高中物理 第二章 波粒二象性章末復(fù)習(xí)課學(xué)案 粵教版選修35

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1、 第二章 波粒二象性 章末復(fù)習(xí)課 【知識(shí)體系】 [答案填寫]?、佴?＝(W0為逸出功)　②hν＝mv＋W0?、鄹缮妗、苎苌洹、莨怆娦?yīng)　⑥康普頓效應(yīng) ⑦λ＝?、唳Δp≥ 主題1　光電效應(yīng) 1．光電效應(yīng)現(xiàn)象的判斷． 光電流的大小每秒入射的光子數(shù) 2．光電效應(yīng)方程． 光電效應(yīng)方程的實(shí)質(zhì)是能量的轉(zhuǎn)化和守恒定律在光電效應(yīng)現(xiàn)象中的反映，根據(jù)能量守恒定律，光電子的最大初動(dòng)能與入射光子的能量和逸出功的關(guān)系為hν＝mv＋W0，這個(gè)方程叫愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程． 3．光子被吸收的情況． 光電效應(yīng)中，光子與金屬中的電子作用，光子整個(gè)被吸收，且電子一般一次只能吸收一個(gè)光子

2、；康普頓效應(yīng)中，光子與晶體中的自由電子發(fā)生碰撞，電子只能吸收光子的部分能量． 【典例1】　(2016江蘇卷)幾種金屬的逸出功W0見(jiàn)下表： 金屬 鎢 鈣 鈉 鉀 鉫 W0(10－19 J) 7.26 5.12 3.66 3.60 3.41 由一束可見(jiàn)光照射上述金屬的表面，請(qǐng)通過(guò)計(jì)算說(shuō)明哪些能發(fā)生光電效應(yīng)．已知該可見(jiàn)光的波長(zhǎng)的范圍為4.010－7～7.610－6 m，普朗克常數(shù)h＝6.6310－34 Js. 解析：可見(jiàn)光的最大光子能量 E＝h＝6.6310－34 J≈5.010－19 J. 可見(jiàn)光子能量大于鈉、鉀、銣的逸出功，可以使鈉、鉀、銣發(fā)生光電效應(yīng)． 答案

3、：可以使鈉、鉀、銣發(fā)生光電效應(yīng) 針對(duì)訓(xùn)練 1．下表中列出了幾種金屬的逸出功，關(guān)于光電效應(yīng)現(xiàn)象以下說(shuō)法正確的是(　　) 金屬 鎢 鈣 鈉 鉀 銣 W0/eV 4.54 3.20 2.29 2.25 2.13 A.某種光能使銣發(fā)生光電效應(yīng)，則該光也能使其他四種金屬發(fā)生光電效應(yīng) B．遏制電壓的大小不僅與金屬有關(guān)，還與入射光頻率有關(guān) C．若某種光能使鎢和鈉都發(fā)生光電效應(yīng)，則鎢的光電子的最大初動(dòng)能較大 D．用強(qiáng)度相同、頻率不同的光照射鉀，光電子的最大初動(dòng)能相同 解析：銣的逸出功最小，某種光能使銣發(fā)生光電效應(yīng)，但不一定能使其他四種金屬發(fā)生光電效應(yīng)，故A錯(cuò)誤；根據(jù)

4、eU0＝mv＝hν－W0 可知遏制電壓的大小不僅與金屬有關(guān)，還與入射光頻率有關(guān)，故B正確；鎢的逸出功大于鈉的逸出功，則若某種光能使鎢和鈉都發(fā)生光電效應(yīng)，根據(jù)mv＝hν－W0，則鎢的光電子的最大初動(dòng)能較小，故C錯(cuò)誤；根據(jù)光電效應(yīng)方程可知，用強(qiáng)度相同、頻率不同的光照射鉀，光電子的最大初動(dòng)能不相同，故D錯(cuò)誤． 答案：B 主題2　光源功率與光強(qiáng)度的區(qū)別與聯(lián)系 根據(jù)愛(ài)因斯坦的光子說(shuō)，光源的功率和光的強(qiáng)度，是兩個(gè)不同的概念． (1)光源的功率(P)——光源每單位時(shí)間內(nèi)輻射光子的能量，即P＝nhν，式中n表示光源單位時(shí)間內(nèi)輻射的光子數(shù)． (2)光的強(qiáng)度(I)——在單位時(shí)間內(nèi)垂直通過(guò)單位面積的光子的

