2006年物理高考复习四----量子论初步.doc

2006年物理高考复习四-量子论初步一、知识结构光电效应现象光子说光 的 波 动 性光 的 粒 子 性玻尔的原子模型光的波粒二象性量子论初步物质波能级二、重点难点简析1光电效应现象(1)现象 光照使金属发射电子的现象。(2)规律 能否使金属发射光电子，取决于入射光频率，每一种金属都有发生光电效应现象的极限频率；发射出的光电子的最大初动能随入射光的频率的增大而增大，而与入射光强度无关；光电子的发射几乎是在瞬间(109秒)完成的；饱和光电流与入射光强度成正比。(3)解释 为了解释光电效应现象中所表现出来的四条规律，不得不把光看作是一份一份地不连续传播的，每一份叫做一个光子，其能量为E=，这实际上就是所谓的“光子说”的基本内容，在“光子说”的基础上，很容易对光电效应中的种种现象作出解释。2爱因斯坦方程与能量守恒定律频率为的单射光照射到逸出功为W的金属板上，若入射光频率大于金属板的极限频率，则将发生光电效应现象，所产生的光电子的最大初动能为 这就是所谓的爱因斯坦方程，其本质是能量守恒定律在光电效应现象中的特殊表现形式。3光的波粒二象性(1)干涉、衍射等现象，表明光是一种波；光电效应现象又表明光是一种粒子。光既有波动性，又有粒子性，即光具有波粒二象性。(2)大量光子的运动规律表现为波动性；单个光子的行为表现为粒子性。光在传播过程中，更多地表现出波动性；光在与其它物体发生作用时，更多地表现出粒子性。光的波长越长，其波动的特性越明显；光的频率越高，其粒子的特性越显著。4玻尔的“半经典”原子理论玻尔保留了卢瑟福核式结构理论中部分成功的经典理论，同时又引入了量子观念，提出了三条假设，形成所谓的“半经典”的原子理论。(1)“定态假设”原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些状态中，电子虽作变速运动，但并不向外辐射电磁波，这样的相对稳定的状态称为定态。定态假设实际上只是给经典的电磁理论限制了适用范围；原子中电子绕核转动处于定态时不受该理论的制约。(2)“跃迁假设”电子绕核转动处于定态时不辐射电磁波，但电子在两个不同定态间发生跃迁时，却要辐射（吸收）电磁波（光子），其频率由两个定态的能量差值决定跃迁假设对发光（吸光）从微观（原子等级）上给出了解释。(3)“轨道量子化假设”：由于能量状态的不连续，因此电子绕核转动的轨道半径也不能任意取值，必须满足 、2、3)5玻尔氢原子模型(1)能级公式 其中E1=13.6(2)半径公式 其中三、典型例题分析例1某种单色光照射某种金属而发生光电效应现象，为了提高发射出的光电子的最大初动能，则应该 （ ）A使入射光强度增大； B使光照时间延长；C使入射光频率增大； D换一种逸出功更小些的金属分析：此例的分析应该依据光电效应现象所遵从的基本规律。解：由光电效应现象所遵从的定量规律爱因斯坦方程 =可知：光电子的最大初功能只与入射光的频率和被照射金属的逸出功w有关，越高，就越大，w越小，就越大，与入射光的强度及入射光的照射时间均无关。此例应选C、D。图41例2如图41所示，光电管的阴极K的用极限波长为=5000的钠制成。现用波长为3000的紫外照射阴极。光电管阳极A和阴极K之间的电势差为2.1V时，测得饱和电流的值为Im=0.56，求：(1)每S钟由阴极K发射的电子数；(2)光电子达到阳极的最大动能；(3)如果电势差不变而照射光强度增加到原来的三倍，此时电子到达A极的最大动能为多大？分析：当光电管 A、K两极间电压增大到一定数值时，便可使单位时间内K极由于光照而发射出的所有光电子全部运动到A极形成光电流，在此基础上进一步增大A、K两极间的电压，光电流也不会继续增大了，即所谓光电流达到饱和值。理解了这一点，就不难建立起饱和光电流与单位时间内从K极发射出的光电子数间的关系了。另外，要注意到“光电子的最大初动能”与“光电子到达A极时的最大功能”间的差别；还应注意到“光电子的最大初动能与入射光强度无关”这一客观事实。