高中物理 第二章 波粒二象性章末復(fù)習(xí)課學(xué)案 粵教版選修35

1、第二章 波粒二象性章末復(fù)習(xí)課【知識(shí)體系】答案填寫0(w0為逸出功)hmvw0干涉衍射光電效應(yīng)康普頓效應(yīng)xp主題1光電效應(yīng)1光電效應(yīng)現(xiàn)象的判斷光電流的大小每秒入射的光子數(shù)2光電效應(yīng)方程光電效應(yīng)方程的實(shí)質(zhì)是能量的轉(zhuǎn)化和守恒定律在光電效應(yīng)現(xiàn)象中的反映，根據(jù)能量守恒定律，光電子的最大初動(dòng)能與入射光子的能量和逸出功的關(guān)系為hmvw0，這個(gè)方程叫愛因斯坦光電效應(yīng)方程3光子被吸收的情況光電效應(yīng)中，光子與金屬中的電子作用，光子整個(gè)被吸收，且電子一般一次只能吸收一個(gè)光子；康普頓效應(yīng)中，光子與晶體中的自由電子發(fā)生碰撞，電子只能吸收光子的部分能量【典例1】(2016·江蘇卷)幾種金屬的逸出功w0見下表：金

2、屬鎢鈣鈉鉀鉫w0(×1019 j)7.265.123.663.603.41由一束可見光照射上述金屬的表面，請(qǐng)通過計(jì)算說明哪些能發(fā)生光電效應(yīng)已知該可見光的波長(zhǎng)的范圍為4.0×1077.6×106 m，普朗克常數(shù)h6.63×1034 j·s.解析：可見光的最大光子能量eh6.63×1034× j5.0×1019 j.可見光子能量大于鈉、鉀、銣的逸出功，可以使鈉、鉀、銣發(fā)生光電效應(yīng)答案：可以使鈉、鉀、銣發(fā)生光電效應(yīng) 針對(duì)訓(xùn)練1下表中列出了幾種金屬的逸出功，關(guān)于光電效應(yīng)現(xiàn)象以下說法正確的是()金屬鎢鈣鈉鉀銣w0/ev4.5

3、43.202.292.252.13a.某種光能使銣發(fā)生光電效應(yīng)，則該光也能使其他四種金屬發(fā)生光電效應(yīng)b遏制電壓的大小不僅與金屬有關(guān)，還與入射光頻率有關(guān)c若某種光能使鎢和鈉都發(fā)生光電效應(yīng)，則鎢的光電子的最大初動(dòng)能較大d用強(qiáng)度相同、頻率不同的光照射鉀，光電子的最大初動(dòng)能相同解析：銣的逸出功最小，某種光能使銣發(fā)生光電效應(yīng)，但不一定能使其他四種金屬發(fā)生光電效應(yīng)，故a錯(cuò)誤；根據(jù)eu0mvhw0 可知遏制電壓的大小不僅與金屬有關(guān)，還與入射光頻率有關(guān)，故b正確；鎢的逸出功大于鈉的逸出功，則若某種光能使鎢和鈉都發(fā)生光電效應(yīng)，根據(jù)mvhw0，則鎢的光電子的最大初動(dòng)能較小，故c錯(cuò)誤；根據(jù)光電效應(yīng)方程可知，用強(qiáng)度相

4、同、頻率不同的光照射鉀，光電子的最大初動(dòng)能不相同，故d錯(cuò)誤答案：b主題2光源功率與光強(qiáng)度的區(qū)別與聯(lián)系根據(jù)愛因斯坦的光子說，光源的功率和光的強(qiáng)度，是兩個(gè)不同的概念(1)光源的功率(p)光源每單位時(shí)間內(nèi)輻射光子的能量，即pnh，式中n表示光源單位時(shí)間內(nèi)輻射的光子數(shù)(2)光的強(qiáng)度(i)在單位時(shí)間內(nèi)垂直通過單位面積的光子的總能量，即inh.式中n表示單位時(shí)間垂直通過單位面積的光子數(shù)(3)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)照射到金屬表面上單位面積的光子數(shù)，但若換用不同頻率的光照時(shí)，即使光強(qiáng)相同，單位時(shí)間內(nèi)照射到金屬表面單位面積的光子數(shù)也不同【典例2】某激光器能發(fā)射波長(zhǎng)為的激光，發(fā)射功率為p，

