【物理】2018届一轮复习人教版波粒二象性光电效应学案

【物理】2018届一轮复习人教版波粒二象性光电效应学案

‎ ‎ 一、黑体辐射和量子 ‎1．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关。‎ ‎2．实验规律：‎ 随着温度升高，各种波长的电磁波辐射强度都增加，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。‎ ‎3．普朗克提出黑体辐射强度按波长分布的公式，理论与实验结果相符，但要求满足能量子假设。‎ ‎4．能量子ε=hν，其中ν为电磁波频率，普朗克常量h=6.63×10–34 J·s。‎ 二、光电效应 ‎1．实验规律：‎ ‎（1）每种金属都有一个发生光电效应的最小频率，称为截止频率或极限频率（νc）。‎ ‎（2）入射光的频率不变时，入射光越强，饱和光电流越大。光电流的强度（单位时间内发射的光电子数）与入射光的强度成正比。‎ ‎（3）入射光的频率不变时，存在一个使光电流减小到0的反向电压，即遏止电压（Uc）。表明光电子的能量只与入射光的频率有关，而与入射光的强度无关。‎ ‎（4）光照射到金属表面时，光电子的逸出几乎是瞬时的，精确测量为10–9 s。‎ ‎2．爱因斯坦光电效应方程：Ek=hν–W0‎ ‎3．光电流与电压的关系图象（I–U图象）‎ ‎ ‎ ‎（1）电压范围足够大时，电流的最大值为饱和光电流Im，图线与横轴交点的横坐标的绝对值为遏止电压Uc，光电子的最大初动能Ek=eUc。‎ ‎（2）频率相同的入射光，遏止电压相同，饱和光电流与光照强度成正比。‎ ‎（3）不同频率的入射光，遏止电压不同，入射光频率越大，遏止电压越大。‎ ‎4．最大初动能与入射光频率的关系图象（Ek–ν图象）‎ ‎（1）函数方程为Ek=hν–W0=hν–hνc。‎ ‎（2）图线斜率等于普朗克常量h，横轴截距等于截止频率vc，纵轴截距绝对值E等于逸出功W0=hνc。‎ ‎5．遏止电压与入射光频率的关系图象（Uc–ν图象）‎ ‎（1）函数方程为Uc=ν–=ν–。‎ ‎（2）图线斜率与电子电荷量的乘积等于普朗克常量h，横轴截距等于截止频率νc，纵轴截距的绝对值与电子电荷量的乘积等于逸出功。‎ 三、波粒二象性 ‎1．光的波粒二象性 ‎（1）光的波动性：光的干涉、衍射、偏振现象。‎ ‎（2）光的粒子性：光电效应、康普顿效应。‎ ‎（3）光既具有波动性，又具有粒子性，称为光的波粒二象性。‎ ‎2．康普顿效应 ‎（1）光电效应表明光子具有能量；康普顿效应表明光子既具有能量，又具有动量。‎ ‎（2）光子的动量p=。‎ ‎3．粒子的波粒二象性 ‎（1）德布罗意波（物质波）：‎ 频率ν=，波长λ=，其中ε为粒子能量，p为粒子动量，h为普朗克常量。‎ ‎（2）验证和应用：电子的衍射实验，电子显微镜。‎ ‎（3）光波和物质波都是概率波。‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ 黑体辐射的实验规律如图所示，由图可知 ‎ ‎ A．随温度升高，各种波长的辐射强度都增加 B．随温度降低，各种波长的辐射强度都增加 C．随温度升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动 D．随温度降低，辐射强度的极大值向波长较长的方向移动 ‎【参考答案】ACD ‎【详细解析】由图可知，随着温度的升高，各种波长的辐射强度都增加，且辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，ACD正确，B错误。‎ ‎【名师点睛】类似黑体辐射实验规律的知识，其数学原理推导困难，一般不要求掌握，所应用的领域（冶炼金属）的现象又不常见，这就要求在了解相关历史背景、历史沿革的前提下，进行主动记忆。‎ ‎ ‎ ‎1．关于黑体辐射的强度与波长的关系，如图所示正确的是 ‎ ‎ ‎【答案】B ‎【解析】黑体辐射的强度与温度有关，温度越高，黑体辐射的强度越大，随着温度升高，黑体辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，选B。