高中物理3-5习题：第十七章 波粒二象性 章末整合 含答案

学必求其心得，业必贵于专精学必求其心得，业必贵于专精学必求其心得，业必贵于专精章末整合波粒二象性eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1（能量的量子化\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(黑体与黑体辐射：电磁辐射不连续，黑体辐射的实验规律：各种波长的辐射都与温度有关,能量子\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(定义：每一份辐射的能量是一个能量子,大小：ε＝hν，h＝6。63×10－34J·s）))），SP(]光的粒子性\b\lc\{（\a\vs4\al\co1（光电效应\b\lc\｛（\a\vs4\al\co1(概念:光照使金属发射电子的现象，实验规律\b\lc\{（\a\vs4\al\co1（任何金属都存在极限频率,最大初动能与光频率是一次函数关系，光电子数目正比于光强，瞬时性)））)，爱因斯坦光电效应方程：Ek＝hν－W0，康普顿效应：X射线对石墨晶体的散射，说明光具有动量，光子说\b\lc\｛(\a\vs4\al\co1（光子：光辐射不连续,每一份光叫做一个光子，光子的能量:ε＝hν，光子的动量:p＝\f（h,λ))),光具有波粒二象性\b\lc\{（\a\vs4\al\co1（少量光子易表现出粒子性，大量光子易表现出波动性，高频光子粒子性显著，低频光子波动性显著，光传播时表现出波动性，与微粒作用时表现出粒子性）))）,粒子的波动性\b\lc\｛（\a\vs4\al\co1(德布罗意提出粒子具有波动性：物质波或概率波，电子的衍射现象证实了粒子的波动性，概率波波长：λ＝\f（h,p)，粒子具有波粒二象性））,不确定性关系：ΔxΔp≥\f（h，4π))）一、量子论与光子说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，而是一份一份的，每一份电磁波的能量E＝hν。2．光子说:爱因斯坦提出：空间传播的光也是不连续的，而是一份一份的，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E＝hν，其中h为普朗克常量，h＝6。63×10－34J·s。例1下列对光子的认识,正确的是（)A．“光子说”中的光子就是牛顿在微粒说中所说的“微粒"B．“光子说"中的光子就是光电效应的光电子C．在空间传播的光是不连续的,而是一份一份的，每一份叫做一个光量子，简称光子D．光子的能量跟光的频率成正比答案CD解析根据光子说，在空间传播的光是不连续的,而是一份一份的,每一份叫做一个光量子,简称光子．而牛顿的“微粒说”中的微粒指宏观世界的微小颗粒．光电效应中，金属内的电子吸收光子后克服原子核的库仑引力束缚，逸出金属表面，成为光电子,故A、B选项错误，C选项正确;由ε＝hν知，光子能量ε与其频率ν成正比，故D选项正确．例2已知：功率为100W的灯泡消耗的电能的5%转化为所发出的可见光的能量，光速c＝3.0×108m/s，普朗克常量h＝6。63×10－34J·s，假定所发出的可见光的波长都是560nm,计算灯泡每秒内发出的光子数．答案1.4×1019个解析一波长为λ的光子能量为E＝eq\f（hc，λ),设灯泡每秒内发出的光子数为n，灯泡电功率为P，则n＝eq\f（kP,E），式中k＝5%是灯泡的发光效率．联立两式得n＝eq\f(kPλ，hc)，代入题给数据得n＝1。4×1019(个)．二、光电效应的规律和光电效应方程1．光电效应规律(1）任何一种金属都对应一个极限（截止)频率,入射光频率必须大于极限频率才会产生光电效应．(2)光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随着入射光频率的增大而增大．（3）当入射光频率大于极限频率时，保持频率不变,光电流的强度与入射光的强度成正比．（4）入射光照到金属上时,光电子的发射几乎是瞬时的，一般不超过10－9s.2．爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0。W0表示金属的逸出功，νc表示金属的极限频率，则W0＝hνc.例31905年是爱因斯坦的“奇迹”之年,这一年他先后发表了三篇具有划时代意义的论文，其中成功地解释了光电效应现象．关于光电效应，下列说法正确的是()A．当入射光的频率低于极限频率时，不能发生光电效应B．光电子的最大初动能与入射光的频率成正比C．光电子的最大初动能与入射光的强度成正比D．某单色光照射一金属时不发生光电效应,改用波长较短的光照射该金属可能发生光电效应答案AD解析根据光电效应现象的实验规律,只有入射光频率大于极限频率时才能发生光电效应，故A、D正确；根据光电效应方程，最大初动能与入射光频率为线性关系，但非正比关系，B错；根据光电效应现象的实验规律，光电子的最大初动能与入射光强度无关，C错．例4用波长为2。0×10－7m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。7×10－19J．由此可知，钨的极限频率是（普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，光速c＝3.0×108m/s，结果取两位有效数字)(）A．5.5×1014HzB．7。9×1014HzC．9。8×1014HzD．1.2×1015Hz答案B解析由爱因斯坦光电效应方程得heq\f(c,λ)＝Ek＋W0，而金属的逸出功W0＝hνc，由以上两式得，钨的极限频率为:νc＝eq\f(c，λ)－eq\f(Ek,h)＝7.9×1014Hz，B项正确．三、用图象表示光电效应的规律1．Ek。ν图象图1根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0，光电子的最大初动能Ek是入射光频率ν的一次函数,图象如图1所示．其横轴截距为金属的极限频率νc，纵轴截距是金属的逸出功的负值；斜率为普朗克常量h.2．I。U图象图2光电流强度I随光电管两极间电压U的变化图象如图2所示,图中Im为饱和光电流，Uc为遏止电压．利用eq\f(1，2）meveq\o\al(2,m)＝eUc可得光电子的最大初动能．例5(1）研究光电效应的电路如图3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UAK的关系图象中，正确的是（)图3(2)钠金属中的电子吸收光子的能量,从金属表面逸出，这就是光电子．光电子从金属表面逸出的过程中，其动量的大小________（选填“增大"、“减小”或“不变”），原因是________________________________________________________________________.答案（1）C(2)减小光电子受到金属表面层中力的阻碍作用(或需要克服逸出功)解析(1)同一金属的逸出功一定，对于同一频率的光，由eUc＝eq\f(1，2)mveq\o\al(2,m）＝hν－W0知,遏止电压相等，遏止电压与光的强度无关;光越强,光电流越大，所以C项正确．四、光的波粒二象性、物质波1．光的干涉、衍射、光的偏振说明光具有波动性，光电效应、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．电子的衍射实验，说明了一些物质微粒也像光子一样具有波粒二象性．3．任何一个运动着的物体,小到电子、质子、大到行星、太阳，都有一种波和它对应，波长（物质波的波长)λ＝eq\f(h，p）.物质波和光波一样，也属于概率波，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6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10－3kg、速度为10－2m/s的小球，其德布罗意波长约为10－23m，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不正确；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