2025新課改-高中物理-選修第3冊（10講）06 B波粒二象性 中檔版含答案

2025新課改-高中物理-選修第3冊（10講）06B波粒二象性中檔版波粒二象性一、光的電磁理論1．光是一種電磁波⑴光具有波的特性，在同一介質(zhì)中光速、波長和頻率之間滿足：。（請注意分清和這兩個易混的字母）⑵在可見光中，各色光頻率的大小關系是：。典例精講【例1.1】（2019春?南關區(qū)校級月考）光的干涉現(xiàn)象和光的衍射現(xiàn)象證明光是一種波，光的偏振現(xiàn)象證明光是橫波?！痉治觥抗獾母缮?、衍射說明光具有波動性，光的偏振現(xiàn)象說明光是一種橫波，電子的衍射說明實物粒子具有波動性。【解答】解：光的衍射和光的干涉現(xiàn)象說明光具有波動性。光的偏振現(xiàn)象說明光是橫波。故答案為：干涉，衍射，偏振。2．介質(zhì)對光速的影響⑴光在真空中的速度：。⑵光在不同的介質(zhì)中的速度由可知，介質(zhì)的折射率越大，光速越小。⑶不同色光在同一介質(zhì)中的速度由三棱鏡光的色散實驗可知，同一介質(zhì)對紫光的折射率最大，紅光的最小。再由得到，在同一介質(zhì)中有：。二、光的粒子1．光電效應如圖所示，把一塊鋅板連接在驗電器上，手觸鋅板使驗電器指示歸零。用紫外線照射鋅板，發(fā)現(xiàn)驗電器的指針張開。物理學家赫茲（德國）、勒納德（德國）、湯姆孫（英國）等相繼進行了實驗研究，證實了這樣一個現(xiàn)象：照射到金屬表面的光，能使金屬表面的電子從表面逸出。這個現(xiàn)象稱為光電效應，這種電子常被稱為光電子。⑴光電效應實驗規(guī)律=1\*GB3①任何一種金屬，都有一個截止頻率，也稱極限頻率。入射光的頻率低于截止頻率時不發(fā)生光電效應。=2\*GB3②逸出光電子的動能只與入射光的頻率有關，而與入射光的強弱無關。入射光的頻率越大，逸出光電子的動能就越大。=3\*GB3③對于一定顏色的光（），入射光越強，單位時間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)越多。=4\*GB3④無論入射光（）怎樣微弱，光電效應幾乎是瞬時發(fā)生的。⑵光電效應與經(jīng)典電磁理論的沖突=1\*GB3①按照光的電磁理論，光是電磁波，是變化的電場與變化的磁場的傳播。入射光照射到金屬上時，金屬中的自由電子受變化電場的驅(qū)動力作用而做受迫振動，增大入射光的強度，光波的振幅增大，當電子做受迫振動的振幅足夠大時，總可以掙脫金屬束縛而逸出，成為光電子，不應存在極限頻率。②按照光的電磁理論，光越強，光子的初動能應該越大。=3\*GB3③按照光的電磁理論，光電子的產(chǎn)生需要較長的時間而不是瞬間。=3\*GB2⑶光子說=1\*GB3①在空間傳播的光不是連續(xù)的，而是一份一份的，每一份叫做一個光子，光子的能量與光的頻率成正比，即，其中普朗克常量。②光子說對光電效應的解釋：(a)光子的能量只與光的頻率有關，電子吸收到光子的頻率越大，獲得的能量也就越多。當能量足以使電子擺脫金屬的束縛時，它就從金屬表面逸出，成為光電子，因而存在一個截止頻率。(b)根據(jù)能量守恒定律，逸出光電子的最大初動能：。這就是著名的愛因斯坦光電效應方程，為金屬的逸出功。(c)入射光越強，單位體積內(nèi)的光子數(shù)就越多。光子數(shù)越多，單位時間內(nèi)從金屬表面逸出的光電子數(shù)也就越多。(d)電子一次性吸收光子的全部能量，不需要積累能量的時間，因此光電效應幾乎是瞬時發(fā)生的。典例精講【例1.1】（2019春?沙雅縣校級期中）科學家愛因斯坦提出光子說，很好地解釋了光電效應實驗；光電效應說明光具有粒子性?！痉治觥恳蛩固篂榻忉尮怆娦F(xiàn)象：提出了光的光子說，光電效應現(xiàn)象說明光具有粒子性，從而即可求解?！窘獯稹拷猓簮垡蛩固篂榻忉尮怆娦F(xiàn)象提出了光子說，光電效應說明了光具有粒子性。故答案為：愛因斯坦，粒子?！纠?.2】（2019春?芮城縣期末）用圖所示的光電管研究光電效應的實驗中，用某種頻率的單色光a照射光電管陰極K，電流計G的指針發(fā)生偏轉。而用另一頻率的單色光b照射光電管陰極K時，電流計G的指針不發(fā)生偏轉，那么（）A．a(chǎn)光的頻率一定小于b光的頻率 B．增加b光的強度可能使電流計G的指針發(fā)生偏轉 C．用a光照射光電管陰極K時通過電流計G的電流是由d到c D．只增加a光的強度可使通過電流計G的電流增大【分析】發(fā)生光電效應的條件是入射光的頻率大于金屬的極限頻率，光的強度影響單位時間內(nèi)發(fā)出光電子的數(shù)目，即影響光電流的大小?！窘獯稹拷猓篈、用某種頻率的單色光a照射光電管陰極K，電流計G的指針發(fā)生偏轉，知a光頻率大于金屬的極限頻率。用另一頻率的單色光b照射光電管陰極K時，電流計G的指針不發(fā)生偏轉，知b光的頻率小于金屬的極限頻率，所以a光的頻率一定大于b光的頻率。故A錯誤。B、增加b光的強度，仍然不能發(fā)生光電效應，電流計指針不偏轉。故B錯誤。C、電流的方向與負電荷定向移動的方向相反，用a光照射光電管陰極K時通過電流計G的電流是由c到d。故C錯誤。D、增加a光的強度，則單位時間內(nèi)發(fā)出的光電子數(shù)目增多，通過電流計的電流增大。故D正確。故選：D?！纠?.3】（2019?讓胡路區(qū)校級四模）甲、乙兩種金屬發(fā)生光電效應時，光電子的最大初動能與入射光頻率間的關系圖象分別如圖中的Ⅰ、Ⅱ所示．下列判斷正確的是（）A．Ⅰ與Ⅱ不一定平行 B．甲金屬的極限頻率大 C．圖象縱軸截距由入射光強度決定 D．Ⅰ、Ⅱ的斜率是定值，與入射光和金屬材料均無關系【分析】根據(jù)光電效應方程EKm＝hγ﹣W0＝hγ﹣hγ0得出最大初動能與入射光頻率的關系，通過圖線的斜率和截距去求解．【解答】解：A、根據(jù)光電效應方程EKm＝hγ﹣W0＝hγ﹣hγ0知，圖線的斜率表示普朗克常量，根據(jù)圖線斜率可得出普朗克常量，因此甲與乙一定平行，且兩斜率是固定值，與入射光和金屬材料皆無關系，故A錯誤，D正確。B、橫軸截距表示最大初動能為零時的入射光頻率，此時的頻率等于金屬的極限頻率，由圖可知乙金屬的極限頻率，故B錯誤；C、縱截距對應v＝0的時候，此時縱截距就是逸出功的相反數(shù)，根據(jù)W0＝hγ0可求出，與入射光強度無關，故C錯誤。故選：D。2．康普頓效應⑴光的散射光在介質(zhì)中與物質(zhì)微粒相互作用，因而傳播方向發(fā)生改變，這種現(xiàn)象叫做光的散射。⑵康普頓效應1918~1922年，美國物理學家康普頓在研究石墨對X射線的散射時，發(fā)現(xiàn)在散射的X射線中，除了與入射波長相同的成分外，還有波長大于的成分，這個現(xiàn)象叫做康普頓效應。康普頓的學生，中國留學生吳有訓測試了多種物質(zhì)對X射線的散射，證實了康普頓效應的普遍性。=3\*GB2⑶康普頓效應與經(jīng)典電磁理論的沖突按照經(jīng)典電磁理論，由于光是電磁振動的傳播，入射光引起物質(zhì)內(nèi)部帶電微粒的受迫振動，振動著的帶電微粒從入射光吸收能量，并向四周輻射，這就是散射光。散射光的頻率應該等于帶電粒子受迫振動的頻率，也就是入射光的頻率，因而散射光的波長與入射光的波長應該相同，不會出現(xiàn)的散射光。經(jīng)典理論與實驗事實又一次出現(xiàn)矛盾。=4\*GB2⑷光子模型對康普頓效應的解釋康普頓用光子的模型成功地解釋了這種效應?；舅枷胧牵篨射線的光子不僅具有能量，也像其他粒子那樣具有動量，X射線的光子與晶體中的電子碰撞時要遵守能量守恒和動量守恒定律，求解這些方程，可以得出散射光波長的變化值。理論結果與實驗符合得很好。=5\*GB2⑸光子的動量：典例精講【例2.1】（2019?南昌三模）康普頓效應證實了光子不僅具有能量，也有動量。圖中給出了光子與靜止電子碰撞后，電子的運動方向，則碰后光子可能沿那個方向運動，波長如何變化（）A．3、變長 B．1、變短 C．1、變長 D．2、不變【分析】光子與電子碰撞過程系統(tǒng)動量守恒，系統(tǒng)動量的矢量和不變，動量是矢量，合成遵循平行四邊形定則；根據(jù)E=?c【解答】解：光子與電子碰撞過程系統(tǒng)動量守恒，系統(tǒng)動量的矢量和不變，碰前動量向右，故碰撞后系統(tǒng)的動量的矢量和也向右，故碰后光子可能沿方向1運動；由于電子動能增加，故光子能量減小，根據(jù)E＝hν，光子的頻率減小，根據(jù)c＝λυ，波長變長；故C正確、ABD錯誤。故選：C。【例2.2】（2019春?海安市校級月考）下列說法中正確的是（）A．黑體輻射時，隨著溫度的升高，一方面各種波長的輻射強度都有增加，另一方面輻射強度的極大值向頻率較小的方向移動 B．在康普頓效應中，當入射光子與晶體中的電子碰撞時，把一部分能量轉移給電子，因此光子散射后波長變短 C．