《(浙江特版)2019高中物理第17章波粒二象性章末總結與評價講義(含解析)新民教版選修3_5.doc》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《(浙江特版)2019高中物理第17章波粒二象性章末總結與評價講義(含解析)新民教版選修3_5.doc(9頁珍藏版)》請到麥多客文檔分享搜索。
1. - 1 - 章末總結與評估 波粒二象性 錯誤！ 波粒二象性 錯誤！ 光電效應現象 光電效應問題主要包括兩個方面，一是對光電效應現象的判斷，二是利用光電效應定律和光電效應方程進行簡單的計算。解題的關鍵在于對光電效應定律的掌握和相關概念的熟悉。當題目涉及到Uc圖時，難度稍大，關鍵是要理解抑制電壓Uc和軸上截距的物理意義，以及二者的關系，并根據eUc h W0推導出Uc圖的斜率。 典型例題1（多選）如圖所示，在圖A所示的裝置中，K為金屬板，A為金屬電極，均密封在真空玻璃管內，W為石英板覆蓋的窗口，單色光可透過石英板到達金屬板K，E為輸出電壓
2、一個可調直流電源，其負極接電極A，為電流表。實驗發現，當用一定頻率的單色光照射K時，K就會發射電子（光電效應），此時即使AK之間電壓為零，電路中也有電流通過。當A的電位低于K的電位，低至某一值Uc時，電流就消失，Uc稱為截止電壓。當改變照射光的頻率時，截止電壓Uc也隨之變化，其關系如圖B所示。若在某次實驗中，我們測得繪制此圖（圖B）所需要的一系列數據，且已知電子的電荷，則可得（ ）A 金屬的截止頻率 B 金屬的功函數 C 普朗克常數 D 電子的質量分析：選ABC當截止電壓為零時，所對應的光的頻率為截止頻率，圖B中橫軸上的截距等于截止頻率。 根據某一頻率的停止電壓
3、根據截止頻率與功函數的關系，并根據愛因斯坦方程：mvm2 h W0，求得電子的最大初動能：mvm2 eUc，由上面的分析和公式12可知，選項A、B、C正確；由于無法測量電子發射的速度，無法計算出電子的質量，D錯誤。光的波粒二象性1、大量光子產生的效應，表現出波動性。例如在干涉和衍射現象中，如果用強光照明，光屏上立刻就會出現干涉和衍射條紋，體現的是波動性；個別光子產生的效應，表現出的是粒子性。如果用弱光照明，光屏上只能觀察到一些沒有規律分布的光點，充分體現了粒子性； 但若在弱光下曝光較長時間，感光膜上的光點分布就會呈現出一定的規律性，趨向于干涉、衍射的分布。
4、分布規律。這些實驗為人們認識光的波粒二象性提供了良好的基礎。2光子和電子、質子等物理粒子一樣，具有能量和動量，在與其他物質相互作用時，粒子性起主導作用。3光子的能量和它對應的頻率成正比，而頻率是具有波動性的物理量。因此，h揭示了光的粒子性與波動性的緊密聯系。4不同頻率的光，頻率低、波長長的光，波動性明顯；頻率高、波長短的光，粒子性明顯。5光在傳播時表現出波動性，在與其他物質相互作用時，表現出粒子性。處理好光的波粒二象性問題，關鍵是要正確認識光的波粒二象性，明確光波是一種概率波。 典型例題2 一束經150V電壓加速的電子束，沿同一方向發射，穿過鋁箔后擊中后面的屏幕，則（ ）A 所有電子的運動軌跡相同。
5.同B。所有到達屏幕的電子，其位置坐標都是相同的。 C.電子到達屏幕的位置坐標可以由牛頓運動定律確定。 D.電子到達屏幕的位置受波動定律支配，其位置不能用確定的坐標描述。 分析：選D。電子在運動中表現出波動性，沒有確定的軌跡，牛頓運動定律不適用于電子的運動。 因此，正確選項為D。 專題訓練 1.光電效應的實驗結果中，與光的波動說不矛盾的是（ ） A.光電效應是瞬時發生的。 B.所有金屬都有一個極限頻率。 C.光電流隨入射光強度的增加而增大。 D.入射光頻率越大，光電子的最大初動能越大。 分析：選C。光電效應發生的時間極短，電子從光中吸收的能量是瞬間的，而不是波動說所預言的逐漸疊加。A項自相矛盾。在光電效應中，所有金屬都有一個極限頻率。當入射光的頻率較低時，光電流會增加。
