2024-2025学年高中物理第十七章波粒二象性章末复习课含解析新人教版选修3-5

PAGE6-章末复习课【学问体系】主题1光电效应及光电效应方程1.有关光电效应的问题主要有两个方面，一是关于光电效应现象中有关规律的推断，二是应用光电效应方程进行简洁的计算．处理该类问题关键是驾驭光电效应的规律，明确各物理量之间的确定关系．2.光电效应的规律是：①截止频率ν0，是能使金属发生光电效应的最低频率，这也是推断能否发生光电效应的依据．若ν<ν0，无论多强的光照耀时，都不能发生光电效应；②最大初动能Ek，与入射光的频率和金属的逸出功有关，与光强无关；③饱和光电流与光的强度有关，在入射光频率不变的状况下，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．3.光电子的最大初动能跟入射光的能量hν、金属逸出功W0的关系为光电效应方程，表达式为Ek＝hν－W0，反映了光电效应现象中的能量转化和守恒．【典例1】（多选）如图所示，与锌板相连的验电器的箔片原来是张开的，现在让弧光灯发出的光照耀到锌板，发觉与锌板相连的验电器的箔片张角变大，此试验事实说明（）A.光具有粒子性B.铝箔张角大小与光照时间有关C.若改用激光器发出的红光照耀锌板，视察到验电器的铝箔张角则肯定会变得更大D.验电器的箔片原来带正电解析：光电效应说明光具有粒子性，故A正确；光电效应与光的照耀时间无关，知铝箔张角大小与光照时间无关，故B错误；若改用激光器发出的红光照耀锌板，不肯定能使锌板发生光电效应，故其夹角不肯定会变得更大，故C错误；弧光灯照耀锌板发生光电效应现象，电子从锌板上飞出，锌板带上正电，铝箔张角变大，说明其原来带正电，故D正确.答案：AD针对训练1.（多选）如图是某金属在光的照耀下，光电子最大初动能Ek与入射光频率ν的关系，由图象可知（）A.该金属的逸出功等于WB.该金属的逸出功等于hν0C.入射光的频率为2ν0时，产生的光电子的最大初动能为2WD.图线的斜率表示普朗克常量h解析：依据Ekm＝hν－W0得，纵轴截距的肯定值等于金属的逸出功，等于W，故A正确；当最大初动能为零时，入射光的能量等于逸出功，即等于hν0，故B正确；依据光电效应方程可知，入射光的频率变为原来的2倍，由于逸出功不变，最大初动能为Ekm＝2hν0－W＝2W－W＝W，故C错误；依据一次函数Ekm＝hν－W0可知图象的斜率即为普朗克常量h，D正确.答案：ABD主题2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，假如用强光照耀，在光屏上立即出现了干涉、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．假如用微弱的光照耀，在屏上就只能视察到一些分布毫无规律的光点，粒子性充分体现；但是假如微弱的光在照耀时间加长的状况下，在感光底片上的光点分布又会出现肯定的规律性，倾向于干涉、衍射的分布规律．这些试验为人们相识光的波粒二象性供应了良好的依据．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．光子的能量与其对应的频率成正比，而频率是波动性特征的物理量，因此ε＝hν揭示了光的粒子性和波动性之间的亲密联系．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．6．处理光的波粒二象性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】关于光的波粒二象性的说法中，正确的是()A．一束传播的光，有的光是波，有的光是粒子B．光波与机械波是同种波C．光的波动性是由光子间的相互作用而形成的D．光是一种波，同时也是一种粒子，光子说并未否定电磁说，在光子能量ε＝hν中，仍表现出波的特性解析：光是一种波，同时也是一种粒子，光具有波粒二象性，当光和物质作用时，是“一份一份”的，表现出粒子性；单个光子通过双缝后的落点无法预料，但大量光子通过双缝后在空间各点出现的可能性可以用波动规律描述．答案：D针对训练2．(多选)对光的相识，以下说法中正确的是()A．个别光子的行为表现出粒子性，大量光子的行为表现出波动性B．光的波动性是光子本身的一种属性，不是光子之间的相互作用引起的C．光表现出波动性时，就不具有粒子性了；光表现出粒子性时，就不再具有波动性了D．光的波粒二象性应理解为：在某种场合下光的波动性表现得明显，在另外某种场合下，光的粒子性表现明显解析：个别光子的行为表现为粒子性，大量光子的行为表现为波动性；光与物质相互作用，表现为粒子性，光的传播表现为波动性，光的波动性与粒子性都是光的本质属性，光的粒子性表现明显时仍具有波动性，因为大量粒子的个别行为呈现出波动规律，故正确选项有A、B、D.答案：ABD统揽考情本章内容定性要求的多，定量计算的少，高考一般重点是考查：①光子能量的理解；②光电效应现象及光电效应方程的理解；③光的波粒二象性以及物质波的理解，多以选择题形式出现．尽管高考试题的难度不大，但对学问的驾驭必需做到系统化、条理化．真题例析(2024·全国Ⅰ卷)(多选)现用某一光电管进行光电效应试验，当用某一频率的光入射时，有光电流产生．