2024-2025學(xué)年高中物理第二章波粒二象性章末復(fù)習(xí)課含解析粵教版選修3-5

PAGE7-章末復(fù)習(xí)課【學(xué)問體系】eq\a\vs4\al(波粒二象性)eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(光電效應(yīng)\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(光電效應(yīng)與光電流,光電流的變更,極限頻率①,遏止電壓)),光子\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(光電效應(yīng)方程②,能量量子假說,光子假說,對光電效應(yīng)的說明)),\a\vs4\al(康普頓效應(yīng),及其說明)\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(康普頓效應(yīng)的發(fā)覺,對康普頓效應(yīng)的正確說明)),\a\vs4\al(光的波粒,二象性)\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(光的波粒二象性本質(zhì)\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(波動性\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(光的③,光的④,光是電磁波)),粒子性\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(⑤,⑥)))),概率波)),德布羅意波\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(德布羅意波假說⑦,電子衍射,電子云,不確定關(guān)系⑧))))[答案填寫]①ν0＝eq\f(W0,h)(W0為逸出功)②hν＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,max)＋W0③干涉④衍射⑤光電效應(yīng)⑥康普頓效應(yīng)⑦λ＝eq\f(h,p)⑧ΔxΔp≥eq\f(h,4π)主題1光電效應(yīng)1．光電效應(yīng)現(xiàn)象的推斷．光電流的大小eq\o(→,\s\up7(取決于))每秒入射的光子數(shù)eq\o(→,\s\up7(取決于))eq\a\vs4\al(入射光,的強(qiáng)度)eq\b\lc\\rc\}(\a\vs4\al\co1(能否發(fā)生光電效應(yīng),光電子的最大初動能))eq\o(→,\s\up7(取決于))eq\a\vs4\al(入射光的頻率和,金屬的逸出功)2．光電效應(yīng)方程．光電效應(yīng)方程的實(shí)質(zhì)是能量的轉(zhuǎn)化和守恒定律在光電效應(yīng)現(xiàn)象中的反映，依據(jù)能量守恒定律，光電子的最大初動能與入射光子的能量和逸出功的關(guān)系為hν＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,max)＋W0，這個(gè)方程叫愛因斯坦光電效應(yīng)方程．3．光子被汲取的狀況．光電效應(yīng)中，光子與金屬中的電子作用，光子整個(gè)被汲取，且電子一般一次只能汲取一個(gè)光子；康普頓效應(yīng)中，光子與晶體中的自由電子發(fā)生碰撞，電子只能汲取光子的部分能量．【典例1】(2024·江蘇卷)幾種金屬的逸出功W0見下表：金屬鎢鈣鈉鉀鉫W0(×10－19J)7.265.123.663.603.41由一束可見光照耀上述金屬的表面，請通過計(jì)算說明哪些能發(fā)生光電效應(yīng)．已知該可見光的波長的范圍為4.0×10－7～7.6×10－6m，普朗克常數(shù)h＝6.63×10－34J·s.解析：可見光的最大光子能量E＝heq\f(c,λ)＝6.63×10－34×eq\f(3×108,4×10－7)J≈5.0×10－19J.