第十二章第1講波粒二象性學(xué)生

第十二章近代物理初步第1講波粒二象性光電效應(yīng)預(yù)習(xí)學(xué)案【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1．理解光電效應(yīng)發(fā)生的過程掌握其規(guī)律。2．掌握光電效應(yīng)圖象問題。3．熟悉并記背波粒二象性的基本知識(shí)?！局R(shí)回顧】一、光電效應(yīng)及其規(guī)律1．光電效應(yīng)現(xiàn)象：照射到金屬表面的光，能使金屬中的電子從表面逸出的現(xiàn)象，發(fā)射出來的電子叫。2．光電效應(yīng)的產(chǎn)生條件入射光的頻率金屬的截止頻率。3．光電效應(yīng)規(guī)律(1)每種金屬都有一個(gè)截止頻率，入射光的頻率必須這個(gè)極限頻率才能產(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)度無關(guān)，只隨入射光頻率的增大而。(3)光電效應(yīng)的發(fā)生幾乎是瞬時(shí)的，一般不超過10－9s。(4)當(dāng)入射光的頻率大于截止頻率時(shí)，飽和光電流的大小與入射光的強(qiáng)度成。二、愛因斯坦光電效應(yīng)方程1．光子說：在空間傳播的光不是連續(xù)的，而是一份一份的，每一份叫做一個(gè)光子，光子的能量ε＝hν。2．逸出功W0：電子從金屬中逸出所需做功的。3．最大初動(dòng)能：發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)，金屬表面上的電子吸收光子后克服原子核的引力逸出時(shí)所具有的動(dòng)能的最大值。4．光電效應(yīng)方程(1)表達(dá)式：hν＝Ek＋W0或Ek＝hν－W0。(2)物理意義：金屬表面的電子吸收一個(gè)光子獲得的能量是hν，這些能量的一部分用來克服金屬的逸出功W0，剩下的表現(xiàn)為逸出后電子的。三、光電效應(yīng)圖象圖象名稱圖線形狀讀取信息最大初動(dòng)能Ek與入射光頻率ν的關(guān)系圖線(1)截止頻率(極限頻率)：橫軸截距(2)逸出功：縱軸截距的絕對(duì)值W0＝|－E|＝E(3)普朗克常量：圖線的斜率k＝h遏止電壓Uc與入射光頻率ν的關(guān)系圖線(1)截止頻率νc：橫軸截距(2)遏止電壓Uc：隨入射光頻率增大而增大(3)普朗克常量h：等于圖線的斜率與電子電荷量的乘積，即h＝ke顏色相同、強(qiáng)度（亮度）不同的光，光電流與電壓的關(guān)系(1)遏止電壓Uc：橫軸截距(2)飽和光電流Im：電流的最大值(3)最大初動(dòng)能：Ekm＝eUc顏色（頻率）不同時(shí)，光電流與電壓的關(guān)系(1)遏止電壓Uc1、Uc2(2)飽和光電流(3)最大初動(dòng)能Ek1＝eUc1，Ek2＝eUc2五、粒二象性與物質(zhì)波1．光的波粒二象性(1)光的、、現(xiàn)象證明光具有波動(dòng)性．(2)和說明光具有粒子性。(3)光既具有波動(dòng)性，又具有，稱為光的波粒二象性。2．物質(zhì)波任何一個(gè)運(yùn)動(dòng)著的物體，小到微觀粒子大到宏觀物體都有一種波與它對(duì)應(yīng)，其波長(zhǎng)λ＝eq\f(h,p)，p為運(yùn)動(dòng)物體的動(dòng)量，h為普朗克常量?！绢A(yù)習(xí)自測(cè)】一、辨析自測(cè)1.任何頻率的光照射到某種金屬表面都可以發(fā)生光電效應(yīng)。()2.光電子的最大初動(dòng)能與入射光子的頻率成正比。()3.光子和光電子都是實(shí)物粒子。()4.德國(guó)物理學(xué)家普朗克提出了量子假說，成功地解釋了光電效應(yīng)規(guī)律。()5.美國(guó)物理學(xué)家康普頓發(fā)現(xiàn)了康普頓效應(yīng)，證實(shí)了光的粒子性。()6.法國(guó)物理學(xué)家德布羅意大膽預(yù)言了實(shí)物粒子具有波動(dòng)性。()7.只要光照射的時(shí)間足夠長(zhǎng)，任何金屬都能產(chǎn)生光電效應(yīng)。()8.極限頻率越大的金屬材料逸出功越大。()9.要使某金屬發(fā)生光電效應(yīng)，入射光子的能量必須大于金屬的逸出功。()二、考點(diǎn)自測(cè)1．光子的能量與其()A．頻率成正比B．波長(zhǎng)成正比C．速度成正比D．速度平方成正比2．下列說法中正確的是()A．實(shí)物的運(yùn)動(dòng)有特定的軌道，所以實(shí)物不具有波粒二象性B．