《(浙江特版)2019高中物理第17章波粒二象性章末总结与评价讲义(含解析)新民教版选修3_5.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《(浙江特版)2019高中物理第17章波粒二象性章末总结与评价讲义(含解析)新民教版选修3_5.doc(9页珍藏版)》请到麦多客文档分享搜索。
1. - 1 - 章末总结与评估 波粒二象性 错误！ 波粒二象性 错误！ 光电效应现象 光电效应问题主要包括两个方面，一是对光电效应现象的判断，二是利用光电效应定律和光电效应方程进行简单的计算。解题的关键在于对光电效应定律的掌握和相关概念的熟悉。当题目涉及到Uc图时，难度稍大，关键是要理解抑制电压Uc和轴上截距的物理意义，以及二者的关系，并根据eUc h W0推导出Uc图的斜率。 典型例题1（多选）如图所示，在图A所示的装置中，K为金属板，A为金属电极，均密封在真空玻璃管内，W为石英板覆盖的窗口，单色光可透过石英板到达金属板K，E为输出电压
2、一个可调直流电源，其负极接电极A，为电流表。实验发现，当用一定频率的单色光照射K时，K就会发射电子（光电效应），此时即使AK之间电压为零，电路中也有电流通过。当A的电位低于K的电位，低至某一值Uc时，电流就消失，Uc称为截止电压。当改变照射光的频率时，截止电压Uc也随之变化，其关系如图B所示。若在某次实验中，我们测得绘制此图（图B）所需要的一系列数据，且已知电子的电荷，则可得（ ）A 金属的截止频率 B 金属的功函数 C 普朗克常数 D 电子的质量分析：选ABC当截止电压为零时，所对应的光的频率为截止频率，图B中横轴上的截距等于截止频率。 根据某一频率的停止电压
3、根据截止频率与功函数的关系，并根据爱因斯坦方程：mvm2 h W0，求得电子的最大初动能：mvm2 eUc，由上面的分析和公式12可知，选项A、B、C正确；由于无法测量电子发射的速度，无法计算出电子的质量，D错误。光的波粒二象性1、大量光子产生的效应，表现出波动性。例如在干涉和衍射现象中，如果用强光照明，光屏上立刻就会出现干涉和衍射条纹，体现的是波动性；个别光子产生的效应，表现出的是粒子性。如果用弱光照明，光屏上只能观察到一些没有规律分布的光点，充分体现了粒子性； 但若在弱光下曝光较长时间，感光膜上的光点分布就会呈现出一定的规律性，趋向于干涉、衍射的分布。
4、分布规律。这些实验为人们认识光的波粒二象性提供了良好的基础。2光子和电子、质子等物理粒子一样，具有能量和动量，在与其他物质相互作用时，粒子性起主导作用。3光子的能量和它对应的频率成正比，而频率是具有波动性的物理量。因此，h揭示了光的粒子性与波动性的紧密联系。4不同频率的光，频率低、波长长的光，波动性明显；频率高、波长短的光，粒子性明显。5光在传播时表现出波动性，在与其他物质相互作用时，表现出粒子性。处理好光的波粒二象性问题，关键是要正确认识光的波粒二象性，明确光波是一种概率波。 典型例题2 一束经150V电压加速的电子束，沿同一方向发射，穿过铝箔后击中后面的屏幕，则（ ）A 所有电子的运动轨迹相同。
5.同B。所有到达屏幕的电子，其位置坐标都是相同的。 C.电子到达屏幕的位置坐标可以由牛顿运动定律确定。 D.电子到达屏幕的位置受波动定律支配，其位置不能用确定的坐标描述。 分析：选D。电子在运动中表现出波动性，没有确定的轨迹，牛顿运动定律不适用于电子的运动。 因此，正确选项为D。 专题训练 1.光电效应的实验结果中，与光的波动说不矛盾的是（ ） A.光电效应是瞬时发生的。 B.所有金属都有一个极限频率。 C.光电流随入射光强度的增加而增大。 D.入射光频率越大，光电子的最大初动能越大。 分析：选C。光电效应发生的时间极短，电子从光中吸收的能量是瞬间的，而不是波动说所预言的逐渐叠加。A项自相矛盾。在光电效应中，所有金属都有一个极限频率。当入射光的频率较低时，光电流会增加。