下列说法正确的是()A．保持入射光的频率不变，入射光的光强变大，饱和光电流变大B．入射光的频率变高，饱和光电流变大C．入射光的频率变高，光电子的最大初动能变大D．保持入射光的光强不变，不断减小入射光的频率，始终有光电流产生E．遏止电压的大小与入射光的频率有关，与入射光的光强无关解析：保持入射光的频率不变，入射光的光强变大，单位时间内逸出的光电子个数增加，则饱和光电流变大，故A正确．饱和光电流的大小与入射光的频率无干脆关系，故B错．由Ek＝hν－W，可知C正确．当入射光的频率小于金属的极限频率时，光电效应不能发生，故D错．由eU＝eq\f(1,2)mv2＝hν－W，得eU＝hν－W，可见遏止电压U随ν的增大而增大，与入射光的光强无关，故E正确．答案：ACE针对训练(2024·课标全国Ⅱ卷)(多选)实物粒子和光都具有波粒二象性．下列事实中突出体现波动性的是()A．电子束通过双缝试验装置后可以形成干涉图样B．β射线在云室中穿过会留下清楚的径迹C．人们利用慢中子衍射来探讨晶体的结构D．人们利用电子显微镜观测物质的微观结构E．光电效应试验中，光电子的最大初动能与入射光的频率有关，与入射光的强度无关解析：电子束通过双缝试验后可以形成干涉图样，可以说明电子是一种波，故A正确；β射线在云室中穿过会留下清楚的径迹，可以说明β射线是一种粒子，故B错误；人们利用慢中子衍射来探讨晶体的结构，中子衍射说明中子是一种波，故C正确；人们利用电子显微镜观测物质的微观结构，利用了电子的干涉现象，说明电子是一种波，故D正确；光电效应试验中，光电子的最大初动能与入射光的频率有关，与入射光的强度无关，说明光是一种粒子，故E错误．答案：ACD1.（2024·全国卷Ⅰ）用波长为300nm的光照耀锌板，电子逸出锌板表面的最大初动能为1.28×10－19J.已知普朗克常量为6.63×10－34J·s，真空中的光速为3.00×108m·s－1.能使锌产生光电效应的单色光的最低频率约为（）A.1×1014Hz B.8×1014HzC.2×1015Hz D.8×1015Hz解析：依据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0，当ν最小时hν0＝W0，代入数值可得ν0≈8×1014Hz，选项B正确.答案：B2.（2024·全国卷Ⅲ）（多选）在光电效应试验中，分别用频率为νa、νb的单色光a、b照耀到同种金属上，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（）A.若νa>νb，则肯定有Ua＜UbB.若νa>νb，则肯定有Eka＞EkbC.若Ua＜Ub，则肯定有Eka＜EkbD.若νa>νb，则肯定有hνa－Eka＞hνb－Ekb解析：由爱因斯坦光电效应方程hν＝Ekm＋W0，由动能定理可得Ekm＝eU，故当νa＞νb时，Ua＞Ub，Eka＞Ekb，故A错误，B正确；若Ua＜Ub，则肯定有Eka＜Ekb，故C正确；由光电效应方程可得：金属的逸出功W0＝hνa－Eka＝hνb－Ekb，故D错误.答案：BC3.（2024·北京卷）2024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100nm（1nm＝10－9m）旁边连续可调的世界上首个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、雾霾治理等领域的探讨中发挥重要作用。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.据此推断，能够电离一个分子的能量约为（取普朗克常量h＝6.6×10－34J·s，真空光速c＝3×108m/s）（）A.10－21J B.10－18JC.10－15J D.10－12J解析：能够电离一个分子的能量即为一个极紫外波段的光子所具有的能量，E＝hν＝heq\f(c,λ)＝6.6×10－34×eq\f(3×108,100×10－9)J≈2×10－18J，选项B正确.答案：B4.（2024·海南卷）（多选）三束单色光1、2和3的波长分别为λ1、λ2和λ3（λ1＞λ2＞λ3），分别用这三束光照耀同一种金属；已知用光束2照耀时，恰能产生光电子.下列说法正确的是（）A.用光束1照耀时，不能产生光电子B.用光束3照耀时，不能产生光电子C.用光束2照耀时，光越强，单位时间内产生的光电子数目越多D.用光束2照耀时，光越强，产生的光电子的最大初动能越大解析：依据波长与频率的关系：λ＝eq\f(c,ν)，因λ1＞λ2＞λ3，那么ν1＜ν2＜ν3；由于用光束2照耀时，恰能产生光电子，因此用光束1照耀时，不能产生电子，而用光束3照耀时，肯定能产生光电子，故A正确，B错误；用光束2照耀时，光越强，单位时间内产生的光电子数目越多，而由光电效应方程：Ekm＝hν－W，可知，光电子的最大初动能与光的强弱无关，故C正确，D错误.答案：AC5.（2024·江苏卷）光电效应试验中，用波长为λ0的单色光A照耀某金属板时，刚好有光电子从金属表面逸出.当波长为eq\f(λ0,2)的单色光B照耀该金属板时，光电子的最大初动能为，A、B两种光子的动量之比为_______________