6、光電效應在極限頻率下不能發生。光的波動說認為，不管光的頻率是多少，只要光足夠強，電子就能獲得足夠的能量逃離金屬表面，不應該存在極限頻率。B項自相矛盾；光電效應中入射光越強，光電流越大，與光的波動說并不矛盾，C項也不矛盾；光電效應中入射光的頻率越大，光電子的最大初動能越大。光的波動說認為，光強度越大，電子能獲得的能量越多，光電子的最大初動能也越大，D項自相矛盾。 2 小明用金屬銣作陰極的光電管觀察光電效應現象。實驗裝置示意圖如圖A所示。已知普朗克常數h為6.6310 34 Js。 （1）圖A中，電極A為光電管的_（填“陰極”或“陽極”）。 （2）實驗中測得銣原子截止電壓Uc與入射光頻率的關系
7、如圖B所示，銣原子的截止頻率為c_Hz，功函數為W0_J。（3）設實驗中入射光的頻率為7.0010 14 Hz，則產生的光電子的最大初動能為Ek_J。分析：（1）圖A是用光電管產生光電流的實驗電路，光電子從K電極發射出來，所以K為光電管的陰極，A為光電管的陽極。（2）截止電壓對光電子做負功，根據愛因斯坦光電效應方程，eUc Ek h W0。 結合圖B可知，當Uc0=5.1510 14 Hz時，銣原子的截止頻率為c5.1510 14 Hz，功函數W0 h=c3.4110 19 J。（3）若實驗中入射光的頻率為7.0010 14 Hz，則產生的光電子的最大初動能為Ek h W01.2310 1
8、9 J.答：（1）陽極 （2）5.1510 14 3.4110 19 （3） 1.（時間：45分鐘 滿分：100分） 一、單項選擇題（本題共5題，每題4分，共20分） 1 下列說法錯誤的是（ ）A 普朗克在研究黑體熱輻射時，提出了能量量子假說 B 光束照射到某種金屬上，不能產生光電效應，因為光束的曝光時間太短 C 光的單縫衍射實驗中，縫越窄，光子動量的不確定性越大 D 任何運動的物體，不管它大到太陽、地球，還是小到電子、質子，它都對應著一種波，這種波是物質波。 物質波是概率波 分析：選B 普朗克在研究黑體熱輻射時提出了能量量子假說，所以A是正確的；一束光照射在某種金屬上
9、光電效應不能發生，因為光束的頻率小于極限頻率，所以B錯誤；在光的單縫衍射實驗中，縫越窄，光子動量的不確定性越大，所以C正確；任何一個運動物體都對應著一種波，這種波就是物質波，而物質波是概率波，所以D正確。 2 電子被加速之后，以極高的速度在空間運動，關于它的運動，下列說法中正確與否的是（ ）A 電子在空間中做勻速直線運動 B 電子是通過上下和左右的顫動來向前運動的 C 電子運動的軌跡是一條正弦曲線 D 它的運動路徑是無法預測的 分析：選D 根據概率波的知識可以知道，我們無法確定電子在空間運動的路徑，只能根據統計規律來確定大量電子的運動區域，所以選項D正確。 3 一個質量為m、電荷為q的帶電粒子從靜止開始，穿過加速電場。
10.加速后（加速電壓為U）粒子的德布羅意波長為（ ） 。 D. hmqU 分析：選C。設加速后的速度為v，根據動能定理可得：qU mv2，所以v ，根據德布羅意波長公式： ，C正確。 hp 已知鈣、鉀的截止頻率分別為7. Hz和5. Hz高中物理 波粒二象性，在某種單色光照射下，兩種金屬都有光電效應，將表面發射出的光電子與最大初動能相比較，鈣發射出的光電子具有較大的（ ）A波長 B頻率 C能量 D動量 分析：選A 根據mvm2 h W0可知鈣發射出的光電子的最大初動能較小，所以鈣發射出的光
