1、阶段提升课第四章知识体系思维导图考点整合素养提升【核心素养物理观念】考点 波粒二象性1.量子的概念:(1)热辐射和能量子:=h。(2)波粒二象性:电磁波、光,既有波动性又有粒子性。微观粒子,既有粒子性又有波动性。2.波粒二象性:3.关于“波粒二象性”的关键词的转化【典例1】在中子衍射技术中,常利用热中子研究晶体的结构,因为热中子的德布罗意波波长与晶体中原子间距相近,已知中子质量m=1.6710-27 kg,普朗克常量h=6.6310-34 Js,可以估算出德布罗意波波长=1.8210-10 m的热中子的动量的数量级可能是()A.10-17 kgm/sB.10-18 kgm/sC.10-20 k
2、gm/sD.10-24 kgm/s【解析】选D。本题考查德布罗意波。根据德布罗意波波长公式=得:p=kgm/s=3.610-24 kgm/s,可见,热中子的动量的数量级是10-24 kgm/s。【素养评价】1.X射线是一种高频电磁波,若X射线在真空中的波长为,以h表示普朗克常量,c表示真空中的光速,求X射线每个光子的能量E和动量p。【解析】根据E=h,=,c=可得,X射线每个光子的能量为E=,每个光子的动量为p=。答案:2.如果一个中子和一个质量为10 g的子弹都以1103 m/s的速度运动,则它们的德布罗意波的波长分别是多长?(中子的质量为1.6710-27 kg)【解析】中子的动量为:p1
3、=m1v,子弹的动量为:p2=m2v,据=知中子和子弹的德布罗意波波长分别为:1=联立以上各式解得:1=将m1=1.6710-27 kg,v=1103 m/s,h=6.6310-34 Js,m2=1.010-2 kg代入上面两式可解得:1=4.010-10 m,2=6.6310-35 m。答案:4.010-10 m6.6310-35 m【加固训练】电子和光一样具有波动性和粒子性,它表现出波动的性质,就像X射线穿过晶体时会产生衍射一样,这一类物质粒子的波动叫物质波。质量为m的电子以速度v运动时,这种物质波的波长可表示为=,电子质量m=9.110-31 kg,电子电荷量e=1.610-19 C,普
4、朗克常量h=6.6310-34 Js。(1)计算具有100 eV动能的电子的动量p和波长。(2)若一个静止的电子经2 500 V电压加速,求能量和这个电子动能相同的光子的波长,并求该光子的波长和这个电子的波长之比。【解析】(1)根据Ek=mv2及p=mv得,p=kgm/s5.410-24 kgm/s,=m1.210-10 m。(2)由=E=2 500 eV=4.010-16 J得光子波长=m=4.9710-10 m,电子的动量p=mv=kgm/s2.710-23 kgm/s,电子波长=2.510-11 m,则=201。答案:(1)5.410-24 kgm/s1.210-10 m(2)5.011
5、010 m201【核心素养科学思维】考点 公式和图像相结合分析光电效应1.几个物理观念的对比分析:2.利用光电效应规律解题应明确两点:(1)光电流强度。光电效应规律中“光电流的强度”指的是光电流的饱和值(对应从阴极发射出的电子全部被拉向阳极的状态)。因为光电流未达到饱和值之前,其大小不仅与入射光的强度有关,还与光电管两极间的电压有关,只有在光电流达到饱和值以后才和入射光的强度成正比。(2)两个决定关系:逸出功W0一定时,入射光的频率决定着能否产生光电效应以及光电子的最大初动能。入射光的频率一定时,入射光的强度决定着单位时间内发射出来的光电子数。3.光电效应中的关键词转化:【典例2】(多选)爱因
6、斯坦成功地解释了光电效应现象,提出了光子说,关于与光电效应有关的四个图像如图所示,下列说法正确的是()A.如图1装置,如果先让锌板带负电,再用紫外线照射锌板,则验电器的张角可能变小B.根据图2可知,黄光越强,光电流越大,说明光子的能量与光强有关C.由图3可知2为该金属的截止频率D.由图4可知,E等于该金属的逸出功【解析】选A、C、D。如果先让锌板带负电,验电器由于带负电,张开一定的张角,当紫外线照射锌板时,产生光电子,则验电器的张角变小,故A正确;黄光越强,光子数越多,产生光电子越多,光电流越大,但光子的能量与光强无关,故B错误;根据:Ekm=h-W0=eUc解得:Uc=(-c)由图3可知2为
7、该金属的截止频率,故C正确;根据光电效应方程Ek=h-W0,当=0时,可得:Ek=-W0由图像知纵轴截距-E,所以有:W0=E,即该金属的逸出功为E,故D正确。【加固训练】1.(多选)如图所示是研究光电效应的电路,阴极K和阳极A是密封在真空玻璃管中的两个电极,K在受到光照射时能够发射光电子。阳极A吸收阴极K发出的光电子,在电路中形成光电流。如果用单色光a照射阴极K,电流表的指针发生偏转;用单色光b照射光电管阴极K时,电流表的指针不发生偏转。下列说法正确的是()A.a光的波长一定小于b光的波长B.只增加a光的强度可使通过电流表的电流增大C.只增加a光的强度可使逸出的光电子最大初动能变大D.阴极材
8、料的逸出功与入射光的频率有关【解析】选A、B。用a光照射,探测到了光电流,说明发生了光电效应,而用b光照射,未探测到光电流,说明没有发生光电效应,所以ab,即ab,A正确;增加a光的强度,会使单位时间内逸出的光电子数量增大,引起光电流增大,即电流表示数增大,B正确;光的强度与光的频率无关,所以只增加a光的强度,不能增大光电子的最大初动能,C错误;逸出功由金属的原子结构决定,与入射光无关,D错误。2.(1)研究光电效应的电路如图所示。用频率相同、强度不同的光分别照射密封真空管的钠极板(阴极K),钠极板发射出的光电子被阳极A吸收,在电路中形成光电流。下列光电流I与A、K之间的电压UAK的关系图像中
9、,正确的是_。(2)钠金属中的电子吸收光子的能量,从金属表面逸出,这就是光电子。光电子从金属表面逸出的过程中,其动量的大小_(选填“增大”“减小”或“不变”),原因是_。【解析】(1)由于光的频率一定,它们的截止电压相同,A、B不正确。光越强,电流越大,C正确。(2)由于光电子受到金属表面层中力的阻碍作用(或需要克服逸出功),光电子的动量变小。答案:(1)C(2)减小 光电子受到金属表面层中力的阻碍作用(或需要克服逸出功)3.用波长为2.010-7 m的紫外线照射钨的表面,释放出来的光电子中最大的动能是4.710-19 J。由此可知,钨的极限频率是(普朗克常量h=6.6310-34 Js,光速c=3.0108 m/s,结果取两位有效数字)()A.5.51014 HzB.7.91014 HzC.9.81014 HzD.1.21015 Hz【解析】选B。由光电效应方程Ek=h-W逸,可得W逸=h-Ek,而W逸=h0,=,所以钨的极限频率0=7.91014 Hz,故选B。