光电效应现象的分析
1.光电效应的特点
(1)产生条件：入射光频率或等于大于被照射金属的极限频率
(2)入射光频率→决定每个光子能量E＝hν→决定光电子逸出后最大初动能
(3)入射光强度→决定每秒钟逸出的光电子数→决定光电流大小
(4)爱因斯坦光电效应方程hν＝W＋mv2
W表示金属的逸出功，νc表示金属的极限频率，则W＝hνc.
2．光电效应问题分析
有关光电效应的问题主要有两个方面：一是关于光电效应现象的判断，二是运用光电效应方程进行简单计算．解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．
下列关于光电效应规律说法中正确的是 ( )
A．入射光的频率加倍，光电子的最大初动能也加倍
B．增大入射光的波长，一定可以增大单位时间内逸出的光电子数
C．提高光电管两端的电压，可增大逸出光电子的最大初动能
D．保持入射光的频率不变而增大其强度，则单位时间内逸出的光电子数将增加
【解析】 光电效应方程表明：光电子的最大初动能随着入射光频率的增大而增大，但不是成正比，所以A选项错误．波长增大，频率降低，可能不发生光电效应，况且单位时间内逸出的光电子数与入射光的波长并没有直接关系，所以B选项错误．光电管两端的电压对光电效应中光电子的逸出没有影响，它只能改变光电子逸出后的动能而不能影响光电子刚逸出时的初动能，所以C选项错误．保持入射光的频率不变的情况下增大入射光的强度，这样就会使得单位时间内入射的光子数增加，因而必将导致单位时间内逸出的光电子数增加，所以本题正确选项为D.
【答案】 D
1．用图5－1所示的光电管研究光电效应的实验中，用某种频率的单色光a照射光电管阴极K，电流计的指针发生偏转，而用另一频率的单色光b照射光电管阴极K时，电流计G的指针不发生偏转，那么( )
图5－1
A．a光的波长一定大于b的波长
B．增加b光的强度可能使电流计G的指针发生偏转
C．用a光照射光电管阴极时通过电流计G的电流是由d到c
D．只增加a光的强度可使通过电流计G的电流增大
【解析】 由题可知νa＞ν0，νb＜ν0，(ν0为极限频率)所以νa＞νb，λa＜λb，故A不对．由于νb＜ν0只增大b光的强度，光电效应仍不能发生，故B不对．用a光照射光电管阴极K时，光电子从K→A，从d到c流过G但电流方向是从c→d，故C不对．增加a光的强度，单位时间内逸出的光电子数增多，光电流增大，故D对．
【答案】 D
对波粒二象性的理解
1.光的干涉、衍射现象和光的电磁说，表明了光具有波动性；光电效应和光子说，却说明了光的波动性理论有一定的局限性，光还具有粒子性．光的一切行为只有光具有波粒二象性才能说明，所以我们认为光具有波粒二象性．
2．光子说并没有否定光的电磁说，光子的能量E＝hν，其中频率ν仍是波的特征，我们不可以把光当成宏观概念中的波，也不可把光子当成宏观概念中的粒子，对于宏观物体来说，波粒二象性不可想象但在微观世界却是存在的．
3．要认识到不仅光具有波粒二象性，一切微观粒子都具有波粒二象性，所以波粒二象性是微观世界具有的特性．随着研究对象的不同，我们的观念、方法也要改变，宏观现象和微观现象的研究方法、理解方式是不相同的．
4．对光的波粒二象性简单的总结
(1)光波有一定的频率和波长，光子有一定的能量(E＝hν)和动量(p＝h/λ)，是个矛盾对立的统一体，彼此含有对方的成分，共存于光的统一体中．E＝hν＝，p＝＝.事实上，不仅光具有波粒二象性，一切运动的物体都具有波粒二象性，其波长λ＝(德布罗意波长)．宏观物体的德布罗意波长非常小，很难观察到它们的波动性．
(2)光在传播过程中波动性显著，光在与物质作用时粒子性表现显著；大量光子产生的效果显示出波动性，个别光子产生的效果则显示出粒子性．
频率越低的光，波动性越显著；频率越高的光，粒子性越显著．
关于物质波下列说法中正确的是( )
A．实物粒子与光子一样都具有波粒二象性，所以实物粒子与光子是相同本质的物体
B．物质波和光波都是概率波
C．粒子的动量越大，其波动性越易观察
D．粒子的动量越小，其波动性越易观察
【解析】 实物粒子虽然与光子具有某些相同的现象，但粒子是实物，而光则是传播着的电磁波，其本质不同；物质波和光波都是概率波；又由λ＝h/p可知，p越小，λ越大，波动性越明显，正确选项为B、D.
