2017_2018學(xué)年高中物理第二章波粒二象性章末整合提升教學(xué)案粵教版.docx

第二章 波粒二象性章末整合提升一、量子論與光子說(shuō)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Eh.光子說(shuō)：愛(ài)因斯坦提出空間傳播的光也是不連續(xù)的，是一份一份的，每一份稱(chēng)為一個(gè)光子，光子具有的能量與光的頻率成正比，即h其中h為普朗克常量，h6.631034 Js.【例1】(多選)下列對(duì)光子的認(rèn)識(shí)，正確的是()A“光子說(shuō)”中的光子就是我們平時(shí)所說(shuō)的“微?！盉“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(chēng)光子D光子的能量跟光的頻率成正比答案CD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(chēng)光子我們平時(shí)所說(shuō)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h知，光子能量與其頻率成正比，故D選項(xiàng)正確【例2】20世紀(jì)20年代，劍橋大學(xué)學(xué)生泰勒做了一個(gè)實(shí)驗(yàn)：在一個(gè)密閉的箱子里放上小燈泡，煙熏黑的玻璃、狹縫、針尖、照相底板，整個(gè)裝置如圖1所示小燈泡發(fā)出的光通過(guò)熏黑的玻璃后變得十分微弱，經(jīng)過(guò)三個(gè)月的曝光，在底片上針尖影子周?chē)懦霈F(xiàn)非常清晰的衍射條紋泰勒對(duì)這照片的平均黑度進(jìn)行測(cè)量，得出每秒到達(dá)底片的能量是51013 J(h6.631034 Js)圖1(1)假如起作用的光波波長(zhǎng)約為500 nm，計(jì)算從一個(gè)光子到下一光子到達(dá)底片所相隔的平均時(shí)間及光束中兩鄰近光子之間的平均距離；(2)如果當(dāng)時(shí)實(shí)驗(yàn)用的箱子長(zhǎng)為1.2 m，根據(jù)(1)的計(jì)算結(jié)果，能否找到支持光是概率波的證據(jù)？答案(1)8.0107 s240 m(2)見(jiàn)解析解析(1)對(duì)于500 nm的光子能量為：hh6.631034 J4.01019 J，因此每秒到達(dá)底片的光子數(shù)為：n個(gè)1.25106個(gè)，如果光子是依次到達(dá)底片的，則光束中相鄰兩光子到達(dá)底片的時(shí)間間隔是：t s s8.0107 s.兩相鄰光子間平均距離為：xct3.01088.0107 m240 m.(2)由(1)的計(jì)算結(jié)果可知，兩光子間距有240 m，而箱子長(zhǎng)只有1.2 m，所以在箱子里一般不可能有兩個(gè)光子同時(shí)在運(yùn)動(dòng)這樣就排除了光的衍射行為是光子相互作用的可能性因此，衍射條紋的出現(xiàn)是許多光子各自獨(dú)立行為積累的結(jié)果，衍射條紋的亮區(qū)是光子到達(dá)可能性較大的區(qū)域，而暗區(qū)是光子到達(dá)可能性較小的區(qū)域這個(gè)實(shí)驗(yàn)支持了光波是概率波的觀點(diǎn)二、光電效應(yīng)的規(guī)律和光電效應(yīng)方程1光電效應(yīng)規(guī)律(1)任何一種金屬都對(duì)應(yīng)一個(gè)極限頻率，入射光的頻率低于極限頻率不會(huì)產(chǎn)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)，只隨著入射光頻率的增大而增大(3)當(dāng)入射光頻率大于極限頻率時(shí)，保持頻率不變，光電流的強(qiáng)度與入射光的強(qiáng)度成正比(4)入射光照到金屬上時(shí)，光電子的發(fā)射幾乎是瞬時(shí)的，一般不超過(guò)109 s.2愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程EkhW0.W0表示金屬的逸出功，0表示金屬的極限頻率，則W0h0.【例3】用波長(zhǎng)為2.0107 m的紫外線照射鎢的表面，釋放出來(lái)的光電子中最大的動(dòng)能是4.71019 J由此可知，鎢的極限頻率是(普朗克常量h6.631034 Js，光速c3.0108 m/s，結(jié)果取兩位有效數(shù)字)()A5.51014 Hz B7.91014 HzC9.81014 Hz D1.21015 Hz答案B解析由愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程得hEkW0，而金屬的逸出功W0h0，由以上兩式得，鎢的極限頻率為：07.91014 Hz，B項(xiàng)正確三、用圖象表示光電效應(yīng)的規(guī)律1Ek圖象根據(jù)愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程EkhW0，光電子的最大初動(dòng)能Ek是入射光頻率的一次函數(shù)，圖象如圖2所示其橫軸截距為金屬的極限頻率0，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22IU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，U0為遏止電壓利用meveU0可得光電子的最大初動(dòng)能圖3【例4】(1)研究光電效應(yīng)的電路如圖4所示用頻率相同、強(qiáng)度不同的光分別照射密封真空管的鈉極板(陰極K)，鈉極板發(fā)射出的光電子被陽(yáng)極A吸收，在電路中形成光電流下列光電流I與A、K之間的電壓UAK的關(guān)系圖象中，正確的是()圖4(2)鈉金屬中的電子吸收光子的能量，從金屬表面逸出，這就是光電子光電子從金屬表面逸出的過(guò)程中，其動(dòng)量的大小_(選填“增大”、“減小”或“不變”)，原因是_.答案(1)C(2)減小光電子受到金屬表面層中力的阻礙作用解析(1)同一金屬的逸出功一定，對(duì)于同一頻率的光，由eU0mvhW0知，遏止電壓相等，遏止電壓與光的強(qiáng)度無(wú)關(guān)；光越強(qiáng)，光電流越大，所以C項(xiàng)正確四、光的波粒二象性、物質(zhì)波1光的干涉、衍射、光的偏振說(shuō)明光具有波動(dòng)性，光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)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電子的衍射實(shí)驗(yàn)，說(shuō)明了一些物質(zhì)微粒也像光子一樣具有波粒二象性3任何一個(gè)運(yùn)動(dòng)著的物體，小到電子、質(zhì)子、大到行星、太陽(yáng)，都有一種波和它對(duì)應(yīng)，波長(zhǎng)(物質(zhì)波的波長(zhǎng)).物質(zhì)波和光波一樣，也屬于概率波，概率波的實(shí)質(zhì)是指粒子在空間分布的概率是符合波動(dòng)規(guī)律的【例5】(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103 kg、速度為102 m/s的小球，其德布羅意波長(zhǎng)約為1023 m，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答案BD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