振現象證明光具_________性．光電效應說明光具有__________性具有波動性有粒子性光___________性．/

（2）粒子的波動性：法國的物學_提出了實物粒子也具有波動性，即每一個運動的粒子都與一個對應的波相聯系光跟光波一樣遵從相同的物理規(guī)律，這種與實物粒子相聯系的波后來為_____________波，也叫做________________波．①物波的波長：任何一個運動著的物體，小到微觀粒子大到宏觀物體都有一種h波與它對應，其波長λ＝，為運動物體的動量為朗克常量．p②物波的實驗驗證子束光衍射圖樣證實了運動的電子具有_______來陸續(xù)證實了質子、中子子分的________宏觀物體的波動性無法觀察到．(3)概率波:所謂率波運動單個粒子所到達的位置不確定在點附近出觀的概率的大小可以由波動規(guī)律支配而在宏觀上導致了如衍射圖樣涉圖樣光的干涉現象是大量光子的運動遵守波動規(guī)律的表現，亮條紋是光子到達概率____________的地方，暗條紋是子到達概_的地方，因此從光子的概念上看光波是一種概率波于電子和其它的微觀粒子由同樣具有波粒二象性，所以與它們相聯系的物質波也是概率波．【關鍵能力突破】1.黑輻【1關于黑體輻的實驗規(guī)律敘述正確的有（）A．隨著溫度的升高，各種波長輻射強度都有增加B．隨著溫度的升高，輻射強度極大值向波長較短的方向移動C．黑體熱輻射的強度與波長無D．為了解釋黑體輻射規(guī)律，康頓提出了電磁輻射的能量是量子化的光效規(guī)【2在利用光電管研究光電效應的實驗中，入射光照到某金屬表面上發(fā)生電效應，若入射光的強度減弱，而頻率保持不變，那么（）A.從光照射到金屬表面到發(fā)射出電子之間的時間間隔將明顯增加B.飽和光電流將會減弱C.遏止電壓將會減小/

00D.有可能不再發(fā)生光電效應【3用頻率為但度不同的甲乙兩種光做光電效應實驗現光電流與電壓的關系如圖所示圖可知（選填甲或乙的強度大，已知普朗克常量為h，照射金屬的逸出功為

W則電子的最大初動能為．【4如圖所示，用某種頻率的單色光a照光電管陰極K，電流計G的針發(fā)生偏轉，而用另一頻率的單色光b照光電管陰極時電流計指針不發(fā)生偏轉么光頻率________b光頻率(選填“大于于”或“小于”若加b的強________(選填“會”或“不會”)使電流計G的指發(fā)生偏轉．對的粒象、質波理【5關于物質的粒二象性，下列說法中正確的()A．不僅光子具有波粒二象性，切運動的微粒都具有波粒二象性B．運動的微觀粒子與光子一樣當它們通過一個小孔時，都沒有特定的運動軌道C．波動性和粒子性，在宏觀現中是矛盾的、對立的，但在微觀高速運動的現象中是統一的D．實物的運動有特定的軌道，以實物不具有波粒二象性【6下列說法中確的(A.電子束的衍射實驗證明了電子波動性B.宏觀物體的波動性我們不易觀到的原因是因為其波長太小C.電子有波動性，質量較大的中和質子沒有波動性D.速度相等的電子和質子，電子波長大【學科素養(yǎng)提升】（2020江南京、鹽城二模考）美國物理學家阿瑟·阿什金利用光的力量來操縱細胞獲得2018年貝爾物理學獎，原來光在接觸物體后，會對其產生力的作用，這個來自光的微小作用可以讓微小的物體（如細胞生無損移動這就是光鑷技術。在光鑷系統中，光路的精細控制非常重要。下列說法正確的是（）A．光鑷技術利用光的粒子性B．光鑷技術利用光的波動性/

