全国通用版2018_2019高中物理第十七章波粒二象性章末小结学案新人教版选修3_5.doc
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1、第十七章 波粒二象性章 末 小 结一、应用光电效应方程解题的方法光电效应方程表达式为EkhW0。其中,Ekmev2为光电子的最大初动能,W0为逸出功。光电效应方程表明,光电子最大初动能与入射光的频率呈线性关系,与光强无关。只有当hW0时,才有光电子逸出,c就是光电效应的截止频率。(1)常见物理量的求解物理量求解方法最大初动能EkEkhW0,遏止电压UceUcEkmUc截止频率cc(2)应用光电效应规律解题应当明确光电效应规律中“光电流的强度”指的是光电流的饱和值(对应从阴极发射出的电子全部被拉向阳极的状态)。因为光电流未达到饱和值之前,其大小不仅与入射光的强度有关,还与光电管两极间的电压有关,
2、只有在光电流达到饱和值以后才和入射光的强度成正比。明确两个决定关系a逸出功W0一定时,入射光的频率决定着能否产生光电效应以及光电子的最大初动能。b入射光的频率一定时,入射光的强度决定着单位时间内发射出来的光电子数。典例1(多选)(湖北武钢三中、武汉三中、省实验中学20152016学年高二下学期联考)用如图甲所示的电路研究光电效应中光电流强度与照射光的强弱、频率等物理量的关系。图中A、K两极间的电压大小可调,直流电源的正负极也可以对调。分别用a、b、c三束单色光照射,调节A、K间的电压U,得到光电流I与电压U的关系如图乙所示。由图可知(ABC)A单色光b的频率大于a的频率B单色光a和c的光子能量
3、相同,但a光强度更强些C单色光a的遏止电压小于单色光b的遏止电压D随着电压的增大,光电流不断增大解题指导:两条线索:(1)通过频率分析:光子频率高光子能量大产生光电子的最大初动能大。(2)通过光的强度分析:入射光强度大光子数目多产生的光电子多光电流大。解析:由图乙可知,单色光b照射后遏止电压较大,根据EkmeUc知,b光照射后产生的光电子最大初动能较大,根据光电效应方程EkmhW0得,b光的频率大于a光的频率,故A正确,C正确;a、c两光照射后遏止电压相同,知产生的光电子最大初动能相等,可知a、c两光的频率相等,光子能量相等,由于a光的饱和电流较大,则a光的强度较大,故B正确;随着正向电压的增
4、大,光电流增大,增大到一定程度,电流达到饱和,不再增大,故D错误。故选A、B、C。二、光的波粒二象性1大量光子产生的效果显示出波动性,比如干涉、衍射现象中,如果用强光照射,在光屏上立刻出现了干涉、衍射条纹,波动性体现了出来;个别光子产生的效果显示出粒子性。如果用微弱的光照射,在屏上就只能观察到一些分布毫无规律的光点,粒子性充分体现;但是如果微弱的光在照射时间加长的情况下,在感光底片上的光点分布又会出现一定的规律性,倾向于干涉、衍射的分布规律。这些实验为人们认识光的波粒二象性提供了良好的依据。2光子和电子、质子等实物粒子一样,具有能量和动量。和其他物质相互作用时,粒子性起主导作用。3光子的能量与
5、其对应的频率成正比,而频率是波动性特征的物理量,因此Eh,揭示了光的粒子性和波动性之间的密切联系。4对不同频率的光,频率低、波长长的光,波动性特征显著;而频率高、波长短的光,粒子性特征显著。5光在传播时体现出波动性,在与其他物质相互作用时体现出粒子性。处理光的波粒二象性问题的关键是正确理解其二象性,搞清光波是一种概率波。典例2(多选)下列叙述的情况正确的是(CD)A光的粒子性说明每个光子就像一个极小的球体B光波是与橡皮绳形成的绳波相似的波C光具有粒子性,它和其他物质作用是“一份一份”进行的D光子在空间各点出现的可能性大小(概率),可以用波动的规律来描述解题指导:光具有波粒二象性,但不是宏观的粒
