(全國通用版)2019版高考物理大一輪復(fù)習(xí) 第十二章 波粒二象性 原子結(jié)構(gòu)與原子核 第32講 波粒二象性學(xué)案
《(全國通用版)2019版高考物理大一輪復(fù)習(xí) 第十二章 波粒二象性 原子結(jié)構(gòu)與原子核 第32講 波粒二象性學(xué)案》由會(huì)員分享,可在線閱讀,更多相關(guān)《(全國通用版)2019版高考物理大一輪復(fù)習(xí) 第十二章 波粒二象性 原子結(jié)構(gòu)與原子核 第32講 波粒二象性學(xué)案(16頁珍藏版)》請?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。
1、 第32講 波粒二象性 考綱要求 考情分析 命題趨勢 1.光電效應(yīng)Ⅰ 2.愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ⅰ 2016·全國卷Ⅰ,35(1) 高考對本部分知識的考查主要以選擇題的形式出現(xiàn).高考試題往往綜合考查光電效應(yīng)、波粒二象性.學(xué)習(xí)中要注意對光電效應(yīng)規(guī)律的理解和光電效應(yīng)方程的理解、應(yīng)用 1.光電效應(yīng)及其規(guī)律 (1)光電效應(yīng)現(xiàn)象 在光的照射下,金屬中的__電子__從表面逸出的現(xiàn)象,發(fā)射出來的電子叫__光電子__. (2)光電效應(yīng)的產(chǎn)生條件 入射光的頻率__大于__金屬的極限頻率. (3)光電效應(yīng)規(guī)律 ①每種金屬都有一個(gè)極限頻率,入射光的頻率必須__大于__這個(gè)
2、極限頻率才能產(chǎn)生光電效應(yīng). ②光電子的最大初動(dòng)能與入射光的__強(qiáng)度__無關(guān),只隨入射光頻率的增大而__增大__. ③光電效應(yīng)的發(fā)生幾乎是瞬時(shí)的,一般不超過10-9 s. ④當(dāng)入射光的頻率大于極限頻率時(shí),飽和光電流的大小與入射光的強(qiáng)度成__正比__. 2.光子說及光電效應(yīng)方程 (1)光子說:在空間傳播的光不是連續(xù)的,而是一份一份的,每一份叫做一個(gè)光子,光子的能量ε=__hν__. (2)逸出功W0:電子從金屬中逸出所需做功的__最小值__. (3)最大初動(dòng)能:發(fā)生光電效應(yīng)時(shí),金屬表面上的__電子__吸收光子后克服原子核的引力逸出時(shí)所具有的動(dòng)能的最大值. (4)光電效應(yīng)方程 ①表
3、達(dá)式:hν=Ek+W0或Ek=__hν-W0__. ②物理意義:金屬表面的電子吸收一個(gè)光子獲得的能量是hν,這些能量的一部分用來克服金屬的逸出功W0,剩下的表現(xiàn)為逸出后電子的最大初動(dòng)能. 3.光的波粒二象性 (1)光電效應(yīng)說明光具有粒子性,同時(shí)光還具有波動(dòng)性,即光具有__波粒二象性__. (2)大量光子運(yùn)動(dòng)的規(guī)律主要表現(xiàn)為光的__波動(dòng)__性,單個(gè)光子的運(yùn)動(dòng)主要表現(xiàn)為光的__粒子__性. (3)光的波長越長,波動(dòng)性越__強(qiáng)__,光的干涉、衍射、偏振現(xiàn)象證明光具有波動(dòng)性. (4)光的頻率越高,粒子性越__強(qiáng)__,穿透本領(lǐng)__越大__.光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)說明光具有粒子性. 1.判
4、斷正誤 (1)任何頻率的光照射到金屬表面都可以發(fā)生光電效應(yīng).( × ) (2)要使某金屬發(fā)生光電效應(yīng),入射光子的能量必須大于金屬的逸出功.( √ ) (3)光電子的最大初動(dòng)能與入射光子的頻率成正比.( × ) (4)光的頻率越高,光的粒子性越明顯,但仍具有波動(dòng)性.( √ ) (5)德國物理學(xué)家普朗克提出了量子假說,成功地解釋了光電效應(yīng)規(guī)律.( × ) (6)美國物理學(xué)家康普頓發(fā)現(xiàn)了康普頓效應(yīng),證實(shí)了光的粒子性.( √ ) (7)法國物理學(xué)家德布羅意大膽預(yù)言了實(shí)物粒子具有波動(dòng)性.( √ ) 一 光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律 1.光子與光電子 光子是指光在空間傳播時(shí)的每一份能量,
5、光子不帶電;光電子是指金屬表面受到光照射時(shí)發(fā)射出來的電子,光子是光電效應(yīng)的因,光電子是果. 2.光電子的最大初動(dòng)能與光電子的動(dòng)能 當(dāng)光照射金屬時(shí),光子的能量全部被電子吸收,電子吸收光子的能量后可能向各個(gè)方向運(yùn)動(dòng).有的向金屬內(nèi)部運(yùn)動(dòng),有的向金屬表面運(yùn)動(dòng),但因途徑不同,運(yùn)動(dòng)途中消耗的能量也不同.唯獨(dú)在金屬表面的電子,只要克服金屬原子核的引力做功,就能從金屬中逸出而具有最大初動(dòng)能.根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程可以算出光電子的最大初動(dòng)能為Ek=hν-W0 (W0為金屬的逸出功).而其他經(jīng)過不同的路徑射出的光電子,其動(dòng)能一定小于最大初動(dòng)能. 3.光電流與飽和光電流 在一定頻率與強(qiáng)度的光照射下產(chǎn)生光電
