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1、 第十七章 波粒二象性 章末復(fù)習(xí)課 【知識(shí)體系】 主題1　光電效應(yīng)及光電效應(yīng)方程 1.有關(guān)光電效應(yīng)的問題主要有兩個(gè)方面，一是關(guān)于光電效應(yīng)現(xiàn)象中有關(guān)規(guī)律的判斷，二是應(yīng)用光電效應(yīng)方程進(jìn)行簡單的計(jì)算．處理該類問題關(guān)鍵是掌握光電效應(yīng)的規(guī)律，明確各物理量之間的決定關(guān)系． 2.光電效應(yīng)的規(guī)律是：①截止頻率ν0，是能使金屬發(fā)生光電效應(yīng)的最低頻率，這也是判斷能否發(fā)生光電效應(yīng)的依據(jù)．若ν<ν0，無論多強(qiáng)的光照射時(shí)，都不能發(fā)生光電效應(yīng)；②最大初動(dòng)能Ek，與入射光的頻率和金屬的逸出功有關(guān)，與光強(qiáng)無關(guān)；③飽和光電流與光的強(qiáng)度有關(guān)，在入射光頻率不變的情況下，光強(qiáng)正比于單位時(shí)間內(nèi)照射到金屬表面單位

2、面積上的光子數(shù)． 3.光電子的最大初動(dòng)能跟入射光的能量hν、金屬逸出功W0的關(guān)系為光電效應(yīng)方程，表達(dá)式為Ek＝hν－W0，反映了光電效應(yīng)現(xiàn)象中的能量轉(zhuǎn)化和守恒． 【典例1】　關(guān)于光電效應(yīng)的規(guī)律，下列說法不正確的是(　　) A．當(dāng)某種色光照射金屬表面時(shí)，能產(chǎn)生光電效應(yīng)，則入射光的頻率越高，產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能越大 B．當(dāng)某種色光照射金屬表面時(shí)能產(chǎn)生光電效應(yīng)，則入射光的強(qiáng)度越大產(chǎn)生的光電子數(shù)越多 C．對(duì)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(yīng) D．同一頻率的光照射不同金屬，如果都能產(chǎn)生光電效應(yīng)，則逸出功越大的金屬產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能也越大 解析：由愛因斯坦光電效

3、應(yīng)方程Ek＝hν－W0可知，入射光頻率ν越高，Ek值越大，故A項(xiàng)正確；當(dāng)某種色光照射金屬表面能產(chǎn)生光電子，入射光強(qiáng)度越大，單位時(shí)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(duì)一的關(guān)系，因而產(chǎn)生的光電子數(shù)越多，故B項(xiàng)正確；產(chǎn)生光電效應(yīng)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(yīng)，故C項(xiàng)正確；不同金屬W0不一樣，由Ek＝hν－W0知，同頻率的光照射時(shí)，逸出功W0大的金屬，光電子的最大初動(dòng)能小，所以D項(xiàng)錯(cuò)誤． 答案：D 針對(duì)訓(xùn)練 1．(多選)由愛因斯坦光電效應(yīng)方程可以畫出光電子的最大初動(dòng)能和入射光的頻率的關(guān)系，如圖所示，以下說法正確的是(　

4、　) A．νc表示截止頻率 B．W0的絕對(duì)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(dòng)能與入射光頻率成正比 解析：由愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0可知，當(dāng)Ek＝0時(shí)，νc＝即為某金屬的截止頻率；當(dāng)ν＝0時(shí)，Ek＝－W0，可見W0的絕對(duì)值就是該金屬對(duì)應(yīng)的逸出功；而該直線的斜率tan α＝＝h即為普朗克常量．故選項(xiàng)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(dòng)性，比如干涉、衍射現(xiàn)象中，如果用強(qiáng)光照射，在光屏上立刻出現(xiàn)了干涉、衍射條紋，波動(dòng)性體現(xiàn)了出來；個(gè)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

