一轮考点复习学案第十三章第一节光电效应波粒二象性

第十三章波粒二象性原子结构和原子核第一节光电效应波粒二象性1．在光(可见光或不可见光)的照射下，物体发射电子的现象称为光电效应，发射出的电子叫光电子。2．光是一份一份地不连续传播的，每一份叫做一个光子，光子的能量与它的频率成正比。每个光子的能量为E＝hν(h为普朗克常数，等于6.63×10－34J·S，ν为光的频率)。3．任何一个物体，都有一个极限频率，入射光的频率必须大于这个极限频率，才能发生光电效应。4．发生光电效应时，电子克服金属原子核的引力逸出时，具有的动能大小不同。金属表面上的电子吸收光子后逸出时动能的最大值，称为最大初动能。5．光子的最大初动能，与入射光的强度无关，只随入射光的频率增大而增大。6．当入射光的频率大于金属极限频率时，光电流强度(反映单位时间内发射出的光电子数目的多少)与入射光的强度成正比。7.金属中的电子在飞出金属表面时要克服原子核对它的吸引而做功。某种金属中的电子，脱离这种金属所需的功不一样，使电子脱离某种金属所做的功的最小值，叫做这种金属的逸出功。8．如果光子能量为hν，金属的逸出功为W，金属在该光的照射下能发生光电效应，则逸出光电子的最大初动能Ek＝hν－W。9．光既具有粒子性，又具有波动性，这种性质叫做光的波粒二象性。大量的光子运动规律表现出光的波动性，个别光子运动规律表现出光的粒子性；10．光的波长越长，波动性越明显，越容易观察到光的干涉和衍射，光频率越高，粒子性越明显，贯穿本领越强；11．任何一个运动的物体，小到微观粒子，大到宏观物体，都具有波动性，这种波叫做物质波，也叫德布罗意波，其波长λ＝eq\f(h,P)(P是物体动量，h为普朗克常量)。12．物质波既不是机械波，也不是电磁波，物质波是一种概率波。例1用一束紫外线照射某金属时不能产生光电效应，可能使该金属发生光电效应的措施是()A．改用频率更小的紫外线照射B．改用X射线照射C．改用强度更大的原紫外线照射D．延长原紫外线的照射时间【解析】某种金属能否发生光电效应取决于入射光的频率，与入射光的强度和照射时间无关，不能发生光电效应，说明入射光的频率小于金属的极限频率，所以要使金属发生光电效应，应增大入射光的频率，X射线的频率比紫外线频率高，所以本题答案为B。【答案】B例2用某种频率的紫外线分别照射铯、锌、铂三种金属，从铯中发射出的光电子的最大初动能是2.9eV，从锌中发射出的光电子的最大初动能是1.4eV，铂没有光电子射出，则对这三种金属逸出功大小的判断，下列结论正确的是()A．铯的逸出功最大，铂的逸出功最小B．锌的逸出功最大，铂的逸出功最小C．铂的逸出功最大，铯的逸出功最小D．铂的逸出功最大，锌的逸出功最小【解析】根据爱因斯坦光电效应方程，当照射光的频率一定时，光子的能量就是一个定值，在光电效应中所产生的光电子的最大初动能等于光子的能量减去金属的逸出功。最大初动能越大，说明这种金属的电子逸出功越小，若没有光电子射出，说明光子的能量小于电子的逸出功。因此说铂的逸出功最大，而铯的逸出功最小。【答案】C例3如图所示，当开关S断开时，用光子能量为2.5eV的一束光照射阴极P，发现电流表读数不为零。合上开关，调节滑动变阻器，发现当电压表读数小于0.60V时，电流表读数仍不为零；当电压表读数大于或等于0.60V时，电流表读数为零。(1)求此时光电子的最大初动能的大小；(2)求该阴极材料的逸出功。【解析】设用光子能量为2.5eV的光照射时，光电子的最大初动能为Ek，阴极材料逸出功为W0，当反向电压达到U＝0.60V以后，具有最大初动能的光电子也达不到阳极，因此eU＝Ek由光电效应方程有Ek＝hν－W0由以上二式代入数据解得：Ek＝0.6eV，W0＝1.9eV。所以此时最大初动能为0.6eV，该材料的逸出功为1.9eV。【答案】(1)0.6eV(2)1.9eV1．