高中物理 第十七章 波粒二象性章末分层突破学案(新人教版)选修3-5

1、第十七章 波粒二象性 自我校对hhW0截止遏止饱和瞬时xp光电效应规律及其应用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的判断，二是运用光电效应方程进行计算求解光电效应问题的关键在于掌握光电效应规律，明确各概念之间的决定关系，准确把握它们的内在联系1决定关系及联系2“光电子的动能”可以是介于0Ekm的任意值，只有从金属表面逸出的光电子才具有最大初动能，且随入射光频率增大而增大3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吸收一个光子的能量，只有当电子吸收的能量足够克服原子核的引力而逸出时，才能产生光电效应4入射光强度指的是单位时间内入射到金属表面单位面积上

2、的光子的总能量，在入射光频率不变时，光强正比于单位时间内照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，单位时间内照到金属表面单位面积上的光子数也不相同，因而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)如图171所示是现代化工业生产中部分光电控制设备用到的光控继电器的示意图，它由电源、光电管、放大器等几部分组成当用绿光照射图中光电管阴极K时，可发生光电效应，则以下说法中正确的是 ()图171A增大绿光的照射强度，光电子的最大初动能增大B增大绿光的照射强度，电路中的光电流增大C改用比绿光波长大的光照射光电管阴极K时，电路中一定有光电流D改用比绿光频率大的光照射光电管

3、阴极K时，电路中一定有光电流E改用比绿光频率小的光照射光电管阴极K时，电路可能有光电流【解析】光电子的最大初动能由入射光的频率决定，选项A错误；增大绿光的照射强度，单位时间内入射的光子数增多，所以光电流增大，选项B正确；改用比绿光波长更大的光照射时，该光的频率不一定满足发生光电效应的条件，故选项C错误，E正确；若改用频率比绿光大的光照射，一定能发生光电效应，故选项D正确【答案】BDE(1)某种色光强度的改变决定单位时间入射光子数目改变，光子能量不变.(2)光电效应中光电子的最大初动能与入射光频率和金属材料有关，与光的强度无关.光的波粒二象性的进一步理解1.现在提到的波动性和粒子性与17世纪提出

4、的波动说和粒子说不同当时的两种学说是相互对立的，都企图用一种观点去说明光的各种“行为”，这是由于传统观念的影响，这些传统观念是人们观察周围的宏观物体形成的2波动性和粒子性在宏观现象中是相互对立的、矛盾的，但对于光子这样的微观粒子却只有从波粒二象性的角度出发，才能统一说明光的各种“行为”3光子说并不否认光的电磁说，按光子说，光子的能量h，其中表示光的频率，即表示了波的特征，而且从光子说或电磁说推导电子的动量都得到一致的结论可见，光的确具有波动性，也具有粒子性从光的波粒二象性出发，下列说法正确的是()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

5、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E在光的干涉中，暗条纹的地方是光子到达概率小的地方【解析】一个光子谈不上波动性，A错误；暗条纹是光子到达概率小的地方，C错误E正确；光的频率越高，光子的能量Eh越大，在光的干涉现象中，光子到达的概率大小决定光屏上出现明、暗条纹，故B、D选项正确【答案】BDE(教师用书独具)1(2016郑州一中检测)以下说法中正确的是()A光波和物质波都是概率波B实物粒子不具有波动性C实物粒子也具有波动性，只是不明显D光的波动性是光子之间相互作用引起的E光通过狭缝后在屏上形成明暗相间的条纹，光子在空间出现的概率可以通过波动规律确定

6、【解析】光波和物质波都是概率波，可通过波动规律来确定，故A、C、E正确，B错误；光的波动性是光的属性，不是光子间相互作用引起的，D错误【答案】ACE2(2016全国乙卷)现用某一光电管进行光电效应实验，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】产生光电效应时，光的强度越大，单位时间内逸出的光电子数越多，饱和光电流越大，说法A正确