‎ ‎ ‎ ‎ ‎ 用一单色光照射某种金属，有光电子从金属表面逸出，如果 A．增大入射光的强度，光电子的最大初动能增大 B．减小入射光的强度，就可能没有光电子逸出了 C．增大入射光的频率，逸出的光电子数目一定增多 D．减小入射光的频率，就可能没有光电子逸出了 ‎【参考答案】D ‎ ‎【名师点睛】光电效应问题的解题关键：（1）根据爱因斯坦光电效应方程分析光电子的最大初动能；（2）光强与光子数有关，光强与光电效应发生的次数有关，而与每次发生的光电效应无关。‎ ‎ ‎ ‎1．用如图所示的装置演示光电效应，当用某种频率的光照射光电管时，闭合开关S，此时电流表A的读数为I，若改用更高频率的光照射光电管 ‎ ‎ ‎ A．断开开关S，则一定有电流流过电流表A B．将滑动变阻器的触头c向b端移动，光电子到达阳极时的速度必将变小 C．只要电源的电压足够大，将滑动变阻器的触头c向a端移动，光电管中可能没有光电子产生 D．只要电源的电压足够大，将滑动变阻器的触头c向a端移动，电流表A读数可能为0‎ ‎【答案】AD ‎【解析】原来电路中，光电管两端加反向电压，此时有光电流，若改用更高频率的光照射光电管，且断开开关S，光电子的最大初动能增大，且无反向电压的减速，光电子一定能到达阳极，有光电流产生，A正确；将滑动变阻器的触头c向b端移动，光电管两端的反向电压减小，光电子到达阳极的速度必将增大，B错误；改用更高频率的光照射光电管，光电管中一定有光电子产生，C错误；只要电源的电压足够大，将滑动变阻器的触头c向a端移动，使光电管两端的反向电压达到遏止电压，光电子就不能到达阳极，无法形成光电流，则电流表A的读数可能为0，D正确。‎ ‎ ‎ ‎ ‎ 在验证光的波粒二象性的实验中，下列说法正确的是 A．使光子一个一个地通过单缝，如果时间足够长，底片上会出现衍射图样 B．单个光子通过单缝后，底片上会出现完整的衍射图样 C．光子通过单缝的运动路线像水波一样起伏 D．单个光子通过单缝后打在底片上的情况呈现随机性，大量光子通过单缝后打在底片上的情况呈现规律性 ‎【参考答案】AD ‎【详细解析】使光子一个一个地通过单缝，如果时间足够长，底片上中央到达的机会最多，其他地方机会较少，会出现衍射图样，A正确；单个光子通过单缝后，光子表现为粒子性，底片上只有一个光点，BC错误；单个光子通过单缝后打在底片的情况呈现随机性，大量光子通过单缝后打在底片上的情况呈现规律性，所以少量光子体现粒子性，大量光子体现波动性，D正确。‎ ‎【知识拓展】由，光子的频率（能量）越高，波长越小，越不容易发生干涉或衍射，波动性越不明显，表现为粒子性。‎ ‎ ‎ ‎1．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．可能落在暗纹处 D．落在中央亮纹处的可能性最大 ‎【答案】CD ‎【解析】根据光的概率波概念，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，也可能落在其他亮纹处，还可能落在暗纹处，AB错误；CD正确。‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎1．在实验室或工厂的高温炉子上开一小孔，小孔可看作黑体，由小孔的热辐射特征，就可以确定炉内的温度，如图所示，就是黑体的辐射强度与其辐射光波长的关系图象，则下列说法正确的是 ‎ ‎ A．T1 >T2‎ B．T1νb，则一定有Uaνb，则一定有Eka>Ekb C．若Uaνb，则一定有hνa–Eka>hνb–Ekb ‎11．（2017北京卷）2017年年初，我国研制的“大连光源”——极紫外自由电子激光装置，发出了波长在100 nm（1 nm=10–9 m）附近连续可调的世界上最强的极紫外激光脉冲。大连光源因其光子的能量大、密度高，可在能源利用、光刻技术、雾霾治理等领域的研究中发挥重要作用。一个处于极紫外波段的光子所具有的能量可以电离一个分子，但又不会把分子打碎。据此判断，能够电离一个分子的能量约为（取普朗克常量h=6.6×10–34 J·s，真空光速c=3×108 m/s）‎ A．