6、光电效应在极限频率下不能发生。光的波动说认为，不管光的频率是多少，只要光足够强，电子就能获得足够的能量逃离金属表面，不应该存在极限频率。B项自相矛盾；光电效应中入射光越强，光电流越大，与光的波动说并不矛盾，C项也不矛盾；光电效应中入射光的频率越大，光电子的最大初动能越大。光的波动说认为，光强度越大，电子能获得的能量越多，光电子的最大初动能也越大，D项自相矛盾。 2 小明用金属铷作阴极的光电管观察光电效应现象。实验装置示意图如图A所示。已知普朗克常数h为6.6310 34 Js。 （1）图A中，电极A为光电管的_（填“阴极”或“阳极”）。 （2）实验中测得铷原子截止电压Uc与入射光频率的关系
7、如图B所示，铷原子的截止频率为c_Hz，功函数为W0_J。（3）设实验中入射光的频率为7.0010 14 Hz，则产生的光电子的最大初动能为Ek_J。分析：（1）图A是用光电管产生光电流的实验电路，光电子从K电极发射出来，所以K为光电管的阴极，A为光电管的阳极。（2）截止电压对光电子做负功，根据爱因斯坦光电效应方程，eUc Ek h W0。 结合图B可知，当Uc0=5.1510 14 Hz时，铷原子的截止频率为c5.1510 14 Hz，功函数W0 h=c3.4110 19 J。（3）若实验中入射光的频率为7.0010 14 Hz，则产生的光电子的最大初动能为Ek h W01.2310 1
8、9 J.答：（1）阳极 （2）5.1510 14 3.4110 19 （3） 1.（时间：45分钟 满分：100分） 一、单项选择题（本题共5题，每题4分，共20分） 1 下列说法错误的是（ ）A 普朗克在研究黑体热辐射时，提出了能量量子假说 B 光束照射到某种金属上，不能产生光电效应，因为光束的曝光时间太短 C 光的单缝衍射实验中，缝越窄，光子动量的不确定性越大 D 任何运动的物体，不管它大到太阳、地球，还是小到电子、质子，它都对应着一种波，这种波是物质波。 物质波是概率波 分析：选B 普朗克在研究黑体热辐射时提出了能量量子假说，所以A是正确的；一束光照射在某种金属上
9、光电效应不能发生，因为光束的频率小于极限频率，所以B错误；在光的单缝衍射实验中，缝越窄，光子动量的不确定性越大，所以C正确；任何一个运动物体都对应着一种波，这种波就是物质波，而物质波是概率波，所以D正确。 2 电子被加速之后，以极高的速度在空间运动，关于它的运动，下列说法中正确与否的是（ ）A 电子在空间中做匀速直线运动 B 电子是通过上下和左右的颤动来向前运动的 C 电子运动的轨迹是一条正弦曲线 D 它的运动路径是无法预测的 分析：选D 根据概率波的知识可以知道，我们无法确定电子在空间运动的路径，只能根据统计规律来确定大量电子的运动区域，所以选项D正确。 3 一个质量为m、电荷为q的带电粒子从静止开始，穿过加速电场。
10.加速后（加速电压为U）粒子的德布罗意波长为（ ） 。 D. hmqU 分析：选C。设加速后的速度为v，根据动能定理可得：qU mv2，所以v ，根据德布罗意波长公式： ，C正确。 hp 已知钙、钾的截止频率分别为7. Hz和5. Hz高中物理 波粒二象性，在某种单色光照射下，两种金属都有光电效应，将表面发射出的光电子与最大初动能相比较，钙发射出的光电子具有较大的（ ）A波长 B频率 C能量 D动量 分析：选A 根据mvm2 h W0可知钙发射出的光电子的最大初动能较小，所以钙发射出的光
11、电子的动量较小，频率较小，波长较长。A选项正确。 5、用不同频率的紫外线照射钨和锌表面产生光电效应，可得到光电子的最大初动能Ek随入射光频率变化的Ek图。已知钨的功函数为3.28eV，锌的功函数为3.24eV。若把二者的图画在同一个Ek坐标系下，钨用实线，锌用虚线，则能正确反映这一过程的图是（ ）- 5 -解析：B选项。图的斜率代表普朗克常数h，所以两条线应该平行；水平截距代表极限频率0，0，所以钨的0较大。B选项正确。W0h II. 选择题（本题共7题，每题4分，共28分） 6、光电效应实验中，用某一频率的光照射光电管阴极，发生光电效应。
