【物理】2019届二轮复习波粒二象性学案（全国通用） 10页

考点精讲 ‎1. 光电效应 照射到金属表面的光，能使金属中的电子从表面逸出的现象．‎ ‎2．光电子 光电效应中发射出来的电子．‎ ‎3．光电效应规律 ‎(1)每种金属都有一个极限频率，入射光的频率必须大于这个极限频率才能产生光电效应．低于这个频率的光不能产生光电效应．‎ ‎(2)光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光频率的增大而增大．‎ ‎(3)光电效应的发生几乎瞬时的，一般不超过10－9s.‎ ‎(4)当入射光的频率大于极限频率时，饱和光电流的强度与入射光的强度成正比.‎ ‎4．爱因斯坦光电效应方程 ‎(1)表达式：E ＝hν－W0.‎ ‎(2)物理意义：金属表面的电子吸收一个光子获得的能量是hν，这些能量的一部分用来克服金属的逸出功W0，剩下的表现为逸出后光电子的最大初动能E ＝mev2.‎ ‎5．用光子说解释光电效应及其规律 ‎(1)光照射金属时，电子吸收一个光子(形成光电子)的能量后，动能立即增大，不需要积累能量的过程．‎ ‎(2)电子从金属表面逸出，首先需克服金属表面原子核的引力做功(逸出功W)．要使入射光子的能量不小于W，对应频率ν0＝为极限频率．‎ ‎(3)光电子的最大初动能只随入射光频率的增大而增大．‎ ‎(4)入射光越强，单位时间内入射到金属表面的光子数越多，产生的光电子越多，射出的光电子做定向移动时形成的光电流越大．‎ ‎6．物质波 ‎(1)概率波 光的干涉现象是大量光子的运动遵守波动规律的表现，亮条纹是光子到达概率大的地方，暗条纹是光子到达概率小的地方，因此光波又叫概率波．‎ ‎(2)物质波 任何一个运动着的物体，小到微观粒子大到宏观物体都有一种波与它对应，其波长λ＝，p为运动物体的动量，h为普朗克常量．‎ ‎7．光的波粒二象性 光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有波动性．光电效应说明光具有粒子性．光既具有波动性，又具有粒子性，两者不是孤立的，而是有机的统一体，其表现规律为：‎ ‎（1）从数量上看：个别光子的作用效果往往表现为粒子性；大量光子的作用效果往往表现为波动性．‎ ‎（2）从频率上看：频率越低波动性越显著，越容易看到光的干涉和衍射现象；频率越高粒子性越显著，越不容易看到光的干涉和衍射现象，贯穿本领越强．‎ ‎（3）从传播与作用上看：光在传播过程中往往表现出波动性；在与物质发生作用时往往表现为粒子性．‎ ‎（4）波动性与粒子性的统一：由光子的能量E＝hν，光子的动量p＝表达式也可以看出，光的波动性和粒子性并不矛盾：表示粒子性的粒子能量和动量的计算式中都含有表示波的特征的物理量——频率ν和波长λ.‎ ‎（5）理解光的波粒二象性时不可把光当成宏观概念中的波，也不可把光当成宏观概念中的粒子．‎ 考点精练 题组1 对光电效应现象的理解 ‎1．一单色光照到某金属表面时，有光电子从金属表面逸出，下列说法中不正确的是(　　)‎ A．只增大入射光的频率，金属逸出功将减小 B．只延长入射光照射时间，光电子的最大初动能将增大 C．只增大入射光的频率，光电子的最大初动能将增大 D．只增大入射光的频率，光电子逸出所经历的时间将缩短 ‎【答案】ABD ‎2. 1905年是爱因斯坦的“奇迹”之年，这一年他先后发表了三篇具有划时代意义的论文，其中关于光量子的理论成功的解释了光电效应现象．关于光电效应，下列说法正确的是 (　　)‎ A．当入射光的频率低于极限频率时，不能发生光电效应 B．光电子的最大初动能与入射光的频率成正比 C．光电子的最大初动能与入射光的强度成正比 D．某单色光照射一金属时不发生光电效应，改用波长较短的光照射该金属可能发生光电效应 ‎【答案】AD.‎ ‎【解析】‎ ‎ 根据光电效应现象的实验规律，只有入射光频率大于极限频率才能发生光电效应，故A、D正确．