高中物理人教版5第十七章波粒二象性 第十七章章末整合

章末整合波粒二象性eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(能量的量子化\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(黑體與黑體輻射：電磁輻射不連續(xù),黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律：各種波長(zhǎng)的輻射都與溫度有關(guān),能量子\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(定義：每一份輻射的能量是一個(gè)能量子,大?。害牛絟ν，h＝×10－34J·s)))),SP（]光的粒子性\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(光電效應(yīng)\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(概念：光照使金屬發(fā)射電子的現(xiàn)象,實(shí)驗(yàn)規(guī)律\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(任何金屬都存在極限頻率,最大初動(dòng)能與光頻率是一次函數(shù)關(guān)系,光電子數(shù)目正比于光強(qiáng),瞬時(shí)性)))),愛因斯坦光電效應(yīng)方程：Ek＝hν－W0,康普頓效應(yīng)：X射線對(duì)石墨晶體的散射，說(shuō)明光具有動(dòng)量,光子說(shuō)\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(光子：光輻射不連續(xù)，每一份光叫做一個(gè)光子,光子的能量：ε＝hν,光子的動(dòng)量：p＝\f(h,λ))),光具有波粒二象性\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(少量光子易表現(xiàn)出粒子性，大量光子易表現(xiàn)出波動(dòng)性,高頻光子粒子性顯著，低頻光子波動(dòng)性顯著,光傳播時(shí)表現(xiàn)出波動(dòng)性，與微粒作用時(shí)表現(xiàn)出粒子性)))),粒子的波動(dòng)性\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(德布羅意提出粒子具有波動(dòng)性：物質(zhì)波或概率波,電子的衍射現(xiàn)象證實(shí)了粒子的波動(dòng)性,概率波波長(zhǎng)：λ＝\f(h,p),粒子具有波粒二象性)),不確定性關(guān)系：ΔxΔp≥\f(h,4π)))一、量子論與光子說(shuō)1．量子論：德國(guó)物理學(xué)家普朗克提出：電磁波的發(fā)射和吸收是不連續(xù)的，而是一份一份的，每一份電磁波的能量E＝hν.2．光子說(shuō)：愛因斯坦提出：空間傳播的光也是不連續(xù)的，而是一份一份的，每一份稱為一個(gè)光子，光子具有的能量與光的頻率成正比，即E＝hν，其中h為普朗克常量，h＝×10－34J·s.例1下列對(duì)光子的認(rèn)識(shí)，正確的是()A．“光子說(shuō)”中的光子就是牛頓在微粒說(shuō)中所說(shuō)的“微粒”B．“光子說(shuō)”中的光子就是光電效應(yīng)的光電子C．在空間傳播的光是不連續(xù)的，而是一份一份的，每一份叫做一個(gè)光量子，簡(jiǎn)稱光子D．光子的能量跟光的頻率成正比答案CD解析根據(jù)光子說(shuō)，在空間傳播的光是不連續(xù)的，而是一份一份的，每一份叫做一個(gè)光量子，簡(jiǎn)稱光子．而牛頓的“微粒說(shuō)”中的微粒指宏觀世界的微小顆粒．光電效應(yīng)中，金屬內(nèi)的電子吸收光子后克服原子核的庫(kù)侖引力束縛，逸出金屬表面，成為光電子，故A、B選項(xiàng)錯(cuò)誤，C選項(xiàng)正確；由ε＝hν知，光子能量ε與其頻率ν成正比，故D選項(xiàng)正確．例2已知：功率為100W的燈泡消耗的電能的5%轉(zhuǎn)化為所發(fā)出的可見光的能量，光速c＝×108m/s，普朗克常量h＝×10－34J·s，假定所發(fā)出的可見光的波長(zhǎng)都是560nm，計(jì)算燈泡每秒內(nèi)發(fā)出的光子數(shù)．答案×1019個(gè)解析一波長(zhǎng)為λ的光子能量為E＝eq\f(hc,λ)，設(shè)燈泡每秒內(nèi)發(fā)出的光子數(shù)為n，燈泡電功率為P，則n＝eq\f(kP,E)，式中k＝5%是燈泡的發(fā)光效率．聯(lián)立兩式得n＝eq\f(kPλ,hc)，代入題給數(shù)據(jù)得n＝×1019(個(gè))．二、光電效應(yīng)的規(guī)律和光電效應(yīng)方程1．光電效應(yīng)規(guī)律(1)任何一種金屬都對(duì)應(yīng)一個(gè)極限(截止)頻率，入射光頻率必須大于極限頻率才會(huì)產(chǎn)生光電效應(yīng)．(2)光電子的最大初動(dòng)能與入射光的強(qiáng)度無(wú)關(guān)，只隨著入射光頻率的增大而增大．(3)當(dāng)入射光頻率大于極限頻率時(shí)，保持頻率不變，光電流的強(qiáng)度與入射光的強(qiáng)度成正比．(4)入射光照到金屬上時(shí)，光電子的發(fā)射幾乎是瞬時(shí)的，一般不超過(guò)10－9s.2．愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0.W0表示金屬的逸出功，νc表示金屬的極限頻率，則W0＝hνc.例31905年是愛因斯坦的“奇跡”之年，這一年他先后發(fā)表了三篇具有劃時(shí)代意義的論文，其中成功地解釋了光電效應(yīng)現(xiàn)象．關(guān)于光電效應(yīng)，下列說(shuō)法正確的是()A．當(dāng)入射光的頻率低于極限頻率時(shí)，不能發(fā)生光電效應(yīng)B．光電子的最大初動(dòng)能與入射光的頻率成正比C．光電子的最大初動(dòng)能與入射光的強(qiáng)度成正比D．某單色光照射一金屬時(shí)不發(fā)生光電效應(yīng)，改用波長(zhǎng)較短的光照射該金屬可能發(fā)生光電效應(yīng)答案AD解析根據(jù)光電效應(yīng)現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)規(guī)律，只有入射光頻率大于極限頻率時(shí)才能發(fā)生光電效應(yīng)，故A、D正確；根據(jù)光電效應(yīng)方程，最大初動(dòng)能與入射光頻率為線性關(guān)系，但非正比關(guān)系，B錯(cuò)；根據(jù)光電效應(yīng)現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)規(guī)律，光電子的最大初動(dòng)能與入射光強(qiáng)度無(wú)關(guān)，C錯(cuò)．例4用波長(zhǎng)為×10－7m的紫外線照射鎢的表面，釋放出來(lái)的光電子中最大的動(dòng)能是×10－19J．由此可知，鎢的極限頻率是(普朗克常量h＝×10－34J·s，光速c＝×108m/s，結(jié)果取兩位有效數(shù)字)()A．×1014HzB．×1014HzC．×1014HzD．×1015Hz答案B解析由愛因斯坦光電效應(yīng)方程得heq\f(c,λ)＝Ek＋W0，而金屬的逸出功W0＝hνc，由以上兩式得，鎢的極限頻率為：νc＝eq\f(c,λ)－eq\f(Ek,h)＝×1014Hz，B項(xiàng)正確．三、用圖象表示光電效應(yīng)的規(guī)律1．Ek-ν圖象圖1根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0，光電子的最大初動(dòng)能Ek是入射光頻率ν的一次函數(shù)，圖象如圖1所示．其橫軸截距為金屬的極限頻率νc，縱軸截距是金屬的逸出功的負(fù)值；斜率為普朗克常量h.2．I-U圖象圖2光電流強(qiáng)度I隨光電管兩極間電壓U的變化圖象如圖2所示，圖中Im為飽和光電流，Uc為遏止電壓．利用eq\f(1,2)meveq\o\al(2,m)＝eUc可得光電子的最大初動(dòng)能．例5(1)研究光電效應(yīng)的電路如圖3所示．用頻率相同、強(qiáng)度不同的光分別照射密封真空管的鈉極板(陰極K)，鈉極板發(fā)射出的光電子被陽(yáng)極A吸收，在電路中形成光電流．下列光電流I與A、K之間的電壓UAK的關(guān)系圖象中，正確的是()圖3(2)鈉金屬中的電子吸收光子的能量，從金屬表面逸出，這就是光電子．光電子從金屬表面逸出的過(guò)程中，其動(dòng)量的大小________(選填“增大”、“減小”或“不變”)，原因是________________________________________________________________________.答案(1)C(2)減小光電子受到金屬表面層中力的阻礙作用(或需要克服逸出功)解析(1)同一金屬的逸出功一定，對(duì)于同一頻率的光，由eUc＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,m)＝hν－W0知，遏止電壓相等，遏止電壓與光的強(qiáng)度無(wú)關(guān)；光越強(qiáng)，光電流越大，所以C項(xiàng)正確．四、光的波粒二象性、物質(zhì)波1．光的干涉、衍射、光的偏振說(shuō)明光具有波動(dòng)性，光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)則證明光具有粒子性，因此，光具有波粒二象性，對(duì)于光子這樣的微觀粒子只有從波粒二象性出發(fā)，才能統(tǒng)一說(shuō)明光的各種行為．2．電子的衍射實(shí)驗(yàn)，說(shuō)明了一些物質(zhì)微粒也像光子一樣具有波粒二象性．3．任何一個(gè)運(yùn)動(dòng)著的物體，小到電子、質(zhì)子、大到行星、太陽(yáng)，都有一種波和它對(duì)應(yīng)，波長(zhǎng)(物質(zhì)波的波長(zhǎng))λ＝eq\f(h,p).物質(zhì)波和光波一樣，也屬于概率波，概率波的實(shí)質(zhì)是指粒子在空間分布的概率是受波動(dòng)規(guī)律支配的．例6現(xiàn)代物理學(xué)認(rèn)為，光和實(shí)物粒子都具有波粒二象性，下列事實(shí)中突出體現(xiàn)波動(dòng)性的是()A．一定頻率的光照射到鋅板上，光的強(qiáng)度越大，單位時(shí)間內(nèi)鋅板上發(fā)射的光電子就越多B．肥皂液是無(wú)色的，吹出的肥皂泡卻是彩色的C．質(zhì)量為10－3kg、速度為10－2m/s的小球，其德布羅意波長(zhǎng)約為10－23m，不過(guò)我們能清晰地觀測(cè)到小球運(yùn)動(dòng)的軌跡D．人們常利用熱中子研究晶體的結(jié)構(gòu)，因?yàn)闊嶂凶拥牡虏剂_意波