高中物理第2章波和粒子学案沪科版选修3-5
高中物理第2章波和粒子2.3光是波还是粒子导学案沪科版选修3-5
D．在光双缝干预实验中，如果有光通过双缝那么显出波动性
答案C
解析 牛顿主张“微粒说〞中微粒与实物粒子一样，惠更斯主张“波动说〞中波与宏观机械波等同，这两种观点是相互对立，都不能说明光本性，所以A、B错误，C正确；在双缝干预实验中，双缝干预出现明、暗均匀条纹，当让光子一个一个地通过单缝，曝光时间短时表现出粒子性，曝光时间长时表现出波动性，所以D错误．
[要点提炼]
1．单个粒子运动偶然性：我们可以知道粒子落在某点概率，但不能预言粒子落在什么位置，即粒子到达什么位置是随机，是预先不能确定．
2．大量粒子运动统计规律：光在传播过程中，光子在空间出现概率可以通过波动规律确定，所以光波是一种概率波．
例2 为了验证光波粒二象性，在双缝干预实验中将光屏换成照相底片，并设法减弱光强度，以下说法正确是()
B．光波动性类似于机械波，光粒子性类似于质点
C．大量光子才具有波动性，个别光子只具有粒子性
D．由于光既具有波动性，又具有粒子性，无法只用其中一种去说明光一切行为，只能认为光具有波粒二象性
解析19世纪初，人们成功地在实验中观察到了光干预、衍射现象，这属于波特征，微粒说无法解释．但到了19世纪末又发现了光新现象——光电效应，这种现象波动说不能解释，证实光具有粒子性．因此，光既具有波动性，又具有粒子性，但不同于宏观机械波与粒子．波动性与粒子性是光在不同情况下不同表现，是同一客观事物两个不同侧面、不同属性，我们无法用其中一种去说明光一切行为，只能认为光具有波粒二象性．应选项D正确．
D．单个光子通过单缝后打在底片上情况呈现出随机性，大量光子通过单缝后打在底片上情况呈现出规律性
答案AD
4．有关光本性说法正确是()
高中物理第2章波和粒子2.2涅盘凤凰再飞翔学案沪科版选修3_5
2.2 涅槃凤凰再飞翔一、光电效应1．光电效应现象：在光的照射下物体发射电子的现象，发射出来的电子叫光电子。
2．光电效应的实验规律 （1）入射光越强，饱和光电流越大，即入射光的强度越大，单位时间内产生逸出的光电子数目越多。
（2）当入射光的频率低于某频率时，不论光多强，照射时间多长，光电效应都不能发生。
这个引起光电效应的最低频率叫做截止频率或极限频率。
不同金属的截止频率不同。
（3）在入射光的频率大于金属的极限频率情况下，光电子的能量与入射光的强度无关，而随入射光频率的增加而增加。
（4）在入射光的频率大于金属的极限频率情况下，光射到金属上几乎立即产生光电效应，时间不超过10－9 s 。
预习交流1 做光电效应实验时，为什么要事先给锌板带上负电？答案：事先给锌板带上负电，验电器锡箔张开一定角度，当锌板发生光电效应时，锌板因失去电子带上正电，使验电器锡箔张开的夹角变小，这样便于观察光电效应现象。
二、爱因斯坦光子说爱因斯坦提出光在空间传播时不是连续的，而是一份一份的，一份叫做一个光量子，简称光子。
光子的能量E ＝h ν。
预习交流2描述波的物理量及波动特有的现象是什么？粒子具有哪些特性？答案：描述波的物理量有波长、频率和波速，波动特有的现象是干涉和衍射。
粒子具有质量、能量和动量，还具有与其他物质碰撞、入射、贯穿、结合等作用。
三、光子说的又一明证——康普顿效应1．康普顿效应：在散射线中，除了有与入射线波长相同的射线外，还有波长比入射线波长更长的射线，人们把这种波长变化的现象叫康普顿效应。
2．光子的动量：爱因斯坦指出，光子不仅具有能量，还和实物粒子一样具有动量，其大小为p ＝h νc ＝h λ，其方向为光的传播方向。
预习交流3太阳光从窗口射入室内时，我们从侧面可以看到这束光，白天天空都是亮的。
宇航员在太空中时，尽管太阳光耀眼刺目，但其他方向的天空却是黑的，为什么？答案：地球表面存在大气，太阳光经大气微粒的散射后传向各个方向，所以白天天空都是亮的。
高中物理第2章波和粒子2.4实物是粒子还是波导学案沪科版选修3-5
学案4 实物是粒子还是波[学习目标定位] 1.知道实物粒子具有波动性，知道什么是物质波.2.了解物质波也是一种概率波.3.初步了解不确定关系．1．光既具有波动性，又具有粒子性，即光具有波粒二象性．2．光干预与衍射现象说明光具有波动性，光电效应与康普顿效应说明光具有粒子性．3．光在传播过程中表现出波动性，在与其它物质作用过程中表现出粒子性．光在传播过程中，在空间各点出现可能性大小(概率)，由波动性起主导作用，光是一种概率波．4．德布罗意波(1)德布罗意波：任何一个运动着物体，都有一种波与之相伴随．这种波称为物质波，也叫德布罗意波．(2)物质波波长、动量关系式：λ＝h p. (3)物质波实验验证：①1927年，戴维孙与革末通过实验首次发现了电子晶体衍射． ②1927年，汤姆生观察到，电子通过金属薄层做透射实验后形成了衍射环，并计算出相应波长．(4)物质波与光波一样，也是概率波．电子落在“亮环〞上概率大，落在“暗环〞上概率小．5．不确定关系(1)定义：在经典物理学中，物体位置与动量是可以同时准确地测定，在微观物理学中，要同时准确测出微观粒子位置与动量是不太可能，这种关系叫不确定关系．(2)表达式：Δx Δp x ≥h 4π.其中用Δx 表示粒子位置不确定量，用Δp x 表示粒子在x 方向动量不确定量，h 是普朗克常量．(3)此式说明，不可能同时准确地知道粒子位置与动量，即不可能用“轨道〞来描述粒子运动.一、对物质波理解[问题设计]阅读课本，答复：1．如何理解德布罗意波？如何理解实验粒子波粒二象性？2．我们观察不到宏观物体波动性原因是什么？答案 见要点提炼．[要点提炼]1．任何运动着物体，小到电子、质子，大到行星、太阳，都有一种波与之相伴随，这种波称为物质波．物质波波长计算公式为λ＝h p . 2．德布罗意假说是光波粒二象性推广，即光子与实物粒子都既具有粒子性，又具有波动性，即具有波粒二象性．与光子对应波是电磁波，与实物粒子对应波是物质波．3．德布罗意波是一种概率波，粒子在空间各处出现概率受波动规律支配，不要以宏观观点中波来理解德布罗意波．4．我们之所以看不到宏观物体波动性，是因为宏观物体动量太大，德布罗意波长太小缘故．例1 以下关于德布罗意波认识，正确解释是( )A ．任何一个物体都有一种波与它对应，这就是物质波B ．X 光衍射证实了物质波假设是正确C ．电子衍射证实了物质波假设是正确D ．宏观物体运动时，看不到它衍射或干预现象，所以宏观物体不具有波动性解析 运动着物体才具有波动性，A 项错误．宏观物体由于动量太大，德布罗意波长太小，所以看不到它干预、衍射现象，但仍有波动性，D 项错；X 光是波长极短电磁波，是光子，它衍射不能证实物质波存在，B 项错．只有C 项正确．答案 C例2 如果一个中子与一个质量为10 g 子弹都以103 m/s 速度运动，那么它们德布罗意波波长分别是多大？(中子质量为1.67×10－27 kg)解析中子动量为p1＝m1v 子弹动量为p2＝m2v据λ＝hp知中子与子弹德布罗意波长分别为λ1＝hp1，λ2＝hp2联立以上各式解得λ1＝hm1v，λ2＝hm2v将m1＝1.67×10－27 kg，v＝103 m/sh＝6.63×10－34J·s，m2＝1.0×10－2 kg代入上面两式可解得λ1＝4.0×10－10 m，λ2＝6.63×10－35 m答案 4.0×10－10 m 6.63×10－35 m二、不确定关系[问题设计]在经典物理学中，物体位置与动量是可以同时准确测定，对于微观粒子，它位置与动量能同时被准确测定吗？能用“轨道〞来描述粒子运动吗？试以光衍射为例加以说明．答案不能．微观粒子位置与动量不能同时被准确测定．在粒子衍射现象中，设有粒子通过狭缝后落在屏上，狭缝宽度为d(用坐标表示为Δx)，那么某个粒子通过狭缝时位于缝中哪一点是不确定，不确定范围为Δx；由于微观粒子具有波动性，经过狭缝后会发生衍射，有些粒子会偏离原来运动方向跑到了投影位置以外地方，这就意味着粒子有了与原来运动方向垂直动量(位于与原运动方向垂直平面上)．又由于粒子落在何处是随机，所以粒子在垂直于运动方向动量具有不确定性，不确定量为Δp x.根据Δx·Δp x≥h4π知，如果Δx更小，那么Δp x 更大，也就是不可能同时准确地知道粒子位置与动量，因而也就不可能用“轨迹〞来描述粒子运动．