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得分宝典之高中物理专题六 第2章 波粒二象性 概述光的波动性和微粒性为近年高考命题热点之一。题目类型多为选择题。其中考查较多的是光的干涉、光电效应，其次是波长、波速和频率的关系，有时还与几何光学中的部分知识（如折射、棱镜、色散等）、原子物理中的玻尔理论相结合进行考查。复习时要以记忆、理解为主，以对光的本性的认识为线索，来掌握近代物理光学的初步知识，掌握建立这些理论的实验基础和一些重要物理现象。光电效应是高考考查的热点内容，因此要加强对其规律的理解和爱因斯坦光电效应方程的熟练应用。复习中要理解光子说及对光电效应的解释；理解爱因斯坦光电效应方程并会用来解决简单问题。知识梳理波粒二象性普朗克量子理论光电效应物质波波粒二象性光电效应规律光子说、爱因斯坦光电方程式概率波知识点一 波粒二象性 考纲解读考纲内容要求名师解读普朗克能量子假说 黑体和黑体辐射i1黑体辐射、光电效应、波粒二象性都是高中物理重要的知识点，是高考考查的重点，高考命题常以新情境来考查，而且经常与其他知识综合出题。考查的题型一般为选择题，难度中等。2德布罗意波长关系式的定量计算不做要求光电效应i光的波粒二象性 物质波 概率波 不确定关系i 基础巩固一、黑体与黑体辐射1热辐射：周围的一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与 有关。2黑体：能完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射，这种物体称为绝对黑体。简称黑体。3黑体辐射的实验规律：黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的 有关。随着温度的升高，一方面，各种波长的辐射 都有增加；另一方面，辐射强度的极大值向波长较 的方向移动。4.能量子：普朗克认为，振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量（称为能量子）的整数倍，即：, 1, 2, 3, . n. n为正整数，这个不可再分的最小能量值称为能量子。能量子的表达式：= （其中普朗克常量h=6.626（10-34js） 二、光电效应1定义：在光的照射下从物体发射出 的现象（发射出的电子称为光电子）。2产生条件：入射光的频率 极限频率。3光电效应规律（1）每种金属都有一个极限频率，入射光的 必须大于这个极限频率才能产生光电效应。（2）光电子的最大初动能与入射光的 无关，只随入射光频率的增大而 。（3）光电效应的发生几乎是瞬时的，一般不超过109 s。（4）当入射光的频率大于极限频率时， 的强度与入射光的强度成正比。三、光电效应方程1基本物理量（1）光子的能量：h其中h6.6310-34js（称为普朗克常量）。（2）逸出功：使电子脱离某种金属所做功的 。（3）最大初动能发生光电效应时，金属 的电子吸收光子后克服原子核的引力逸出时所具有动能的 。2光电效应方程爱因斯坦光电效应方程是根据 守恒定律推导出来的描述的是光电子的最大初动能ek跟入射光子的能量h和逸出功w之间的关系：ek 。四、波粒二象性、物质波1光的波粒二象性（1）光电效应说明光具有粒子性，同时光还具有波动性，即光具有 。（2）大量光子运动的规律表现出光的 性，单个光子的运动表现出光的 性。（3）光的波长越长，波动性越明显，越容易看到光的干涉和衍射现象。光波的频率越高，粒子性越明显，穿透本领越强。2物质波任何一个 的物体，小到微观粒子，大到宏观物体，都有一种波与它相对应，其波长等于，也称为 、物质波。特别提示：物质波既不是机械波，也不是电磁波，物质波乃是一种概率波。自我校对：一、黑体与黑体辐射温度；温度；强度；短；h二、光电效应电子；大于；频率；强度；增大；光电流三、光电效应方程最小值；表面上；最大值；能量；hw四、波粒二象性、物质波波粒二象性；波动；粒子；运动；德布罗意波 实验探究123拓展实验 光电流大小与哪些因素有关？练一练： （1）任何光照射都可以达到控制电路的作用吗？ （2）你认为光电流的大小跟哪些因素有关？ 参考答案： （1）并不是任何光都可以达到控制电路的作用的，如果照射光的频率太低，光电管不能产生光电效应，不会产生光电流，达不到控制电路的作用。（2）光电流的大小跟照射光的强度的有关。 重点突破一、直击考点考点一 光电效应、光电方程常考类型题：考查对光电效应规律理解以及对爱因斯坦光电方程的应用，以选择题、填空题或简单计算题等题型为主。1光电效应的实质光子照射到金属表面，某个电子吸收光子的能量使动能变大，当电子的动能增大到足以克服原子核的引力时，便飞出金属表面成为光电子。2极限频率的实质光子的能量和频率有关，而金属中电子克服原子核引力需要的能量是一定的，光子的能量必须大于金属的逸出功才能发生光电效应。这个能量最小等于这种金属对应的逸出功，所以每种金属都有一定的极限频率。3光电效应瞬时性的理解光照射到金属上时，电子吸收光子的能量不需要积累，吸收的能量立即转化为电子的能量，因此电子对光子的吸收十分迅速。4光电效应方程电子吸收光子能量后从金属表面逸出，其中只有直接从金属表面飞出的光电子才具有最大初动能，根据能量守恒定律：ekhw 。5最大初动能ekm与入射光频率的关系图线如图。（1）对光电效应规律的解释【例1】入射光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（）a从光照至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将减小c单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将减少d有可能不发生光电效应【解析】光电效应瞬时（109 s）发生，与光强无关，a项错误；能否发生光电效应，只取决于入射光的频率是否大于极限频率，与光强无关，d项错误；对于某种特定金属，光电子的最大初动能只与入射光频率有关，入射光频率越大，最大初动能越大，b项错误；光电子数目多少与入射光强度有关，可理解为一个光子能打出一个光电子，光强减弱，逸出的光电子数目减少，c项正确。【答案】c【点评】 （1）光电效应的产生条件：入射光频率大于金属的极限频率；（2）入射光的频率决定最大初动能；（3）光电效应的瞬时性（109 s）。（2）如果照射光的频率不变，光强加倍，根据光电效应实验规律，阴极每秒发射的光电子数n2n81012个光电子的最大初动能仍然是ekm9.61020 j【答案】（1）4.01012 个（2）9.61020 j【点评】解答有关光电管和光电效应的问题，要注意以下几个方面：（1）决定光电子最大初动能的是入射光的频率，决定光电流大小的是光强的大小；（2）光电效应发射出的光电子由一极到达另一极，是电路中产生电流的条件；（3）搞清楚加在光电管两极间的电压对光电子起到了加速作用，还是减速作用。考点二 波粒二象性和物质波常考类型题：考查对光的波粒二象性及物质波的理解，题型以选择题为主。光的干涉、衍射实验证明光具有波动性，麦克斯韦提出光是电磁波。爱因斯坦在普朗克能量子的概念之上提出光子（又叫光量子）是一种静止质量为零的粒子，具有能量和动量。它的能量为h（为频率，h为普朗克常量），动量表示式为p=h/=h/c（为频率,c为光速,h为普朗克常量），光子在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光子，光子的能量与频率成正比，即e=h。光电效应实验康普顿实验都表明光具有粒子性。光具有波粒二象性。个别光子的行为表现为粒子性，大量光子的作用效果表现为波动性；频率越低的光，波动性越显著，容易观察到光的干涉和光的衍射现象；频率越高的光，粒子性越显著，贯穿本领越强。德布罗意提出物质波：任何运动的物体，都有一种波与之对应。物质波的波长=h/p=h/mv。高考对波粒二象性的考查以定性为主，对物质波的考查定量为主。【例3】关于物质的波粒二象性，下列说法中不正确的是（）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波动性和粒子性，在宏观现象中是矛盾的、对立的，但在微观高速运动的现象中是统一的d实物的运动有特定的轨道，所以实物不具有波粒二象性二、走出误区 误区一 误认为光电效应能发生、光电效应发生的时间、光电子的最大初动能均与光照强度有关。