人教版高中物理選修3-5學(xué)案第十七章章末

一、光子能量的計(jì)算1．一個(gè)光子的能量ε＝hν，其中h是普朗克常量，ν是光的頻率．2．一束光的能量E＝nhν，n為光子數(shù)目．3．頻率與波長的關(guān)系：ν＝eq\f(c,λ).例1激光器是一個(gè)特殊的光源，它發(fā)出的光便是激光，紅寶石激光器發(fā)射的激光是不連續(xù)的一道一道的閃光，每道閃光稱為一個(gè)光脈沖，現(xiàn)有一紅寶石激光器，發(fā)射功率為1.0×1010W，所發(fā)射的每個(gè)光脈沖持續(xù)的時(shí)間Δt為1.0×10－11s，波長為793.4nm.問每列光脈沖的長度l是多少？其中含有的光子數(shù)n是多少？(普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，光速c＝3.0×108m/s)解析以Δt、l和c分別表示光脈沖的持續(xù)時(shí)間、長度和光在真空中的傳播速度，由題意可知l＝cΔt ①以P和E表示紅寶石激光器發(fā)射的功率和一列光脈沖的能量，則有：E＝PΔt ②以λ和ν表示紅寶石激光器激光的波長和頻率，則有ν＝eq\f(c,λ)，因此就得到每個(gè)光子的能量hν＝eq\f(hc,λ) ③由②③式就得到該列光脈沖含有的光子數(shù)n＝eq\f(E,hν)＝eq\f(λPΔt,hc) ④將數(shù)據(jù)代入①④式，就得到該列光脈沖的長度、含有的光子數(shù)分別為l＝3×10－3m＝3mm、n≈4.0×1017個(gè)．答案3mm4.0×1017個(gè)二、光電效應(yīng)的規(guī)律和光電效應(yīng)方程有關(guān)光電效應(yīng)的問題主要是兩個(gè)方面，一是關(guān)于光電效應(yīng)現(xiàn)象的判斷，另一個(gè)就是運(yùn)用光電效應(yīng)方程進(jìn)行簡單的計(jì)算．解題的關(guān)鍵在于掌握光電效應(yīng)規(guī)律，明確各概念之間的決定關(guān)系．即有：eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(照射光\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(強(qiáng)度——決定著每秒鐘光源發(fā)射的光子數(shù),頻率——決定著每個(gè)光子的能量ε＝hν)),光電子\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(每秒鐘逸出的光電子數(shù)——決定著光電流的強(qiáng)度,光電子逸出后的最大初動(dòng)能Ek＝hν－W0))))例2用波長為2.0×10－7m的紫外線照射鎢的表面，釋放出來的光電子中最大的動(dòng)能是4.7×10－19J．由此可知，鎢的極限頻率是(普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，光速c＝3.0×108m/s)()A．5.5×1014Hz B．7.9×1014HzC．9.8×1014Hz D．1.2×1015Hz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)≈7.9×1014Hz，B項(xiàng)正確．答案B針對訓(xùn)練關(guān)于光電效應(yīng)，以下說法正確的是()A．光電子的最大初動(dòng)能與入射光的頻率成正比B．光電子的最大初動(dòng)能越大，形成的光電流越強(qiáng)C．能否產(chǎn)生光電效應(yīng)現(xiàn)象，取決于入射光光子的能量是否大于金屬的逸出功D．用頻率是ν1的綠光照射某金屬發(fā)生了光電效應(yīng)，改用頻率是ν2的黃光照射該金屬一定不發(fā)生光電效應(yīng)答案C解析由光電效應(yīng)方程知，光電子的最大初動(dòng)能隨入射光頻率的增大而增大，但不是成正比關(guān)系，A錯(cuò)．光電流的強(qiáng)度與入射光的強(qiáng)度成正比，與光電子的最大初動(dòng)能無關(guān)，B錯(cuò)．用頻率是ν1的綠光照射某金屬發(fā)生了光電效應(yīng)，改用頻率是ν2的黃光照射該金屬不一定不發(fā)生光電效應(yīng)，能發(fā)生光電效應(yīng)的條件是入射光光子的能量要大于金屬的逸出功，D錯(cuò)，C對．三、波粒二象性的理解1．光的波粒二象性(1)光的干涉、衍射、偏振說明光具有波動(dòng)性，光電效應(yīng)現(xiàn)象、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)一說明光的各種行為．(2)大量光子產(chǎn)生的效果顯示出光的波動(dòng)性，少數(shù)光子產(chǎn)生的效果顯示出粒子性，且隨著光的頻率的增大，波動(dòng)性越來越不顯著，而粒子性卻越來越顯著．