【答案】 BD
2．关于光的波粒二象性的说法中，正确的是( )
A．一束传播的光，有的光是波，有的光是粒子
B．光子与电子是同样一种粒子，光波与机械波同样是一种波
C．光的波动性是由光子间的相互作用而形成的
D．光是一种波，同时也是一种粒子，光子说并未否定电磁说，在光子能量E＝hν中，仍表现出波的特性
【解析】 光是一种波，同时也是一种粒子，光具有波粒二象性，当光和物质作用时，是“一份一份”的，表现出粒子性；单个光子通过双缝后的落点无法预测，但大量光子通过双缝后在空间各点出现的可能性可以用波动规律描述，表现出波动性，粒子性和波动性是光子本身的一种属性，光子说并未否定电磁说．
【答案】 D
课件16张PPT。光电效应现象的分析 对波粒二象性的理解 课件72张PPT。教师用书独具演示演示结束 光电效应 电子 最小频率 大于或等于这个最小频率 光电效应 光的强度 照射时间 越大 越多 10－9 s 光子 光子 最大初动能 光电开关 光电池 康普顿效应及光的波粒二象性 变长 散射角 康普顿效应 能量 动量 电子 变长 粒子性 康普顿效应 光电效应 粒子 波 波粒二象性 电磁波 粒子性 光电效应现象及其理解 对康普顿效应的理解 对光的波粒二象性的理解 综合解题方略——光电效应规律的应用 课时作业（十四） 课件57张PPT。教师用书独具演示演示结束 粒子的波动性及物质波的实验验证 波动 物质 衍射现象 波动性 双缝干涉 衍射现象 不确定性关系及电子云 同时测量 同时 疏密 小 “基本粒子”与恒星的演化 质子 中子 基本粒子 正电子 媒介子 轻子 强子 电磁力 强相互作用 夸克 奇异夸克 顶夸克 2/3 1/3 星云团 恒星 中心密度 白矮星 黑洞 主序星 黑洞 德布罗意波的理解 对不确定性关系的理解 易错案例警示——不理解不确定
性关系的意义导致错误 课时作业（十五）
第1节光电效应
第2节康普顿效应
(教师用书独具)
●课标要求
知识与技能
1.了解光电效应及其实验规律．
2.知道爱因斯坦光电效应方程及其意义．
3.了解光电管的应用．
4.了解康普顿效应及其意义．
过程与方法
1.了解物理真知形成的历史过程．
2.了解物理学研究的基础是实验事实以及实验对于物理研究的重要性．
3.知道某一物质在不同环境下所表现的不同规律特性．
情感态度与价值观
领略自然界的奇妙与和谐，发展对科学的好奇心与求知欲，乐于探究自然界的奥秘，能体验探索自然规律的艰辛与喜悦.
●课标解读
1．知道什么是光电效应，通过实验了解光电效应现象，知道光电效应的瞬时性和极限频率的概念及其与电磁理论的矛盾．
2．理解爱因斯坦的光子说及光电方程，并用来解释光电效应现象．
3．了解康普顿效应的实验现象，了解光子理论对康普顿效应的解释．
4．认识光的波粒二象性，了解玻恩的概率波对光的波粒二象性的解释，了解光在哪些情况下会表现出粒子性或波动性．
5．了解人类探索光本质所经历的漫长而曲折的历程，认识科学的探索，是一个不断深入的、永无止境的过程．
●教学地位
本节教学应注意讲授和讨论相结合，宜从经典物理的局限性开始，引出普朗克量子假说，为后面学习爱因斯坦光子理论做好铺垫，使得教学有清晰的思路和逻辑脉络．
做好演示实验是教好光电效应的前提，为改善实验的演示效果，也可以先使验电器带上负电，使指针张开某一角度，光照锌板后，指针张角变小．对光电效应实验结果进行理论解释是教学的难点，教学时可鼓励学生各抒己见，在争论中引出矛盾，促进学生积极思考与发现．
通过对康普顿效应的解释进一步认识光的波粒二象性，进而认识光的本质，教学中可适当介绍有关人类对光本质的认识过程，使学生体会到科学探索的道路是曲折的、永无止境的，让学生了解光在什么情况下表现出什么不同的特性，可以举例子加以说明或让学生自己尝试解释一些实例，增进学生对光的波粒二象性和光是一种概率波的理解.