康普頓效應(yīng)說明光子既有能量又有動(dòng)量C．光是高速運(yùn)動(dòng)的微觀粒子，單個(gè)光子不具有波粒二象性D．宏觀物體的物質(zhì)波波長(zhǎng)非常小，極易觀察到它的波動(dòng)3．如圖所示，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()4．(多選)用綠光照射一個(gè)光電管，能產(chǎn)生光電效應(yīng)．欲使光電子從陰極逸出時(shí)最大初動(dòng)能增大，可以()A．改用紅光照射 B．改用紫光照射C．改用藍(lán)光照射 D．增加綠光照射時(shí)間5．(多選)現(xiàn)用某光電管進(jìn)行光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)，當(dāng)用某頻率的光入射時(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，始終有光電流產(chǎn)生6．(多選)(2020·浙江余姚高三選考科目模擬)研究光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)的電路圖如圖a所示，其光電流與電壓的關(guān)系如圖b所示．則下列說法中正確的是()A．若把滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭向右滑動(dòng)，光電流一定增大B．圖線甲與乙是同一種入射光，且甲的入射光強(qiáng)度大于乙光C．由圖可知，乙光的頻率小于丙光頻率D．若將甲光換成丙光來照射鋅板，其逸出功將減小7．(多選)對(duì)光的認(rèn)識(shí)，下列說法正確的是()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：在某種情況下光的波動(dòng)性表現(xiàn)得明顯，在另外的某種情況下，光的粒子性表現(xiàn)得明顯8．(多選)關(guān)于物質(zhì)的波粒二象性，下列說法中正確的是()A．不僅光子具有波粒二象性，一切運(yùn)動(dòng)的微粒都具有波粒二象性B．運(yùn)動(dòng)的微觀粒子與光子一樣，當(dāng)它們通過一個(gè)小孔時(shí)，都沒有特定的運(yùn)動(dòng)軌道C．波動(dòng)性和粒子性，在宏觀現(xiàn)象中是矛盾的、對(duì)立的，但在微觀高速運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象中是統(tǒng)一的D．實(shí)物的運(yùn)動(dòng)有特定的軌道，所以實(shí)物不具有波粒二象性9．從1907年起，美國(guó)物理學(xué)家密立根開始以精湛的技術(shù)測(cè)量光電效應(yīng)中幾個(gè)重要的物理量．他通過如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置測(cè)量某金屬的遏止電壓Uc與入射光頻率ν，作出Uc-ν圖象，由此算出普朗克常量h，并與普朗克根據(jù)黑體輻射測(cè)出的h相比較，以檢驗(yàn)愛因斯坦光電效應(yīng)方程的正確性．圖中頻率ν1、ν2，遏止電壓Uc1、Uc2及電子的電荷量e均為已知，求普朗克常量h及該金屬的截止頻率ν0.【預(yù)習(xí)反思】第1講波粒二象性光電效應(yīng)課堂學(xué)案【精講精練】例題1.(多選)如圖所示是一個(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)為遏止電壓Uc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)有光電流變式1.圖甲是光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置圖，圖乙是光電流與加在陰極K和陽極上的電壓的關(guān)系圖像，下列說法正確的是（）A．由圖線①、②、③可知對(duì)某種確定的金屬來說，飽和光電流的大小與入射光強(qiáng)度無關(guān)B．由圖線①、②、③可知其遏止電壓只由入射光的頻率決定C．只要增大電壓，光電流就會(huì)一直增大D．不論哪種顏色的入射光，只要光足夠強(qiáng)，就能發(fā)生光電效應(yīng)例題2.（多選）如圖是某金屬在光的照射下產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能Ek與入射光頻率ν的關(guān)系圖象．