5、上就只能觀察到一些分布毫無規(guī)律的光點(diǎn)，粒子性充分體現(xiàn)；但是如果微弱的光在照射時(shí)間加長的情況下，在感光底片上的光點(diǎn)分布又會(huì)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(shí)驗(yàn)為人們認(rèn)識(shí)光的波粒二象性提供了良好的依據(jù)． 2．光子和電子、質(zhì)子等實(shí)物粒子一樣，具有能量和動(dòng)量．和其他物質(zhì)相互作用時(shí)，粒子性起主導(dǎo)作用． 3．光子的能量與其對(duì)應(yīng)的頻率成正比，而頻率是波動(dòng)性特征的物理量，因此ε＝hν揭示了光的粒子性和波動(dòng)性之間的密切聯(lián)系． 4．對(duì)不同頻率的光，頻率低、波長長的光，波動(dòng)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(shí)體現(xiàn)出波動(dòng)性，在與其他物質(zhì)相互作用時(shí)體現(xiàn)出粒子性．

6、 6．處理光的波粒二象性的關(guān)鍵是正確理解其二象性，搞清光波是一種概率波． 【典例2】　關(guān)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(jī)械波是同種波 C．光的波動(dòng)性是由光子間的相互作用而形成的 D．光是一種波，同時(shí)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(shí)也是一種粒子，光具有波粒二象性，當(dāng)光和物質(zhì)作用時(shí)，是“一份一份”的，表現(xiàn)出粒子性；單個(gè)光子通過雙縫后的落點(diǎn)無法預(yù)測，但大量光子通過雙縫后在空間各點(diǎn)出現(xiàn)的可能性可以用波動(dòng)規(guī)律描述． 答案：D 針對(duì)訓(xùn)練 2．(多選)對(duì)光的

7、認(rèn)識(shí)，以下說法中正確的是(　　) A．個(gè)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(dòng)性 B．光的波動(dòng)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(dòng)性時(shí)，就不具有粒子性了；光表現(xiàn)出粒子性時(shí)，就不再具有波動(dòng)性了 D．光的波粒二象性應(yīng)理解為：在某種場合下光的波動(dòng)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(gè)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(dòng)性；光與物質(zhì)相互作用，表現(xiàn)為粒子性，光的傳播表現(xiàn)為波動(dòng)性，光的波動(dòng)性與粒子性都是光的本質(zhì)屬性，光的粒子性表現(xiàn)明顯時(shí)仍具有波動(dòng)性，因?yàn)榇罅苛Ｗ拥膫€(gè)別行為呈現(xiàn)出波動(dòng)規(guī)律，故正確選項(xiàng)有A、B、D.

8、答案：ABD 統(tǒng)攬考情 本章內(nèi)容定性要求的多，定量計(jì)算的少，高考一般重點(diǎn)是考查：①光子能量的理解；②光電效應(yīng)現(xiàn)象及光電效應(yīng)方程的理解；③光的波粒二象性以及物質(zhì)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(duì)知識(shí)的掌握必須做到系統(tǒng)化、條理化． 真題例析 (2016全國Ⅰ卷)(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(　　) 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

9、，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：保持入射光的頻率不變，入射光的光強(qiáng)變大，單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子個(gè)數(shù)增加，則飽和光電流變大，故A正確．飽和光電流的大小與入射光的頻率無直接關(guān)系，故B錯(cuò)．由Ek＝hν－W，可知C正確．當(dāng)入射光的頻率小于金屬的極限頻率時(shí)，光電效應(yīng)不能發(fā)生，故D錯(cuò)．由eU＝mv2＝hν－W，得eU＝hν－W，可見遏止電壓U隨ν的增大而增大，與入射光的光強(qiáng)無關(guān)，故E正確． 答案：ACE 針對(duì)訓(xùn)練 (2015課標(biāo)全國Ⅱ卷)(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(　　) A．電子束通過雙縫實(shí)驗(yàn)裝置后可

10、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：電子束通過雙縫實(shí)驗(yàn)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(huì)留下清晰的徑跡，可以說明β射線是一種粒子，故B錯(cuò)誤；人們利用慢中子衍射來研究晶體的結(jié)構(gòu)，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(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)，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(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)