盧瑟福通過對α粒子散射實驗的研究，揭示了原子核的組成 D．各種原子的發(fā)射光譜都是線狀譜，不同原子的發(fā)光頻率不一樣，因此每種原子都有自己的特征譜線，人們可以通過光譜分析來鑒別物質(zhì)和確定物質(zhì)的組成【分析】隨著溫度的升高，一方面各種波長的輻射強度都有增加，另一方面輻射強度的極大值向波長較短的方向移動；在康普頓效應中，當入射光子與晶體中的電子碰撞時，把一部分動量轉移給電子，根據(jù)德布羅意波長公式判斷波長的變化?！窘獯稹拷猓篈、隨著溫度的升高，一方面各種波長的輻射強度都有增加，另一方面輻射強度的極大值向波長較短頻率較大的方向移動，故A錯誤；B、在康普頓效應中，當入射光子與晶體中的電子碰撞時，把一部分動量轉移給電子，根據(jù)λ=?C、盧瑟福通過對α粒子散射實驗的研究，揭示了原子的核式結構，故C錯誤；D、各種原子的發(fā)射光譜都是線狀譜，不同原子的發(fā)光頻率不一樣，因此每種原子都有自己的特征譜線，人們可以通過光譜分析來鑒別物質(zhì)和確定物質(zhì)的組成，故D正確；故選：D。三、波粒二象1．光的波粒二象性光的干涉、衍射、偏振現(xiàn)象和光的電磁理論，證明光具有波動性；光電效應現(xiàn)象和光子說證明光具有粒子性。無法用其中的一種性質(zhì)解釋所有光現(xiàn)象，所以認定光既有粒子性，又有波動性，即具有波粒二象性。當研究個別光子的行為時，呈現(xiàn)的是粒子性；當研究大量光子的連續(xù)行為時，呈現(xiàn)的是波動性。光的波長越長，其波動性越顯著，光的波長越短，其粒子性越顯著。典例精講【例1.1】（2019春?覃塘區(qū)校級月考）2018年我國正在建設最先進的散裂中子源，日前，位于廣東東莞的國家大科學工程﹣﹣中國散裂中子源（CSNS）首次打靶成功，獲得中子束流，這標志著CSNS主體工程順利完工，進入試運行階段。對于有關中子的研究，下面說法正確的是（）A．中子和其他微觀粒子，都具有波粒二象性 B．一個氘核和一個氚核經(jīng)過核反應后生成氦核和中子是裂變反應 C．盧瑟福通過分析α粒子散射實驗結果，發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子和中子 D．核反應方程84210Po→82yX【分析】依據(jù)質(zhì)量數(shù)與質(zhì)子數(shù)守恒；裂變是較重的原子核分裂成較輕的原子核的反應；盧瑟福通過分析α粒子散射實驗結果，提出了原子的核式結構模型；所有粒子都具有波粒二象性，即可求解?！窘獯稹拷猓篈、所有粒子都具有波粒二象性，故A正確；B、裂變是較重的原子核分裂成較輕原子核的反應，而該反應是較輕的原子核的聚變反應，故B錯誤；C、盧瑟福通過分析α粒子散射實驗結果，提出了原子的核式結構模型，查德威克通過α粒子轟擊鈹核（49BeD、根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒可得：y＝210﹣4＝206，X中核子個數(shù)為206，中子數(shù)為206﹣82＝124，故D錯誤。故選：A?！纠?.2】（2019春?河南月考）在驗證光的波粒二象性的實驗中，下列說法正確的是（）A．光子通過狹縫的運動路線像水波一樣起伏 B．使光子一個一個地通過單縫，如果時間足夠長，底片上將會顯示衍射圖樣 C．單個光子通過單縫后，底片上也會出現(xiàn)完整的衍射圖樣 D．單個光子通過單縫后的運動情況具有隨機性，大量光子通過單縫后的運動情況也呈現(xiàn)隨機性【分析】光的波粒二象性是指光既具有波動性又有粒子性，少量粒子的行為體現(xiàn)粒子性，大量粒子的行為體現(xiàn)波動性。【解答】解：A、光子通過狹縫的運動路線是隨機的，與水波不一樣，故A錯誤。B、使光子一個一個地通過單縫，如果時間足夠長，底片上中央到達的機會最多，其它地方機會較少。因此會出現(xiàn)衍射圖樣，故B正確。CD、單個光子通過單縫后打在底片的情況呈現(xiàn)出隨機性，大量光子通過單縫后打在底片上的情況呈現(xiàn)出規(guī)律性。所以少量光子體現(xiàn)粒子性，大量光子體現(xiàn)波動性，故CD錯誤。故選：B?！纠?.3】（2019春?徐州期末）從古代光的微粒說，到托馬斯?楊和菲涅爾的光的波動說，從麥克斯韋的光的電磁理論，到愛因斯坦的光子理論，人類對光的認識構成了一部科學史詩。如果現(xiàn)在要問光的本性是什么？我們的回答是（）A．大量光子表現(xiàn)出光具有粒子性 B．光是一種粒子，它和物質(zhì)的作用是一份一份的 C．光的波動性是大量光子之間的相互作用引起的 D．光具有波粒二象性，大量光子表現(xiàn)出光的波動性【分析】光是一種粒子，它和物質(zhì)的作用是“一份一份”進行的，用很弱的光做雙縫干涉實驗時的照片上的白點就是光子落在膠片上的痕跡，清楚的顯示了光的粒子性，光的波粒二象性是光的內(nèi)在屬性，即使是單個光子也有波動性，跟光子的數(shù)量和光子之間是否有相互作用無關，大量光子表明光具有波動性?！窘獯稹拷猓篈D、光具有波粒二象性，大量光子表現(xiàn)出光的波動性，故A錯誤，D正確；B．光是一種粒子，它和物質(zhì)的作用是“一份一份”進行的，用很弱的光做雙縫干涉實驗時的照片上的白點就是光子落在膠片上的痕跡，清楚的顯示了光的粒子性，但數(shù)碼相機拍出的照片不是白點，所以不是因為此原因，故C錯誤；C．光的波粒二象性是光的內(nèi)在屬性，即使是單個光子也有波動性，跟光子的數(shù)量和光子之間是否有相互作用無關，所以C錯誤；故選：D?！纠?.4】（2019春?成都月考）關于近代物理學，下列說法正確的是（）A．玻爾原子模型能很好地解釋氫原子光譜的實驗規(guī)律 B．電子的衍射現(xiàn)象說明電子具有波動性 C．德布羅意指出微觀粒子的動量越大，其對應的波長就越大 D．目前我國核電站的能量來源于輕核聚變【分析】玻爾原子理論解釋氫原子光譜。電子的衍射實驗證實了物質(zhì)波存在。知道湯姆遜、德布羅意的貢獻，同時明確核電站的基本原理。【解答】解：A、玻爾原子理論解釋氫原子光譜，故A正確；B、電子的衍射實驗證實了物質(zhì)波的存在，說明電子具有波動性，故B正確；C、依據(jù)德布羅意波長公式λ=?D、現(xiàn)已建成的核電站的能量均來自于核裂變，故D錯誤。故選：AB。2．粒子的波動性德布羅意考慮到普朗克量子理論和愛因斯坦光子理論的成功，大膽把光的波粒二象性推廣到實物粒子，如電子、質(zhì)子等。他提出假設：實物粒子也具有波動性。這種與實物粒子相聯(lián)系的波后來稱為德布羅意波，也叫做物質(zhì)波。1927年戴維孫和湯姆孫分別利用晶體做了電子束衍射的實驗，證實了電子的波動性。說明：這部分內(nèi)容深入講解的話涉及量子力學的知識，高考也極少考察，因此老師根據(jù)課堂實際情況簡單說明即可。隨堂練習一．選擇題（共10小題）1．（2015?永安市模擬）下列說法正確的是（）A．湯姆孫發(fā)現(xiàn)電子，提出原子的核式結構模型 B．金屬的逸出功隨入射光的頻率增大而增大 C．核力存在于原子核內(nèi)所有核子之間 D．核子平均結合能越大的原子核越穩(wěn)定2．（2017?江蘇一模）如圖所示為研究光電效應現(xiàn)象的實驗，電路中所有元件完好，當光照射到光電管上時，靈敏電流計中沒有電流通過，可能的原因是（）A．入射光強度較弱 B．入射光波長太長 C．電源電壓太高 D．光照射時間太短3．（2017春?煙臺期末）如圖所示，在同一實驗環(huán)境下a、b兩光束分別經(jīng)過同一雙縫干涉裝置后在距雙縫相同距離的光屏上得到的干涉圖樣，則（）A．若a光束為綠色光，則b光束可能為紅色光 B．在相同條件下，a光束比b光束更容易產(chǎn)生明顯的衍射現(xiàn)象 C．照射在同一金屬板上發(fā)生光電效應時，a光束的飽和電流大 D．兩光束都以相同的入射角從水中射向空氣時，若b光束在兩界面上恰好發(fā)生了全反射，則a光束一定發(fā)生了全反射4．（2017秋?湛江月考）光照射到金屬鈉表面上產(chǎn)生了光電效應，逸出電子的遏止電壓是5.0V，鈉的逸出功為2.2eV，此入射光的光子能量為（）A．2.2eV B．2.8eV C．5.0eV D．7.2eV5．（2017?興慶區(qū)校級一模）關于光電效應，下列說法正確的是（）A．極限頻率越大的金屬材料逸出功越大 B．只要光照射的時間足夠長，任何金屬都能產(chǎn)生光電效應 C．從金屬表面出來的光電子的最大初動能越大，這種金屬的逸出功越小 D．入射光的光強一定時，頻率越高，單位時間內(nèi)逸出的光電子數(shù)就越多6．（2016?合肥校級模擬）愛因斯坦提出了光量子概念并成功地解釋光電效應的規(guī)律而獲得1921年的諾貝爾物理學獎．某種金屬逸出光電子的最大初動能Ekm與入射光頻率ν的關系如圖所示，其中ν0為極限頻率．