能否发生光电效应取决于照射光的频率，照射光的频率必须大于等于金属的极限频率才能发生光电效应，光电效应的发生时间极短，与照射光的强度无关，光电子的最大初动能与照射光的频率与极限频率有关，与照射光的强度无关。【例1】入射光照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，那么以下说法正确的是（ ）a从光照射到金属表面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少d有可能不再产生光电效应错解：abd 原因：根据经典的电磁理论分析可知，选项a、b、d正确。三选项错误的原因只有一个，没有用光量子的理论，而是用经典的电磁理论来理解。正解：c 原因：由光电效应规律可知：只要入射光的频率大于或等于被照射金属的极限频率，产生光电效应的时间就不会有变化，也就是电子吸收光予的时间一定，且是瞬时的。同一光电效应中，频率不变，光电子飞出的最大初动能不变，故选项b错误；入射光的强度减弱，而频率不变，则单位时间内吸收光子的电子数减少，相应地从金属表面选出的光电子数也减少，故只有选项c正确；专家会诊解决这类问题关键是要从爱因斯坦光量子说理解光电效应的四条规律：存在极限频率；光电子的最大初动能只与入射光频率有关；瞬时性；在入射光频率一定条件下，逸出的光电子数与入射光的强度成正比，并能用这四条规律判断有关的现象。误区二 误认为光强相同时，光电效应的光电流大小也相同光强是单位时间内打到单位面积上光的能量，相同光强下不同频率的光单位时间内打到单位面积上的光子个数不同，因此打出的光电子数不同，光电流不同。【例2】如图所示的电路中两个光电管是由同种金属材料制成的阴极。现用强度相同的两束光分别照射在两个光电管的阴极上，紫光照在（甲）电路的光电管上，绿光照在（乙）电路的光电管上，若都能产生光电效应，则下列判断正确的是（）a 从a、b两个极板射出光电子的最大初动能 一样大b打到c极上的光电子的最大动能一定大于 打到d极上的光电子的最大动能c单位时间内由a、b两个金属极板产生的光电子的数目一样多d单位时间内由b极板产生的光电子的数目更多些误区三 误认为最大初动能与照射光的频率成正比、光电流的大小与光电子的动能有关由爱因斯坦光电方程ekhw可知，最大初动能与照射光的频率成线性关系而不是成正比，光电流强度与单位时间内经过电路的电子数有关，而不是与光电子的动能有关。【例3】关于光电效应，下列说法正确的是（）a光电子的最大初动能与入射光的频率成正比b光电子的动能越大，光电子形成的电流强度就越大c用不可见光照射金属一定比用可见光照射同种金属产生的光电子的初动能要大d对于任何一种金属都存在一个“最大波长”，入射光的波长必须小于这个波长，才能产生光电效应 错解：ab 原因：误认ekhw中最大初动能与频率成正比，错误认为电子的动能越大电流越大，对电流大小的定义理解不到位。 正解：d 原因：光电子的最大初动能与入射光的频率成一次函数关系，不成正比；单位时间经过电路的电子数越多，电流越大；不可见光的频率不一定比可见光的频率大，因此用不可见光照射金属不一定比用可见光照射同种金属产生的光电子的初动能要大；入射光的频率应大于金属板的极限频率或入射光的波长应小于金属板的极限波长。 巩固复习1在演示光电效应的实验中，原来不带电的一块锌板与灵敏验电器相连，用弧光灯照射锌板时，验电器的指针就张开一个角度，如图所示，这时（）a锌板带正电，指针带负电b锌板带正电，指针带正电c锌板带负电，指针带正电d锌板带负电，指针带负电1b 提示：验电器的指针张开一个角度说明锌板带电，锌板在弧光灯照射下发生光电效应失去电子而带正电，验电器也带正电。2某单色光照射某金属时不能产生光电效应，则下述措施中可能使金属产生光电效应的是（）a延长光照时间 b增大光的强度c换用波长较短的光照射 d换用频率较低的光照射2c 提示：对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，所以选项a、b错误。