6、效應(yīng),光電流與電壓之間的關(guān)系為:開始時(shí),光電流隨電壓U的增大而增大,當(dāng)U比較大時(shí),光電流達(dá)到飽和值Im.這時(shí)即使再增大U,在單位時(shí)間內(nèi)也不可能有更多的光電子定向移動(dòng),光電流也就不會(huì)再增大,即飽和光電流是在一定頻率與強(qiáng)度的光照射下的最大光電流.在一定光照條件下,飽和光電流與所加電壓大小無關(guān). 4.入射光強(qiáng)度和光子能量 入射光強(qiáng)度是單位時(shí)間內(nèi)照射到金屬表面單位面積上總的能量,光子能量即每個(gè)光子的能量,入射光的總能量等于光子能量與入射光子數(shù)的乘積. 5.光的強(qiáng)度與飽和光電流 飽和光電流與入射光強(qiáng)度成正比的規(guī)律是對頻率相同的光照射金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)而言的,對于不同頻率的光,由于每個(gè)光子的能量不同
7、,飽和光電流與入射光強(qiáng)度之間沒有簡單的正比關(guān)系. 解決光電效應(yīng)規(guī)律問題的技巧 放不放(光電子),看截頻(截止頻率,即最低頻率);放多少(光電子),看光強(qiáng);(光電子的)最大初動(dòng)能(大小),看(入射光的)頻率;要放瞬時(shí)放. [例1](2017·湖北宜昌質(zhì)檢)(多選)用如圖所示的光電管研究光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中,用某種頻率的單色光a照射光電管陰極K,電流計(jì)G的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn).而用另一頻率的單色光b照射光電管陰極K時(shí),電流計(jì)G的指針不發(fā)生偏轉(zhuǎn),那么( ABE ) A.a(chǎn)光的頻率一定大于b光的頻率 B.只增加a光的強(qiáng)度可使通過電流計(jì)G的電流增大 C.增加b光的強(qiáng)度可能使電流計(jì)G的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)
8、 D.用a光照射光電管陰極K時(shí)通過電流計(jì)G的電流是由d到c E.用a光照射時(shí),增大光電管兩端的電壓時(shí),流過G的電流可能不變 解析 產(chǎn)生光電效應(yīng)的條件是入射光的頻率大于極限頻率vC,故選項(xiàng)A正確,C錯(cuò)誤;在能發(fā)生光電效應(yīng)的前提條件下,只增加a光的強(qiáng)度可使陰極K單位時(shí)間發(fā)射出更多光電子,選項(xiàng)B正確;光電管中的光電子(帶負(fù)電荷)從K到A,故G中電流從c到d,選項(xiàng)D錯(cuò)誤;當(dāng)用a光照射時(shí),若已達(dá)飽和電流,即使再增大光電管兩端電壓,G中電流也不變,選項(xiàng)E正確. 二 光電效應(yīng)的圖象分析 圖象名稱 圖線形狀 由圖線直接(間接) 得到的物理量 最大初動(dòng)能Ek與入射光頻率ν的關(guān)系圖線
9、 ①極限頻率:ν0 ②逸出功:W0=|-E|=E ③普朗克常量:圖線的斜率k=h 遏止電壓Uc與入射光頻率ν的關(guān)系圖線 ①截止(極限)頻率:ν0 ②遏止電壓Uc:隨入射光頻率的增大而增大 ③普朗克常量:h=ke (k為斜率,e為電子電量) 頻率相同、光強(qiáng)不同時(shí),光電流與電壓的關(guān)系 ①遏止電壓:Uc ②飽和光電流:Im(電流的最大值) ③最大初動(dòng)能:Ekm=eUc 頻率不同、光強(qiáng)相同時(shí),光電流與電壓的關(guān)系 ①遏止電壓:Uc1、Uc2 ②飽和光電流:電流最大值 ③最大初動(dòng)能:Ek1=eUc1,Ek2=eUc2 定量分析光電效應(yīng)時(shí)應(yīng)抓住
10、的三個(gè)關(guān)系式 (1)愛因斯坦光電效應(yīng)方程:Ek=hν-W0. (2)最大初動(dòng)能與遏止電壓的關(guān)系:Ek=eUc. (3)逸出功與極限頻率、極限波長λc的關(guān)系:W0=hνc=h. [例2](2017·湖北武漢模擬)從1907年起,美國物理學(xué)家密立根開始以精湛的技術(shù)測量光電效應(yīng)中幾個(gè)重要的物理量.他通過如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置測量某金屬的遏止電壓Uc與入射光頻率ν,作出Uc-ν的圖象,由此算出普朗克常量h,并與普朗克根據(jù)黑體輻射測出的h相比較,以檢驗(yàn)愛因斯坦方程的正確性.圖中頻率ν1、ν2,遏止電壓Uc1、Uc2及電子的電荷量e均為已知,求: (1)普朗克常量h; (2)該金屬的截止頻率ν