[要点提炼]1．微观粒子运动位置不确定量Δx 与动量不确定量Δp x 关系式为Δx Δp x ≥h 4π，其中h 是普朗克常量，这个关系式叫不确定关系． 2．不确定关系告诉我们，如果要更准确地确定粒子位置(即Δx 更小)，那么动量测量一定会更不准确(即Δp x 更大)，也就是说，不可能同时准确地知道粒子位置与动量，也不可能用“轨道〞来描述粒子运动． 例3 一颗质量为10 g 子弹，具有200 m/s 速率，假设其动量不确定范围为其动量0.01%(这在宏观范围是十分准确)，那么该子弹位置不确定量范围为多大？解析 子弹动量p ＝mv ＝0.01×200 kg·m/s＝2 kg·m/s，动量不确定范围Δp x ＝0.01 %×p ＝2×10－4 kg·m/s；由不确定关系Δx Δp x ≥h4π，得子弹位置不确定范围Δx ≥h4πΔp x ＝6.63×10－344×3.14×2×10－4 m ＝2.6×10－31 m 答案 见解析实物是粒子还是波⎩⎪⎪⎨⎪⎪⎧ 德布罗意波物质波⎩⎪⎨⎪⎧ 实物粒子具有波粒二象性德布罗意波长λ＝h p 物质波也是一种概率波不确定关系——Δx ·Δp x ≥h4π1．以下关于物质波说法中正确是( )A ．实物粒子具有粒子性，在任何条件下都不可能表现出波动性B ．宏观物体不存在对应波波长C ．电子在任何条件下都能表现出波动性D ．微观粒子在一定条件下能表现出波动性答案 D2．关于不确定关系Δx Δp x ≥h 4π有以下几种理解，正确是( ) A ．微观粒子动量不可确定B ．微观粒子位置不可确定C ．微观粒子动量与位置不可同时确定D ．不确定关系不仅适用于电子与光子等微观粒子，也适用于宏观物体答案 CD解析 此题主要考察不确定关系Δx Δp x ≥h 4π理解，不确定关系表示确定位置、动量精度相互制约，此长彼消，当粒子位置不确定更小时，粒子动量不确定更大；反之亦然，故不能同时准确确定粒子位置与动量，不确定关系是自然界中普遍规律，对微观世界影响显著，对宏观世界影响可忽略，故C 、D 正确．3．一质量为450 g 足球以10 m/s 速度在空中飞行；一个初速度为零电子，通过电压为100 V 加速电场．试分别计算它们德布罗意波长．答案 1.47×10－34 m 1.2×10－10 m 解析 物体动量p ＝mv ，其德布罗意波长λ＝h p ＝h mv.足球德布罗意波长λ1＝h m 1v 1＝ 6.63×10－34450×10－3×10m ＝1.47×10－34 m 电子经电场加速后，速度增加为v 2，根据动能定理有12m 2v 22＝eU ，p 2＝m 2v 2＝2m 2eU 该电子德布罗意波长λ2＝h p 2＝h 2m 2eU＝6.63×10－342×9.1×10－31×1.6×10－19×100m＝1.2×10－10 m4．设子弹质量为0.01 kg，枪口直径为0.5 cm，试求子弹射出枪口时横向速度不确定量．答案 1.06×10－30 m/s解析枪口直径可以当作子弹射出枪口位置不确定量Δx，由于Δp x ＝mΔv x，由不确定关系式得子弹射出枪口时横向速度不确定量Δv x≥h4πmΔx＝6.63×10－344×3.14×0.01×0.5×10－2m/s≈1.06×10－30m/s[根底题]1．在历史上，最早证明了德布罗意波存在实验是( )A．弱光衍射实验B．电子束在晶体上衍射实验C．弱光干预实验D．以上都不正确答案B解析由课本知识知，最早证明德布罗意波假说是电子束在晶体上衍射实验．2．以下说法中正确是( )A．质量大物体，其德布罗意波长小B．速度大物体，其德布罗意波长小C．动量大物体，其德布罗意波长小D．动能大物体，其德布罗意波长小答案C解析由德布罗意假说得德布罗意波长λ＝hp，式中h为普朗克常量，p为运动物体动量，可见p越大，λ越小；p越小，λ越大．故C正确，A、B、D错误．3．以下物理实验中，能说明粒子具有波动性是( )A．通过研究金属遏止电压与入射光频率关系，证明了爱因斯坦方程正确性B．通过测试多种物质对X射线散射，发现散射射线中有波长变大成分C．通过电子双缝实验，发现电子干预现象D．利用晶体做电子束衍射实验，证实了电子波动性答案CD解析干预与衍射是波特有现象．由于X射线本身就是一种波，而不是实物粒子，故X射线有波长变大成分，并不能证实物质波理论正确性，即A、B并不能说明粒子波动性，证明粒子波动性只能是C、D.4．一个电子被加速后，以极高速度在空间运动，关于它运动，以下说法中正确是( )A．电子在空间做匀速直线运动B．电子上下左右颤抖着前进C．电子运动轨迹是正弦曲线D．无法预言它路径答案D解析根据概率波知识可知，某个电子在空间中运动路径我们无法确定，只能根据统计规律确定大量电子运动区域．应选项D正确．5．对于微观粒子运动，以下说法中正确是( )A．不受外力作用时光子就会做匀速运动B．光子受到恒定外力作用时就会做匀变速运动C．只要知道电子初速度与所受外力，就可以确定其任意时刻速度D．运用牛顿力学无法确定微观粒子运动规律答案D解析光子不同于宏观力学粒子，不能用宏观粒子牛顿力学规律分析光子运动，选项A、B错误；根据概率波、不确定关系可知，选项C 错误，应选D.6．为了观察晶体原子排列，可以采用以下方法：(1)用分辨率比光学显微镜更高电子显微镜成像(由于电子物质波波长很短，能防止发生明显衍射现象，因此电子显微镜分辨率高)；(2)利用X 射线或中子束得到晶体衍射图样，进而分析出晶体原子排列．那么以下分析中正确是( )A ．电子显微镜所利用是，电子物质波波长比原子尺寸小得多B ．电子显微镜中电子束运动速度应很小C ．要获得晶体X 射线衍射图样，X 射线波长要远小于原子尺寸D ．中子物质波波长可以与原子尺寸相当答案 AD解析 由题目所给信息“电子物质波波长很短，能防止发生明显衍射现象〞及发生衍射现象条件可知，电子物质波波长比原子尺寸小得多，A 项正确；由公式λ＝h p知，当电子速度很小时，动量p 很小，电子物质波波长会很长，显然，不满足题意，B 错误；由信息“利用X 射线或中子束得到晶体衍射图样〞及发生衍射现象条件可知，中子物质波或X 射线波长与原子尺寸相当，C 项错误，D 项正确．[能力题]7．用显微镜观看细微构造时，由于受到衍射现象影响而观察不清，因此观察越细小构造，就要求波长越短，波动性越弱．在加速电压值一样情况下，电子显微镜与质子显微镜分辨本领，以下判定正确是( )A ．电子显微镜分辨本领较强B ．质子显微镜分辨本领较强C ．两种显微镜分辨本领一样D ．两种显微镜分辨本领不便比拟答案 B解析 原子或中子在电场中加速由动能定理得eU ＝12mv 2＝p 22m，又由物质波公式λ＝h p 得λ＝h 2meU，所以经一样电压加速后质子与电子相比，质子物质波波长短，波动性弱，从而质子显微镜分辨本领较强，即B 选项正确．8．在单缝衍射实验中，假设单缝宽度是1.0×10－9m ，那么光子经过单缝发生衍射，动量不确定量是________．答案 0.53×10－25 kg·m/s解析 单缝宽度是光子经过狭缝不确定量，即Δx ＝1.0×10－9m ，由Δx ·Δp x ≥h 4π有 1.0×10－9·Δp x ≥6.63×10－344π，那么Δp x ≥0.53×10－25kg·m/s9．质量为10 g 子弹，以300 m/s 速度射向靶子，试计算此子弹位置不确定范围．(设其动量不确定范围为0.02%)答案 大于或等于8.8×10－32 m解析 Δp x ＝mv ×0.02%＝10×10－3×300×0.02×10－2kg·m·s －1＝6×10－4kg·m·s －1由Δx ·Δp x ≥h 4π知，位置不确定范围是 Δx ≥h 4π·Δp x ＝ 6.63×10－344×3.14×6×10－4 m ＝8.8×10－32 m. 10．电子质量为m e ＝9.1×10－31 kg ，h 4π＝5.3×10－35 J·s，测定电子速度不确定量为2×10－6 m/s ，求其位置测定不确定量． 答案 29.1 m[探究与拓展题]11．光子动量p 与波长λ关系为p ＝h λ，静止原子核放出一个波长为λ光子．(普朗克常量为h ，光在真空中传播速度为c )，那么：(1)质量为M 反冲核速度为多少？(2)反冲核运动时物质波波长是多少？答案 (1)h λM(2)λ解析 (1)由λ＝h p 得p ＝h λ，由光子与原子核组成系统动量守恒，得0＝p －Mv ′，故v ′＝p M ＝h λM. (2)由德布罗意波长公式λ′＝h p ′知，反冲核运动时物质波波长λ′＝hp ′＝h p ＝λ.。