没有发生光电效应，说明入射光的频率小于极限频率，所以要使金属发生光电效应，应增大入射光的频率，减小波长，所以选项c正确，d错误。3物理学家做了一个有趣的实验：在双缝干涉实验中，在光屏处放上照相底片，若减弱光流的强度，使光子只能一个一个地通过狭缝，实验结果表明，如果曝光时间不太长，底片上只出现一些不规则的点子；如果曝光时间足够长，底片上就会出现规则的干涉条纹，对这个实验结果有下列认识，正确的是（）a曝光时间不长时，出现不规则的点子，表现出光的波动性b单个光子通过双缝后的落点无法预测c干涉条纹中明亮的部分是光子到达机会较多的地方d只有大量光子的行为才能表现出光的粒子性3bc 提示：由于光波是一种概率波，故选项b、c正确。a中的现象说明了光的粒子性；个别光子的行为才通常表现出粒子性，故选项a、d错误。4 光电效应的实验结论是：对于某种金属（）a无论光强多强，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4 ad 提示：根据光电效应规律可知a项正确，b、c项错误。根据光电效应方程mvm2hw，频率越高，初动能就越大，d项正确。5关于光的本性，下列说法中正确的是 （ ）a关于光的本性，牛顿提出微粒说，惠更斯提出波动说，爱因斯坦提出光子说，它们都说明了光的本性b光具有波粒二象性是指：既可以把光看成宏观概念上的波，也可以看成微观概念上的粒子c光的干涉、衍射现象说明光具有波动性，光电效应说明光具有粒子性d光的波粒二象性是将牛顿的波动说和惠更斯的粒子说真正有机地统一起来的5c 提示：光具有波粒二象性，这是现代物理学关于光的本性的认识，光的波粒二象性是爱因斯坦的光子说和麦克斯韦的电磁说的统一。光的干涉、衍射现象说明光具有波动性，光电效应说明光具有粒子性，故a、b、d项错误，c项正确。6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光子与电子是同样的一种粒子，光波与机械波是同样的一种波c光的波动性是由于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，频率仍表示的是波的特性6d 提示：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；光的干涉、衍射又说明光是一种波，光既不同于宏观的粒子，也不同于宏观的波光具有波粒二象性，光的波动性与粒子性不是独立的，由公式h可以看出二者是有联系的。光的粒子性并没有否定光的波动性。 提高训练7分别用波长为和3/4的单色光照射同一金属板，发出光电子的最大初动能之比为12，以h表示普朗克常量，c表示真空中的光速，则此金属板的逸出功为（）a b c d8波长为0.17 m的紫外线照射至金属筒上能使其发射光电子，光电子在磁感应强度为b的匀强磁场中，做最大半径为r的匀速圆周运动，已知rb5.6106 tm，光电子质量m9.11031 kg，电荷量e1.61019 c，求：（1）光电子的最大动能；（2）金属筒的逸出功。8（1）4.411019 j（2）7.31019 j解析：光电子做半径最大的匀速圆周运动时，它的动能即是最大动能。（1） 代入数据得mv24.411019 j（2）由爱因斯坦光电效应方程得whmv2hc/mv2代入数据得w7.31019 j9 如图所示，一伦琴射线管，k为阴极可产生电子，阴极k与对阴极a外加电压uak30 kv。设电子离开k极时速度为零，通过电压加速后而以极大的速度撞到对阴极a上而产生x射线，假定电子的全部动能转为x射线的能量。求：（1）电子到达a极时的速度是多大？（2）从a极发出的x射线的最短波长是多少？（3）若电路中的毫安表的示数为10 ma，则每秒从a极最多能辐射出多少个x光子？（已知电子的质量me9.11031 kg，电子的电荷量e1.61019 c，普朗克常量h6.61034 js）9 （1）1.0108 m/s（2）4.11011 m（3）6.251016个解析：电子在电场力作用下的末速度可以由动能定理求出。