10–21 J B．10–18 J C．10–15 J D．10–12 J ‎12．（2016新课标全国Ⅰ卷）现用某一光电管进行光电效应实验，当用某一频率的光入射时，有光电流产生。下列说法正确的是 A．保持入射光的频率不变，入射光的光强变大，饱和光电流变大 B．入射光的频率变高，饱和光电流变大 C．入射光的频率变高，光电子的最大初动能变大 D．保持入射光的光强不变，不断减小入射光的频率，始终有光电流产生 E．遏止电压的大小与入射光的频率有关，与入射光的光强无关 ‎13．（2015新课标全国Ⅱ卷）实物粒子和光都具有波粒二象性，下列事实中突出体现波动性的是 A．电子束通过双缝实验后可以形成干涉图样 B．β射线在云室中穿过会留下清晰的径迹 C．人们利用慢中子衍射来研究晶体的结构 D．人们利用电子显微镜观测物质的微观结构 E．光电效应实验中，光电子的最大初动能与入射光的频率有关，与入射光的强度无关 ‎14．（2015上海卷）‎ 用很弱的光做单缝衍射实验，改变曝光时间，在胶片上出现的图像如图所示，该实验表明 ‎ ‎ A．光的本质是波 B．光的本质是粒子 C．光的能量在胶片上分布不均匀 D．光到达胶片上不同位置的概率相同 ‎15．（2015江苏卷）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．热中子束射到晶体上产生衍射图样说明中子具有波动性 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 ‎ ‎ ‎ ‎ ‎1．AD【解析】不同温度的物体向外辐射的电磁波的波长范围是不相同的，温度越高向外辐射的能量中波长短的波越多，所以T1>T2，A正确，B错误；随温度的升高，相同波长的光辐射强度都会增加，同时最大辐射强度向左侧移动，即向波长较短的方向移动，C错误，D正确。‎ ‎2.BD ‎ ‎3．AC【解析】光子的能量大于钨的逸出功时，才有光电子逸出，光子的能量要大于4.5 eV；加正向电压时，逸出的光电子一定能到达金属网处；加反向电压时，入射光子的能量hν≥W0+eU时，逸出的光电子才能到达金属网处。故BD中光电子能到达金属网处，AC中没有光电子到达金属网处，选AC。‎ ‎4．ABC【解析】甲光、乙光的遏止电压相等，则甲、乙光的频率相等，甲光的光电流比乙光大，则甲光的光照强度比乙光大，A正确；由，甲、乙光的遏止电压小于丙光的遏止电压，则甲、乙光的频率小于丙光的频率大于乙光的频率，乙光的波长大于丙光的波长，B正确；同一种金属，截止频率是相同的，C正确；甲光对应的光电子最大初动能小于于丙光的光电子最大初动能，D错误。‎ ‎5．AC【解析】由爱因斯坦光电效应方程有Ekm=hν–W=h(ν–νc)，可知图线的横轴截距为金属的极限频率，νc=4.3×1014 Hz，A正确，B错误；图线的斜率表示普朗克常量，C正确；金属的逸出功W=hνc≈1.8 eV，D错误。‎ ‎6．ABC【解析】光电子在光电管中减速，根据动能定理有–eU1=0–mv2，则用频率为ν1的光照射时，光电子的最大初速度v=，A正确；由爱因斯坦光电效应方程有hν1=eU1+W0，hν2=eU2+W0，得阴极K金属的逸出功W0=hν1–eU1，得h=，B正确，D错误；阴极K金属的极限频率νc==，C正确。‎ ‎7．BCD【解析】声波是机械波，A错误；电磁波和物质波都是概率波，无线电波和光波都属于电磁波，BCD正确。‎ ‎8．B【解析】可见光的光子的平均能量，能引起人的眼睛视觉效应的光子数，选B。‎ ‎9．BD【解析】由粒子位置不确定量Δx与粒子动量不确定量Δp的不确定关系ΔxΔp≥可知，单缝越宽，位置不确定量Δx越大，动量不确定量Δp越小，所以光沿直线传播，A错误；B正确；单缝越窄，位置不确定量Δx越小，动量不确定量Δp越大，所以中央亮纹越宽，C错误，D正确。‎ ‎10．BC【解析】由爱因斯坦光电效应方程有Ek=hν–W0，又由动能定理有Ek=eUc，若νa>νb，则有Eka>Ekb，Ua>Ub，A错误，B正确；若Ua

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