2017_2018学年高中物理第2章波和粒子2.3光是波还是粒子学案沪科版选修3_5
2．3 光是波还是粒子[学习目标] 1.知道光的波粒二象性，理解其对立统一的关系.2.知道光是一种概率波，知道概率波的统计意义.3.会用光的波粒二象性分析有关问题．一、光的波粒二象性[导学探究] 人类对光的本性的认识的过程中先后进行了一系列实验，比如：光的单缝衍射实验(图A)光的双孔干涉实验(图B)光电效应实验(图C)光的薄膜干涉实验(图D)康普顿效应实验等等．(1)在以上实验中哪些体现了光的波动性？哪些体现了光的粒子性？(2)光的波动性和光的粒子性是否矛盾？答案(1)单缝衍射、双孔干涉、薄膜干涉体现了光的波动性．光电效应和康普顿效应体现了光的粒子性．(2)不矛盾．大量光子在传播过程中显示出波动性，比如干涉和衍射．当光与物质发生作用时，显示出粒子性，如光电效应、康普顿效应．光具有波粒二象性．[知识梳理]1．人类对光的本性的研究2.光的波粒二象性(1)(2)光子的能量和动量①能量：E ＝h ν.②动量：p ＝h λ. (3)意义：能量E 和动量p 是描述物质的粒子性的重要物理量；波长λ和频率ν是描述物质的波动性的典型物理量．因此E ＝h ν和p ＝hλ揭示了光的粒子性和波动性之间的密切关系． [即学即用] 判断下列说法的正误．(1)光的干涉、衍射、偏振现象说明光具有波动性．( √ )(2)光子数量越大，其粒子性越明显．( × )(3)光具有粒子性，但光子又不同于宏观观念的粒子．( √ )(4)光在传播过程中，有的光是波，有的光是粒子．( × )二、再探光的双缝干涉实验[导学探究] 用极微弱的可见光做双缝干涉实验，随着时间的增加，在屏上先后出现如图1甲、乙、丙所示的图像．图1(1)图像甲是曝光时间很短的情况，光点的分布有什么特点？说明了什么问题？(2)图像乙是曝光时间稍长情况，当光子数较多时落在哪些区域的概率较大？可用什么规律来确定？(3)图像丙是曝光时间足够长的情况，体现了光的什么性？怎样解释上述现象？答案(1)当曝光时间很短时，屏上的光点是随机分布的，具有不确定性，说明了光具有粒子性．(2)落在某些条形区域的概率较大，这种概率可用波动规律来确定．(3)光的波动性．少量光子呈现粒子性，大量光子呈现波动性，而且光是一种概率波．[知识梳理]光波是一种概率波：光的波动性不是光子之间的相互作用引起的，而是光子自身固有的性质，光子在空间出现的概率可以通过波动的规律确定，所以，光波是一种概率波．[即学即用] 判断下列说法的正误．(1)光子通过狭缝后运动的轨迹是确定的．( ×)(2)干涉条纹中，暗条纹是光子不能达到的地方．( ×)(3)单个光子的运动具有偶然性，但光波强的地方是光子到达几率大的地方．( √)一、光的波粒二象性的理解1．大量光子产生的效果显示出波动性；个别光子产生的效果显示出粒子性．2．光子和电子、质子等实物粒子一样，具有能量和动量．和其他物质相互作用时，粒子性起主导作用；在光的传播过程中，光子在空间各点出现的可能性的大小(概率)，由波动性起主导作用，因此称光波为概率波．3．频率低、波长长的光，波动性特征显著，而频率高、波长短的光，粒子性特征显著．4．光子的能量与其对应的频率成正比，而频率是描述波动性特征的物理量，因此E＝hν揭示了光的粒子性和波动性之间的密切联系．例1(多选)对光的认识，以下说法中正确的是( )A．个别光子的行为表现出粒子性，大量光子的行为表现出波动性B．高频光是粒子，低频光是波C．光表现出波动性时，就不具有粒子性了；光表现出粒子性时，就不再具有波动性了D．光的波粒二象性应理解为：在某种场合下光的波动性表现得明显，在另外某种场合下，光的粒子性表现得明显答案AD解析个别光子的行为表现为粒子性，大量光子的行为表现为波动性；光与物质相互作用，表现为粒子性，光的传播表现为波动性，光的波动性与粒子性都是光的本质属性，频率高的光粒子性强，频率低的光波动性强，光的粒子性表现明显时仍具有波动性，因为大量粒子的个别行为呈现出波动规律，故正确选项为A、D.针对训练关于光的波粒二象性，下列理解正确的是( )A．光子静止时有粒子性，光子传播时有波动性B．光是一种宏观粒子，但它按波的方式传播C．光子在空间各点出现的可能性大小(概率)可以用波动规律来描述D．大量光子出现的时候表现为粒子性，个别光子出现的时候表现为波动性答案 C解析光子是不会静止的，大量光子的效果往往表现出波动性，个别光子的行为往往表现出粒子性，故A、D错误；光子不是宏观粒子，光在传播时有时看成粒子有时可看成波，故B 错误；光子在空间各点出现的可能性大小(概率)可以用波动规律来描述，故C正确．二、对概率波的理解1．单个粒子运动的偶然性：我们可以知道粒子落在某点的概率，但不能预言粒子落在什么位置，即粒子到达什么位置是随机的，是预先不能确定的．2．大量粒子运动的必然性：由波动规律我们可以准确地知道大量粒子运动时的统计规律，因此我们可以对宏观现象进行预言．3．概率波体现了波粒二象性的和谐统一：概率波的主体是光子、实物粒子，体现了粒子性的一面；同时粒子在某一位置出现的概率受波动规律支配，体现了波动性的一面，所以说概率波将波动性和粒子性统一在一起．例2(多选)在单缝衍射实验中，中央亮纹的光强占从单缝射入的整个光强的95%以上，假设现在只让一个光子通过单缝，那么该光子( )A．一定落在中央亮纹处B．一定落在亮纹处C．可能落在暗纹处D．落在中央亮纹处的可能性最大答案CD解析根据光波是概率波的概念，对于一个光子通过单缝落在何处，是不可确定的，但概率最大的是落在中央亮纹处，可达95%以上，当然也可落在其他亮纹处，还可能落在暗纹处，不过，落在暗纹处的概率很小，故C、D选项正确．1．下列有关光的波粒二象性的说法中，正确的是( )A．有的光是波，有的光是粒子B．光子与电子是同样的一种粒子C．光的波长越长，其波动性越显著；光的波长越短，其粒子性越显著D．大量光子的行为往往表现出粒子性答案 C解析一切光都具有波粒二象性，光的有些行为(如干涉、衍射)表现出波动性，有些行为(如光电效应)表现出粒子性，A错误．虽然光子与电子都是微观粒子，都具有波粒二象性，但电子是实物粒子，有静止质量，光子不是实物粒子，没有静止质量，电子是以实物形式存在的物质，光子是以场形式存在的物质，所以B错误．光的波粒二象性的理论和实验表明，大量光子的行为表现出波动性，个别光子的行为表现出粒子性．光的波长越长，衍射性越好，即波动性越显著；光的波长越短，其粒子性越显著，故选项C正确，D错误．2．关于光的本性，下列说法中正确的是( )A．关于光的本性，牛顿提出“微粒说”，惠更斯提出“波动说”，爱因斯坦提出“光子说”，它们都说明了光的本性B．光具有波粒二象性是指：既可以把光看成宏观概念上的波，也可以看成微观概念上的粒子C．光的干涉、衍射现象说明光具有波动性，光电效应说明光具有粒子性D．光的波粒二象性是将牛顿的粒子说和惠更斯的波动说真正有机地统一起来答案 C解析光的波动性指大量光子在空间各点出现的可能性的大小可以用波动规律来描述，不是惠更斯的波动说中宏观意义下的机械波．光的粒子性是指光的能量是一份一份的，每一份是一个光子，不是牛顿微粒说中的经典微粒．某现象说明光具有波动性，是指波动理论能解释这一现象．某现象说明光具有粒子性，是指能用粒子说解释这个现象．要区分题中说法和物理史实与波粒二象性之间的关系．C正确，A、B、D错误．一、选择题(1～5题为单选题，6～9题为多选题)1．下列各组现象能说明光具有波粒二象性的是( )A．光的色散和光的干涉B．光的干涉和光的衍射C．泊松亮斑和光电效应D．光的反射和光电效应答案 C解析光的干涉、衍射、泊松亮斑是光的波动性的证据，光电效应说明光具有粒子性，光的反射和色散不能说明光具有波动性或粒子性，故选项C正确．2．