电子的动能若全部转变成x射线光子的能量，可根据光子说eh，求出x光子的频率和波长。每个光子的能量都是由冲向a极的电子来提供的，即可根据电流值求出每秒到达a板的电子数，可推知每秒由a极发射的x射线的光子数。章节收尾 物理学应用光电管可以使光信号转化成电信号，利用了光电效应现象，从而可以实现光电控制。下面举例讨论光电管在自动控制中的典型应用。1光控继电器光电管在各种自动化装置中有很多应用，街道的路灯自动控制开关就是其应用之一。如图所示为其模拟电路，其中a为光电管（k为光电管的阴极），b为电磁继电器，c为照明电路，d为路灯。试回答：（1）在路灯自动控制电路中，光电管的作用是： 。（2）简述其日出路灯熄，日落路灯亮的工作原理。答案：每当传送带上有一个物品通过时，光线被挡住，就没有光照到光电管阴极上，光电效应就消失，没有电子从阴极发出，回路中光电流就变为零。这时线圈中没有电流通过，磁性基本消失，电磁铁放开衔铁，不能阻挡齿轮，就使计数齿轮转过一齿，计数器就自动把制品数目记下来。3液面自控仪激光液面控制仪的原理如图甲所示，其原理是：固定的一束激光ao以入射角照射到液面，反射光ob射到水平光屏上，屏上用光电管将接收到的光信号转换成电信号.光电管的原理如图乙所示.在光电管上加上正向电压，就能正常工作。把电信号输入控制系统用以控制液面的高度，如果发现反射光点b在屏上向右移动l距离至b（1）在图上标出电源的正负极。（2）入射光应照射在 极上？（3）若电流表读数为10a，则每秒从光电管阴极发射的电子数至少为多少？（4）液面是升高还是降低？变化多少？ 核心考点 真题回放1（2011江苏）（1）下列描绘两种温度下黑体辐射强度与波长关系的图中，符合黑体辐射实验规律的是（ ）1a 提示：随着温度的升高，辐射强度增加，辐射强度的极大值向着波长较短的方向移动，a项正确。2（2011广东）光电效应实验中，下列表述正确的是（ ）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2cd 提示：要产生光电效应入射光的频率必须大于一个最小频率，即极限频率，当入射光的频率小于极限频率时，不管光的强度多大都不会产生光电效应，与光照时间无关，故d项正确，a、b项错误；对同一种金属，入射光的频率越大，光电子的最大初动能越大，需要的遏止制电压越大，c项正确。3（2011福建）爱因斯坦提出了光量子概念并成功地解释光电效应的规律而获得1921年的诺贝尔物理学奖。某种金属逸出光电子的最大初动能与入射光频率的关系如图所示，其中为极限频率。从图中可以确定的是_。（填选项前的字母）a逸出功与有关 b与入射光强度成正比c当时，会逸出光电子 d图中直线的斜率与普朗克常量有关。3d 提示：金属的逸出功与入射光无关，a项错误；光电子的最大初动能与入射光强度无关，b项错误；当入射光的频率小于极限频率，不能发生光电效应现象，c项错误；据光电效应方程可知图像的斜率与普朗克常量有关，d项正确。4（2010浙江） 在光电效应实验中，飞飞同学用同一光电管在不同实验条件下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线（甲光、乙光、丙光），如图所示。则可判断出a甲光的频率大于乙光的频率b乙光的波长大于丙光的波长c乙光对应的截止频率大于丙光的截止频率d甲光对应的光电子最大初动能大于丙光的光电子最大初动能 4b 提示：由图象知甲光、乙光对应的遏止电压相等，且小于丙光对应的遏止电压，所以甲光和乙光对应的光电子最大初动能相等且小于丙光的光电子最大初动能，故d项错误；根据爱因斯坦光电效应方程知甲光和乙光的频率相等，且小于丙光的频率，故a项错误、b项正确；而截止频率是由金属决定的与入射光无关，故c项错误。 5（2011上海）用极微弱的可见光做双缝干涉实验，随着时间的增加，在屏上先后出现如图（a）、（b）、（c）所示的图像，则a 图像（a）表明光具有 粒子性b像（c）表明光具有波 动性c用紫外光观察不到类似的图像d实验表明光是一种概率波5abd 提示：图像（a）只有分散的亮点，表明光具有粒子性；图像（c）呈现干涉条纹，表明光具有波动性；用紫外光也可以观察到类似的图像，实验表明光是一种概率波，选项a、b、d正确。