從圖中可以確定的是（）A．Ekm與入射光強度成正比 B．圖中直線的斜率與普朗克常量有關 C．光電子的逸出功與入射光頻率ν無關 D．當ν＜ν0時，無論入射光強度多大都不會逸出光電子 E．當ν＜ν0時，只要入射光強度足夠強也會逸出光電子7．（2018春?長治縣校級期末）實物粒子和光都具有波粒二象性。下列事實中突出體現(xiàn)實物粒子波動性的是（）A．可見光通過雙縫實驗裝置后可以形成干涉圖樣 B．β射線在云室中穿過會留下清晰的徑跡 C．人們利用電子顯微鏡觀測物質(zhì)的微觀結構 D．光電效應實驗中，光電子的最大初動能與入射光的頻率有關，與入射光的強度無關8．（2018春?河北期末）近年來，數(shù)碼相機幾乎家喻戶曉，用來衡量數(shù)碼相機性能的一個非常重要的指標就是像素，像素可理解為光子打在光屏上的一個亮點，現(xiàn)知300萬像素的數(shù)碼相機拍出的照片比30萬像素的數(shù)碼相機拍出的等大的照片清晰得多，其原因可以理解為（）A．大量光子表現(xiàn)光具有粒子性 B．光的波動性是大量光子之間的相互作用引起的 C．光是一種粒子，它和物質(zhì)的作用是一份一份的 D．光具有波粒二象性，大量光子表現(xiàn)出光的波動性9．（2018秋?忻府區(qū)校級期中）關于光的波粒二象性，以下說法中正確的是（）A．光的波動性與機械波，光的粒子性與質(zhì)點都是等同的 B．光子和質(zhì)子、電子等是一樣的粒子 C．大量光子易顯出粒子性，少量光子易顯出波動性 D．紫外線、X射線和γ射線中，γ射線的粒子性最強，紫外線的波動性最顯著10．（2009秋?太原月考）光子在介質(zhì)中和物質(zhì)微粒相互作用，可使光的傳播方向轉向任何方向，這種現(xiàn)象叫做光的散射。1922年，美國物理學家家康普頓研究了石墨中的電子對X射線的散射規(guī)律，若用λ、λ′表示散射前、后X射線的波長，用λe表示作用后電子的德布羅意波長，則（）A．λ′＞λ，碰撞過程動量守恒，能量不守恒 B．λ′＜λ，碰撞過程能量守恒，動量不守恒 C．λ′＞λ，碰撞過程動量守恒，能量也守恒 D．碰后電子動量為?λ1二．多選題（共3小題）11．（2019春?工農(nóng)區(qū)校級月考）下列說法正確的是（）A．用光照射某種金屬，有光電子從金屬表面逸出，如果光的頻率不變，而減弱光的強度，則逸出的光電子數(shù)減少，光電子的最大初動能不變 B．X射線的衍射實驗，證實了物質(zhì)波假設是正確的 C．發(fā)生光電效應時，光電子的最大初動能與入射光的頻率成正比 D．在康普頓效應中，當入射光子與晶體中的電子碰撞時，把一部分動量轉移給電子，因此光子散射后波長變長 E．速度相等的電子和質(zhì)子，電子的波長大12．（2018春?涼州區(qū)校級期末）關于光子和運動著的電子，下列敘述正確的是（）A．光子和電子一樣都是實物粒子 B．光子和電子都能發(fā)生衍射現(xiàn)象 C．光子和電子都具有波粒二象性 D．光子具有波粒二象性，而電子只具有粒子性13．（2012?江西校級三模）下列說法正確的是（）A．在康普頓效應中，當入射光子與晶體中的電子碰撞時，把一部分動量轉移給電子，因此，光子散射后波長變長 B．將放射性元素摻雜到其他穩(wěn)定元素中，并降低其溫度，它的半衰期會改變 C．玻爾的原子結構理論是在盧瑟福核式結構學說上引入了量子理論 D．氫原子的核外電子從距核較近的軌道躍遷到距核較遠軌道的過程中，原子吸收能量，電子的動能減小，原子的電勢能增大 E．在黑體輻射中隨著溫度的升高，一方面各種波長的輻射強度都會增加；另一方面輻射強度的極大值向波長較長的方向移動三．計算題（共2小題）14．（2017春?香坊區(qū)校級期中）用頻率為ν的光照射某光電管，發(fā)射的光電子的最大初動能為E，若改用頻率為2ν的光照射該光電管，則發(fā)射的光電子的最大初動能是多少？15．（2016?長沙校級模擬）光具有波粒二象性，光子的能量hν，其中頻率表征波的特性．在愛因斯坦提出光子說之后，法國物理學家德布羅意提出了光子動量p與光波波長的關系為p=?λ．若某激光管以P＝60W的功率發(fā)射波長λ＝6.63×10（1）該管在1s內(nèi)發(fā)射出多少個光子？（2）若光束全部被某黑體表面吸收，那么該黑體表面所受到的光束對它的作用力F為多大？四．解答題（共2小題）16．（2019?東寶區(qū)校級學業(yè)考試）如圖所示是使用光電管的原理圖，當頻率為v的可見光照射到陰極K上時，電流表中有電流通過．（1）當變阻器的滑動端P向滑動時（填“左”或“右”），通過電流表的電流將會增大．（2）當電流表電流剛減小到零時，電壓表的讀數(shù)為U，則光電子的最大初動能為（已知電子電荷量為e）．（3）如果不改變?nèi)肷涔獾念l率，而增加入射光的強度，則光電子的最大初動能將（填“增加”、“減小”或“不變”）．17．（2014?甘肅一模）關于光的波粒二象性，下列理解正確的是A．當光子靜止時有粒子性，光子傳播時有波動性B．光時一種宏觀粒子，但它按波的方式傳播C．光子在空間各點出現(xiàn)的可能性大小（概率）可以用波動規(guī)律來描述D．大量光子出現(xiàn)的時候表現(xiàn)出波動性，個別光子出現(xiàn)的時候表現(xiàn)出粒子性E．大量光子出現(xiàn)的時候表現(xiàn)出波動性，個別光子出現(xiàn)的時候表現(xiàn)出粒子性．

隨堂練習參考答案與試題解析一．選擇題（共10小題）1．（2015?永安市模擬）下列說法正確的是（）A．湯姆孫發(fā)現(xiàn)電子，提出原子的核式結構模型 B．金屬的逸出功隨入射光的頻率增大而增大 C．核力存在于原子核內(nèi)所有核子之間 D．核子平均結合能越大的原子核越穩(wěn)定【分析】原子核式結構模型是由盧瑟福在α粒子散射實驗基礎上提出的；盧瑟福通過α粒子轟擊氮核發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子；核力是一種強相互作用力，具有飽和性，僅與臨近的核子發(fā)生力的作用；核電站是利用重核裂變反應所釋放的核能轉化為電能．【解答】解：A、原子核式結構模型是由盧瑟福在α粒子散射實驗基礎上提出的；故A錯誤。B、金屬的逸出功由金屬本身解答，不隨入射光的頻率增大而增大。故B錯誤。C、核力是強相互作用的一種表現(xiàn)，只有相近核子之間才存在核力作用。故C錯誤。D、核子平均結合能越大的原子核越穩(wěn)定。故D正確。故選：D。2．（2017?江蘇一模）如圖所示為研究光電效應現(xiàn)象的實驗，電路中所有元件完好，當光照射到光電管上時，靈敏電流計中沒有電流通過，可能的原因是（）A．入射光強度較弱 B．入射光波長太長 C．電源電壓太高 D．光照射時間太短【分析】當入射光波長小于金屬的極限波長時，金屬能產(chǎn)生光電效應．當光電管上加上正向電壓時，靈敏電流計中可能沒有電流通過．【解答】解：由圖可知，此時電源提供的電壓為正向電壓，只要能發(fā)生光電效應，電路中就有電流；靈敏電流計中沒有電流通過說明了不能產(chǎn)生光電效應；A、光電管能否產(chǎn)生光電效應與入射光的強度沒有關系。故A錯誤。B、若入射光波長太長，大于金屬的極限波長時，金屬不能產(chǎn)生光電效應，靈敏電流計中沒有電流通過。故B正確。C、光電管加上正向電壓，若發(fā)生光電效應，則光電子做加速運動，一定能到達陽極，電路中能形成電流；可知沒有電流與電壓的大小無關。故C錯誤。D、光電管能否產(chǎn)生光電效應與光照時間沒有關系。故D錯誤。故選：B。3．（2017春?煙臺期末）如圖所示，在同一實驗環(huán)境下a、b兩光束分別經(jīng)過同一雙縫干涉裝置后在距雙縫相同距離的光屏上得到的干涉圖樣，則（）A．若a光束為綠色光，則b光束可能為紅色光 B．在相同條件下，a光束比b光束更容易產(chǎn)生明顯的衍射現(xiàn)象 C．照射在同一金屬板上發(fā)生光電效應時，a光束的飽和電流大 D．兩光束都以相同的入射角從水中射向空氣時，若b光束在兩界面上恰好發(fā)生了全反射，則a光束一定發(fā)生了全反射【分析】根據(jù)雙縫干涉相鄰條紋間距公式△x=Ldλ可分析出波長關系，判斷光的顏色，并分析衍射現(xiàn)象．根據(jù)折射率關系，分析光的頻率關系，再分析光電效應現(xiàn)象．由sinC【解答】解：A、a光的雙縫干涉條紋間距比b光的大，根據(jù)雙縫干涉相鄰條紋間距公式△x=Ld若a光束為綠色光，則b光束不可能為紅色光，故A錯誤。B、a光的波長較長，波動性較強，則在相同條件下，a光束比b光束更容易產(chǎn)生明顯的衍射現(xiàn)象，故B正確。C、發(fā)生光電效應時飽和電流與入射光的強度有關，無法判斷飽和電流的大小，故C錯誤D、a光的波長較長，折射率較小，由sinC=1故選：B。4．（2017秋?