(教师用书独具)
●新课导入建议
问题导入
用弧光灯照射连在验电器上的锌板，验电器的金属箔会张开一个角度．
你想知道上述现象的原因吗？
图教5－1－1
●教学流程设计
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课 标 解 读
重 点 难 点
1.知道什么是光电效应及其实验现象．
2.理解光子说和爱因斯坦光电效应方程，能够利用它解释光电效应实验现象．
3.知道什么是康普顿效应及X射线实验原理．
4.理解光的波粒二象性，了解光是一种概率波.
1.光电效应的基本规律、光子说的基本思想．(重点)
2.光的波粒二象性及光电效应实验．(重点)
3.对光电效应的理解．(难点)
4.光是一种概率波的建立过程．(难点)
光电效应
1.基本知识
(1)光电效应现象：在物理学中，在光的照射下电子从物体表面逸出的现象．
(2)光电效应的实验规律
①发生的条件：每一种金属对应一种光的最小频率，又称极限频率．只有当光的频率大于或等于这个最小频率时，才会产生光电效应．当光的频率小于这个最小频率时，即使增加光的强度或照射时间，也不能产生光电效应．
②与光的强度的关系：产生光电效应时，光的强度越大，单位时间内逸出的电子数越多．
③发生光电效应所需的时间：从光照射到金属表面至产生光电效应的时间间隔很短，通常可在10－9_s内发生光电效应．
(3)光子说：看似连续的光实际上是由个数有限、分立于空间各点的光子组成的，每一个光子的能量为hν.光在发射和吸收时能量是一份一份的．
(4)光电效应方程
①表达式：hν＝W＋mv2.
②物理意义：金属中电子吸收一个光子获得的能量是hν，这些能量一部分用于从金属表面逸出时做功，剩下的表现为电子逸出后的最大初动能．
(5)光电效应的应用
①光电开关．
②光电成像．
③光电池．
2．思考判断
(1)光电效应实验中光照时间越长光电流越大．(×)
(2)光电效应实验中入射光足够强就可以有光电流．(×)
(3)光电子的最大初动能与入射光的强度无关．(√)
3．探究交流
你对光电效应中的“光”是怎样认识的？
【提示】 这里的光，可以是可见光，也可以是紫外线、X光等.
康普顿效应及光的波粒二象性
1.基本知识
(1)康普顿效应
X射线在石墨上散射时，发现部分散射光的波长变长，波长改变的多少与散射角有关．这种现象称为康普顿效应．
(2)康普顿的理论
当光子与电子相互作用时，既遵守能量守恒定律．又遵守动量守恒定律，在碰撞中光子将能量hν的一部分传递给了电子，光子能量减少，波长变长．
(3)康普顿效应的意义
康普顿效应表明光子除了具有能量之外，还具有动量，深入揭示了光的粒子性的一面．
(4)光电效应与康普顿效应
当波长较短的X射线或γ射线入射时，产生康普顿效应；当波长较长的可见光或紫外光入射时，主要产生光电效应．
(5)光的波粒二象性
①光的本性：光子既有粒子的特征，又有波的特征，即光具有波粒二象性．
②光是一种电磁波．
③当光的波长较长时，光在传播过程中波动性明显；当光的波长较短时，光子与粒子相互作用时，粒子性明显．
2．思考判断
(1)康普顿效应证实了光子不仅具有能量，也具有动量．(√)
(2)康普顿效应进一步说明光具有粒子性．(√)
(3)光的波动性和粒子性是统一的，光具有波粒二象性．(√)
3．探究交流
太阳光从小孔射入室内时，我们从侧面可以看到这束光；白天的天空各处都是亮的；宇航员在太空中，尽管太阳光线耀眼刺目，其他方向的天空却是黑的，为什么？
【提示】 地球上存在着大气，太阳光经大气中的微粒散射后传向各个方向；而在太空的真空环境下，光不再散射，只向前传播．
光电效应现象及其理解
【问题导思】
1．光子和光电子是一回事吗？
2．只要光照足够强就能有光电子逸出吗？
3．光电效应现象中能量守恒吗？
1．光电效应中的三组概念的对比
概念
内容
联系
光子与光电子
光子是一份一份的能量hν，不带电；光电子就是从金属中打出的电子