5、總能量，即I＝Nhν.式中N表示單位時(shí)間垂直通過(guò)單位面積的光子數(shù)． (3)在入射光頻率不變的情況下，光強(qiáng)正比于單位時(shí)間內(nèi)照射到金屬表面上單位面積的光子數(shù)，但若換用不同頻率的光照時(shí)，即使光強(qiáng)相同，單位時(shí)間內(nèi)照射到金屬表面單位面積的光子數(shù)也不同． 【典例2】　某激光器能發(fā)射波長(zhǎng)為λ的激光，發(fā)射功率為P，c表示光速，h表示普朗克常量，則激光器每分鐘發(fā)射的光子數(shù)為(　　) A. B. C. D. 解析：每個(gè)光子的能量E＝hν＝h，激光器在每分鐘內(nèi)發(fā)出的能量W＝60P，故激光器每秒發(fā)出的光子數(shù)為n＝＝＝，C正確． 答案：C 針對(duì)訓(xùn)練 2．科學(xué)家設(shè)想未來(lái)的宇航事業(yè)中利用太陽(yáng)帆來(lái)加速

6、星際飛船，設(shè)該飛船所在地每秒內(nèi)單位面積上的光子數(shù)為n，光子的平均波長(zhǎng)為λ，太陽(yáng)帆面積為S，反射率為100%，假定太陽(yáng)垂直射到太陽(yáng)帆上，飛船的總質(zhì)量為m. (1)求飛船加速度的表達(dá)式(光子動(dòng)量p＝h/λ)； (2)若太陽(yáng)帆是黑色的，飛船的加速度為多少？ 解析：(1)光子垂直打在太陽(yáng)帆上再反射，動(dòng)量的改變量為2p，根據(jù)動(dòng)量定理得： FΔt＝n2p，太陽(yáng)帆上受到的光壓力為 F＝＝，故飛船的加速度a＝＝. (2)若太陽(yáng)帆是黑色的，光子垂直打在太陽(yáng)帆上不再反射，光子動(dòng)量的改變?yōu)閜，太陽(yáng)帆上受到的光壓力為F′＝，故太陽(yáng)帆的加速度a′＝. 答案：(1)　(2) 主題3　波粒二象性 1．微觀

7、粒子的波動(dòng)性和粒子性不能理解為宏觀概念中的波和粒子．波動(dòng)性和粒子性是微觀粒子的兩種固有屬性，任何情況下二者都同時(shí)存在． 2．描述光的性質(zhì)的基本關(guān)系式ε＝hν和p＝中，能量ε和動(dòng)量p是描述物質(zhì)的粒子性的重要物理量，波長(zhǎng)λ或頻率ν是描述物質(zhì)的波動(dòng)性的典型物理量，它們通過(guò)普朗克常量h聯(lián)系在一起． [典例?]　(多選)實(shí)物粒子和光都具有波粒二象性．下列事實(shí)中突出體現(xiàn)波動(dòng)性的是(　　) A．電子束通過(guò)雙縫實(shí)驗(yàn)裝置后可以形成干涉圖樣 B．人們利用慢中子衍射來(lái)研究晶體的結(jié)構(gòu) C．人們利用電子顯微鏡觀測(cè)物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu) D．光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，光電子的最大初動(dòng)能與入射光的頻率有關(guān)，與入射光強(qiáng)度無(wú)關(guān) 解

