高中物理 第2章 波和粒子學(xué)案 滬科版選修35

第2章 波和粒子一、光子能量的計算1一個光子的能量Eh，其中h是普朗克常量，是光的頻率2一束光的能量Enh，n為光子數(shù)目3頻率與波長的關(guān)系：.例1激光器是一個特殊的光源，它發(fā)出的光便是激光，紅寶石激光器發(fā)射的激光是不連續(xù)的一道一道的閃光，每道閃光稱為一個光脈沖，現(xiàn)有一紅寶石激光器，發(fā)射功率為1.01010 W，所發(fā)射的每個光脈沖持續(xù)的時間t為1.01011 s，波長為793.4 nm.問每列光脈沖的長度l是多少？其中含有的光子數(shù)n是多少？解析以t、l和c分別表示光脈沖的持續(xù)時間、長度和光在真空中的傳播速度，由題意可知lct以P和E表示紅寶石激光器發(fā)射的功率和光脈沖的能量，則有：EPt以和表示紅寶石激光的波長和頻率，則有，因此就得到每個紅寶石激光光子的能量h由式得到該列光脈沖含有的光子數(shù)n將數(shù)據(jù)代入式，就得到該列光脈沖的長度，含有的光子數(shù)分別為l3.0103 m3.0 mm，n4.01017個答案3.0 mm4.01017個二、光電效應(yīng)規(guī)律及光電效應(yīng)方程1產(chǎn)生條件：入射光頻率大于被照射金屬的極限頻率2入射光頻率決定每個光子的能量Eh決定光電子逸出后的最大動能3入射光強(qiáng)度決定每秒鐘逸出的光電子數(shù)決定光電流的大小4愛因斯坦光電效應(yīng)方程EkmhW.W表示金屬的逸出功，又0表示金屬的極限頻率，則Wh0.例2關(guān)于光電效應(yīng)，下列說法正確的是()A極限頻率越大的金屬材料逸出功越大B只要光照射的時間足夠長，任何金屬都能產(chǎn)生光電效應(yīng)C從金屬表面出來的光電子的最大動能越大，這種金屬的逸出功越小D入射光的光強(qiáng)一定時，頻率越高，單位時間內(nèi)逸出的光電子數(shù)就越多解析由愛因斯坦光電效應(yīng)方程可知EkmhW，所以極限頻率越大，逸出功越大，A正確低于極限頻率的光，無論強(qiáng)度多大，照射時間多長，都不可能產(chǎn)生光電效應(yīng)，B錯誤光電子的最大動能還與入射光光子的頻率有關(guān)，C錯誤光強(qiáng)Inh，光強(qiáng)一定時，當(dāng)頻率變大時，光子數(shù)反而變少，光電子數(shù)變少，D錯誤答案A例3用波長為2.0107 m的紫外線照射鎢的表面，釋放出來的光電子中的最大動能是4.71019 J由此可知，鎢的極限頻率是(普朗克常量h6.631034 Js，光速c3.0108 m/s，結(jié)果取兩位有效數(shù)字)()A5.51014 Hz B7.91014 HzC9.81014 Hz D1.21015 Hz解析由愛因斯坦光電效應(yīng)方程得hEkmW，而金屬的逸出功Wh0，由以上兩式得，鎢的極限頻率為：07.91014 Hz，B項正確答案B三、圖像在光電效應(yīng)規(guī)律中的應(yīng)用1Ekm圖像根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程EkmhW，光電子的最大初動能Ekm是入射光頻率的一次函數(shù)，圖像如圖1所示圖1其橫軸截距為金屬的極限頻率0，縱軸截距是金屬的逸出功的負(fù)值；斜率為普朗克常量h.2IU圖像光電流強(qiáng)度I隨光電管兩極間電壓U的變化圖像圖2中Im為飽和光電流，U0為遏止電壓利用meveU0可得光電子的最大動能圖2例4用不同頻率的紫外線分別照射鎢和鋅的表面而產(chǎn)生光電效應(yīng)，可得到光電子的最大動能Ekm隨入射光頻率變化的Ekm圖像已知鎢的逸出功是3.28 eV，鋅的逸出功是3.34 