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1、
第十七章 波粒二象性
章末復(fù)習(xí)課
【知識(shí)體系】
主題1 光電效應(yīng)及光電效應(yīng)方程
1.有關(guān)光電效應(yīng)的問題主要有兩個(gè)方面,一是關(guān)于光電效應(yīng)現(xiàn)象中有關(guān)規(guī)律的判斷,二是應(yīng)用光電效應(yīng)方程進(jìn)行簡單的計(jì)算.處理該類問題關(guān)鍵是掌握光電效應(yīng)的規(guī)律,明確各物理量之間的決定關(guān)系.
2.光電效應(yīng)的規(guī)律是:①截止頻率ν0,是能使金屬發(fā)生光電效應(yīng)的最低頻率,這也是判斷能否發(fā)生光電效應(yīng)的依據(jù).若ν<ν0,無論多強(qiáng)的光照射時(shí),都不能發(fā)生光電效應(yīng);②最大初動(dòng)能Ek,與入射光的頻率和金屬的逸出功有關(guān),與光強(qiáng)無關(guān);③飽和光電流與光的強(qiáng)度有關(guān),在入射光頻率不變的情況下,光強(qiáng)正比于單位時(shí)間內(nèi)照射到金屬表面單位
2、面積上的光子數(shù).
3.光電子的最大初動(dòng)能跟入射光的能量hν、金屬逸出功W0的關(guān)系為光電效應(yīng)方程,表達(dá)式為Ek=hν-W0,反映了光電效應(yīng)現(xiàn)象中的能量轉(zhuǎn)化和守恒.
【典例1】 關(guān)于光電效應(yīng)的規(guī)律,下列說法不正確的是( )
A.當(dāng)某種色光照射金屬表面時(shí),能產(chǎn)生光電效應(yīng),則入射光的頻率越高,產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能越大
B.當(dāng)某種色光照射金屬表面時(shí)能產(chǎn)生光電效應(yīng),則入射光的強(qiáng)度越大產(chǎn)生的光電子數(shù)越多
C.對(duì)某金屬,入射光波長必須小于一極限波長,才能產(chǎn)生光電效應(yīng)
D.同一頻率的光照射不同金屬,如果都能產(chǎn)生光電效應(yīng),則逸出功越大的金屬產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能也越大
解析:由愛因斯坦光電效
3、應(yīng)方程Ek=hν-W0可知,入射光頻率ν越高,Ek值越大,故A項(xiàng)正確;當(dāng)某種色光照射金屬表面能產(chǎn)生光電子,入射光強(qiáng)度越大,單位時(shí)間照射到金屬單位面積上的光子數(shù)就越多,光子與光電子是一對(duì)一的關(guān)系,因而產(chǎn)生的光電子數(shù)越多,故B項(xiàng)正確;產(chǎn)生光電效應(yīng)的條件是入射光的頻率大于金屬極限頻率,所以入射光波長必須小于一極限波長,才能產(chǎn)生光電效應(yīng),故C項(xiàng)正確;不同金屬W0不一樣,由Ek=hν-W0知,同頻率的光照射時(shí),逸出功W0大的金屬,光電子的最大初動(dòng)能小,所以D項(xiàng)錯(cuò)誤.
答案:D
針對(duì)訓(xùn)練
1.(多選)由愛因斯坦光電效應(yīng)方程可以畫出光電子的最大初動(dòng)能和入射光的頻率的關(guān)系,如圖所示,以下說法正確的是(
4、 )
A.νc表示截止頻率
B.W0的絕對(duì)值等于逸出功
C.直線的斜率表示普朗克常量h的大小
D.圖線表明最大初動(dòng)能與入射光頻率成正比
解析:由愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek=hν-W0可知,當(dāng)Ek=0時(shí),νc=即為某金屬的截止頻率;當(dāng)ν=0時(shí),Ek=-W0,可見W0的絕對(duì)值就是該金屬對(duì)應(yīng)的逸出功;而該直線的斜率tan α==h即為普朗克常量.故選項(xiàng)A、B、C正確.
