粤教版选修35 第二章 波粒二象性 章末总结 学案.doc

章末总结一、量子论、光子说、光子能量的计算1.量子论德国物理学家普朗克提出：电磁波的发射和吸收是不连续的，是一份一份的，每一份电磁波的能量h.2.光子说爱因斯坦提出：空间传播的光也是不连续的，也是一份一份的，每一份称为一个光子，光子具有的能量与光的频率成正比，即h，其中h为普朗克常量，h6.631034js.3.光的频率与波长的关系：.例1激光器是一个特殊的光源，红宝石激光器发射的激光是不连续的一道一道的闪光，每道闪光称为一个光脉冲，现有一红宝石激光器，发射功率为1.01010w，所发射的每个光脉冲持续的时间t为1.01011s，波长为793.4nm.问每列光脉冲的长度l是多少？其中含有的光子数n是多少？(普朗克常量h6.631034js，光速c3108m/s)答案3103m41017个解析光脉冲的长度是光在一个脉冲时间内传播的距离，设为l.则lct31081.01011m3103m.根据wpt可知每列光脉冲能量wpt1.010101.01011j0.1j.而每个光子能量eh6.631034j2.5071019j.故每个光脉冲含有光子数n个41017个.二、光电效应的规律和光电效应方程1.光电效应的实验规律(1)任何一种金属都有一个极限频率，入射光的频率必须大于等于这个极限频率，才能发生光电效应.低于极限频率时，无论光照强度多强，都不会发生光电效应.(2)光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光频率的增大而增大.(3)入射光照射到金属上时，光电效应的产生几乎是瞬时的，产生电流的时间不超过109s.(4)当入射光的频率高于极限频率时，单位时间内从金属表面逸出的光电子数目与入射光的强度成正比.2.爱因斯坦光电效应方程mvhw0w0表示金属的逸出功，若0表示金属的极限频率，则w0h0.例2如图1甲所示为研究光电效应的电路图.图1(1)对于某金属用紫外线照射时，电流表指针发生偏转.将滑动变阻器滑片向右移动的过程中，电流表的示数不可能_(选填“减小”或“增大”).如果改用频率略低的紫光照射，电流表_(选填“一定”“可能”或“一定没”)有示数.(2)当用光子能量为5ev的光照射到光电管上时，测得电流表上的示数随电压变化的图象如图乙所示.则光电子的最大初动能为_j，金属的逸出功为_j.答案(1)减小可能(2)3.210194.81019解析(1)a、k间所加的电压为正向电压，光电子在光电管中加速，滑动变阻器滑片向右移动的过程中，若光电流达到饱和，则电流表示数不变，若光电流没达到饱和电流，则电流表示数增大，所以滑动变阻器滑片向右移动的过程中，电流表的示数不可能减小，用频率略低的紫光照射不一定能发生光电效应，所以电流表可能有示数.(2)由题图乙可知，当该装置所加的电压为2v的反向电压时，电流表示数为0，得光电子的最大初动能为2ev，根据光电效应方程mvhw0得w03ev4.81019j.三、用图象表示光电效应的规律1.ek图象根据爱因斯坦光电效应方程ekhw0，光电子的最大初动能ek是入射光频率的一次函数，图象如图2所示.其横轴截距为金属的极限频率0，纵轴截距是金属的逸出功的负值，斜率为普朗克常量h.图22.iu图象光电流强度i随光电管两极间电压u的变化图象如图3所示，图中im为饱和光电流，u0为遏止电压.利用meveu0可得光电子的最大初动能.图33.u0图象遏止电压与入射光频率的关系图象如图4所示：图中的横轴截距0为截止频率.而遏止电压u0随入射光频率的增大而增大.图4例3用不同频率的光分别照射钨和锌，产生光电效应，根据实验可画出光电子的最大初动能ek随入射光频率变化的ek图线.