高中物理人教版5第十七章波粒二象性 章末復習課

章末復習課【知識體系】主題1光電效應及光電效應方程有關光電效應的問題主要有兩個方面，一是關于光電效應現(xiàn)象中有關規(guī)律的判斷，二是應用光電效應方程進行簡單的計算．處理該類問題關鍵是掌握光電效應的規(guī)律，明確各物理量之間的決定關系．光電效應的規(guī)律是：①截止頻率ν0，是能使金屬發(fā)生光電效應的最低頻率，這也是判斷能否發(fā)生光電效應的依據(jù)．若ν<ν0，無論多強的光照射時，都不能發(fā)生光電效應；②最大初動能Ek，與入射光的頻率和金屬的逸出功有關，與光強無關；③飽和光電流與光的強度有關，在入射光頻率不變的情況下，光強正比于單位時間內(nèi)照射到金屬表面單位面積上的光子數(shù)．光電子的最大初動能跟入射光的能量hν、金屬逸出功W0的關系為光電效應方程，表達式為Ek＝hν－W0，反映了光電效應現(xiàn)象中的能量轉化和守恒．【典例1】關于光電效應的規(guī)律，下列說法不正確的是()A．當某種色光照射金屬表面時，能產(chǎn)生光電效應，則入射光的頻率越高，產(chǎn)生的光電子的最大初動能越大B．當某種色光照射金屬表面時能產(chǎn)生光電效應，則入射光的強度越大產(chǎn)生的光電子數(shù)越多C．對某金屬，入射光波長必須小于一極限波長，才能產(chǎn)生光電效應D．同一頻率的光照射不同金屬，如果都能產(chǎn)生光電效應，則逸出功越大的金屬產(chǎn)生的光電子的最大初動能也越大解析：由愛因斯坦光電效應方程Ek＝hν－W0可知，入射光頻率ν越高，Ek值越大，故A項正確；當某種色光照射金屬表面能產(chǎn)生光電子，入射光強度越大，單位時間照射到金屬單位面積上的光子數(shù)就越多，光子與光電子是一對一的關系，因而產(chǎn)生的光電子數(shù)越多，故B項正確；產(chǎn)生光電效應的條件是入射光的頻率大于金屬極限頻率，所以入射光波長必須小于一極限波長，才能產(chǎn)生光電效應，故C項正確；不同金屬W0不一樣，由Ek＝hν－W0知，同頻率的光照射時，逸出功W0大的金屬，光電子的最大初動能小，所以D項錯誤．答案：D針對訓練1．(多選)由愛因斯坦光電效應方程可以畫出光電子的最大初動能和入射光的頻率的關系，如圖所示，以下說法正確的是()A．νc表示截止頻率B．W0的絕對值等于逸出功C．直線的斜率表示普朗克常量h的大小D．圖線表明最大初動能與入射光頻率成正比解析：由愛因斯坦光電效應方程Ek＝hν－W0可知，當Ek＝0時，νc＝eq\f(W0,h)即為某金屬的截止頻率；當ν＝0時，Ek＝－W0，可見W0的絕對值就是該金屬對應的逸出功；而該直線的斜率tanα＝eq\f(ΔEk,Δν)＝h即為普朗克常量．故選項A、B、C正確．答案：ABC主題2波粒二象性1．大量光子產(chǎn)生的效果顯示出波動性，比如干涉、衍射現(xiàn)象中，如果用強光照射，在光屏上立刻出現(xiàn)了干涉、衍射條紋，波動性體現(xiàn)了出來；個別光子產(chǎn)生的效果顯示出粒子性．如果用微弱的光照射，在屏上就只能觀察到一些分布毫無規(guī)律的光點，粒子性充分體現(xiàn)；但是如果微弱的光在照射時間加長的情況下，在感光底片上的光點分布又會出現(xiàn)一定的規(guī)律性，傾向于干涉、衍射的分布規(guī)律．