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最新滬科版高中物理選修(3-5)第2章《波和粒子》章末總結學案
梳理知識體系 構建內(nèi)容綱要
網(wǎng)絡?構建區(qū)
「能量量子化;黑體與黑體輻射 普朗克假設 =麻
I —吸收光子山壬工
本質(zhì):電子 *光電子
光電效應 規(guī)律:(1)極限頻率;(2)遇止電壓(最大動能):(3)光電流強度乂的瞬時性 尤的恒于性 〔愛因斯坦光電效應方程衛(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康普頓效應士光子的能量E = 型,光子的動量P =。
光的波動性:光是一種概率波
粒子的波動性:物質(zhì)波波長* =互,物質(zhì)波也是概率波
P
不確定關系
2、:
歸納同類專噩罌練解題技巧
專題?整合區(qū)
一、光子能量的計算
1. 一個光子的能量 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. 頻率與波長的關系: 戶c.
【例1】激光器是一個特殊的光源 ,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)射的每個光脈沖持續(xù)的時間 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
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.
答案 3.0 mm 4.0 017 個
二、光電效應規(guī)律及光電效應方程
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 一決定每個光子的能量 E=hv-*夬定光電子逸出后的最大動能.
3 .入射光強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]關于光電效應,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.只要光照射的時間足夠長,任何金屬都能產(chǎn)生光電效應
C.從金屬表面出來的光電子的最大動能越大 ,這種金屬的逸出功越小
D.入射光的光強一定時,頻率越高,單位時間內(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,無論強度多大,照射時間多長,都不可能產(chǎn)生光電效應,B錯誤.光電 子的最大動能還與入射光光子的頻率有關 ,C錯誤.光強I=nhv,光強一定時,當頻率變大時,
光子數(shù)反而變少,光電子數(shù)變少,D錯誤.
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項正確. 入 h
答案 B
三、圖像在光電效應規(guī)律中的應用
1. Ekm- y 圖像
根據(jù)愛因斯坦光電效應方程 Ekm = hv- W,光電子的最大初動能 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值;斜率為普朗克常量 h.
2. I — U圖像
光電流強度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 ,可得到光電子的最大動
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坐標圖中 ,以實線表示鴇,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 在光電效應實驗中,飛飛同學用同一光電管在不同實驗條件下得到了三條光電流與電
壓之間的關系曲線(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.乙光對應的極限頻率大于丙光的極限頻率
D.甲光對應的光電子最大動能大于丙光的光電子最大動能
解析 由題圖可知,甲、乙兩光對應的反向截止電壓均為 U02,由愛因斯坦光電效應方程
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 A、C 均錯;甲光頻率小,則甲光對應
9、的光電子最大動能小于丙光的光電子最大動能 ,選項D錯
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B正確. 答案 B
自我?檢測區(qū)
檢測學習效果
怵驗成功快樂
1 .下列有關光的說法中正確的是 ( )
A.光電效應表明在一定條件下 ,光子可以轉(zhuǎn)化為電子
B .大量光子易表現(xiàn)出波動性,少量光子易表現(xiàn)出粒子性
C.光有時是波,有時是粒子
D.康普頓效應表明光子和電子、質(zhì)子等實物粒子一樣也具有能量和動量
答案 BD
2 .能引起人的眼睛視覺效應的最小能量為 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、,則進入人眼的能量子數(shù)至少為 ( )
A. 1 個 B. 3 個 C. 30 個 D. 300 個
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引起視覺效應時 En= nE,聯(lián)立可 得n= 3,B正確.
3.根據(jù)不確定關系 Ax ? A px,判斷下列說法正確的是( )
A .采取辦法提高測量 A x精度時,A p的精度下降
B .采取辦法提高測量 A x精度時,A p的精度上升
C. Ax與A px^l量精度與測量儀器及測量方法是否完備有關
D. Ax與A pxKU量精度與測量儀器及測量方法是否完備無關
答案 AD
解析 不確定關系表明無論
11、采用什么方法試圖確定坐標和相應動量中的一個 ,必然引起另一
個較大的不確定性,這樣的結果與測量儀器及測量方法是否完備無關 ,無論怎樣改善測量儀器
和測量方法,都不可能逾越不確定關系所給出的限度.故 A、D正確.
-* I
C R
4.利用光電管研究光電效應實驗如圖 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,當滑動變阻器的滑動觸頭移到 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,當滑動變阻器的滑動觸頭向 B端滑動時,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.故 A錯,B對;盡管P滑到
C端但仍有少量電子能從金屬板逸出到達陽極 A,即有微弱電流,故C錯.當光電流強度達到
飽和時,既使增加正向電壓光電流也不再增大 ,D對.
5.已知金屬鈉產(chǎn)生光電效應的極限頻率是 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.