（全國(guó)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

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1、 第32講　波粒二象性 考綱要求 考情分析 命題趨勢(shì) 1.光電效應(yīng)Ⅰ 2．愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ⅰ 2016·全國(guó)卷Ⅰ，35(1) 高考對(duì)本部分知識(shí)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(duì)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(lái)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(wú)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(shuō)及光電效應(yīng)方程 (1)光子說(shuō)：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(lái)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(shuō)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(zhǎng)越長(zhǎng)，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(shuō)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(guó)物理學(xué)家普朗克提出了量子假說(shuō)，成功地解釋了光電效應(yīng)規(guī)律．(　×　) (6)美國(guó)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(guó)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(lái)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(wú)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(duì)頻率相同的光照射金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)而言的，對(duì)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(jiǎn)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(zhǎng)λc的關(guān)系：W0＝hνc＝h． [例2](2017·湖北武漢模擬)從1907年起，美國(guó)物理學(xué)家密立根開始以精湛的技術(shù)測(cè)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(cè)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(cè)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(zhǎng)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(zhǎng)與之對(duì)應(yīng)．例如飛行子彈的波長(zhǎng)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(zhǎng)太小，難以觀測(cè)． (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(shuō)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(shuō)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(duì)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(duì)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(duì)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(zhǎng)大于丙光的波長(zhǎng) C．乙光對(duì)應(yīng)的截止頻率大于丙光的截止頻率 D．甲光對(duì)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(lái)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(duì)應(yīng)的遏止電壓相等，且小于丙光對(duì)應(yīng)的遏止電壓，所以甲光和乙光對(duì)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(wú)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(zhǎng)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(zhǎng)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(yáng)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(yáng)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(duì)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(yáng)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(zhǎng)的光組成，不同波長(zhǎng)的光的強(qiáng)度如圖所示．表中給出了一些材料的極限波長(zhǎng)，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(zhǎng)(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(zhǎng)不高于金屬的極限波長(zhǎng)．由題可知，入射光的波長(zhǎng)大約介于25 nm～420 nm，包含有小于這三種金屬極限波長(zhǎng)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(shuō)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(shuō)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(zhǎng)也相等 解析　光電效應(yīng)說(shuō)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(shuō)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(shuō)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(zhǎng)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(zhǎng)較短，所以選項(xiàng)D錯(cuò)誤． 1．(2017·北京卷)2017年年初，我國(guó)研制的“大連光源”——極紫外自由電子激光裝置，發(fā)出了波長(zhǎng)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(guó)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(cè)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(shuō)法正確的是(　BC　) A．若νa>νb，則一定有Uaνb，則一定有Eka>Ekb C．若Uaνb，則一定有hνa－Eka>hνb－Ekb 解析　光照射到同種金屬上，同種金屬的逸出功相同．若νa＞νb，據(jù)hν－W0＝Ek，得Eka＞Ekb，則選項(xiàng)B正確；由hν－W0＝Ek＝eU，可知當(dāng)νa＞νb時(shí)Ua＞Ub，則選項(xiàng)A錯(cuò)誤；若Ua＞Ub說(shuō)明Eka＞Ekb，

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(shuō)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(wú)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(wú)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(lái)研究晶體的結(jié)構(gòu) D．人們利用電子顯微鏡觀測(cè)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(wú)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(lái)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(shí)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(duì)于光電效應(yīng)的認(rèn)識(shí)，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(yáng)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(chǎng)．逐漸增大U，光電流會(huì)逐漸減??；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(chǎng)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(duì)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(duì)光電效應(yīng)規(guī)律的理解，對(duì)光電效應(yīng)方程的理解和對(duì)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(zhǎng)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(wú)關(guān)，不能發(fā)生光電效應(yīng)，說(shuō)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(shuō)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(wú)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(wú)關(guān)，選項(xiàng)D錯(cuò)誤． 4．一個(gè)德布羅意波波長(zhǎng)為λ1的中子和另一個(gè)德布羅意波波長(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)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(wú)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(shuō)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(wú)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(duì)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(shuō)法正確的是(　CD　) A．光子改變?cè)瓉?lái)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(zhǎng)大于入射光子的波長(zhǎng) 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?cè)瓉?lái)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(shuō)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(duì)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(wú)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(cè)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(yáng)極__(填“陰極”或“陽(yáng)極”)； (2)實(shí)驗(yàn)中測(cè)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(zhǎng)，又知可見光的波長(zhǎng)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(zhǎng)： 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(zhǎng)(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(zhǎng)范圍為 400×10－9 m～770×10－9 m． 而金屬銫的極限波長(zhǎng)為λ＝0.660 0×10－6 m＝660 nm，鈉的極限波長(zhǎng)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(wú)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