答案:ABC
主題2 波粒二象性
1.大量光子產(chǎn)生的效果顯示出波動(dòng)性,比如干涉、衍射現(xiàn)象中,如果用強(qiáng)光照射,在光屏上立刻出現(xiàn)了干涉、衍射條紋,波動(dòng)性體現(xiàn)了出來;個(gè)別光子產(chǎn)生的效果顯示出粒子性.如果用微弱的光照射,在屏
5、上就只能觀察到一些分布毫無規(guī)律的光點(diǎn),粒子性充分體現(xiàn);但是如果微弱的光在照射時(shí)間加長的情況下,在感光底片上的光點(diǎn)分布又會(huì)出現(xiàn)一定的規(guī)律性,傾向于干涉、衍射的分布規(guī)律.這些實(shí)驗(yàn)為人們認(rèn)識(shí)光的波粒二象性提供了良好的依據(jù).
2.光子和電子、質(zhì)子等實(shí)物粒子一樣,具有能量和動(dòng)量.和其他物質(zhì)相互作用時(shí),粒子性起主導(dǎo)作用.
3.光子的能量與其對(duì)應(yīng)的頻率成正比,而頻率是波動(dòng)性特征的物理量,因此ε=hν揭示了光的粒子性和波動(dòng)性之間的密切聯(lián)系.
4.對(duì)不同頻率的光,頻率低、波長長的光,波動(dòng)性特征顯著;而頻率高、波長短的光,粒子性特征顯著.
5.光在傳播時(shí)體現(xiàn)出波動(dòng)性,在與其他物質(zhì)相互作用時(shí)體現(xiàn)出粒子性.
6、
6.處理光的波粒二象性的關(guān)鍵是正確理解其二象性,搞清光波是一種概率波.
【典例2】 關(guān)于光的波粒二象性的說法中,正確的是( )
A.一束傳播的光,有的光是波,有的光是粒子
B.光波與機(jī)械波是同種波
C.光的波動(dòng)性是由光子間的相互作用而形成的
D.光是一種波,同時(shí)也是一種粒子,光子說并未否定電磁說,在光子能量ε=hν中,仍表現(xiàn)出波的特性
解析:光是一種波,同時(shí)也是一種粒子,光具有波粒二象性,當(dāng)光和物質(zhì)作用時(shí),是“一份一份”的,表現(xiàn)出粒子性;單個(gè)光子通過雙縫后的落點(diǎn)無法預(yù)測(cè),但大量光子通過雙縫后在空間各點(diǎn)出現(xiàn)的可能性可以用波動(dòng)規(guī)律描述.
答案:D
針對(duì)訓(xùn)練
2.(多選)對(duì)光的
7、認(rèn)識(shí),以下說法中正確的是( )
A.個(gè)別光子的行為表現(xiàn)出粒子性,大量光子的行為表現(xiàn)出波動(dòng)性
B.光的波動(dòng)性是光子本身的一種屬性,不是光子之間的相互作用引起的
C.光表現(xiàn)出波動(dòng)性時(shí),就不具有粒子性了;光表現(xiàn)出粒子性時(shí),就不再具有波動(dòng)性了
D.光的波粒二象性應(yīng)理解為:在某種場(chǎng)合下光的波動(dòng)性表現(xiàn)得明顯,在另外某種場(chǎng)合下,光的粒子性表現(xiàn)明顯
解析:個(gè)別光子的行為表現(xiàn)為粒子性,大量光子的行為表現(xiàn)為波動(dòng)性;光與物質(zhì)相互作用,表現(xiàn)為粒子性,光的傳播表現(xiàn)為波動(dòng)性,光的波動(dòng)性與粒子性都是光的本質(zhì)屬性,光的粒子性表現(xiàn)明顯時(shí)仍具有波動(dòng)性,因?yàn)榇罅苛W拥膫€(gè)別行為呈現(xiàn)出波動(dòng)規(guī)律,故正確選項(xiàng)有A、B、D.
