第十七章

章末總結(jié)內(nèi)容索引知識(shí)網(wǎng)絡(luò)題型探究達(dá)標(biāo)檢測(cè)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)波粒二象性能量子定義：每一份輻射的能量是一個(gè)_______大小：ε＝___，h＝6.63×10－34J·s概念：光照使金屬發(fā)射電子的現(xiàn)象光的粒子性光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)規(guī)律任何金屬都存在________最大初動(dòng)能與光頻率是一次函數(shù)關(guān)系光電子數(shù)目正比于光強(qiáng)——存在____

_____瞬時(shí)性愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程：Ek＝_________能量子hν截止頻率飽和電流hν－W0光子說(shuō)光子：光輻射不連續(xù)，每一份光叫做一個(gè)____光子的能量：ε＝____光子的動(dòng)量：p＝_____光具有波粒二象性少量光子易表現(xiàn)出_____性，大量光子易表現(xiàn)出_____性高頻光子____性顯著，低頻光子____性顯著光傳播時(shí)表現(xiàn)出_____性，與微粒作用時(shí)表現(xiàn)出

_____性光子波動(dòng)波粒二象性光的粒子性粒子波動(dòng)粒子波動(dòng)粒子hν波粒二象性粒子的波動(dòng)性德布羅意提出粒子具有波動(dòng)性：物質(zhì)波或概率波電子的衍射現(xiàn)象證實(shí)了粒子的_______概率波波長(zhǎng)：λ＝____粒子具有__________不確定性關(guān)系：ΔxΔp≥_____波動(dòng)性波粒二象性題型探究一、量子論、光子說(shuō)、光子能量的計(jì)算1.量子論德國(guó)物理學(xué)家普朗克提出：電磁波的發(fā)射和吸收是不連續(xù)的，是一份一份的，每一份電磁波的能量ε＝hν.2.光子說(shuō)愛(ài)因斯坦提出：空間傳播的光也是不連續(xù)的，也是一份一份的，每一份稱為一個(gè)光子，光子具有的能量與光的頻率成正比，即ε＝hν，其中h為普朗克常量，h＝6.63×10－34J·s.3.光的頻率與波長(zhǎng)的關(guān)系：ν＝

.例1

(多選)下列對(duì)光子的認(rèn)識(shí)，正確的是A.光子說(shuō)中的光子就是牛頓在微粒說(shuō)中所說(shuō)的微粒B.光子說(shuō)中的光子就是光電效應(yīng)的光電子C.在空間傳播的光是不連續(xù)的，而是一份一份的，每一份叫做一個(gè)光量

子，簡(jiǎn)稱光子D.光子的能量跟光的頻率成正比解析答案√√解析根據(jù)光子說(shuō)，在空間傳播的光是不連續(xù)的，而是一份一份的，每一份叫做一個(gè)光量子，簡(jiǎn)稱光子.而牛頓的“微粒說(shuō)”中的微粒指宏觀世界的微小顆粒.光電效應(yīng)中，金屬內(nèi)的電子吸收光子后克服原子核的庫(kù)侖引力等束縛，逸出金屬表面，成為光電子，故A、B選項(xiàng)錯(cuò)誤，C選項(xiàng)正確；由ε＝hν知，光子能量ε與其頻率ν成正比，故D選項(xiàng)正確.例2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1.0×1010W，所發(fā)射的每個(gè)光脈沖持續(xù)的時(shí)間Δt為1.0×10－11s，波長(zhǎng)為793.4nm.問(wèn)每列光脈沖的長(zhǎng)度l是多少？其中含有的光子數(shù)n是多少？(普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，光速c＝3×108m/s)解析答案答案

3×10－3m

4×1017個(gè)解析光脈沖的長(zhǎng)度是光在一個(gè)脈沖時(shí)間內(nèi)傳播的距離.則l＝cΔt＝3×108×1.0×10－11m＝3×10－3m.根據(jù)W＝PΔt可知每列光脈沖能量W＝PΔt＝1.0×1010×1.0×10－11J＝0.1J.二、光電效應(yīng)的規(guī)律和光電效應(yīng)方程1.光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律(1)任何一種金屬都有一個(gè)極限頻率，入射光的頻率必須大于等于這個(gè)極限頻率，才能發(fā)生光電效應(yīng).低于極限頻率時(shí)，無(wú)論光照強(qiáng)度多強(qiáng)，都不會(huì)發(fā)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)入射光照射到金屬上時(shí)，光電子的發(fā)射幾乎是瞬時(shí)的，一般不超過(guò)10－9s.(4)當(dāng)入射光的頻率高于極限頻率時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)從金屬表面逸出的光電子數(shù)目與入射光的強(qiáng)度成正比.2.愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0W0表示金屬的逸出功，νc表示金屬的極限頻率，則W0＝hνc.例3當(dāng)用光子能量為5eV的光照射到光電管上時(shí)，測(cè)得電流表上的示數(shù)隨電壓變化的圖象如圖1所示.則光電子的最大初動(dòng)能為_(kāi)_________J，金屬的逸出功為_(kāi)__________J.解析答案圖33.2×10－194.8×10－19解析由題圖可知，當(dāng)該裝置所加的電壓為反向電壓，當(dāng)電壓為－2V時(shí)，電流表示數(shù)為0，得光電子的最大初動(dòng)能為2eV，根據(jù)光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0得W0＝3eV＝4.8×10－19J.針對(duì)訓(xùn)練關(guān)于光電效應(yīng)，以下說(shuō)法正確的是A.光電子的最大初動(dòng)能與入射光的頻率成正比B.光電子的最大初動(dòng)能越大，形成的光電流越強(qiáng)C.能否產(chǎn)生光電效應(yīng)現(xiàn)象，取決于入射光光子的能量是否大于金屬的逸