光子入射是因，打出电子是果
光电子的动能与光电子的最大初动能
光电子的动能是指光电子离开金属时的动能，光电子的最大初动能是指在光电效应中从金属表面直接向外飞出的电子所具有的动能
Ek≤Ekm
光子的能量与入射光的强度
光子的能量E＝hν；入射光的强度指单位时间内照射到金属表面单位面积上的总能量
E总＝Nhν
N—单位时间照在单位面积上的光子数
2.对光电效应方程hν＝W＋mv2的理解
(1)公式中的mv2是光电子的最大初动能，对某个光电子而言，其离开金属时剩余动能大小可以是0～mv2范围内的任何数值．
(2)光电效应方程实质上是能量守恒方程．
能量为E＝hν的光子被电子所吸收，电子把这些能量的一部分用来克服金属表面对它的吸引，另一部分就是电子离开金属表面时的动能．如果克服吸引力做功最少为W，则电子离开金属表面时动能最大为mv2，根据能量守恒定律可知：
hν＝W＋mv2.
(3)光电效应方程包含了产生光电效应的条件．
若发生光电效应，则光电子的最大初动能必须大于零，即Ek＝hν－W＞0，亦即hν＞W，ν＞＝νc，而νc＝恰好是金属的极限频率．
(4)Ekm－v曲线．如图5－1－1所示是光电子最大初动能Ekm随入射光频率ν的变化曲线．这里，横轴上的截距是极限频率；纵轴上的截距是逸出功的负值；斜率为普朗克常量．
图5－1－1
(2013·福州一中检测)入射光照射到某金属表面上发生光电效应，若入射光的强度减弱，而频率保持不变，那么( )
A．从光照射金属表面到发射出光电子之间的时间间隔将明显增加
B．逸出的光电子的最大初动能将减小
C．单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将减少
D．有可能不发生光电效应
【解析】 根据光电效应的实验规律知，从光照射金属表面到光电子发射的时间间隔极短，这与光的强度无关，故A错误；实验规律还指出，逸出光电子的最大初动能与入射光频率有关，光电流与入射光强度成正比，由此可知，B、D错误，C正确．
【答案】 C
1．极限频率为ν0的光射照金属对应逸出电子的最大初动能为零，逸出功W＝hν0.
2．逸出功的大小由金属本身决定，与其他因素无关．
3．光电效应的实质是光现象转化为电现象．
1．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，可得到光电子最大初动能Ek随入射频率ν变化的Ek—ν图象，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Ek－ν坐标系中，如图所示中用实线表示钨、虚线表示锌，则正确反映这一过程的是( )
【解析】 依据光电效应方程Ek＝hν－W可知，Ek－ν图线的斜率代表普朗克常量h，因此钨和锌的Ek－ν图线应该平行．图线的横截距代表极限频率ν0，而ν0＝，因此钨的ν0小些．综上所述，A图正确．
【答案】 A
对康普顿效应的理解
【问题导思】
1．X射线照在石墨上会有什么现象？
2．光子和电子碰撞后，波长会改变吗？
3．经典理论能解释康普顿现象吗？
1．实验现象
X射线管发出波长为λ0的X射线，通过小孔投射到散射物石墨上．X射线在石墨上被散射，部分散射光的波长变长，波长改变的多少与散射角有关．
2．康普顿效应与经典物理理论的矛盾
按照经典物理理论，入射光引起物质内部带电粒子的受迫振动，振动着的带电粒子从入射光吸收能量，并向四周辐射，这就是散射光．散射光的频率应该等于粒子受迫振动的频率(即入射光的频率)．因此散射光的波长与入射光的波长应该相同，不应该出现波长变长的散射光．另外，经典物理理论无法解释波长改变与散射角的关系．
3．光子说对康普顿效应的解释
假定X射线光子与电子发生弹性碰撞．
(1)光子和电子相碰撞时，光子有一部分能量传给电子，散射光子的能量减少，于是散射光的波长大于入射光的波长．
(2)因为碰撞中交换的能量与碰撞的角度有关，所以波长改变与散射角有关．