C．紅色激光光子能量大于綠色光光子能量D．紅色激光光子能量小于綠色光光子能量2.江常州一模選關于黑體輻射圖像，下列判斷正確的是（）A．＜＜＜3B．＞＞＞3C．測量某黑體輻射強度最強的的波長可以得知其溫度D．測量某黑體任一波長的光的射強度可以得知其溫度3.（2020江蘇通、泰州、揚州等七市二模聯考）氫原子能級圖如圖所示，巴耳末線系是氫原子從n≧3的各能級躍遷至n=2能級時輻射光的譜線，則巴耳末線系中波長最長的譜線對應光子的能量為eV氫原子從n=4能躍遷至n=2能時，輻射光照射陰極為金屬鉀的光電管，鉀的逸出功為2.25eV，遏止電壓=。4.（2019江單科）在“焊接視網膜的眼科手術中，所用激光的波=6.4×10，每個激光脈沖的能量E=1.5×10J求每個脈沖中的光子數目知朗克常量h=6.63×10J·s，光速m/s計算結果保留一位有效數字）【基礎綜合訓練】1．下列描繪兩種溫度下黑體輻強度與波長關系的圖中，符合黑體輻射規(guī)律的)2．下列有關黑體輻射和光電效的說法中正確的是（）A．在黑體輻射中，隨著溫度的高，輻射強度極大值的光向頻率較低的方向移動/

B．在光電效應現象中，入射光強度越大，光電子的最大初動能越大C．用一束綠光照射某金屬，能生光電效應，現把這束綠光遮住一半，仍然可發(fā)生光電效應D．在光電效應現象中，極限頻越大的金屬材料逸出功越大3．如是某金屬在光的照射下產生的光電子的最大初動能E與入射光頻率ν的系圖象．則可知)A．該金屬的逸出功等于

EB．該金屬的逸出功等于hνC．入射光的頻率為2ν時，產生的光電子的最大初動能為ED．入射光的頻率為

v時產生的光電子的大初動能為24.

已知銫的極限頻率4.545×10Hz鈉的極限頻率為6.000×10，銀的極限頻率為1.153×10Hz極頻率為1.529×10Hz波長為0.375的照射它們時，可發(fā)生光電效應的物質是（）A．銫B．鈉C．銀．鉑5.如一個電子的德布羅意波長和一個中子的相等的以下物理量也相等）A．速度B．動能C．動量D總能量【應用創(chuàng)新訓練】1．關微觀粒子波粒二象性的認識，正確的是（）A．因實物粒子具有波動性，故軌跡類同波浪線B．由概率波的知識可知，因微粒子落在哪個位置不能確定，所以粒子沒有確定的軌跡C．只有光子具有波粒二象性，他運動的微粒不具有波粒二象性D．光的干涉、衍射現象說明光有波動性，光電效應說明光具有粒子性2．關于光電效應，下列說法正的是（）A對任何一種金屬都有一個最大波長”射光的波長必須小于這個波長才能產生光電效應B．在光電效應現象中，光電子最大初動能和照射光的頻率成正比/

C用頻率為ν的光照射發(fā)生光效應改頻率小于ν光照射一定不發(fā)生光電效應D對某種金屬只入射光的強度足夠大會發(fā)生光電效應3．如圖當鍵斷時用子能量為2.5eV的束光照射陰極，發(fā)現電流表讀數不為零。合上電鍵，調節(jié)滑線變阻器當壓表讀數小于0.60V表讀數仍不為零；當電壓表讀數大于或等于0.60V時流表讀數為零此可知陰極材料的逸出功為（）A.1.9eVB.0.6eVC.2.5eVD.3.1eV4.研光電效應的電路如圖所示頻率相同度不同的光分別照射密封真空管的鈉極板（陰極K板射出的光電子被陽極吸，在電路中形成光電流列光電流I與A之的電壓U的系象中，正確的是（）5．、兩光子的能量之比為2:l，它們都能使某種金屬發(fā)生光電效應，且所產生的光電子最大初動能分別為、E。A、種光子的動量之比和該金屬的逸出功．參考答案/