8、析：干涉是波具有的特性，電子束通過(guò)雙縫實(shí)驗(yàn)裝置后可以形成干涉圖樣，說(shuō)明電子具有波動(dòng)性，故A正確；可以利用慢中子衍射來(lái)研究晶體的結(jié)構(gòu)，說(shuō)明中子可以產(chǎn)生衍射現(xiàn)象，說(shuō)明具有波動(dòng)性，故B正確；人們利用電子顯微鏡觀測(cè)物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)，說(shuō)明電子可以產(chǎn)生衍射現(xiàn)象，說(shuō)明具有波動(dòng)性，故C正確；光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)，說(shuō)明的是能夠從金屬中打出光電子，說(shuō)明的是物質(zhì)的粒子性，故D錯(cuò)誤． 答案：ABC 針對(duì)訓(xùn)練 3．(2015上海卷)用很弱的光做單縫衍射實(shí)驗(yàn)，改變曝光時(shí)間，在膠片上出現(xiàn)的圖象如圖所示，該實(shí)驗(yàn)表明(　　) 時(shí)間較短　　時(shí)間稍長(zhǎng)　　時(shí)間較長(zhǎng)　　 A．光的本質(zhì)是波 B．光的本質(zhì)是粒子 C．光的能量在膠片

9、上分布不均勻 D．光到達(dá)膠片上不同位置的概率相同 解析：用很弱的光做單縫衍射實(shí)驗(yàn)，改變曝光時(shí)間在膠片出現(xiàn)的圖樣，說(shuō)明光有波粒二象性，故A、B錯(cuò)誤；說(shuō)明光到達(dá)膠片上的不同位置的概率是不一樣的，也就說(shuō)明了光的能量在膠片上分而不均勻，故C正確，D錯(cuò)誤． 答案：C 統(tǒng)攬考情 波粒二象性部分的重點(diǎn)內(nèi)容是光電效應(yīng)現(xiàn)象、實(shí)驗(yàn)規(guī)律和光電效應(yīng)方程，光的波粒二象性和德布羅意波是理解的難點(diǎn)．一般以考查選擇或填空為主． 真題例析 (2016全國(guó)Ⅰ卷)(多選)現(xiàn)用一光電管進(jìn)行光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，當(dāng)用某一頻率的光入射時(shí)，有光電流產(chǎn)生．下列說(shuō)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

10、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 E．遏止電壓的大小與入射光的頻率有關(guān)，與入射光的光強(qiáng)無(wú)關(guān) 解析：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，因?yàn)轱柡凸怆娏髋c入射光的強(qiáng)度成正比，故A正確；飽和光電流與入射光的頻率無(wú)關(guān)，故B錯(cuò)誤；根據(jù)光電效應(yīng)的規(guī)律，光電子的最大初動(dòng)能隨入射光頻率的增大而增大，所以入射光的頻率變高，光電子的最大初動(dòng)能變大，故C正確；如果入射光的頻率小于極限頻率將不會(huì)發(fā)生光電效應(yīng)，不會(huì)有光電流產(chǎn)生，故D錯(cuò)誤；根據(jù)Ek＝hν－W＝eU

11、c，得遏止電壓Uc及最大初動(dòng)能Ek與入射光的頻率有關(guān)，與入射光的強(qiáng)度無(wú)關(guān)，故E正確． 答案：ACE 針對(duì)訓(xùn)練 　(2017全國(guó)卷Ⅲ)(多選)在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，分別用頻率為νa、νb的單色光a、b照射同種金屬，測(cè)得相應(yīng)的遏止電壓分別為Ua和Ub、光電子的最大初動(dòng)能分別為Eka和Ekb，h為普朗克常量．下列說(shuō)法正確的是(　　) A．若νa>νb，則一定有Uaνb，則一定有Eka>Ekb C．若Uaνb，則一定有hνa－Eka>hνb－Ekb 解析：由愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程eU0＝Ekm＝hν－W0，當(dāng)νa>νb時(shí)， E