根据光电效应方程，最大初动能与入射光频率为线性关系，但非正比关系，B错误；根据光电效应现象的实验规律，光电子的最大初动能与入射光强度无关，C错误．‎ ‎3. 现用一光电管进行光电效应实验，当用某一频率的光入射时，有光电流产生．下列说法正确的是(　　)‎ A．保持入射光的频率不变，入射光的光强变大，饱和光电流变大 B．入射光的频率变高，饱和光电流变大 C．入射光的频率变高，光电子的最大初动能变大 D．保持入射光的光强不变，不断减小入射光的频率，始终有光电流产生 ‎【答案】　AC 题组2 光电效应方程 ‎1. 如图为用光照射锌板产生光电效应的装置示意图．光电子的最大初动能用E 表示、入射光的强度用C表示、入射光的波长用λ表示、入射光的照射时间用t表示、入射光的频率用ν表示．则下列说法正确的是(　　)‎ A．E 与C无关 B．E 与λ成反比 C．E 与t成正比 D．E 与ν成线性关系 ‎【答案】AD　‎ ‎【解析】 由E ＝hν－W0知，E 与照射光的强度及照射时间无关，与ν成线性关系，A、D正确，C错误；由E ＝－W0可知，E 与λ不成反比，B错误． ‎ ‎2. 在光电效应实验中，用频率为ν的光照射光电管阴极，发生了光电效应，下列说法正确的是(　　)‎ A．增大入射光的强度，光电流增大 B．减小入射光的强度，光电效应现象不会消失 C．改用频率小于ν的光照射，一定不发生光电效应 D．改用频率大于ν的光照射，光电子的最大初动能变大 ‎【答案】ABD　‎ ‎【解析】 增大入射光强度，单位时间内照射到单位面积的光电子数增加，则光电流将增大，故选项A正确；光电效应是否发生取决于照射光的频率，而与照射强度无关，故选项B正确；用频率为ν 的光照射光电管阴极，发生光电效应，用频率较小的光照射时，若光的频率仍大于极限频率，则仍会发生光电效应，选项C错误；根据hν－W逸＝mv2可知，增加照射光频率，光电子的最大初动能也增大，故选项D正确．‎ ‎3. 在探究光电效应现象时，某小组的同 分别用波长为λ、2λ的单色光照射某金属，逸出的光电子最大速度之比为2∶1，普朗克常量用h表示，光在真空中的速度用c表示．则(　　) ‎ A．光电子的最大初动能之比为2∶1‎ B．该金属的截止频率为 C．该金属的截止频率为 D．用波长为λ的单色光照射该金属时能发生光电效应 ‎【答案】BD　‎ ‎4. 以往我们认识的光电效应是单光子光电效应，即一个电子在极短时间内只能吸收到一个光子而从金属表面逸出．强激光的出现丰富了人们对于光电效应的认识，用强激光照射金属，由于其光子密度极大，一个电子在极短时间内吸收多个光子成为可能，从而形成多光子光电效应，这已被实验证实．光电效应实验装置示意图如图所示．用频率为ν的普通光源照射阴极 ，没有发生光电效应，换用同样频率为ν的强激光照射阴极 ，则发生了光电效应；此时，若加上反向电压U，即将阴极 接电源正极，阳极A接电源负极，在 A之间就形成了使光电子减速的电场．逐渐增大U，光电流会逐渐减小；当光电流恰好减小到零时，所加反向电压U可能是下列的(其中W为逸出功，h为普朗克常量，e为电子电量)(　　)‎ A．U＝－　　　　　　　B．U＝－ C．U＝2hν－W D．U＝－ ‎【答案】　B 题组3 光的波粒二象性　物质波 ‎1. 实物粒子和光都具有波粒二象性．下列事实中突出体现波动性的是(　　)‎ A．电子束通过双缝实验装置后可以形成干涉图样 B．β射线在云室中穿过会留下清晰的径迹 C．人们利用慢中子衍射来研究晶体的结构 D．光电效应实验中，光电子的最大初动能与入射光的频率有关，与入射光的强度无关 ‎【答案】　AC ‎【解析】　电子束具有波动性，通过双缝实验装置后可以形成干涉图样，选项A正确．β射线在云室中高速运动时，径迹又细又直，表现出粒子性，选项B错误．人们利用慢中子衍射来研究晶体的结构，体现出波动性，选项C正确．