11、0. [思維導(dǎo)引] (1)明確最大初動(dòng)能Ek與入射光的頻率ν的關(guān)系; (2)明確最大初動(dòng)能與遏止電壓Uc的關(guān)系; (3)理解Uc-ν圖線與橫軸交點(diǎn)的物理意義. 解析 根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek=hν-W0及動(dòng)能定理eUc=Ek得Uc=ν-ν0, 結(jié)合圖象知k===, 普朗克常量h=,ν0=. 答案 (1) (2) 三 光的波粒二象性 物質(zhì)波 光既有波動(dòng)性,又有粒子性,兩者不是孤立的,而是有機(jī)的統(tǒng)一體,其表現(xiàn)規(guī)律為 (1)從數(shù)量上看:個(gè)別光子的作用效果往往表現(xiàn)為粒子性;大量光子的作用效果往往表現(xiàn)為波動(dòng)性. (2)從頻率上看:頻率越低波動(dòng)性越顯著,越容易看到光的干涉和衍射
12、現(xiàn)象;頻率越高粒子性越顯著,貫穿本領(lǐng)越強(qiáng),越不容易看到光的干涉和衍射現(xiàn)象. (3)從傳播與作用上看:光在傳播過程中往往表現(xiàn)出波動(dòng)性;在與物質(zhì)發(fā)生作用時(shí)往往表現(xiàn)為粒子性. (4)波動(dòng)性與粒子性的統(tǒng)一:由光子的能量E=hν、光子的動(dòng)量表達(dá)式p=也可以看出,光的波動(dòng)性和粒子性并不矛盾,表示粒子性的能量和動(dòng)量的計(jì)算式中都含有表示波的特征的物理量——頻率ν和波長λ. (5)理解光的波粒二象性時(shí)不可把光當(dāng)成宏觀概念中的波,也不可把光當(dāng)成宏觀概念中的粒子. 波粒二象性的深入理解 (1)雖然平時(shí)看到宏觀物體運(yùn)動(dòng)時(shí),看不出其波動(dòng)性,但也有一個(gè)波長與之對應(yīng).例如飛行子彈的波長約為10-34 m.
13、(2)波粒二象性是微觀粒子的特殊規(guī)律,一切微觀粒子都存在波動(dòng)性;宏觀物體也存在波動(dòng)性,只是波長太小,難以觀測. (3)德布羅意波也是概率波,衍射圖樣中的亮圓是電子落點(diǎn)概率大的地方,但概率的大小受波動(dòng)規(guī)律的支配. [例3]用很弱的光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn),把入射光減弱到可以認(rèn)為光源和感光膠片之間不可能同時(shí)有兩個(gè)光子存在,如圖所示是不同數(shù)量的光子照射到感光膠片上得到的照片.這些照片說明( D ) A.光只有粒子性沒有波動(dòng)性 B.光只有波動(dòng)性沒有粒子性 C.少量光子的運(yùn)動(dòng)顯示波動(dòng)性,大量光子的運(yùn)動(dòng)顯示粒子性 D.少量光子的運(yùn)動(dòng)顯示粒子性,大量光子的運(yùn)動(dòng)顯示波動(dòng)性 解析 由這些照片可以看出,
14、少量光子的運(yùn)動(dòng)顯示粒子性,大量光子的運(yùn)動(dòng)呈現(xiàn)出波動(dòng)性,故選項(xiàng)D正確. 1.(多選)用頻率為ν1的單色光照射某種金屬表面,發(fā)生了光電效應(yīng)現(xiàn)象.現(xiàn)改為頻率為ν2的另一單色光照射該金屬表面,下列說法正確的是( AC ) A.如果ν2>ν1,能夠發(fā)生光電效應(yīng) B.如果ν2<ν1,不能夠發(fā)生光電效應(yīng) C.如果ν2>ν1,逸出光電子的最大初動(dòng)能增大 D.如果ν2>ν1,逸出光電子的最大初動(dòng)能不受影響 解析 對于確定的金屬,入射光的頻率必須大于或等于截止頻率ν0時(shí)才會(huì)發(fā)生光電效應(yīng),不同的金屬有不同的截止頻率,所以當(dāng)ν2>ν1時(shí)能夠發(fā)生光電效應(yīng),ν2<ν1時(shí)由于ν1≥ν0所以不一定能夠發(fā)生光電
15、效應(yīng),選項(xiàng)A正確,B錯(cuò)誤;光電子的最大初動(dòng)能隨著入射光頻率的增加而增加,所以當(dāng)ν2>ν1時(shí)逸出光電子的最大初動(dòng)能增大,選項(xiàng)C正確,D錯(cuò)誤. 2.當(dāng)具有5.0 eV的光子射到一金屬表面時(shí),從金屬表面逸出的電子具有的最大初動(dòng)能為1.5 eV,為了使這種金屬產(chǎn)生光電效應(yīng),入射光子的能量必須不小于( C ) A.1.5 eV B.2.5 eV C.3.5 eV D.5.0 eV 解析 根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek=hν-W,得逸出功W=hν-Ek=5.0 eV-1.5 eV=3.5 eV,由光電效應(yīng)條件可知,入射光子的能量必須不小于逸出功,故選項(xiàng)C正確. 3.(多選)在單縫衍射實(shí)驗(yàn)中,