解：(1)设每S钟发射电子数为n，则由Im=ne，得(2)照射光中每个光子的能量为金属表面中某一个电子吸收了这个能量以后，其动能就增大，当这个能量不小于脱离该金属表面所需的逸出功时，电子就逸出金属表面而成为光电子，光电子的最大初动能为。设逸出功为W=。由能量守恒，光电子逸出时的最大初动能应为。光电子从金属表面逸出后，经电场加速，达到阳极时的最大动能为： +1.610192.1=6.011019J。(3)当光强增大到原来的三倍时，只是光电子数目增大到原来三倍，而每个光电子的最大动能不变。例3有甲、乙两种不同颜色的光平行于凸透镜主光轴入射到凸透镜上，其光路如图42所示，则在下列各种说法中正确的是：（ ）图42A凸透镜的焦点即图中的P点；B色光甲的光子能量比色光乙的光子能量小；C某种玻璃对色光甲的折射率比对色光乙的折射率小些；D色光甲在水中的传播速度比色光乙在水中的传播速度大些。分析：此例的分析要求能正确理解不同频率的色光对同一种介质的折射率，光子能量与频率关系以及折射率与光速关系等方面知识。一般来说，色光的频率由光源决定，与传播介质无关，色光的颜色、光子的能量（）都是由频率决定的。由此知：色光在不同介质中传播，其频率、颜色、光子的能量均保持不变；在介质中光速为，与介质种类有关；而光的波长也与介质种类有关。因此，光在不同介质中传播时光的速度、波长都会发生变化。解：从图42中甲、乙两种色光偏折程度的比较中可以看出，色光甲的频率较低，由光子能量公式知，其能量较小，另外，低频光在介质中的传播速度较大，而由折射率与光速的关系又可知，对同一种介质来说，低频光的折射率较小，于是选项B、C、D均正确。至于选项A，很明显是错误的，因为对同一透镜而言，不同色光的焦距是不同的，图42中的点F1、F2分别是该凸透镜对色光甲、乙的焦点。应选B、C、D。例4：由玻尔的原子理论求氢原子中电子在和的轨道上绕核转动时的速率之比和周期之比。分析 除量子观念外，玻尔的原子理论仍属经典范畴，因此经典的物理规律在玻尔理论中仍适用，此例的分析中应注意这一点。解：由玻尔理论得 rn=n2r1考虑到电子绕核转动时库仑引力充当向心力， 电子绕核作匀速圆周运动的周期公式为：由此便可解得 v1：v2=3：1， T1：T2=1：27例5氢原子的核外电子从距核较近的轨道跃迁到距核较远的轨道的过程中 A原子要吸收光子，电子的动能增大，原子的电势能增大。B原子要放出光子，电子的动能减小，原子的电势能减小。C原了要吸收光子，电子的动能增大，原子的电势能减小。D原子要吸收光子，电子的动能减小，原子的电势能增大。分析 此例的分析中除了应关注到玻尔的原子理论外，还应注意到“电子绕核转动时库仑力充当向心力”的经典物理理论。解：根据玻尔理论，氢原子核外电子在离核越远的轨道上运动能量越大，必须吸收一定能量的光子后，电子才能从离核较近的轨道跃迁到离核较远的轨道，选项B可先排除。氢原子核外电子的绕核运动，由原子核对电子的库仑力作向心力，即电子的动能 离核越远，即r越大时，电子的动能越小：由此又可排除选项A、C. 此例应选D。单元检测一、选择题（每题4分，共60分）1根据玻尔模型，原子中电子绕核运转的半径 （ ）A可以取任意值。B可以在某一范围内取任意值。C可以取一系列不连续的任意值。D是一系列不连续的特定值。2原子中的核外电子由离核较远的轨道跃迁到离核校近的轨道上时 （ ）A核外电子受力变小。B原子的能量增大。C核外电子的动能变大。D原子的电势能减小。3一个氢原子中的电子从半径为ra的轨道自发地跃迁到半径为rb的轨道，若已知rbra，则在此过程中 （ ）A原子发出一系列频率的光子。B原子吸收一系列频率的光子。C原子要吸收某一频率的光子。D原子要辐射某一频率的光子。4对玻尔理论的评论，不妥当的有 （ ）A玻尔理论成功地解释了氢光谱的规律，为量子力学的建立奠定了基础。B玻尔理论的成功之处是引入了量子观念。C玻尔理论的成功之处是它保留了经典理论中的一些观点，如电子轨道的观念。D玻尔理论的成功，说明经典电磁理论不适用于原子系统，也说明了电磁理论不适用于电子运动。