2019高中物理 第十七章 波粒二象性章末小结学案 新人教版选修3-5.doc

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1、1第十七章第十七章 波粒二象性波粒二象性章章 末末 小小 结结Error!波 粒 二 象 性一、应用光电效应方程解题的方法光电效应方程表达式为EkhW0。其中，Ekmev2为光电子的最大初动能，W0为逸出功。1 2光电效应方程表明，光电子最大初动能与入射光的频率呈线性关系，与光强无关。只有当hW0时，才有光电子逸出，c就是光电效应的截止频率。W0 h(1)常见物理量的求解物理量求解方法最大初动能EkEkhW0，c 遏止电压UceUcEkmUcEkm e截止频率ccW0 h(2)应用光电效应规律解题应当明确光电效应规律中“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

2、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。明确两个决定关系a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。b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。典例 1 (多选)(湖北武钢三中、武汉三中、省实验中学 20152016 学年高二下学期联考)用如图甲所示的电路研究光电效应中光电流强度与照射光的强弱、频率等物理量的关系。图中A、K两极间的电压大小可调，直流电源的正负极也可以对调。分别用2a、b、c三束单色光照射，调节A、K间的电压U，得到

3、光电流I与电压U的关系如图乙所示。由图可知( ABC )A单色光b的频率大于a的频率B单色光a和c的光子能量相同，但a光强度更强些C单色光a的遏止电压小于单色光b的遏止电压D随着电压的增大，光电流不断增大解题指导：两条线索：(1)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。(2)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。解析：由图乙可知，单色光b照射后遏止电压较大，根据EkmeUc知，b光照射后产生的光电子最大初动能较大，根据光电效应方程EkmhW0得，b光的频率大于a光的频率，故 A 正确，C 正确；a、c两光照射后遏止电压相同，知产生的光电子最大初动能

4、相等，可知a、c两光的频率相等，光子能量相等，由于a光的饱和电流较大，则a光的强度较大，故 B 正确；随着正向电压的增大，光电流增大，增大到一定程度，电流达到饱和，不再增大，故 D 错误。故选 A、B、C。二、光的波粒二象性1大量光子产生的效果显示出波动性，比如干涉、衍射现象中，如果用强光照射，在光屏上立刻出现了干涉、衍射条纹，波动性体现了出来；个别光子产生的效果显示出粒子性。如果用微弱的光照射，在屏上就只能观察到一些分布毫无规律的光点，粒子性充分体现；但是如果微弱的光在照射时间加长的情况下，在感光底片上的光点分布又会出现一定的规律性，倾向于干涉、衍射的分布规律。这些实验为人们认识光的波粒二象

5、性提供了良好的依据。2光子和电子、质子等实物粒子一样，具有能量和动量。和其他物质相互作用时，粒子性起主导作用。3光子的能量与其对应的频率成正比，而频率是波动性特征的物理量，因此Eh，揭示了光的粒子性和波动性之间的密切联系。4对不同频率的光，频率低、波长长的光，波动性特征显著；而频率高、波长短的光，粒子性特征显著。5光在传播时体现出波动性，在与其他物质相互作用时体现出粒子性。处理光的波粒3二象性问题的关键是正确理解其二象性，搞清光波是一种概率波。典例 2 (多选)下列叙述的情况正确的是( CD )A光的粒子性说明每个光子就像一个极小的球体B光波是与橡皮绳形成的绳波相似的波C光具有粒子性，它和其他

6、物质作用是“一份一份”进行的D光子在空间各点出现的可能性大小(概率)，可以用波动的规律来描述解题指导：光具有波粒二象性，但不是宏观的粒子和波，在相互作用时表现的粒子性显著，在传播时表现的波动性显著。解析：光具有粒子性，但是不同于宏观的物体，即说明每个光子不像一个极小的球体，所以 A 错误；光具有波动性，但是光波不同于橡皮绳形成的绳波，即 B 错误；光具有粒子性，它和其他物质作用是“一份一份”进行的，即 C 正确；光在传播的过程中，光子在空间各点出现的可能性大小(概率)，可以用波动的规律来描述，即 D 正确。从历年高考试题看，有关本章内容的考题多以选择、填空的形式出现，难度不大，均属基本题。其中