出功D.用頻率是ν1的綠光照射某金屬發(fā)生了光電效應(yīng)，改用頻率是ν2的黃光照

射該金屬一定不發(fā)生光電效應(yīng)解析答案√解析

由光電效應(yīng)方程知，光電子的最大初動(dòng)能隨入射光頻率的增大而增大，但不是成正比關(guān)系，A錯(cuò).光電流的強(qiáng)度與入射光的強(qiáng)度成正比，與光電子的最大初動(dòng)能無(wú)關(guān)，B錯(cuò).用頻率是ν1的綠光照射某金屬發(fā)生了光電效應(yīng)，改用頻率是ν2的黃光照射該金屬不一定不發(fā)生光電效應(yīng)，能發(fā)生光電效應(yīng)的條件是入射光光子的能量要大于金屬的逸出功，D錯(cuò)，C對(duì).三、用圖象表示光電效應(yīng)的規(guī)律1.Ek－ν圖象根據(jù)愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0，光電子的最大初動(dòng)能Ek是入射光頻率ν的一次函數(shù)，圖象如圖2所示.其橫軸截距為金屬的極限頻率νc，縱軸截距是金屬的逸出功的負(fù)值，斜率為普朗克常量h.圖22.I－U圖象光電流強(qiáng)度I隨光電管兩極間電壓U的變化圖象如圖3所示，圖中Im為飽和光電流，Uc為遏止電壓.利用

可得光電子的最大初動(dòng)能.圖33.Uc－ν圖象遏止電壓與入射光頻率ν的關(guān)系圖象如圖4所示，圖中的橫軸截距νc為截止頻率，而遏止電壓Uc隨入射光頻率的增大而增大.圖4例4

用不同頻率的光分別照射鎢和鋅，發(fā)生光電效應(yīng)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)可畫(huà)出光電子的最大初動(dòng)能Ek隨入射光頻率ν變化的Ek－ν圖線.已知鎢的逸出功是2.84eV，鋅的逸出功為3.34eV，若將二者的圖線畫(huà)在同一個(gè)Ek－ν坐標(biāo)系中，則正確的圖是解析答案√解析根據(jù)光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0可知，Ek－ν圖象的斜率為普朗克常量h，因此圖中兩線應(yīng)平行，故C、D錯(cuò)誤；圖線與橫軸的交點(diǎn)表示恰能發(fā)生光電效應(yīng)(光電子動(dòng)能為零)時(shí)的入射光頻率即極限頻率，由光電效應(yīng)方程可知，逸出功越大的金屬對(duì)應(yīng)的入射光的極限頻率越高，所以能使金屬鋅發(fā)生光電效應(yīng)的極限頻率較高，所以A正確，B錯(cuò)誤.四、波粒二象性的理解1.光的波粒二象性(1)光的干涉、衍射、偏振說(shuō)明光具有波動(dòng)性，光電效應(yīng)現(xiàn)象則證明光具有粒子性，因此，光具有波粒二象性，對(duì)于光子這樣的微觀粒子只有從波粒二象性出發(fā)，才能統(tǒng)一說(shuō)明光的各種行為.(2)大量光子產(chǎn)生的效果顯示出光的波動(dòng)性，少數(shù)光子產(chǎn)生的效果顯示出粒子性，且隨著光的頻率的增大，波動(dòng)性越來(lái)越不顯著，而粒子性卻越來(lái)越顯著.3.物質(zhì)波與光波一樣都屬于概率波.概率波的實(shí)質(zhì)是指粒子在空間分布的概率是受波動(dòng)規(guī)律支配的.例5

(多選)關(guān)于光的波粒二象性，正確的說(shuō)法是A.光的頻率越高，光子的能量越大，粒子性越顯著B(niǎo).光的波長(zhǎng)越長(zhǎng)，光的能量越小，波動(dòng)性越顯著C.頻率高的光子不具有波動(dòng)性，波長(zhǎng)較長(zhǎng)的光子不具有粒子性D.個(gè)別光子產(chǎn)生的效果往往顯示粒子性，大量光子產(chǎn)生的效果往往顯示