16、中央亮紋的光強(qiáng)占從單縫射入的整個(gè)光強(qiáng)的95%以上.假設(shè)現(xiàn)在只讓一個(gè)光子通過單縫,那么該光子( CD ) A.一定落在中央亮紋處 B.一定落在亮紋處 C.可能落在暗紋處 D.落在中央亮紋處的可能性最大 解析 根據(jù)概率波的概念,對于一個(gè)光子通過單縫落在何處,是不可確定的,但是落在中央亮紋處的概率最大.當(dāng)然也可落在其他亮紋處,還可能落在暗紋處,不過,落在暗紋處的概率很小,故選項(xiàng)C、D正確. 4.(多選)下列對光電效應(yīng)的理解,正確的是( BD ) A.金屬鈉的每個(gè)電子可以吸收一個(gè)或一個(gè)以上的光子,當(dāng)它積累的動(dòng)能足夠大時(shí),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
17、而逸出時(shí)所需做的最小功,便不能發(fā)生光電效應(yīng) C.發(fā)生光電效應(yīng)時(shí),入射光越強(qiáng),光子的能量就越大,光電子的最大初動(dòng)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(yīng),入射光的最低頻率也不同 5.(2017·湖北黃岡模擬)(多選)如圖所示是用光照射某種金屬時(shí)逸出的光電子的最大初動(dòng)能隨入射光頻率的變化圖線,普朗克常量h=6.63×10-34 J·s,由圖可知( AC ) A.該金屬的極限頻率為4.27×1014 Hz B.該金屬的極限頻率為5.5×1014 Hz C.該圖線的斜率表示普朗克常量 D.該金屬的逸出功為0.5 eV 解析 由光電效應(yīng)方程Ek=hν-
18、W0知圖線與橫軸交點(diǎn)為金屬的極限頻率,即ν0=4.27×1014Hz,選項(xiàng)A正確,B錯(cuò)誤;由Ek=hν-W0可知,該圖線的斜率為普朗克常量,選項(xiàng)C正確;金屬的逸出功W0=hνc= eV≈1.8 eV,選項(xiàng)D錯(cuò)誤. [例1](2017·河南鄭州質(zhì)檢·5分)在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中,飛飛同學(xué)用同一光電管在不同實(shí)驗(yàn)條件下得到了三條光電流與電壓之間的關(guān)系曲線(甲光、乙光、丙光),如圖所示.則可判斷出( ) A.甲光的頻率大于乙光的頻率 B.乙光的波長大于丙光的波長 C.乙光對應(yīng)的截止頻率大于丙光的截止頻率 D.甲光對應(yīng)的光電子最大初動(dòng)能大于丙光的光電子最大初動(dòng)能 [答題送檢]來自閱卷
19、名師報(bào)告 錯(cuò)誤 致錯(cuò)原因 扣分 A 不能根據(jù)題干所給圖象,求出三種色光頻率的關(guān)系,錯(cuò)選A項(xiàng) -5 C 不明白光電流與電壓之間的關(guān)系,不知道截止電壓的含義,錯(cuò)選C項(xiàng). [規(guī)范答題] [解析] 因光電管不變,所以逸出功不變.由圖象知甲光、乙光對應(yīng)的遏止電壓相等,且小于丙光對應(yīng)的遏止電壓,所以甲光和乙光對應(yīng)的光電子最大初動(dòng)能相等且小于丙光的光電子最大初動(dòng)能,故選項(xiàng)D錯(cuò)誤;根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek=hν-W0知甲光和乙光的頻率相等,且小于丙光的頻率,故選項(xiàng)A錯(cuò)誤,B正確;截止頻率是由金屬?zèng)Q定的,與入射光無關(guān),故選項(xiàng)C錯(cuò)誤. [答案] B 1.下列描繪兩種溫度下黑體輻射強(qiáng)
20、度與波長關(guān)系的圖中,符合黑體輻射實(shí)驗(yàn)規(guī)律的是( A ) 解析 隨著溫度的升高,輻射強(qiáng)度增加,輻射強(qiáng)度的極大值向著波長較短的方向移動(dòng),選項(xiàng)A正確. 2.如圖甲所示,合上開關(guān),用光子能量為2.5 eV的一束光照射陰極K,發(fā)現(xiàn)電流表讀數(shù)不為零.調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器,發(fā)現(xiàn)當(dāng)電壓表讀數(shù)小于0.60 V時(shí),電流表讀數(shù)仍不為零,當(dāng)電壓表讀數(shù)大于或等于0.60 V時(shí),電流表讀數(shù)為零.把電路改為圖乙,當(dāng)電壓表讀數(shù)為2 V時(shí),則逸出功及電子到達(dá)陽極時(shí)的最大動(dòng)能為( C ) A.1.5 eV 0.6 eV B.1.7 eV 1.9 eV C.1.9 eV 2.6 eV D.3.1 eV 4.5 eV
21、 解析 光子能量hν=2.5 eV的光照射陰極,電流表讀數(shù)不為零,則能發(fā)生光電效應(yīng),當(dāng)電壓表讀數(shù)大于或等于0.6 V時(shí),電流表讀數(shù)為零,則電子不能到達(dá)陽極,由動(dòng)能定理eU=mv知,最大初動(dòng)能Ekm=eU=0.6 eV,由光電效應(yīng)方程hν=Ekm+W0知W0=1.9 eV. 對圖乙,電路給的是一個(gè)正向電壓,當(dāng)電壓表讀數(shù)為2 V時(shí),電子到達(dá)陽極的最大動(dòng)能Ekm′=Ekm+eU′=0.6 eV+2 eV=2.6 eV.故選項(xiàng)C正確. 3.某光源發(fā)出的光由不同波長的光組成,不同波長的光的強(qiáng)度如圖所示.表中給出了一些材料的極限波長,用該光源發(fā)出的光照射表中材料( D ) 材料 鈉 銅 鉑
