專題十六波粒二象性

專題十六波粒二象性高考物理

(浙江專用)五年高考A組自主命題·浙江卷題組考點(diǎn)光電效應(yīng)波粒二象性1.(2019浙江4月選考,14,2分)波長為λ1和λ2的兩束可見光入射到雙縫,在光屏上觀察到干涉條

紋,其中波長為λ1的光的條紋間距大于波長為λ2的條紋間距。則(下列表述中,腳標(biāo)“1”和

“2”分別代表波長為λ1和λ2的光所對(duì)應(yīng)的物理量)

()A.這兩束光的光子的動(dòng)量p1>p2B.這兩束光從玻璃射向真空時(shí),其臨界角C1>C2C.這兩束光都能使某種金屬發(fā)生光電效應(yīng),則遏止電壓U1>U2D.這兩束光由氫原子從不同激發(fā)態(tài)躍遷到n=2能級(jí)時(shí)產(chǎn)生,則相應(yīng)激發(fā)態(tài)的電離能ΔE1>ΔE2

2.(2018浙江11月選考,14,2分)(多選)處于較高能級(jí)的氫原子向較低能級(jí)躍遷時(shí),能輻射出a、b兩種可見光,a光照射某金屬表面時(shí)有光電子逸出,b光照射該金屬表面時(shí)沒有光電子逸出,則

()A.以相同的入射角射向一平行玻璃磚,a光的側(cè)移量小于b光的B.垂直入射到同一單縫衍射裝置,a光的衍射中央亮條紋寬度小于b光的C.a光和b光的頻率之比可能是20/27D.a光子的動(dòng)量大于b光子的答案

BD根據(jù)題意可知a光頻率大于b光頻率,玻璃磚對(duì)a光的折射率大于對(duì)b光的折射率,b

光的折射率較小,以相同角度斜射到同一玻璃板透過平行表面后,b光的折射角較大,所以b光側(cè)

移量小,即a光的側(cè)移量大于b光的,A錯(cuò)誤;頻率越大,波長越小,通過同一單縫衍射裝置時(shí),中央

亮條紋寬度越小,B正確;a光的頻率大,故頻率之比不可能為

,C錯(cuò)誤;頻率越大,波長越小,即λa<λb,根據(jù)λ=

可知pa>pb,D正確。3.(2017浙江11月選考,15,2分)(多選)a、b是兩種單色光,其光子能量分別為εa和εb,且

=k,

(

)A.則a、b的光子動(dòng)量之比

=1∶kB.若a、b入射到同一雙縫干涉裝置上,則相鄰亮條紋的間距之比

=1∶kC.若a、b都能使某種金屬發(fā)生光電效應(yīng),則光電子最大初動(dòng)能之差Eka-Ekb=εb(k-1)D.若a、b是由處在同一激發(fā)態(tài)的原子躍遷到a態(tài)和b態(tài)時(shí)產(chǎn)生的,則a、b兩態(tài)能級(jí)之差Ea-Eb=εb(k-1)答案

BC根據(jù)德布羅意方程λ=

以及光子的能量ε=h

,聯(lián)立得p=

,所以

=

,選項(xiàng)A錯(cuò)誤。Δx=

,聯(lián)立以上各式可得Δx=

,因此選項(xiàng)B正確。光電子最大初動(dòng)能Ek=hν-W0,因此Eka-Ekb=(k-1)εb,選項(xiàng)C正確。由題意可知,Ea+εa=Eb+εb,所以Ea-Eb=εb-εa=εb(1-k),選項(xiàng)D錯(cuò)誤。4.(2016浙江4月選考,16,2分)(多選)在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中,采用極限頻率為ν0=5.5×1014Hz的鈉做

陰極,已知普朗克常量h=6.6×10-34J·s,電子質(zhì)量m=9.1×10-31kg。用頻率ν=7.5×1014Hz的紫光照

射鈉陰極產(chǎn)生光電子的

()A.動(dòng)能的數(shù)量級(jí)為10-19JB.速率的數(shù)量級(jí)為108m/sC.動(dòng)量的數(shù)量級(jí)為10-27kg·m/sD.德布羅意波長的數(shù)量級(jí)為10-9m答案

AD根據(jù)Ek=hν-W,W=hν0,得:Ek=1.32×10-19J,A正確。由Ek=

mv2,得v≈5×105m/s,B錯(cuò)誤。動(dòng)量p=

≈4.9×10-25kg·m/s,C錯(cuò)誤。由p=h/λ得λ=

m≈1.3×10-9m,故D正確。B組統(tǒng)一命題、省(區(qū)、市)卷題組考點(diǎn)光電效應(yīng)波粒二象性1.(2019北京理綜,19,6分)光電管是一種利用光照射產(chǎn)生電流的裝置,當(dāng)入射光照在管中金屬板

上時(shí),可能形成光電流。表中給出了6次實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。組次入射光子的能量/eV相對(duì)光強(qiáng)光電流大小/mA逸出光電子的最大動(dòng)能/eV第一組1234.04.04.0弱中強(qiáng)2943600.90.90.9第二組4566.06.06.0弱中強(qiáng)2740552.92.92.9由表中數(shù)據(jù)得出的論斷中不正確的是

()A.兩組實(shí)驗(yàn)采用了不同頻率的入射光B.兩組實(shí)驗(yàn)所用的金屬板材質(zhì)不同C.若入射光子的能量為5.0eV,逸出光電子的最大動(dòng)能為1.9eVD.若入射光子的能量為5.0eV,相對(duì)光強(qiáng)越強(qiáng),光電流越大2.(2019天津理綜,5,6分)右圖為a、b、c三種光在同一光電效應(yīng)裝置中測(cè)得的光電流和電壓的