湛江月考）光照射到金屬鈉表面上產(chǎn)生了光電效應，逸出電子的遏止電壓是5.0V，鈉的逸出功為2.2eV，此入射光的光子能量為（）A．2.2eV B．2.8eV C．5.0eV D．7.2eV【分析】根據(jù)光電效應方程：W＝hγ﹣Ekm，結合金屬的逸出功，求解入射光子的能量?！窘獯稹拷猓焊鶕?jù)光電效應方程：W＝hγ﹣Ekm，鈉的逸出功為2.2eV，而逸出電子的遏止電壓是5.0V，則有Ekm，＝5.0eV；要使產(chǎn)生了光電效應，入射光子的能量應為hγ＝W+Ekm＝2.2+5＝7.2eV，故ABC錯誤，D正確；故選：D。5．（2017?興慶區(qū)校級一模）關于光電效應，下列說法正確的是（）A．極限頻率越大的金屬材料逸出功越大 B．只要光照射的時間足夠長，任何金屬都能產(chǎn)生光電效應 C．從金屬表面出來的光電子的最大初動能越大，這種金屬的逸出功越小 D．入射光的光強一定時，頻率越高，單位時間內(nèi)逸出的光電子數(shù)就越多【分析】光電效應的條件是入射光的頻率大于金屬的極限頻率，與入射光的強度無關，根據(jù)光電效應方程判斷影響光電子最大初動能的因素．【解答】解：A、逸出功W＝hv0，知極限頻率越大，逸出功越大，故A正確。B、光電效應的條件是入射光的頻率大于金屬的極限頻率，與入射光的強度無關。故B錯誤。C、根據(jù)光電效應方程Ekm＝hγ﹣W0知，最大初動能與入射光的頻率成一次函數(shù)關系，不會影響金屬的逸出功。故C錯誤。D、入射光的光強一定時，頻率越高，光子的能量值越大，入射光中的光子的數(shù)目越少，單位時間內(nèi)逸出的光電子數(shù)就越少，故D錯誤。故選：A。6．（2016?合肥校級模擬）愛因斯坦提出了光量子概念并成功地解釋光電效應的規(guī)律而獲得1921年的諾貝爾物理學獎．某種金屬逸出光電子的最大初動能Ekm與入射光頻率ν的關系如圖所示，其中ν0為極限頻率．從圖中可以確定的是（）A．Ekm與入射光強度成正比 B．圖中直線的斜率與普朗克常量有關 C．光電子的逸出功與入射光頻率ν無關 D．當ν＜ν0時，無論入射光強度多大都不會逸出光電子 E．當ν＜ν0時，只要入射光強度足夠強也會逸出光電子【分析】根據(jù)光電效應方程分析影響最大初動能的因素，根據(jù)最大初動能與入射光頻率的關系式得出圖線的斜率含義；逸出功與入射光的頻率無關，當入射光的頻率大于極限頻率，才能發(fā)生光電效應．【解答】解：A、根據(jù)光電效應方程Ekm＝hv﹣W0知，最大初動能與入射光的強度無關，故A錯誤。B、根據(jù)光電效應方程Ekm＝hv﹣W0知，圖線的斜率表示普朗克常量，故B正確。C、金屬的逸出功由金屬本身決定，與入射光的頻率無關，故C錯誤。D、當入射光的頻率大于極限頻率，無論光的強度多大，都能發(fā)生光電效應，當入射光的頻率小于極限頻率，無論光強多大，都不能發(fā)生光電效應，故D、E錯誤。故選：B。7．（2018春?長治縣校級期末）實物粒子和光都具有波粒二象性。下列事實中突出體現(xiàn)實物粒子波動性的是（）A．可見光通過雙縫實驗裝置后可以形成干涉圖樣 B．β射線在云室中穿過會留下清晰的徑跡 C．人們利用電子顯微鏡觀測物質(zhì)的微觀結構 D．光電效應實驗中，光電子的最大初動能與入射光的頻率有關，與入射光的強度無關【分析】光電效應證明了光的粒子性；實物粒子也具有波動性，但由于波長太小，我們無法直接觀測到；相鄰原子之間的距離大致與德布羅意波長相同故能發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象，證明了光的波動性?！窘獯稹拷猓篈、可見光通過雙縫實驗裝置后可以形成干涉圖樣，但可見光不是實物粒子，故A錯誤；B、β粒子在云室中受磁場力的作用，做的是圓周運動，與波動性無關，故B錯誤；C、人們利用電子顯微鏡觀測物質(zhì)的微觀結構，說明電子可以產(chǎn)生衍射現(xiàn)象，說明具有波動性，故C正確；D、光電效應實驗，說明的是能夠從金屬中打出光電子，說明的是光的粒子性，故D錯誤；故選：C。8．（2018春?河北期末）近年來，數(shù)碼相機幾乎家喻戶曉，用來衡量數(shù)碼相機性能的一個非常重要的指標就是像素，像素可理解為光子打在光屏上的一個亮點，現(xiàn)知300萬像素的數(shù)碼相機拍出的照片比30萬像素的數(shù)碼相機拍出的等大的照片清晰得多，其原因可以理解為（）A．大量光子表現(xiàn)光具有粒子性 B．光的波動性是大量光子之間的相互作用引起的 C．光是一種粒子，它和物質(zhì)的作用是一份一份的 D．光具有波粒二象性，大量光子表現(xiàn)出光的波動性【分析】光是一種粒子，它和物質(zhì)的作用是“一份一份”進行的，用很弱的光做雙縫干涉實驗時的照片上的白點就是光子落在膠片上的痕跡，清楚的顯示了光的粒子性，光的波粒二象性是光的內(nèi)在屬性，即使是單個光子也有波動性，跟光子的數(shù)量和光子之間是否有相互作用無關，大量光子表明光具有波動性?！窘獯稹拷猓篈D、光具有波粒二象性，大量光子表現(xiàn)出光的波動性，故A錯誤，D正確；B、光的波粒二象性是光的內(nèi)在屬性，即使是單個光子也有波動性，跟光子的數(shù)量和光子之間是否有相互作用無關，所以B錯誤；C、光是一種粒子，它和物質(zhì)的作用是“一份一份”進行的，用很弱的光做雙縫干涉實驗時的照片上的白點就是光子落在膠片上的痕跡，清楚的顯示了光的粒子性，但數(shù)碼相機拍出的照片不是白點，所以不是因為此原因，故C錯誤；故選：D。9．（2018秋?忻府區(qū)校級期中）關于光的波粒二象性，以下說法中正確的是（）A．光的波動性與機械波，光的粒子性與質(zhì)點都是等同的 B．光子和質(zhì)子、電子等是一樣的粒子 C．大量光子易顯出粒子性，少量光子易顯出波動性 D．紫外線、X射線和γ射線中，γ射線的粒子性最強，紫外線的波動性最顯著【分析】光的波粒二象性即光既有波動性又有粒子性，指光有些行為表現(xiàn)為波動性，有些行為表示粒子性；個別光子的行為往往表現(xiàn)為粒子性；大量光子的行為往往表現(xiàn)為波動性；波長越長，波動性越強；波長越短，波動性越強?！窘獯稹拷猓篈、光是概率波，不同與機械波；光的粒子性也不同與質(zhì)點；即單個光子即具有粒子性也具有波動性，故A錯誤；B、光子不帶電，沒有靜止質(zhì)量，而質(zhì)子、電子帶電，是實物粒子，有質(zhì)量，光子與質(zhì)子、電子不同，故B錯誤；C、光波是概率波，個別光子的行為是隨機的，往往表現(xiàn)為粒子性；大量光子的行為往往表現(xiàn)為波動性，故C錯誤；D、光的波長越長，越容易產(chǎn)生干涉和衍射現(xiàn)象，其波動性越顯著；而波長越短，頻率越高，其粒子性越顯著，故D正確；故選：D。10．（2009秋?太原月考）光子在介質(zhì)中和物質(zhì)微粒相互作用，可使光的傳播方向轉向任何方向，這種現(xiàn)象叫做光的散射。1922年，美國物理學家家康普頓研究了石墨中的電子對X射線的散射規(guī)律，若用λ、λ′表示散射前、后X射線的波長，用λe表示作用后電子的德布羅意波長，則（）A．λ′＞λ，碰撞過程動量守恒，能量不守恒 B．λ′＜λ，碰撞過程能量守恒，動量不守恒 C．λ′＞λ，碰撞過程動量守恒，能量也守恒 D．碰后電子動量為?λ1【分析】在康普頓效應中，當入射光子與晶體中的電子碰撞時，把一部分動量轉移給電子，則動量減小，根據(jù)λ=?碰撞過程系統(tǒng)不受外力，故動量守恒，光子的能量遠大于電子的束縛能時，光子與自由電子或束縛較弱的電子發(fā)生彈性碰撞，故能量守恒?！窘獯稹拷猓篈BC、在康普頓效應中，當入射光子與晶體中的電子碰撞時，把一部分動量轉移給電子，則動量減小，根據(jù)λ=?D、由碰撞示意圖知碰后電子與光子的運動方向不在一條直線上，而動量守恒是矢量式，所以直接寫?cλ故選：C。二．多選題（共3小題）11．（2019春?工農(nóng)區(qū)校級月考）下列說法正確的是（）A．用光照射某種金屬，有光電子從金屬表面逸出，如果光的頻率不變，而減弱光的強度，則逸出的光電子數(shù)減少，光電子的最大初動能不變 B．X射線的衍射實驗，證實了物質(zhì)波假設是正確的 C．發(fā)生光電效應時，光電子的最大初動能與入射光的頻率成正比 D．在康普頓效應中，當入射光子與晶體中的電子碰撞時，把一部分動量轉移給電子，因此光子散射后波長變長 E．速度相等的電子和質(zhì)子，電子的波長大【分析】發(fā)生光電效應的條件是入射光的頻率大于金屬的極限頻率，光的強弱只影響單位時間內(nèi)發(fā)出光電子的數(shù)目；電子的衍射說明證實了物質(zhì)波的存在；康普頓效應說明光具有粒子性；德布羅意波理論告訴我們，一切運動的微粒都有一種波與之對應，即一切運動的微粒都具有波粒二象性。電子有波動性，但在一定的條件下才能表現(xiàn)出來。