7、饱和光电流大小与入射光的频率无关，说法B错误光电子的最大初动能随入射光频率的增加而增加，与入射光的强度无关，说法C正确减小入射光的频率，如低于极限频率，则不能发生光电效应，没有光电流产生，说法D错误遏止电压的大小与入射光的频率有关，与光的强度无关，说法E正确【答案】ACE3(2016江苏高考)已知光速为c，普朗克常数为h，则频率为的光子的动量为_用该频率的光垂直照射平面镜，光被镜面全部垂直反射回去，则光子在反射前后动量改变量的大小为_【解析】光速为c，频率为的光子的波长，光子的动量p.用该频率的光垂直照射平面镜，光被垂直反射，则光子在反射前后动量方向相反，取反射后的方向为正方向，则反射前后动量

8、改变量pp2p1.【答案】4(2015全国卷)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截距分别为k和b，电子电荷量的绝对值为e，则普朗克常量可表示为_，所用材料的逸出功可表示为_图【解析】根据光电效应方程EkmhW0及EkmeUc得Uc，故k，b，得hek，W0eb.【答案】ekeb5(2016江苏高考)几种金属的逸出功W0见下表：金属钨钙钠钾铷W0(1019J)7.265.123.663.603.14用一束可见光照射上述金属的表面，请通过计算说明哪些能发生光电效应已知该可见光的波长范围为4.01077.6107m，普朗克常数h6.631034Js.

9、【解析】光子的能量E取4.0107m，则E5.01019 J根据EW0判断，钠、钾、铷能发生光电效应【答案】钠、钾、铷能发生光电效应章末综合测评(时间：60分钟满分：100分)一、选择题(本题共6小题，每小题6分，共36分，在每题给出的5个选项中有3项符合题目要求，选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得6分每选错1个扣3分，最低得分为0分)1一个光子和一个电子具有相同的波长，则()A光子具有较大的动量B光子具有较大的能量C电子与光子的动量相等D电子和光子的动量不确定E电子和光子都满足不确定性关系式xp【解析】根据可知，相同的波长具有相同的动量【答案】BCE2光电效应实验中，下列表述正确的是

10、()A光照时间越长光电流越大B入射光足够强就可以有光电流C遏止电压与入射光的频率有关D入射光频率大于极限频率才能产生光电子E只要满足频率条件，光电效应几乎是瞬时发生的【解析】在光电效应中，若照射光的频率小于极限频率，无论光照时间多长，光照强度多大，都无光电流，当照射光的频率大于极限频率时，立刻有光电子产生，故A、B错误，D、E正确由eU0Ek，EkhW，可知U(hW)/e，即遏止电压与入射光频率，有关，C正确【答案】CDE3在光电效应实验中，用频率为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改用频率小于的光照射，

11、一定不发生光电效应D改用频率大于的光照射，光电子的最大初动能变大E光电效应的发生与照射光的强度无关【解析】增大入射光强度，单位时间内照射到单位面积的光电子数增加，则光电流将增大，故选项A正确；光电效应是否发生取决于照射光的频率，而与照射强度无关，故选项B错误，E正确用频率为的光照射光电管阴极，发生光电效应，用频率较小的光照射时，若光的频率仍大于极限频率，则仍会发生光电效应，选项C错误；根据hW逸mv2可知，增加照射光频率，光电子的最大初动能也增大，故选项D正确【答案】ADE4下列叙述的情况中正确的是 ()A光的粒子性说明每个光子就像一个极小的球体一样B光是波，与橡皮绳上的波类似C光是波，但与宏

12、观概念的波有本质的区别D光是一种粒子，它和物质作用是“一份一份”进行的E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【解析】光的粒子性说明光是一种粒子，但到达空间某位置的概率遵守波动规律，与宏观概念的粒子和波有着本质的不同，所以选项A、B错误，C、E正确根据光电效应可知，光是一种粒子，光子与电子的作用是一对一的关系，所以选项D正确【答案】CDE5在单缝衍射实验中，中央亮纹的光强占从单缝射入的整个光强的95%以上假设现在只让一个光子能通过单缝，那么该光子()A一定落在中央亮纹处B一定落在亮纹处C可能落在亮纹处D可能落在暗纹处E落在中央亮纹处的可能性最大【解析】根据光的概率波的概念

