2022年高考物理 波粒二象性讲义

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1、2022年高考物理 波粒二象性讲义温故自查一、光电效性1光电效应：照射到金属表面的光，能使金属中的电子从表面逸出的现象2. 3对光电效应规律的解释存在极限频率电子从金属表面逸出，首先须克服金属原子核的引力做功W，要使入射光子能量不小于W，对应的频率 ，即极限频率光电子的最大初动能随着入射光频率的增大而增大，与入射光强度无关.电子吸收光子能量后，一部分克服阻碍作用做功，剩余部分转化为光电子的 ，只有直接从金属表面飞出的光电子才具有最大初动能，对于确定的金属，W是一定的，故光电子的最大初动能只随入射光的频率增大而增大效应具有瞬时性光照射金属时，电子吸收一个光子的能量后，动能立即增大，不需要能量积累

2、的过程.初动能二、光的波粒二象性光的本性：光既具有波动性，又具有粒子性，即光具有波粒二象性考点精析一、光电效应中入射光强度、频率的影响情况1入射光频率决定光子能量决定光电子最大初动能2入射光强度决定单位时间内接收的光子数决定单位时间内发射的光电子数二、Ekm曲线1曲线(如图)2由曲线可以得到的物理量(1)极限频率：图线与轴交点的横坐标0.(2)逸出功：图线与Ekm轴交点的纵坐标的值W0E.(3)普朗克常量：图线的斜率kh.温故自查11858年德国物理学家 较早发现了气体导电时的辉光放电现象德国物理学家 研究辉光放电现象时认为这是从阴极发出的某种射线引起的所以他把这种未知射线称之为阴极射线普吕克

3、尔戈德斯坦2对于阴极射线的本质，有大量的科学家做出大量的科学研究，主要形成了两种观点(1)电磁波说：代表人物，认为这种射线的本质是一种电磁波的传播过程(2)粒子说：代表人物， 认为这种射线的本质是一种高速粒子流赫兹汤姆孙3美国物理学家密立根利用油滴实验测量出电子的电量密立根通过实验还发现，电荷具有量子化的特征即任何电荷只能是e的整数倍电子的质量：m kg，电子的电荷量：e C.9.110311.61019考点精析英国物理学家汤姆孙在研究阴极射线时发现了电子实验装置如下图所示从高压电场的阴极发出的阴极射线，穿过C1C2后沿直线打在荧光屏A上(1)当在平行极板上加一如图所示的电场，发现阴极射线打在

4、荧光屏上的位置向下偏，则可判定，阴极射线带有负电荷(2)为使阴极射线不发生偏转，则请思考可在平行极板区域采取什么措施在平行极板区域加一磁场，且磁场方向必须垂直纸面向外当满足条件qv0BqE时，则阴极射线不发生偏转则：v0 (3)如下图所示，根据带电的阴极射线在电场中的运动情况可知，其速度偏转角为：tan 又因为：tan且v0.则： 根据已知量，可求出阴极射线的比荷. 温故自查1汤姆孙通过对的研究发现电子，说明原子也是可分的2卢瑟福用粒子轰击金箔，发现 粒子穿过金箔后仍沿原方向前进， 的粒发生较大角度偏转，极少数发生大角度偏转， 达到180而反向弹回阴极射线绝大多数少数个别的3卢瑟福提出原子核式

5、结构学说：在原子的中心有一个很小的核，叫 它集中了原子的 和几乎全部 带负电的电子在核外绕核旋转从粒子散射实验可以估计出原子核的大小约为m.原子核全部正电荷质量1014考点精析1粒子散射实验(1)实验装置：如下图所示(2)实验条件：金属箔是由重金属原子组成，很薄，厚度接近单原子的直径全部设备装在真空环境中，因为粒子很容易使气体电离，在空气中只能前进几厘米显微镜可在底盘上旋转，可在360的范围内进行观察(3)实验结果：粒子穿过金箔后，绝大多数沿原方向前进，少数发生较大角度偏转，极少数偏转角度大于90，甚至被弹回粒子的大角度散射现象无法用汤姆孙的原子模型解释粒子散射实验的结果揭示了：原子内部绝大部

