高考物理二轮复习【专题18】近代物理初步(讲)(原卷版).pdf
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1、2015 年高三二轮复习讲练测之讲案【新课标版物理】 专题 18 近代物理初步 考向 01 光电效应波粒二象性 1. 讲高考 (1)考纲要求 知道什么是光电效应,理解光电效应的实验规律;会利用光电效应方程计算逸出功、极限频 率、最大初动能等物理量;知道光的波粒二象性,知道物质波的概念 (2)命题规律 光电效应现象、实验规律和光电效应方程,光的波粒二象性和德布罗意波是理解的难点,也 是考查的热点,一般以选择题形式出现,光电效应方程可能会以填空题或计算题形式出现。 案例 1 【2014上海卷】在光电效应的实验结果中,与光的波动理论不矛盾 的是 ( ) (A)光电效应是瞬时发生的(B)所有金属都存在
2、极限频率 (C)光电流随着入射光增强而变大(D)入射光频率越大,光电子最大初动能越大 案例 2(多选 )【2014广东卷】在光电效应实验中,用频率为 的光照射光电管阴极,发生 了光电效应,下列说法正确的是() A.增大入射光强度,光电流增大 B.减小入射光的强度,光电效应现象消失 C.改用频率小于 的光照射,一定不发生光电效应 D.改用频率大于 的光照射,光电子的最大初动能变大 案例 3 ( 2013 北京卷) 以往我们认识的光电效应是单光子光电效应,即一个电子极短时间内 能吸收到一个光子而从金属表面逸出。强激光的出现丰富了人们对于光电效应的认识,用强 激光照射金属,由于其光子密度极大,一个电
3、子在短时间内吸收多个光子成为可能,从而形 成多光子电效应,这已被实验证实。光电效应实验装置示意如图。用频率为v 的普通光源照 射阴极 k,没有发生光电效应,换同样频率为v 的强激光照射阴极k,则发生了光电效应;此 时,若加上反向电压U,即将阴极k 接电源正极,阳极A 接电源负极,在k、A 之间就形成了 使光电子减速的电场,逐渐增大U,光电流会逐渐减小;当光电流恰好减小到零时,所加反向 电压 U 可能是下列的(其中W 为逸出功, h 为普朗克常量,e 为电子电量)() A. e h UB. e W e h U 2 C.U=2hv-W D. e W e h U 2 5 2. 讲基础 (1)光电效应
4、 光电效应规律 (a) 每种金属都有一个极限频率 (b) 光子的最大初动能与入射光的强度无关,只随入射光的频率增大而增大 (c) 光照射到金属表面时,光电子的发射几乎是瞬时的 (d) 光电流的强度与入射光的强度成正比 (2) 爱因斯坦光电效应方程 光电效应方程:EkhW0. 遏止电压:使光电流减小到零的反向电压Uc. 截止频率: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) 不同的金属对应着不同的极限频率 逸出功:电子从金属中逸出所需做功的最小值,叫做该金属的逸出功 (2) 光的波粒二象性 光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有波动性 光电效应说明光具有粒子性 光既具
5、有波动性,又具有粒子性,称为光的波粒二象性 (3) 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 p h 3. 讲典例 案例1【2014?北京市朝阳区高三年级第一学期期中统一考试】根据爱因斯坦的光子说, 光子能量E 等于( h 为普朗克常量,c 为真空中的光速, 光为在真空中的波长) () A c hB h c C hD h 【趁热打铁】 (多选)【2014 河北衡水中学高三下期二调】一单色光照到某金属表面时,有光 电子从金属表面逸出,下列说法中正确的是(填入正确选项前的字母。选对1 个给 3 分,选 对 2 个给 4 分,选对3 个给 6 分;每选错1 个
6、扣 3 分,最低得分为0 分) 。 A只增大入射光的频率,金属逸出功将减小 B只延长入射光照射时间,光电子的最大初动能将不变 C只增大入射光的频率,光电子的最大初动能将增大 D只增大入射光的频率,光电子逸出所经历的时间将缩短 E只增大入射光的强度,单位时间内逸出的光电子数目将增多 案例2 (多选)【2014 江苏省苏、锡、常、镇四市高三教学情况调研】如图所示,电路中所 有元件完好,当光照射到光电管上时,灵敏电流计中没有电流通过,可能的原因是 A入射光强度较弱B入射光波长太长C光照射时间太短D电 源正负极接反 【趁热打铁】 【2014 河北唐山市高三摸底】 (5 分)某同学在研究某金属的光电效应