【解答】解：A、根據(jù)光電效應方程可知，光電子的最大初動能與入射光的頻率有關，與入射光的強度無關。故A正確；B、電子的衍射說明粒子的波動性，證實了物質(zhì)波的存在。故B錯誤；C、根據(jù)光電效應方程：Ekm＝hγ﹣W，可知光電子的最大初動能與入射光的頻率有關，是線性關系，不是成正比。故C錯誤；D、在康普頓效應中，當入射光子與晶體中的電子碰撞時，把一部分動量轉移給電子，則動量減小，根據(jù)λ=?E、速度相等的電子和質(zhì)子，電子的動量小；根據(jù)物質(zhì)波的波長公式：λ=?故選：ADE。12．（2018春?涼州區(qū)校級期末）關于光子和運動著的電子，下列敘述正確的是（）A．光子和電子一樣都是實物粒子 B．光子和電子都能發(fā)生衍射現(xiàn)象 C．光子和電子都具有波粒二象性 D．光子具有波粒二象性，而電子只具有粒子性【分析】光子不帶電，具有一定能量，是特殊的物質(zhì)，而電子是實物粒子，它們均有波粒二象性，均能發(fā)生衍射現(xiàn)象，從而即可求解。【解答】解：A、光子和電子不是一種粒子，光子不帶電，且不是實物粒子，而電子帶負電，故A錯誤；B、光子和電子均是物質(zhì)，都能發(fā)生衍射現(xiàn)象，故B正確；CD、光子和電子均是物質(zhì)，都具有波粒二象性，故C正確，D錯誤；故選：BC。13．（2012?江西校級三模）下列說法正確的是（）A．在康普頓效應中，當入射光子與晶體中的電子碰撞時，把一部分動量轉移給電子，因此，光子散射后波長變長 B．將放射性元素摻雜到其他穩(wěn)定元素中，并降低其溫度，它的半衰期會改變 C．玻爾的原子結構理論是在盧瑟福核式結構學說上引入了量子理論 D．氫原子的核外電子從距核較近的軌道躍遷到距核較遠軌道的過程中，原子吸收能量，電子的動能減小，原子的電勢能增大 E．在黑體輻射中隨著溫度的升高，一方面各種波長的輻射強度都會增加；另一方面輻射強度的極大值向波長較長的方向移動【分析】在康普頓效應中，散射光子的動量減小，根據(jù)德布羅意波長公式判斷光子散射后波長的變化。半衰期只由原子核本身因素決定，與外界條件無關。從較低軌道發(fā)生躍遷到較高能級時要吸收光子，然后結合圓周運動的知識以及電場力做功進行判斷動能與電勢能的變化。隨著溫度的升高，一方面各種波長的輻射強度都有增加，另一方面輻射強度的極大值向波長較短的方向移動?！窘獯稹拷猓篈、在康普頓效應中，當入射光子與晶體中的電子碰撞時，把一部分動量轉移給電子，則動量減小，根據(jù)λ=?B、將放射性元素摻雜到其他穩(wěn)定元素中并大幅度降低其溫度，但它的半衰期不發(fā)生改變，因為半衰期只由原子核本身因素決定與外界條件無關，故B錯誤；C、玻爾的原子結構理論是在盧瑟福核式結構學說上引入了量子理論，故C正確；D、核外電子從距核較近的軌道躍遷到距核較遠的軌道過程中，根據(jù)玻爾理論，原子要吸收光子。核外電子做圓周運動的向心力由庫侖力提供，電子與原子核距離變大，則庫侖力變小，即向心力變小，則速度變小，即動能變小，躍遷到較遠軌道時庫倫力做負功，則電勢能增加，故D正確；E、隨著溫度的升高，一方面各種波長的輻射強度都有增加，另一方面輻射強度的極大值向波長較短的方向移動。故E錯誤；故選：ACD。三．計算題（共2小題）14．（2017春?香坊區(qū)校級期中）用頻率為ν的光照射某光電管，發(fā)射的光電子的最大初動能為E，若改用頻率為2ν的光照射該光電管，則發(fā)射的光電子的最大初動能是多少？【分析】由光電效應方程：EK＝hν﹣W0，即可求解．【解答】解：設光電管的逸出功為W0，根據(jù)愛因斯坦光電效應方程得：E＝hν﹣W0E′＝2hν﹣W0解方程組得：E′＝hν+E0答：發(fā)射的光電子的最大初動能是hν+E0．15．（2016?長沙校級模擬）光具有波粒二象性，光子的能量hν，其中頻率表征波的特性．在愛因斯坦提出光子說之后，法國物理學家德布羅意提出了光子動量p與光波波長的關系為p=?λ．若某激光管以P＝60W的功率發(fā)射波長λ＝6.63×10（1）該管在1s內(nèi)發(fā)射出多少個光子？（2）若光束全部被某黑體表面吸收，那么該黑體表面所受到的光束對它的作用力F為多大？【分析】（1）根據(jù)E=?cλ（2）根據(jù)動量定理求出黑體表面所受到光束對它的作用力．【解答】解：（1）激光管在1min內(nèi)發(fā)射光子的個數(shù)為n=Pwt（2）在時間△t＝1s內(nèi)黑體獲得總沖量為F?△t，由動量定理得：F?△t＝np即：F=np答：（1）該管在1s內(nèi)發(fā)射2.0×1020個光子．（2）若光束全部被某黑體表面吸收，那么該黑體表面所受到光束對它的作用力為2×10﹣7N．四．解答題（共2小題）16．（2019?東寶區(qū)校級學業(yè)考試）如圖所示是使用光電管的原理圖，當頻率為v的可見光照射到陰極K上時，電流表中有電流通過．（1）當變阻器的滑動端P向左滑動時（填“左”或“右”），通過電流表的電流將會增大．（2）當電流表電流剛減小到零時，電壓表的讀數(shù)為U，則光電子的最大初動能為eU（已知電子電荷量為e）．（3）如果不改變?nèi)肷涔獾念l率，而增加入射光的強度，則光電子的最大初動能將不變（填“增加”、“減小”或“不變”）．【分析】光電管兩端所加的電壓為反向電壓，根據(jù)動能定理求出光電子的最大初動能，根據(jù)光電效應方程判斷光電子最大初動能的變化．【解答】解：①當變阻器的滑動端P向左移動，反向電壓減小，光電子到達右端的速度變大，則通過電流表的電流變大．②當電流表電流剛減小到零時，電壓表的讀數(shù)為U，根據(jù)動能定理得，eU=12mvm③根據(jù)光電效應方程知，Ekm＝hv﹣W0，知入射光的頻率不變，則光電子的最大初動能不變．故答案為：左，eU，不變．17．（2014?甘肅一模）關于光的波粒二象性，下列理解正確的是CDEA．當光子靜止時有粒子性，光子傳播時有波動性B．光時一種宏觀粒子，但它按波的方式傳播C．光子在空間各點出現(xiàn)的可能性大?。ǜ怕剩┛梢杂貌▌右?guī)律來描述D．大量光子出現(xiàn)的時候表現(xiàn)出波動性，個別光子出現(xiàn)的時候表現(xiàn)出粒子性E．大量光子出現(xiàn)的時候表現(xiàn)出波動性，個別光子出現(xiàn)的時候表現(xiàn)出粒子性．【分析】光的波粒二象性是指光既具有波動性又有粒子性，少量粒子的行為表現(xiàn)為粒子性，大量粒子的行為表現(xiàn)為波動性．【解答】解：A、光子是運動的，光既具有波動性又有粒子性，少量粒子的行為表現(xiàn)為粒子性，大量粒子的行為表現(xiàn)為波動性．故A錯誤．B、光不是宏觀意義上的粒子，光在傳播時有時看成粒子有時可看成波，故B錯誤；C、光子在空間各點出現(xiàn)的可能性大?。ǜ怕剩┛梢杂貌▌右?guī)律來描述．故C正確；D、E大量光子的效果往往表現(xiàn)出波動性，個別光子的行為往往表現(xiàn)出粒子性，故D、E正確；故選：CDE．波粒二象性一、光的電磁理論1．光是一種電磁波⑴光具有波的特性，在同一介質(zhì)中光速、波長和頻率之間滿足：。（請注意分清和這兩個易混的字母）⑵在可見光中，各色光頻率的大小關系是：。2．介質(zhì)對光速的影響⑴光在真空中的速度：。⑵光在不同的介質(zhì)中的速度由可知，介質(zhì)的折射率越大，光速越小。⑶不同色光在同一介質(zhì)中的速度由三棱鏡光的色散實驗可知，同一介質(zhì)對紫光的折射率最大，紅光的最小。再由得到，在同一介質(zhì)中有：。二、光的粒子1．光電效應如圖所示，把一塊鋅板連接在驗電器上，手觸鋅板使驗電器指示歸零。用紫外線照射鋅板，發(fā)現(xiàn)驗電器的指針張開。物理學家赫茲（德國）、勒納德（德國）、湯姆孫（英國）等相繼進行了實驗研究，證實了這樣一個現(xiàn)象：照射到金屬表面的光，能使金屬表面的電子從表面逸出。這個現(xiàn)象稱為光電效應，這種電子常被稱為光電子。⑴光電效應實驗規(guī)律=1\*GB3①任何一種金屬，都有一個截止頻率，也稱極限頻率。入射光的頻率低于截止頻率時不發(fā)生光電效應。=2\*GB3②逸出光電子的動能只與入射光的頻率有關，而與入射光的強弱無關。入射光的頻率越大，逸出光電子的動能就越大。=3\*GB3③對于一定顏色的光（），入射光越強，單位時間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)越多。=4\*GB3④無論入射光（）怎樣微弱，光電效應幾乎是瞬時發(fā)生的。⑵光電效應與經(jīng)典電磁理論的沖突=1\*GB3①按照光的電磁理論，光是電磁波，是變化的電場與變化的磁場的傳播。入射光照射到金屬上時，金屬中的自由電子受變化電場的驅(qū)動力作用而做受迫振動，增大入射光的強度，光波的振幅增大，當電子做受迫振動的振幅足夠大時，總可以掙脫金屬束縛而逸出，成為光電子，不應存在極限頻率。