8、答案:ABD
統(tǒng)攬考情
本章內(nèi)容定性要求的多,定量計(jì)算的少,高考一般重點(diǎn)是考查:①光子能量的理解;②光電效應(yīng)現(xiàn)象及光電效應(yīng)方程的理解;③光的波粒二象性以及物質(zhì)波的理解,多以選擇題形式出現(xiàn).
盡管高考試題的難度不大,但對(duì)知識(shí)的掌握必須做到系統(tǒng)化、條理化.
真題例析
(2016全國Ⅰ卷)(多選)現(xiàn)用某一光電管進(jìn)行光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn),當(dāng)用某一頻率的光入射時(shí),有光電流產(chǎn)生.下列說法正確的是( )
A.保持入射光的頻率不變,入射光的光強(qiáng)變大,飽和光電流變大
B.入射光的頻率變高,飽和光電流變大
C.入射光的頻率變高,光電子的最大初動(dòng)能變大
D.保持入射光的光強(qiáng)不變,不斷減小入射光的頻率
9、,始終有光電流產(chǎn)生
E.遏止電壓的大小與入射光的頻率有關(guān),與入射光的光強(qiáng)無關(guān)
解析:保持入射光的頻率不變,入射光的光強(qiáng)變大,單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子個(gè)數(shù)增加,則飽和光電流變大,故A正確.飽和光電流的大小與入射光的頻率無直接關(guān)系,故B錯(cuò).由Ek=hν-W,可知C正確.當(dāng)入射光的頻率小于金屬的極限頻率時(shí),光電效應(yīng)不能發(fā)生,故D錯(cuò).由eU=mv2=hν-W,得eU=hν-W,可見遏止電壓U隨ν的增大而增大,與入射光的光強(qiáng)無關(guān),故E正確.
答案:ACE
針對(duì)訓(xùn)練
(2015課標(biāo)全國Ⅱ卷)(多選)實(shí)物粒子和光都具有波粒二象性.下列事實(shí)中突出體現(xiàn)波動(dòng)性的是( )
A.電子束通過雙縫實(shí)驗(yàn)裝置后可
10、以形成干涉圖樣
B.β射線在云室中穿過會(huì)留下清晰的徑跡
C.人們利用慢中子衍射來研究晶體的結(jié)構(gòu)
D.人們利用電子顯微鏡觀測(cè)物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)
E.光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中,光電子的最大初動(dòng)能與入射光的頻率有關(guān),與入射光的強(qiáng)度無關(guān)
解析:電子束通過雙縫實(shí)驗(yàn)后可以形成干涉圖樣,可以說明電子是一種波,故A正確;β射線在云室中穿過會(huì)留下清晰的徑跡,可以說明β射線是一種粒子,故B錯(cuò)誤;人們利用慢中子衍射來研究晶體的結(jié)構(gòu),中子衍射說明中子是一種波,故C正確;人們利用電子顯微鏡觀測(cè)物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu),利用了電子的干涉現(xiàn)象,說明電子是一種波,故D正確;光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中,光電子的最大初動(dòng)能與入射光的頻率有關(guān),與入射光的強(qiáng)
11、度無關(guān),說明光是一種粒子,故E錯(cuò)誤.
答案:ACD
1.(2017全國卷Ⅲ)(多選)在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中,分別用頻率為νa、νb的單色光a、b照射到同種金屬上,測(cè)得相應(yīng)的遏止電壓分別為Ua和Ub、光電子的最大初動(dòng)能分別為Eka和Ekb.h為普朗克常量.下列說法正確的是( )
A.若νa>νb,則一定有Ua<Ub
B.若νa>νb,則一定有Eka>Ekb
C.若Ua<Ub,則一定有Eka<Ekb
D.若νa>νb,則一定有hνa-Eka>hνb-Ekb
解析:由愛因斯坦光電效應(yīng)方程hν=Ekm+W0,由動(dòng)能定理可得Ekm=eU,故當(dāng)νa>νb時(shí),Ua>Ub,Eka>Ekb,故A錯(cuò)
12、誤,B正確;若Ua<Ub,則一定有Eka<Ekb,故C正確;由光電效應(yīng)方程可得:金屬的逸出功W0=hνa-Eka=hνb-Ekb,故D錯(cuò)誤.