5、c表示光速，h表示普朗克常量，則激光器每分鐘發(fā)射的光子數(shù)為()a. b.c. d.解析：每個(gè)光子的能量ehh，激光器在每分鐘內(nèi)發(fā)出的能量w60p，故激光器每秒發(fā)出的光子數(shù)為n，c正確答案：c針對(duì)訓(xùn)練2科學(xué)家設(shè)想未來的宇航事業(yè)中利用太陽帆來加速星際飛船，設(shè)該飛船所在地每秒內(nèi)單位面積上的光子數(shù)為n，光子的平均波長(zhǎng)為，太陽帆面積為s，反射率為100%，假定太陽垂直射到太陽帆上，飛船的總質(zhì)量為m.(1)求飛船加速度的表達(dá)式(光子動(dòng)量ph/)；(2)若太陽帆是黑色的，飛船的加速度為多少？解析：(1)光子垂直打在太陽帆上再反射，動(dòng)量的改變量為2p，根據(jù)動(dòng)量定理得：ftn·2p，太陽帆上受到的光壓

6、力為f，故飛船的加速度a.(2)若太陽帆是黑色的，光子垂直打在太陽帆上不再反射，光子動(dòng)量的改變?yōu)閜，太陽帆上受到的光壓力為f，故太陽帆的加速度a.答案：(1)(2)主題3波粒二象性1微觀粒子的波動(dòng)性和粒子性不能理解為宏觀概念中的波和粒子波動(dòng)性和粒子性是微觀粒子的兩種固有屬性，任何情況下二者都同時(shí)存在2描述光的性質(zhì)的基本關(guān)系式h和p中，能量和動(dòng)量p是描述物質(zhì)的粒子性的重要物理量，波長(zhǎng)或頻率是描述物質(zhì)的波動(dòng)性的典型物理量，它們通過普朗克常量h聯(lián)系在一起典例(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)裝置后可以形成干涉圖樣b人們利用慢中子衍射來研究晶體的結(jié)

7、構(gòu)c人們利用電子顯微鏡觀測(cè)物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)d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)，與入射光強(qiáng)度無關(guān)解析：干涉是波具有的特性，電子束通過雙縫實(shí)驗(yàn)裝置后可以形成干涉圖樣，說明電子具有波動(dòng)性，故a正確；可以利用慢中子衍射來研究晶體的結(jié)構(gòu)，說明中子可以產(chǎn)生衍射現(xiàn)象，說明具有波動(dòng)性，故b正確；人們利用電子顯微鏡觀測(cè)物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)，說明電子可以產(chǎn)生衍射現(xiàn)象，說明具有波動(dòng)性，故c正確；光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)，說明的是能夠從金屬中打出光電子，說明的是物質(zhì)的粒子性，故d錯(cuò)誤答案：abc針對(duì)訓(xùn)練3(2015·上海卷)用很弱的光做單縫衍射實(shí)驗(yàn)，改變曝光時(shí)間，在膠片上出現(xiàn)的圖象如圖所示，該實(shí)驗(yàn)表明()時(shí)

8、間較短時(shí)間稍長(zhǎng)時(shí)間較長(zhǎng)a光的本質(zhì)是波b光的本質(zhì)是粒子c光的能量在膠片上分布不均勻d光到達(dá)膠片上不同位置的概率相同解析：用很弱的光做單縫衍射實(shí)驗(yàn)，改變曝光時(shí)間在膠片出現(xiàn)的圖樣，說明光有波粒二象性，故a、b錯(cuò)誤；說明光到達(dá)膠片上的不同位置的概率是不一樣的，也就說明了光的能量在膠片上分而不均勻，故c正確，d錯(cuò)誤答案：c統(tǒng)攬考情波粒二象性部分的重點(diǎn)內(nèi)容是光電效應(yīng)現(xiàn)象、實(shí)驗(yàn)規(guī)律和光電效應(yīng)方程，光的波粒二象性和德布羅意波是理解的難點(diǎn)一般以考查選擇或填空為主真題例析(2016·全國(guó)卷)(多選)現(xiàn)用一光電管進(jìn)行光電效應(yīng)的實(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

9、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，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，飽和光電流變大，因?yàn)轱柡凸怆娏髋c入射光的強(qiáng)度成正比，故a正確；飽和光電流與入射光的頻率無關(guān)，故b錯(cuò)誤；根據(jù)光電效應(yīng)的規(guī)律，光電子的最大初動(dòng)能隨入射光頻率的增大而增大，所以入射光的頻率變高，光電子的最大初動(dòng)能變大，故c正確；如果入射光的頻率小于極限頻率將不會(huì)發(fā)生光電效應(yīng)，不會(huì)有光電流產(chǎn)生，故d錯(cuò)誤；根據(jù)ekhweuc，得遏止