6、子和波,在相互作用时表现的粒子性显著,在传播时表现的波动性显著。解析:光具有粒子性,但是不同于宏观的物体,即说明每个光子不像一个极小的球体,所以A错误;光具有波动性,但是光波不同于橡皮绳形成的绳波,即B错误;光具有粒子性,它和其他物质作用是“一份一份”进行的,即C正确;光在传播的过程中,光子在空间各点出现的可能性大小(概率),可以用波动的规律来描述,即D正确。从历年高考试题看,有关本章内容的考题多以选择、填空的形式出现,难度不大,均属基本题。其中命题率较高的知识点是光电效应。一、考题探析例题(2018全国卷,17)用波长为300nm的光照射锌板,电子逸出锌板表面的最大初动能为1.281019J
7、。已知普朗克常量为6.631034Js,真空中的光速为3.00108ms1。能使锌产生光电效应的单色光的最低频率约为(B)A11014Hz B81014HzC21015Hz D81015Hz解析:设单色光的最低频率为0,由EkhW知Ekh1W,0h0W,又知1整理得0,解得081014Hz。二、临场练兵一、选择题(1题为单选题,2题为多选题)1(2017北京卷,18)2017年年初,我国研制的“大连光源”极紫外自由电子激光装置,发出了波长在100 nm(1 nm109 m)附近连续可调的世界上最强的极紫外激光脉冲,“大连光源”因其光子的能量大、密度高,可在能源利用、光刻技术、雾霾治理等领域的研
8、究中发挥重要作用。一个处于极紫外波段的光子所具有的能量可以电离一个分子,但又不会把分子打碎。据此判断,能够电离一个分子的能量约为(取普朗克常量h6.61034 Js,真空光速c3108 m/s)(B)A1021 J B1018 JC1015 J D1012 J解析:一个处于极紫外波段的光子所具有的能量Ehh6.61034 J1018 J,选项B正确。2(2017全国卷,19)在光电效应实验中,分别用频率为a、b的单色光a、b照射到同种金属上,测得相应的遏止电压分别为Ua和Ub、光电子的最大初动能分别为Eka和Ekb。h为普朗克常量。下列说法正确的是(BC)A若ab,则一定有Uab,则一定有Ek
9、aEkbC若UaUb,则一定有Ekab,则一定有haEkahbEkb解析:光电效应中遏止电压与最大初动能之间的关系为eUEk,根据光电效应方程可知EkhW0,若 ab,则EkaEkb,UaUb,选项A错误,选项B正确;若UaUb,则EkaW0判断,钠、钾、铷能发生光电效应。第十七章学业质量标准检测本卷分第卷(选择题)和第卷(非选择题)两部分。满分100分,时间90分钟。第卷(选择题共40分)一、选择题(共10小题,每小题4分,共40分,在每小题给出的四个选项中,第16小题只有一个选项符合题目要求,第710小题有多个选项符合题目要求,全部选对的得4分,选不全的得2分,有选错或不答的得0分)1下列
10、各种波属于概率波的是(D)A声波 B无线电波C机械波 D物质波解析:任一运动的物体均有一种物质波与之对应,且这种物质波也具有概率波的规律。概率波与机械波和电磁波的本质不同。故D正确。2(云南玉溪一中20162017学年高二下学期期中)下列描绘两种温度下黑体辐射强度与波长关系的图中,符合黑体辐射实验规律的是(A) 解析:由黑体实验规律知温度越高,辐射越强,且最大强度向波长小的方向移动,A对,B、C、D错。3(黑龙江大庆一中20152016学年高二下学期检测)下列说法不正确的是(D)A黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关B光波是一种概率波C实物粒子也具有波动性D光电效应现象说明光具有
