【得分宝典】高中物理 专题六 第2章 波粒二象性

用心 爱心 专心1 得分宝典之高中物理专题六得分宝典之高中物理专题六 第第 2 2 章章 波粒二象性波粒二象性 概述概述 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 知识梳理知识梳理 知识点一知识点一 波粒二象性波粒二象性 考纲解读考纲解读 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 I 光电效应 I 光的波粒二象性 物质波 概率波 不确定关系 I 1 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 基础巩固基础巩固 一 黑体与黑体辐射一 黑体与黑体辐射 1 1 热辐射 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 2 黑体 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 3 黑体辐射的实验规律 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 4 能量子 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 34J S 二 光电效应二 光电效应 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 用心 爱心 专心2 1 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 2 产生条件 入射光的频率 极限频率 3 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 10 9 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 光电效应方程三 光电效应方程 1 1 基本物理量 1 光子的能量 h 其中h 6 63 10 34J s 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 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 物质波四 波粒二象性 物质波 1 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 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 mv h 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 h W 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 实验探究实验探究 1 1 用心 爱心 专心3 2 2 3 3 拓展实验 光电流大小与哪些因素有关 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 重点突破重点突破 一 直击考点一 直击考点 考点一考点一 光电效应 光电方程光电效应 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 Ek h W 5 最大初动能Ekm与入射光频率 的关系图线如图 1 1 对光电效应规律的解释 对光电效应规律的解释 例例 1 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 用心 爱心 专心4 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 10 9 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 10 9 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n 2n 8 1012个 光电子的最大初动能仍然是Ekm 9 6 10 20 J 答案 1 4 0 1012 个 2 9 6 10 20 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 考点二考点二 波粒二象性和物质波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 用心 爱心 专心5 波粒二象性的考查以定性为主 对物质波的考查定量为主 例例 3 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 走出误区二 走出误区 误区一误区一 误认为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 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 例例 1 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 误区二误区二 误认为误认为光强相同光强相同时时 光电效应的光电流大小 光电效应的光电流大小也也相同相同 用心 爱心 专心6 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 例例 2 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 误区三误区三 误认为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Ek h W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 例例 3 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Ek h W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 巩固复习巩固复习 用心 爱心 专心7 1 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 1 1 B 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 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 2 2 C 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 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 3 3 BC 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 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 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 mvm2 h W 频率 越高 初动能就越大 D 项正确 2 1 5 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 5 5 C 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 用心 爱心 专心8 6 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 6 6 D 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 提高训练提高训练 7 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 1 2 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 2 hc B 3 2hc C hc 4 3 D c h 5 4 8 8 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r B 5 6 10 6 T m 光 电子质量m 9 1 10 31 kg 电荷量e 1 6 10 19 C 求 1 光电子的最大动能 2 金属筒的逸出功 8 8 1 4 41 10 19 J 2 7 3 10 19 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 m eBr v r mv eBv 得由 2 m eBr m eBr mmv 2 2 1 2 1 2 22 所以 代入数据得mv2 4 41 10 19 J 2 1 2 由爱因斯坦光电效应方程得 W h mv2 hc mv2代入数据得W 7 3 10 19 J 2 1 2 1 9 9 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UAK 30 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 用心 爱心 专心9 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me 9 1 10 31 kg 电子的电荷量 e 1 6 10 19 C 普朗克常量h 6 6 10 34 J s 9 9 1 1 0 108 m s 2 4 1 10 11 m 3 6 25 1016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E h 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 章节收尾章节收尾 物理学应用物理学应用 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 1 光控继电器 光控继电器 光电管在各种自动化装置中有 衔铁 弹 簧 电磁铁 触点 零线 火线 D C B A K 用心 爱心 专心10 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 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 3 液面自控仪 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 10 A 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 