②按照光的電磁理論，光越強，光子的初動能應該越大。=3\*GB3③按照光的電磁理論，光電子的產(chǎn)生需要較長的時間而不是瞬間。=3\*GB2⑶光子說=1\*GB3①在空間傳播的光不是連續(xù)的，而是一份一份的，每一份叫做一個光子，光子的能量與光的頻率成正比，即，其中普朗克常量。②光子說對光電效應的解釋：(a)光子的能量只與光的頻率有關，電子吸收到光子的頻率越大，獲得的能量也就越多。當能量足以使電子擺脫金屬的束縛時，它就從金屬表面逸出，成為光電子，因而存在一個截止頻率。(b)根據(jù)能量守恒定律，逸出光電子的最大初動能：。這就是著名的愛因斯坦光電效應方程，為金屬的逸出功。(c)入射光越強，單位體積內(nèi)的光子數(shù)就越多。光子數(shù)越多，單位時間內(nèi)從金屬表面逸出的光電子數(shù)也就越多。(d)電子一次性吸收光子的全部能量，不需要積累能量的時間，因此光電效應幾乎是瞬時發(fā)生的。典例精講【例1.1】（2019春?錦州期末）關于近代物理，下列敘述正確的是（）A．盧瑟福通過對α粒子散射實驗結果的分析，提出了原子核內(nèi)有中子存在 B．光電效應揭示了光的粒子性，而康普頓效應從動量方面進一步揭示了光的粒子性 C．鐳226變?yōu)殡?22的半衰期是1620年，隨著地球環(huán)境的不斷變化，半衰期可能變短 D．結合能越大表示原子核中的核子結合得越牢固【分析】光電效應、康普頓效應都說明光具有粒子性。盧瑟福通過粒子散射實驗，提出了原子的核式結構學說；放射性元素衰變的快慢是由原子核內(nèi)部自身決定的，與外界的物理和化學狀態(tài)無關；比結合能越大表示原子核中核子結合得越牢靠。【解答】解：A、盧瑟福通過粒子散射實驗，提出了原子的核式結構學說，提出了原子核內(nèi)有質(zhì)子存在，而中子是查德韋克提出的。故A錯誤。B、光電效應、康普頓效應都揭示了光的粒子性。故B正確。C、半衰期是由原子核內(nèi)部自身決定的，與地球環(huán)境不同，故C錯誤；D、比結合能越大表示原子核中的核子結合得越牢固，故D錯誤；故選：B?！纠?.2】（2019春?潮州期末）某單色光照射金屬表面時，沒有發(fā)生光電效應，欲使該金屬發(fā)生光電效應，應該選擇（）A．增加照射時間 B．改用波長更長單色光照射 C．增大該單色光的強度 D．改用頻率更高的單色光照射【分析】發(fā)生光電效應的條件是入射光的頻率大于金屬的極限頻率，延長光的照射時間和增大光的照射強度都不行，從而即可求解?！窘獯稹拷猓篈C、發(fā)生光電效應的條件是入射光的頻率大于或等于金屬的極限頻率，與增加光的照射時間和增大光的照射強度都不行，故AC錯誤，BD、改用波長更長的光照射時，其頻率小于原光的頻率，則不可能發(fā)生光電效應，而當改用頻率更高的光，可能發(fā)生光電效應，所以B錯誤，D正確。故選：D?！纠?.3】（2019?沈河區(qū)校級四模）下列說法正確的是（）A．電子的發(fā)現(xiàn)使人們認識到原子核是可分的 B．天然放射現(xiàn)象使人們認識到原子是可分的 C．盧瑟福猜想原子核內(nèi)存在中子，他的學生查德威克通過實驗證實了這個猜想 D．光電效應中從金屬表面逸出的光電子是從原子核中出射的【分析】本題是原子物理學史問題，α粒子散射實驗使人們認識到原子具有核式結構模型，天然放射現(xiàn)象說明原子核內(nèi)部有復雜結構，波爾理論能成功解釋氫原子的光譜?！窘獯稹拷猓篈、電子的發(fā)現(xiàn)使人們認識到原子是可分的，但是不能說明原子核是可以再分的，故A錯誤；B、天然放射現(xiàn)象中的射線來自原子核，說明原子核內(nèi)部有復雜結構，并不是認識到原子是可分的，故B錯誤；C、盧瑟福猜想原子核內(nèi)存在中子，他的學生查德威克通過實驗證實了這個猜想，故C正確；D、光電效應中從金屬表面逸出的光電子是從原子中出射的，并不是原子核，故D錯誤。故選：C。2．康普頓效應⑴光的散射光在介質(zhì)中與物質(zhì)微粒相互作用，因而傳播方向發(fā)生改變，這種現(xiàn)象叫做光的散射。⑵康普頓效應1918~1922年，美國物理學家康普頓在研究石墨對X射線的散射時，發(fā)現(xiàn)在散射的X射線中，除了與入射波長相同的成分外，還有波長大于的成分，這個現(xiàn)象叫做康普頓效應。康普頓的學生，中國留學生吳有訓測試了多種物質(zhì)對X射線的散射，證實了康普頓效應的普遍性。=3\*GB2⑶康普頓效應與經(jīng)典電磁理論的沖突按照經(jīng)典電磁理論，由于光是電磁振動的傳播，入射光引起物質(zhì)內(nèi)部帶電微粒的受迫振動，振動著的帶電微粒從入射光吸收能量，并向四周輻射，這就是散射光。散射光的頻率應該等于帶電粒子受迫振動的頻率，也就是入射光的頻率，因而散射光的波長與入射光的波長應該相同，不會出現(xiàn)的散射光。經(jīng)典理論與實驗事實又一次出現(xiàn)矛盾。=4\*GB2⑷光子模型對康普頓效應的解釋康普頓用光子的模型成功地解釋了這種效應?；舅枷胧牵篨射線的光子不僅具有能量，也像其他粒子那樣具有動量，X射線的光子與晶體中的電子碰撞時要遵守能量守恒和動量守恒定律，求解這些方程，可以得出散射光波長的變化值。理論結果與實驗符合得很好。=5\*GB2⑸光子的動量：典例精講【例2.1】（2019春?橋東區(qū)校級月考）美國物理學家康普頓在研究石墨對X射線的散射時，用X光對靜止的電子進行照射，照射后電子獲得速度的同時，X光的運動方向也會發(fā)生相應的改變。下圖是X射線的散射示意圖，下列說法中正確的是（）A．在康普頓效應中，當入射光子與晶體中的電子碰撞時，把部分動量轉移給電子，因此光子散射后頻率變大 B．康普頓效應揭示了光的粒子性，表明光子除了具有能量之外還具有動量 C．X光散射后與散射前相比，速度將會變小 D．散射后的光子雖然改變原來的運動方向，但頻率保持不變【分析】在康普頓效應中，當入射光子與晶體中的電子碰撞時，把一部分動量轉移給電子，則動量減小，根據(jù)λ=?【解答】解：在康普頓效應中，當入射光子與晶體中的電子碰撞時，把一部分動量轉移給電子，則動量減小，根據(jù)λ=?p，知波長增大，根據(jù)光子的波長λ故選：B。【例2.2】（2019春?廣南縣校級月考）1922年，美國物理學家康普頓在研究石墨中的電子對X射線的散射時發(fā)現(xiàn)，有些散射波的波長比入射波的波長略大。下列說法中正確的是（）A．有些X射線的能量傳給了電子，因此X射線的能量減小了 B．有些X射線吸收了電子的能量，因此X射線的能量增大了 C．X射線的光子與電子碰撞時，動量守恒，能量也守恒 D．X射線的光子與電子碰撞時，動量不守恒，能量守恒【分析】在康普頓效應中，當入射光子與晶體中的電子碰撞時，把一部分動量轉移給電子，則動量減小，根據(jù)λ=?碰撞過程系統(tǒng)不受外力，故動量守恒，光子的能量遠大于電子的束縛能時，光子與自由電子或束縛較弱的電子發(fā)生彈性碰撞，故能量守恒?！窘獯稹拷猓涸诳灯疹D效應中，當入射光子與晶體中的電子碰撞時，把一部分動量轉移給電子，則動量減小，根據(jù)λ=?故選：C?！纠?.3】（2019?海淀區(qū)模擬）康普頓效應證實了光子不僅具有能量，也有動量，如圖給出了光子與靜止電子碰撞后，電子的運動方向，則碰后光子可能沿方向1運動，并且波長變長（填“不變”“變小”或“變長”）?！痉治觥抗庾优c電子碰撞過程系統(tǒng)動量守恒，系統(tǒng)動量的矢量和不變，動量是矢量，合成遵循平行四邊形定則；根據(jù)λ=?【解答】解：光子與電子碰撞過程系統(tǒng)動量守恒，系統(tǒng)動量的矢量和不變，碰前動量向右，故碰撞后系統(tǒng)的動量的矢量和也向右，故碰后光子可能沿方向1振動；由于電子動能增加，故光子動減量小，根據(jù)ε＝hν，光子的頻率減小，根據(jù)c＝λυ，波長變長；故答案為：1，變長。三、波粒二象1．光的波粒二象性光的干涉、衍射、偏振現(xiàn)象和光的電磁理論，證明光具有波動性；光電效應現(xiàn)象和光子說證明光具有粒子性。無法用其中的一種性質(zhì)解釋所有光現(xiàn)象，所以認定光既有粒子性，又有波動性，即具有波粒二象性。當研究個別光子的行為時，呈現(xiàn)的是粒子性；當研究大量光子的連續(xù)行為時，呈現(xiàn)的是波動性。光的波長越長，其波動性越顯著，光的波長越短，其粒子性越顯著。典例精講【例1.1】（2019?臺州模擬）居室裝修中常用的大理石等天然石材，若含有鈾、釷等元素就會釋放出放射性氣體氡。氡會經(jīng)呼吸進入人體并停留于在體內(nèi)發(fā)生衰變，放射出α、β、γ射線。這些射線會導致細胞發(fā)生變異，引起疾病。下列相關說法正確的是（）A．放射性元素發(fā)生衰變時放出的α射線具有波粒二象性 B．