人教版 (2019)选择性必修 第三册2 光电效应第2课时导学案

这是一份人教版 (2019)选择性必修 第三册2 光电效应第2课时导学案，共8页。学案主要包含了康普顿效应和光子的动量，光的波粒二象性等内容，欢迎下载使用。

知道光的波粒二象性，理解其对应统一的关系．
会用光的波粒二象性分析有关现象．
知识点一、康普顿效应和光子的动量
1．光的散射：光在介质中与物质微粒相互作用，因而传播方向发生改变的现象．
2．康普顿效应：康普顿在研究石墨对X射线的散射时，发现在散射的X射线中，除了与入射波长λ0相同的成分外，还有波长大于λ0的成分，这个现象称为康普顿效应．
3．康普顿效应的意义：深入地揭示了光的粒子性的一面，表明光子除了具有能量之外还具有动量．
4．光子的能量和动量
(1)能量：ε＝hν.
(2)动量：p＝eq \f(h,λ).
(3)意义
能量ε和动量p是描述物质的粒子性的重要物理量；波长λ和频率ν是描述物质的波动性的典型物理量．因此ε＝hν和p＝eq \f(h,λ)揭示了光的粒子性和波动性之间的密切关系．
知识点二、光的波粒二象性
(1)光既有波动性又具有粒子性，即光具有波粒二象性。
(2)大量光子产生的效果往往显示出波动性，个别光子产生的效果往往显示出粒子性。
(3)频率越高的光，粒子性越明显；频率越低的光，波动性越明显。
(4)光在传播过程中往往显示出波动性，在与物质作用时往往显示出粒子性。
【点睛】
1.光既有波动性又有粒子性，二者是统一的.
2.光表现为波动性，只是光的波动性显著，粒子性不显著而已.
3.光表现为粒子性，只是光的粒子性显著，波动性不显著而已.
1.下列关于光的波粒二象性的说法中，正确的是( )
A．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
C．光的波长越长，其波动性越显著；波长越短，其粒子性越显著
D．大量光子的行为往往显示出粒子性
【解析】 一切光都具有波粒二象性，光的有些行为(如干涉、衍射)表现出波动性，有些行为(如光电效应)表现出粒子性，所以，不能说有的光是波，有的光是粒子．虽然光子与电子都是微观粒子，都具有波粒二象性，但电子是实物粒子，有静止质量，光子不是实物粒子，没有静止质量，电子是以实物形式存在的物质，光子是以场形式存在的物质，所以，不能说光子与电子是同样的一种粒子．光的波粒二象性的理论和实验表明，大量光子的行为表现出波动性，个别光子的行为表现出粒子性．光的波长越长，衍射性越好，即波动性越显著，光的波长越短，其光子能量越大，个别或少数光子的作用就足以引起光接收装置的反应，所以其粒子性就很显著，故C正确，A、B、D错误．
【答案】 C
2.(多选)关于光的本性，下列说法中正确的是 ( )
A．关于光的本性，牛顿提出“微粒说”．惠更斯提出“波动说”，爱因斯坦提出“光子说”，它们都说明了光的本性
B．光具有波粒二象性是指：既可以把光看成宏观概念上的波，也可以看成微观概念上的粒子
C．光的干涉、衍射现象说明光具有波动性
D．光电效应说明光具有粒子性
【解析】 光的波动性指大量光子在空间各点出现的可能性的大小可以用波动规律来描述，不是惠更斯的波动说中宏观意义下的机械波，光的粒子性是指光的能量是一份一份的，每一份是一个光子，不是牛顿微粒说中的经典微粒．某现象说明光具有波动性，是指波动理论能解释这一现象．某现象说明光具有粒子性，是指能用粒子说解释这个现象．要区分说法和物理史实与波粒二象性之间的关系．C、D正确，A、B错误．
【答案】 CD
1．“4G改变生活，5G改变社会”，中国已正式进入5G时代．4G所使用的电磁波频率一般都低于6GHz（1G=109）， 而5G所用的电磁波频率一般在24GHz到100GHz之间，与4G使用的电磁波相比，5G使用的电磁波（ ）
A．光子能量较小B．光子动量较大
C．在真空中传播速度更大D．遇到障碍物更容易发生衍射现象
【答案】B
【详解】
A．根据光子能量可知5G使用的电磁波光子能量较大，A错误；
B．根据光子动量可知，5G使用的电磁波光子动量较大，B正确；
C．所有频率的光在真空中传播的速率均为，C错误；
D．由于波长可知5G使用的电磁波波长更短，遇到障碍物不容易发生衍射现象，D错误。
故选B。
2．关于粒子的波动性，下列说法正确的是（ ）
A．实物粒子具有波动性，仅是一种理论假设，无法通过实验验证
B．实物粒子的动能越大，其对应的德布罗意波波长越大
C．只有带电的实物粒子才具有波动性，不带电的粒子没有波动性
D．实物粒子的动量越大，其对应的德布罗意波的波长越短
【答案】D
【详解】
A．戴维孙和汤姆孙利用晶体做了电子衍射实验，得到电子的衍射图样，证明了实物粒子的波动性，故A错误；
BD．根据德布罗意的波长公式
又动量与动能的大小关系有
联立两式可得
所以，实物粒子的动量越大，其对应的德布罗意波的波长越短；实物粒子的动能越大，其对应的德布罗意波波长越短，故B错误，D正确；
