2019-2020学年高中物理第17章波粒二象性章末复习方案课件 人教版选修3-5

2019-2020学年高中物理第17章波粒二象性章末复习方案课件 人教版选修3-5

章末复习方案 章末 · 核心归纳 章末 · 考法整合 1 ． 能量量子化与能量子 振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值 ε 的整数倍，并以这个最小能量值为单位一份一份地辐射或吸收能量． ε 为不可再分的最小能量值， ε ＝ hν ． 考法一　光源功率与光的强度问题 2 ． 光源的功率、光的强度与光子数的相关计算 根据爱因斯坦的光子说，光源的功率和光的强度是两个不同概念． (1) 光源的功率 ( P ) —— 光源单位时间内辐射光子的总能量，即 P ＝ Nhν ． 式中 N 表示光源单位时间内辐射的光子数． (2) 光的强度 ( I ) —— 在单位时间内垂直通过单位面积的光子的总能量，即 I ＝ N 0 hν ． N 0 表示单位时间垂直通过单位面积的光子数． 在入射光的频率不变的情况下，光的强度正比于单位时间内照射到金属表面上单位面积的光子数．但若换用不同频率的光照射，若光的强度相同，单位时间内照射到金属表面单位面积的光子数不同． (1) 该管在 1 s 内发射出多少个光子？ (2) 若光束全部被某黑体表面吸收，那么该黑体表面受到的光束对它的作用力 F 为多大？ 又根据牛顿第三定律，得光子束对黑体表面的作用力 F ′ ＝ F ＝ 2.0 × 10 － 7 N ． 答案　 (1)2.0×10 20 个　 (2)2.0×10 － 7 N 【变式 1 】　 激光器是一个特殊的光源，它发出的光便是激光，红宝石激光器发射的激光是不连续的一道一道的闪光，每道闪光称为一个光脉冲，现有一红宝石激光器，发射功率为 1.0×10 10 W ，所发射的每个光脉冲持续的时间 Δ t 为 1.0×10 － 11 s ，波长为 793.4 nm. 问每个光脉冲的长度 l 是多少？其中含有的光子数 n 是多少？ ( 普朗克常量 h ＝ 6.63×10 － 34 J · s ，光速 c ＝ 3×10 8 m/s) 答案　 3×10 － 3 m 　 4×10 17 个 1 ．表达式： hν ＝ E k ＋ W 0 或 E k ＝ hν － W 0 ． 2 ．物理意义：金属中电子吸收一个光子获得的能量为 hν ，其中一部分用来克服金属的逸出功 W 0 ，剩下的表现为光电子的动能 E k . 若光电子从金属表面打出，则对应的动能为最大初动能． 考法二　光电效应方程的理解与运用 (1) 光电效应规律中 “ 光电流的强度 ” 指的是光电流的饱和值 ( 对应从阴极发射出的电子全部被拉向阳极的状态 ) ．因为光电流未达到饱和值之前，其大小不仅与入射光的强度有关，还与光电管两极间的电压有关，只有在光电流达到饱和值以后才和入射光的强度成正比． (2) 明确两个决定关系： ① 逸出功 W 0 一定时，入射光的频率决定着能否产生光电效应以及光电子的最大初动能； ② 入射光的频率一定时，入射光的强度决定着单位时间内发射出来的光电子数． 光电效应现象中常见物理量的求解方法 吸收多个光子成为可能，从而形成多光子光电效应，这已被实验证实．光电效应实验装置示意图如图所示．用频率为 ν 的普通光源照射阴极 K ，没有发生光电效应．换用同样频率为 ν 的强激光照射阴极 K ，则发生了光电效应；此时，若加上反向电压 U ，即将阴极 K 接电源正极，阳极 A 接电源负极，在 K 、 A 之间就形成了使光电子减速的电场．逐渐增大 U ，光电流会逐渐减小； 当光电流恰好减小到零时，所加反向电压 U 可能是下列的 ( 其中 W 为逸出功， h 为普朗克常量， e 为电子电量 )( 　　 ) 答案　 B 　 【变式 2 】 已知钙和钾的截止频率分别为 7.73× 10 14 Hz 和 5.44×10 14 Hz ，在某种单色光的照射下两种金属均发生光电效应，比较它们表面逸出的具有最大初动能的光电子，钙逸出的光电子具有较大的 ( 　　 ) 　　　　　　　　　　　　　　　　　　 A ．波长 B ．频率 C ．能量 D ．动量 答案　 A 　 1 ． E k ν 曲线．如图甲所示的是光电子最大初动能 E k 随入射光频率 ν 的变化曲线．这里，横轴上的截距是金属的截止频率或极限频率；纵轴上的截距，是金属的逸出功的负值；斜率为普朗克常量． 考法三　光电效应曲线 2 ． IU 曲线．如图乙所示的是光电流 I 随光电管两极板间电压 U 的变化曲线，图中 I m 为饱和电流， U c 为遏止电压． 3 ． U c ν 曲线．遏止电压与入射光频率 ν 的关系图象如图丙所示，图中的横轴截距 ν c 为截止频率．当入射光频率大于截止频率时，遏止电压 U c 随入射光频率的增大而增大． 【例题 3 】　 在某次光电效应实验中，得到的遏止电压 U c 与入射光的频率 ν 的关系如图所示．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 __________ ． 答案　 ek 　－ eb 【变式 3 】　 用如图甲所示的装置研究光电效应现象．闭合开关 S ，用频率为 ν 的光照射光电管时发生了光电效应．图乙是该光电管发生光电效应时光电子的最大初动能 E k 与入射光频率 ν 的关系图象，图线与横轴的交点坐标为 ( a, 0) ，与纵轴的交点坐标为 (0 ，－ b ) ，下列说法正确的是 ( 　　 ) 答案　 B 　 1 ．光既具有波动性，又具有粒子性，因此光具有波粒二象性． 2 ．概率波：光子在空间出现的概率可以通过波动规律来确定，所以，从光子的概念上看，光波是一种概率波． 考法四　波粒二象性的理解 3 ． 对光的波粒二象性的理解 (1) 光的波动性和粒子性是光在不同条件下的不同表现． (2) 大量的光子产生的效果显示波动性；个别光子产生的效果显示粒子性． (3) 波长短的光粒子性显著，波长长的光波动性显著． (4) 当光和其他物质发生相互作用时表现为粒子性；当光在传播时表现为波动性． (5) 光波不同于宏观观念中那种连续的波，它是表示大量光子运动规律的一种概率波． 4 ． 粒子的波动性的提出 (1) 物质波：德布罗意由光的波粒二象性类比提出实物粒子也具有波动性，即每一个运动的粒子都与一个对应的波相联系，这种与实物粒子相联系的波称为德布罗意波，也叫做物质波． 【例题 4 】 ( 多选 ) 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装置后可以形成干涉图样 B ．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 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 答案　 ACD 　 解析　 电子束通过双缝实验后可以形成干涉图样，说明电子是一种波，故选项 A 正确；人们利用慢中子衍射来研究晶体的结构，中子衍射说明中子有波动性，故选项 C 正确；人们利用电子显微镜观测物质的微观结构，利用了电子的衍射现象，说明电子有波动性，故选项 D 正确；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，说明光是一种粒子，故选项 B 错误． 【变式 4 】 ( 多选 ) 波粒二象性是微观世界的基本特征，下列说法正确的是 ( 　　 ) 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 答案　 AB