12、ka>Ekb, Ua>Ub，A錯(cuò)誤，B正確；若Ua

13、爾的原子理論只能成功地解釋了氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律，故C正確；盧瑟福根據(jù)α粒子散射實(shí)驗(yàn)，提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型，故D正確；依據(jù)德布羅意波長(zhǎng)公式λ＝，可知，微觀粒子的動(dòng)量越大，其對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)就越短，故E錯(cuò)誤． 答案：ACD 2．(2017北京卷)2017年年初，我國(guó)研制的“大連光源”——極紫外自由電子激光裝置，發(fā)出了波長(zhǎng)在100 nm(1 nm＝10－9 m)附近連續(xù)可調(diào)的世界上最強(qiáng)的極紫外激光脈沖. 大連光源因其光子的能量大、密度高，可在能源利用、光刻技術(shù)、霧霾治理等領(lǐng)域的研究中發(fā)揮重要作用. 一個(gè)處于極紫外波段的光子所具有的能量可以電離一個(gè)分子，但又不會(huì)把分子打碎. 據(jù)此判斷，能夠電離一個(gè)

14、分子的能量約為(取普朗克常量h＝6.610－34 Js，真空光速c＝3108 m/s)(　　) A．10－21 J　　　　 B．10－18 J C．10－15 J D．10－12 J 解析：一個(gè)處于極紫外波段的光子的能量約為E＝hν＝h≈210－18 J，由題可知，光子的能量應(yīng)比電離一個(gè)分子的能量稍大，因此數(shù)量級(jí)應(yīng)相同，故選B. 答案：B 3. 三束單色光1、2和3的波長(zhǎng)分別為λ1、λ2和λ3(λ1>λ2>λ3)．分別用這三束光照射同一種金屬. 已知用光束2照射時(shí)，恰能產(chǎn)生光電子. 下列說(shuō)法正確的是(　　) A．用光束3照射時(shí)，一定不能產(chǎn)生光電子 B．用光束1照射時(shí)，一定不能

15、產(chǎn)生光電子 C．用光束2照射時(shí)，光越強(qiáng)，產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能越大 D．用光束1照射時(shí)，光越強(qiáng)，單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的光電子數(shù)目越多 解析：依據(jù)波長(zhǎng)與頻率的關(guān)系：λ＝，因λ1＞λ2＞λ3，那么ν1<ν2<ν3；由于用光束2照射時(shí)，恰能產(chǎn)生光電子，因此用光束1照射時(shí)，不能產(chǎn)生光電子，而光束3照射時(shí)，一定能產(chǎn)生光電子，故A錯(cuò)誤，B正確；用光束2照射時(shí)，光越強(qiáng)，單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的光電子數(shù)目越多，而由光電效應(yīng)方程：Ekm＝hν－W0，可知，光電子的最大初動(dòng)能與光的強(qiáng)弱無(wú)關(guān)，故C錯(cuò)誤；用光束1照射時(shí)，不能產(chǎn)生光電效應(yīng)，故D錯(cuò)誤． 答案：B 4．(2017江蘇卷)質(zhì)子(H)和α粒子(H)被加速到相同動(dòng)

16、能時(shí)，質(zhì)子的動(dòng)量______(選填“大于”、“小于”或“等于”)α粒子的動(dòng)量，質(zhì)子和α粒子的德布羅意波波長(zhǎng)之比為_(kāi)_____． 解析：動(dòng)量與動(dòng)能的關(guān)系： p2＝2mEk，又質(zhì)子的質(zhì)量小于α粒子的質(zhì)量，所以質(zhì)子的動(dòng)量小于α粒子的動(dòng)量，且＝＝；根據(jù)λ＝，可得質(zhì)子和α粒子的德布羅意波波長(zhǎng)之比為2∶1. 答案：小于　2∶1 5．(2016江蘇卷)已知光速為c，普朗克常數(shù)為h，則頻率為ν的光子的動(dòng)量為_(kāi)_______．用該頻率的光垂直照射平面鏡，光被鏡面全部垂直反射回去，則光子在反射前后動(dòng)量改變量的大小為_(kāi)_______． 解析：根據(jù)德布羅意波長(zhǎng)公式，則光子的動(dòng)量p＝＝＝. 取入射方向?yàn)檎较?，則光子動(dòng)量的變化量Δp＝p末－p初＝－p－p＝－2h，因此當(dāng)光被鏡面全部垂直反射回去，光子的速度方向與開(kāi)始時(shí)相反，所以光子在反射前后動(dòng)量改變量的大小為. 答案：　 6EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F375