发布时间 : 星期三 文章高中物理 第十七章 波粒二象性章末小结学案 新人教版选修3-5.doc更新完毕开始阅读87a2520b872458fb770bf78a6529647d272834ed
第十七章 波粒二象性
光电效应现象 光电效应问题主要有两个方面，一个是关于光电效应现象的判断，另一个是运用光电效应规律及光电效应方程进行的简单计算。解决问题的关键在于对光电效应规律的掌握及对相关概念的熟悉程度。
题目涉及Uc-ν图线时，难度稍大一些，关键是要理解遏止电压Uc和ν轴上截距的物理意义，以及两者之间的关系，并会根据eUc＝hνW0推导Ucν图线的斜率。
[典例1] (多选)如图所示，在图甲所示的装置中，K为一金属板，A为金属电极，都密封在真空的玻璃管中，W为由石英片封盖的窗口，单色光可通过石英片射到金属板K上，
E为输出电压可调的直流电源，其负极与电极A相连，?是电流表。实验发现，当用某种频
率的单色光照射K时，K会发出电子(光电效应)，这时，即使AK之间的电压等于零，回路中也有电流，当A的电势低于K的电势且低到某一值Uc时，电流消失，Uc称为遏止电压。当改变照射光的频率ν，遏止电压Uc也将随之改变，其关系如图乙所示。如果某次实验我们测出了画这条图线(图乙)所需的一系列数据，又知道了电子的电荷量，则可求得( )
A．该金属的截止频率 B．该金属的逸出功 C．普朗克常量 D．电子的质量
[解析]选ABC 当遏止电压等于零时对应的光的频率为截止频率，题图乙中横坐标上的12
截距等于截止频率，根据某一频率ν时的遏止电压求得电子的最大初动能：mvm＝eUc，根
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据截止频率和逸出功的关系W0＝hνc，再根据爱因斯坦方程：mvm＝hν－W0，由以上分析
2和公式可以知道选项A、B、C正确；因电子射出的速度不能测量，所以电子的质量不能求出，D错误。
光的波粒二象性
1．大量光子产生的效果显示出波动性，比如干涉、衍射现象中，如果用强光照射，在光屏上立刻出现了干涉、衍射条纹，体现了波动性；个别光子产生的效果显示出粒子性。如果用微弱的光照射，在屏上就只能观察到一些分布毫无规律的光点，充分体现粒子性；但是如果微弱的光在照射时间加长的情况下，在感光底片上的光点分布又会出现一定的规律性，倾向于干涉、衍射的分布规律。这些实验为人们认识光的波粒二象性提供了良好的依据。
2．光子和电子、质子等实物粒子一样，具有能量和动量。和其他物质相互作用时，粒子性起主导作用。
3．光子的能量与其对应的频率成正比，而频率是波动性特征的物理量，因此ε＝hν揭示了光的粒子性和波动性之间的密切联系。
4．对不同频率的光，频率低、波长长的光，波动性特征显著；而频率高、波长短的光，粒子性特征显著。
5．光在传播时体现出波动性，在与其他物质相互作用时体现出粒子性。处理光的波粒二象性问题的关键是正确理解其二象性，搞清光波是一种概率波。
[典例2] 经150 V电压加速的电子束，沿同一方向射出来，穿过铝箔射到其后的屏上，则( )
A．所有电子的运动轨迹均相同 B．所有电子到达屏上的位置坐标均相同
C．电子到达屏上的位置坐标可用牛顿运动定律确定
D．电子到达屏上的位置受波动规律支配，无法用确定的坐标来描述它的位置 [解析]选D 电子在运动中表现出波动性，没有一定的运动轨迹，牛顿运动定律不适用于电子的运动。故正确选项为D。
[专题训练]
1．在光电效应的实验结果中，与光的波动理论不矛盾的是( ) A．光电效应是瞬时发生的 B．所有金属都存在极限频率 C．光电流随着入射光增强而变大
D．入射光频率越大，光电子最大初动能越大
解析：选C 光电效应产生的时间极短，电子吸收光的能量是瞬时完成的，而不像波动理论所预计的那样可以逐渐叠加，A项矛盾；光电效应中所有金属都存在极限频率，当入射光的频率低于极限频率时不能发生光电效应。光的波动理论认为不管光的频率如何，只要光足够强，电子都可以获得足够能量从而逸出金属表面，不应存在极限频率，B项矛盾；光电效应中入射光越强，光电流越大，这与光的波动理论不矛盾，C项不矛盾；光电效应中入射光的频率越大，光电子的最大初动能越大。光的波动理论认为光强越大，电子可获得更多的能量，光电子的最大初动能越大，D项矛盾。
2．小明用金属铷为阴极的光电管观测光电效应现象，实验装置示意图如图甲所示。已知普朗克常量h＝6.63×10