【必備知識梳理】黑輻(1)黑體：是指能夠完全(2)黑體輻射的實驗規(guī)律：

吸收

入射的各種波長的電磁波而不發(fā)生反的體．①一般材料的物體射的電磁波除與溫度關外與材料的面情況有關．

種類

及表②黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體的溫有．隨著溫度的升高，各種波長的輻射強度都短的向移動．.能子

增強．著溫度的升高，輻射度的極大值向波長較為解釋黑體輻射規(guī)律1900年朗克提出了能量

量子化假．普克認為，帶電微粒輻射或者吸收能量時，只能輻射或吸收某個

最小能量值的整數倍即能量的輻射或者吸只能是一份一份的個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電磁波的頻率h稱普朗克常量h×10·s．光效（1光電效應：在光的照射下金屬中的電子從金屬表面逸出的現象，叫做光電效應，發(fā)射出來的電子叫做（2光電效應規(guī)律

光電子，成的電流稱光

電流．①存著飽和電流照件變的情況下光電管所加正向電壓的增大，光電流增大，但最終光電流趨于一個定值，不再隨正向電壓的增大而增大，這個穩(wěn)定的光電流稱飽電路圖如圖所示和電流的強度隨入射光強度的增大而增．②存在遏止電壓．光電管兩加反向電壓時，使光電流為零的向電壓，稱為遏止電壓電圖如圖所示反向遏止電壓的存在意味著光電子具有最大的初動能實驗表明對于一定率的光止電壓都是一樣的光無關，與頻率有關．頻率越大，遏止電壓越大．意味著光子的最大初動能與入射光的強度無，只隨入射光的

頻率增大而增大．③存截止頻率．當入射光的頻率減小到某一數值時，即使不加反向電壓也沒有光電流．這表明，當低于這個頻率時，沒有光電子從金屬表面逸出，不能發(fā)生光電效應．不同的金屬的截止頻率

不同．④光效應具有瞬時性射金屬表面時子發(fā)射幾乎是瞬的不需要時間的積累．（3愛因斯坦光電效應方程/

0Kk00Kk0①光子說傳的光的能量不連續(xù)的份一份的份做一個光子子的能量為h，其中h是普朗克常量，其值為6.63

.②光電效應方程：

E﹣.中ν為射光的能量，E為電子的大初動能，是金屬的逸出功．：電子的最大初動能．③光子說成功的解釋的光電效應現象：.逸功子金屬中逸出所需做功的

最小值做金屬的逸出功以光電子從金屬中逸出需要有最小的能量，最小的光的頻率．能使某種金屬發(fā)生光電效應的

最小

頻率叫做該種金屬的截止頻率(又叫極限頻率)因為不同金屬的逸出功不同，所以不同的金屬對應著不同的極限頻率．康頓應光電效應和康普頓效應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還具有動．光波二性物波光波粒二象性：光的干涉、衍射、偏振現象證明光具有波性光電效說明光具有粒性既有動性具有粒子性為光的波粒二象性（2粒的波動性法國的物理學家德羅意提了實物粒子也具有波動性即每一個運動的粒子都與一個對應的波相聯系光跟光波一樣遵從相同的物理規(guī)律，這種與實物粒子相聯系的波后來稱為物波也叫做德羅意波②物波的實驗驗證束衍射圖樣證實了運動的電子具有的波動性來陸續(xù)證實了質子、中子、原子、分子的波性．觀物體的波動性無法觀察到．概波所謂率波，運動的單個粒子所到達的位置不確定，但在某點附近出觀概率的大小可以由波動規(guī)律支配而在宏觀上導致了如衍射圖樣涉圖樣光的干涉現象是大量光子的運動遵守波動規(guī)律的表現，亮條紋是光子到達概率

大的地方暗條紋是光子到達概率低的地方因此從光子的概念上看光是一種概率波對電子和其它的微粒子于同樣具有波粒二象性所以與它們相聯系的物質波也是概率波．【關鍵能力突破】1.黑輻【1答【解析】黑體輻射的強度與溫度有關，溫度越高，黑體輻射的強度越大．故A正；隨著溫度的升高體射強度的極值向波長較短的方向移動正確隨著溫度的升高，黑體輻射強度的極大值向波長較短的方向移動熱輻射的強度與波長有關錯；為了解釋黑體輻射規(guī)律，普朗克提出電磁輻射的能量是量子化的，故D錯誤．光電應律/