6（2011新课标全国）在光电效应试验中，某金属的截止频率相应的波长为0，该金属的逸出功为_。若用波长为（0）的单色光做实验，则其遏止电压为_。已知电子的电荷量，真空中的光速和普朗克常量分别为e，c和h6h 提示：由w=hv0=h ，又eu=ek ，且ek= hvw ，v= ，所以u=（）= 。7（2010江苏）（1）研究光电效应电路如图所示，用频率相同、强度不同的光分别照射密封真空管的钠极板（阴极k），钠极板发射出的光电子被阳极a吸收，在电路中形成光电流。下列光电流i与a、k之间的电压的关系图象中，正确的是 。 7（1）c （2）减小，光电子从金属表面逸出过程中要受到金属表面层中力的阻碍作用（或需要克服逸出功） （3）不能发生光电效应。解析：（1）由爱因斯坦光电效应方程和动能定理。可得，遏止电压uc与入射光的频率在关，与光强无关。由发生光电效应规律可知，光电流与光的强度有关，光越强，光电流越强。所以选项c正确。本题考查光电效应规律。（2）钠金属中的电子吸收光子的能量，从金属表面逸出，由于光电子在从金属表面逸出过程中，要受到金属表面层中力的阻碍作用（或需要克服逸出功）。所以在光电子从金属表面逸出的过程中，其动量的大小减小。（3）氢原子从第二激发态跃迁到第一激发态过程中，放出的光子能量为，带入数据的，金属钠的逸出功，带入数据得，因为，所以不能发生光电效应。u/vi/aouc2uc1甲乙丙8（2010浙江）在光电效应实验中，飞飞同学用同一光电管在不同实验条件下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线（甲光、乙光、丙光），如图所示。则可判断出（）a甲光的频率大于乙光的频率b乙光的波长大于丙光的波长c乙光对应的截止频率大于丙光的截止频率图142d甲光对应的光电子最大初动能大于丙光的光电子最大初动能abp正向电压abp反向电压图142 综合提高一、考题预测1（2012北京朝阳）下列实验现象中，哪一个实验现象的解释使得光的波动说遇到了巨大的困难（ ）a光的干涉 b光的衍射 c多普勒效应 d光电效应1d 提示：光的干涉、衍射现象和多普勒效应都说明光具有波动性，而光电效应和康普顿效应说明光具有粒子性。故选d项。2（2012浙江嘉兴）下列四个实验中，能说明光具有粒子性的是（ ） 2提示：a图中粒子散射现象说明原子具有核式结构；b图中光的干涉现象说明光具有波动性；c图中光电效应现象说明光具有粒子性；d图中射线在电场、磁场中偏转说明射线的电性。答案：c3（2012福建福州）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，就没有光电子选出了3a 提示：光的频率不变，表示光子能量不变，仍会有光电子从该金属表面逸出，逸出的光电子的最大初动能也不变；若再减弱光的强度，逸出的光电子数就会减少。综上可知，本题答案为a。4（2012陕西长安）随着科技的发展，大量的科学实验促进了人们对微观领域的认识，下列说法正确的是（ ）a汤姆孙通过对阴极射线的研究发现了电子，从而揭示了原子核是有复杂结构的b卢瑟福通过粒子轰击氮核实验的研究，发现了质子c普朗克通过对黑体辐射的研究，第一次提出了光子的概念d德布罗意首先提出了物质波的猜想，而电子衍射实验证实了他的猜想e玻尔建立了量子理论，成功解释了各种原子发光现象4bd 提示：汤姆生在研究阴极射线时发现电子，电子的发现说明原子是可以再分的，汤姆生进一步提出了原子的枣糕模型或葡萄干面包模型，该模型被卢瑟福用粒子散射实验给予了否定，卢瑟福提出了原子的核式结构学说，选项a错误；1919年，卢瑟福通过粒子轰击氮核实验的研究，发现了质子，选项b正确；爱因斯坦首先提出光子的概念，选项c错误；德布罗意首先提出了物质波的猜想，而电子衍射实验证实了他的猜想，选项d正确；玻尔理论成功地引入了量子的概念，但保留了太多的经典理论，他没有建立量子理论，选项e错误。5（2012广西柳铁）如图所示，一细束平行光经玻璃三棱镜折射后分解为互相分离的a、b、c三束单色光。