高中物理 第二章 波粒二象性章末复习课检测 粤教版选修3-5

第二章

波粒二象性

【知识体系】

波粒二象性⎩⎪⎪⎪

⎪⎪⎪⎨⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎧光电效应⎩⎪⎨⎪⎧光电效应与光电流

光电流的变化极限频率① 遏止电压光子⎩⎪⎨⎪⎧光电效应方程② 能量量子假说光子假说对光电效应的解释

康普顿效应及其解释⎩⎪⎨⎪⎧康普顿效应的发现对康普顿效应的正确解释光的波粒二象性⎩⎪⎨⎪⎧光的波粒二象性本质⎩⎪⎨⎪⎧波动性⎩⎪⎨⎪⎧光的③ 光的④ 光是电磁波粒子性⎩⎪⎨⎪⎧⑤ ⑥ 概率波德布罗意波⎩⎪⎨⎪⎧德布罗意波假说⑦ 电子衍射电子云不确定关系⑧ [答案填写] ①ν0＝W 0h (W 0为逸出功) ②h ν＝12

mv 2max ＋W 0 ③干涉 ④衍射 ⑤光电效应 ⑥康普顿效应

⑦λ＝h p ⑧Δx Δp ≥h

4π

主题1 光电效应

1．光电效应现象的判断．

光电流的大小――→取决于每秒入射的光子数――→取决于入射光的强度

⎭⎪⎬⎪⎫能否发生光电效应光电子的最大初动能――→取决于入射光的频率和金属的逸出功

2．光电效应方程．

光电效应方程的实质是能量的转化和守恒定律在光电效应现象中的反映，根据能量守恒定律，光电子的最大初动能与入射光子的能量和逸出功的关系为h ν＝12

mv 2max ＋W 0，这个方程叫爱因斯坦光电效应方程．

3．光子被吸收的情况．

光电效应中，光子与金属中的电子作用，光子整个被吸收，且电子一般一次只能吸收一个光子；康普顿效应中，光子与晶体中的自由电子发生碰撞，电子只能吸收光子的部分能量．

【典例1】 (2014·海南卷)(多选)在光电效应实验中，用同一种单色光，先后照射锌和银的表面，都能产生光电效应．对于这两个过程，下列四个物理量中，一定不同的是( )

A ．遏止电压

B ．饱和光电流

C ．光电子的最大初动能

D ．逸出功

解析：不同的金属具有不同的逸出功，遏止电压为U 0＝h ν－W 0e

，光电子的最大初动能为E km ＝h ν－W 0，饱和光电流由单位时间内的入射光子数决定，A 、C 、D 正确．

答案：ACD

针对训练

1．(2015·上海卷)某光源发出的光由不同波长的光组成，不同波长的光的强度如图所示，表中给出了一些材料的极限波长，用该光源发出的光照射表中材料( )

A B ．仅钠、铜能产生光电子

C ．仅铜、铂能产生光电子

D ．都能产生光电子

解析：根据爱因斯坦光电效应方程可知，只要光源的波长小于某金属的极限波长，就有光电子逸出，该光源发出的光的波长小于100 nm ，小于钠、铜、铂三个的极限波长，都能产生光电子，故D 正确，A 、B 、C 错误．

答案：D

主题2 光源功率与光强度的区别与联系

根据爱因斯坦的光子说，光源的功率和光的强度，是两个不同的概念．

(1)光源的功率(P )——光源每单位时间内辐射光子的能量，即P ＝nh ν，式中n 表示光源单位时间内辐射的光子数．

(2)光的强度(I )——在单位时间内垂直通过单位面积的光子的总能量，即I ＝Nh ν.式中N 表示单位时间垂直通过单位面积的光子数．

(3)在入射光频率不变的情况下，光强正比于单位时间内照射到金属表面上单位面积的光子数，但若换用不同频率的光照时，即使光强相同，单位时间内照射到金属表面单位面积的光子数也不同．

【典例2】 氦氖激光器发射波长为632.8 nm 的单色光，试计算这种光的一个光子的能量为多少？若该激光器的发光功率为18 mW ，则每秒钟发射多少个光子？

解析：根据爱因斯坦光子学说，光子能量E ＝h ν，而λν＝c ，所以E ＝

hc λ＝6.63×10－34×3×108632.8×10

－9 J ＝3.14×10－19 J. 因为发光功率等于光子的总能量除以单位时间，所以1 s 内发射的光子数为n ＝

P ·t E ＝18×10－3×13.14×10

－19＝5.73×1016

(个)． 答案：3.14×10

－19 J 5.73×1016

针对训练

2．科学家设想未来的宇航事业中利用太阳帆来加速星际飞船，设该飞船所在地每秒内单位面积上的光子数为n ，光子的平均波长为λ，太阳帆面积为S ，反射率为100%，假定太阳垂直射到太阳帆上，飞船的总质量为m .

(1)求飞船加速度的表达式(光子动量p ＝h /λ)；

(2)若太阳帆是黑色的，飞船的加速度为多少？

解析：(1)光子垂直打在太阳帆上再反射，动量的改变量为2p ，根据动量定理得： F Δt ＝n ·2p ，太阳帆上受到的光压力为

F ＝2nSh Δt Δt λ＝2nSh λ，故飞船的加速度a ＝F m ＝2nSh λm

. (2)若太阳帆是黑色的，光子垂直打在太阳帆上不再反射，光子动量的改变为p ，太阳帆上受到的光压力为F ′＝nSh λ，故太阳帆的加速度a ′＝nSh

λm . 答案：(1)2nSh λm (2)nSh λm

主题3 波粒二象性 1．微观粒子的波动性和粒子性不能理解为宏观概念中的波和粒子．波动性和粒子性是

微观粒子的两种固有属性，任何情况下二者都同时存在．

2．描述光的性质的基本关系式ε＝h ν和p ＝h λ

中，能量ε和动量p 是描述物质的粒子性的重要物理量，波长λ或频率ν是描述物质的波动性的典型物理量，它们通过普朗克常量h 联系在一起．

【典例3】 (2015·江苏卷)(多选)波粒二象性是微观世界的基本特征，以下说法正确的有( )

A ．光电效应现象揭示了光的粒子性

B ．热中子束射到晶体上产生衍射图样说明中子具有波动性

C ．黑体辐射的实验规律可用光的波动性解释

D ．动能相等的质子和电子，它们的德布罗意波长也相等

解析：光电效应说明光的粒子性，所以A 正确；热中子在晶体上产生衍射图样，即运动的实物粒子具有波的特性，即说明中子具有波动性，所以B 正确；黑体辐射的实验规律说明电磁辐射具有量子化，即黑体辐射是不连续的、一份一份的，所以黑体辐射用光的粒子性解释，即C 错误；根据德布罗意波长公式λ＝h p ，p 2

＝2mE km ，又质子的质量大于电子的质量，所以动能相等的质子和电子，质子的德布罗意波长较短，所以D 错误．

答案：AB

针对训练

3．(2015·上海卷)用很弱的光做单缝衍射实验，改变曝光时间，在胶片上出现的图象如图所示，该实验表明( )

时间较短 时间稍长 时间较长

A ．光的本质是波

B ．光的本质是粒子

C ．光的能量在胶片上分布不均匀

D ．光到达胶片上不同位置的概率相同

解析：用很弱的光做单缝衍射实验，改变曝光时间在胶片出现的图样，说明光有波粒二象性，故A 、B 错误；说明光到达胶片上的不同位置的概率是不一样的，也就说明了光的能量在胶片上分而不均匀，故C 正确，D 错误．

答案：C