康普顿效应进一步揭示了光的粒子性，也再次证明了爱因斯坦光子说的正确性．光电效应应用于电子吸收光子的问题，而康普顿效应讨论光子与电子碰撞且没有被电子吸收的问题．
康普顿效应证实了光子不仅具有能量，也具有动量．入射光和电子的作用可以看成弹性碰撞，则当光子与电子碰撞时，光子的一些能量转移给了电子，如图5－1－2给出了光子与静止电子碰撞后，电子的运动方向，则碰撞过程中动量________(选填“守恒”或“不守恒”)，能量________(选填“守恒”或“不守恒”)，碰后光子可能沿________(选填“1”、“2”或“3”)方向运动，并且波长________(选填“不变”、“变小”或“变长”)．
碰前 碰后
图5－1－2
【审题指导】 (1)看成弹性碰撞把握动量、能量守恒．
(2)利用光的频率与波长的关系ν＝c/λ计算．
【解析】 光子与电子碰撞过程满足动量守恒和能量守恒，所以碰撞之后光子和电子的总动量的方向与光子碰前的方向一致，由矢量合成知识可知碰撞后光子的方向可能沿1方向，不可能沿2或3方向；通过碰撞，光子将一部分能量转移给电子，能量减少，由E＝hν知，频率变小，再根据c＝λν知，波长变长．
【答案】 守恒 守恒 1 变长
2．科学研究证明，光子有能量也有动量，当光子与电子碰撞时，光子的一些能量转移给了电子．假设光子与电子碰撞前的波长为λ，碰撞后的波长为λ′，则碰撞过程中( )
A．能量守恒，动量守恒，且λ＝λ′
B．能量不守恒，动量不守恒，且λ＝λ′
C．能量守恒，动量守恒，且λ＜λ′
D．能量守恒，动量守恒，且λ＞λ′
【解析】 能量守恒和动量守恒是自然界的普遍规律，适用于宏观世界也适用于微观世界．光子与电子碰撞时遵循这两个守恒定律．光子与电子碰撞前光子的能量E＝hν＝h，当光子与电子碰撞时，光子的一些能量转移给了电子，光子的能量E′＝hν′＝h，由E＞E′，可知λ＜λ′，选项C正确．
【答案】 C
对光的波粒二象性的理解
【问题导思】
1．爱因斯坦光子说中的“粒子”和牛顿微粒说中的“粒子”一样吗？
2．哪些实验能说明光具有波动性？
3．哪些实验能证明光具有粒子性？
1．光的粒子性的含义
粒子的含义是“不连续”、“一份一份”的，光的粒子即光子，不同于宏观概念的粒子，但也具有动量和能量．
(1)当光同物质发生作用时，表现出粒子的性质．
(2)少量或个别光子易显示出光的粒子性．
(3)频率高，波长短的光，粒子性特征显著．
2．光的波动性的含义
光的波动性是光子本身的一种属性，它不同于宏观的波，它是一种概率波，即光子在空间各点出现的可能性(概率)大小可用波动规律描述．
(1)足够能量的光(大量光子)在传播时，表现出波的性质．
(2)频率低，波长长的光，波动性特征显著．
3．光的波粒二象性
(1)光的粒子性并不否定光的波动性，光既具有波动性，又具有粒子性，波动性、粒子性都是光的本质属性，只是在不同条件下的表现不同．
(2)只有从波粒二象性的角度，才能统一说明光的各种行为．
(2013·西安一中检测)关于光的波粒二象性，下列说法中正确的是( )
A．光的频率越高，衍射现象越容易看到
B．光的频率越高，粒子性越显著
C．大量光子产生的效果往往显示波动性
D．光的波粒二象性否定了光的电磁说
【审题指导】 (1)波粒二象性是对光本质的描述．
(2)频率高低影响光的粒子性和波动性的表现．
(3)大量光子波动性显著，少量光子粒子性显著．
【解析】 光具有波粒二象性，波粒二象性并不否定光的电磁说，只是说某些情况下粒子性明显，某些情况下波动性明显，故D错误．光的频率越高，波长越短，粒子性越明显，波动性越不明显，越不易看到其衍射现象，故B对、A错误．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，故C对．
【答案】 BC
1．光的干涉和衍射及偏振说明光具有波动性，而光电效应和康普顿效应是光具有粒子性的例证．
