第5章 波与粒子 章末整合提升 学案（2020年鲁科版高中物理选修3-5）

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1、一、量子论与光子说1量子论：德国物理学家普朗克提出：电磁波的发射和吸收是不连续的，是一份一份的，每一份电磁波的能量Eh.2光子说：爱因斯坦提出：空间传播的光也是不连续的，是一份一份的，每一份称为一个光子，光子具有的能量与光的频率成正比，即Eh其中h为普朗克常量，h6.631034 Js.【例1】(多选)下列对光子的认识，正确的是()A“光子说”中的光子就是牛顿在微粒说中所说的“微粒”B“光子说”中的光子就是光电效应的光电子C在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光量子，简称光子D光子的能量跟光的频率成正比答案CD解析根据光子说，在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份

2、叫做一个光量子，简称光子而牛顿的“微粒说”中的微粒指宏观世界的微小颗粒光电效应中，金属内的电子吸收光子后克服原子核的库仑引力等束缚，逸出金属表面，成为光电子，故A、B选项错误，C选项正确；由Eh知，光子能量E与其频率成正比，故D选项正确【例2】已知：功率为100 W的灯泡消耗的电能的5 %转化为所发出的可见光的能量，光速c3.0108 m/s，普朗克常量h6.631034 Js，假定所发出的可见光的波长都是560 nm，计算灯泡每秒内发出的光子数答案1.41019个解析一波长为的光子能量为E，设灯泡每秒内发出的光子数为n，灯泡电功率为P，则n，式中k5 %是灯泡的发光效率联立两式得n，代入题给

3、数据得n1.41019(个)二、光电效应的规律和光电效应方程1光电效应规律(1)任何一种金属都对应一个极限(截止)频率，入射光的频率低于极限频率不会产生光电效应(2)光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随着入射光频率的增大而增大(3)当入射光频率大于极限频率时，保持频率不变，光电流的强度与入射光的强度成正比(4)入射光照到金属上时，光电子的发射几乎是瞬时的，一般不超过109 s.2爱因斯坦光电效应方程：EkhW.W表示金属的逸出功，c表示金属的极限频率，则Whc.【例3】(多选)1905年是爱因斯坦的“奇迹”之年，这一年他先后发表了三篇具有划时代意义的论文，其中成功地解释了光电效应现象关于

4、光电效应，下列说法正确的是()A当入射光的频率低于极限频率时，不能发生光电效应B光电子的最大初动能与入射光的频率成正比C光电子的最大初动能与入射光的强度成正比D某单色光照射一金属时不发生光电效应，改用波长较短的光照射该金属可能发生光电效应答案AD解析根据光电效应现象的实验规律，只有入射光频率大于极限频率时才能发生光电效应，故A、D正确；根据光电效应方程，最大初动能与入射光频率为线性关系，但非正比关系，B错；根据光电效应现象的实验规律，光电子的最大初动能与入射光强度无关，C错【例4】用波长为2.0107 m的紫外线照射钨的表面，释放出来的光电子中最大的动能是4.71019 J由此可知，钨的极限频

5、率是(普朗克常量h6.631034 Js，光速c3.0108 m/s，结果取两位有效数字)()A5.51014 Hz B7.91014 HzC9.81014 Hz D1.21015 Hz答案B解析由爱因斯坦光电效应方程得hEkW，而金属的逸出功Whc，由以上两式得，钨的极限频率为：c7.91014 Hz，B项正确三、用图象表示光电效应的规律1Ek图象根据爱因斯坦光电效应方程EkhW，光电子的最大初动能Ek是入射光频率的一次函数，图象如图1所示其横轴截距为金属的极限频率c，纵轴截距是金属的逸出功的负值；斜率为普朗克常量h.图12IU图象光电流强度I随光电管两极间电压U的变化图象如图2所示，图中I

6、m为饱和光电流，Uc为遏止电压利用meveUc可得光电子的最大初动能图2【例5】(1)研究光电效应的电路如图3所示用频率相同、强度不同的光分别照射密封真空管的钠极板(阴极K)，钠极板发射出的光电子被阳极A吸收，在电路中形成光电流下列光电流I与A、K之间的电压UAK的关系图象中，正确的是()图3(2)钠金属中的电子吸收光子的能量，从金属表面逸出，这就是光电子光电子从金属表面逸出的过程中，其动量的大小_(选填“增大”、“减小”或“不变”)，原因是_.答案(1)C(2)减小光电子受到金属表面层中力的阻碍作用(或需要克服逸出功)解析(1)同一金属的逸出功一定，对于同一频率的光，由eUcmvhW知，遏止

7、电压相等，遏止电压与光的强度无关；光越强，光电流越大，所以C项正确四、光的波粒二象性、物质波1光的干涉、衍射、光的偏振说明光具有波动性，光电效应、康普顿效应则证明光具有粒子性，因此，光具有波粒二象性，对于光子这样的微观粒子只有从波粒二象性出发，才能统一说明光的各种行为2电子的衍射实验，说明了一些物质微粒也像光子一样具有波粒二象性3任何一个运动着的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳，都有一种波和它对应，波长(物质波的波长).物质波和光波一样，也属于概率波，概率波的实质是指粒子在空间分布的概率是符合波动规律的【例6】(多选)现代物理学认为，光和实物粒子都具有波粒二象性，下列事实中突出体现波动性的

8、是()A一定频率的光照射到锌板上，光的强度越大，单位时间内锌板上发射的光电子就越多B肥皂液是无色的，吹出的肥皂泡却是彩色的C质量为103 kg、速度为102 m/s的小球，其德布罗意波长约为1023 m，不过我们能清晰地观测到小球运动的轨迹D人们常利用热中子研究晶体的结构，因为热中子的德布罗意波长与晶体中原子间距大致相同答案BD解析光子照到锌板上，发生光电效应，说明光有粒子性，A不正确；白光在肥皂泡上发生薄膜干涉时，会出现彩色条纹，光的干涉现象说明了光有波动性，B正确；由于实物的波长很小，波动性不明显，表现为粒子性，C不正确；用热中子研究晶体结构，其实是通过中子的衍射来“观察”晶体的，是利用中子的波动性，D正确故选B、D.