13、，对于一个光子通过单缝落在何处，是不可确定的，但概率最大的是落在中央亮纹处，可达95%以上当然也可能落在其他亮纹处，还可能落在暗纹处，只不过落在暗处的概率很小而已，故只有C、D、E正确【答案】CDE6电子的运动受波动性的支配，对于氢原子的核外电子，下列说法正确的是()A氢原子的核外电子可以用确定的坐标描述它们在原子中的位置B电子绕核运动时，可以运用牛顿运动定律确定它的轨道C电子绕核运动时，不遵从牛顿运动定律D电子绕核运动的“轨道”其实是没有意义的E电子轨道只不过是电子出现的概率比较大的位置【解析】微观粒子的波动性是一种概率波，对于微观粒子的运动，牛顿运动定律已经不适用了，所以氢原子的核外电子不

14、能用确定的坐标描述它们在原子中的位置，电子的“轨道”其实是没有意义的，电子轨道只不过是电子出现的概率比较大的位置，综上所述，C、D、E正确【答案】CDE二、非选择题(本题共7小题，共64分按题目要求作答)7(6分)(2016江苏高考)已知光速为c，普朗克常数为h，则频率为的光子的动量为_用该频率的光垂直照射平面镜，光被镜面全部垂直反射回去，则光子在反射前后动量改变量的大小为_【解析】光速为c，频率为的光子的波长，光子的动量p.用该频率的光垂直照射平面镜，光被垂直反射，则光子在反射前后动量方向相反，取反射后的方向为正方向，则反射前后动量改变量pp2p1.【答案】8(6分)经150 V电压加速的电

15、子束，沿同一方向射出，穿过铝箔后射到其后的屏上，电子到达屏上的位置受_规律支配，无法用确定的_来描述它的位置【解析】电子被加速后其德布罗意波波长11010 m，穿过铝箔时发生衍射，电子的运动不再遵守牛顿运动定律，不可能用“轨迹”来描述电子的运动，只能通过概率波来描述【答案】波动坐标9(6分)某光电管的阴极是用金属钾制成的，它的逸出功为2.21 eV，用波长为2.5107 m的紫外线照射阴极，已知真空中光速为3.0108 m/s，元电荷为1.61019 C，普朗克常量为6.631034 Js.钾的极限频率为_，该光电管发射的光电子的最大初动能是_【解析】由W0hc得，极限频率c5.31014 H

16、z；由光电效应方程EkhW0得，光电子的最大初动能EkhW04.41019 J.【答案】5.31014 Hz,4.41019 J10(10分)太阳能直接转换的基本原理是利用光电效应，将太阳能转换成电能如图1所示是测定光电流的电路简图，光电管加正向电压图1(1)标出电源和电流表的正负极；(2)入射光应照在_极上(3)电流表读数是10 A，则每秒钟从光电管阴极发射出的光电子至少是_个【解析】(1)加正向电压，应该是在电子管中电子由B向A运动，即电流是由左向右因此电源左端是正极，右端是负极，电流表上端是正极，下端是负极(2)光应照在B极上(3)设电子个数为n，则Ine，所以n6.251013(个)【

17、答案】(1)电源左端是正极，右端是负极；电流表上端是正极，下端是负极(2)B(3)6.25101311(12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2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400770 nm(1 nm109m)图2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)0.660 00.500 00.372 00.260 00.1

18、96 2根据图和所给出的数据，你认为：(1)光电管阴极K上应涂有金属_；(2)控制电路中的开关S应和_(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_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 【导学号：】【解析】(1)依题意知，可见光的波长范围为400109770109m而金属铯的极限波长为0.660 0106m660109m，因此，光电管阴极K上应涂金属铯(2)深沉的夜色中，线圈中无电流，衔铁与b接触，船舶依靠航标灯指引航道，所以控制电路中的开关S应和b接触(3)若将上述控制电路中的电灯换成电机，在手遮住光线之前，电机应是正常工作的，此时衔铁与a接触，所以电路中的开关S应和a接触【答案】(1)铯(2)b(3)a12(12分)德布罗意认为：任何一个运动着的物体，都有着一种波与它对应，波长是，式中p是运动着的物体的动