6、分是空的；原子内部有一个很小的“核”2原子的核式结构卢瑟福对粒子散射实验结果进行了分析，于1911年提出了原子的核式结构学说：在原子的中心有一个很小的核，叫做原子核，原子的全部正电荷和几乎所有的质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外空间里绕着核旋转，原子核所带的单位正电荷数等于核外电子数原子的直径大约是1010m，原子核的直径约为10151014m.3核式结构模型对粒子散射实验的解释(1)因为原子核很小，原子的大部分空间是空的，大部分粒子穿过金箔时离核很远，受到的库仑力很小，运动几乎不受影响，因而大部分粒子穿过金箔后，运动方向几乎不改变(2)只有少数粒子从原子核附近飞过，受到原子核的库仑力较

7、大，才发生较大角度的偏转.温故自查1光谱：复色光经过色散以后形成的彩色图案称为光谱2发射光谱：物体发光直接产生的光谱叫做发射光谱发射光谱有连续光谱和明线光谱两种连续光谱由炽热的固体、液体或高压气体所发出的光形成；明线光谱是稀薄气体或蒸气发出的光生成的原子的特征光谱为明线光谱，不同原子的明线光谱不同3吸收光谱：吸收光谱是温度很高的光源发出来的白光，通过温度较低的蒸气或气体后产生的太阳光谱为吸收光谱考点精析1巴尔末系公式 n3,4,5，每一个n值对应氢光谱的一条谱线R1.1107m1. 2卢瑟福的原子核式结构模型与经典电磁理论的矛盾主要有两点：按照经典电磁理论，电子在绕核做加速运动的过程中，要向外

8、辐射电磁波，因此能量要减少，电子轨道半径也要变小，最终会落到原子核上，因而原子是不稳定的；电子在转动过程中，随着转动半径的缩小，转动频率不断增大，辐射电磁波的频率不断变化，因而大量原子发光的光谱应该是连续光谱然而事实上，原子是稳定的，原子光谱也不是连续光谱而是线状光谱.温故自查1玻尔的原子模型：是以假说的形式提出来的，它包括以下三方面的内容：(1)轨道假设：即轨道是 的，只能是某些分立的值(2)定态假设：即不同的轨道对应着不同的 状态，这些状态中原子是稳定的，不向外辐射能量(3)跃迁假设：原子在不同的状态具有不同的，从一个定态向另一个定态跃迁时要或一定频率的光子，该光子的能量等于这两个状态的量

9、子化能量能量辐射吸收能级差2能级：在玻尔模型中，原子的可能状态是 的，因此各状态对应的能量也是 的这些能量值叫能级3基态与激发态：能量 状态叫做基态；其他能量状态叫激发态4光子的发射与吸收：原子由激发态向基态跃迁时发射出光子，由基态向激发态跃迁时要 光子光子的频率与能级的关系： .不连续不连续最低的吸收hEmEn考点精析1对原子跃迁条件的理解(1)原子从低能级向高能级跃迁：吸收一定能量的光子，当一个光子的能量满足hE末E初时，才能被某一个原子吸收，使原子从低能级E初向高能级E末跃迁，而当光子能量h大于或小于E末E初时都不能被原子吸收(2)原子从高能级向低能级跃迁，以光子的形式向外辐射能量，所辐

10、射的光子能量恰等于发生跃迁时的两能级间的能量差(3)当光子能量大于或等于13.6eV时，也可以被氢原子吸收，使氢原子电离；当氢原子吸收的光子能量大于13.6eV时，氢原子电离后，电子具有一定的初动能一群氢原子处于量子数为n的激发态时，可能辐射出的光谱线条数为 2氢原子的能级公式和轨道公式设基态轨道的半径为r1，量子数为n的激发态轨道半径为rn，则有：rnn2r1(n1,2,3)设基态能量为E1，量子数为n的激发态能量为En，则有：En (n1,2,3)对于氢原子而言，r10.531010m，E113.6eV温故自查1天然放射现象：某些元素 放射某些射线的现象称为天然放射现象，这些元素称 2三种