22、 極限波長(nm) 541 268 196 A.僅鈉能產(chǎn)生光電子 B.僅鈉、銅能產(chǎn)生光電子 C.僅銅、鉑能產(chǎn)生光電子 D.都能產(chǎn)生光電子 解析 發(fā)生光電效應(yīng)的條件是入射光的頻率不低于金屬的極限頻率,也就是入射光的波長不高于金屬的極限波長.由題可知,入射光的波長大約介于25 nm~420 nm,包含有小于這三種金屬極限波長的成分,可以使三種金屬都發(fā)生光電效應(yīng),都能產(chǎn)生光電子,故選項(xiàng)D正確. 4.(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( AB ) A.光電效應(yīng)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(dòng)性 C.黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律
23、可用光的波動(dòng)性解釋 D.動(dòng)能相等的質(zhì)子和電子,它們的德布羅意波長也相等 解析 光電效應(yīng)說明光的粒子性,所以選項(xiàng)A正確;熱中子束在晶體上產(chǎn)生衍射圖樣,即運(yùn)動(dòng)的實(shí)物粒子具有波的特性,即說明中子具有波動(dòng)性,所以選項(xiàng)B正確;黑體輻射的實(shí)驗(yàn)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,即選項(xiàng)C錯(cuò)誤;根據(jù)德布羅意波長公式λ=,p2=2mEk,又質(zhì)子的質(zhì)量大于電子的質(zhì)量,所以動(dòng)能相等的質(zhì)子和電子,質(zhì)子的德布羅意波波長較短,所以選項(xiàng)D錯(cuò)誤. 1.(2017·北京卷)2017年年初,我國研制的“大連光源”——極紫外自由電子激光裝置,發(fā)出了波長在100 nm
24、(1 nm=10-9 m)附近連續(xù)可調(diào)的世界上最強(qiáng)的極紫外激光脈沖.大連光源因其光子的能量大、密度高,可在能源利用、光刻技術(shù)、霧霾治理等領(lǐng)域的研究中發(fā)揮重要作用. 一個(gè)處于極紫外波段的光子所具有的能量可以電離一個(gè)分子,但又不會(huì)把分子打碎.據(jù)此判斷,能夠電離一個(gè)分子的能量約為(取普朗克常量h=6.6×10-34 J·s,真空光速c=3×108 m/s)( B ) A.10-21 J B.10-18 J C.10-15 J D.10-12 J 解析 由題意知,電離一個(gè)分子的能量等于照射分子的光子能量,E=hν=h=2×10-18 J,故選項(xiàng)B正確. 2.(2017·全國卷Ⅲ)(多選)
25、在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中,分別用頻率為νa、νb的單色光a、b照射到同種金屬上,測得相應(yīng)的遏止電壓分別為Ua和Ub、光電子的最大初動(dòng)能分別為Eka和Ekb.h為普朗克常量.下列說法正確的是( BC )
A.若νa>νb,則一定有Ua
26、則選項(xiàng)C正確;由hν-Ek=W0,而同一種金屬W0相同,則選項(xiàng)D錯(cuò)誤. 3.(多選)現(xiàn)用某一光電管進(jìn)行光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn),當(dāng)用某一頻率的光入射時(shí),有光電流產(chǎn)生.下列說法正確的是( ACE ) A.保持入射光的頻率不變,入射光的光強(qiáng)變大,飽和光電流變大 B.入射光的頻率變高,飽和光電流變大 C.入射光的頻率變高,光電子的最大初動(dòng)能變大 D.保持入射光的光強(qiáng)不變,不斷減小入射光的頻率,始終有光電流產(chǎn)生 E.遏止電壓的大小與入射光的頻率有關(guān),與入射光的光強(qiáng)無關(guān) 解析 根據(jù)光電效應(yīng)規(guī)律,保持入射光的頻率不變,入射光的光強(qiáng)變大,則飽和光電流變大,選項(xiàng)A正確;由愛因斯坦光電效應(yīng)方程知,入射光的頻率
27、變高,產(chǎn)生的光電子最大初動(dòng)能變大,而飽和光電流與入射光的頻率和光強(qiáng)都有關(guān),選項(xiàng)B錯(cuò)誤,C正確;保持入射光的光強(qiáng)不變,不斷減小入射光的頻率,當(dāng)入射光的頻率小于極限頻率時(shí),就不能發(fā)生光電效應(yīng),沒有光電流產(chǎn)生,選項(xiàng)D錯(cuò)誤;遏止電壓與產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能有關(guān),光電子的最大初動(dòng)能與入射光的頻率有關(guān),與入射光的光強(qiáng)無關(guān),選項(xiàng)E正確. 4.(多選)實(shí)物粒子和光都具有波粒二象性.下列事實(shí)中突出體現(xiàn)波動(dòng)性的是( ACD ) A.電子束通過雙縫實(shí)驗(yàn)裝置后可以形成干涉圖樣 B.β射線在云室中穿過會(huì)留下清晰的徑跡 C.人們利用慢中子衍射來研究晶體的結(jié)構(gòu) D.人們利用電子顯微鏡觀測物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu) E.光