由圖象可知()A．該金屬的逸出功等于EB．該金屬的逸出功等于hν0C．入射光的頻率為2ν0時(shí)，產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能為ED．入射光的頻率為eq\f(ν0,2)時(shí)，產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能為eq\f(E,2)變式2.金屬在光的照射下產(chǎn)生光電效應(yīng)，其遏止電壓Uc與入射光頻率ν的關(guān)系圖象如圖所示．則由圖象可知()A．入射光頻率越大，該金屬的逸出功越大B．入射光的頻率越大，則遏止電壓越大(ν＞ν0)C．由圖可求出普朗克常量h＝eq\f(U,ν0)D．光電子的最大初動(dòng)能與入射光的頻率成正比例題3.（多選）關(guān)于康普頓效應(yīng)，下列說法正確的是（）A．康普頓在研究射線散射時(shí)，發(fā)現(xiàn)散射光的波長(zhǎng)發(fā)生了變化，為波動(dòng)說提供了依據(jù)B．射線散射時(shí)，波長(zhǎng)改變的多少與散射角有關(guān)C．發(fā)生散射時(shí)，波長(zhǎng)較短的射線或射線入射時(shí)，產(chǎn)生康普頓效應(yīng)D．愛因斯坦的光子說能夠解釋康普頓效應(yīng)，所以康普頓效應(yīng)支持粒子說變式3.（多選）關(guān)于黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律如圖所示，下列說法正確的是（）A．黑體能夠完全透射照射到它上面的光波B．隨著溫度降低，各種波長(zhǎng)的光輻射強(qiáng)度都有所增加C．隨溫度升高，輻射強(qiáng)度極大值向波長(zhǎng)較長(zhǎng)的方向移動(dòng)D．黑體的輻射強(qiáng)度只與它的溫度有關(guān)，與形狀和黑體材料無關(guān)例題4.如圖為物理學(xué)家拍攝的DNA分子的X射線衍射圖樣，生物學(xué)家據(jù)此提出DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型。下列說法中正確的是()A．X射線是高速電子流B．X射線的頻率比可見光的低C．衍射圖樣說明了X射線具有粒子性D．拍攝所用X射線的波長(zhǎng)與DNA分子大小接近變式4.(多選)一定強(qiáng)度的激光(含有三種頻率的復(fù)色光)沿半徑方向入射到半圓形玻璃磚的圓心O點(diǎn)，如圖甲所示．現(xiàn)讓經(jīng)過玻璃磚后的A、B、C三束光分別照射相同的光電管的陰極(如圖乙所示)，其中C光照射時(shí)恰好有光電流產(chǎn)生，則()A．若用B光照射光電管的陰極，一定有光電子逸出B．若用A光和C光分別照射光電管的陰極，A光照射時(shí)逸出的光電子的最大初動(dòng)能較大C．若入射光的入射角從0開始增大，C光比B光先消失D．若是激發(fā)態(tài)的氫原子直接躍遷到基態(tài)輻射出B光、C光，則C光對(duì)應(yīng)的能級(jí)較低【課堂反思】第1講波粒二象性光電效應(yīng)課后學(xué)案1．（多選）下列說法正確的是（）A．黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布只與黑體溫度有關(guān)B．通電直導(dǎo)線中電流的方向總是與其產(chǎn)生的磁場(chǎng)的方向垂直C．無線電波、紫外線、可見光、紅外線、X射線、γ射線的波長(zhǎng)依次減小D．在空間傳播的光是不連續(xù)的，而是一份一份的，每一份叫一個(gè)光子，其能量為ε=hv2．從光的波粒二象性出發(fā)，下列說法正確的是（）A．光是高速運(yùn)動(dòng)的微觀粒子，每個(gè)光子都具有波粒二象性B．光的頻率越高，光子的能量越大C．在光的干涉中，暗條紋的地方是光子不會(huì)到達(dá)的地方D．在光的干涉中，光子一定到達(dá)亮條紋的地方3．以下關(guān)于物質(zhì)波的說法中正確的是（??）A．實(shí)物粒子與光子都具有波粒二象性，故實(shí)物粒子與光子是本質(zhì)相同的物體B．一切運(yùn)動(dòng)著的物體都與一個(gè)對(duì)應(yīng)的波相聯(lián)系C．機(jī)械波、物質(zhì)波都不是概率波D．實(shí)物粒子的動(dòng)量越大，其波動(dòng)性越明顯，越容易觀察4．