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1、 4 / 4 最新滬科版高中物理選修（3-5）第2章《波和粒子》章末總結(jié)學(xué)案 梳理知識(shí)體系 構(gòu)建內(nèi)容綱要 網(wǎng)絡(luò)?構(gòu)建區(qū) 「能量量子化;黑體與黑體輻射 普朗克假設(shè) =麻 I —吸收光子山壬工 本質(zhì)：電子 *光電子 光電效應(yīng) 規(guī)律：（1）極限頻率；（2）遇止電壓（最大動(dòng)能）：（3）光電流強(qiáng)度乂的瞬時(shí)性 尤的恒于性 〔愛因斯坦光電效應(yīng)方程衛(wèi)/二妞二F 波和粒子 光子說:光子的能量E =加,光具有波粒二象性 I康普頓效應(yīng)士光子的能量E = 型，光子的動(dòng)量P =。 光的波動(dòng)性：光是一種概率波 粒子的波動(dòng)性:物質(zhì)波波長* =互，物質(zhì)波也是概率波 P 不確定關(guān)系

2、: 歸納同類專噩罌練解題技巧 專題?整合區(qū) 一、光子能量的計(jì)算 1. 一個(gè)光子的能量 E=hv其中h是普朗克常量,是光的頻率. 2. 一束光的能量 E=nhv，的光子數(shù)目. 3. 頻率與波長的關(guān)系： 戶c. 【例1】激光器是一個(gè)特殊的光源 ，它發(fā)出的光便是激光，紅寶石激光器發(fā)射的激光是不連續(xù) 的一道一道的閃光，每道閃光稱為一個(gè)光脈沖，現(xiàn)有一紅寶石激光器，發(fā)射功率為1.0X010 W, 所發(fā)射的每個(gè)光脈沖持續(xù)的時(shí)間 A的1.0 X10-11 s,波長為793.4 nm.問每列光脈沖的長度l 是多少？其中含有的光子數(shù) n是多少？ 解析 以At l和c分別表示光脈沖的持續(xù)時(shí)間、長

3、度和光在真空中的傳播速度 ，由題意可 知 l = c A ① 以P和E表示紅寶石激光器發(fā)射的功率和光脈沖的能量 ，則有：E = PA② 以入和y表示紅寶石激光的波長和頻率 ，則有 尸c,因此就得到每個(gè)紅寶石激光光子的能量 h尸hc③ 人 由②③式得到該列光脈沖含有的光子數(shù) n==士上領(lǐng) h y hc 將數(shù)據(jù)代入①④式，就得到該列光脈沖的長度 ，含有的光子數(shù)分別為 l = 3.0 X0 — 3 m = 3.0 mm,n = 4.0 1017 個(gè). 答案 3.0 mm 4.0 017 個(gè) 二、光電效應(yīng)規(guī)律及光電效應(yīng)方程 1 .產(chǎn)生條件：入射光頻率大于被照射金屬的極限頻率.

4、 2 .入射光頻率 一決定每個(gè)光子的能量 E=hv-*夬定光電子逸出后的最大動(dòng)能. 3 .入射光強(qiáng)度一決定每秒鐘逸出的光電子數(shù) 一決定光電流的大小. 4 .愛因斯坦光電效應(yīng)方程 Ekm=hLW. W表小金屬的逸出功，又y 0表小金屬的極限頻率，則W = h y 0. 【例2］關(guān)于光電效應(yīng)，下列說法正確的是（ ） A.極限頻率越大的金屬材料逸出功越大 B.只要光照射的時(shí)間足夠長，任何金屬都能產(chǎn)生光電效應(yīng) C.從金屬表面出來的光電子的最大動(dòng)能越大 ，這種金屬的逸出功越小 D.入射光的光強(qiáng)一定時(shí)，頻率越高，單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子數(shù)就越多 解析 由愛因斯坦光電效應(yīng)方程可知 Ekm

