高中物理第十七章波粒二象性章末分层突破学案选修3_5

第十七章波粒二象性

[自我校对]

①hν

②

h λ

③hν－W0

④截止

⑤遏止

⑥饱和

⑦瞬时

⑧ΔxΔp

光电效应规律及其应用

算．求解光电效应问题的关键在于掌握光电效应规律，明确各概念之间的决定关系，准确把握它们的内在联系．

1．决定关系及联系

2．“光电子的动能”可以是介于0～E km的任意值，只有从金属表面逸出的光电子才具有最大初动能，且随入射光频率增大而增大．

3．光电效应是单个光子和单个电子之间的相互作用产生的，金属中的某个电子只能吸收一个光子的能量，只有当电子吸收的能量足够克服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，在入射光频率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，但若入射光频率不同，即使光强相同，单位时间内照到金属表面单位面积上的光子数也不相同，因而从金属表面逸出的光电子数也不相同(形成的光电流也不相同)．

如图17­1所示是现代化工业生产中部分光电控制设备用到的光控继电器的示意图，它由电源、光电管、放大器等几部分组成．当用绿光照射图中光电管阴极K时，可发生光电效应，则以下说法中正确的是 ( )

图17­1

A．增大绿光的照射强度，光电子的最大初动能增大

B．增大绿光的照射强度，电路中的光电流增大

C．改用比绿光波长大的光照射光电管阴极K时，电路中一定有光电流

D．改用比绿光频率大的光照射光电管阴极K时，电路中一定有光电流

E．改用比绿光频率小的光照射光电管阴极K时，电路可能有光电流

【解析】光电子的最大初动能由入射光的频率决定，选项A错误；增大绿光的照射强度，单位时间

内入射的光子数增多，所以光电流增大，选项B正确；改用比绿光波长更大的光照射时，该光的频率不一定满足发生光电效应的条件，故选项C错误，E正确；若改用频率比绿光大的光照射，一定能发生光电效应，故选项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目改变，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率和金属材料有关，与光的强度无关.

光的波粒二象性的进一步理解

1.

都企图用一种观点去说明光的各种“行为”，这是由于传统观念的影响，这些传统观念是人们观察周围的宏观物体形成的．

2．波动性和粒子性在宏观现象中是相互对立的、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，才能统一说明光的各种“行为”．

3．光子说并不否认光的电磁说，按光子说，光子的能量ε＝hν，其中ν表示光的频率，即表示了波的特征，而且从光子说或电磁说推导电子的动量都得到一致的结论．可见，光的确具有波动性，也具有粒子性．

从光的波粒二象性出发，下列说法正确的是( )

A．光是高速运动的微观粒子，每个光子都具有波粒二象性

B．光的频率越高，光子的能量越大

C．在光的干涉中，暗条纹的地方是光子不会到达的地方

D．在光的干涉中，亮条纹的地方是光子到达概率最大的地方

E．在光的干涉中，暗条纹的地方是光子到达概率小的地方

【解析】一个光子谈不上波动性，A错误；暗条纹是光子到达概率小的地方，C错误E正确；光的频率越高，光子的能量E＝hν越大，在光的干涉现象中，光子到达的概率大小决定光屏上出现明、暗条纹，故B、D选项正确．

【答案】BDE

(教师用书独具)

1．(2020·郑州一中检测)以下说法中正确的是( )

A．光波和物质波都是概率波

B．实物粒子不具有波动性

C ．实物粒子也具有波动性，只是不明显

D ．光的波动性是光子之间相互作用引起的

E ．光通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可以通过波动规律确定 【解析】 光波和物质波都是概率波，可通过波动规律来确定，故A 、C 、E 正确，B 错误；光的波动性是光的属性，不是光子间相互作用引起的，D 错误．

【答案】 ACE

2．(2020·全国乙卷)现用某一光电管进行光电效应实验，当用某一频率的光入射时，有光电流产生．下列说法正确的是( )

A ．保持入射光的频率不变，入射光的光强变大，饱和光电流变大

B ．入射光的频率变高，饱和光电流变大

C ．入射光的频率变高，光电子的最大初动能变大

D ．保持入射光的光强不变，不断减小入射光的频率，始终有光电流产生

E ．遏止电压的大小与入射光的频率有关，与入射光的光强无关

【解析】 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率无关，说法B 错误．光电子的最大初动能随入射光频率的增加而增加，与入射光的强度无关，说法C 正确．减小入射光的频率，如低于极限频率，则不能发生光电效应，没有光电流产生，说法D 错误．遏止电压的大小与入射光的频率有关，与光的强度无关，说法E 正确．

【答案】 ACE

3．(2020·江苏高考)已知光速为c ，普朗克常数为h ，则频率为ν的光子的动量为________．用该频率的光垂直照射平面镜，光被镜面全部垂直反射回去，则光子在反射前后动量改变量的大小为________．

【解析】 光速为c ，频率为ν的光子的波长λ＝c ν，光子的动量p ＝h λ＝hνc .用该频率的光垂直

照射平面镜，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Δp＝p 2－p 1＝2hν

c

.

【答案】

hνc 2hν

c

4．(2020·全国卷Ⅰ)在某次光电效应实验中，得到的遏止电压U c 与入射光的频率ν的关系如图所示．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________，所用材料的逸出功可表示为________．

图

【解析】 根据光电效应方程E km ＝hν－W 0及E km ＝eU c 得U c ＝hνe －W 0e ，故h e ＝k ，b ＝－W 0

e

，得h ＝ek ，W 0＝－eb.