可見光子能量大于鈉、鉀、銣的逸出功，可以使鈉、鉀、銣發(fā)生光電效應(yīng)．答案：可以使鈉、鉀、銣發(fā)生光電效應(yīng)針對訓(xùn)練1．下表中列出了幾種金屬的逸出功，關(guān)于光電效應(yīng)現(xiàn)象以下說法正確的是()金屬鎢鈣鈉鉀銣W0/eV4.543.202.292.252.13A.某種光能使銣發(fā)生光電效應(yīng)，則該光也能使其他四種金屬發(fā)生光電效應(yīng)B．遏制電壓的大小不僅與金屬有關(guān)，還與入射光頻率有關(guān)C．若某種光能使鎢和鈉都發(fā)生光電效應(yīng)，則鎢的光電子的最大初動能較大D．用強(qiáng)度相同、頻率不同的光照耀鉀，光電子的最大初動能相同解析：銣的逸出功最小，某種光能使銣發(fā)生光電效應(yīng)，但不肯定能使其他四種金屬發(fā)生光電效應(yīng)，故A錯(cuò)誤；依據(jù)eU0＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,m)＝hν－W0可知遏制電壓的大小不僅與金屬有關(guān)，還與入射光頻率有關(guān)，故B正確；鎢的逸出功大于鈉的逸出功，則若某種光能使鎢和鈉都發(fā)生光電效應(yīng)，依據(jù)eq\f(1,2)mveq\o\al(2,m)＝hν－W0，則鎢的光電子的最大初動能較小，故C錯(cuò)誤；依據(jù)光電效應(yīng)方程可知，用強(qiáng)度相同、頻率不同的光照耀鉀，光電子的最大初動能不相同，故D錯(cuò)誤．答案：B主題2光源功率與光強(qiáng)度的區(qū)分與聯(lián)系依據(jù)愛因斯坦的光子說，光源的功率和光的強(qiáng)度，是兩個(gè)不同的概念．(1)光源的功率(P)——光源每單位時(shí)間內(nèi)輻射光子的能量，即P＝nhν，式中n表示光源單位時(shí)間內(nèi)輻射的光子數(shù)．(2)光的強(qiáng)度(I)——在單位時(shí)間內(nèi)垂直通過單位面積的光子的總能量，即I＝Nhν.式中N表示單位時(shí)間垂直通過單位面積的光子數(shù)．(3)在入射光頻率不變的狀況下，光強(qiáng)正比于單位時(shí)間內(nèi)照耀到金屬表面上單位面積的光子數(shù)，但若換用不同頻率的光照時(shí)，即使光強(qiáng)相同，單位時(shí)間內(nèi)照耀到金屬表面單位面積的光子數(shù)也不同．【典例2】某激光器能放射波長為λ的激光，放射功率為P，c表示光速，h表示普朗克常量，則激光器每分鐘放射的光子數(shù)為()A.eq\f(λP,hc) B.eq\f(hP,λc)C.eq\f(60λP,hc) D.eq\f(60hP,λc)解析：每個(gè)光子的能量E＝hν＝heq\f(c,λ)，激光器在每分鐘內(nèi)發(fā)出的能量W＝60P，故激光器每秒發(fā)出的光子數(shù)為n＝eq\f(W,E)＝eq\f(60P,h\f(c,λ))＝eq\f(60Pλ,hc)，C正確．答案：C針對訓(xùn)練2．科學(xué)家設(shè)想將來的宇航事業(yè)中利用太陽帆來加速星際飛船，設(shè)該飛船所在地每秒內(nèi)單位面積上的光子數(shù)為n，光子的平均波長為λ，太陽帆面積為S，反射率為100%，假定太陽垂直射到太陽帆上，飛船的總質(zhì)量為m.(1)求飛船加速度的表達(dá)式(光子動量p＝h/λ)；(2)若太陽帆是黑色的，飛船的加速度為多少？解析：(1)光子垂直打在太陽帆上再反射，動量的變更量為2p，依據(jù)動量定理得：FΔt＝n·2p，太陽帆上受到的光壓力為F＝eq\f(2nShΔt,Δtλ)＝eq\f(2nSh,λ)，故飛船的加速度a＝eq\f(F,m)＝eq\f(2nSh,λm).(2)若太陽帆是黑色的，光子垂直打在太陽帆上不再反射，光子動量的變更為p，太陽帆上受到的光壓力為F′＝eq\f(nSh,λ)，故太陽帆的加速度a′＝eq\f(nSh,λm).答案：(1)eq\f(2nSh,λm)(2)eq\f(nSh,λm)主題3波粒二象性1．