高中物理人教版 (新课标)选修3第十七章 波粒二象性综合与测试教案

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[自我校对]


①hν


②eq \f(h,λ)


③hν－W0


④截止


⑤遏止


⑥饱和


⑦瞬时


⑧ΔxΔp





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有关光电效应的问题主要有两个方面：一是关于光电效应现象的判断，二是运用光电效应方程进行计算．求解光电效应问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，准确把握它们的内在联系．


1．决定关系及联系





2．“光电子的动能”可以是介于0～Ekm的任意值，只有从金属表面逸出的光电子才具有最大初动能，且随入射光频率增大而增大．


3．光电效应是单个光子和单个电子之间的相互作用产生的，金属中的某个电子只能吸收一个光子的能量，只有当电子吸收的能量足够克服原子核的引力而逸出时，才能产生光电效应．


4．入射光强度指的是单位时间内入射到金属表面单位面积上的光子的总能量，在入射光频率ν不变时，光强正比于单位时间内照到金属表面单位面积上的光子数，但若入射光频率不同，即使光强相同，单位时间内照到金属表面单位面积上的光子数也不相同，因而从金属表面逸出的光电子数也不相同(形成的光电流也不相同)．


(多选)如图17­1所示是现代化工业生产中部分光电控制设备用到的光控继电器的示意图，它由电源、光电管、放大器等几部分组成．当用绿光照射图中光电管阴极K时，可发生光电效应，则以下说法中正确的是 ( )





图17­1


A．增大绿光的照射强度，光电子的最大初动能增大


B．增大绿光的照射强度，电路中的光电流增大


C．改用比绿光波长大的光照射光电管阴极K时，电路中一定有光电流


D．改用比绿光频率大的光照射光电管阴极K时，电路中一定有光电流


【解析】 光电子的最大初动能由入射光的频率决定，选项A错误；增大绿光的照射强度，单位时间内入射的光子数增多，所以光电流增大，选项B正确；改用比绿光波长更大的光照射时，该光的频率不一定满足发生光电效应的条件，故选项C错误；若改用频率比绿光大的光照射，一定能发生光电效应，故选项D正确．


【答案】 BD





1某种色光强度的改变决定单位时间入射光子数目改变，光子能量不变.


2光电效应中光电子的最大初动能与入射光频率和金属材料有关，与光的强度无关.





1.现在提到的波动性和粒子性与17世纪提出的波动说和粒子说不同．当时的两种学说是相互对立的，都企图用一种观点去说明光的各种“行为”，这是由于传统观念的影响，这些传统观念是人们观察周围的宏观物体形成的．


2．波动性和粒子性在宏观现象中是相互对立的、矛盾的，但对于光子这样的微观粒子却只有从波粒二象性的角度出发，才能统一说明光的各种“行为”．


3．光子说并不否认光的电磁说，按光子说，光子的能量ε＝hν，其中ν表示光的频率，即表示了波的特征，而且从光子说或电磁说推导电子的动量都得到一致的结论．可见，光的确具有波动性，也具有粒子性．


从光的波粒二象性出发，下列说法正确的是( )


A．光是高速运动的微观粒子，每个光子都具有波粒二象性


B．光的频率越高，光子的能量越大


C．在光的干涉中，暗条纹的地方是光子不会到达的地方


D．在光的干涉中，光子一定到达亮条纹的地方


【解析】 一个光子谈不上波动性，A错误；暗条纹是光子到达概率小的地方，C错误；光的频率越高，光子的能量E＝hν越大，在光的干涉现象中，光子到达的概率大小决定光屏上出现明、暗条纹，但不能说光子一定到达亮条纹处，故B选项正确，D选项错误．


【答案】 B





1．(多选)以下说法中正确的是( )


A．光波和物质波都是概率波


B．实物粒子不具有波动性


C．实物粒子也具有波动性，只是不明显


D．光的波动性是光子之间相互作用引起的


【解析】 光波和物质波都是概率波，可通过波动规律来确定，故A、C正确，B错误；光的波动性是光的属性，不是光子间相互作用引起的，D错误．


【答案】 AC


2．(多选)在单缝衍射实验中，中央亮纹的光强占从单缝射入的整个光强的95%以上．假设现在只让一个光子能通过单缝，那么该光子( )


A．一定落在中央亮纹处


B．一定落在亮纹处


C．可能落在亮纹处，也可能落在暗纹处


D．落在中央亮纹处的可能性最大


【解析】 根据光的概率波的概念，对于一个光子通过单缝落在何处，是不可确定的，但概率最大的是落在中央亮纹处，可达95%以上．当然也可能落在其他亮纹处，还可能落在暗纹处，只不过落在暗处的概率很小而已，故C、D正确．


【答案】 CD


3．已知光速为c，普朗克常数为h，则频率为ν的光子的动量为________．用该频率的光垂直照射平面镜，光被镜面全部垂直反射回去，则光子在反射前后动量改变量的大小为________．


【解析】 光速为c，频率为ν的光子的波长λ＝eq \f(c,ν)，光子的动量p＝eq \f(h,λ)＝eq \f(hν,c).用该频率的光垂直照射平面镜，光被垂直反射，则光子在反射前后动量方向相反，取反射后的方向为正方向，则反射前后动量改变量Δp＝p2－p1＝eq \f(2hν,c).


【答案】 eq \f(hν,c) eq \f(2hν,c)


4．在某次光电效应实验中，得到的遏止电压Uc与入射光的频率ν的关系如图17­2所示．若该直线的斜率和截距分别为k和b，电子电荷量的绝对值为e，则普朗克常量可表示为________，所用材料的逸出功可表示为________．





图17­2


【解析】 根据光电效应方程Ekm＝hν－W0及Ekm＝eUc得Uc＝eq \f(hν,e)－eq \f(W0,e)，故eq \f(h,e)＝k，b＝－eq \f(W0,e)，得h＝ek，W0＝－eb.


【答案】 ek －eb


5．几种金属的逸出功W0见下表：


用一束可见光照射上述金属的表面，请通过计算说明哪些能发生光电效应．已知该可见光的波长范围为4.0×10－7～7.6×10－7m，普朗克常数h＝6.63×10－34J·s.


【解析】 光子的能量E＝eq \f(hc,λ)


取λ＝4.0×10－7m，则E≈5.0×10－19 J


根据E＞W0判断，钠、钾、铷能发生光电效应．


【答案】 钠、钾、铷能发生光电效应．





光电效应规律及其应用
光的波粒二象性的进一步理解
金属
钨
钙
钠
钾
铷
W0(×10－19J)
7.26
5.12
3.66
3.60
3.14