11、射线的本质：射线是 ，射线是 ，射线是 自发地放射性元素氦核流电子流电磁波考点精析贝克勒耳发现天然放射现象，揭开了人类研究原子核结构的序幕通过对天然放射现象的研究，人们发现原子序数大于83的所有天然存在的元素都有放射性，原子序数小于83的天然存在的元素有些也具有放射性，它们放射出来的射线共有三种，三种射线的本质和特征对比如下表：种类本质电离本领穿透本领速度射线He最强最弱(空气中几厘米或一张薄纸)约c/10射线e较弱很强(几毫米的铝板)接近光速射线光子最弱最强(几厘米的铅板)光速研究放射线的方法：在磁场中偏转(如下图1所示)根据 360，则在磁场中射线比射线偏转的更明显 图1图2在电场中偏转(

12、如图2所示)设与沿初速度方向前进相同的距离L，两者在电场方向上偏转的距离之比：可见在电场中射线比射线有较明显的偏转. 温故自查1定义：原子核自发地放出某种粒子而转变为新核的变化叫原子核的 2分类(1)衰变：同时放出射线(2)衰变：同时放出射线衰变3半衰期(1)定义：放射性元素的原子核 发生衰变需要的时间(2)半衰期的大小由放射性元素的原子核内部本身的因素决定，跟原子所处的 (如压强、温度等)或 (如单质或化合物)无关有半数物理状态化学状态4放射性同位素及应用(1)同位素有些原子的原子核电荷数 ，但质量数 ，这样一些具有相同核电荷数和不同中子数的原子互称为同位素(2)放射性同位素的应用放射性同位

13、素放出的射线应用于工业、探伤、农业、医疗等作示踪原子相同不同考点精析1三种衰变的实质(1)衰变：衰变的实质是其元素的原子核同时放出由两个质子和两个中子组成的粒子(即氦核)，每发生一次衰变，新元素与原元素比较，核电荷数减少2，质量数减少4，即，(2)衰变：衰变的实质是其元素的原子核内的一个中子变成质子时放射出一个电子，每发生一次衰变，新元素与原元素比较，核电荷数增加1，质量数不变，即(3)衰变：衰变是伴随着衰变或衰变同时发生的，衰变不改变原子核的电荷数和质量数其实质是放射性原子核在发生衰变或衰变时，产生的某些新核由于具有过多的能量(核处于激发态)而辐射出光子2原子核衰变时遵守三个守恒电荷数守恒、

14、质量数守恒和动量守恒3半衰期放射性衰变可理解为由不稳定原子核自发地放射粒子而变成另一原子核的过程，而且并非所有的原子核同时衰变成子核但无论谁先谁后，谁快谁慢，母核的数目将随时间而不断减少；半衰期就是指放射性元素的原子核半数发生衰变所需的时间，它反映着放射性物质衰变速率的大小，每种放射性元素都有一定的半衰期，是物质的核的属性，与外界条件无关半衰期的计算可用 通过取对数求解指数，并根据 关系推算出矿物的生成年代(最典型的是用矿石中铀铅比测定矿物寿命)核衰变生成的新物质质量m的计算式为m(M0M) 上式中M0为原来放射性物质总质量，M为剩余的尚未衰变的那部分放射性物质质量，A0为原放射性物质的原子量

15、，A为生成新物质的原子量.温故自查1核反应：在核物理学中，原子核在其他粒子的轰击下产生新 的过程2原子核的人工转变：用轰击靶核，产生另一种的方法原子核高能粒子新核(1)1919年卢瑟福用 轰击氮原子核，产生了氧的同位素，第一次实现了原子核的人工转变，并发现了质子，其核反应方程为(2)1932年查德威克用 轰击铍核，发现了中子其核反应方程为 (3)1934年约里奥居里夫妇用人工方法发现了放射性同位素，同时发现了正电子，其核反应方程为 粒子粒子考点精析1核反应的四种类型类型可控性核反应方程典例衰变衰变衰变自发 人工转变人工控制(卢瑟福发现质子)(查德威克发现中子)(约里奥居里夫妇发现放射性同位素，