eV，若將二者的圖線畫在同一個坐標(biāo)圖中，以實線表示鎢，虛線表示鋅，如圖所示，則正確反映這一過程的圖像是()解析根據(jù)EkmhW知，圖像斜率代表普朗克常量h，所以兩條線應(yīng)平行；橫軸截距代表了極限頻率0，0，因此鋅的0大些答案A例5在光電效應(yīng)實驗中，飛飛同學(xué)用同一光電管在不同實驗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3所示則可判斷出()圖3A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)的極限頻率大于丙光的極限頻率D甲光對應(yīng)的光電子最大動能大于丙光的光電子最大動能解析由題圖可知，甲、乙兩光對應(yīng)的反向截止電壓均為U02，由愛因斯坦光電效應(yīng)方程EkmhW及eU020Ekm可知甲、乙兩光頻率相同，且均小于丙光頻率，選項A、C均錯；甲光頻率小，則甲光對應(yīng)的光電子最大動能小于丙光的光電子最大動能，選項D錯誤；乙光頻率小于丙光頻率，故乙光的波長大于丙光的波長，選項B正確答案B1下列有關(guān)光的說法中正確的是()A光電效應(yīng)表明在一定條件下，光子可以轉(zhuǎn)化為電子B大量光子易表現(xiàn)出波動性，少量光子易表現(xiàn)出粒子性C光有時是波，有時是粒子D康普頓效應(yīng)表明光子和電子、質(zhì)子等實物粒子一樣也具有能量和動量答案BD2能引起人的眼睛視覺效應(yīng)的最小能量為1018 J，已知可見光的平均波長約為0.6 m，普朗克常量h6.631034 Js，則進(jìn)入人眼的能量子數(shù)至少為()A1個 B3個 C30個 D300個答案B解析可見光的平均頻率，能量子的平均能量為Eh，引起視覺效應(yīng)時EnnE，聯(lián)立可得n3，B正確3根據(jù)不確定關(guān)系xpx，判斷下列說法正確的是()A采取辦法提高測量x精度時，px的精度下降B采取辦法提高測量x精度時，px的精度上升Cx與px測量精度與測量儀器及測量方法是否完備有關(guān)Dx與px測量精度與測量儀器及測量方法是否完備無關(guān)答案AD解析不確定關(guān)系表明無論采用什么方法試圖確定坐標(biāo)和相應(yīng)動量中的一個，必然引起另一個較大的不確定性，這樣的結(jié)果與測量儀器及測量方法是否完備無關(guān)，無論怎樣改善測量儀器和測量方法，都不可能逾越不確定關(guān)系所給出的限度故A、D正確圖44.利用光電管研究光電效應(yīng)實驗如圖4所示，用極限頻率為0的可見光照射陰極K，電流表中有電流通過，則()A用紫外線照射，電流表中不一定有電流通過B用紫外線照射，電流表中一定有電流通過C用頻率為0的可見光照射K，當(dāng)滑動變阻器的滑動觸頭移到C端，電流表中一定無電流通過D用頻率為0的可見光照射K，當(dāng)滑動變阻器的滑動觸頭向B端滑動時，電流表示數(shù)可能不變答案BD解析紫外線的頻率大于可見光的頻率，故一定能產(chǎn)生光電效應(yīng)故A錯，B對；盡管P滑到C端但仍有少量電子能從金屬板逸出到達(dá)陽極A，即有微弱電流，故C錯當(dāng)光電流強(qiáng)度達(dá)到飽和時，既使增加正向電壓光電流也不再增大，D對5已知金屬鈉產(chǎn)生光電效應(yīng)的極限頻率是6.001014 Hz(1)求金屬鈉的電子逸出功；(2)如果用某種單色光照射金屬鈉，發(fā)射的光電子的最大初動能是1.14 eV，求這種單色光的波長答案(1)2.49 eV(2)3.42107 m解析(1)Wh06.6310346.001014 J3.981019 J2.49 eV.(2)由愛因斯坦光電效應(yīng)方程hWEkm，得hWEkm(2.491.14) eV3.63 eV，所以 m3.42107 m.6EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F375