2．實(shí)物粒子(如：電子、質(zhì)子等)都有一種波與之對應(yīng)(物質(zhì)波的波長λ＝eq\f(h,p)，頻率ν＝eq\f(ε,h))．3．物質(zhì)波與光波一樣都屬于概率波．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3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．光子與電子是同樣的一種粒子，光波和機(jī)械波是同樣的一種波C．能量越大的光子其波動(dòng)性越顯著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，頻率ν仍表示的是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，A錯(cuò)誤；當(dāng)光和物質(zhì)作用時(shí)，是“一份一份”的，表現(xiàn)出粒子性，光的干涉、衍射又說明光是一種波，光既不同于宏觀的粒子，也不同于宏觀的波，無論頻率高低，光都具有波粒二象性，B錯(cuò)誤；能量越大的光子，波長越短，粒子性越強(qiáng)，C錯(cuò)誤；光具有波粒二象性，光的波動(dòng)性與粒子性不是獨(dú)立的，由公式ε＝hν可以看出二者是有聯(lián)系的．光的粒子性并沒有否定光的波動(dòng)性，D正確．答案D1．能引起人的眼睛視覺效應(yīng)的最小能量為10－18J，已知可見光的平均波長約為0.6μm，普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，則進(jìn)入人眼的能量子數(shù)至少為()A．1個(gè) B．3個(gè)C．30個(gè) D．300個(gè)答案B解析可見光的平均頻率ν＝eq\f(c,λ)，能量子的平均能量為ε＝hν，引起視覺效應(yīng)時(shí)E＝nε，聯(lián)立可得n≈3，B正確．2．(多選)光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)論是：對于某種金屬()A．無論光強(qiáng)多強(qiáng)，只要光的頻率小于極限頻率就不能產(chǎn)生光電效應(yīng)B．無論光的頻率多低，只要光照時(shí)間足夠長就能產(chǎn)生光電效應(yīng)C．頻率超過極限頻率的入射光，光照強(qiáng)度越弱，所產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能就越小D．頻率超過極限頻率的入射光，頻率越高，所產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能就越大答案AD解析根據(jù)光電效應(yīng)規(guī)律可知A正確，B錯(cuò)誤．根據(jù)光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0知，頻率ν越高，光電子的最大初動(dòng)能就越大，C錯(cuò)誤，D正確．3．已知金屬鋅發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能Ek跟入射光的頻率ν的關(guān)系圖象如圖1中的直線1所示．某種單色光照射到金屬鋅的表面時(shí)，產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能為E1.若該單色光照射到另一金屬表面時(shí)產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能為E2，E2<E1，關(guān)于這種金屬的最大初動(dòng)能Ek跟入射光的頻率ν的關(guān)系圖象應(yīng)是圖中的()圖1A．a(chǎn) B．bC．c D．上述三條圖線都不正確答案A解析根據(jù)光電效應(yīng)方程知，Ek－ν為一次函數(shù)，普朗克常量h是斜率，h是確定的值，雖然金屬的逸出功不同，但兩個(gè)Ek－ν圖象的斜率相同，兩個(gè)直線平行，同時(shí)再利用Ek＝hν－W0，結(jié)合圖象E2<E1，hν相同，所以W1<W2，即直線在縱軸上的截距W2大，故選項(xiàng)A正確．4．(多選)波粒二象性是微觀世界的基本特征，以下說法正確的有()A．光電效應(yīng)現(xiàn)象揭示了光的粒子性B．熱中子束射到晶體上產(chǎn)生衍射圖樣說明中子具有波動(dòng)性C．黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律可用光的波動(dòng)性解釋D．動(dòng)能相等的質(zhì)子和電子，它們的德布羅意波長也相等答案AB5．在眾人關(guān)注的男子110米欄決賽中，雅典奧運(yùn)冠軍劉翔以12秒91的成績第一個(gè)沖過終點(diǎn)．設(shè)劉翔的質(zhì)量約為74kg，計(jì)算他在11