在做双缝干涉实验时，发现100个光子中有96个通过双缝后打到了观察屏上的b处，则b处是( )A．亮纹B．暗纹C．既有可能是亮纹也有可能是暗纹D．以上各种情况均有可能答案 A解析由光子按波的概率分布的特点去判断，由于大部分光子都落在b点，故b处一定是亮纹，选项A正确．3．为了验证光的波粒二象性，在双缝干涉实验中将光屏换成照相底片，并设法减弱光的强度，下列说法正确的是( )A．使光子一个一个地通过双缝干涉实验装置的狭缝，如果时间足够长，底片上将出现双缝干涉图样B．使光子一个一个地通过双缝干涉实验装置的狭缝，如果时间足够长，底片上将出现不太清晰的双缝干涉图样C．大量光子的运动规律显示出光的粒子性D．个别光子的运动显示出光的波动性答案 A解析单个光子运动具有不确定性，大量光子落点的概率分布遵循一定规律，显示出光的波动性．使光子一个一个地通过双缝，如果时间足够长，底片上会出现明显的干涉图样，A正确，B、C错误；由光的波粒二象性知，个别光子的运动显示出光的粒子性，D错误．4．下列实验中，能证实光具有粒子性的是( )A．光电效应实验B．光的双缝干涉实验C．光的圆孔衍射实验D．泊松亮斑实验答案 A解析光的双缝干涉、圆孔衍射、泊松亮斑实验都说明光具有波动性．5．人类对光的本性的认识经历了曲折的过程．下列关于光的本性的陈述不符合科学规律或历史事实的是( )A．牛顿的“微粒说”与爱因斯坦的“光子说”本质上是一样的B．光的双缝干涉实验显示了光具有波动性C．麦克斯韦预言了光是一种电磁波D．光具有波粒二象性答案 A解析牛顿的“微粒说”认为光是一种物质微粒，爱因斯坦的“光子说”认为光是一份一份不连续的能量，显然A错；干涉、衍射是波的特性，光能发生干涉说明光具有波动性，B正确；麦克斯韦根据光的传播不需要介质，以及电磁波在真空中的传播速度与光速近似相等认为光是一种电磁波，后来赫兹用实验证实了光的电磁说，C正确；光具有波动性与粒子性，称为光的波粒二象性，D正确．6．关于光的波动性与粒子性，以下说法正确的是( )A．爱因斯坦的光子说否定了光的电磁说B．光电效应现象说明了光的粒子性C．光波不同于机械波，它是一种概率波D．光的波动性和粒子性是相互矛盾的，无法统一答案BC解析爱因斯坦的光子说并没有否定电磁说，只是在一定条件下光是体现粒子性的，A错；光电效应说明光具有粒子性，说明光的能量是一份一份的，B对；光波在少量的情况下体现粒子性，大量的情况下体现波动性，所以C对；光的波动性和粒子性不是孤立的，而是有机的统一体，D错．7．下列说法中正确的是( )A．光的波粒二象性学说就是牛顿的微粒说加上惠更斯的波动说组成的B．光的波粒二象性彻底推翻了麦克斯韦的电磁理论C．光子说并没有否定电磁说，在光子的能量E＝hν中，ν表示波的特性，E表示粒子的特性D．光波不同于宏观观念中那种连续的波，它是表明大量光子运动规律的一种概率波答案CD解析光的波动性指大量光子在空间各点出现的可能性大小，可以用波动规律来描述，不是惠更斯的波动说中宏观意义下的机械波．光的粒子性是指光的能量是一份一份的，一份是一个光子，不是牛顿微粒说中的经典微粒．光子说与电磁说不矛盾，它们是不同领域的不同表述．8．在验证光的波粒二象性的实验中，下列说法正确的是( )A．使光子一个一个地通过单缝，如果时间足够长，底片上会出现衍射图样B．单个光子通过单缝后，底片上会出现完整的衍射图样C．光子通过单缝的运动路线像水波一样起伏D．单个光子通过单缝后打在底片上的情况呈现出随机性，大量光子通过单缝后打在底片上的情况呈现出规律性答案AD9．光通过各种不同的障碍物后会产生各种不同的衍射条纹，衍射条纹的图样与障碍物的形状相对应，这一现象说明( )A．光是电磁波B．光具有波动性C．光可以携带信息D．光具有波粒二象性答案BC解析光能发生衍射现象，说明光有波动性，B正确．衍射图样与障碍物的形状对应，说明了衍射图样中包含了障碍物的信息，C正确．光是电磁波，光也具有波粒二象性，但在这个现象中没有得到反映，A、D不正确．二、填空题10．下列列举的是人类对光的本性的认识：A．牛顿的微粒说和惠更斯的波动说B．光的干涉、衍射现象证明波动说是正确的C．光电效应现象的发现为爱因斯坦的光子说诞生奠定了基础D．光波的传播介质问题是麦克斯韦电磁说诞生的基础E．一切微观粒子都具有波粒二象性F．光具有波粒二象性G．微观世界波粒二象性的统一，使人们认识到光的波动性实际是光子运动规律的概率波请按人类的认识发展进程将字母按顺序排列起来：____________.答案ABDCFEG解析对光的本性的认识过程有五大学说．按其发展顺序为：牛顿支持的微粒说，惠更斯提出的波动说，麦克斯韦提出的电磁说，爱因斯坦在普朗克量子说的基础上提出了光子说，最后是现代物理学将两大对立学说加以综合的光的波粒二象性，所以顺序应为A、B、D、C、F、E、G.。
高中物理第2章波和粒子章末分层突破教师用书沪科版选修35
第2章波和粒子[ 自我校正 ]h①hν②λ③ hν－ W0④截止⑤制止⑥饱和⑦刹时⑧Δx p x___________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________光电效应规律及其应用相关光电效应的问题主要有两个方面：一是对于光电效应现象的判断，二是运用光电效应方程进行计算 . 求解光电效应问题的重点在于掌握光电效应规律，明确各看法之间的决定关系，正确掌握它们的内在联系 .1.决定关系及联系2.“光电子的动能”能够是介于0～E km的随意值，只有从金属表面逸出的光电子才拥有最大初动能，且随入射光频次增大而增大.3.光电效应是单个光子和单个电子之间的互相作用产生的，金属中的某个电子只好汲取一个光子的能量，只有当电子汲取的能量足够战胜原子核的引力而逸出时，才能产生光电效应.4. 入射光强度指的是单位时间内入射到金属表面单位面积上的光子的总能量，在入射光频次ν不变时，光强正比于单位时间内照到金属表面单位面积上的光子数，但若入射光频率不一样，即便光强同样，单位时间内照到金属表面单位面积上的光子数也不同样，因此从金属表面逸出的光电子数也不同样( 形成的光电流也不同样).如图 2-1 所示是现代化工业生产中部分光电控制设施用到的光控继电器的表示图，它由电源、光电管、放大器等几部分构成. 当用绿光照耀图中光电管阴极K 时，可发生光电效应，则以下说法中正确的选项是()【导学号：】图 2-1A.增大绿光的照耀强度，光电子的最大初动能增大B.增大绿光的照耀强度，电路中的光电流增大C.改用比绿光波长大的光照耀光电管阴极K 时，电路中必定有光电流D. 改用比绿光频次大的光照耀光电管阴极K 时，电路中必定有光电流E. 改用比绿光频次小的光照耀光电管阴极K 时，电路可能有光电流【分析】光电子的最大初动能由入射光的频次决定，选项A错误；增大绿光的照耀强度，单位时间内入射的光子数增加，因此光电流增大，选项 B 正确；改用比绿光波长更大的光照耀时，该光的频次不必定知足发生光电效应的条件，应选项C错误， E 正确；若改用频率比绿光大的光照耀，必定能发生光电效应，应选项D正确.【答案】BDE(1)某种色光强度的改变决定单位时间入射光子数量改变，光子能量不变.(2)光电效应中光电子的最大初动能与入射光频次和金属资料相关，与光的强度没关.光的波粒二象性的进一步理解1. 此刻提到的颠簸性和粒子性与17 世纪提出的颠簸说和粒子说不一样. 当时的两种学说是互相对峙的，都妄图用一种看法去说明光的各样“行为”，这是因为传统看法的影响，这些传统看法是人们察看四周的宏观物体形成的.2. 颠簸性和粒子性在宏观现象中是互相对峙的、矛盾的，但对于光子这样的微观粒子却只有从波粒二象性的角度出发，才能一致说明光的各样“行为”.3. 光子说其实不否定光的电磁说，按光子说，光子的能量ε＝hν，此中ν表示光的频率，即表示了波的特点，并且从光子说或电磁说推导电子的动量都获取一致的结论. 可见，光确实拥有颠簸性，也拥有粒子性.从光的波粒二象性出发，以下说法正确的选项是()A.光是高速运动的微观粒子，每个光子都拥有波粒二象性B.光的频次越高，光子的能量越大C.在光的干预中，暗条纹的地方是光子不会抵达的地方D.在光的干预中，亮条纹的地方是光子抵达概率大的地方E.