微觀粒子的波動性和粒子性不能理解為宏觀概念中的波和粒子．波動性和粒子性是微觀粒子的兩種固有屬性，任何狀況下二者都同時(shí)存在．2．描述光的性質(zhì)的基本關(guān)系式ε＝hν和p＝eq\f(h,λ)中，能量ε和動量p是描述物質(zhì)的粒子性的重要物理量，波長λ或頻率ν是描述物質(zhì)的波動性的典型物理量，它們通過普朗克常量h聯(lián)系在一起．[典例?](多選)實(shí)物粒子和光都具有波粒二象性．下列事實(shí)中突出體現(xiàn)波動性的是()A．電子束通過雙縫試驗(yàn)裝置后可以形成干涉圖樣B．人們利用慢中子衍射來探討晶體的結(jié)構(gòu)C．人們利用電子顯微鏡觀測物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)D．光電效應(yīng)試驗(yàn)中，光電子的最大初動能與入射光的頻率有關(guān)，與入射光強(qiáng)度無關(guān)解析：干涉是波具有的特性，電子束通過雙縫試驗(yàn)裝置后可以形成干涉圖樣，說明電子具有波動性，故A正確；可以利用慢中子衍射來探討晶體的結(jié)構(gòu)，說明中子可以產(chǎn)生衍射現(xiàn)象，說明具有波動性，故B正確；人們利用電子顯微鏡觀測物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)，說明電子可以產(chǎn)生衍射現(xiàn)象，說明具有波動性，故C正確；光電效應(yīng)試驗(yàn)，說明的是能夠從金屬中打出光電子，說明的是物質(zhì)的粒子性，故D錯(cuò)誤．答案：ABC針對訓(xùn)練3．(2024·上海卷)用很弱的光做單縫衍射試驗(yàn)，變更曝光時(shí)間，在膠片上出現(xiàn)的圖象如圖所示，該試驗(yàn)表明()時(shí)間較短時(shí)間稍長時(shí)間較長A．光的本質(zhì)是波B．光的本質(zhì)是粒子C．光的能量在膠片上分布不勻稱D．光到達(dá)膠片上不同位置的概率相同解析：用很弱的光做單縫衍射試驗(yàn)，變更曝光時(shí)間在膠片出現(xiàn)的圖樣，說明光有波粒二象性，故A、B錯(cuò)誤；說明光到達(dá)膠片上的不同位置的概率是不一樣的，也就說明白光的能量在膠片上分而不勻稱，故C正確，D錯(cuò)誤．答案：C統(tǒng)攬考情波粒二象性部分的重點(diǎn)內(nèi)容是光電效應(yīng)現(xiàn)象、試驗(yàn)規(guī)律和光電效應(yīng)方程，光的波粒二象性和德布羅意波是理解的難點(diǎn)．一般以考查選擇或填空為主．真題例析(2024·全國卷Ⅱ)用波長為300nm的光照耀鋅板，電子逸出鋅板表面的最大初動能為1.28×10－19J．已知普朗克常量為6.63×10－34J·s，真空中的光速為3.00×108m·s－1.能使鋅產(chǎn)生光電效應(yīng)的單色光的最低頻率約為()A．1×1014Hz B．8×1014HzC．2×1015Hz D．8×1015Hz解析：依據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0＝heq\f(c,λ)－h(huán)ν0，代入數(shù)據(jù)解得ν0≈8×1014Hz，B正確．答案：B針對訓(xùn)練(2024·全國卷Ⅲ)(多選)在光電效應(yīng)試驗(yàn)中，分別用頻率為νa、νb的單色光a、b照耀同種金屬，測得相應(yīng)的遏止電壓分別為Ua和Ub、光電子的最大初動能分別為Eka和Ekb，h為普朗克常量．下列說法正確的是()A．若νa>νb，則肯定有Ua<UbB．若νa>νb，則肯定有Eka>EkbC．若Ua<Ub，則肯定有Eka<EkbD．若νa>νb，則肯定有hνa－Eka>hνb－Ekb解析：由愛因斯坦光電效應(yīng)方程eU0＝Ekm＝hν－W0，當(dāng)νa>νb時(shí)，Eka>Ekb,Ua>Ub，A錯(cuò)誤，B正確；若Ua<Ub，則有Eka<Ekb，C正確；同種金屬的逸出功不變，則W0＝hν－Ekm不變，D錯(cuò)誤．