這些實驗為人們認識光的波粒二象性提供了良好的依據(jù)．2．光子和電子、質子等實物粒子一樣，具有能量和動量．和其他物質相互作用時，粒子性起主導作用．3．光子的能量與其對應的頻率成正比，而頻率是波動性特征的物理量，因此ε＝hν揭示了光的粒子性和波動性之間的密切聯(lián)系．4．對不同頻率的光，頻率低、波長長的光，波動性特征顯著；而頻率高、波長短的光，粒子性特征顯著．5．光在傳播時體現(xiàn)出波動性，在與其他物質相互作用時體現(xiàn)出粒子性．6．處理光的波粒二象性的關鍵是正確理解其二象性，搞清光波是一種概率波．【典例2】關于光的波粒二象性的說法中，正確的是()A．一束傳播的光，有的光是波，有的光是粒子B．光波與機械波是同種波C．光的波動性是由光子間的相互作用而形成的D．光是一種波，同時也是一種粒子，光子說并未否定電磁說，在光子能量ε＝hν中，仍表現(xiàn)出波的特性解析：光是一種波，同時也是一種粒子，光具有波粒二象性，當光和物質作用時，是“一份一份”的，表現(xiàn)出粒子性；單個光子通過雙縫后的落點無法預測，但大量光子通過雙縫后在空間各點出現(xiàn)的可能性可以用波動規(guī)律描述．答案：D針對訓練2．(多選)對光的認識，以下說法中正確的是()A．個別光子的行為表現(xiàn)出粒子性，大量光子的行為表現(xiàn)出波動性B．光的波動性是光子本身的一種屬性，不是光子之間的相互作用引起的C．光表現(xiàn)出波動性時，就不具有粒子性了；光表現(xiàn)出粒子性時，就不再具有波動性了D．光的波粒二象性應理解為：在某種場合下光的波動性表現(xiàn)得明顯，在另外某種場合下，光的粒子性表現(xiàn)明顯解析：個別光子的行為表現(xiàn)為粒子性，大量光子的行為表現(xiàn)為波動性；光與物質相互作用，表現(xiàn)為粒子性，光的傳播表現(xiàn)為波動性，光的波動性與粒子性都是光的本質屬性，光的粒子性表現(xiàn)明顯時仍具有波動性，因為大量粒子的個別行為呈現(xiàn)出波動規(guī)律，故正確選項有A、B、D.答案：ABD統(tǒng)攬考情本章內(nèi)容定性要求的多，定量計算的少，高考一般重點是考查：①光子能量的理解；②光電效應現(xiàn)象及光電效應方程的理解；③光的波粒二象性以及物質波的理解，多以選擇題形式出現(xiàn)．盡管高考試題的難度不大，但對知識的掌握必須做到系統(tǒng)化、條理化．真題例析(2023·課標全國Ⅰ卷)在某次光電效應實驗中，得到的遏止電壓Uc與入射光的頻率ν的關系如圖所示．若該直線的斜率和截距分別為k和b，電子電荷量的絕對值為e，則普朗克常量可表示為________，所用材料的逸出功可表示為________．解析：根據(jù)動能定理有eq\f(1,2)meveq\o\al(2,e)＝eUc和愛因斯坦光電效應方程有eq\f(1,2)meveq\o\al(2,e)＝hν－W0，可得：遏制電壓Ue＝eq\f(h,e)ν＝eq\f(W0,e)，結合Uc－ν圖，斜率即k＝eq\f(h,e)，截距為b＝eq\f(W0,e)，可得：普朗克常量h＝ek，所用材料的逸出功W0＝－eb.答案：ek－eb針對訓練(2023·課標全國Ⅱ卷)(多選)實物粒子和光都具有波粒二象性．下列事實中突出體現(xiàn)波動性的是()A．