答案:BC
2.(2017北京卷)2017年年初,我國研制的“大連光源”——極紫外自由電子激光裝置,發(fā)出了波長在100 nm(1 nm=10-9 m)附近連續(xù)可調(diào)的世界上首個(gè)最強(qiáng)的極紫外激光脈沖,大連光源因其光子的能量大、密度高,可在能源利用、光刻技術(shù)、霧霾治理等領(lǐng)域的研究中發(fā)揮重要作用。一個(gè)處于極紫外波段的光子所具有的能量可以電離一個(gè)分子,但又不會(huì)把分子打碎。據(jù)此判斷,能夠電離一個(gè)分子的能量約為(取普朗克常量h=6.610-34 Js,真空光速c=
13、3108 m/s)( )
A.10-21 J B.10-18 J
C.10-15 J D.10-12 J
解析:能夠電離一個(gè)分子的能量即為一個(gè)極紫外波段的光子所具有的能量,E=hν=h=6.610-34 J≈210-18 J,B選項(xiàng)正確.
答案:B
3.(2017海南卷)(多選)三束單色光1、2和3的波長分別為λ1、λ2和λ3(λ1>λ2>λ3),分別用這三束光照射同一種金屬.已知用光束2照射時(shí),恰能產(chǎn)生光電子,下列說法正確的是( )
A.用光束1照射時(shí),不能產(chǎn)生光電子
B.用光束3照射時(shí),不能產(chǎn)生光電子
C.用光束2照射時(shí),光越強(qiáng),單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的光電子數(shù)目越
14、多
D.用光束2照射時(shí),光越強(qiáng),產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能越大
解析:依據(jù)波長與頻率的關(guān)系:λ=,因λ1>λ2>λ3,那么ν1<ν2<ν3;由于用光束2照射時(shí),恰能產(chǎn)生光電子,因此用光束1照射時(shí),不能產(chǎn)生電子,而光束3照射時(shí),一定能產(chǎn)生光電子,故A正確,B錯(cuò)誤;用光束2照射時(shí),光越強(qiáng),單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的光電子數(shù)目越多,而由光電效應(yīng)方程:Ekm=hν-W,可知,光電子的最大初動(dòng)能與光的強(qiáng)弱無關(guān),故C正確,D錯(cuò)誤,故選AC.
答案:AC
4.(多選)如圖所示,這是一個(gè)研究光電效應(yīng)的電路圖,下列敘述中正確的是( )
A.只調(diào)換電源的極性,移動(dòng)滑片P,當(dāng)電流表示數(shù)為零時(shí),電壓表示數(shù)為遏止電
15、壓U0的數(shù)值
B.保持光照條件不變,滑片P向右滑動(dòng)的過程中,電流表示數(shù)將一直增大
C.不改變光束顏色和電路,增大入射光束強(qiáng)度,電流表示數(shù)會(huì)增大
D.陰極K需要預(yù)熱,光束照射后需要一定的時(shí)間才會(huì)有光電流
解析:當(dāng)只調(diào)換電源的極性時(shí),電子從K到A減速運(yùn)動(dòng),到A恰好速度為零時(shí)對(duì)應(yīng)電壓為遏止電壓,所以A項(xiàng)正確;當(dāng)其他條件不變,P向右滑動(dòng),加在光電管兩端的電壓增加,光電子運(yùn)動(dòng)更快,由I=,得電流表讀數(shù)變大,B項(xiàng)正確;只改變光束強(qiáng)度時(shí),單位時(shí)間內(nèi)光電子數(shù)變多,電流表示數(shù)變大,C項(xiàng)正確;因?yàn)楣怆娦?yīng)的發(fā)生是瞬間的,陰極K不需要預(yù)熱,所以D項(xiàng)錯(cuò).
答案:ABC
6EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F375