答案：BC1．(2024·北京卷)2024年年初，我國研制的“大連光源”——極紫外自由電子激光裝置，發(fā)出了波長在100nm(1nm＝10－9m)旁邊連續(xù)可調(diào)的世界上最強(qiáng)的極紫外激光脈沖.大連光源因其光子的能量大、密度高，可在能源利用、光刻技術(shù)、霧霾治理等領(lǐng)域的探討中發(fā)揮重要作用.一個(gè)處于極紫外波段的光子所具有的能量可以電離一個(gè)分子，但又不會把分子打碎.據(jù)此推斷，能夠電離一個(gè)分子的能量約為(取普朗克常量h＝6.6×10－34J·s，真空光速c＝3×108m/s)()A．10－21JB．10－18JC．10－15JD．10－12J解析：一個(gè)處于極紫外波段的光子的能量約為E＝hν＝heq\f(c,λ)≈2×10－18J，由題可知，光子的能量應(yīng)比電離一個(gè)分子的能量稍大，因此數(shù)量級應(yīng)相同．答案：B2.三束單色光1、2和3的波長分別為λ1、λ2和λ3(λ1>λ2>λ3)．分別用這三束光照耀同一種金屬.已知用光束2照耀時(shí)，恰能產(chǎn)生光電子.下列說法正確的是()A．用光束3照耀時(shí)，肯定不能產(chǎn)生光電子B．用光束1照耀時(shí)，肯定不能產(chǎn)生光電子C．用光束2照耀時(shí)，光越強(qiáng)，產(chǎn)生的光電子的最大初動能越大D．用光束1照耀時(shí)，光越強(qiáng)，單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的光電子數(shù)目越多解析：依據(jù)波長與頻率的關(guān)系：λ＝eq\f(c,ν)，因λ1＞λ2＞λ3，那么ν1<ν2<ν3.由于用光束2照耀時(shí)，恰能產(chǎn)生光電子，因此用光束1照耀時(shí)，不能產(chǎn)生光電子，而光束3照耀時(shí)，肯定能產(chǎn)生光電子，故A錯(cuò)誤，B正確；用光束2照耀時(shí)，光越強(qiáng)，單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的光電子數(shù)目越多，而由光電效應(yīng)方程：Ekm＝hν－W0可知，光電子的最大初動能與光的強(qiáng)弱無關(guān)，故C錯(cuò)誤；用光束1照耀時(shí)，不能產(chǎn)生光電效應(yīng)，故D錯(cuò)誤．答案：B3．(2024·江蘇卷)質(zhì)子(eq\o\al(1,1)H)和α粒子(eq\o\al(4,2)H)被加速到相同動能時(shí)，質(zhì)子的動量______(選填“大于”“小于”或“等于”)α粒子的動量，質(zhì)子和α粒子的德布羅意波波長之比為______．解析：動量與動能的關(guān)系：p2＝2mEk，又質(zhì)子的質(zhì)量小于α粒子的質(zhì)量，所以質(zhì)子的動量小于α粒子的動量，且eq\f(p1,p2)＝eq\r(\f(m1,m2))＝eq\f(1,2)；依據(jù)λ＝eq\f(h,p)，可得質(zhì)子和α粒子的德布羅意波波長之比為2∶1.答案：小于2∶14.如圖所示，陰極K用極限波長λ0＝0.66μm的金屬銫制成，用波長λ＝0.50μm的綠光照耀陰極K，調(diào)整兩個(gè)極板間的電壓，當(dāng)A板電壓比陰極高出2.5V時(shí)，光電流達(dá)到飽和，電流表示數(shù)為0.64μA.(1)求每秒鐘陰極放射的光電子數(shù)和光電子飛出陰極時(shí)的最大初動能；(2)假如把照耀陰極的綠光的光強(qiáng)增大為原來的2倍，求每秒鐘陰極放射的光電子數(shù)和光電子飛出陰極的最大初動能．解析：(1)光電流達(dá)到飽和時(shí)，陰極放射的光電子全部到達(dá)陽極A，陰極每秒鐘放射的光電子的個(gè)數(shù)n＝eq\f(Imax,e)＝eq\f(0.64×10－6,1.6×10－19)個(gè)＝4.0×1012個(gè)．依據(jù)愛因斯坦光電方程，光電子的最大初動能為：eq\f(1,2)mve