7、现象时, 发现该金属逸出光电子的最大初动能与入射光频率的关系如图所示。若图线在两坐标轴上的 截距分别为a 和b,由图线可以得到普朗克常数的数值为;单位为。 若入射光的频率为该金属截止频率的2 倍,则逸出的光电子的最大初动能为J。 4. 讲方法 (1) 由 Ek图象可以得到的信息: 极限频率:图线与轴交点的横坐标c. 逸出功:图线与Ek轴交点的纵坐标的值E=W0. 普朗克常量:图线的斜率k=h. (2) 光电效应中两条线索 线索一:通过频率分析:光子频率高光子能量大产生光电子的最大初动能大。 线索二:通过光的强度分析:入射光强度大光子数目多产生的光电子多光电流大。 (3) 对光的波粒二象性、物质
8、波的考查 光既有波动性,又有粒子性,两者不是孤立的,而是有机的统一体,其表现规律为: 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 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,越不 容易看到光的干涉和衍射现象,贯穿本领越强 光在传播过程中往往表现出波动性;在与物质发生作用时,往往表现为粒子性 由光子的能量E=h, 光子的动量 h p表达式也可以看出, 光的波动性和粒子性并不矛盾: 表示粒子性的粒子能量和动量的计算式中都含有表示波的特征的物理量频率和波长 。由以上两式和波速公式c=还可以得出:E=pc。 5. 讲易错 【题目】【2013 江
9、苏省盐城中学高三第三次模拟考试】(4 分)如图所示的实验电路,当用黄 光照射光电管中的碱金属涂层时,毫安表的指针发生了偏转若将电路中的滑动变阻器的滑 片 P 向右移动到某一位置时,毫安表的读数恰好减小到零,此时电压表读数为U若此时增 加黄光照射的强度,则毫安表(选填 “ 有” 或“ 无” )示数若改用蓝光照射光电管中的金属 涂层,则毫安表(选填 “ 有” 或“ 无” )示数 考向 02 原子结构玻尔理论 1. 讲高考 (1)考纲要求 知道两种原子结构模型,会用玻尔理论解释氢原子光谱;掌握氢原子的能级公式并能结合能 级图求解原子的跃迁问题。 (2)命题规律 核式结构、玻尔理论、能级公式、原子跃迁
10、条件在选做题部分出现的几率将会增加,可能单 独命题,也可能与其它知识联合出题 案例 1 【2014山东卷】氢原子能级如图,当氢原子从n=3 跃迁到 n=2 的能级时,辐射光的 波长为 656nm。以下判断正确的是。 (双选,填正确答案标号) a氢原子从n= 2跃迁到 n=1 的能级时,辐射光的波长大于656nm b用波长为325nm 的光照射,可使氢原子从n=1 跃迁到 n=2 能级 c一群处于n=3 能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生3 种谱线 d用波长为633nm 的光照射,不能使氢原子从n=2 跃迁到 n=3 的能级 案例 2 (2013 天津卷) 下列说法正确的是() A.原子核发生
11、衰变时要遵守电荷守恒和质量守恒的规律 B.射线、 射线、 射线都是高速运动的带电粒子流 C.氢原子从激发态向基态跃迁只能辐射特定频率的光子 D.发生光电效应时光电子的动能只与入射光的强度有关 案例 3 (2013 江苏卷) 根据玻尔原子结构理论,氦离子(He+)的能级图如图所示。电子 处在 n =3轨道上比处在n =5轨道上离氦核的距离(选填“近”或“远”)。当大量 He+ 处在 n =4的激发态时,由于跃迁所发射的谱线有条。 2. 讲基础 (1) 原子的核式结构 卢瑟福的原子核式结构模型 在原子的中心有一个很小的核,叫原子核,原子的所有正电荷和几乎所有质量都集中在原子 核里,带负电的电子在核
12、外绕核旋转 原子核的尺度:原子核直径的数量级为10 15 m,原子直径的数量级约为 10 10 m. (2) 玻尔理论 定态:原子只能处于一系列不连续的能量状态中,在这些能量状态中原子是稳定的,电子 虽然绕核运动,但并不向外辐射能量 跃迁:原子从一种定态跃迁到另一种定态时,它辐射或吸收一定频率的光子,光子的能量 由这两个定态的能量差决定,即hEmEn.(h是普朗克常量,h6.63 10 34 J ?s) 轨道:原子的不同能量状态跟电子在不同的圆周轨道绕核运动相对应原子的定态是不连 续的,因此电子的可能轨道也是不连续的。 (3) 氢原子的能级、能级公式 氢原子的能级图 氢原子的能级公式: 2 1
13、 n E En (n=1,2,3 , ,),其中E1为基态能量, 其数值为E1=13.6 eV。 氢原子的半径公式: 1 2 rnrn (n=1,2,3 ,, ) ,其中r1为基态半径,其数值为r1=0.53 10 10 m。 3. 讲典例 案例 1【 2013 重庆市高三诊】研究光电效应时,已经知道金属钠的逸出功为2.29eV,现 有一系列处于n=4 能级的氢原子,用它在跃迁过程中发出的光照射金属钠,氢原子的能级结 构图如图所示,则下列说法中正确的是:() A跃迁过程中将释放5 种频率的光子 B跃迁过程中释放光子的最小能量为1.89eV C跃迁过程中释放光子的最大能量为13.6eV D跃迁过
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