電子束通過雙縫實驗裝置后可以形成干涉圖樣B．β射線在云室中穿過會留下清晰的徑跡C．人們利用慢中子衍射來研究晶體的結構D．人們利用電子顯微鏡觀測物質的微觀結構E．光電效應實驗中，光電子的最大初動能與入射光的頻率有關，與入射光的強度無關解析：電子束通過雙縫實驗后可以形成干涉圖樣，可以說明電子是一種波，故A正確；β射線在云室中穿過會留下清晰的徑跡，可以說明β射線是一種粒子，故B錯誤；人們利用慢中子衍射來研究晶體的結構，中子衍射說明中子是一種波，故C正確；人們利用電子顯微鏡觀測物質的微觀結構，利用了電子的干涉現(xiàn)象，說明電子是一種波，故D正確；光電效應實驗中，光電子的最大初動能與入射光的頻率有關，與入射光的強度無關，說明光是一種粒子，故E錯誤．答案：ACD1．(多選)波粒二象性是微觀世界的基本特征，以下說法正確的有()A．光電效應現(xiàn)象揭示了光的粒子性B．熱中子束射到晶體上產(chǎn)生衍射圖樣說明中子具有波動性C．黑體輻射的實驗規(guī)律可用光的波動性解釋D．動能相等的質子和電子，它們的德布羅意波長也相等解析：光電效應說明光的粒子性，所以A項正確；熱中子在晶體上產(chǎn)生衍射圖樣，即運動的實物粒子具有波的特性，即說明中子具有波動性，所以B項正確；黑體輻射的實驗規(guī)律說明電磁輻射具有量子化，即黑體輻射是不連續(xù)的、一份一份的，所以黑體輻射用光的粒子性解釋，即C項錯誤；根據(jù)德布羅意波長公式λ＝eq\f(h,p)，p2＝2mEk，又質子的質量大于電子的質量，所以動能相等的質子和電子，質子的德布羅意波長較短，所以D項錯誤．答案：AB2．已知鈣和鉀的截止頻率分別為×1014Hz和×1014Hz，在某種單色光的照射下兩種金屬均發(fā)生光電效應，比較它們表面逸出的具有最大初動能的光電子，鈣逸出的光電子具有較大的()A．波長 B．頻率C．能量 D．動量解析：金屬的逸出功W0＝hν0，據(jù)愛因斯坦的光電效應方程Ek＝hν－W0可知，從金屬鉀表面飛出的光電子最大初動能較鈣的大，金屬鈣表面飛出光電子能量E小，因λ＝eq\f(hc,E)，所以從鈣表面逸出功的光電子具有較大的波長，選A.答案：A3．(多選)對光電效應的理解正確的是()A．金屬內(nèi)的每個電子可以吸收一個或一個以上的光子，當它積累的動能足夠大時，就能逸出金屬B．如果入射光子的能量小于金屬表面的電子克服原子核的引力而逸出時所需做的最小功，便不能發(fā)生光電效應C．發(fā)生光電效應時，入射光越強，光子的能量就越大，光電子的最大初動能就越大D．由于不同金屬的逸出功是不相同的，因此使不同金屬產(chǎn)生光電效應，入射光的最低頻率也不同解析：金屬內(nèi)的每個電子吸收一個光子，獲得能量，若足夠克服金屬做功，就能逸出金屬，若不夠金屬做功，就不會逸出金屬，不會發(fā)生積累，故A錯誤；根據(jù)光電效應的條件可知入射光的能量小于電子脫離某種金屬已做功的最小值，就不能發(fā)生光電效應，故B正確；光電子的最大初動能與入射光的頻率有關，與光的強度無關，故C錯誤；不同的金屬逸出功不同，截止頻率不同，則發(fā)生光電效應的入射光的最低頻率也不同，故D正確．答案：BD4．(多選)關于光的波粒二象性的理解正確的是()A．大量光子的行為往往表現(xiàn)出波動性，個別光子的行為往往表現(xiàn)出粒子性B．光在傳播時是波，而