已知钨的逸出功是4.54ev，锌的逸出功为3.34ev，若将二者的图线画在同一个ek坐标系中，则正确的图是()答案b解析根据光电效应方程ekhw0可知，ek图象的斜率为普朗克常量h，因此图中两线应平行，故c、d错误；图线与横轴的交点表示恰能发生光电效应(光电子动能为零)时的入射光频率即极限频率，由光电效应方程可知，逸出功越大的金属对应的入射光的极限频率越高，所以能使金属钨发生光电效应的极限频率较高，所以b正确，a错误.四、波粒二象性的理解1.光的波粒二象性(1)光的干涉、衍射、偏振现象说明光具有波动性，光电效应现象、康普顿效应则证明光具有粒子性，因此，光具有波粒二象性，对于光子这样的微观粒子只有从波粒二象性出发，才能统一说明光的各种行为.(2)大量光子产生的效果显示出光的波动性，少数光子产生的效果显示出粒子性，且随着光的频率的增大，波动性越来越不显著，而粒子性却越来越显著.2.运动着的实物粒子(如：电子、质子等)都有一种波与之对应(物质波的波长，频率).3.物质波与光波一样都属于概率波.概率波的实质：是指粒子在空间分布的概率是受波动规律支配的.例4(多选)关于光的波粒二象性，正确的说法是()a.光的频率越高，光子的能量越大，粒子性越显著b.光的波长越长，光的能量越小，波动性越显著c.频率高的光子不具有波动性，波长较长的光子不具有粒子性d.个别光子产生的效果往往显示粒子性，大量光子产生的效果往往显示波动性答案abd解析光具有波粒二象性，但在不同情况下表现不同，频率越高，波长越短，粒子性越明显，反之波动性越明显，个别光子易显示粒子性，大量光子易显示波动性，故选项a、b、d正确.1.(能量量子化的理解)硅光电池是将光辐射的能量转化为电能.若有n个波长为0的光子打在硅光电池极板上，这些光子的总能量为(h为普朗克常量)()a.hb.nhc.nh0d.2nh0答案b解析一个光子的能量hh，则n个光子的总能量enh，选项b正确.2.(光电效应规律的应用)(多选)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.频率超过极限频率的入射光，光照强度越弱，所产生的光电子的最大初动能就越小d.频率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答案ad解析根据光电效应规律可知a正确，b错误.根据光电效应方程知，频率越高，光电子的最大初动能就越大，c错误，d正确.3.(波粒二象性的理解)(多选)现代物理学认为，光和实物粒子都具有波粒二象性，下列事实中突出体现波动性的是()a.一定频率的光照射到锌板上，光的强度越大，单位时间内锌板上发射的光电子就越多b.肥皂液是无色的，吹出的肥皂泡却是彩色的c.质量为103kg、速度为102m/s的小球，其德布罗意波长约为1028m，不过我们能清晰地观测到小球运动的轨迹d.人们常利用热中子研究晶体的结构，因为热中子的德布罗意波长与晶体中原子间距大致相同答案bd解析光子照到锌板上，发生光电效应，说明光有粒子性，a错误；白光在肥皂泡上发生薄膜干涉时，会出现彩色条纹，光的干涉现象说明了光有波动性，b正确；由于小球的波长很小，波动性不明显，表现为粒子性，c错误；用热中子研究晶体结构，其实是通过中子的衍射来“观察”晶体的，是利用中子的波动性，d正确.4.(光电效应规律的应用)(多选)在如图5所示的光电管的实验中(电源正、负极可以对调)，用同一光电管得到了三条可见光的光电流与电压之间的关系曲线(图中的甲光、乙光、丙光).下列说法中正确的有()图5a.只要电流表中有电流通过，光电管中就发生了光电效应b.同一光电管对不同颜色的单色光有各自不同的截止频率c.电流表g的电流方向可以是a流向b、也可以是b流向ad.由于甲光和乙光有共同的u02，可以确定甲光和乙光是同一种色光答案ad解析由题图可知，只要电流表中有电