7、命题率较高的知识点是光电效应。一、考题探析例题 (2018全国卷，17)用波长为 300nm 的光照射锌板，电子逸出锌板表面的最大初动能为 1.281019J。已知普朗克常量为 6.631034Js，真空中的光速为 3.00108ms1。能使锌产生光电效应的单色光的最低频率约为( B )A11014Hz B81014HzC21015Hz D81015Hz解析：设单色光的最低频率为0，由EkhW知Ekh1W,0h0W，又知1c 整理得0，解得081014Hz。c Ek h二、临场练兵一、选择题(1 题为单选题，2 题为多选题)1(2017北京卷，18)2017 年年初，我国研制的“大连光源”极紫

8、外自由电子激光装置，发出了波长在 100 nm(1 nm109 m)附近连续可调的世界上最强的极紫外激光脉冲， “大连光源”因其光子的能量大、密度高，可在能源利用、光刻技术、雾霾治理等领域的研究中发挥重要作用。一个处于极紫外波段的光子所具有的能量可以电离一个分子，但又不会把分子打碎。据此判断，能够电离一个分子的能量约为(取普朗克常量h6.61034 Js，真空光速4c3108 m/s)( B )A1021 J B1018 JC1015 J D1012 J解析：一个处于极紫外波段的光子所具有的能量Ehh6.61034c J1018 J，选项 B 正确。3 108 1072(2017全国卷，19)

9、在光电效应实验中，分别用频率为a、b的单色光a、b照射到同种金属上，测得相应的遏止电压分别为Ua和Ub、光电子的最大初动能分别为Eka和Ekb。h为普朗克常量。下列说法正确的是( BC )A若ab，则一定有Uab，则一定有EkaEkbC若Uab，则一定有haEkahbEkb解析：光电效应中遏止电压与最大初动能之间的关系为eUEk，根据光电效应方程可知EkhW0，若 ab，则EkaEkb，UaUb，选项 A 错误，选项 B 正确；若UaW0判断，钠、钾、铷能发生光电效应。第十七章第十七章 学业质量标准检测学业质量标准检测本卷分第卷(选择题)和第卷(非选择题)两部分。满分 100 分，时间 90

10、分钟。第卷(选择题 共 40 分)6一、选择题(共 10 小题，每小题 4 分，共 40 分，在每小题给出的四个选项中，第16 小题只有一个选项符合题目要求，第 710 小题有多个选项符合题目要求，全部选对的得 4 分，选不全的得 2 分，有选错或不答的得 0 分)1下列各种波属于概率波的是( D )A声波 B无线电波C机械波 D物质波解析：任一运动的物体均有一种物质波与之对应，且这种物质波也具有概率波的规律。概率波与机械波和电磁波的本质不同。故 D 正确。2(云南玉溪一中 20162017 学年高二下学期期中)下列描绘两种温度下黑体辐射强度与波长关系的图中，符合黑体辐射实验规律的是( A )

11、解析：由黑体实验规律知温度越高，辐射越强，且最大强度向波长小的方向移动，A对，B、C、D 错。3(黑龙江大庆一中 20152016 学年高二下学期检测)下列说法不正确的是( D )A黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关B光波是一种概率波C实物粒子也具有波动性D光电效应现象说明光具有粒子性而康普顿效应现象说明光具有波动性解析：根据黑体辐射规律：黑体辐射电磁波的强度，按波长的分布，只与黑体的温度有关，故 A 正确；光具有波粒二象性，是一种概率波，故 B 正确；由德布罗意波可知，实物粒子也具有波动性，故 C 正确；光电效应与康普顿效应，揭示了光的粒子性的一面，故D 不正确；本题选择不正

12、确的，故选 D。4康普顿效应，下列说法正确的是( C )A康普顿效应证明光具有波动性B康普顿在研究石墨对 X 射线的散射时发现，在散射的 X 射线中，有些波长变短了C康普顿在研究石墨对 X 射线的散射时发现，在散射的 X 射线中，有些波长变长了D康普顿效应可用经典电磁理论进行解释解析：康普顿效应揭示了光具有粒子性，故 A 错误；在康普顿效应中，当入射光子与晶体中的电子碰撞时，把一部分动量转移给电子，则动量减小，根据 ，知波长变长，h p7故 B 错误，C 正确；光电效应和康普顿效应都无法用经典电磁理论进行解释，D 错误；故选 C。5一个质量为m、电荷量为q的带电粒子，由静止开始经加速电场加速后