比较a、b、c三束光，可知（ ） abca当它们在真空中传播时，c光的波长最长b当它们在玻璃中传播时，a光的速度最大c若它们都从玻璃射向空气，c光发生全反射的临界角最大 d若它们都能使某种金属产生光电效应，c光照射出光电子的最大初动能最大6（2012广州质检）硅光电池是利用光电效应原理制成的器件。下列表述正确的是（）a硅光电池是把光能转变为电能的一种装置b硅光电池中吸收了能量的电子都能逸出c逸出的光电子的最大初动能与入射光的频率无关d任意频率的光照射到硅光电池上都能产生光电效应6a 提示：吸收了能量的电子不一定能逸出，逸出的光电子的最大初动能与入射光的频率成线性关系，必须频率高于等于硅光电池极限频率的光才能发生光电效应。7（2012绵阳）用波长为2.0107 m的紫外线照射钨的表面，释放出来的光电子中最大的动能是4.71019 j由此可知，钨的极限频率是（普朗克常量h6.631034 js，光速c3.0108 m/s，结果取两位有效数字）（）a5.51034 hzb7.91014 hzc9.81014 hz d1.21015 hz7b 提示：该题考查光电效应方程，由mv2hw0和w0h0可得07.91014 hz，b选项正确。8（2012南京调研）在光电效应实验中，飞飞同学用同一光电管在不同实验条件下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线（甲光、乙光、丙光），如图所示则可判断出（）a甲光的频率大于乙光的频率b乙光的波长大于丙光的波长c乙光对应的截止频率大于丙光的截止频率d甲光对应的光电子最大初动能大于丙光的光电子最大初动能8b 提示：由于是同一光电管，因而不论对哪种光，极限频率和金属的逸出功相同，对于甲、乙两种光，反向截止电压相同，因而频率相同，a项错误；丙光对应的反向截止电压较大，因而丙光的频率较高，波长较短，对应的光电子的最大初动能较大，故c、d均错，只有b项正确。9（2012河南开封）氢原子的核外电子从第3能级跃迁到第2能级时，辐射出的光照到某金属上时恰能产生光电效应现象。那么，很多处于第4能级的氢原子向低能级跃迁时，辐射出各种频率的光。其中有 种频率的光可能使这种金属发生光电效应。95提示：处于第4能级的氢原子向低能级跃迁时，共可辐射6种不同频率的光子，有5种光子的能量大于等于氢原子的核外电子从第3能级跃迁到第2能级时释放的光子的能量。10（2012温州八校联考）普朗克常量h6.631034 js，铝的逸出功w06.721019 j，现用波长200 nm的光照射铝的表面（结果保留三位有效数字）。（1）求光电子的最大初动能；（2）若射出的一个具有最大初动能的光电子正对一个原来静止的电子运动，求在此运动过程中两电子电势能增加的最大值（电子所受的重力不计）。二、强化训练卷（100分） 一、选择题（每小题4分，共40分）1美国科学家约翰马瑟和乔治斯穆特因发现了宇宙微波背景辐射的黑体谱形状及其温度在不同方向上的微小变化。而共同获得了2006年度诺贝尔物理学奖，被誉为是宇宙学研究进入精密科学时代的起点。下列与宇宙微波背景辐射黑体谱相关的说法中正确的是（ ）a微波和声波一样都只能在介质中传播b微波是指波长在的电磁波 c黑体的热辐射实际上是电磁辐射d普朗克在研究黑体的热辐射问题中提出了量子假说1bcd 提示：微波电磁波，传播不需要介质，在真空中也能传播，a项错误；微波的波长范围在l03m到l0m之间，b项正确；黑体的热辐射辐射的是光子，是电磁辐射，c项正确；普朗克在研究黑体的热辐射问题中提出了量子假说，并成功地解释了黑体辐射问题。/m1020705030406010203002200k2000k1800k1600km/（1014w/m3）2热辐射是指所有物体在一定的温度下都要向外辐射电磁波的现象，辐射强度指垂直于电磁波方向的单位面积在单位时间内所接收到的辐射能量。在研究同一物体于不同温度下向外辐射的电磁波的波长与其辐射强度的关系时，得到如图所示的图线：图中横轴表示电磁波的波长，纵轴m表示某种波长电磁波的辐射强度，则由m图线可知，同一物体在不同温度下（ ）a向外辐射同一波长的电磁波的辐射强度相同b向外辐射的电磁波的波长范围是相同的c向外辐射的电磁波的总能量随温度升高而减小d辐射强度的极大值随温度升高而向短波方向偏移2d 提示：从图象可以看出，同一物体在不同温度下向外辐射同一波长的电磁波的辐射强度不同，向外辐射的电磁波的波长范围也不同的，向外辐射的电磁波的总能量随温度升高而增大，辐射强度的极大值随温度升高而向短波方向偏移。