光电效应实验，体现的是波的粒子性，选项D错误．‎ ‎2. 物理 家做了一个有趣的实验：在双缝干涉实验中，在光屏处放上照相底片，若减弱光的强度，使光子只能一个一个地通过狭缝．实验结果表明，如果曝光时间不太长，底片上只能出现一些不规则的点；如果曝光时间足够长，底片上就会出现规则的干涉条纹．对这个实验结果下列认识正确的是(　　)‎ A．曝光时间不长时，光的能量太小，底片上的条纹看不清楚，故出现不规则的点 B．单个光子的运动没有确定的轨道 C．干涉条纹中明亮的部分是光子到达机会较多的地方 D．只有大量光子的行为才表现出波动性 ‎【答案】BCD ‎【解析】 单个光子通过双缝后的落点无法预测，大量光子的落点出现一定的规律性，落在某些区域的可能性较大，这些区域正是波通过双缝后发生干涉时振幅加强的区域．光具有波粒二象性，少数光子的行为表现为粒子性，大量光子的行为表现为波动性．所以正确选项为BCD.‎ ‎3．用极微弱的可见光做双缝干涉实验，随着时间的增加，在照相底片上先后出现如图甲、乙、丙所示的图象，则(　　)‎ A．图象甲表明光具有粒子性 B．图象乙表明光具有波动性 C用紫外线观察不到类似的图象 D．实验表明光是一种概率波 ‎【答案】ABD.‎ ‎【解析】图象甲曝光时间短，通过光子数很少，呈现粒子性．图象乙曝光时间长，通过了大量光子，呈现波动性，故A、B正确；同时也表明光波是一种概率波，故D也正确；紫外线本质和可见光本质相同，也可以发生上述现象，故C错误．‎ ‎4．如果一个电子的德布罗意波长和一个中子的相等，则它们相等的物理量是(　　)‎ A．速度　　 B．动能 C．动量 D．总能量 ‎【答案】C.‎ ‎【解析】根据λ＝，知电子和中子的动量相等，选项C正确．‎ ‎5. 已知钙和钾的截止频率分别为 7.73 ×1014 H 和5.44×1014 H ，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 B．频率 C．能量 D．动量 ‎【答案】A.‎ ‎6. 波粒二象性是微观世界的基本特征，以下说法正确的有(　　)‎ A．光电效应现象揭示了光的粒子性 B．热中子束射到晶体上产生衍射图样说明中子具有波动性 C．黑体辐射的实验规律可用光的波动性解释 D．动能相等的质子和电子，它们的德布罗意波长也相等 ‎【答案】AB.‎ ‎【解析】 光电效应现象、黑体辐射的实验规律都可以用光的粒子性解释，选项A正确，选项C错误；热中子束射到晶体上产生衍射图样说明中子具有波动性，选项B正确；由德布罗意波长公式λ＝和p2＝2mE 知动能相等的质子和电子动量不同，德布罗意波长不相等，选项D错误．‎ ‎7. 关于物质的波粒二象性，下列说法中不正确的是(　　)‎ A．不仅光子具有波粒二象性，一切运动的微粒都具有波粒二象性 B．运动的微观粒子与光子一样，当它们通过一个小孔时，都没有特定的运动轨道 C．波动性和粒子性，在宏观现象中是矛盾的、对立的，但在微观高速运动的现象中是统一的 D．实物的运动有特定的轨道，所以实物不具有波粒二象性 ‎【答案】D.‎ ‎【解析】光具有波粒二象性是微观世界具有的特殊规律，大量光子运动的规律表现出光的波动性，而单个光子的运动表现出光的粒子性．光的波长越长，波动性越明显，光的频率越高，粒子性越明显．而宏观物体的德布罗意波的波长太小，实际很难观察到波动性，不是不具有波粒二象性，D项错误． ‎ ‎8．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 ‎【答案】C.‎ 方法突破 光电效应方程及应用 ‎1．解光电效应问题的常用技巧 ‎(1)判断和描述时应理清三个关系：‎ ‎①光电效应的实质(单个光子与单个电子间相互作用产生的)．‎ ‎②光电子的最大初动能的 (金属表面的自由电子吸收光子后克服逸出功逸出后具有的动能)．‎ ‎③入射光强度与光电流的关系(当入射光的频率大于极限频率时光电流的强度与入射光的强度成正比)．