16、同时发现正电子) 类型可控性核反应方程典例重核裂变比较容易进行人工控制轻核聚变除氢弹外无法控制2.书写原子核的核反应方程时应注意：(1)核反应方程一般都不是可逆的，所以核反应方程只能用单向箭头表示反应方向，不能用等号连接(2)核反应的生成物一定要以实验为基础，不能凭空只依据两个守恒规律杜撰出生成物来写核反应方程(3)核反应遵循质量数守恒而不是质量守恒，核反应方程中反应前后的总质量一般会发生变化(质量亏损)且释放出核能(4)当放射性物质发生连续衰变时，原子核中有的发生衰变，有的不发生衰变，同时伴随着辐射.温故自查1核力：之间的相互作用力叫核力，它是短程力2核能：由于原子核间存在核力，所以核子成原

17、子核或原子核分裂为核子时均伴随着巨大的能量变化，这种能量称为核能3质能方程：核子结合Emc2(Emc2)4质量亏损总是发生在系统向外辐射能量的情况下，系统能量减少了，质量自然也就减少了当系统的质量减少m时，系统的能量就减少了E，减少的能量向外辐射出去了减少的质量转化为光子的质量，减少的能量转化为光子的能量虽然光子的静止质量为零，但在光子的辐射过程中，具有能量Eh，所以运动的光子具有一定的质量光子运动的速度始终为c，Ehmc2，所以当一个光子的频率为时，它的质量为m .考点精析核能的计算方法1根据爱因斯坦质能方程列式计算，即Emc2(m的单位：kg)2根据1原子质量单位(u)相当于931.5兆电

18、子伏能量，则Em931.5MeV(m的单位：u,1u1.66061027kg).温故自查1重核的裂变：重核俘获一个中子后分裂成两个(或多个)中等质量核的反应过程，重核裂变的同时放出几个中子，并释放出核能如： 2轻核的聚变：某些轻核结合成质量较大的核的反应过程，同时释放出大量的核能要想使氘核和氚核结合成氦核，必须达到 的高温，因此聚变反应又叫 反应如：几百万度以上热核3裂变反应堆：又称核反应堆，简称反应堆反应堆主要由以下几部分组成： ； ； ； ； 核燃料减速剂控制棒冷却剂反射层考点精析1热核反应在宇宙中是很普遍的，太阳内部和许多恒星内部，温度高达107K以上，热核反应在那里激烈地进行着太阳每秒

19、钟辐射出来的能量约为3.81026J，就是热核反应产生的地球只接受了其中的二十二亿分之一，就使地面温暖，万物生长但是目前除了氢弹以外，人们还不能控制聚变反应，所以还无法和平利用聚变时释放的核能2热核反应和裂变反应相比，具有许多优越性首先，热核反应释放的能量，就相同质量的核燃料来讲，比裂变反应大再有，裂变时产生放射性物质，处理起来比较困难，热核反应在这方面的问题要简单得多第三，热核反应所用的燃料氘，在地球上的储量非常丰富，1L海水中大约有0.038g氘，如果用来进行热核反应，放出的能量和燃烧300L汽油相当因此，海水中的氘就是异常丰富的能源命题规律考查对光电效应规律的理解和爱因斯坦光电效应方程的

20、应用考例1用绿光照射一光电管，能产生光电效应，欲使光电子从阴极逸出时的最大初动能增大，应()A改用红光照射B增大绿光的强度C增大光电管上的加速电压D改用紫光照射解析根据爱因斯坦光电效应方程可知，光电子从阴极逸出时最大初动能为Ekm hW.改用红光照射，由于红光光子的频率比绿光的小，可能无法产生光电效应即使能产生，光电子从阴极逸出时的最大初动能也将减小故选项A错误增大绿光强度，仅能使每秒从阴极逸出的光电子数增加，不会改变光电子的最大初动能故选项B错误增大光电管上的加速电压，仅能增大光电子到达阳极板时的动能故选项C错误改用紫光照射，由于紫光光子的频率比绿光的大，才能使光电子逸出的最大初动能增大所以