在光的干预中，暗条纹的地方是光子抵达概率小的地方【分析】一个光子谈不上颠簸性， A 错误；暗条纹是光子抵达概率小的地方， C 错误E 正确；光的频次越高，光子的能量＝hν越大，在光的干预现象中，光子抵达的概率大E小决定光屏上出现明、暗条纹，故B、 D选项正确 .【答案】BDE1.(2016 ·全国乙卷 ) 现用某一光电管进行光电效应实验，当用某一频次的光入射时，有光电流产生 . 以下说法正确的选项是 ()A. 保持入射光的频次不变，入射光的光强变大，饱和光电流变大B.入射光的频次变高，饱和光电流变大C.入射光的频次变高，光电子的最大初动能变大D.保持入射光的光强不变，不停减小入射光的频次，一直有光电流产生E.制止电压的大小与入射光的频次相关，与入射光的光强没关【分析】产生光电效应时，光的强度越大，单位时间内逸出的光电子数越多，饱和光电流越大，说法 A 正确 . 饱和光电流大小与入射光的频次没关，说法B错误.光电子的最大初动能随入射光频次的增添而增添，与入射光的强度没关，说法 C 正确 . 减小入射光的频次，如低于极限频次，则不可以发生光电效应，没有光电流产生，说法 D 错误 . 制止电压的大小与入射光的频次相关，与光的强度没关，说法E正确.【答案】ACE2.(2016 ·大连一中检测) 以下说法中正确的选项是()A.光波和物质波都是概率波B.实物粒子不拥有颠簸性C.实物粒子也拥有颠簸性，不过不显然D.光的颠簸性是光子之间互相作用惹起的E.光经过狭缝后在屏上形成明暗相间的条纹，光子在空间出现的概率能够经过颠簸规律确立【分析】光波和物质波都是概率波，可经过颠簸规律来确立，故A、 C、 E 正确， B 错误；光的颠簸性是光的属性，不是光子间互相作用惹起的，D错误 .【答案】ACE3.(2015 ·江苏高考改编) 波粒二象性是微观世界的基本特点，以下说法正确的有()A.光电效应现象揭露了光的粒子性B.热衷子束射到晶体上产生衍射图样说明中子拥有颠簸性C.黑体辐射的实验规律可用光的颠簸性解说D.动能相等的质子和电子，它们的德布罗意波长也相等E.动量同样的质子和电子，它们的德布罗意波长也相等【分析】光电效应现象、黑体辐射的实验规律都能够用光的粒子性解说，选项A正确，选项 C 错误；热衷子束射到晶体上产生衍射图样说明中子拥有颠簸性，选项B正确；由德布h2罗意波长公式λ＝p和p＝2m·E k知动能相等的质子和电子动量不一样，德布罗意波长不相等，选项 D错误 E正确 .【答案】ABE4.(2016 ·青岛二中检测) 对于光电效应的规律，以下说法中正确的选项是()A. 当某种色光照耀金属表面时，能产生光电效应，则入射光的频次越高，产生的光电子的最大初动能越大B. 当某种色光照耀金属表面时，能产生光电效应，则入射光的强度越大，产生的光电子数越多C. 同一频次的光照耀不一样金属，假如都能产生光电效应，则逸出功大的金属产生的光电子的最大初动能也大D.对某种金属，入射光波长一定小于金属的“最大波长”，才能产生光电效应E.照耀光的频次增添一倍，则逸出光电子的最大初动能也增添一倍【分析】发生光电效应的条件是只有入射光的频次大于金属的极限频次时，才能发生光电效应现象，逸出光电子. 对于某种金属，其逸出功是一个定值，入射光频次必定，光子的能量也必定，光电子的最大初动能也是必定的，若提高入射光的频次，则产生光电子的最大初动能也将增大， A 对 . 若入射光的频次不变，对于给定的金属，增添光强，不会增添光电子的最大初动能. 但因为光强的增大，照耀光的光子数量增加，因此产生的光电子数量也随之增加， B 对 .同一频次的光照耀到不一样的金属上时，因不一样金属的逸出功不一样，则产生的光电子的最大初动能也不同样，逸出功小，即电子挣脱金属的约束越简单，电子离开金属表面时获取的动能越大，C错 . 对某种金属，依据0＝＝hc可知，入射光的波长小于金属的“最大波长”，W hνλ即入射光频次大于金属极限频次，才能产生光电效应， D 对 . 由E＝hν－W知 E 错.k0【答案】ABD5.(2015 ·全国卷Ⅰ ) 在某次光电效应实验中，获取的制止电压U c与入射光的频次ν的关系如图 2-2所示 . 若该直线的斜率和截距分别为k 和 b，电子电荷量的绝对值为e，则普朗克常量可表示为 ________，所用资料的逸出功可表示为 ________.图 2-2hνW0h W0【分析】依据光电效应方程E km＝ hν－ W0及 E km＝ eU c得 U c＝e－e，故e＝ k，b＝－e，得 h＝ ek，W0＝－ eb.【答案】 ek － eb6.( 2016·江苏高考 )(1) 已知光速为c，普朗克常数为h，则频次为ν的光子的动量为________. 用该频次的光垂直照耀平面镜，光被镜面所有垂直反射回去，则光子在反射前后动量改变量的大小为________.(2)几种金属的逸出功 W0见下表：金属钨钙钠钾铷W0(×10－19J)用一束可见光照耀上述金属的表面，请经过计算说明哪些能发生光电效应. 已知该可见光的波长范围为× 10 －7～× 10－7m，普朗克常数h＝×10－34J·s.c h hν【分析】(1) 光速为c，频次为ν的光子的波长λ＝ν，光子的动量p＝λ＝c.用该频次的光垂直照耀平面镜，光被垂直反射，则光子在反射前后动量方向相反，取反射后的方向为正方向，则反射前后动量改变量p＝ p － p ＝2hνc .21hc(2) 光子的能量E＝λ取λ＝×10－7m，则E≈×10－19J依据 E＞ W0判断，钠、钾、铷能发生光电效应.hν2hν【答案】(1)c c(2) 钠、钾、铷能发生光电效应.。
2019版高中物理第2章波和粒子2.1拨开黑体辐射的疑云学案沪科版选修3_5
2.1 拨开黑体辐射的疑云[学习目标] 1.了解热辐射和黑体辐射的概念，了解黑体辐射的实验规律.2.了解能量子的概念及其提出的科学过程.3.了解宏观物体和微观粒子的能量变化特点．一、黑体与黑体辐射[导学探究] 1.什么是热辐射？这种辐射与温度有何关系？答案物体在任何温度下，都会发射电磁波，温度不同，所发射的电磁波的频率、强度也不同，这种现象叫做热辐射．辐射强度按波长的分布情况是：随物体的温度的升高，热辐射中波长较短的电磁波成分越来越强．2．什么是黑体辐射？它与热辐射有什么不同？答案能够完全吸收各种波长的电磁波而不产生反射的物体，叫做黑体．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温度有关，而热辐射还与其他因素有关(材料的种类和表面状况)．[知识梳理]1．热辐射(1)定义：我们周围的一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与物体的温度有关，所以叫热辐射．(2)特点：热辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同．2．黑体(1)定义：某种物体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射，这种物体就是绝对黑体，简称黑体．(2)黑体辐射特点：黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关．[即学即用] 判断下列说法的正误．(1)黑体一定是黑色的物体．( ×)(2)能吸收各种电磁波而不反射电磁波的物体叫黑体．( √)(3)只有高温物体才能辐射电磁波．( ×)(4)温度越高，黑体辐射电磁波的强度越大．( √ ) 二、黑体辐射的实验规律 [导学探究]1．黑体辐射电磁波的强度按波长分布如图1所示，当温度从750K 升高到6000K 时，各种波长的电磁波的辐射强度怎么变化？辐射强度极大值对应的波长如何变化？图1答案 变强．辐射强度极大值向波长较短的方向移动，即变短． 2．你认为现实生活中存在理想的黑体吗？答案 现实生活中不存在理想的黑体，实际的物体都能辐射红外线(电磁波)，也都能吸收和反射红外线(电磁波)，绝对黑体不存在，是理想化的模型． [知识梳理] 黑体辐射的实验规律1．随着温度的升高，各种波长的辐射强度都增加．2．随着温度的升高，辐射强度的极大值向着波长较短的方向移动． [即学即用] 判断下列说法的正误． (1)黑体是一种客观存在的物质．