用光照射某种金属，有光电子从金属表面逸出，如果光的频率不变，而减弱光的强度，则()A．逸出的光电子数减少，光电子的最大初动能不变B．逸出的光电子数减少，光电子的最大初动能减小C．逸出的光电子数不变，光电子的最大初动能减小D．光的强度减弱到某一数值，就没有光电子逸出了2．(多选)下列关于光电效应的说法正确的是()A．若某材料的逸出功是W，则它的极限频率ν0＝eq\f(W,h)B．光电子的初速度和照射光的频率成正比C．光电子的最大初动能和照射光的频率成正比D．光电子的最大初动能随照射光频率的增大而增大3．(多选)处于较高能级的氢原子向较低能级跃迁时，能辐射出a、b两种可见光，a光照射某金属表面时有光电子逸出，b光照射该金属表面时没有光电子逸出，则()A．以相同的入射角射向一平行玻璃砖，a光的侧移量小于b光的B．垂直入射到同一单缝衍射装置，a光的衍射中央亮条纹宽度小于b光的C．a光和b光的频率之比可能是eq\f(20,27)D．a光子的动量大于b光子的4．当用一束紫外线照射锌板时，产生了光电效应，这时()A．锌板带负电B．有正离子从锌板逸出C．有电子从锌板逸出D．锌板会吸附空气中的正离子5．(多选)关于光的波粒二象性的理解正确的是()A．大量光子的效果往往表现出波动性，个别光子的行为往往表现出粒子性B．光在传播时是波，而与物质相互作用时就转变成粒子C．高频光是粒子，低频光是波D．波粒二象性是光的根本属性，有时它的波动性显著，有时它的粒子性显著6．爱因斯坦因提出了光量子概念并成功地解释了光电效应的规律而获得1921年诺贝尔物理学奖。某种金属逸出光电子的最大初动能Ekm与入射光频率ν的关系如图所示，其中ν0为极限频率。从图中可以确定的是()A．逸出功与ν有关B.Ekm与入射光强度成正比C．当ν＜ν0时，会逸出光电子D．图中直线的斜率与普朗克常量有关7．当具有5.0eV能量的光子照射到某金属表面后，从金属表面逸出的电子具有最大的初动能是1.5eV。为了使这种金属产生光电效应，入射光的最低能量为()A．1.5eV B．3.5eVC．5.0eV D．6.5eV8．(多选)图为一真空光电管的应用电路，其阴极金属材料的极限频率为4.5×1014Hz，则以下判断中正确的是()A．发生光电效应时，电路中光电流的饱和值取决于入射光的频率B．发生光电效应时，电路中光电流的饱和值取决于入射光的强度C．用λ＝0.5μm的光照射光电管时，电路中有光电流产生D．光照射时间越长，电路中的电流越大9．(多选)两种单色光a和b，a光照射某金属时有光电子逸出，b光照射该金属时没有光电子逸出，则()A．在真空中，a光的传播速度较大B．在水中，a光的波长较小C．在真空中，b光光子的能量较大D．在水中，b光的折射率较小10．(多选)如图甲所示，在光电效应实验中，某同学用相同频率的单色光，分别照射阴极材料为锌和铜的两个不同的光电管，结果都能发生光电效应。图乙为其中一个光电管的遏止电压Uc随入射光频率ν变化的函数关系图象。对于这两个光电管，下列判断正确的是()A．因为材料不同，逸出功不同，所以遏止电压Uc不同B．光电子的最大初动能不同C．因为光照强度不确定，所以单位时间内逸出的光电子数可能相同，饱和光电流也可能相同D．两个光电管的Uc－ν图象的斜率可能不同11．用很弱的光做双缝干涉实验，把入射光减弱到可以认为光源和感光胶片之间不可能同时有两个光子存在，如图所示是不同数量的光子照射到感光胶片上得到的照片。这些照片说明()A．光只有粒子性没有波动性B．光只有波动性没有粒子性C．少量光子的运动显示波动性，大量光子的运动显示粒子性D．少量光子的运动显示粒子性，大量光子的运动显示波动性1．(多选)在光电效应实验中，用频率为ν的光照射光电管阴极，发生了光电效应，下列说法正确的是()A．增大入射光的强度，光电流增大B．减小入射光的强度，光电效应现象消失C．改用频率小于ν的光照射，一定不发生光电效应D．