2024-2025学年高中物理第四章波粒二象性本章专题整合提升教案教科版选修3-5

PAGE4-本章专题整合提升专题一光电效应规律及应用概述：1.光电效应的规律(1)光电效应是单个光子和单个电子之间的相互作用产生的，金属中的某个电子只能汲取一个光子的能量，只有汲取的能量足够克服原子核的引力而逸出时，才能产生光电子，发生光电效应，而光的能量与频率有关．由此可说明光电效应的瞬时性和存在截止频率的缘由．(2)光电子的动能可以介于0～Ekm的随意值，只有从金属表面逸出的电子才具有最大初动能，且随入射光频率的增大而增大．(3)入射光强度是指单位时间内入射到金属表面单位面积上光子的总能量，在入射频率不变的状况下，光强正比于单位时间内照耀到金属表面单位面积上的光子数，但若入射光频率不同，即使光强相同，单位时间内照耀到金属表面单位面积上的光子数也不相同，因此从金属表面逸出的光电子数也不相同，形成的光电流也不相同．2．光电效应方程的应用光电效应方程实质上是能量转化和守恒定律在光电效应现象中的反映，其中涉及的几个方程为Ek＝hν－W0，Ekm＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,m)＝eUc，W0＝hνc.【例1】(多选)对于光电效应现象，下列推断正确的是()A．无论入射光多强，只要光的频率小于极限频率就不能产生光电效应B．无论入射光的频率多低，只要光照时间足够长就能产生光电效应C．超过极限频率的入射光强度越弱，所产生的光电子的最大初动能就越小D．超过极限频率的入射光频率越高，所产生的光电子的最大初动能就越大【解析】依据光电效应的规律，可知A正确，B、C错误．依据光电效应方程Ek＝hν－W0＝hν－hνc＝h(ν－νc)，可知D正确．【答案】AD【例2】探讨光电效应的电路如图所示．用频率相同、强度不相同的光分别照耀密封真空管的钠极板(阴极K)，钠极板放射出的光电子被阳极A汲取，在电路中形成光电流．下列光电流I与A、K之间的电压UAK的关系图象(下图中)，正确的是()【解析】入射光的频率相同，则遏止电压相同；入射光越强，单位时间逸出的光电子越多，饱和光电流越大，所以C正确．【答案】C【例3】如图所示，当开关S断开时，用光子能量为2.5eV的一束单色光照耀阴极K，发觉电流表读数不为零．合上开关，调整滑动变阻器，发觉当电压表读数小于0.60V时，电流表读数仍不为零；当电压表大于或等于0.60V时，电流表示数为零．由此可知阴极材料的逸出功为多少？【解析】如图所示的电路，在光电管上加反向电压，光电子逸出后，在电场中被减速，电场力做负功，当用2.5eV的光子照耀时电流表有示数，说明已经发生了光电效应，有光电子逸出．当闭合开关S，调整滑动变阻器，电压表读数大于0.6V时，电流表没有示数，说明遏止电压为0.6V，即电子在电场力作用下，临界状态是光电子到达光电管的另一极(即阳极)时速度为零．依据光电效应方程Ek＝hν－W0①光电子在电场中，由动能定理得eU＝Ek②①②联立解得W0＝hν－eU＝2.5×1.6×10－19J－1.6×10－19×0.6J＝1.9×1.6×10－19J＝1.9eV.【答案】1.9eV专题二从微观角度理解光的波粒二象性概述：1.光的粒子性和波动性并不冲突经典的粒子和经典的波是对立的、冲突的，但对光子等微观粒子来说，波动性与粒子性并不冲突，都具有波粒二象性．2．光是一种概率波在光的干涉现象中，若曝光时间不长，在底片上只出现一些不规则的点，这些点表示光子的运动跟宏观的质点不同．但曝光时间足够长时，底片上出现有规律的干涉条纹．可见，光的波动性是大量光子表现出来的现象．在干涉条纹中，光强大的地方，光子到达的机会多，或说光子出现的概率大．光强小的地方，光子到达的概率小．所以大量光子产生的效果显示出光的波动性，少数光子产生的效果显示出粒子性，且随着光的频率的增大，波动性越来越不显著，而粒子性却越来越显著．【例4】(多选)关于物质的波粒二象性，下列说法中正确的是()A．不仅光子具有波粒二象性，一切运动的微粒都具有波粒二象性B．运动的微观粒子与光子一样，当它们通过一个小孔时，都没有特定的运动轨道C．波粒二象性中的波动性，是大量光子和高速运动的微观粒子的行为，这种波动性与机械波在本质上是不同的D．波动性和粒子性，在宏观现象中是冲突的、对立的，但在微观高速运动的现象中是统一的【解析】光既具有波动性，又具有粒子性，即光具有波粒二象性，这就是微观世界具有的特别规律；大量光子运动的规律表现出光的波动性，单个光子的运动表现出光的粒子性；光的波长越长，波动性越明显，越简单看到光的干涉和衍射现象；光波的频率越高，粒子性越明显，贯穿本事越强，故选项A、B、C、D都正确．【答案】ABCD【例5】(多选)从光的波粒二象性动身，下列说法中正确的是()A．光的频率越低，光子的能量越大B．光的频率越高，光子的能量越大C．在光的干涉现象中，暗条纹的地方是光子不会到达的地方D．在光的干涉现象中，亮条纹的地方是光子到达概率大的地方【解析】光具有波粒二象性，光的频率越高，光子的能量越大，A错误，B正确．在干涉条纹中亮条纹是光子到达概率大的地方，暗条纹是光子到达概率小的地方，C错误，D正确．【答案】BD专题三涉及光子说的综合分析概述：本章中关于光子的能量、物质波等学问联系特别紧密，而且与动量学问综合考查本章学问的题目许多，具有肯定的难度和综合性．解此类问题的关键是找到各物理量之间的联系．【例6】光具有波粒二象性，光子的能量E＝hν，其中频率ν表征波的特征．在爱因斯坦提出光子说之后，法国物理学家德布罗意提出了光子动量p与光波波长λ的关系为p＝eq\f(h,λ).若某激光管以P＝60W的功率放射波长λ＝663nm的光束，试依据上述理论计算：(1)该管在1s内放射出多少个光子？(2)若光束全部被黑体表面汲取，那么该黑体表面受到的光束对它的作用力F为多大？【解析】(1)设在时间Δt内放射出的光子数为n，光子频率为ν，每个光子的能量E＝hν，则P＝eq\f(nhν,Δt).而ν＝eq\f(c,λ)，Δt＝1s.解得n＝eq\f(PΔtλ,hc)＝eq\f(60×1×663×10－9,6.63×10－34×3×108)个＝2.0×1020个．(2)在时间Δt内激光管放射出的光子全部被黑体表面汲取，光子的末动量变为零，据题中信息可知，n个光子的总动量为p总＝np＝neq\f(h,λ)，依据动量定理有F·Δt＝p总，解得黑体表面对光子束的作用力为F＝eq\f(p总,Δt)