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J·s。
(1)图甲中电极A为光电管的________(填“阴极”或“阳极”)。
(2)实验中测得铷的遏止电压Uc与入射光频率ν之间的关系如图乙所示，则铷的截止频率νc＝____________Hz，逸出功W0＝____________J。
(3)如果实验中入射光的频率ν＝7.00×10Hz，则产生的光电子的最大初动能Ek＝____________J。
解析：(1)题图甲为利用光电管产生光电流的实验电路，光电子从K极发射出来，故K为光电管的阴极，A为光电管的阳极。
(2)遏止电压对光电子做负功，根据爱因斯坦光电效应方程有eUc＝Ek＝hν－W0。结合题图乙可知，当Uc＝0时，ν＝5.15×10 Hz，故铷的截止频率νc＝5.15×10 Hz，逸出功
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W0＝hνc≈3.41×10－19 J。
(3)若入射光的频率ν＝7.00×10 Hz，则产生的光电子的最大初动能Ek＝hν－
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W0≈1.23×10－19 J。
答案：(1)阳极 (2)5.15×10 3.41×10(3)1.23×10
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(时间：45分钟 满分：100分)
一、单项选择题(本题共5小题，每小题4分，共20分) 1．下列各种说法中错误的有( )
A．普朗克在研究黑体的热辐射问题中提出了能量子假说
B．一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，是因为该束光的照射时间太短 C．在光的单缝衍射实验中，狭缝越窄，光子动量的不确定量越大
D．任何一个运动物体，无论是大到太阳、地球，还是小到电子、质子，都与一种波相对应，这就是物质波，物质波是概率波
解析：选B 普朗克在研究黑体的热辐射问题中提出了能量子假说，故A正确；一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，是因为该束光的频率小于极限频率，故B错误；光的单缝衍射实验中，狭缝越窄，光子动量的不确定量越大，故C正确；任何一个运动物体，都与一种波相对应，这就是物质波，物质波是概率波，故D正确。
2．一个电子被加速后，以极高的速度在空间运动，关于它的运动，下列说法中正确的是( )
A．电子在空间做匀速直线运动 B．电子上下左右颤动着前进 C．电子运动轨迹是正弦曲线 D．无法预言它运动的路径
解析：选D 根据概率波的知识可知，某个电子在空间中运动的路径我们无法确定，只能根据统计规律确定大量电子的运动区域，故选项D正确。
3．一个质量为m、电荷量为q的带电粒子，由静止开始经加速电场加速后(加速电压为
U)，该粒子的德布罗意波长为( )
A. C.
h 2mqUB.D.
h 2mqUh mqU2qUh2mqU 2mqU12
解析：选C 设加速后的速度为v，由动能定理得：qU＝mv，所以v＝
2布罗意波长公式：λ＝＝
m，由德
hphmh2mqU，C正确。
2qU2mqUm＝
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4．已知钙和钾的截止频率分别为7.73×10 Hz和5.44×10 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 C．能量
B．频率 D．动量
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解析：选A 由mvm＝hν－W0知，钙逸出的光电子最大初动能较小，所以钙逸出的光
2电子动量较小，频率较小，波长较长，选项A正确。
5．用不同频率的紫外线分别照射钨和锌的表面而产生光电效应，可得到光电子最大初动能Ek随入射光频率ν变化的Ek-ν图象。已知钨的逸出功是3.28 eV，锌的逸出功是3.24 eV，若将二者的图线画在同一个Ek-ν坐标中，用实线表示钨、虚线表示锌，则能正确反映这一过程的是图中的( )
解析：选B 图象斜率表示普朗克常量h，因此两条线应平行；横截距代表了极限频率