由中國(guó)健康發(fā)展研究中心發(fā)布《國(guó)民視覺健康報(bào)告》白皮書顯示，我國(guó)學(xué)生的近視患病率在逐年增加。課業(yè)負(fù)擔(dān)重、沉迷電子產(chǎn)品已成為影響青少年視力的兩大“殺手”?，F(xiàn)代醫(yī)學(xué)采用激光“焊接”視網(wǎng)膜技術(shù)來治療近視，所用激光的波長(zhǎng)。已知普朗克常量，光在真空中傳播速度，則該激光中每個(gè)光子的能量為（）A．B． C． D．5．如圖所示，當(dāng)開關(guān)S斷開時(shí)，用光子能量為的一束光照射陰極K，發(fā)現(xiàn)電流表的示數(shù)不為0，閉合開關(guān)S，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，發(fā)現(xiàn)當(dāng)電壓表的示數(shù)小于時(shí)，電流表的示數(shù)仍不為0；當(dāng)電壓表的示數(shù)大于或等于時(shí)，電流表的示數(shù)為0。則（）A．電源的左側(cè)為負(fù)極B．陰極K材料的逸出功為eVC．光電子的最大初動(dòng)能為eVD．若入射光的頻率加倍，則光電子的最大初動(dòng)能加倍6.如圖所示為光電管工作原理圖，當(dāng)用波長(zhǎng)(均指真空中的波長(zhǎng)，下同)為λ的光照射陰極K時(shí)，電路中有光電流，則()A．換用波長(zhǎng)為λ1(λ1>λ)的光照射陰極K時(shí)，電路中一定沒有光電流B．換用波長(zhǎng)為λ2(λ2<λ)的光照射陰極K時(shí)，電路中一定有光電流C．增大電路中電源的路端電壓，電路中的光電流一定增大D．將電路中電源的極性反接，電路中一定沒有光電流7．用如圖甲所示的電路研究光電效應(yīng)中光電流與照射光的強(qiáng)弱、頻率等物理量的關(guān)系．圖中A、K兩極間的電壓大小可調(diào)，電源的正負(fù)極也可以對(duì)調(diào)，分別用a、b、c三束單色光照射，調(diào)節(jié)A、K間的電壓U，得到光電流I與電壓U的關(guān)系如圖乙所示，由圖可知()A．單色光a和c的頻率相同，且a光更弱些，b光頻率最大B．單色光a和c的頻率相同，且a光更強(qiáng)些，b光頻率最大C．單色光a和c的頻率相同，且a光更弱些，b光頻率最小D．單色光a和c的頻率不同，且a光更強(qiáng)些，b光頻率最小8．如圖所示，現(xiàn)用一光電管進(jìn)行光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)，當(dāng)用某一頻率的光照射時(shí)，有光電流產(chǎn)生。正確的是（）A．若照射光的光強(qiáng)變大，頻率不變，則光電子的最大初動(dòng)能變大B．若照射光的頻率變大，光強(qiáng)不變，則光電子的最大初動(dòng)能變大C．調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，當(dāng)電壓表示數(shù)越大時(shí)，電流計(jì)示數(shù)越大D．調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，當(dāng)電壓表示數(shù)為零時(shí)，電流計(jì)示數(shù)為零9．小明用金屬銣為陰極的光電管觀測(cè)光電效應(yīng)現(xiàn)象，實(shí)驗(yàn)裝置示意圖如圖甲所示．已知普朗克常量h＝×10－34J·s.(1)圖甲中電極A為光電管的________(選填“陰極”或“陽極”)。(2)實(shí)驗(yàn)中測(cè)得銣的遏止電壓Uc與入射光頻率ν之間的關(guān)系如圖乙所示，則銣的截止頻率νc＝________Hz，逸出功W0＝________J。(3)如果實(shí)驗(yàn)中入射光的頻率ν＝×1014Hz，則產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能Ek＝________J。10．某同學(xué)用圖甲所示的裝置研究光電效應(yīng)現(xiàn)象。閉合開關(guān)S，用領(lǐng)率為v的單色光照射光電管時(shí)發(fā)生了光電效應(yīng)。圖乙是該光電管發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)光電子的最大初動(dòng)能Ek與入射光頻率v的關(guān)系圖像，圖線與橫軸的交點(diǎn)坐標(biāo)為（a，0），與縱軸的交點(diǎn)坐標(biāo)為（0，-b），下列說法