10、電壓uc及最大初動(dòng)能ek與入射光的頻率有關(guān)，與入射光的強(qiáng)度無關(guān)，故e正確答案：ace 針對(duì)訓(xùn)練(2017·全國(guó)卷)(多選)在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，分別用頻率為a、b的單色光a、b照射同種金屬，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a>b，則一定有ua<ubb若a>b，則一定有eka>ekbc若ua<ub，則一定有eka<ekbd若a>b，則一定有haeka>hbekb解析：由愛因斯坦光電效應(yīng)方程eu0ekmhw0，當(dāng)a>b時(shí)， eka>ekb, ua>

11、;ub，a錯(cuò)誤，b正確；若ua<ub，則有eka<ekb，c正確；同種金屬的逸出功不變，則w0hekm不變，d錯(cuò)誤答案：bc1(2016·海南)(多選)下列說法正確的是()a愛因斯坦在光的粒子性的基礎(chǔ)上，建立了光電效應(yīng)方程b康普頓效應(yīng)表明光子只具有能量，不具有動(dòng)量c玻爾的原子理論成功地解釋了氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律d盧瑟福根據(jù)粒子散射實(shí)驗(yàn)提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型e德布羅意指出微觀粒子的動(dòng)量越大，其對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)就越長(zhǎng)解析：愛因斯坦提出了光子假說，建立了光電效應(yīng)方程，故a正確；康普頓效應(yīng)表明光子有能量，也有動(dòng)量，故b錯(cuò)誤；玻爾的原子理論只能成功地解釋了氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律，故c正確

12、；盧瑟福根據(jù)粒子散射實(shí)驗(yàn)，提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型，故d正確；依據(jù)德布羅意波長(zhǎng)公式，可知，微觀粒子的動(dòng)量越大，其對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)就越短，故e錯(cuò)誤答案：acd2(2017·北京卷)2017年年初，我國(guó)研制的“大連光源”極紫外自由電子激光裝置，發(fā)出了波長(zhǎng)在100 nm(1 nm109 m)附近連續(xù)可調(diào)的世界上最強(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h6.6×1034 j·

13、s，真空光速c3×108 m/s)()a1021 jb1018 jc1015 j d1012 j解析：一個(gè)處于極紫外波段的光子的能量約為ehh2×1018 j，由題可知，光子的能量應(yīng)比電離一個(gè)分子的能量稍大，因此數(shù)量級(jí)應(yīng)相同，故選b.答案：b3. 三束單色光1、2和3的波長(zhǎng)分別為1、2和3(1>2>3)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3照射時(shí)，一定不能產(chǎn)生光電子b用光束1照射時(shí)，一定不能產(chǎn)生光電子c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d用光束1照射時(shí)，光越強(qiáng)，單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的光電子

14、數(shù)目越多解析：依據(jù)波長(zhǎng)與頻率的關(guān)系：，因123，那么1<2<3；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)生光電子，而光束3照射時(shí)，一定能產(chǎn)生光電子，故a錯(cuò)誤，b正確；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：ekmhw0，可知，光電子的最大初動(dòng)能與光的強(qiáng)弱無關(guān)，故c錯(cuò)誤；用光束1照射時(shí)，不能產(chǎn)生光電效應(yīng)，故d錯(cuò)誤答案：b4(2017·江蘇卷)質(zhì)子(h)和粒子(h)被加速到相同動(dòng)能時(shí)，質(zhì)子的動(dòng)量_(選填“大于”、“小于”或“等于”)粒子的動(dòng)量，質(zhì)子和粒子的德布羅意波波長(zhǎng)之比為_解析：動(dòng)量與動(dòng)能的關(guān)系： p22mek，又質(zhì)子的質(zhì)量小于粒子的質(zhì)量，所以質(zhì)子的動(dòng)量小于粒子的動(dòng)量，且；根據(jù)，可得質(zhì)子和粒子的德布羅意波波長(zhǎng)之比為21.答案：小于215(2016·江蘇卷)已知光速為c，普朗克常數(shù)為h，則頻率為的光子的動(dòng)量為_用該頻率的光垂直照射平面鏡，光被鏡面全部垂直反射回去，則光子在反射前后動(dòng)量改變量的