( × ) (2)黑体辐射随温度升高强度变强．( √ )三、能量子[导学探究] 某激光器能发射波长为λ的激光，那么激光光量子的能量可以取任意值吗？是连续的还是一份一份的？设普朗克常量为h ，那么每个激光光量子的能量是多少？如果激光发射功率为P ，那么每秒钟发射多少个光量子？答案 光量子的能量是不连续的，而是一份一份的，每个光量子的能量E ＝h ν，个数n ＝PE＝P h ν. [知识梳理] 能量子1．定义：普朗克认为，振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整数倍，当带电微粒辐射或吸收能量时，也是以这个最小能量值为单位一份一份地辐射或吸收的，这个不可再分的最小能量值ε叫做能量子．2．能量子大小：ε＝h ν，其中ν是电磁波的频率，h 称为普朗克常量．h ＝6.626×10－34J·s(一般取h ＝6.63×10－34J·s)．3．能量的量子化：在微观世界中能量是量子化的，或者说微观粒子的能量是分立的． [即学即用]1．判断下列说法的正误．(1)微观粒子的能量只能是能量子的整数倍．( √ )(2)能量子的能量不是任意的，其大小与电磁波的频率成正比．( √ )2．人眼对绿光较为敏感，正常人的眼睛接收到波长为530nm 的绿光时，只要每秒钟有6个绿光的光子射入瞳孔，眼睛就能察觉．普朗克常量为6.63×10－34J·s，真空中光速为3×108m/s ，则人眼能察觉到绿光时所接收到的最小功率是( ) A ．2.3×10－18W B ．3.8×10－19W C ．7.0×10－10WD ．1.2×10－18W答案 A解析 因只要每秒有6个绿光的光子射入瞳孔，眼睛就能察觉．所以察觉到绿光所接收的最小功率P ＝E t ，式中E ＝6ε，又ε＝h ν＝h cλ，可解得P ＝6×6.63×10－34×3×108530×10－9W≈2.3×10－18W.一、黑体辐射的规律1．一般物体的辐射与黑体辐射的比较特别提示(1)热辐射不一定需要高温，任何物体任何温度均存在热辐射，只是温度越高，辐射的能量越多，电磁波的短波成分越多．(2)并不是所有的发光都是热辐射，如激光、日光灯发光不是热辐射．2．随着温度的升高，黑体辐射的各种波长的辐射强度都有增加，且辐射强度的极大值向波长较短的方向移动．例1(多选)黑体辐射的实验规律如图2所示，由图可知( )图2A．随温度升高，各种波长的辐射强度都增加B．随温度降低，各种波长的辐射强度都增加C．随温度升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动D．随温度降低，辐射强度的极大值向波长较长的方向移动答案ACD解析由题图可知，随温度升高，各种波长的辐射强度都增加，且辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，当温度降低时，上述变化都将反过来．针对训练1 关于对黑体的认识，下列说法正确的是( )A．黑体不仅能吸收电磁波，也能反射电磁波B．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布除与温度有关外，还与材料的种类及表面状况有关C．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温度有关，与材料的种类及表面状况无关D．如果在一个空腔壁上开一个很小的孔，射入小孔的电磁波在空腔内表面经多次反射和吸收，最终不能从小孔射出，这个空腔就成了一个黑体答案 C二、能量子的理解和计算1．物体在发射或接收能量的时候，只能从某一状态“飞跃”地过渡到另一状态，而不可能停留在不符合这些能量的任何一个中间状态．2．在宏观尺度内研究物体的运动时我们可以认为：物体的运动是连续的，能量变化是连续的，不必考虑量子化；在研究微观粒子时必须考虑能量量子化．3．能量子的能量ε＝h ν，其中h 是普朗克常量，ν是电磁波的频率．例2 (多选)对于带电微粒的辐射和吸收能量时的特点，以下说法正确的是( ) A ．以某一个最小能量值为单位一份一份地辐射或吸收 B ．辐射和吸收的能量是某一最小值的整数倍 C ．吸收的能量可以是连续的 D ．辐射和吸收的能量是量子化的 答案 ABD解析 带电微粒辐射或吸收能量时是以最小能量值——能量子ε的整数倍或一份一份地辐射或吸收的，是不连续的，故选项A 、B 、D 正确，C 错误．针对训练2 “神光Ⅱ”装置是高功率固体激光系统，利用它可获得能量为2400J 、波长λ为0.35μm 的紫外激光，已知普朗克常量h ＝6.63×10－34J·s，真空中光速c ＝3.0×108m/s ，则该紫外激光所含光子数为多少个？(结果保留两位有效数字) 答案 4.2×1021解析 每个激光光子的能量为ε＝hcλ，该紫外激光中所含光子数为n ＝Eε＝24006.63×10－34× 3.0×1080.35×10－6个≈4.2×1021个．1．思维程序：c ＝λν→光的频率―――――――→ν＝cλ能量子的能量――→ε＝h ν激光束的总能量E ＝n ε→能量子的个数2．解决此类题目的关键是熟练掌握ε＝h ν和c ＝λν及E ＝n ε＝Pt 等公式．1.(对黑体辐射规律的理解)(多选)在实验室或工厂的高温炉子上开一小孔，小孔可看做黑体，由小孔的热辐射特性，就可以确定炉内的温度．如图3所示，就是黑体的辐射强度与其辐射光波长的关系图像，则下列说法正确的是( )图3A．T1>T2B．T1<T2C．随着温度的升高，黑体的辐射强度都有所降低D．随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短方向移动答案AD解析一般材料的物体辐射能量的多少决定于物体的温度(T)、辐射波的波长、时间的长短和发射的面积，而黑体是指在任何温度下，能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不反射的物体，黑体辐射的强度按波长的分布只与温度有关．实验表明，随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有所增加，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动．从题图中可以看出，λ1<λ2，T1>T2，本题正确选项为A、D.2．(对热辐射规律的理解)“非典”期间，很多地方用红外线热像仪监测人的体温，只要被测者从仪器前走过，便可知道他的体温是多少，关于其中原理，下列说法正确的是( ) A．人的体温会影响周围空气温度，仪器通过测量空气温度便可知道人的体温B．仪器发出的红外线遇人反射，反射情况与被测者的温度有关C．被测者会辐射红外线，辐射强度以及按波长的分布情况与温度有关，温度高时辐射强且较短波长的成分强D．被测者会辐射红外线，辐射强度以及按波长的分布情况与温度有关，温度高时辐射强且较长波长的成分强答案 C解析根据辐射规律可知，随着温度的升高，各种波长的辐射强度都增加；随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动．人的体温的高低，直接决定了这个人辐射的红外线的频率和强度，通过监测被测者辐射的红外线的情况就可知道这个人的体温，C正确．3．(对能量子的理解)(多选)关于对普朗克能量子假说的认识，下列说法正确的是( ) A ．振动着的带电微粒的能量只能是某一能量值εB ．带电微粒辐射或吸收的能量只能是某一最小能量值的整数倍C ．能量子与电磁波的频率成正比D ．这一假说与现实世界相矛盾，因而是错误的 答案 BC解析 由普朗克能量子假说可知带电微粒辐射或吸收的能量只能是某一最小能量值的整数倍，A 错误，B 正确；最小能量值ε＝h ν，C 正确．4．(能量量子化的理解)硅光电池是将光辐射的能量转化为电能．若有N 个波长为λ0的光子打在硅光电池极板上，这些光子的总能量为(h 为普朗克常量，真空中光速为c )( ) A ．h c λ0B ．Nh cλ0C ．Nh λ0D ．2Nh λ0答案 B解析 一个光子的能量ε＝h ν＝h c λ0，则N 个光子的总能量E ＝Nh cλ0，选项B 正确．