鈾92238U衰變?yōu)檠?6222Rn要經(jīng)過4次α衰變和2次βC．放射性元素發(fā)生β衰變時所釋放的電子是原子核內(nèi)的質(zhì)子轉變?yōu)橹凶訒r產(chǎn)生的 D．處于激發(fā)態(tài)的氧原子發(fā)出的某一單色光照射到某金屬表面能發(fā)生光電效應，若這束光通過玻璃磚折射后，再射到此金屬表面將不會再產(chǎn)生光電效應【分析】A、光子、微觀粒子都具有波粒二象性；B、核反應方程遵循質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒，即可求解；C、β衰變時所釋放的電子是原子核內(nèi)的中子衰變?yōu)橘|(zhì)子時產(chǎn)生的；D、根據(jù)折射后光的頻率不變，再結合光電效應發(fā)生條件，即可求解。【解答】解：A、放射性元素發(fā)生衰變時放出的α射線，屬于實物粒子，也具有波粒二象性，故A正確；B、鈾92238U衰變?yōu)殡?6222Rn，質(zhì)量數(shù)減小16，而質(zhì)子數(shù)減小6，經(jīng)過一次次α衰變，質(zhì)量數(shù)減小4，質(zhì)子數(shù)減小2，而﹣次β衰變質(zhì)量數(shù)不變，則質(zhì)子數(shù)增大1，因此要經(jīng)過4次α衰變和2次C、β衰變時所釋放的電子是原子核內(nèi)的中子衰變?yōu)橘|(zhì)子時產(chǎn)生的，故C錯誤；D、發(fā)出的某一單色光照射到某金屬表面能發(fā)生光電效應，若這束光通過玻璃磚折射后，雖光速變化了，但其頻率不變，再射到此金屬表面，仍將會再產(chǎn)生光電效應，故D錯誤。故選：AB?！纠?.2】（2019春?沙坪壩區(qū)校級月考）2018年8月23日報道，國家大科學工程﹣﹣中國散裂中子源（CSNS）項目通過國家驗收，投入正式運行，并將對國內(nèi)外各領域的用戶開放。有關中子的研究，下面說法正確的是（）A．中子和其他微觀粒子，都具有波粒二象性 B．盧瑟福發(fā)現(xiàn)中子的核反應方程49C．92235U在中子轟擊下生成38D．β衰變所釋放的電子是原子核內(nèi)部的中子轉變?yōu)橘|(zhì)子時所產(chǎn)生的【分析】依據(jù)β衰變中，一個中子轉變?yōu)橐粋€質(zhì)子和一個電子；依據(jù)質(zhì)量數(shù)與質(zhì)子數(shù)守恒，即可判定；盧瑟福預言了中子的存在，而查德威克發(fā)現(xiàn)中子；裂變后，有質(zhì)量虧損，釋放能量，則平均核子質(zhì)量變化；所有粒子都具有波粒二象性，即可求解?！窘獯稹拷猓篈、所有粒子都具有波粒二象性，故A正確；B、盧瑟福通過分析α粒子散射實驗結果，提出了原子的核式結構模型，發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子，預言了中子的存在。查德威克通過α粒子轟擊鈹核（49Be）獲得碳核（612C）的實驗發(fā)現(xiàn)了中子，其核反應方程C、此反應是裂變反應，原子核中的平均核子質(zhì)量變小，有質(zhì)量虧損，以能量的形式釋放出來，故C正確；D、β衰變的實質(zhì)是原子核內(nèi)部的一個中子轉變?yōu)橐粋€質(zhì)子和一個電子，故D正確；故選：ACD?！纠?.3】（2019春?應縣校級期中）通過學習波粒二象性的內(nèi)容，你認為下列說法正確的是（）A．能量較大的光子其波動性越顯著 B．速度相同的質(zhì)子和電子相比，質(zhì)子的波動性更為明顯 C．波粒二象性指光有時表現(xiàn)為波動性，有時表現(xiàn)為粒子性 D．康普頓效應中光子與靜止的電子發(fā)生相互作用后，光子的波長變小了【分析】光子既有波動性又有粒子性，波粒二象性中所說的波是一種概率波，對大量光子才有意義。波粒二象性中所說的粒子，是指其不連續(xù)性，是一份能量。個別光子的作用效果往往表現(xiàn)為粒子性；大量光子的作用效果往往表現(xiàn)為波動性。頻率越大的光，光子的能量越大，粒子性越顯著，頻率越小的光其波動性越顯著。【解答】解：A、在光的波粒二象性中，頻率越大的光，光子的能量越大，粒子性越顯著，頻率越小的光其波動性越顯著。故A錯誤。B、速度相同的質(zhì)子和電子相比，由于質(zhì)子的質(zhì)量更大，由p＝mv，以及λ=?C、光的波粒二象性是指光波同時具有波和粒子的雙重性質(zhì)，但有時表現(xiàn)為波動性，有時表現(xiàn)為粒子性，大量的光子波動性比較明顯，個別光子粒子性比較明顯。故C正確。D、康普頓效應中光子與靜止的電子發(fā)生相互作用后，光子的動量減小，所以波長變大了，故D錯誤。故選：C。2．粒子的波動性德布羅意考慮到普朗克量子理論和愛因斯坦光子理論的成功，大膽把光的波粒二象性推廣到實物粒子，如電子、質(zhì)子等。他提出假設：實物粒子也具有波動性。這種與實物粒子相聯(lián)系的波后來稱為德布羅意波，也叫做物質(zhì)波。1927年戴維孫和湯姆孫分別利用晶體做了電子束衍射的實驗，證實了電子的波動性。說明：這部分內(nèi)容深入講解的話涉及量子力學的知識，高考也極少考察，因此老師根據(jù)課堂實際情況簡單說明即可。隨堂練習一．選擇題（共10小題）1．（2019春?明光市校級月考）研究光電效應實驗電路圖如圖所示，其光電流與電壓的關如圖所示。則下列說法中正確的是（）A．若把滑動變阻器的滑動觸頭向右滑動，光電流一定減小 B．圖線甲與乙是同一種入射光，且甲的入射光強度等于乙光的 C．由圖可知，乙光的頻率小于丙光頻率 D．若將甲光換成丙光來照射鋅板，其逸出功將變大2．（2019?甘井子區(qū)校級模擬）下列說法正確的是（）A．一束光照射到某種金屬上不能發(fā)生光電效應，可能是因為這束光的光強太小 B．按照玻爾理論，氫原子核外電子從半徑較小的軌道躍遷到半徑較大的軌道時，電子的動能減小，但原子的能量增大 C．原子核發(fā)生一次β衰變，該原子外層就失去一個電子 D．天然放射現(xiàn)象中發(fā)出的三種射線是從原子核外放出的射線3．（2019?遼寧模擬）下列各種關于近代物理學的現(xiàn)象中，與原子核內(nèi)部變化有關的是（）A．紫外線照射鋅板時，鋅板向外發(fā)射光電子的現(xiàn)象 B．a(chǎn)粒子轟擊金箔時，少數(shù)發(fā)生大角度偏轉的現(xiàn)象 C．氫原子發(fā)光時，形成不連續(xù)的線狀光譜的現(xiàn)象 D．含鈾的礦物質(zhì)自發(fā)向外放出β射線（高速電子流）的現(xiàn)象4．（2019?海淀區(qū)二模）如圖所示，把一塊不帶電的鋅板用導線連接在驗電器上，當用某頻率的紫外線照射鋅板時，發(fā)現(xiàn)驗電器指針偏轉一定角度，下列說法正確的是（）A．驗電器帶正電，鋅板帶負電 B．驗電器帶負電，鋅板也帶負電 C．若改用紅光照射鋅板，驗電器的指針一定也會偏轉 D．若改用同等強度頻率更高的紫外線照射鋅板，驗電器的指針也會偏轉5．（2019春?茶陵縣校級月考）關于近代物理發(fā)展的成果，下列說法正確的是（）A．只要增加人射光的強度，光電效應就可以發(fā)生 B．若使放射性物質(zhì)的溫度升高，則其半衰期將減小 C．氫原子從激發(fā)態(tài)向基態(tài)躍遷時會輻射特定頻率的光子 D．α射線、β射線、γ射線都是高速電子流6．（2019春?思明區(qū)校級月考）用一束紫外線照射某金屬時不能產(chǎn)生光電效應，可能使該金屬發(fā)生光電效應的措施是（）A．改用頻率更小的紫外線照射 B．改用X射線照射 C．改用強度更大的原紫外線照射 D．延長原紫外線的照射時間7．（2019春?周口期中）關于光電效應，下列說法正確的是（）A．金屬的逸出功與入射光的頻率有關 B．金屬的截止頻率與金屬的逸出功無關 C．入射光的波長越長，光電子的最大初動能越大 D．紅光照到某金屬上能發(fā)生光電效應，則綠光照到這種金屬一定能發(fā)生光電效應8．（2019春?上饒期中）物理學是一門以實驗為基礎的科學，任何學說和理論的建立都離不開實驗，下列說法錯誤的是（）A．??粒子散射實驗是原子核式結構理論的實驗基礎 B．康普頓效應進一步證實了光的波動特性 C．光電效應實驗表明光具有粒子性 D．電子的發(fā)現(xiàn)揭示了原子不是構成物質(zhì)的最小微粒9．（2019?四川模擬）下列說法正確的是（）A．光電效應現(xiàn)象揭示了光具有波動性 B．12H+13H→24C．92235U+01n→56144Ba+3689D．一群氫原子從n＝5的激發(fā)態(tài)躍遷時，最多能輻射出4種不同頻率的光子10．（2019?湖北模擬）2018年11月29日，國家重大科研裝備研制項目“超分辨光刻裝備研制”通過驗收，該光刻機光刻分辨力達到22nm。關于光的認識，下列說法正確的是（）A．