11、電子的動量較小，頻率較小，波長較長。A選項正確。 5、用不同頻率的紫外線照射鎢和鋅表面產生光電效應，可得到光電子的最大初動能Ek隨入射光頻率變化的Ek圖。已知鎢的功函數為3.28eV，鋅的功函數為3.24eV。若把二者的圖畫在同一個Ek坐標系下，鎢用實線，鋅用虛線，則能正確反映這一過程的圖是（ ）- 5 -解析：B選項。圖的斜率代表普朗克常數h，所以兩條線應該平行；水平截距代表極限頻率0，0，所以鎢的0較大。B選項正確。W0h II. 選擇題（本題共7題，每題4分，共28分） 6、光電效應實驗中，用某一頻率的光照射光電管陰極，發生光電效應。
12、下列說法中，哪些是正確的？（ ）A.增加入射光強度，光電流增大。B.降低入射光強度，光電效應消失。C.用頻率小于輻照的光，肯定不會發生光電效應。D.用頻率大于輻照的光，光電子的最大初動能會增加。解析：選AD。根據光電效應定律，增加入射光強度，光電流會增加，所以A正確；降低入射光強度，光電流會減小，但光電效應不會消失，所以B錯誤；用頻率小于輻照的入射光，如果入射光的頻率仍然大于光電管陰極材料的極限頻率，光電效應仍然能夠發生，所以C錯誤；由愛因斯坦光電效應方程可知，增加入射光的頻率會增加光電子的最大初動能，所以D正確。 7 在單縫衍射實驗中，中心亮條紋的光強占單縫入射光強的95%以上。現在假設只有一個
13、如果一個光子通過單縫，則光子（ ）A 一定落在中央亮條紋上B 一定落在亮條紋上C 有可能落在暗條紋上D 落在中央亮條紋上的概率最大解析：選CD 按照光波是概率波的概念，光子經過單縫后落在哪里是不確定的，但最大的概率是落在中央亮條紋上，它也可以落在其他亮條紋上，也可以落在暗條紋上，但落在暗條紋上的概率很小，所以選項C、D正確。 82006年度的諾貝爾物理學獎授予了兩位美國科學家高中物理 波粒二象性，表彰他們發現宇宙微波背景輻射的黑體譜形及其溫度在不同方向上的微小變化。他們的杰出工作被譽為宇宙學研究進入精密科學時代的起點。 關于宇宙微波背景輻射黑體光譜的正確表述是（ ）A 微波是指波長在103 m至10
14、m之間的電磁波 B 微波和聲波只能在介質中傳播 C 黑體熱輻射其實就是電磁輻射 D 普朗克在研究黑體熱輻射問題時提出了能量量子假說 - 6 - 解析：選ACD 微波是指波長在103m至10m之間的電磁波，可以在真空中傳播；聲波是只能在介質中傳播的機械波，選項A正確，B錯誤； 黑體熱輻射其實就是電磁能量以電磁波的形式向外輻射，選項C正確； 普朗克在研究黑體熱輻射問題時提出了能量量子假說，選項D正確。 9 根據物質波理論，下列說法中正確的是（ ） A 微觀粒子具有波動性，宏觀物體不具有波動性 B 宏觀物體和微觀粒子都具有波動性 C 宏觀物體的波動性由于波長太長不易被觀測到 D 速度相同的質量波
15、與質子相比，電子的波動性更明顯。解析：選BD。凡是運動的物體都有一種物質波與之對應，所以無論宏觀物體還是微觀粒子都具有波動性。選項A錯誤，選項B正確。宏觀物體的物質波的波長很短，不易觀察到其波動性，所以選項C錯誤。與速度相同的質子和電子相比，質子的質量較小，物質波波長較長，所以電子的波動性更明顯，選項D正確。10、光通過單縫時出現的現象，可以從位置和動量不確定度的關系角度得到正確的解釋。（）A.單縫較寬時，光沿直線傳播，這是因為位置不確定度x很大，動量不確定度p很小，所以可以忽略不計。B.在能發生衍射的情況下，動量不確定度p不能忽略。 C.單縫越窄，中心亮條紋越寬，因為位置不確定性越小，動量不確定性越大。
16、選大D的原因是，以上解釋都不正確。解析：選ABC。由不確定關系xp可知，A，B，C都正確。h411 做雙縫干涉實驗時，觀察屏上某處有一條亮條紋，下列關于光子到達觀察屏的位置的說法中，哪一個是正確的？（）A 到達亮條紋的概率大于到達暗條紋的概率 B 到達暗條紋的概率大于到達亮條紋的概率 C 光子可能到達光屏上任意位置 D 以上說法都有可能。解析：選AC 根據概率波的定義，光子到達亮條紋的概率遠大于到達暗條紋的概率，但不一定能到達亮條紋，所以A，C都正確。 12 下表列出了幾種不同物體在一定速度下的德布羅意波的波長和頻率為1MHz的無線電波的波長。從表中數據可知（ ）質量/千克 速度/（毫秒