28、電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中,光電子的最大初動(dòng)能與入射光的頻率有關(guān),與入射光的強(qiáng)度無關(guān) 解析 電子束具有波動(dòng)性,通過雙縫實(shí)驗(yàn)裝置后可以形成干涉圖樣,選項(xiàng)A正確;β射線在云室中高速運(yùn)動(dòng)時(shí),徑跡又細(xì)又直,表現(xiàn)出粒子性,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;人們利用慢中子衍射來研究晶體的結(jié)構(gòu),體現(xiàn)出波動(dòng)性,選項(xiàng)C正確;電子顯微鏡是利用電子束工作的,體現(xiàn)了波動(dòng)性,選項(xiàng)D正確;光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn),體現(xiàn)的是波的粒子性,選項(xiàng)E錯(cuò)誤. 5.以往我們認(rèn)識的光電效應(yīng)是單光子光電效應(yīng),即一個(gè)電子在極短時(shí)間內(nèi)只能吸收到一個(gè)光子而從金屬表面逸出.強(qiáng)激光的出現(xiàn)豐富了人們對于光電效應(yīng)的認(rèn)識,用強(qiáng)激光照射金屬,由于其光子密度極大,一個(gè)電子在極短時(shí)間內(nèi)吸收多個(gè)光子成為可
29、能,從而形成多光子光電效應(yīng),這已被實(shí)驗(yàn)證實(shí).光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置示意如圖.用頻率為ν的普通光源照射陰極K,沒有發(fā)生光電效應(yīng).換同樣頻率為ν的強(qiáng)激光照射陰極K,則發(fā)生了光電效應(yīng);此時(shí),若加上反向電壓U,即將陰極K接電源正極,陽極A接電源負(fù)極,在K、A之間就形成了使光電子減速的電場.逐漸增大U,光電流會(huì)逐漸減小;當(dāng)光電流恰好減小到零時(shí),所加反向電壓U的表達(dá)式可能正確的是(其中W為逸出功,h為普朗克常量,e為電子電荷量)( B ) A.U=- B.U=- C.U=2hν-W D.U=- 解析 由光電效應(yīng)方程可知nhν=W+mv2(n=2,3,4…) ① 在減速電場中由動(dòng)能定理得-eU=0
30、-mv2 ② 聯(lián)立①②得U=-(n=2,3,4…),選項(xiàng)B正確. 6.在某次光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中,得到的遏止電壓Uc與入射光的頻率ν的關(guān)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__ek__,所用材料的逸出功可表示為__-eb__. 解析 根據(jù)光電效應(yīng)方程Ekm=hν-W0及Ekm=eUc得Uc=-,故=k,b=-,得h=ek,W0=-eb. 課時(shí)達(dá)標(biāo) 第32講 [解密考綱]考查對光電效應(yīng)規(guī)律的理解,對光電效應(yīng)方程的理解和對光的波粒二象性的理解. 1.(多選)如圖所示,用導(dǎo)線把驗(yàn)電器與鋅板相連接,當(dāng)用紫外線照射鋅板時(shí),發(fā)生的現(xiàn)象是(
31、BC ) A.有光子從鋅板逸出 B.有電子從鋅板逸出 C.驗(yàn)電器指針張開一個(gè)角度 D.鋅板帶負(fù)電 解析 用紫外線照射鋅板是能夠發(fā)生光電效應(yīng)的,鋅板上的電子吸收紫外線的能量從鋅板表面逸出,稱之為光電子,故選項(xiàng)A錯(cuò)誤,B正確;鋅板與驗(yàn)電器相連,帶有相同電性的電荷,鋅板失去電子應(yīng)該帶正電,且失去電子越多,帶正電的電荷量越多,驗(yàn)電器指針張角越大,故選項(xiàng)C正確,D錯(cuò)誤. 2.用一束紫外線照射某金屬時(shí)不能產(chǎn)生光電效應(yīng),可能使該金屬發(fā)生光電效應(yīng)的措施是( B ) A.改用頻率更小的紫外線照射 B.改用X射線照射 C.改用強(qiáng)度更大的原紫外線照射 D.延長原紫外線的照射時(shí)間 解析 某種金屬能否
32、發(fā)生光電效應(yīng)取決于入射光的頻率,與入射光的強(qiáng)度和照射時(shí)間無關(guān),不能發(fā)生光電效應(yīng),說明入射光的頻率小于金屬的極限頻率,所以要使金屬發(fā)生光電效應(yīng),應(yīng)增大入射光的頻率,X射線的頻率比紫外線頻率高,故選項(xiàng)B正確. 3.入射光照到某金屬表面發(fā)生光電效應(yīng),若入射光的強(qiáng)度減弱,而頻率保持不變,則下列說法中正確的是( C ) A.從光照射到金屬表面上到金屬發(fā)射出光電子之間的時(shí)間間隔將明顯增加 B.逸出的光電子的最大初動(dòng)能減小 C.單位時(shí)間內(nèi)從金屬表面逸出的光電子數(shù)目將減少 D.有可能不發(fā)生光電效應(yīng) 解析 光電效應(yīng)瞬時(shí)(10-9 s)發(fā)生,與光強(qiáng)無關(guān),選項(xiàng)A錯(cuò)誤.光電子的最大初動(dòng)能只與入射光的頻率有