11、粒子性而康普顿效应现象说明光具有波动性解析:根据黑体辐射规律:黑体辐射电磁波的强度,按波长的分布,只与黑体的温度有关,故A正确;光具有波粒二象性,是一种概率波,故B正确;由德布罗意波可知,实物粒子也具有波动性,故C正确;光电效应与康普顿效应,揭示了光的粒子性的一面,故D不正确;本题选择不正确的,故选D。4康普顿效应,下列说法正确的是(C)A康普顿效应证明光具有波动性B康普顿在研究石墨对X射线的散射时发现,在散射的X射线中,有些波长变短了C康普顿在研究石墨对X射线的散射时发现,在散射的X射线中,有些波长变长了D康普顿效应可用经典电磁理论进行解释解析:康普顿效应揭示了光具有粒子性,故A错误;在康普
12、顿效应中,当入射光子与晶体中的电子碰撞时,把一部分动量转移给电子,则动量减小,根据,知波长变长,故B错误,C正确;光电效应和康普顿效应都无法用经典电磁理论进行解释,D错误;故选C。5一个质量为m、电荷量为q的带电粒子,由静止开始经加速电场加速后(加速电压为U),该粒子的德布罗意波长为(C)A BC D解析:设加速后的速度为v,由动能定理得:qUmv2所以v由德布罗意波长公式:6(哈尔滨六中20162017学年高二下学期期中)研究光电效应的电路如图所示。用频率相同、强度不同的光分别照射密封真空管的钠极板(阴极K),钠极板发射出的光电子被阳极A吸收,在电路中形成光电流。下列光电流I与A、K之间的电
13、压UAK的关系图象中,正确的是(C)解析:虽然入射光强度不同,但光的频率相同,所以遏止电压相同;又因当入射光强时,单位时间逸出的光电子多,饱和光电流大,所以选C。7从光的波粒二象性出发,下列说法正确的是(BD)A光是高速运动的微观粒子,每个光子都具有波粒二象性B光的频率越高,光子的能量越大C在光的干涉中,暗条纹的地方是光子不会到达的地方D在光的干涉中,亮条纹的地方是光子到达概率最大的地方解析:光具有波粒二象性,光的频率越高,光子的能量越大,A错,B正确。在干涉条纹中亮纹是光子到达概率大的地方,暗纹是光子到达概率小的地方,C错,D正确。8(湖北省孝感市八校2018届高三上学期期末联考)在研究光电
14、效应的实验中,两个实验小组用相同频率的单色光,分别照射锌和银的表面,结果都能发生光电效应,则下列判断正确的是(AC)A 光电子的最大初动能不同B饱和光电流一定不同C因为材料不同逸出功不同,所以遏止电压UC不同D分别用不同频率的光照射之后绘制UC图像的斜率可能不同解析:锌和银的逸出功不同,根据光电效应方程EkmhW0得,相同的频率,不同的逸出功,则光电子的最大初动能也不同,故A正确;虽然光的频率相同,但光强不确定,所以单位时间逸出的光电子数可能相同,则饱和光电流可能相同,故B错误;根据光电效应方程有 UChW0,根据能量守恒定律得:eUCEKm,联立得:eUChW0,即UC,可知,入射光的频率相
15、同,逸出功W0不同,则遏止电压UC也不同,故C正确。由UC,可知,UC图象的斜率 k常数,所以两个光电管的Uc图象的斜率一定相同,故D错误。9(湖北武钢三中、武汉三中、省实验中学20152016学年高二下学期联考)在某次光电效应实验中,得到的遏止电压Uc与入射光的频率的关系如图所示,若该直线的斜率和纵截距分别为k和b,电子电荷量的绝对值为e,则(BC)A普朗克常量可表示为B若更换材料再实验,得到的图线的k不改变,b改变C所用材料的逸出功可表示为ebDb由入射光决定,与所用材料无关解析:根据光电效应方程EkmhW0,以及EkmeUc得:Uc,图线的斜率k,解得普朗克常量hke,故A错误;纵轴截距