C．粒子具不具有波动性与带不带电无关，故C错误。
故选D。
3．影响显微镜分辨本领的一个因素是波的衍射，衍射现象越明显，分辨本领越低。利用电子束工作的电子显微镜有较高的分辨本领，它是用高压对电子束加速，最后打在感光胶片上来观察显微图像。以下说法正确的是（ ）
A．加速电压越高，电子的波长越长，分辨本领越高
B．加速电压越高，电子的波长越短，衍射现象越明显
C．如果加速电压相同，则用质子束工作的显微镜比用电子束工作的显微镜分辨本领高
D．如果加速电压相同，则用质子束工作的显微镜和用电子束工作的显微镜分辨本领相同
【答案】C
【详解】
AB. 设加速电压为U，电子电荷量为e，质量为m，则
又，故
可得
对电子来说，加速电压越高，λ越小，衍射现象越不明显，分辨本领越高，故AB错误；
CD. 电子与质子比较，质子质量远大于电子质量，可知质子加速后的波长要小得多，衍射不明显，分辨本领强，故C正确，D错误；
故选C。
4．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．光子频率越大，波动性越明显
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】A
【详解】
A．光电效应现象揭示了光的粒子性，A正确；
B．光子频率越大，波长越小，粒子性越明显，B错误；
C．黑体辐射的实验规律不能使用光的波动性解释，而普朗克借助于能量子假说，完美的解释了黑体辐射规律，破除了“能量连续变化”的传统观念，C错误；
D．动能相等，根据
可知质子和电子的质量不同，所以动量不相等，根据德布罗意波长公式
则质子和电子的德布罗意波长也不相等，D错误。
故选A。
5．一束复色光沿方向射向半圆形玻璃砖的圆心O，与界面的夹角为。两条出射光光、光与法线的夹角分别为和，半圆形玻璃砖的半径为R，真空中光速为C。则下列说法正确的是（ ）
A．玻璃砖对光的折射率大于对光的折射率
B．在玻璃砖中光的速度小于光的速度
C．在玻璃砖中光光子的动量大于光光子的动量
D．光与光在玻璃砖中传播的时间差为
【答案】D
【详解】
A．OB光的折射率为
OC光的折射率为
故玻璃砖对OC光的折射率小于对OB光的折射率，A错误；
B．根据公式
折射率大的，速度小。所以在玻璃砖中OC光的速度大于OB光的速度，B错误；
C．由于玻璃砖对OC光的折射率小于对OB光的折射率，所以OB光对应的频率大，波长小。而根据公式
可知在玻璃砖中OC光光子的动量小于OB光光子的动量，C错误；
D．OB光在玻璃砖中传播的时间为
OC光在玻璃砖中传播的时间为
所以时间差为
D正确。
故选D。
6．利用金属晶格（大小约）作为障碍物观察电子的衍射图样，方法是让电子束通过电场加速后，照射到金属晶格上，从而得到电子的衍射图样。已知电子质量为m，电荷量为e，初速度为0，加速电压为U，普朗克常量为h，则下列说法中不正确的是（ ）
A．该实验说明了电子具有波动性
B．实验中电子束的德布罗意波的波长为
C．加速电压U越大，电子的衍射现象越明显
D．若用相同动能的质子替代电子，衍射现象将更不加明显
【答案】C
【详解】
A．能得到电子的衍射图样，说明电子具有波动性，A正确，不符合题意；
B．由德布罗意波的波长公式
及动量
可得
B正确，不符合题意；
C．由
可知，加速电压越大，电子的波长越小，衍射现象就越不明显，C错误，不符合题意；
D．用相同动能的质子替代电子，质子的波长变小，衍射现象与电子相比不明显，D正确，符合题意。
故选C。
7．如图为一玻璃球过球心O的横截面，两条可见光线1、2合在一起平行于横截面的直径从A点射入玻璃球，分成光线3、4。已知光线1、2与OA的夹角为60°，3、4与OA的夹角分别为45°、30°，则这两束光（ ）
A．3、4两种光对此种玻璃的折射率之比
B．3、4两种光在此种玻璃中的速度之比
C．光子动量p3＞p4
D．射向同一双缝干涉装置，其干涉条纹间距
【答案】B
【详解】
A．根据折射定律可得，光线3的折射率为
光线4的折射率为
则3、4两种光对此种玻璃的折射率之比为
故A错误；
B．根据可知，3、4两种光在此种玻璃中的速度之比为
故B正确；
C．光在介质中的传播频率不变，根据可知，由于，所以，根据光子动量可得，，故C错误；
D．根据干涉条纹间距公式可知，波长越大，干涉条纹间距越大，由于，则，故D错误。
故选B。
8．如图，弧光灯发出的光，经过下列实验后产生了两个重要的实验现象。①经过一狭缝后，在后面的锌板上形成明暗相间的条纹；②与锌板相连的验电器的铝箔张开了一定的角度。则这两个实验现象分别说明（ ）
A．①和②都说明光有波动性B．①和②都说明光有粒子性
C．①说明光有粒子性，②说明光有波动性D．①说明光有波动性，②说明光有粒子性
【答案】D
【详解】
现象①是光的干涉现象，该现象说明了光具有波动性。现象②是光电效应现象，该现象说明了光具有粒子性，故ABC错误，D正确。
故选D。