人教版高中物理选修3-5学案第十七章章末

一、光子能量的计算1．一个光子的能量ε＝hν，其中h是普朗克常量，ν是光的频率．2．一束光的能量E＝nhν，n为光子数目．3．频率与波长的关系：ν＝eq\f(c,λ).例1激光器是一个特殊的光源，它发出的光便是激光，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1.0×1010W，所发射的每个光脉冲持续的时间Δt为1.0×10－11s，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h＝6.63×10－34J·s，光速c＝3.0×108m/s)解析以Δt、l和c分别表示光脉冲的持续时间、长度和光在真空中的传播速度，由题意可知l＝cΔt ①以P和E表示红宝石激光器发射的功率和一列光脉冲的能量，则有：E＝PΔt ②以λ和ν表示红宝石激光器激光的波长和频率，则有ν＝eq\f(c,λ)，因此就得到每个光子的能量hν＝eq\f(hc,λ) ③由②③式就得到该列光脉冲含有的光子数n＝eq\f(E,hν)＝eq\f(λPΔt,hc) ④将数据代入①④式，就得到该列光脉冲的长度、含有的光子数分别为l＝3×10－3m＝3mm、n≈4.0×1017个．答案3mm4.0×1017个二、光电效应的规律和光电效应方程有关光电效应的问题主要是两个方面，一是关于光电效应现象的判断，另一个就是运用光电效应方程进行简单的计算．解题的关键在于掌握光电效应规律，明确各概念之间的决定关系．即有：eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(照射光\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(强度——决定着每秒钟光源发射的光子数,频率——决定着每个光子的能量ε＝hν)),光电子\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(每秒钟逸出的光电子数——决定着光电流的强度,光电子逸出后的最大初动能Ek＝hν－W0))))例2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)()A．5.5×1014Hz B．7.9×1014HzC．9.8×1014Hz D．1.2×1015Hz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．答案B针对训练关于光电效应，以下说法正确的是()A．光电子的最大初动能与入射光的频率成正比B．光电子的最大初动能越大，形成的光电流越强C．能否产生光电效应现象，取决于入射光光子的能量是否大于金属的逸出功D．用频率是ν1的绿光照射某金属发生了光电效应，改用频率是ν2的黄光照射该金属一定不发生光电效应答案C解析由光电效应方程知，光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大，但不是成正比关系，A错．光电流的强度与入射光的强度成正比，与光电子的最大初动能无关，B错．用频率是ν1的绿光照射某金属发生了光电效应，改用频率是ν2的黄光照射该金属不一定不发生光电效应，能发生光电效应的条件是入射光光子的能量要大于金属的逸出功，D错，C对．三、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．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λ＝eq\f(h,p)，频率ν＝eq\f(ε,h))．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3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，光波和机械波是同样的一种波C．能量越大的光子其波动性越显著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ε＝hν中，频率ν仍表示的是波的特性解析光是一种波、同时也是一种粒子，光具有波粒二象性，A错误；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，无论频率高低，光都具有波粒二象性，B错误；能量越大的光子，波长越短，粒子性越强，C错误；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ε＝hν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，D正确．答案D1．能引起人的眼睛视觉效应的最小能量为10－18J，已知可见光的平均波长约为0.6μm，普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，则进入人眼的能量子数至少为()A．1个 B．3个C．30个 D．300个答案B解析可见光的平均频率ν＝eq\f(c,λ)，能量子的平均能量为ε＝hν，引起视觉效应时E＝nε，联立可得n≈3，B正确．2．(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Ek＝hν－W0知，频率ν越高，光电子的最大初动能就越大，C错误，D正确．3．已知金属锌发生光电效应时产生的光电子的最大初动能Ek跟入射光的频率ν的关系图象如图1中的直线1所示．某种单色光照射到金属锌的表面时，产生的光电子的最大初动能为E1.若该单色光照射到另一金属表面时产生的光电子的最大初动能为E2，E2<E1，关于这种金属的最大初动能Ek跟入射光的频率ν的关系图象应是图中的()图1A．a B．bC．c D．上述三条图线都不正确答案A解析根据光电效应方程知，Ek－ν为一次函数，普朗克常量h是斜率，h是确定的值，虽然金属的逸出功不同，但两个Ek－ν图象的斜率相同，两个直线平行，同时再利用Ek＝hν－W0，结合图象E2<E1，hν相同，所以W1<W2，即直线在纵轴上的截距W2大，故选项A正确．4．(多选)波粒二象性是微观世界的基本特征，以下说法正确的有()A．光电效应现象揭示了光的粒子性B．热中子束射到晶体上产生衍射图样说明中子具有波动性C．黑体辐射的实验规律可用光的波动性解释D．动能相等的质子和电子，它们的德布罗意波长也相等答案AB5．在众人关注的男子110米栏决赛中，雅典奥运冠军刘翔以12秒91的成绩第一个冲过终点．设刘翔的质量约为74kg，计算他在11