2016-2017学年高中物理 第十七章 波粒二象性新人教版选修3-5_4

1 章末复习课 【知识体系】 主题 1 光电效应及光电效应方程 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判断，二 是应用光电效应方程进行简单的计算处理该类问题关键是掌握光电效应的规律，明确各 物理量之间的决定关系 光电效应的规律是：截止频率 0，是能使金属发生光电效应的最低频率，这也是 判断能否发生 光电效应的依据若 0，无论多强的光照射时，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；饱和光电流与光 的强度有关，在入射光频率不变的情况下，光强正比于单位时间内照射到金属表面单位面 积上的光子数 光电子的最大初动能跟入射光的能量 h 、金属逸出功 W0的关系为光电效应方程，表 达式为 Ek h W0，反映了光电效应现象中的能量转化和守恒 【典例 1】 关于光电效应的规律，下列说法不正确的是( ) A当某种 色光照射金属表面时，能产生光电效应，则入射光的频率越高，产生的光 电子的最大初动能越大 B当某种色光照射金属表面时能产生光电效应，则入射光的强度越大产生的光电子数 越多 C对某金属，入射光波长必须小于一极限波长，才能产生光电效应 D同一频率的光照射不同金属，如果都能产生光电效应，则逸出功越大的金属产生的 光电子的最大初动能也越大 解析：由爱因斯坦光电效应方程 Ek h W0可知，入射光频率 越高， Ek值越大， 故 A 项正确；当某种色光照射金属表面能产生光电子，入射光强度越大，单位时间照射到 金属单位面积上的光子数就越多，光子与光电子是一对一的关系，因而产生的光电子数越 多，故 B 项正确；产生光电效应的条件是入射光的频率大于金属极限频率，所以入射光波 长必须小于一极限波长，才能产生光电效应，故 C 项正确；不同金属 W0不一样，由 Ek h W0知，同频率的光照射时，逸出功 W0大的金属，光电子的最大初动能小，所以 D 项错误 答案：D 针对训练 1(多选)由爱因斯坦光电效应方程可以画出光电子的最 大初动能和入射光的频率的 关系，如图所示，以下说法正确的是( ) A c表示截止频率 B W0的绝对值等于逸出功 C直线的斜率表示普朗克常量 h 的大小 D图线表明最大初动能与入射光频率成正比 解析：由爱因斯坦光电效应方程 Ek h W0可知，当 Ek0 时， c 即为某金属 W0h 3 的 截止频率；当 0 时， Ek W0，可见 W0的绝对值就是该金属对应的逸出功；而该直 线的斜率 tan h 即为普朗克常量故选项 A、B、C 正确 Ek 答案：ABC 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，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光子的能量与其对应的频率成正比，而频率是波动性特征的物理量，因此 h 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 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 h 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测，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)对光的认识，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 4 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：光子能量的理解； 光电效应现象及光电效应方程的理解；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，但对知识的掌握必须做到系统化、条理化 真题例析 (2015课标全国卷)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_ 解析：根据动能定理有 mev eUc和爱因斯坦光电效应方程有 mev h W0，可得： 12 2e 12 2e 遏制电压 Ue ，结合 Uc 图，斜率即 k ，截距为 b ，可得：普朗克常量 he W0e he W0e h ek，所用材料的逸出功 W0 eb. 答案： ek eb 针对训练 (2015课标全国卷)(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电子束通过双缝实验装置后可以形成干涉图样 B 射线在云室中穿过会留下清晰的径迹 C人们利用慢中子衍射来研究晶体的结构 D人们利用电子显微镜观测物质的微观结构 5 E光电效应实验中，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：电子束通过双缝实验后可以形成干涉图样，可以说明电子是一种波，故 A 正确； 射线在云室中穿过会留下清晰的径迹，可以说明 射线是一种粒子，故 B 错误；人们 利用慢中子衍射来研究晶体的结构，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； 光电效应实验中，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：ACD 1(多选)波粒二象性是微观世界的基本特征，以下说法正确的有( ) A光电效应现象揭示了光的粒子性 B热中子束射到晶体上产生衍射图样说明中子具有波动性 C黑体辐射的实验规律可用光的波动性解释 D动能相等的质子和电子，它们的德布罗意波长也相等 解析：光电 效应说明光的粒子性，所以 A 项正确；热中子在晶体上产生衍射图样，即 运动的实物粒子具有波的特性，即说明中子具有波动性，所以 B 项正确；黑体辐射的实验 规律说明电磁辐射具有量子化，即黑体辐射是不连续的、一份一份的，所以黑体辐射用光 的粒子性解释，即 C 项错误；根据德布罗意波长公式 ， p22 mEk，又质子的质量大于 hp 电子的质量，所以动能相等的质子和电子，质子的德布罗意波长较短，所以 D 项错误 答案：AB 2已知钙和钾的截止频率分别为 7.73 1014 Hz 和 5.441014 Hz，在某种单色光 的照射下两种金属均发生光电效应，比较它们表面逸出的具有最大初动能的光电子，钙逸 出的光电子具有较大的( ) A波长 B频率 C能量 D动量 解析：金属的逸出功 W0 h 0，据爱因斯坦的光电效应方程 Ek h W0可知，从金属 钾表面飞出的光电子最大初动能较钙的大，金属钙表面飞出光电子能量 E 小，因 ， hcE 所以从钙表面逸出功的光电子具有较大的波长，选 A. 答案：A 3(多选)对光电效应的理解正确的是( ) A金属内的每个电子可以吸收一个或一个以上的光子，当它积累的动能足够大时，就 能逸出金属 B如果入射光子的能量小于金属表面的电子克服原子核的引力而逸出时所需做的最小 6 功，便不能发生光电效应 C发生光电效应时，入射光越强，光子的能量就越大，光电子的最大初动能就越大 D由于不同金属的逸出功是不相同的，因此使不同金属产生光电效应，入射光的最低 频率也不同 解析：金属内的每个电子吸收一个光子，获得能量，若足够克服金属做功，就能逸出 金属，若不够金属做功，就不会逸出金属，不会发生积累，故 A 错误；根据光电效应的条 件可知入射光的能量小于电子脱离某种金属已做功的最小值，就不能发生光电效应，故 B 正确；光电子的最大初动能与入射光的频率有关，与光的强度无关，故 C 错误；不同的金 属逸出功不同，截止频率不同，则发生光电效应的入射光的最低频率也不同，故 D 正确 答案：BD 4(多选)关于光的波粒二象性的理解正确的是( ) A大量光子的行为往往表现出波动性，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