量子論初步-光電效應(yīng)光的波粒二象性

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1、量子論初步-光電效應(yīng) 光的波粒二象性 要點(diǎn)一 光電效應(yīng)與光子說(shuō) 1.某金屬在一黃光照射下,正好有電子逸出,下述說(shuō)法中,哪種是正確的 ( ) A.增大光強(qiáng),而不改變光的頻率,光電子的最大初動(dòng)能將不變 B.用一束更大強(qiáng)度的紅光代替黃光,仍能發(fā)生光電效應(yīng) C.用強(qiáng)度相同的紫光代替黃光,光電流強(qiáng)度將不變 D.用強(qiáng)度較弱的紫光代替黃光,有可能不發(fā)生光電效應(yīng) 答案 A 要點(diǎn)二 光的波粒二象性 2.物理學(xué)家做了一個(gè)有趣的實(shí)驗(yàn):在光屏處放上照相用的底片.若減弱光的強(qiáng)度,使光子只能一個(gè)一個(gè)地通過(guò)狹縫.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,如果曝光時(shí)間不太長(zhǎng),底片只

2、能出現(xiàn)一些不規(guī)則的點(diǎn)子;如果曝光時(shí)間足夠長(zhǎng),底片上就會(huì)出現(xiàn)規(guī)則的干涉條紋.對(duì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果有下列認(rèn)識(shí),其中正確的是 ( ) A.曝光時(shí)間不太長(zhǎng)時(shí),底片上只能出現(xiàn)一些不規(guī)則的點(diǎn)子,表現(xiàn)出光的波動(dòng)性 B.單個(gè)光子通過(guò)雙縫后的落點(diǎn)可以預(yù)測(cè) C.只有大量光子的行為才能表現(xiàn)出光的粒子性 D.干涉條紋中明亮的部分是光子到達(dá)機(jī)會(huì)較多的地方 答案 D 題型1 對(duì)光電效應(yīng)規(guī)律的理解 【例1】關(guān)于光電效應(yīng),下列說(shuō)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.光電子的動(dòng)

3、能越大,光電子形成的電流強(qiáng)度就越大 C.用不可見(jiàn)光照射金屬一定比用可見(jiàn)光照射同種金屬產(chǎn)生的光電子的初動(dòng)能要大 D.對(duì)于任何一種金屬都存在一個(gè)“最大波長(zhǎng)”,入射光的波長(zhǎng)必須小于這個(gè)波長(zhǎng),才能產(chǎn)生光電 效應(yīng) 答案 D 題型2 光電效應(yīng)方程的應(yīng)用 【例2】如圖所示,一光電管的陰極用極限波長(zhǎng)為0的鈉制成.用波長(zhǎng)為λ的紫外線照射陰極,光電管陽(yáng)極A和陰極K之間的電勢(shì)差為U,光電流的飽和值為I. （1）求每秒由K極發(fā)射的電子數(shù). （2）求電子到達(dá)A極時(shí)的最大動(dòng)能.（普朗克常量為h,電子的電荷量為e）? 答案 （1） 題型3 “光子說(shuō)”的應(yīng)用 【例3】根據(jù)量子理論,光子的

4、能量E和動(dòng)量p之間的關(guān)系式為E=pc,其中c表示光速,由于光子有動(dòng)量,照到物體表面的光子被物體吸收或反射時(shí)都會(huì)對(duì)物體產(chǎn)生壓強(qiáng),這就是“光壓”,用I表示. （1）一臺(tái)二氧化碳?xì)怏w激光器發(fā)出的激光,功率為P0,射出光束的橫截面積為S,當(dāng)它垂直照射到一物體表面并被物體全部反射時(shí),激光對(duì)物體表面的壓力F=2p·N,其中p表示光子的動(dòng)量,N表示單位時(shí)間內(nèi)激光器射出的光子數(shù),試用P0和S表示該束激光對(duì)物體產(chǎn)生的光壓I. （2）有人設(shè)想在宇宙探測(cè)中用光作為動(dòng)力推動(dòng)探測(cè)器加速,探測(cè)器上安裝有面積極大、反射率極高的薄膜,并讓它正對(duì)太陽(yáng),已知太陽(yáng)光照射薄膜對(duì)每1 m2面積上的輻射功率為1.35 kW,探測(cè)器和