關(guān)系。由a、b、c組成的復(fù)色光通過三棱鏡時(shí),下述光路圖中正確的是

()

3.(2018課標(biāo)Ⅱ,17,6分)用波長為300nm的光照射鋅板,電子逸出鋅板表面的最大初動(dòng)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.1×1014HzB.8×1014HzC.2×1015HzD.8×1015Hz答案

B

本題考查光電效應(yīng)規(guī)律。由光電效應(yīng)方程得Ek=

-W0,而能使鋅產(chǎn)生光電效應(yīng)的單色光的最低頻率ν0應(yīng)滿足hν0=W0,聯(lián)立得ν0=

-

=8×1014Hz,故選項(xiàng)B正確。方法技巧光電效應(yīng)現(xiàn)象的判斷能使金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)的單色光的最低頻率即恰好發(fā)生光電效應(yīng)的條件:照射光的能量等于

金屬的逸出功。4.(2017北京理綜,18,6分)2017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)附近連續(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)域的研究中發(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(huì)把分子打碎。據(jù)此判

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.10-18J

C.10-15JD.10-12J答案

B本題考查光子能量。由題意知,電離一個(gè)分子的能量等于照射分子的光子能量,E=

hν=h

=2×10-18J,故選項(xiàng)B正確。5.[2018江蘇單科,12C(2)]光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中,用波長為λ0的單色光A照射某金屬板時(shí),剛好有光電

子從金屬表面逸出。當(dāng)波長為

的單色光B照射該金屬板時(shí),光電子的最大初動(dòng)能為

,A、B兩種光子的動(dòng)量之比為

。(已知普朗克常量為h、光速為c)答案

1∶2解析由愛因斯坦光電效應(yīng)方程可知EkA=h

-W0=0,得W0=h

EkB=h

-h

=

A種光子的動(dòng)量pA=

B種光子的動(dòng)量pB=

=

得pA∶pB=1∶26.[2019江蘇單科,12(3),3分]在“焊接”視網(wǎng)膜的眼科手術(shù)中,所用激光的波長λ=6.4×10-7m,每

個(gè)激光脈沖的能量E=1.5×10-2J。求每個(gè)脈沖中的光子數(shù)目。(已知普朗克常量h=6.63×10-34J

·s,光速c=3×108m/s。計(jì)算結(jié)果保留一位有效數(shù)字)答案5×1016

解析本題考查了光的波粒二象性中粒子性問題,考查了學(xué)生的理解能力,體現(xiàn)了物理觀念中

能量觀念的素養(yǎng)要素,滲透了關(guān)注社會(huì)發(fā)展、科技進(jìn)步、生產(chǎn)生活的價(jià)值觀念。光子能量ε=

,光子數(shù)目n=

,代入數(shù)據(jù)得n=5×1016。關(guān)聯(lián)知識(shí)核反應(yīng)中四大守恒規(guī)律:(1)質(zhì)量數(shù)守恒;(2)電荷數(shù)守恒;(3)能量守恒;(4)動(dòng)量守恒。以下為教師用書專用(7~9)7.[2016課標(biāo)Ⅰ,35(1),5分](多選)現(xiàn)用某一光電管進(jìn)行光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn),當(dāng)用某一頻率的光入射時(shí),

有光電流產(chǎn)生。下列說法正確的是

()A.保持入射光的頻率不變,入射光的光強(qiáng)變大,飽和光電流變大B.入射光的頻率變高,飽和光電流變大C.入射光的頻率變高,光電子的最大初動(dòng)能變大D.保持入射光的光強(qiáng)不變,不斷減小入射光的頻率,始終有光電流產(chǎn)生E.遏止電壓的大小與入射光的頻率有關(guān),與入射光的光強(qiáng)無關(guān)答案

ACE保持入射光的頻率不變,入射光的光強(qiáng)變大,單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子個(gè)數(shù)增加,

則飽和光電流變大,故A正確。飽和光電流的大小與入射光的頻率無直接關(guān)系,故B錯(cuò)。由Ek=hν-W0,可知C正確。當(dāng)入

射光的頻率小于金屬的極限頻率時(shí),光電效應(yīng)不能發(fā)生,故D錯(cuò)。由eU=

mv2=hν-W0得eU=hν-W0,可見,遏止電壓U隨ν的增大而增大,與入射光的光強(qiáng)無關(guān),故E正確。8.[2015課標(biāo)Ⅱ,35(1),5分](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(dòng)

性的是

()A.電子束通過雙縫實(shí)驗(yàn)裝置后可以形成干涉圖樣B.β射線在云室中穿過會(huì)留下清晰的徑跡C.人們利用慢中子衍射來研究晶體的結(jié)構(gòu)D.人們利用電子顯微鏡觀測(cè)物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)E.光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中,光電子的最大初動(dòng)能與入射光的頻率有關(guān),與入射光的強(qiáng)度無關(guān)答案

ACD電子束通過雙縫產(chǎn)生干涉圖樣,體現(xiàn)的是波動(dòng)性,A正確;β射線在云室中留下清

晰的徑跡,不能體現(xiàn)波動(dòng)性,B錯(cuò)誤;衍射體現(xiàn)的是波動(dòng)性,C正確;電子顯微鏡利用了電子束波長

短的特性,D正確;光電效應(yīng)體現(xiàn)的是光的粒子性,E錯(cuò)誤。9.[2015課標(biāo)Ⅰ,35(1),5分]在某次光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中,得到