‎ ‎(2)定量分析时应抓住三个关系式：‎ ‎①爱因斯坦光电效应方程：E ＝hν－W0.‎ ‎②最大初动能与遏止电压的关系：E ＝eUc.‎ ‎③逸出功与极限频率的关系：W0＝hν0.‎ ‎2．四类图象 图象名称 图线形状 由图线直接(间接)‎ 得到的物理量 最大初动能E 与入射光频率ν的关系图线 ‎①极限频率：图线与ν轴交点的横坐标νc ‎②逸出功：图线与E 轴交点的纵坐标的值W0＝|－E|＝E ‎③普朗克常量：图线的斜率 ＝h 颜色相同、强度不同的光，光电流与电压的关系图线 ‎①遏止电压Uc：图线与横轴的交点 ‎②饱和光电流Im：电流的最大值 ‎③最大初动能：E m＝eUc 颜色不同时，光电流与电压的关系图线 ‎①遏止电压Uc1、Uc2‎ ‎②饱和光电流 ‎③最大初动能E 1＝eUc1，E 2＝eUc2‎ 遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图线 ‎①截止频率νc：图线与横轴的交点 ‎②遏止电压Uc：随入射光频率的增大而增大 ‎③普朗克常量h：等于图线的斜率与电子电量的乘积，即h＝ e.(注：此时两极之间接反向电压)‎ 题组4 光电相应方程的应用 ‎1. 如图是某金属在光的照射下产生的光电子的最大初动能E 与入射光频率ν的关系图象．由图象可知(　　)‎ A．该金属的逸出功等于E B．该金属的逸出功等于hν0‎ C．入射光的频率为2ν0时，产生的光电子的最大初动能为E D．入射光的频率为时，产生的光电子的最大初动能为 ‎【答案】ABC　‎ ‎2．研究光电效应规律的实验装置如图所示，用频率为ν的光照射光电管阴极 时，有光电子产生．由于光电管 、A间加的是反向电压，光电子从阴极 发射后将向阳极A做减速运动．光电流i由图中电流计G测出，反向电压U由电压表V测出．当电流计的示数恰好为零时，电压表的示数称为反向截止电压UC，在下列表示光电效应实验规律的图象中，错误的是(　　)‎ 　　 ‎【答案】B　‎ ‎3. 如图所示是用光照射某种金属时逸出的光电子的最大初动能随入射光频率的变化图线(直线与横轴的交点坐标4.27，与纵轴交点坐标0.5)．由图可知(　　)‎ A．该金属的截止频率为4.27×1014 H ‎ B．该金属的截止频率为5.5×1014 H ‎ C．该图线的斜率表示普朗克常量 D．该金属的逸出功为0.5 eV ‎【答案】AC.‎ ‎【解析】图线在横轴上的截距为截止频率，A正确、B错误；由光电效应方程E ＝hν－W0，可知图线的斜率为普朗克常量，C正确；金属的逸出功为：W0＝hν0＝ eV≈1.77 eV，D错误．‎ ‎4．在光电效应实验中，某同 用同一光电管在不同实验条件下得到三条光电流与电压之间的关系曲线(甲光、乙光、丙光)，如图所示．则可判断出(　　)‎ A．甲光的频率大于乙光的频率 B．乙光的波长大于丙光的波长 C．乙光对应的截止频率大于丙光的截止频率 D．甲光对应的光电子最大初动能大于丙光的光电子最大初动能 ‎【答案】B.‎ ‎5. 人们发现光电效应具有瞬时性和对各种金属都存在极限频率的规律．请问谁提出了何种 说很好地解释了上述规律？已知锌的逸出功为3.34 eV，用某单色紫外线照射锌板时，逸出光电子的最大速度为106 m/s，求该紫外线的波长λ.(电子质量Me＝9.11×10－31 g，普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s,1 eV＝1.60×10－19 J)‎ ‎【答案】　爱因斯坦的光子说很好地解释了光电效应 2．009×10－7 m ‎【解析】　爱因斯坦提出的光子说很好地解释了光电效应现象．‎ 由爱因斯坦光电效应方程：‎ E ＝hν－W0 ①‎ 光速、波长、频率之间关系：c＝λν ②‎ 联立①②得紫外线的波长为 λ＝＝ m≈2.009×10－7 m