17、1）波長/m 臺球 2102 1.0102 3.31030-7-電子（100eV） 9.01031 5.0106 1.41010無線電波（1MHz） 3.0108 3.3102A.臺球的波動性幾乎不可能檢測出來。B無線電波通常表現為波動性。C電子照射到金屬晶體上，可以觀察到波動性。D只有可見光才具有波動性。解析：選ABC。臺球的波長相對較小，幾乎不可能檢測出它的波動性。A正確。無線電波的波長較長，所以通常表現為波動性。B正確。電子的波長和金屬晶體的大小差不多，所以可以利用金屬晶體來觀察電子的波動性。C正確。根據物質波理論，D錯誤三、非選擇性題（本題共4題，52分）13.（12分）
18、太陽能直接轉換的基本原理是利用光電效應將太陽能轉換成電能。圖為測量光電流的電路示意圖。光電管加正向電壓。（1）分別寫出電源和電流表的正極和負極：_。（2）入射光應照在_極上（選A或B）。（3）電流表讀數為10A，所以每秒從光電管陰極發射的光電子數至少為_個。分析：（1）加正向電壓時，電子在電子管中從B向A運動，即電流從左向右。所以電源左端為正極，右端為負極，電流表上端為正極，下端為負極。（2）入射光應照在B極上。 （3）設電子數為n，則I為ne，所以n=6.（個）。1010 61.610 19 答：（1）電源左端為正極，右端為負極；電流表頂端為正極，
19.下端為負極 （2）B（3）6.（12分） 鋁的功函數為4.2eV。現將波長為200nm的光照射到鋁表面。求：（1）光電子的最大初動能；（2）截止電壓；（3）鋁的極限頻率。分析：（1）由愛因斯坦光電效應方程Ek h W0可得：Ek h W0c（4.21.610 19 ）J3.2310 19 J2.02eV。6.6310 7（2）由eUc Ek可得截止電壓Uc 2.02 V。Eke- 8 -（3）由W0 h 0可得極限頻率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） 下表列出幾種金屬的功函數W0： 金屬 鎢 鈣 鈉 鉀 銣 W0（1019 J） 7.26 5.12 3.66 3.60 3.41 用一束可見光照射以上金屬表面，請計算哪些能產生光電效應。 已知可見光的波長范圍為4.0107 7.610 7 m，普朗克常數h為6.6310 34 Js。 分析： 光子的能量Ehc為4.010 7 m，則E5.010 19 J 根據E W0，鈉、鉀、銣都能產生光電效應。 答：鈉、鉀、銣能產生光電效應 16（16分）太陽光垂直投射到地面時，地面1m2接收到的太陽光功率為1.4kW，其中可見光部分
21.約占45%。 (普朗克常數h6.610 34 Js) （1）設可見光的波長約為0.55m，太陽與地球的距離為R1.510 11 m，估算太陽每秒輻射出的可見光光子數； （2）已知地球半徑為6.4106 m，估算地球接收到的太陽光總功率。 分析： （1）設n為地面上垂直于太陽光的1m2面積上每秒接收到的可見光光子數，則解P45%nhc可得n0..450.5510 61.41036.610 .7510 21 (個) 想象一個以太陽為圓心，以太陽與地球的距離為半徑，圍繞太陽旋轉的大球體。 大球體接收到的光子數等于太陽輻射出去的總光子數，那么所需的可見光光子數N n4 R21.7510 2143.14(1.51011)24.910 44(光子)。 （2）地球背對太陽的一半表面接收不到任何陽光，地球面向太陽的一半表面并非全部垂直于陽光，接收陽光輻射且垂直于陽光的有效面積是以地球半徑為半徑的圓的平面的面積。那么地球接收到的陽光總功率為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