12、下列说法中，哪些是正确的？（ ）A.增加入射光强度，光电流增大。B.降低入射光强度，光电效应消失。C.用频率小于辐照的光，肯定不会发生光电效应。D.用频率大于辐照的光，光电子的最大初动能会增加。解析：选AD。根据光电效应定律，增加入射光强度，光电流会增加，所以A正确；降低入射光强度，光电流会减小，但光电效应不会消失，所以B错误；用频率小于辐照的入射光，如果入射光的频率仍然大于光电管阴极材料的极限频率，光电效应仍然能够发生，所以C错误；由爱因斯坦光电效应方程可知，增加入射光的频率会增加光电子的最大初动能，所以D正确。 7 在单缝衍射实验中，中心亮条纹的光强占单缝入射光强的95%以上。现在假设只有一个
13、如果一个光子通过单缝，则光子（ ）A 一定落在中央亮条纹上B 一定落在亮条纹上C 有可能落在暗条纹上D 落在中央亮条纹上的概率最大解析：选CD 按照光波是概率波的概念，光子经过单缝后落在哪里是不确定的，但最大的概率是落在中央亮条纹上，它也可以落在其他亮条纹上，也可以落在暗条纹上，但落在暗条纹上的概率很小，所以选项C、D正确。 82006年度的诺贝尔物理学奖授予了两位美国科学家高中物理 波粒二象性，表彰他们发现宇宙微波背景辐射的黑体谱形及其温度在不同方向上的微小变化。他们的杰出工作被誉为宇宙学研究进入精密科学时代的起点。 关于宇宙微波背景辐射黑体光谱的正确表述是（ ）A 微波是指波长在103 m至10
14、m之间的电磁波 B 微波和声波只能在介质中传播 C 黑体热辐射其实就是电磁辐射 D 普朗克在研究黑体热辐射问题时提出了能量量子假说 - 6 - 解析：选ACD 微波是指波长在103m至10m之间的电磁波，可以在真空中传播；声波是只能在介质中传播的机械波，选项A正确，B错误； 黑体热辐射其实就是电磁能量以电磁波的形式向外辐射，选项C正确； 普朗克在研究黑体热辐射问题时提出了能量量子假说，选项D正确。 9 根据物质波理论，下列说法中正确的是（ ） A 微观粒子具有波动性，宏观物体不具有波动性 B 宏观物体和微观粒子都具有波动性 C 宏观物体的波动性由于波长太长不易被观测到 D 速度相同的质量波
15、与质子相比，电子的波动性更明显。解析：选BD。凡是运动的物体都有一种物质波与之对应，所以无论宏观物体还是微观粒子都具有波动性。选项A错误，选项B正确。宏观物体的物质波的波长很短，不易观察到其波动性，所以选项C错误。与速度相同的质子和电子相比，质子的质量较小，物质波波长较长，所以电子的波动性更明显，选项D正确。10、光通过单缝时出现的现象，可以从位置和动量不确定度的关系角度得到正确的解释。（）A.单缝较宽时，光沿直线传播，这是因为位置不确定度x很大，动量不确定度p很小，所以可以忽略不计。B.在能发生衍射的情况下，动量不确定度p不能忽略。 C.单缝越窄，中心亮条纹越宽，因为位置不确定性越小，动量不确定性越大。
16、选大D的原因是，以上解释都不正确。解析：选ABC。由不确定关系xp可知，A，B，C都正确。h411 做双缝干涉实验时，观察屏上某处有一条亮条纹，下列关于光子到达观察屏的位置的说法中，哪一个是正确的？（）A 到达亮条纹的概率大于到达暗条纹的概率 B 到达暗条纹的概率大于到达亮条纹的概率 C 光子可能到达光屏上任意位置 D 以上说法都有可能。解析：选AC 根据概率波的定义，光子到达亮条纹的概率远大于到达暗条纹的概率，但不一定能到达亮条纹，所以A，C都正确。 12 下表列出了几种不同物体在一定速度下的德布罗意波的波长和频率为1MHz的无线电波的波长。从表中数据可知（ ）质量/千克 速度/（毫秒