21、选项D正确答案D总结评述根据爱因斯坦光电效应方程：hWEkm，逸出功W对某一金属而言是不变的，要想增大Ekm，只能增大入射光的频率研究光电效应规律的实验装置如图甲所示，以频率为1和2的两种光分别照射光电管阴极K时，都有光电子产生在光电管的两极K、A之间加反向电压时，光电子从阴极K发射出来后向阳极A做减速运动当电流表G读数为零时，电压表V的读数称为反向截止电压在光电管K、A之间加正向电压时，光电子从阴极K发射出来向阳极A做加速运动，当电流表G的读数为最大时，称为饱和光电流由电压表V和电流表G的读数，可画出两种光照射时光电管的伏安特性曲线如图乙所示以下说法正确的是()A两种光分别照射光电管时，阴极

22、K的极限频率不同B两种光分别照射光电管时，光电子从阴极K表面逸出时间的长短不同C两种光的频率不同D两种光的强度不同解析阴极K的极限频率由其材料决定，与入射光无关，A错；光电效应发生的时间极短，且时间的长短与入射光无关，B错；由图乙可知，两种光照射时，光电管的反向截止电压相同，则光电子的最大初动能全部用来克服电场力做功，由eU hW可知，这两种光实际是同频率的光，C错；频率相同的两束光照射，光的强度大则饱和光电流大，图乙显示饱和光电流不同，表示入射光强度不同，D正确答案D命题规律考查光的波粒二象性的理解、物质波的理解考例2人类对光的本性的认识经历了曲折的过程下列关于光的本性的陈述正确的是()A牛

23、顿的“微粒说”与爱因斯坦的“光子说”本质上是一样的B任何一个运动着物体，都具有波动性C麦克斯韦预言了光是一种电磁波D光波是概率波解析牛顿的“微粒说”是牛顿所描绘的那种遵循经典力学规律的机械微粒，与“光子说”不同，故选项A错任何一个运动着的物体，都具有波动性，这种波叫做物质波，故选项B对光子在空间各点出现的概率，可以用波动规律来描述，即光波是概率波，选项D对答案为BCD.答案BCD物理学家做了一个有趣的实验：在双缝干涉实验中，在光屏处放上照相底片，若减弱光电流的强度，使光子只能一个一个地通过狭缝，实验结果表明，如果曝光时间不太长，底片上只出现一些不规则的点子；如果曝光时间足够长，底片上就会出现规

24、则的干涉条纹，对这个实验结果有下列认识，正确的是()A曝光时间不长时，出现不规则的点子，表现出光的波动性B单个光子通过双缝后的落点无法预测C干涉条纹中明亮的部分是光子到达机会较多的地方D只有大量光子的行为才能表现出光的粒子性解析由于光波是一种概率波，故B、C正确A中的现象说明了光的粒子性，个别光子的行为才通常表现出粒子性，故A、D错误答案BC命题规律考查粒子散射实验条件、实验现象、实验结论考例3在粒子散射实验中，粒子穿过某一金属原子核附近的示意图，如图所示，A、B、C分别位于两个等势面上，则以下说法中正确的是()A粒子在A处的速度比在B处的速度小B粒子在B处的速度最大C粒子在A、C两处的速度大

25、小相等D粒子在B处的速度比在C处的速度要小解析从A到B，电场力做负功，粒子的速度减小，从B到C，电场力做正功，粒子的速度增大，所以选项A、B错，D正确由于A、C处于同一等势面上，根据动能定理得粒子在A、C两处的速度大小相等，所以选项C也正确答案CD卢瑟福的原子核式结构理论的主要内容有()A原子的中心有个核叫原子核B原子的正电荷均匀分布在整个原子中C原子全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里D带负电的电子在核外绕着核旋转解析卢瑟福的原子核式结构结论的主要内容是：在原子的中心有一个很小的核，叫做原子核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外空间里绕核旋转，由此可见B选

26、项错，A、C、D选项正确答案ACD解析卢瑟福的原子核式结构结论的主要内容是：在原子的中心有一个很小的核，叫做原子核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外空间里绕核旋转，由此可见B选项错，A、C、D选项正确答案ACD命题规律考查对玻尔理论的理解和氢原子跃迁、电离能量的计算考例4(xx全国卷)氢原子的部分能级如图所示已知可见光的光子能量在1.62eV到3.11eV之间由此可推知，氢原子()A从高能级向n1能级跃迁时发出的光的波长比可见光的短B从高能级向n2能级跃迁时发出的光均为可见光C从高能级向n3能级跃迁时发出的光的频率比可见光的高D从n3能级向n2能级跃迁时发出的