5氢原子分别处在n=1和n=2的能量状态时，其核外电子线速度v，角速度，加速度a及原子系统的电势能E的大小关系分别为 （ ）Av1v 2B12Ca1a2DE1E26关于光电效应的下列说法中，正确的是： （ ）A金属的逸出功与入射光的频率成正比；B光电流的强度与入射光的强度无关；C用不可见光照射金属一定比用可见光照射时产生的光电子最大初动能大；D对于任一种金属都存在一个极限波长，当入射光波长大于极限波长时，就不能产生光电效应现象。7产生光电效应现象时逸出的光电子的最大初速度 （ ）A与入射光频率成正比；B与入射光强度成正比；C与入射光的照射时间成正比；D与入射光强无关。8关于“光子说”，下列说法中正确的是： （ ）A在介质中传播的光不是连续的，而是一份一份的，其中每一份叫做一个光子；B光子是具有一定质量、能量和动量的物质微粒；C每一个光子的能量都与其频率成正比；D光子说与光的电磁说是两种各自独立，彼此对立且互不联系的两种学说。9用绿光照射光电管时能产生光电效应现象，今欲使光电子的最大初动能增大，则应该： （ ）A改用红光照射；B改用紫光照射；C增加绿光的照射时间；D换用阴极材料逸出功较小的光电源。10下列关于光本性的说法中，正确的是： （ ）A有的光是波，有的光是粒子；B有时光表现出波动特性，有时光表现出粒子特性；C光既是波，又是粒子；Dr粒子具有显著的粒子性而不具备被动性。11若某光谱线波长为，则此光谱线对应的光子的 （ ）A频率为/c；B能量为hc/；C动量为h/；D质量为h/c。12已知一光电管的阴极的极限频率为vO，现将频率为v（vvO）的光照射在阴极上，如图165所示，则 （ ）A照射在阴极上的光的强度越大，单位时间产生的光电子数目也越多；B加在A、K间的正向电压越大，通过光电管的饱和电流值也越大；C为了阻止光电子达到A，必须在AK间加上一个足够高的反向电压；D阴极的逸出功率等于hvO。13为了验证光的波粒二象性，在双缝干涉实验中将光屏换成照相底片，并设法减弱入射光的强度，于是在下列的各种说法中，正确的是： （ ）A使光子一个个通过双缝干涉装置中的单缝，时间足够长，底片上将出现双缝干涉图样；B使光子一个个通过双缝干涉装置中的单缝，如时间很短，则底片上将出现不太清晰的双缝干涉图样；C该实验证实了大量光子的运动规律表现出光的波动性；D该实验表明个别光子的运动显示出光的粒子性。14在光电效应实验中，如果需要增大光电子到达阳极时的速度，可采用： （ ）A增加光照时间；B减小入射光波长；C减小阴极材料逸出功；D提高阳极电势。15如图46，a、b是两束频率不同的单色平行光束，当它们从空气中射入玻璃时，各发生如图46所示的折射，图46且a1a2，可以肯定 （ ）A玻璃对光束a的折射率较大；B若光束从玻璃射向空气，光束a的临界角大于b的临界角；C在玻璃中，b的波长较长；D光束a中的光子能量较小。二、填空题（每题5分，共20分）16光的干涉和衍射现象表明光具有_性；光电效应现象表明光具有_性；人们无法只用其中一种去说明光的一切现象，因此只能认为光具有_性。17已知人眼瞳孔直径为d，1s钟内进入瞳孔的波长为的光子有N个就可引起视觉，若辐射功率为P的点光源，能发出波长为的单色光，则此光源能被人眼看到的最大距离为_。18一个正电子和一个负电子相遇会发生湮灭而转化一对光子，设正、负电子的质量为m，普朗克恒量为h，这一对光子频率相同则其频率为_。19已知氢原子的基本能量为E1=13.6eV，第二能级能量是E2=3.4eV，如果氢原子吸收_eV的能量，其电子即可发生跃迁从基态能级到第二能级，如果氢原子再获得1.89eV的能量，它还可以跃迁由第二能级到第三能级，则氢原子第三能级E3=_eV。三、计算题（每题10分，共20分）20一个手电筒灯泡在3V电压下，通过0.25A的电流，灯泡所发生的光经聚光后形成一个面积为10cm2的平行光束。如果灯泡消耗的能量有1%转化为波长为0.6m的可见光，问：(1)沿光的传播方向上1m长的光束内有多少个光子？(2)在光束垂直照射的物体表面上，平均1s钟内，每cm2上接收到多少个光子？21氢原子处于n=2的能量状态时，原子系统所具有的电势能是多