33、關(guān),入射光的頻率越大,最大初動(dòng)能越大,選項(xiàng)B錯(cuò)誤.光電子數(shù)目多少與入射光的強(qiáng)度有關(guān),光強(qiáng)減弱,單位時(shí)間內(nèi)從金屬表面逸出的光電子數(shù)目減少,選項(xiàng)C正確.能否發(fā)生光電效應(yīng),只取決于入射光的頻率是否大于極限頻率,與光強(qiáng)無關(guān),選項(xiàng)D錯(cuò)誤. 4.一個(gè)德布羅意波波長為λ1的中子和另一個(gè)德布羅意波波長為λ2的氘核同向正碰后結(jié)合成一個(gè)氚核,該氚核的德布羅意波波長為( A ) A. B. C. D. 解析 設(shè)中子、氘核、氚核的動(dòng)量分別為p1、p2、p3,由動(dòng)量守恒定律知p1+p2=p,即+=,解得氚核的德布羅意波波長為λ=,選項(xiàng)A正確. 5.(多選)已知某金屬發(fā)生光電效應(yīng)的截止頻率為ν0,則( AB
34、 ) A.當(dāng)用頻率為2ν0的單色光照射該金屬時(shí),一定能產(chǎn)生光電子 B.當(dāng)用頻率為2ν0的單色光照射該金屬時(shí),所產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能為hν0 C.當(dāng)照射光的頻率ν大于ν0時(shí),若ν增大,則逸出功增大 D.當(dāng)照射光的頻率ν大于ν0時(shí),若ν增大一倍,則光電子的最大初動(dòng)能也增大一倍 解析 該金屬的截止頻率為ν0,則可知逸出功W0=hν0,逸出功由金屬自身性質(zhì)決定,與照射光的頻率無關(guān),因此選項(xiàng)C錯(cuò)誤;由光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律可選項(xiàng)知A正確;由光電效應(yīng)方程Ek=hν-W0,將W0=hν0代入可知選項(xiàng)B正確,D錯(cuò)誤. 6.(多選)在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中,用頻率為ν的光照射光電管陰極,發(fā)生了光電效應(yīng),下列
35、說法正確的是( AD ) A.增大入射光的強(qiáng)度,光電流增大 B.減小入射光的強(qiáng)度,光電效應(yīng)現(xiàn)象消失 C.改用頻率小于ν的光照射,一定不發(fā)生光電效應(yīng) D.改用頻率大于ν的光照射,光電子的最大初動(dòng)能變大 解析 增大入射光強(qiáng)度,單位時(shí)間內(nèi)照射到單位面積的光子數(shù)增加,則光電流將增大,故選項(xiàng)A正確;光電效應(yīng)是否發(fā)生取決于入射光的頻率,而與入射光強(qiáng)度無關(guān),故選項(xiàng)B錯(cuò)誤.用頻率為ν的光照射光電管陰極,發(fā)生光電效應(yīng),用頻率較小的光照射時(shí),若光的頻率仍大于極限頻率,則仍會(huì)發(fā)生光電效應(yīng),選項(xiàng)C錯(cuò)誤;根據(jù)hν-W逸=mv2可知,增加入射光頻率,光電子的最大初動(dòng)能也增大,故選項(xiàng)D正確. 7.(多選)用同一
36、光電管研究a、b兩種單色光產(chǎn)生的光電效應(yīng),得到光電流I與光電管兩極間所加電壓U的關(guān)系如圖所示.則這兩種光( BC ) A.照射該光電管時(shí)a光使其逸出的光電子最大初動(dòng)能大 B.從同種玻璃射入空氣發(fā)生全反射時(shí),a光的臨界角大 C.通過同一裝置發(fā)生雙縫干涉,a光的相鄰條紋間距大 D.通過同一玻璃三棱鏡時(shí),a光的偏折程度大 解析 由題圖可知b光照射時(shí)對應(yīng)遏止電壓Uc2大于a光照射時(shí)的遏止電壓Uc1,因eU=mv2,所以b光照射時(shí)光電子最大初動(dòng)能大,且可得νb>νa,λb<λa,選項(xiàng)A、D錯(cuò)誤,C正確;b光折射率大于a光折射率,所以a光臨界角大,選項(xiàng)B正確. 8.(多選)頻率為ν的光子,
37、具有的能量為hν,動(dòng)量為,將這個(gè)光子打在處于靜止?fàn)顟B(tài)的電子上,光子將偏離原運(yùn)動(dòng)方向,這種現(xiàn)象稱為光子的散射,下列關(guān)于光子散射的說法正確的是( CD ) A.光子改變原來的運(yùn)動(dòng)方向,且傳播速度變小 B.光子由于在與電子碰撞中獲得能量,因而頻率增大 C.由于受到電子碰撞,散射后的光子波長大于入射光子的波長 D.由于受到電子碰撞,散射后的光子頻率小于入射光子的頻率 解析 碰撞后光子改變原來的運(yùn)動(dòng)方向,但傳播速度不變,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;光子由于在與電子碰撞中損失能量,因而頻率減小,即ν1>ν2,再由c=λ1ν1=λ2ν2,得到λ1<λ2,選項(xiàng)B錯(cuò)誤,C、D正確. 9.(2017·廣東執(zhí)信中學(xué)二模