一、选择题考点一 黑体辐射的理解和应用1．关于对热辐射的认识，下列说法中正确的是( ) A ．热的物体向外辐射电磁波，冷的物体只吸收电磁波 B ．温度越高，物体辐射的电磁波越强C ．辐射强度按波长的分布情况只与物体的温度有关，与材料种类及表面状况无关D ．常温下我们看到的物体的颜色就是物体辐射电磁波的颜色 答案 B解析 一切物体都不停地向外辐射电磁波，且温度越高，辐射的电磁波越强，对于一般材料的物体，辐射强度按波长的分布除与物体的温度有关外，还与材料的种类和表面状况有关；常温下看到的物体的颜色是反射光的颜色．2．对黑体辐射电磁波的强度按波长分布的影响因素是( ) A ．温度 B ．材料 C ．表面状况D ．以上都正确答案 A解析黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关，A对．3．下列描绘两种温度下黑体辐射强度与波长关系的图中，符合黑体辐射实验规律的是( )答案 A解析随着温度的升高，黑体辐射的强度与波长的关系：一方面，各种波长的辐射强度都有增加，另一方面，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动．由此规律可知应选A.4．下列叙述错误的是( )A．一切物体都在辐射电磁波B．一般物体辐射电磁波的情况只与温度有关C．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关D．黑体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波答案 B解析根据热辐射定义知A对；根据热辐射和黑体辐射的特点知一般物体辐射电磁波的情况除与温度有关外，还与材料种类和表面状况有关，而黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关，B错，C对；根据黑体定义知D对．本题应选B项．考点二能量子的理解和应用5．普朗克在1900年将“能量子”引入物理学，开创了物理学的新纪元．在下列宏观概念中，具有“量子化”特征的是( )A．人的个数B．物体所受的重力C．物体的动能D．物体的长度答案 A解析依据普朗克量子化观点，能量是不连续的，是一份一份地变化的，属于“不连续的，一份一份”的概念的是A 选项，故A 正确，B 、C 、D 错误．6．已知某种单色光的波长为λ，在真空中光速为c ，普朗克常量为h ，则电磁波辐射的能量子ε的值为( ) A ．h cλB.hλC.c h λD ．以上均不正确答案 A解析 由波速公式c ＝λν可得：ν＝c λ，由光的能量子公式得ε＝h ν＝h cλ，故选项A 正确．7．能引起人的眼睛视觉效应的最小能量为10－18J ，已知可见光的平均波长为0.6μm ，普朗克常量h ＝6.63×10－34J·s，恰能引起人眼的感觉，进入人眼的光子数至少为( )A ．1个B ．3个C ．30个D ．300个 答案 B解析 每个光子的能量为E 0＝h cλ，能引起人的眼睛视觉效应的最小能量E 为10－18J ，由E＝nE 0得能引起人眼的感觉，进入人眼的光子数至少为n ＝E E 0＝E λhc ＝10－18×6×10－76.63×10－34×3×108个≈3个．故选B.8．在自然界生态系统中，蛇与老鼠和其他生物通过营养关系构成食物链，在维持生态平衡方面发挥着重要作用．蛇是老鼠的天敌，它是通过接收热辐射来发现老鼠的．假设老鼠的体温约37℃，它发出的最强的热辐射的波长为λmin.根据热辐射理论，λmin与辐射源的绝对温度T的关系近似为T λmin＝2.90×10－3m·K，则老鼠发出的最强的热辐射的波长为( )A ．7.8×10－5m B ．9.4×10－6m C ．1.16×10－4m D ．9.7×10－8m答案 B 解析 由T λmin ＝2.90×10－3m·K 可得，老鼠发出最强的热辐射的波长为λmin＝2.90×10－3m·K T ＝2.90×10－3273＋37m≈9.4×10－6m ，B 正确．9．红外遥感卫星通过接收地面物体发出的红外辐射来探测地面物体的状况．地球大气中的水汽(H 2O)、二氧化碳(CO 2)能强烈吸收某些波长范围的红外辐射，即地面物体发出的某些波长的电磁波，只有一部分能够通过大气层被遥感卫星接收．如图1所示为水和二氧化碳对某一波段不同波长电磁波的吸收情况，由图可知，在该波段红外遥感大致能够接收到的波长范围是( )图1A ．2.5～3.5μmB ．4～4.5μmC ．5～7μmD ．8～13μm答案 D解析 由题图可知，水对红外辐射吸收率最低的波长范围是8～13 μm ；二氧化碳对红外辐射吸收率最低的波长范围是5～13 μm.综上可知，应选D. 二、非选择题10．(能量子个数的计算)40瓦的白炽灯，有5%的能量转化为可见光．设所发射的可见光的平均波长为580nm ，那么该白炽灯每秒钟辐射的光子数为多少？(普朗克常量h ＝6.63×10－34J·s，光速c ＝3×108m/s)答案 5.8×1018个解析 波长为λ的光子能量为：ε＝h ν＝h cλ①设白炽灯每秒内发出的光子数为n ，白炽灯电功率为P ，则：n ＝ηP ε② 式中，η＝5%是白炽灯的发光效率．联立①②式得：n ＝ηP λhc代入题给数据得：n ≈5.8×1018(个)11．(能量子的理解和计算)某广播电台的发射功率为10kW ，发射的是在空气中波长为187.5m 的电磁波，则：(普朗克常量h ＝6.63×10－34J·s，光速c ＝3×108m/s)(1)该电台每秒从天线发射多少个能量子？(2)若发射的能量子在以天线为球心的同一球面上的分布视为均匀的，求在离天线2.5km 处，直径为2m 的球状天线每秒接收的能量子个数以及接收功率． 答案 (1)9.4×1030个 (2)3.76×1023个 4×10－4W11 解析 (1)每个能量子的能量ε＝h ν＝hc λ＝6.63×10－34×3×108187.5J≈1.06×10－27J则每秒电台发射上述波长能量子数N ＝Pt ε≈9.4×1030个 (2)设球状天线每秒接收能量子数为n 个，以电台发射天线为球心，则半径为R 的球面积S ＝4πR 2，而球状天线的有效接收面积S ′＝πr 2，所以n ＝N S ′S＝N r 24R 2＝9.4×1030×124×(2.5×103)2个＝3.76×1023个接收功率P 收＝n εt ＝3.76×1023×1.06×10－27W≈4×10－4W.。
高中物理第2章波和粒子2.1拨开黑体辐射的疑云2.2涅盘凤凰再飞翔导学案沪科版选修3-5
1．光电效应实质：光现象转化为,电现象．
2．光电效应中光包括不可见光与可见光．
3．金属都存在一个极限频率，只有入射光频率高于该金属极限频率时，光电效应才能发生．
图2
例1 如图2所示，用弧光灯照射锌板，验电器指针张开一个角度，那么以下说法中正确是()
A．用紫外线照射锌板，验电器指针会发生偏转
4．能量子
(1)定义：黑体空腔壁是由大量振子组成，其能量E只能是某一最小能量值hν整数倍，即E＝nhν(n＝1,2,3，…)．这样一份最小能量hν叫做能量子，ν是振子频率，h叫做普朗克常量．
(2)能量量子化：在微观世界中能量不能连续变化，只能取分立值．
5．光电效应
(1)光电效应：在光照射下物体发射电子现象叫做光电效应，发射出来电子叫光电子．
4．(2021·广东·18)在光电效应实验中，用频率为ν光照射光电管阴极，发生了光电效应，以下说法正确是()
A．增大入射光强度，光电流增大
B．减小入射光强度，光电效应现象消失
C．改用频率小于ν光照射，一定不发生光电效应
D．改用频率大于ν光照射，光电子最大初动能变大
答案AD
解析 增大入射光强度，单位时间内照射到单位面积光电子数增加，那么光电流将增大，应选项A正确；光电效应是否发生取决于照射光频率，而与照射强度无关，应选项B错误．用频率为ν光照射光电管阴极，发生光电效应，用频率较小光照射时，假设光频率仍大于极限频率，那么仍会发生光电效应，选项C错误；根据hν－W逸＝ mv2可知，增加照射光频率，光电子最大初动能也增大，应选项D正确.