16、的绝对值b,解得逸出功W0eb,故C正确;b等于逸出功与电荷电量的比值,而逸出功与材料有关,则b与材料有关,故D错误;更换材料再实验,由于逸出功变化,可知图线的斜率不变,纵轴截距改变,故B正确。10(宜昌市葛州坝中学20152016学年高二下学期期中)用如图的装置研究光电效应现象,当用光子能量为2.5eV的光照射到光电管上时,电流表G的读数为0.2mA。移动变阻器的触点c,当电压表的示数大于或等于0.7V时,电流表读数为0。则(AC)A光电管阴极的逸出功为1.8eVB电键K断开后,没有电流流过电流表GC光电子的最大初动能为0.7eVD改用能量为1.5eV的光子照射,电流表G也有电流,但电流较小
17、解析:该装置所加的电压为反向电压,当电压表的示数大于或等于0.7V时,电流表示数为0,知道光电子的最大初动能为0.7eV,根据光电效应方程EkmhW0,W01.8eV,故A、C正确;电键K断开后,用光子能量为2.5eV的光照射到光电管上时发生了光电效应,有光电子逸出,则有电流流过电流表,故B错误;改用能量为1.5eV的光子照射,由于光电子的能量小于逸出功,不能发生光电效应,无光电流,故D错误。第卷(非选择题共60分)二、填空题(共2小题,共14分。把答案直接填在横线上)11(6分)(吉林省吉林二中20162017学年高二下学期期中)如图所示,一静电计与锌板相连,在A处用一紫光灯照射锌板,关灯后
18、,指针保持一定偏角。(1)现用一带负电的金属小球与锌板接触,则静电计指针偏角将_减小_。(填“增大”、“减小”或“不变”)(2)使静电计指针回到零,再用相同强度的钠灯发出的黄光照射锌板,静电计指针无偏转,那么,若改用强度更大的红外线照射锌板,可观察到静电计指针_无_(填“有”或“无”)偏转。解析:(1)锌板在紫外线照射下,发生光电效应现象,有光电子飞出,锌板带正电;将一带负电的金属球与锌板接触,将锌板上的正电荷中和一部分,锌板正电荷减少,则静电计指针偏角将减小。(2)要发生光电效应现象,照射光的频率必须大于被照射金属的极限频率,而与照射光的强度无关。用黄光照射,静电计指针无偏转,即不能发生光电
19、效应现象。当改用强度更大的红外线照射时,因为红外线的频率比黄光低,所以用红外线照射更不能发生光电效应现象,静电计指针无偏转。12(8分)深沉的夜色中,在大海上航行的船舶依靠航标灯指引航道,如图所示是一个航标灯自动控制电路的示意图。电路中的光电管阴极K涂有可发生光电效应的金属。下表反映的是各种金属发生光电效应的极限频率和极限波长,又知可见光的波长在400770nm(1nm109m)。各种金属发生光电效应的极限频率和极限波长:金属铯钠锌银铂极限频率(Hz)4.54510146.00010148.06510141.15310151.5291015极限波长(m)0.66000.50000.37200.
20、26000.1962根据上图和所给出的数据,你认为:(1)光电管阴极K上应涂有金属_铯_;(2)控制电路中的开关S应和_b_(填“a”和“b”)接触;(3)工人在锻压机、冲床、钻床等机器上劳动时,稍有不慎就会把手压在里面,造成工伤事故。如果将上述控制电路中的电灯换成驱动这些机器工作的电机,这时电路中开关S应和_a_接触,这样,当工人不慎将手伸入危险区域时,由于遮住了光线,光控继电器衔铁立即动作,使机床停止工作,避免事故发生。解析:(1)依题意知,可见光的波长范围为400109770109m。而金属铯的波长为0.6600106m660109m,因此,光电管阴极K上应涂金属铯。(2)深沉的夜色中,
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