3（2011启东中学检测）下列有关光的波粒二象性的说法中，正确的是（）a有的光是波，有的光是粒子b光子与电子是同样的一种粒子c光的波长越长，其波动性越显著；波长越短，其粒子性越显著d大量光子的行为往往显示出粒子性4硅光电池是利用光电效应原理制成的器件，下列表述正确的是()a硅光电池是把光能转变为电能的一种装置b硅光电池中吸收了光子能量的电子都能逸出c逸出的光电子的最大初动能与入射光的频率无关d任意频率的光照射到硅光电池上都能产生光电效应4a 提示：本题考查对光电效应的认识，硅光电池是把光能转变为电能的一种装置，硅光电池中吸收了光子能量的电子只有光子的能量大于逸出功才能逸出，逸出的光电子的最大初动能与入射光的频率有关，频率越高，光电子的最大初动能越大，只有频率超过极限频率的光照射到硅光电池上才能产生光电效应。5为了观察到纳米级的微小结构，需要用到分辨率比光学显微镜更高的电子显微镜。下列说法中正确的是( )a电子显微镜所利用的电子物质波的波长可以比可见光短，因此不容易发生明显衍射b电子显微镜所利用的电子物质波的波长可以比可见光长，因此不容易发生明显衍射c电子显微镜所利用的电子物质波的波长可以比可见光短，因此更容易发生明显衍射d电子显微镜所利用的电子物质波的波长可以比可见光长，因此更容易发生明显衍射5a 提示：为了观察纳米级的微小结构，用光学显微镜是不可能的。因为可见光的波长数量级是10-7m，远大于纳米，会发生明显的衍射现象，因此不能精确聚焦。如果用很高的电压使电子加速，使它具有很大的动量，其物质波的波长就会很短，衍射的影响就小多了。因此本题应选 a。6如图所示，用单色光做双缝干涉实验p处为亮条纹，q处为暗条纹，不改变单色光的频率，而调整光源使其极微弱，并把单缝调至只能使光子一个一个地过去，那么过去的某一光子（ ）a一定到达p处 b一定到达q处c可能到达q处 d都不正确6c 提示：单个光子的运动路径是不可预测的，只知道落在p处的概率大，落在q处的概率小，因此，一个光子从狭缝通过后可能落在p处也可能落在q处。d若逐渐增大入射角i，c光在空气中将首先消失8abd 提示：一束复色光以入射角i从玻璃界面mn射向空气时分成a、b、c三束光，由题图可知，a、b、c三束光的频率大小关系是abc，所以在玻璃中a光速度最大，c光的频率、光子能量最大若用b光照射某金属时恰好能发生光电效应，则用a光照射该金属时一定不能发生光电效应若逐渐增大入射角i，c光的临界角最小，则在空气中将首先消失，故选项a、b、d是正确的。9图是利用光电管研究光效应的实验原理示意图，用可见光照射光电管的阴极k，电流表中有电流通过，则（ ）a 若将滑动变阻器的滑动触头移到a端时，电流表中一定 无电流通过b滑动变阻器的滑动触头由a端向b端滑动的过程中，电 流表的示数一定会持续增大c将滑动变阻器的滑动触头置于b端，改用紫外线照射阴 极k，电流表一定有电流通过d将滑动变阻器的滑动触头置于b端，改用红外线照射阴 极k，电流表一定无电流通过9c 提示：即使光电管上不加电压，仍能发生光电效应，a项错误；滑动变阻器的滑动触头由a端向b端滑动的过程中，加在光电管上的电压不断增大，光电流增大，但当从阴极k极发出的光电子全部到达阳极a后，光电流达到饱和，再增大电压，光电流不变，b项错误；将滑动变阻器的滑动触头置于b端，电流表中有电流通过，改用紫外线照射阴极k，光电子最大初动能增大，电流表一定有电流通过，c项正确；若改用红外线照射阴极k，仍有可能发生光电效应，电流表也可能有电流通过，d项错误。10某同学采用如图所示的实验装置来研究光电效应现象。当用某单色光照射光电管的阴极k时，会发生光电效应现象。闭合开关s，在阳极a和阴极k之间加上反向电压，通过调节滑动变阻器的滑片逐渐增大电压，直至电流计中电流恰为零，此电压表的电压值u称为反向截止电压，根据反向截止电压，可以