00Km00Km【2】【答B(yǎng)【解析光電效應產生的條件是射光的頻率大于金屬的極限頻率發(fā)光電效應時入射光的強度越大則則單位時間逸出的光電子的數目將增加射光的頻率越大則光電子的最大初動能越大，則遏止電壓越發(fā)生光電效應時，若入射光的強度減弱，而頻率保持不變光射到金屬表面到發(fā)射出光電子之間的時間間隔將保持不變A錯；入射光的強度減弱則位時間逸出的光電子的數目將減小則飽和光電流將會減弱選項正；根據遏止壓的表達式

遏

12

m

，光的頻率不變，則最大初動能不變，則遏止電壓不變，選項C錯；因為光電效應取決于光的頻率，故仍能發(fā)生光電效應，選D錯誤；故選B.【3答案】甲﹣【解析】光強度越強，則光子數目越多，對應的光電流越大，即可判定甲光的強度較大；由光電效應方程

12

2﹣，知，電子的最大初動能=hvW【4答案】大于不會【解析】產生電效應的條件是照射金屬的光子頻率大于或等于金屬的極限頻率，由題意可知單色光射光電管陰極K能使電流計的指針發(fā)生偏轉說明發(fā)生了光電效應，且電路完好，而單色光照射光電管陰極時電流計的指針不發(fā)生偏轉，即此時不能產生光電效應光率大于光率發(fā)光電效應現象照光頻率有關，與光的強度無關，因此加b光強度同樣不會使電流計G的針發(fā)生偏轉．對的粒象、質波理【5答案ABC【解析】德布意在愛因斯坦光子說的基礎上提出物質波的概念，認為一切運動的物體都具有波粒二象性，故A正確、錯誤；運動的微觀粒子與光子一樣，當它們通過一個小孔時沒特定的運動軌道故B正確波性和粒子性在觀現象中是矛盾的對立的，但在微觀高速運動的現象中是統一的，故C正確．【6】【答【解析】衍射現象是波特有的性質，所以電子束的衍射實驗證明了電子的波動性正確；宏觀物體的波動性我們不易觀察到的原因是因為其波長太小正切物都有物質波，C錯；速度相等的電子和質子，電子的動量??；根據物質波的波長公式

h

可知，電子的波長長，正確。/

pkHααHHαα0k0000k0k0kpkHααHHαα0k0000k0k0kk【學科素養(yǎng)提升】1.【案】

小于

2∶1h【解析動量與動能的關系＝＜p＝2pλ＝知∶λ＝p∶＝∶1。2.

【答案】

hcλ

1∶2cc【解析由題意可知h＝WE＝2h－＝光子的動量與其波長成反比，λλλ所以兩種光子動量之比為1∶2。【案】×1016hc【解析】光子能量ε＝，子數目＝，代入數據得n≈×10λε【案】B【解析】黑體輻射規(guī)律為：溫度升高，輻射強度I增，的大值向波長短的方向偏移，故B選正確?！净A綜合訓練】1．【案】A【解析】黑體輻射規(guī)律：隨著溫度的升高，一方面，各種波長的輻射強度都有增加，另一方面，輻射強度的極大值向波長較短的方向移動A圖確。2．【案】【解析】黑體輻射的強度與溫度有關，溫度越高輻射的強度越大，并且黑體輻射強度的極大值向波長較短、頻率較高的方向移動，故A錯；在光電效應中，光電子的最大初動能與入射光的頻率有關，而入射光越強，光電流的飽和值越大B錯；光電效應的條件是入射光的頻率大于金屬的極限頻率，與入射光的強度無關，故C正；逸出功W=hv，知極限頻率越大，逸出功越大，故D正．3．【案】ABC【解析】