改用频率大于ν的光照射，光电子的最大初动能变大2．在光电效应实验中，用单色光照时某种金属表面，有光电子逸出，则光电子的最大初动能取决于入射光的()A．频率 B．强度C．照射时间 D．光子数目3．(多选)在验证光的波粒二象性的实验中，下列说法正确的是()A．使光子一个一个地通过单缝，如果时间足够长，底片上会出现衍射图样B．单个光子通过单缝后，底片上会出现完整的衍射图样C．光子通过单缝的运动路线像水波一样起伏D．单个光子通过单缝后打在底片的情况呈现出随机性，大量光子通过单缝后打在底片上的情况呈现出规律性4．用波长为λ1和λ2的单色光A和B分别照射两种金属C和D的表面。单色光A照射两种金属时都能产生光电效应现象；单色光B照射时，只能使金属C产生光电效应现象，不能使金属D产生光电效应现象。设两种金属的逸出功分别为WC和WD，则下列选项正确的是()A．λ1＞λ2，WC＞WD B．λ1＞λ2，WC＜WDC．λ1＜λ2，WC＞WD D．λ1＜λ2，WC＜WD5．(多选)a、b是两种单色光，其光子能量分别为Ea和Eb，且eq\f(Ea,Eb)＝k，()A．则a、b的光子动量之比eq\f(pa,pb)＝1∶kB．若a、b入射到同一双缝干涉装置上，则相邻亮条纹的间距之比eq\f(Δxa,Δxb)＝1∶kC．若a、b都能使某种金属发生光电效应，则光电子最大初动能之差Eka－Ekb＝Eb(k－1)D．若a、b是由处在同一激发态的原子跃迁到a态和b态时产生的，则a、b两态能级之差Ea－Eb＝Eb(k－1)6．入射光线照射到某金属表面上发生光电效应，若入射光的强度减弱，而频率保持不变，那么以下说法中正确的是()A．从光照到金属表面上到发射出光电子之间的时间间隔将明显增加B．逸出的光电子的最大初动能减小C．单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将减小D．有可能不发生光电效应7．(多选)氢原子的能级图如图甲所示，一群氢原子处于量子数n＝4的能级状态。用其中氢原子辐射出的A、B两种不同频率的光子分别照射同一钾金属板(如图乙所示)，发现当A光照射时验电器的指针偏转，B光照射时验电器的指针未偏转，已知金属钾的逸出功为2.25eV，普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，则以下说法正确的是()A．这群氢原子可能辐射6种频率的光子B．有4种频率的辐射光子能使钾金属板发生光电效应C．A光照射钾金属板时验电器的金属小球带负电D．氢原子从n＝2能级跃迁到n＝1能级过程中辐射出光子的动量为5.44×10－27kg·m/s8．2003年全世界物理学家评选出“十大最美物理实验”，排名第一的为1961年物理学家利用托马斯·杨双缝干涉实验装置(如图所示)进行电子干涉的实验。从辐射源辐射出的电子束经两靠近的狭缝后在显微镜的荧光屏上出现干涉条纹，该实验说明()A．光具有波动性B．光具有波粒二象性C．微观粒子也具有波动性D．微观粒子也是一种电磁波9．用如图甲所示的装置研究光电效应现象，当用光子能量为5eV的光照射到光电管上时，测得电流计上的示数随电压变化的图象如图乙所示。则光电子的最大初动能为______J，金属的逸出功为______J。10．如图甲所示是研究光电效应规律的光电管。用波长λ＝0.50μm的绿光照射阴极K，实验测得流过表的电流I与AK之间的电势差UAK满足如图乙所示规律，取h＝6.63×10－34J·s。结合图象，求：(结果保留两位有效数字)(1)每秒钟阴极发射的光电子数和光电子飞出阴极K时的最大动能。(2)该阴极材料的极限波长。第一节光电效应波粒二象性课堂练习1．A2.AD3.BD4.C5.AD6.D7.B8.BC9.BD10.ABC11.D课后练习1．AD2.A3.AD4.D5.BC6.C7.ABD8.C9.3.2×10－194.8×10－1910．【