5、=hv— W,所以極限頻率越大，逸出功越大，A正 確.低于極限頻率的光，無論強(qiáng)度多大，照射時(shí)間多長，都不可能產(chǎn)生光電效應(yīng)，B錯(cuò)誤.光電 子的最大動(dòng)能還與入射光光子的頻率有關(guān) ，C錯(cuò)誤.光強(qiáng)I=nhv,光強(qiáng)一定時(shí)，當(dāng)頻率變大時(shí)， 光子數(shù)反而變少，光電子數(shù)變少，D錯(cuò)誤. 答案 A 【例3 用波長為2.0 M0 —7 m的紫外線照射鴇的表面，釋放出來的光電子中的最大動(dòng)能是 4.7 10—19 J.由此可知，鴇的極限頻率是（普朗克常量 h=6.63 10—34 J s,光速c= 3.0 108 m/s,結(jié)果取兩位有效數(shù)字）（ ） A. 5.5 1014 Hz B. 7.9 1014 Hz

6、 C. 9.8 1014 Hz D. 1.2 1015 Hz 解析 由愛因斯坦光電效應(yīng)方程得 hc= Ekm + W,而金屬的逸出功 W=hv哺以上兩式得，鴇 A 的極限頻率為：V 6=c-Ekm=7.9 >1014 Hz,B項(xiàng)正確. 入 h 答案 B 三、圖像在光電效應(yīng)規(guī)律中的應(yīng)用 1. Ekm- y 圖像 根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程 Ekm = hv- W,光電子的最大初動(dòng)能 Ekm是入射光頻率 丫的一次 函數(shù)，圖像如圖1所示. 圖1 其橫軸截距為金屬的極限頻率 v啾軸截距是金屬的逸出功的負(fù)值；斜率為普朗克常量 h. 2. I — U圖像 光電流強(qiáng)度I隨光電管兩極

7、間電壓 U的變化圖像.圖 2中Im為飽和光電流,U0為遏止電 1 壓.利用2mevm=eU0可得光電子的最大動(dòng)能. 圖2 【例4 用不同頻率的紫外線分別照射鴇和鋅的表面而產(chǎn)生光電效應(yīng) ，可得到光電子的最大動(dòng) 能Ekm隨入射光頻率 y變化的Ekm—y圖像.已知鴇的逸出功是 3.28 eV,鋅的逸出功是 3.34 eV,若將二者的圖線畫在同一個(gè)坐標(biāo)圖中 ，以實(shí)線表示鴇，虛線表示鋅，如圖所示，則正確反 映這一過程的圖像是（ ） C D 解析 根據(jù)Ekm =hv- W知，圖像斜率代表普朗克常量 h,所以兩條線應(yīng)平行；橫軸截距代表 了極限頻率 Y 0, V=0，因此

8、鋅的Y吠些. 答案 A 【例5 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3所示.則可判斷出（ ） Uffl UtaO] u/v 圖3 A.甲光的頻率大于乙光的頻率 B.乙光的波長大于丙光的波長 C.乙光對(duì)應(yīng)的極限頻率大于丙光的極限頻率 D.甲光對(duì)應(yīng)的光電子最大動(dòng)能大于丙光的光電子最大動(dòng)能 解析 由題圖可知，甲、乙兩光對(duì)應(yīng)的反向截止電壓均為 U02,由愛因斯坦光電效應(yīng)方程 Ekm=hLW及—eU02=0—Ekm可知甲、乙兩光頻率相同 ，且均小于丙光頻率，選項(xiàng) A、C 均錯(cuò)；甲光頻率小，則甲光對(duì)應(yīng)