13、(加速电压为U)，该粒子的德布罗意波长为( C )A Bh 2mqUh 2mqUC Dh 2mqU2mqUhmqU解析：设加速后的速度为v，由动能定理得：qUmv21 2所以v2qU m由德布罗意波长公式： h phm2qU mh 2mqU2mqU6(哈尔滨六中 20162017 学年高二下学期期中)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的关系图象中，正确的是( C )解析：虽然入射光强度不同，但光的频率相同，所以遏止电压相同；又因当入射光强时，单位时间

14、逸出的光电子多，饱和光电流大，所以选 C。7从光的波粒二象性出发，下列说法正确的是( BD )A光是高速运动的微观粒子，每个光子都具有波粒二象性B光的频率越高，光子的能量越大C在光的干涉中，暗条纹的地方是光子不会到达的地方8D在光的干涉中，亮条纹的地方是光子到达概率最大的地方解析：光具有波粒二象性，光的频率越高，光子的能量越大，A 错，B 正确。在干涉条纹中亮纹是光子到达概率大的地方，暗纹是光子到达概率小的地方，C 错，D 正确。8(湖北省孝感市八校 2018 届高三上学期期末联考)在研究光电效应的实验中，两个实验小组用相同频率的单色光，分别照射锌和银的表面，结果都能发生光电效应，则下列判断正

15、确的是( AC )A 光电子的最大初动能不同B饱和光电流一定不同C因为材料不同逸出功不同，所以遏止电压UC不同D分别用不同频率的光照射之后绘制UC图像的斜率可能不同解析：锌和银的逸出功不同，根据光电效应方程EkmhW0得，相同的频率，不同的逸出功，则光电子的最大初动能也不同，故 A 正确；虽然光的频率相同，但光强不确定，所以单位时间逸出的光电子数可能相同，则饱和光电流可能相同，故 B 错误；根据光电效应方程有 UChW0，根据能量守恒定律得：eUCEKm，联立得：eUChW0，即UC，可知，入射光的频率相同，逸出功W0不同，则遏止电压UC也不同，故 C 正确。hW0 e由UC，可知，UC图象的

16、斜率 k 常数，所以两个光电管的Uc图象的h eW0 eh e斜率一定相同，故 D 错误。9(湖北武钢三中、武汉三中、省实验中学 20152016 学年高二下学期联考)在某次光电效应实验中，得到的遏止电压Uc与入射光的频率的关系如图所示，若该直线的斜率和纵截距分别为k和b，电子电荷量的绝对值为e，则( BC )A普朗克常量可表示为k eB若更换材料再实验，得到的图线的k不改变，b改变C所用材料的逸出功可表示为ebDb由入射光决定，与所用材料无关解析：根据光电效应方程EkmhW0，以及EkmeUc得：Uc，图线的斜率h eW0 ek ，解得普朗克常量hke，故 A 错误；纵轴截距的绝对值b，解得

17、逸出功h eW0 e9W0eb，故 C 正确；b等于逸出功与电荷电量的比值，而逸出功与材料有关，则b与材料有关，故 D 错误；更换材料再实验，由于逸出功变化，可知图线的斜率不变，纵轴截距改变，故 B 正确。10(宜昌市葛州坝中学 20152016 学年高二下学期期中)用如图的装置研究光电效应现象，当用光子能量为 2.5eV 的光照射到光电管上时，电流表 G 的读数为 0.2mA。移动变阻器的触点c，当电压表的示数大于或等于 0.7V 时，电流表读数为 0。则( AC )A光电管阴极的逸出功为 1.8eVB电键 K 断开后，没有电流流过电流表 GC光电子的最大初动能为 0.7eVD改用能量为 1

18、.5eV 的光子照射，电流表 G 也有电流，但电流较小解析：该装置所加的电压为反向电压，当电压表的示数大于或等于 0.7V 时，电流表示数为 0，知道光电子的最大初动能为 0.7eV，根据光电效应方程EkmhW0，W01.8eV，故 A、C 正确；电键 K 断开后，用光子能量为 2.5eV 的光照射到光电管上时发生了光电效应，有光电子逸出，则有电流流过电流表，故 B 错误；改用能量为 1.5eV 的光子照射，由于光电子的能量小于逸出功，不能发生光电效应，无光电流，故D 错误。第卷(非选择题 共 60 分)二、填空题(共 2 小题，共 14 分。把答案直接填在横线上)11(6 分)(吉林省吉林二