11、度無關(guān)，說明光是一種粒子，故E錯(cuò)誤． 答案：ACD 1．(2017全國卷Ⅲ)(多選)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(　　) A．若νa>νb，則一定有Ua＜Ub B．若νa>νb，則一定有Eka＞Ekb C．若Ua＜Ub，則一定有Eka＜Ekb D．若νa>νb，則一定有hνa－Eka＞hνb－Ekb 解析：由愛因斯坦光電效應(yīng)方程hν＝Ekm＋W0，由動(dòng)能定理可得Ekm＝eU，故當(dāng)νa＞νb時(shí)，Ua＞Ub，Eka＞Ekb，故A錯(cuò)

12、誤，B正確；若Ua＜Ub，則一定有Eka＜Ekb，故C正確；由光電效應(yīng)方程可得：金屬的逸出功W0＝hνa－Eka＝hνb－Ekb，故D錯(cuò)誤. 答案：BC 2．(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(1 nm＝10－9 m)附近連續(xù)可調(diào)的世界上首個(gè)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＝6.610－34 Js，真空光速c＝

13、3108 m/s)(　　) A．10－21 J　　　　 B．10－18 J C．10－15 J D．10－12 J 解析：能夠電離一個(gè)分子的能量即為一個(gè)極紫外波段的光子所具有的能量，E＝hν＝h＝6.610－34 J≈210－18 J，B選項(xiàng)正確. 答案：B 3．(2017海南卷)(多選)三束單色光1、2和3的波長分別為λ1、λ2和λ3(λ1＞λ2＞λ3)，分別用這三束光照射同一種金屬.已知用光束2照射時(shí)，恰能產(chǎn)生光電子，下列說法正確的是(　　) A．用光束1照射時(shí)，不能產(chǎn)生光電子 B．用光束3照射時(shí)，不能產(chǎn)生光電子 C．用光束2照射時(shí)，光越強(qiáng)，單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的光電子數(shù)目越

14、多 D．用光束2照射時(shí)，光越強(qiáng)，產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能越大 解析：依據(jù)波長與頻率的關(guān)系：λ＝，因λ1＞λ2＞λ3，那么ν1＜ν2＜ν3；由于用光束2照射時(shí)，恰能產(chǎn)生光電子，因此用光束1照射時(shí)，不能產(chǎn)生電子，而光束3照射時(shí)，一定能產(chǎn)生光電子，故A正確，B錯(cuò)誤；用光束2照射時(shí)，光越強(qiáng)，單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的光電子數(shù)目越多，而由光電效應(yīng)方程：Ekm＝hν－W，可知，光電子的最大初動(dòng)能與光的強(qiáng)弱無關(guān)，故C正確，D錯(cuò)誤，故選AC. 答案：AC 4．(多選)如圖所示，這是一個(gè)研究光電效應(yīng)的電路圖，下列敘述中正確的是(　　) A．只調(diào)換電源的極性，移動(dòng)滑片P，當(dāng)電流表示數(shù)為零時(shí)，電壓表示數(shù)為遏止電

15、壓U0的數(shù)值 B．保持光照條件不變，滑片P向右滑動(dòng)的過程中，電流表示數(shù)將一直增大 C．不改變光束顏色和電路，增大入射光束強(qiáng)度，電流表示數(shù)會(huì)增大 D．陰極K需要預(yù)熱，光束照射后需要一定的時(shí)間才會(huì)有光電流 解析：當(dāng)只調(diào)換電源的極性時(shí)，電子從K到A減速運(yùn)動(dòng)，到A恰好速度為零時(shí)對(duì)應(yīng)電壓為遏止電壓，所以A項(xiàng)正確；當(dāng)其他條件不變，P向右滑動(dòng)，加在光電管兩端的電壓增加，光電子運(yùn)動(dòng)更快，由I＝，得電流表讀數(shù)變大，B項(xiàng)正確；只改變光束強(qiáng)度時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)光電子數(shù)變多，電流表示數(shù)變大，C項(xiàng)正確；因?yàn)楣怆娦?yīng)的發(fā)生是瞬間的，陰極K不需要預(yù)熱，所以D項(xiàng)錯(cuò)． 答案：ABC 6EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F375