9、的光電子最大動(dòng)能小于丙光的光電子最大動(dòng)能 ，選項(xiàng)D錯(cuò) 誤；乙光頻率小于丙光頻率，故乙光的波長大于丙光的波長，選項(xiàng)B正確. 答案 B 自我?檢測(cè)區(qū) 檢測(cè)學(xué)習(xí)效果 怵驗(yàn)成功快樂 1 .下列有關(guān)光的說法中正確的是 （ ） A.光電效應(yīng)表明在一定條件下 ，光子可以轉(zhuǎn)化為電子 B .大量光子易表現(xiàn)出波動(dòng)性，少量光子易表現(xiàn)出粒子性 C.光有時(shí)是波，有時(shí)是粒子 D.康普頓效應(yīng)表明光子和電子、質(zhì)子等實(shí)物粒子一樣也具有能量和動(dòng)量 答案 BD 2 .能引起人的眼睛視覺效應(yīng)的最小能量為 10—18 J,已知可見光的平均波長約為 0.6 ^mf 朗克常量h= 6.63 X10-34 J s

10、,則進(jìn)入人眼的能量子數(shù)至少為 （ ） A. 1 個(gè) B. 3 個(gè) C. 30 個(gè) D. 300 個(gè) 答案 B 解析 可見光的平均頻率 Y=C，能量子的平均能量為 E= h Y引起視覺效應(yīng)時(shí) En= nE,聯(lián)立可 得n= 3,B正確. 3.根據(jù)不確定關(guān)系 Ax ? A px,判斷下列說法正確的是( ) A .采取辦法提高測(cè)量 A x精度時(shí),A p的精度下降 B .采取辦法提高測(cè)量 A x精度時(shí),A p的精度上升 C. Ax與A px^l量精度與測(cè)量儀器及測(cè)量方法是否完備有關(guān) D. Ax與A pxKU量精度與測(cè)量儀器及測(cè)量方法是否完備無關(guān) 答案 AD 解析 不確定關(guān)系表明無論

11、采用什么方法試圖確定坐標(biāo)和相應(yīng)動(dòng)量中的一個(gè) ，必然引起另一 個(gè)較大的不確定性，這樣的結(jié)果與測(cè)量儀器及測(cè)量方法是否完備無關(guān) ，無論怎樣改善測(cè)量儀器 和測(cè)量方法，都不可能逾越不確定關(guān)系所給出的限度.故 A、D正確. -* I C R 4.利用光電管研究光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)如圖 4所示，用極限頻率為 v 0的可見光照射陰極 K,電流表 中有電流通過，則( ) A.用紫外線照射，電流表中不一定有電流通過 B.用紫外線照射，電流表中一定有電流通過 C.用頻率為 丫0的可見光照射 K,當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭移到 C端，電流表中一定無電流 通過 D .用頻率為 丫0的可見光

12、照射 K,當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭向 B端滑動(dòng)時(shí)，電流表示數(shù)可能 不變 答案 BD 解析 紫外線的頻率大于可見光的頻率 ，故一定能產(chǎn)生光電效應(yīng).故 A錯(cuò),B對(duì)；盡管P滑到 C端但仍有少量電子能從金屬板逸出到達(dá)陽極 A,即有微弱電流，故C錯(cuò).當(dāng)光電流強(qiáng)度達(dá)到 飽和時(shí)，既使增加正向電壓光電流也不再增大 ,D對(duì). 5.已知金屬鈉產(chǎn)生光電效應(yīng)的極限頻率是 6.00 1014 Hz (1)求金屬鈉的電子逸出功； (2)如果用某種單色光照射金屬鈉，發(fā)射的光電子的最大初動(dòng)能是 1.14 eV,求這種單色光的波 長. 答案 (1)2.49 eV (2)3.42 10-7 m 解析 (1)W=hv 0= 6.63 M0 —34X6.00 014 J = 3.98 M0—19 J=2.49 eV. (2)由愛因斯坦光電效應(yīng)方程 h l W= Ekm, 一 c 得 hc=W+Ekm = (2.49+ 1.14) eV = 3.63 eV, 所以入= hc Ekm +W 6.63 10 —34X3M08 3.63 1.6 10-19 m=3.42 10-7 m.