19、中 20162017 学年高二下学期期中)如图所示，一静电计与锌板相连，在A处用一紫光灯照射锌板，关灯后，指针保持一定偏角。(1)现用一带负电的金属小球与锌板接触，则静电计指针偏角将_减小_。(填“增大” 、“减小”或“不变”)(2)使静电计指针回到零，再用相同强度的钠灯发出的黄光照射锌板，静电计指针无偏转，那么，若改用强度更大的红外线照射锌板，可观察到静电计指针_无_(填“有”或“无”)偏转。10解析：(1)锌板在紫外线照射下，发生光电效应现象，有光电子飞出，锌板带正电；将一带负电的金属球与锌板接触，将锌板上的正电荷中和一部分，锌板正电荷减少，则静电计指针偏角将减小。(2)要发生光电效应现象

20、，照射光的频率必须大于被照射金属的极限频率，而与照射光的强度无关。用黄光照射，静电计指针无偏转，即不能发生光电效应现象。当改用强度更大的红外线照射时，因为红外线的频率比黄光低，所以用红外线照射更不能发生光电效应现象，静电计指针无偏转。12(8 分)深沉的夜色中，在大海上航行的船舶依靠航标灯指引航道，如图所示是一个航标灯自动控制电路的示意图。电路中的光电管阴极 K 涂有可发生光电效应的金属。下表反映的是各种金属发生光电效应的极限频率和极限波长，又知可见光的波长在400770nm(1nm109m)。各种金属发生光电效应的极限频率和极限波长：金属铯钠锌银铂极限频率(Hz)4.54510146.000

21、10148.06510141.15310151.5291015极限波长(m)0.66000.50000.37200.26000.1962根据上图和所给出的数据，你认为：(1)光电管阴极 K 上应涂有金属_铯_；(2)控制电路中的开关 S 应和_b_(填“a”和“b”)接触；(3)工人在锻压机、冲床、钻床等机器上劳动时，稍有不慎就会把手压在里面，造成工伤事故。如果将上述控制电路中的电灯换成驱动这些机器工作的电机，这时电路中开关 S应和_a_接触，这样，当工人不慎将手伸入危险区域时，由于遮住了光线，光控继电器衔铁立即动作，使机床停止工作，避免事故发生。解析：(1)依题意知，可见光的波长范围为400

22、109770109m。而金属铯的波长为0.6600106m660109m，因此，光电管阴极 K 上应涂金属铯。(2)深沉的夜色中，线圈中无电流，衔铁与 b 接触，船舶依靠航标灯指引航道，所以控制电路中的开关 S 应和 b 接触。(3)若将上述控制电路中的电灯换成电机，在手遮住光线之前，电机应是正常工作的，11此时衔铁与 a 接触，所以电路中的开关 S 应和 a 接触。三、论述计算题(共 4 小题，共 46 分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，只写出最后答案不能得分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位)13(10 分)光子的动量p与能量E的关系为p 。静止的原子核放出一

23、个波长为E c的光子。已知普朗克常量为h, 光在真空中传播的速度为c，求：(1)质量为M的反冲核的速度为多少？(2)反冲核运动时物质波的波长是多少？答案：(1) (2)h M解析：(1)光子的动量为p，由动量守恒定律知反冲核的动量大小也为p。pMvh vh M(2)反冲核的物质波波长。h Mv14(11 分)如图所示表示黑体辐射强度随波长的变化图线。根据热辐射理论，辐射强度的极大值所对应的波长m与热力学温度之间存在如下关系：mT 2.90103mK。求：(1)T15000K 所对应的波长；(2)用T15000K 所对应波长的光照射逸出功为W04.54eV 的金属钨，能否发生光电效应？若能，逸出

24、光电子的最大初动能是多少？答案：(1)1.93107m (2)能 1.90eV解析：(1)由公式mT2.90103mK 得mm1.93107m2.90 103 T2.90 103 15000(2)波长m1.93107m 的光子能量EheV6.44eVhc m6.626 1034 3 108 1.93 107 1.6 101912因EW0，故能发生光电效应。由光电效应方程EkhW0，得Ek(6.444.54)eV1.90eV。15(12 分)(河北正定中学 20152016 学年高二下学期检测)如图所示，一光电管的阴极用极限波长05000的钠制成。用波长3000的紫外线照射阴极，光电管阳A。A。