例3 如图6所示，当电键K断开时，用光子能量为2.5 eV一束光照射阴极P，发现电流表读数不为零．合上电键，调节滑动变阻器，发现当电压表读数小于0.60 V时，电流表读数仍不为零．当电压表读数大于或等于0.60 V时，电流表读数为零．由此可知阴极材料逸出功为()
2017_2018学年高中物理第二章波和粒子2.2涅盘凤凰再飞翔教案沪科版选修3_5
涅槃凤凰再飞翔一、教学目标（一）知识与技术1．通过实验了解光电效应的实验规律。
2．明白爱因斯坦光电效应方程和意义。
（二）进程与方式经历科学探讨进程，熟悉科学探讨的意义，尝试应用科学探讨的方式研究物理问题，验证物理规律。
（三）情感、态度与价值观领略自然界的奇异与和谐，进展对科学的好奇心与求知欲，乐于探讨自然界的隐秘，能体验探讨自然规律的艰辛与喜悦。
二、教学重点难点重点：光电效应的实验规律难点：爱因斯坦光电效应方程和意义三、教学进程（一）导入新课【教师讲解】光究竟是什么？让咱们再次回忆历史上对光的本性之争。
最初，牛顿以为光是一种微粒，惠更斯以为是一种波，二者都各自能说明一些现象，由于牛顿在学术界的地位，而波动说又缺少有力的实验事实，人们偏向于光是一种粒子的观点。
直到发觉了光的干与、衍射这一波特有的现象以后，人们才开始从波的角度研究光。
麦克斯韦提出光是一种电磁波，并成立了完善的电磁场理论，光的波动理论似乎很完美了。
既然如此，什么缘故本节又要谈论“光的粒子性”呢？让咱们先做一个实验。
实验演示：（参见教材图）教师介绍实验器材，并说明由于实验室没有锌板，用光电管代替，然后演示，引导学生观看电流表的指针偏转情形。
（课件辅助讲述）用弧光灯照射擦得很亮的锌板，(注意用导线与不带电的验电器相连），使验电器张角增大到约为 30度时，再用与丝绸磨擦过的玻璃棒去靠近锌板，那么验电器的指针张角会变大。
学生：认真观看实验。
启发猜想：什么缘故用紫外线照射锌板会引发验电器的指针偏转？（学生会提出多种猜想）引导分析：锌板本身是电中性的，此刻它带了正电，说明在紫外线的照射下锌板中的自由电子跑了。
【教师提问】什么缘故在紫外线的照射下锌板中的自由电子会跑出来呢？引导分析：让学生结合以前的知识回忆电子在核外运动的运动情形；光波是一种电磁波，它要形成电场，电子处在电场中要受到电场力的作用。
启发猜想：改用其他的光（比如红光）来照射会可不能照射出电子？或用其他的材料做实验会可不能照射出电子？学生依照已有的知识，猜想必然会发生与适才相同的现象，但是这是做实验却没有电子跑出来。
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第2章 波和粒子
一、光子能量的计算
1．一个光子的能量E ＝hν，其中h 是普朗克常量，ν是光的频率． 2．一束光的能量E ＝nhν，n 为光子数目． 3．频率与波长的关系：ν＝
c λ
. 例1 激光器是一个特殊的光源，它发出的光便是激光，红宝石激光器发射的激光是不连续的一道一道的闪光，每道闪光称为一个光脉冲，现有一红宝石激光器，发射功率为1.0×1010
W ，所发射的每个光脉冲持续的时间Δt 为1.0×10－11
s ，波长为793.4 nm.问每列光脉冲的
长度l 是多少？其中含有的光子数n 是多少？
解析 以Δt 、l 和c 分别表示光脉冲的持续时间、长度和光在真空中的传播速度，由题意可知
l ＝c Δt ①
以P 和E 表示红宝石激光器发射的功率和光脉冲的能量，则有：E ＝P Δt ②
以λ和ν表示红宝石激光的波长和频率，则有ν＝c λ
，因此就得到每个红宝石激光光子的能量hν＝hc λ
③
由②③式得到该列光脉冲含有的光子数n ＝
E hν＝λP Δt hc
④
将数据代入①④式，就得到该列光脉冲的长度，含有的光子数分别为l＝3.0×10－3m＝3.0 mm，n＝4.0×1017个．
答案 3.0 mm 4.0×1017个
二、光电效应规律及光电效应方程
1．产生条件：入射光频率大于被照射金属的极限频率．
2．入射光频率→决定每个光子的能量E＝hν→决定光电子逸出后的最大动能．
3．入射光强度→决定每秒钟逸出的光电子数→决定光电流的大小．
4．爱因斯坦光电效应方程E km＝hν－W.
W表示金属的逸出功，又ν0表示金属的极限频率，则W＝hν0.
例2关于光电效应，下列说法正确的是( )
A．极限频率越大的金属材料逸出功越大
B．只要光照射的时间足够长，任何金属都能产生光电效应
C．从金属表面出来的光电子的最大动能越大，这种金属的逸出功越小
D．入射光的光强一定时，频率越高，单位时间内逸出的光电子数就越多
解析由爱因斯坦光电效应方程可知E km＝hν－W，所以极限频率越大，逸出功越大，A正确．低于极限频率的光，无论强度多大，照射时间多长，都不可能产生光电效应，B错误．光电子的最大动能还与入射光光子的频率有关，C错误．光强I＝nhν，光强一定时，当频率变大时，光子数反而变少，光电子数变少，D错误．
答案 A
例3用波长为 2.0×10－7 m的紫外线照射钨的表面，释放出来的光电子中的最大动能是4.7×10－19J．由此可知，钨的极限频率是(普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，光速c＝3.0×108 m/s，结果取两位有效数字)( )
A．5.5×1014 Hz B．7.9×1014 Hz
C．9.8×1014 Hz D．1.2×1015 Hz
解析由爱因斯坦光电效应方程得h c
λ
＝E km＋W，而金属的逸出功W＝hν0，由以上两式得，
钨的极限频率为：ν0＝c
λ－
E km
h
＝7.9×1014 Hz，B项正确．
答案 B
三、图像在光电效应规律中的应用1．E km－ν图像
根据爱因斯坦光电效应方程E km ＝hν－W ，光电子的最大初动能E km 是入射光频率ν的一次函数，图像如图1所示．
图1
其横轴截距为金属的极限频率ν0，纵轴截距是金属的逸出功的负值；斜率为普朗克常量h . 2．I －U 图像
光电流强度I 随光电管两极间电压U 的变化图像．图2中I m 为饱和光电流，U 0为遏止电压．利用12
m e v 2
m ＝eU 0可得光电子的最大动能．
图2
例4 用不同频率的紫外线分别照射钨和锌的表面而产生光电效应，可得到光电子的最大动能E km 随入射光频率ν变化的E km —ν图像．已知钨的逸出功是3.28 eV ，锌的逸出功是3.34 eV ，若将二者的图线画在同一个坐标图中，以实线表示钨，虚线表示锌，如图所示，则正确反映这一过程的图像是( )
解析 根据E km ＝hν－W 知，图像斜率代表普朗克常量h ，所以两条线应平行；横轴截距代表了极限频率ν0，ν0＝W
h
，因此锌的ν0大些． 答案 A
例5 在光电效应实验中，飞飞同学用同一光电管在不同实验条件下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线(甲光、乙光、丙光)，如图3所示．则可判断出( )
图3
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．乙光对应的极限频率大于丙光的极限频率
D．甲光对应的光电子最大动能大于丙光的光电子最大动能
解析由题图可知，甲、乙两光对应的反向截止电压均为U02，由爱因斯坦光电效应方程E km ＝hν－W及－eU02＝0－E km可知甲、乙两光频率相同，且均小于丙光频率，选项A、C均错；甲光频率小，则甲光对应的光电子最大动能小于丙光的光电子最大动能，选项D错误；乙光频率小于丙光频率，故乙光的波长大于丙光的波长，选项B正确．
答案 B
1．下列有关光的说法中正确的是( )
A．光电效应表明在一定条件下，光子可以转化为电子
B．大量光子易表现出波动性，少量光子易表现出粒子性
C．光有时是波，有时是粒子
D．康普顿效应表明光子和电子、质子等实物粒子一样也具有能量和动量
答案BD
2．能引起人的眼睛视觉效应的最小能量为10－18 J，已知可见光的平均波长约为0.6 μm，普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，则进入人眼的能量子数至少为( )
A．1个 B．3个 C．30个 D．300个
答案 B
解析可见光的平均频率ν＝c
λ
，能量子的平均能量为E＝hν，引起视觉效应时E n＝nE，联立可得n＝3，B正确．
3．根据不确定关系Δx·Δp x≥h
4π
，判断下列说法正确的是( ) A．采取办法提高测量Δx精度时，Δp x的精度下降
B．采取办法提高测量Δx精度时，Δp x的精度上升
C．Δx与Δp x测量精度与测量仪器及测量方法是否完备有关
D．Δx与Δp x测量精度与测量仪器及测量方法是否完备无关
答案AD
解析不确定关系表明无论采用什么方法试图确定坐标和相应动量中的一个，必然引起另一个较大的不确定性，这样的结果与测量仪器及测量方法是否完备无关，无论怎样改善测量仪器和测量方法，都不可能逾越不确定关系所给出的限度．故A、D正确．
图4
4.利用光电管研究光电效应实验如图4所示，用极限频率为ν0的可见光照射阴极K，电流表中有电流通过，则( )
A．用紫外线照射，电流表中不一定有电流通过
B．用紫外线照射，电流表中一定有电流通过
C．用频率为ν0的可见光照射K，当滑动变阻器的滑动触头移到C端，电流表中一定无电流通过
D．用频率为ν0的可见光照射K，当滑动变阻器的滑动触头向B端滑动时，电流表示数可能不变
答案BD
解析紫外线的频率大于可见光的频率，故一定能产生光电效应．故A错，B对；尽管P滑到C端但仍有少量电子能从金属板逸出到达阳极A，即有微弱电流，故C错．当光电流强度达到饱和时，既使增加正向电压光电流也不再增大，D对．
5．已知金属钠产生光电效应的极限频率是6.00×1014 Hz
(1)求金属钠的电子逸出功；
(2)如果用某种单色光照射金属钠，发射的光电子的最大初动能是1.14 eV，求这种单色光的波长．
答案(1)2.49 eV (2)3.42×10－7 m
解析(1)W＝hν0＝6.63×10－34×6.00×1014 J
＝3.98×10－19 J＝2.49 eV.
(2)由爱因斯坦光电效应方程hν－W＝E km，
得h c
λ
＝W＋E km＝(2.49＋1.14) eV＝3.63 eV，
所以λ＝
hc
E km＋W
＝
6.63×10－34×3×108
3.63×1.6×10－19
m＝3.42×10－7 m.。