5、薄膜的總質(zhì)量為M=100 kg,薄膜面積為4×104 m2,求此時(shí)探測(cè)器的加速度大?。ú豢紤]萬(wàn)有引力等其他的力）? 答案 （1）I= （2）3.6×10-3 m/s2 題型4 光電結(jié)合問(wèn)題 【例4】波長(zhǎng)為=0.17μm的紫外線照射至金屬筒上能使其發(fā)射光電子,光電子在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,做最大半徑為r的勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí),已知r·B=5.6×10-6 T·m,光電子質(zhì)量m=9.1×10-31 kg,電荷量e=1.6×10-19 C.求: （1）光電子的最大動(dòng)能. （2）金屬筒的逸出功. 答案 （1）4.41×10-19 J （2）7.3×10-19J

6、 1.在演示光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中,原來(lái)不帶電的一塊鋅板與靈敏靜電計(jì)相連,用弧光燈照射鋅板時(shí),靜電計(jì)的指針張開(kāi)一個(gè)角度,如圖所示,這時(shí) （ ） A.鋅板帶正電,指針帶負(fù)電 B.鋅板帶正電,指針帶正電 C.鋅板帶負(fù)電,指針帶正電 D.鋅板帶負(fù)電,指針帶負(fù)電 答案 B 2. 2003年全世界物理學(xué)家評(píng)選出“十大最美物理實(shí)驗(yàn)”,排名第一的為1961年物理學(xué)家利用“托馬斯·楊”的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置,進(jìn)行的電子干涉的實(shí)驗(yàn).從輻射源輻射出的電子束經(jīng)兩靠近的狹縫后在顯微鏡的熒光屏上出現(xiàn)了干涉條紋(如圖所示),該實(shí)驗(yàn)說(shuō)明

7、 ( ) A.光具有波動(dòng)性 B.光具有波粒二象性 C.微觀粒子也具有波動(dòng)性 D.微觀粒子也是一種電磁波 答案 C 3.（2009·濟(jì)寧模擬）人們發(fā)現(xiàn)光電效應(yīng)具有瞬時(shí)性和對(duì)各種金屬都存在極限頻率的規(guī)律.請(qǐng)問(wèn)誰(shuí)提出了何種學(xué)說(shuō)很好地解釋了上述規(guī)律?已知鋅的逸出功為3.34 eV,用某單色紫外線照射鋅板時(shí),逸出光電子的最大速度為106 m/s,求該紫外線的波長(zhǎng)λ.（電子質(zhì)量me=9.11×10-31 kg,普朗克常量h=6.64×10-34 J·s,1 eV=1.60×10-19 J） 答案 2.01×10-7 m 4.科學(xué)家設(shè)想未來(lái)的宇航事業(yè)中利用太陽(yáng)帆板來(lái)加速星際飛船.“神舟”五號(hào)載人飛船在軌道上運(yùn)行期間,成功實(shí)施了飛船上太陽(yáng)帆板的展開(kāi)試驗(yàn).設(shè)該飛船所在地每秒每單位面積（m2）接收的光子數(shù)為n,光子平均波長(zhǎng)為λ,太陽(yáng)帆板面積為S,反射率為100%,光子動(dòng)量p=.設(shè)太陽(yáng)光垂直射到太陽(yáng)帆板上,飛船的總質(zhì)量為m,求飛船加速度的表達(dá)式.若太陽(yáng)帆板是黑色的,飛船加速度又為 多少？ 答案