38、)光子有能量,也有動(dòng)量p=,它也遵守有關(guān)動(dòng)量的規(guī)律.如圖所示,真空中有一“∞”字形裝置可繞通過橫桿中點(diǎn)的豎直軸OO′在水平面內(nèi)靈活地轉(zhuǎn)動(dòng),其中左邊是圓形黑紙片,右邊是和左邊大小、質(zhì)量都相同的圓形白紙片.當(dāng)用平行白光垂直照射這兩個(gè)圓面時(shí),關(guān)于裝置開始轉(zhuǎn)動(dòng)情況(俯視)的下列說法中正確的是( B ) A.順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng) B.逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng) C.都有可能 D.不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng) 解析 白紙片反射光子,光子的動(dòng)量變化大,由動(dòng)量定理知,光子對白紙片的沖擊力大,故選項(xiàng)B正確. 10.如圖所示,用綠光照射一光電管的陰極時(shí)產(chǎn)生光電效應(yīng),欲使光電子從陰極逸出時(shí)的最大初動(dòng)能增大,應(yīng)采取的措施是( B ) A
39、.改用紅光照射 B.改用紫光照射 C.增大綠光的強(qiáng)度 D.增大加在光電管上的正向電壓 解析 發(fā)生光電效應(yīng)時(shí),光電子的最大初動(dòng)能隨照射光頻率的增大而增大,與照射光強(qiáng)度、光電管的電壓無關(guān),紅光的頻率比綠光的頻率小,不一定能發(fā)生光電效應(yīng),即使發(fā)生光電效應(yīng),光電子的最大初動(dòng)能也較小,而紫光的頻率大于綠光的頻率.故選項(xiàng)B正確. 11.小明用金屬銣為陰極的光電管,觀測光電效應(yīng)現(xiàn)象,實(shí)驗(yàn)裝置示意如圖甲所示.已知普朗克常量h=6.63×10-34 J·s. (1)圖甲中電板A為光電管的?。?!_陽極__(填“陰極”或“陽極”); (2)實(shí)驗(yàn)中測得銣的遏止電壓Uc與入射光頻率ν之間的關(guān)系如圖乙所示
40、,則銣的截止頻率νc=?。?!_5.15×1014_[(5.12~5.18)×1014均可]__Hz,逸出功W0=?。?!_3.41×10-19_[(3.39~3.43)×10-19均可]__J; (3)如果實(shí)驗(yàn)中入射光的頻率ν=7.00×1014 Hz,則產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能Ek=?。?!_1.23×10-19_[(1.21~1.25)×10-19均可]__J. 12.深沉的夜色中,在大海上航行的船舶依靠航標(biāo)燈指引航道,如圖所示是一個(gè)航標(biāo)燈自動(dòng)控制電路的示意圖.電路中的光電管陰極K涂有可發(fā)生光電效應(yīng)的金屬.下表反映的是各種金屬發(fā)生光電效應(yīng)的極限頻率和極限波長,又知可見光的波長范圍在400
41、nm~770 nm.(1 nm=10-9 m) 各種金屬發(fā)生光電效應(yīng)的極限頻率和極限波長: 金屬 銫 鈉 鋅 銀 鉑 極限頻率(Hz) 4.545×1014 6.000×1014 8.065×1014 1.153×1015 1.529×1015 極限波長(μm) 0.660 0 0.500 0 0.372 0 0.260 0 0.196 2 根據(jù)上圖和所給出的數(shù)據(jù),你認(rèn)為: (1)光電管陰極K上應(yīng)涂有金屬!??!_銫或鈉__; (2)控制電路中的開關(guān)S應(yīng)和!?。b__(選填“a”或“b”)接觸; (3)工人在鍛壓機(jī)、沖床、鉆床等機(jī)器上勞動(dòng)時(shí),稍
42、有不慎就會(huì)把手壓在里面,造成工傷事故.如果將上述控制電路中的電燈換成驅(qū)動(dòng)這些機(jī)器工作的電機(jī),這時(shí)電路中開關(guān)S應(yīng)和?。?!_a__(選填“a”或“b”)接觸,這樣,當(dāng)工人不慎將手伸入危險(xiǎn)區(qū)域時(shí),由于遮住了光線,光控繼電器銜鐵立即動(dòng)作,使機(jī)床停止工作,避免事故發(fā)生. 解析 (1)依題意知,可見光的波長范圍為 400×10-9 m~770×10-9 m. 而金屬銫的極限波長為λ=0.660 0×10-6 m=660 nm,鈉的極限波長為λ1=0.500 0×10-6 m=500 nm,因此,光電管陰極K上應(yīng)涂金屬銫或鈉. (2)深沉的夜色中,線圈中無電流,但燈仍正常工作,船舶依靠航標(biāo)燈指引航道,所以控制電路中的開關(guān)S應(yīng)和b接觸. (3)若將上述控制電路中的電燈換成電機(jī),在手遮住光線之前,電機(jī)應(yīng)是正常工作的,此時(shí)銜鐵與a接觸,所以電路中的開關(guān)S應(yīng)和a接觸. 16
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