17、1）波长/m 台球 2102 1.0102 3.31030-7-电子（100eV） 9.01031 5.0106 1.41010无线电波（1MHz） 3.0108 3.3102A.台球的波动性几乎不可能检测出来。B无线电波通常表现为波动性。C电子照射到金属晶体上，可以观察到波动性。D只有可见光才具有波动性。解析：选ABC。台球的波长相对较小，几乎不可能检测出它的波动性。A正确。无线电波的波长较长，所以通常表现为波动性。B正确。电子的波长和金属晶体的大小差不多，所以可以利用金属晶体来观察电子的波动性。C正确。根据物质波理论，D错误三、非选择性题（本题共4题，52分）13.（12分）
18、太阳能直接转换的基本原理是利用光电效应将太阳能转换成电能。图为测量光电流的电路示意图。光电管加正向电压。（1）分别写出电源和电流表的正极和负极：_。（2）入射光应照在_极上（选A或B）。（3）电流表读数为10A，所以每秒从光电管阴极发射的光电子数至少为_个。分析：（1）加正向电压时，电子在电子管中从B向A运动，即电流从左向右。所以电源左端为正极，右端为负极，电流表上端为正极，下端为负极。（2）入射光应照在B极上。 （3）设电子数为n，则I为ne，所以n=6.（个）。1010 61.610 19 答：（1）电源左端为正极，右端为负极；电流表顶端为正极，
19.下端为负极 （2）B（3）6.（12分） 铝的功函数为4.2eV。现将波长为200nm的光照射到铝表面。求：（1）光电子的最大初动能；（2）截止电压；（3）铝的极限频率。分析：（1）由爱因斯坦光电效应方程Ek h W0可得：Ek h W0c（4.21.610 19 ）J3.2310 19 J2.02eV。6.6310 7（2）由eUc Ek可得截止电压Uc 2.02 V。Eke- 8 -（3）由W0 h 0可得极限频率0 Hz1.0110 15 Hz。 W0h 4.21.610 196.6310 34答案：（1）2.02 eV （2）
20，2.02 V（3）1. Hz 15（12分） 下表列出几种金属的功函数W0： 金属 钨 钙 钠 钾 铷 W0（1019 J） 7.26 5.12 3.66 3.60 3.41 用一束可见光照射以上金属表面，请计算哪些能产生光电效应。 已知可见光的波长范围为4.0107 7.610 7 m，普朗克常数h为6.6310 34 Js。 分析： 光子的能量Ehc为4.010 7 m，则E5.010 19 J 根据E W0，钠、钾、铷都能产生光电效应。 答：钠、钾、铷能产生光电效应 16（16分）太阳光垂直投射到地面时，地面1m2接收到的太阳光功率为1.4kW，其中可见光部分
21.约占45%。 (普朗克常数h6.610 34 Js) （1）设可见光的波长约为0.55m，太阳与地球的距离为R1.510 11 m，估算太阳每秒辐射出的可见光光子数； （2）已知地球半径为6.4106 m，估算地球接收到的太阳光总功率。 分析： （1）设n为地面上垂直于太阳光的1m2面积上每秒接收到的可见光光子数，则解P45%nhc可得n0..450.5510 61.41036.610 .7510 21 (个) 想象一个以太阳为圆心，以太阳与地球的距离为半径，围绕太阳旋转的大球体。 大球体接收到的光子数等于太阳辐射出去的总光子数，那么所需的可见光光子数N n4 R21.7510 2143.14(1.51011)24.910 44(光子)。 （2）地球背对太阳的一半表面接收不到任何阳光，地球面向太阳的一半表面并非全部垂直于阳光，接收阳光辐射且垂直于阳光的有效面积是以地球半径为半径的圆的平面的面积。那么地球接收到的阳光总功率为P 地球P r21.43.14(6.410 6)2 kW1.810 14 kW。 - 9 - 答： （1）4.910 44 （2）1.810 14 kW