波動(dòng)性解析答案√√√解析

光具有波粒二象性，但在不同情況下表現(xiàn)不同，頻率越高，波長(zhǎng)越短，粒子性越明顯，反之波動(dòng)性越明顯，個(gè)別光子易顯示粒子性，大量光子易顯示波動(dòng)性，故選項(xiàng)A、B、D正確.達(dá)標(biāo)檢測(cè)1.能引起人的眼睛視覺(jué)效應(yīng)的最小能量為10－18J，已知可見(jiàn)光的平均波長(zhǎng)約為0.6μm，普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，則進(jìn)入人眼的能量子數(shù)至少A.1個(gè)

B.3個(gè)C.30個(gè)

D.300個(gè)√12答案3解析可見(jiàn)光的平均頻率ν＝

，能量子的平均能量為ε＝hν，引起視覺(jué)效應(yīng)時(shí)E＝nε，聯(lián)立可得n≈3，B正確.解析452.(多選)光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)論是：對(duì)于某種金屬A.無(wú)論光強(qiáng)多強(qiáng)，只要光的頻率小于極限頻率就不能發(fā)生光電效應(yīng)B.無(wú)論光的頻率多低，只要光照時(shí)間足夠長(zhǎng)就能發(fā)生光電效應(yīng)C.頻率超過(guò)極限頻率的入射光，光照強(qiáng)度越弱，所產(chǎn)生的光電子的最大

初動(dòng)能就越小D.頻率超過(guò)極限頻率的入射光，頻率越高，所產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)

能就越大123解析答案√4√5123解析

根據(jù)光電效應(yīng)規(guī)律可知A正確，B錯(cuò)誤.根據(jù)光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0知，頻率ν越高，光電子的最大初動(dòng)能就越大，C錯(cuò)誤，D正確.453.(多選)一單色光照到某金屬表面時(shí)，有光電子從金屬表面逸出，下列說(shuō)法中正確的是A.只增大入射光的頻率，金屬逸出功將增大B.只延長(zhǎng)入射光照射時(shí)間，光電子的最大初動(dòng)能將不變C.只增大入射光的頻率，光電子的最大初動(dòng)能將增大D.只增大入射光的頻率，光電子逸出所經(jīng)歷的時(shí)間將縮短1234√√解析答案51234解析金屬的逸出功由金屬本身的構(gòu)成決定，與入射光的頻率無(wú)關(guān)，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；根據(jù)愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0可知，當(dāng)金屬的極限頻率確定時(shí)，光電子的最大初動(dòng)能取決于入射光的頻率，與光照強(qiáng)度、照射時(shí)間、光子數(shù)目無(wú)關(guān)，選項(xiàng)B、C正確，D錯(cuò)誤.54.(多選)現(xiàn)代物理學(xué)認(rèn)為，光和實(shí)物粒子都具有波粒二象性，下列事實(shí)中突出體現(xiàn)波動(dòng)性的是A.一定頻率的光照射到鋅板上，光的強(qiáng)度越大，單位時(shí)間內(nèi)鋅板上發(fā)射

的光電子就越多B.肥皂液是無(wú)色的，吹出的肥皂泡卻是彩色的C.質(zhì)量為10－3kg、速度為10－2m/s的小球，其德布羅意波長(zhǎng)約為10－28m，

不過(guò)我們能清晰地觀測(cè)到小球運(yùn)動(dòng)的軌跡D.人們常利用熱中子研究晶體的結(jié)構(gòu)，因?yàn)闊嶂凶拥牡虏剂_意波長(zhǎng)與晶

體中原子間距大致相同123解析答案4√√5解析光子照到鋅板上，發(fā)生光電效應(yīng)，說(shuō)明光有粒子性，A不正確；白光在肥皂泡上發(fā)生薄膜干涉時(shí)，會(huì)出現(xiàn)彩色條紋，光的干涉現(xiàn)象說(shuō)明了光有波動(dòng)性，B正確；由于小球的波長(zhǎng)很小，波動(dòng)性不明顯，表現(xiàn)為粒子性，C不正確；用熱中子研究晶體結(jié)構(gòu)，其實(shí)是通過(guò)中子的衍射來(lái)“觀察”晶體的，是利用中子的波動(dòng)性，D正確.123455.(2016·寧波北侖中學(xué)高二第二學(xué)期期中)具有波長(zhǎng)λ＝0.071nm的倫琴射線使金箔發(fā)射光電子，發(fā)生光電效應(yīng)，光電子在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域內(nèi)做最大半徑為r的勻速圓周運(yùn)動(dòng)，已知r·B＝1.88×10－4T·m，電子的質(zhì)量m＝9.1×10－31kg.試求：(1)光電子的最大初動(dòng)能；123解析答案答案