27、光为可见光解析从高能级向n1能级跃迁的过程中辐射出的最小光子能量为10.20eV，不在1.62eV到3.11eV之间，A对；已知可见光子能量在1.62eV到3.11eV之间，从高能级向n2能级跃迁时发出的光的能量小于或等于3.40eV，B错；从高能级向n3能级跃迁时发出的光的频率小于或等于1.51eV，C错；从n3能级跃迁到n2能级的过程中释放的光的能量等于1.89eV，介于1.62eV到3.11eV之间，所以是可见光，D对答案AD(xx全国卷)氦氖激光器能产生三种波长的激光，其中两种波长分别为10.6328m，23.39m.已知波长为1的激光是氖原子在能级间隔为E11.96eV的两个能级之间

28、跃迁产生的用E2表示产生波长为2的激光所对应的跃迁的能级间隔，则E2的近似值为()A10.50eVB0.98eVC0.53eV D0.36eV答案D命题规律考查原子核发生衰变，衰变的次数及反应方程的书写考例5本题中用大写字母代表原子核E经衰变成为F，再经衰变变成为G，再经衰变变成为H.上述系列衰变可记为：另一系列衰变记为：已知P是F的同位素，则() AQ是G的同位素，R是H的同位素BR是E的同位素，S是F的同位素CR是G的同位素，S是H的同位素DQ是E的同位素，R是F的同位素解析由题意P是F的同位素，设它们的核电荷数为Z，质量分别为A、A，又原子核每发生一次衰变，核的质量数减少4，电荷数少2；

29、每发生一次衰变，质量数不变，电荷数增加1，则题中衰变关系可写为：故由上述衰变关系可知R是E的同位素、S是F的同位素，答案是B.答案B(xx浙江宁波)原子核A发生衰变后变为原子核X，原子核B发生衰变后变为原子核Y，已知原子核A和原子核B的中子数相同，则核X和Y的中子数和a、b、c、d的关系可能是()AX的中子数比Y少1BX的中子数比Y少3C如果ad2，则bc3D如果ad2，则bc1解析核反应分别为 其中原子核A的中子数为(a4)(b2)ab2，原子核B的中子数为d(c1)dc1，两者相同ab2dc1，即ab1dc，而X的中子数为ab，Y的中子数为dc，(dc)(ab)1，A对，B错；因ad1bc

30、，C对，D错，故选A、C.答案AC命题规律考查质能方程的应用及与力、电磁的综合应用考例6(xx山东)历史上第一次利用加速器实现的核反应，是用加速后动能为0.5MeV的质子H轰击静止的X，生成两个动能为8.9MeV的He.(1MeV1.61013J)上述核反应的方程为_质量亏损为_kg.(xx江苏)在衰变中常伴有一种称为“中微子”的粒子放出中微子的性质十分特别，因此在实验中很难探测，1953年，莱尼斯和柯文建造了一个由大水槽和探测器组成的实验系统，利用中微子与水中H的核反应，间接地证实了中微子的存在(1)中微子与水中的H发生核反应，产生中子和正电子即中微子可以判定，中微子的质量数和电荷数分别是_

31、(填写选项前的字母)A0和0 B0和1C1和0 D1和1 (2)上述核反应产生的正电子与水中的电子相遇，与电子形成几乎静止的整体后，可以转变为两个光子()，即 已知正电子和电子的质量都为9.11031kg，反应中产生的每个光子的能量约为_J正电子与电子相遇不可能只转变为一个光子，原因是_(3)试通过分析比较，具有相同动能的中子和电子的物质波波长的大小解析(1)由核反应中质量数守恒和电荷数守恒可知A正确(2)由能量守恒有2E2mec2，所以Emec29.11031(3.0108)2J8.21014J.反应过程中动量守恒且总动量为零(3)粒子的动量p 物质波的波长由mnme，知pnpe，则ne.答案(1)A(2)8.21014遵循动量守恒(3)ne