液面 电源 甲 乙 O A A 接收屏 B K B 用心 爱心 专心11 核心考点核心考点 真题回放真题回放 1 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 1 1 A 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 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 2 2 CD 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 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kmE 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 0 是 填选项前的字母 A 逸出功与有关 用心 爱心 专心12 B 与入射光强度成正比kmE C 当 时 会逸出光电子 0 D 图中直线的斜率与普朗克常量有关 3 3 D 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 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 4 4 B 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 0 WhEK 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 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 5 5 ABD 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 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 0 该金属 的逸出功为 若用波长为 0 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 h 6 6 h c 0 hc e 0 0 提示 由 W hv0 h 又 eU Ek 且 Ek hv W v 所以 U c 0 c hc e 1 1 0 hc e 0 0 7 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 ak U的关系图象中 正确的是 用心 爱心 专心13 7 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WhEk 和动能定理 kC EeU 0 可得 e W e h UC 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 32 EEE 带 入数据的1 89eEV 金属钠的逸出功 00 Whv 带入数据得3 2eEV 因为 0 EW 所以不能发生光电效应 8 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 U V I A OUc2Uc1 甲 乙 丙 用心 爱心 专心14 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 综合提高综合提高 一 考题预测一 考题预测 1 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 1 1 D 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 2 2012 浙江嘉兴 下列四个实验中 能说明光具有粒子性的是 a b P 正向电压 a b P 反向电压 图 14 2 图 14 2 照相底片 放射源 铅盒 DC 验电器锌板弧光灯 单色光 单孔屏 双孔屏 像屏 B A 放射源 荧光屏 显微镜 金箔 照相底片 放射源 铅盒 DC 验电器锌板弧光灯 单色光 单孔屏 双孔屏 像屏 B A 放射源 荧光屏 显微镜 金箔 照相底片 放射源 铅盒 DC 验电器锌板弧光灯 单色光 单孔屏 双孔屏 像屏 B A 放射源 荧光屏 显微镜 金箔 用心 爱心 专心15 2 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 C 3 3 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 3 3 A 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 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 4 4 BD 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 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 A 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 a b c 用心 爱心 专心16 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 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 6 6 A 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 7 2012 绵阳 用波长为 2 0 10 7 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 7 10 19 J 由此可知 钨的极限频率是 普朗克常量h 6 63 10 34 J s 光速c 3 0 108 m s 结果取两位有效数字 A 5 5 1034 Hz B 7 9 1014 Hz C 9 8 1014 Hz D 1 2 1015 Hz 7 7 B 提示 该题考查光电效应方程 由mv2 h W0和W0 h 0可得 0 7 9 1014 1 2 c Hz B 选项正确 8 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 8 8 B 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 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 9 9 5 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 1010 2012 温州八校联考 普朗克常量h 6 63 10 34 J s 铝的逸出功 W0 6 72 10 19 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 用心 爱心 专心17 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 二 强化训练卷 100100 分 分 一 选择题 每小题一 选择题 每小题 4 4 分 共分 共 4040 分 分 1 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 1 1 BCD 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 l0 3m 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 2 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 m 10 20 70 50 30 40 60 1 0 2 0 3 0 0 2200k 2000k 1800k 1600k M 1014W m3 用心 爱心 专心18 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 2 2 D 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 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 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 4 4 A 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 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 5 5 A 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 A 6 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 6 6 C 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 用心 爱心 专心19 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 8 8 ABD 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 a b c 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 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 9 9 C 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 1010 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 计算到光电子的最大初动能EKm 现分别用频率为v1和v2单色光照 用心 爱心 专心20 射阴极 测量到反向截止电压分别为U1和U2 设电子质量为m 电荷量为e 则下列关系 式中不正确的是 A 频率为v1的光照射时光电子的最大初速度 1 2eU v m B 阴极 K 金属的逸出功 11 WheU C 阴极 K 金属的极限频率 2 112 0 12 UU UU D 普朗克常数12 12 e UU h 二 填空题 共二 填空题 共9 9分分 6 6分分 10 10分分 10 10分分 35 35分 分 11