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

第二章 波粒二象性章末整合提升一、量子論與光子說量子論：德國物理學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：愛因斯坦提出空間傳播的光也是不連續(xù)的，是一份一份的，每一份稱為一個光子，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)下列對光子的認識，正確的是()A“光子說”中的光子就是我們平時所說的“微?！盉“光子說”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，每一份叫做一個光量子，簡稱光子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，在空間傳播的光是不連續(xù)的，而是一份一份的，每一份叫做一個光量子，簡稱光子我們平時所說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侖引力等束縛，逸出金屬表面，成為光電子，故A、B選項錯誤，C選項正確；由h知，光子能量與其頻率成正比，故D選項正確【例2】20世紀20年代，劍橋大學學生泰勒做了一個實驗：在一個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，整個裝置如圖1所示小燈泡發(fā)出的光通過熏黑的玻璃后變得十分微弱，經(jīng)過三個月的曝光，在底片上針尖影子周圍才出現(xiàn)非常清晰的衍射條紋泰勒對這照片的平均黑度進行測量，得出每秒到達底片的能量是51013 J(h6.631034 Js)圖1(1)假如起作用的光波波長約為500 nm，計算從一個光子到下一光子到達底片所相隔的平均時間及光束中兩鄰近光子之間的平均距離；(2)如果當時實驗用的箱子長為1.2 m，根據(jù)(1)的計算結(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)見解析解析(1)對于500 nm的光子能量為：hh6.631034 J4.01019 J，因此每秒到達底片的光子數(shù)為：n個1.25106個，如果光子是依次到達底片的，則光束中相鄰兩光子到達底片的時間間隔是：t s s8.0107 s.兩相鄰光子間平均距離為：xct3.01088.0107 m240 m.(2)由(1)的計算結(jié)果可知，兩光子間距有240 m，而箱子長只有1.2 m，所以在箱子里一般不可能有兩個光子同時在運動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)是許多光子各自獨立行為積累的結(jié)果，衍射條紋的亮區(qū)是光子到達可能性較大的區(qū)域，而暗區(qū)是光子到達可能性較小的區(qū)域這個實驗支持了光波是概率波的觀點二、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)任何一種金屬都對應(yīng)一個極限頻率，入射光的頻率低于極限頻率不會產(chǎn)生光電效應(yīng)(2)光電子的最大初動能與入射光的強度無關(guān)，只隨著入射光頻率的增大而增大(3)當入射光頻率大于極限頻率時，保持頻率不變，光電流的強度與入射光的強度成正比(4)入射光照到金屬上時，光電子的發(fā)射幾乎是瞬時的，一般不超過109 s.2愛因斯坦光電效應(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】用波長為2.0107 m的紫外線照射鎢的表面，釋放出來的光電子中最大的動能是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項正確三、用圖象表示光電效應(yīng)的規(guī)律1Ek圖象根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程EkhW0，光電子的最大初動能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值，斜率為普朗克常量h.圖22IU圖象光電流強度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程中，其動量的大小_(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，對于同一頻率的光，由eU0mvhW0知，遏止電壓相等，遏止電壓與光的強度無關(guān)；光越強，光電流越大，所以C項正確四、光的波粒二象性、物質(zhì)波1光的干涉、衍射、光的偏振說明光具有波動性，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)一說明光的各種行為2電子的衍射實驗，說明了一些物質(zhì)微粒也像光子一樣具有波粒二象性3任何一個運動著的物體，小到電子、質(zhì)子、大到行星、太陽，都有一種波和它對應(yīng)，波長(物質(zhì)波的波長).物質(zhì)波和光波一樣，也屬于概率波，概率波的實質(zhì)是指粒子在空間分布的概率是符合波動規(guī)律的【例5】(多選)現(xiàn)代物理學認為，光和實物粒子都具有波粒二象性，下列事實中突出體現(xiàn)波動性的是()A一定頻率的光照射到鋅板上，光的強度越大，單位時間內(nèi)鋅板上發(fā)射的光電子就越多B肥皂液是無色的，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，其德布羅意波長約為1023 m，不過我們能清晰地觀測到小球運動的軌跡D人們常利用熱中子研究晶體的結(jié)構(gòu)，因為熱中子的德布羅意波長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)，說明光有粒子性