光子除了具有能量之外還具有動量 B．波長越長的光，光子動量越大 C．光電效應顯示了光的波動性 D．愛因斯坦測量了光電效應中幾個重要的物理量，由此算出了普朗克常量h二．多選題（共3小題）11．（2016?邯鄲二模）下列說法中正確的是（）A．α射線、β射線、γ射線三種射線中，γ射線穿透能力最強 B．隨著溫度的升高，黑體輻射強度的極大值向波長較短方向移動 C．實驗表明，只要照射光的強度足夠大，就一定能產(chǎn)生光電效應 D．湯姆孫對陰極射線的研究，認為陰極射線的本質(zhì)是電子流 E．玻爾理論認為，原子核外電子從半徑較小的軌道躍遷到半徑較大的軌道時，電子的動能增大，電勢能減小12．（2019?甘井子區(qū)模擬）下列說法正確的是（）（填序號）A．盧瑟福通過對α粒子散射實驗現(xiàn)象的研究，提出了原子的核式結構學說 B．同一元素的兩種同位素具有相同的中子數(shù) C．放射性元素的半衰期是指大量該元素的原子核中有半數(shù)發(fā)生衰變需要的時間 D．為解釋光電效應現(xiàn)象，愛因斯坦提出了光子說 E．根據(jù)玻爾理論可知，氫原子放出一個光子后，氫原子的核外電子運動速度減小 F．氘核（12H）和氚核（1313．（2017秋?中原區(qū)校級月考）下列說法正確的是（）A．在光的單縫衍射現(xiàn)象中，單縫越窄，中央條紋的寬度越窄 B．在光導纖維內(nèi)傳送圖象和海市蜃樓現(xiàn)象都是光的全反射 C．光的干涉和衍射現(xiàn)象說明光具有波動性，光的偏振現(xiàn)象說明光是橫波 D．光電效應既顯示了光的粒子性，又顯示了光的波動性，所以光具有波粒二象性 E．光學鏡頭上的增透膜是利用了光的干涉現(xiàn)象三．計算題（共2小題）14．（2019春?大名縣校級月考）如圖所示，陰極K用極限波長λ0＝0.66μm的金屬銫制成，用波長λ＝0.50μm的綠光照射陰極K，調(diào)整兩極板電壓，當A板電壓比陰極高處2.5V時，光電流達到飽和，電流表示數(shù)為0.64μA．（1）求每秒陰極發(fā)射的電子數(shù)和電子飛出陰極時的最大初動能；（2）如果把照射到陰極的綠光光照強度增大為原來的2倍，求每秒鐘陰極發(fā)射的電子數(shù)和電子飛出陰極時的最大初動能．15．（2018?大興區(qū)一模）我們知道，根據(jù)光的粒子性，光的能量是不連續(xù)的，而是一份一份的，每一份叫一個光子，光子具有動量（hv/c）和能量（hv），當光子撞擊到光滑的平面上時，可以像從墻上反彈回來的乒乓球一樣改變運動方向，并給撞擊物體以相應的作用力。光對被照射物體單位面積上所施加的壓力叫光壓。聯(lián)想到人類很早就會制造并廣泛使用的風帆，能否做出利用太陽光光壓的“太陽帆”進行宇宙航行呢？1924年，俄國航天事業(yè)的先驅(qū)齊奧爾科夫斯基和其同事燦德爾明確提出“用照射到很薄的巨大反射鏡上的太陽光所產(chǎn)生的推力獲得宇宙速度”，首次提出了太陽帆的設想。但太陽光壓很小，太陽光在地球附近的光壓大約為10﹣6N/m2，但在微重力的太空，通過增大太陽帆面積，長達數(shù)月的持續(xù)加速，使得太陽帆可以達到甚至超過宇宙速度。IKAROS是世界第一個成功在行星際空間運行的太陽帆。2010年5月21日發(fā)射，2010年12月8日，IKAROS在距離金星80，800公里處飛行掠過，并進入延伸任務階段。設太陽單位時間內(nèi)向各個方向輻射的總能量為E，太空中某太陽帆面積為S，某時刻距太陽距離為r（r很大，故太陽光可視為平行光，太陽帆位置的變化可以忽略），且帆面和太陽光傳播方向垂直，太陽光頻率為v，真空中光速為c，普朗克常量為h。（1）當一個太陽光子被帆面完全反射時，求光子動量的變化△P，判斷光子對太陽帆面作用力的方向。（2）計算單位時間內(nèi)到達該航天器太陽帆面的光子數(shù)。（3）事實上，到達太陽帆表面的光子一部分被反射，其余部分被吸收。被反射的光子數(shù)與入射光子總數(shù)的比，稱為反射系數(shù)。若太陽帆的反射系數(shù)為ρ，求該時刻太陽光對太陽帆的作用力。四．解答題（共2小題）16．（2017?海淀區(qū)二模）光電效應現(xiàn)象逸出的光電子的最大初動能不容易直接測量，也可以利用類似的轉換的方法．（1）如圖1是研究某光電管發(fā)生光電效應的電路圖，當用頻率為ν的光照射金屬K時，通過調(diào)節(jié)光電管兩端電壓U，測量對應的光電流強度I，繪制了如圖2的I﹣U圖象．求當用頻率為2ν的光照射金屬K時，光電子的最大初動能Ek的大?。阎娮铀鶐щ姾闪繛閑，圖象中Uc、Im及普朗克常量h均為已知量．（2）有研究者設計了如下的測量光電子最大初動能的方式．研究裝置如圖3，真空中放置的平行正對金屬板可以作為光電轉換裝置．用一定頻率的激光照射A板中心O點，O點附近將有大量的電子吸收光子的能量而逸出．B板上涂有特殊材料，當電子打在B板上時會在落點處留有可觀察的痕跡．可以認為所有逸出的電子都從O點以相同大小的速度逸出，其初速度沿各個方向均勻分布，金屬板的正對面積足夠大（保證所有的光電子都不會射出兩極板所圍的區(qū)域），光照條件保持不變．已知A、B兩極板間的距離為d，電子所帶電荷量為e，質(zhì)量為m，其所受重力及它們之間的相互作用力均可忽略不計．①通過外接可調(diào)穩(wěn)壓電源使A、B兩極板有一定的電勢差，A板接電源的負極，由O點逸出的電子打在B板上的最大區(qū)域范圍為一個圓形，且圓形的面積隨A、B兩極板間的電壓變化而改變．已知電子逸出時的速度大小為v0，試通過計算，推導電子打在B板上的最大范圍圓形半徑r與兩極板間電壓U的關系式．②通過外接電源給A、B兩極板間加上一定的電壓U0，若第一次A板接電源的負極，電子打在B板上的最大區(qū)域為一個圓形；第二次A板接電源的正極，保持極板間所加電壓U0不變，電子打在B板上的最大區(qū)域范圍仍為一個圓形，只是這個圓形半徑恰好是第一次的一半．為使B板上沒有電子落點的痕跡，則兩金屬板間的電壓滿足什么條件？17．（2017?江西一模）已知每秒從太陽射到地球的垂直于太陽光的每平方米截面上的輻射能為1.4×103J，其中可見光部分約占45%，假如認為可見光的波長均為5.5×10﹣7m，太陽向各方向的輻射是均勻的，日地間距離為1.5×1011m，普朗克恒量h＝6.6×10﹣34J?s，估算出太陽每秒鐘輻射出的可見光子數(shù)是多少？

隨堂練習參考答案與試題解析一．選擇題（共10小題）1．（2019春?明光市校級月考）研究光電效應實驗電路圖如圖所示，其光電流與電壓的關如圖所示。則下列說法中正確的是（）A．若把滑動變阻器的滑動觸頭向右滑動，光電流一定減小 B．圖線甲與乙是同一種入射光，且甲的入射光強度等于乙光的 C．由圖可知，乙光的頻率小于丙光頻率 D．若將甲光換成丙光來照射鋅板，其逸出功將變大【分析】可畫出光電管實驗電路圖，當光電管加正向電壓情況：P右移時，參與導電的光電子數(shù)增加；P移到某一位置時，所有逸出的光電子都剛參與了導電，光電流恰達最大值；P再右移時，光電流不能再增大。光電管加反向電壓情況：P右移時，參與導電的光電子數(shù)減少；P移到某一位置時，所有逸出的光電子都剛不參與了導電，光電流恰為零，此時光電管兩端加的電壓為截止電壓，對應的光的頻率為截止頻率；P再右移時，光電流始終為零。eU截=12mvm2=hγ【解答】解：A、若把滑動變阻器的滑動觸頭向右滑動，若光電流沒達到飽和電流，則一定會增大，若已達到飽和電流，則光電流不會增大；故A錯誤；B、由圖可知，甲的飽和電流大于乙的飽和電流，而光的頻率相等，所以甲光照射的強度大于乙光照射的強度。故B錯誤。C、根據(jù)eU截=12mvm2=D、某金屬在甲光照射下發(fā)生了光電效應，由于丙光的頻率高于甲光的頻率，所以在丙光的照射下也一定能發(fā)生光電效應，同一金屬，逸出功是相等的，與入射光無關，故D錯誤。故選：C。2．（2019?甘井子區(qū)校級模擬）下列說法正確的是（）A．一束光照射到某種金屬上不能發(fā)生光電效應，可能是因為這束光的光強太小 B．按照玻爾理論，氫原子核外電子從半徑較小的軌道躍遷到半徑較大的軌道時，電子的動能減小，但原子的能量增大 C．原子核發(fā)生一次β衰變，該原子外層就失去一個電子 D．天然放射現(xiàn)象中發(fā)出的三種射線是從原子核外放出的射線【分析】根據(jù)光電效應的條件判斷不能發(fā)生光電效應的原因；根據(jù)軌道半徑的大小，結合庫侖引力提供向心力，判斷電子動能的變化；β衰變的實質(zhì)是原子核中的一個中子轉變?yōu)橐粋€質(zhì)子和一個電子，電子釋放出來?！窘獯稹拷猓篈、一束光照射到某種金屬上不能發(fā)生光電效應，是因為入射光的頻率較小，與光的強度無關，故A錯誤；B、氫原子核外電子從半徑較小的軌道躍遷到半徑較大的軌道時，吸收光子的能量，原子能量增大，根據(jù)知ke2r2=mvC、