25、极A和阴极K之间的电势差U2.1V，饱和光电流的值(当阴极K发射的电子全部到达阳极A时，电路中的电流达到最大值，称为饱和光电流)I0.56 A。(1)求每秒钟内由K极发射的光电子数目；(2)求电子到达A极时的最大动能；(3)如果电势差U不变，而照射光的强度增到原值的三倍，此时电子到达A极的最大动能是多大？(普朗克常量h6.631034Js)答案：(1)3.51012个 (2)6.011019J (3)6.011019J解析：(1)设每秒内发射的电子数为n，则：n3.51012(个)。It e0.56 106 1 1.6 1019(2)由光电效应方程可知：EkmhW0hhhc()c c 01 1

26、 0在AK间加电压U时，电子到达阳极时的动能为Ek，EkEkmeUhc()eU。1 1 0代入数值得：Ek6.011019J。(3)根据光电效应规律，光电子的最大初动能与入射光的强度无关。如果电压U不变，则电子到达A极的最大动能不会变。16(13 分)如图所示，擦得很亮的绝缘锌板A水平固定放置，其下方水平放有接地的铜板B，两板间距离为d，两板面积均为S，正对面积为S，且SS。当用弧光灯照射锌板上表面后，A、B板间一带电液滴恰好处于静止状态。试分析：13(1)液滴带何种电荷？(2)用弧光灯再照射A板上表面，滴液做何种运动？(3)要使液滴向下运动，应采取哪些措施？答案：(1)负电 (2)向上运动

27、(3)将B板向右平移解析：(1)锌板受弧光灯照射发生光电效应，有光电子从锌板A的上表面逸出，而使A板带正电荷，接地的铜板B由于静电感应而带负电，A、B板间形成方向向下的匀强电场，由液滴处于静止状态知qEmg，所以液滴带负电。(2)当再用弧光灯照射A板上表面时，光电效应继续发生，使A板所带正电荷增加，A、B板间场强增强，所以qEmg，使液滴向上运动。(3)要使液滴向下运动，即mgqE，mg和q不变，则必须使E变小。因A板电荷量Q不变，则当B板向右移动，增大两板正对面积时，电容增大，两板间电势差减小，而d不变，故场强E变小，qE0联立式得15v2v12v2或v1v2v11 22 315(12 分)

28、如图所示，阴极材料由铝制成，已知铝的逸出功为W0，现用波长为的光照射铝的表面，使之产生光电效应，已知电子的电量为e，普朗克常量为h，真空中光速为c。求：(1)光电子的最大初动能；(2)电压表示数至少为多大时电流表示数才为零；(3)若射出的具有最大初动能的光电子与一静止的电子发生正碰，则碰撞中两电子电势能增加的最大值是多少？答案：(1)hW0 (2) (3) (W0)c hc eW0 e1 2hc 解析：(1)最大初动能EkhW0c (2)电压表示数至少为eUcEkhW0c 解得：Uchc eW0 e(3)要使电势能最大，即二者为完全非弹性碰撞，设碰前速度为v，碰后二者共速为v，则：mv2hW0

29、1 2c mv02mvmv20E电 2mv21 21 2由解得：E电 (W0)1 2hc 16(13 分)(山西大学附中 20162017 学年高二下学期期中)如图所示，带有 光滑圆1 422弧的小车A的半径为R，静止在光滑水平面上。滑块C置于木板B的右端，A、B、C的质量均为m，A、B底面厚度相同。现B、C以相同的速度向右匀速运动，B与A碰后即粘连在一起，C恰好能沿A的圆弧轨道滑到与圆心等高处，求：(1)B、C一起匀速运动的速度为多少？(2)滑块C返回到A的底端时A、B整体和C的速度为多少？(3)滑块C返回到A的底端时C对A的压力为多少？答案：(1)v02 (2)v1，v2 (3)4mg3gR2 3gR35 3gR3解析：(1)设B、C的初速度为v0，A、B相碰过程中动量守恒，设碰后总体质量m，速度u，由mv0mu，m2m得uv0 2C滑到最高点的过程中：mv0mu(mm)umv/2mu2/2(mm)u2/2mgR2 0解得v023gR(2)C从底端滑到顶端再从顶端滑到底部的过程中，满足水平方向动量守恒、机械能守恒，有mv0mumv1mv2mv/2mu2/2mv/2mv/22 02 12 2解得：v1，v22 3gR35 3gR3(3)滑块C在A的底端时相对A向左运动(对地速度向右)，其相对A滑动的速度为Vxv1v2由圆周运动规律：FmgmV/R2x解得 F4mg