2．波动性和粒子性都是光的本质属性，只是在不同条件下的表现不同．当光与其他物质发生作用时，表现出粒子的性质；少量或个别光子易显示出光的粒子性；频率高波长短的光，粒子性显著．大量光子在传播时表现为波动性；频率低波长长的光，波动性显著．
3．对光的认识，下列说法正确的是( )
A．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
B．光的波动性是光子本身的一种属性，不是光子之间的相互作用引起的
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，就不具有波动性了
D．光的波粒二象性应理解为：在某些场合下光的波动性表现明显，在某些场合下，光的粒子性表现明显
【解析】 本题考查光的波粒二象性．光是一种概率波，少量光子的行为易显示出粒子性，而大量光子的行为往往显示出波动性，A选项正确；光的波动性不是由光子之间的相互作用引起的，而是光的一种属性，这已被弱光照射双缝后在胶片上的感光实验所证实，B选项正确；粒子性和波动性是光同时具备的两种属性，C选项错误，D选项正确．
【答案】 ABD
综合解题方略——光电效应规律的应用
图5－1－3
(2011·福建高考)爱因斯坦因提出了光量子概念并成功地解释光电效应的规律而获得1921年诺贝尔物理学奖，某种金属逸出光电子的最大初动能Ekm与入射光频率ν的关系如图5－1－3所示，其中ν0为极限频率．从图中可以确定的是________．(填选项前的字母)
A．逸出功与ν有关
B．Ekm与入射光强度成正比
C．当ν<ν0时，会逸出光电子
D．图中直线的斜率与普朗克常量有关
【规范解答】 每种金属的逸出功是由自身因素决定，A错误；由光电效应方程知Ekm＝hν－W0，Ekm与ν有关，而与光强无关；当ν<ν0时金属不可能发生光电效应；图中直线与h有关，由此知B、C错误，D正确．
【答案】 D
在理解光电效应方程的基础上，把其数学关系式与数学函数图像结合起来，经分析、推导得出图像的斜率及在图像横、纵坐标轴上的截距所对应的物理量，从而理解它们的物理意义，有效提高自身应用数学解决物理问题的能力.
【备课资源】(教师用书独具)
X射线的发现
1895年11月8日晚，伦琴陷入了深深的沉思．他以前做过一次放电实验，为了确保实验的精确性，他事先用锡纸和硬纸板把各种实验器材都包裹得严严实实，并且用一个没有安装铝窗的阴极管让阴极射线透出．可是现在，他却惊奇地发现，对着阴极射线发射的一块涂有氰亚铂酸钡的屏幕(这个屏幕用于另外一个实验)发出了光．而放电管旁边这叠原本严密封闭的底片，现在也变成了灰黑色——这说明它们已经曝光了！
这个一般人很快就会忽略的现象，却引起了伦琴的注意，使他产生了浓厚的兴趣．他想：底片的变化，恰恰说明放电管放出了一种穿透力极强的新射线，它甚至能够穿透装底片的袋子．不过目前还不知道它是什么射线，于是取名“X射线”．
于是，伦琴开始了对这种神秘的X射线的研究．
他先把一个涂有磷光物质的屏幕放在放电管附近，结果发现屏幕马上发出了亮光．接着，他尝试着拿一些平时不透光的较轻物质——比如书本、橡皮板和木板——放到放电管和屏幕之间去挡那束看不见的神秘射线，可是谁也不能把它挡住，在屏幕上几乎看不到任何阴影，它甚至能够轻而易举地穿透15毫米厚的铝板！直到他把一块厚厚的金属板放在放电管与屏幕之间，屏幕上才出现了金属板的阴影——看来这种射线还是没有能力穿透太厚的物质．实验还发现，只有铅板和铂板才能使屏不发光，当阴极管被接通时，放在旁边的照相底片也将被感光，即使用厚厚的黑纸将底片包起来也无济于事．
接下来更为神奇的现象发生了，一天晚上，伦琴很晚也没回家，他的妻子来实验室看他，于是他的妻子便成了在那不明辐射作用下在照相底片上留下痕迹的第一人．当时伦琴要求他的妻子用手捂住照相底片．当显影后，夫妻俩在底片上看见了手指骨头和结婚戒指的影象.
1896年1月5日，在柏林物理学会会议上展出了很多X射线的照片，同一天，维也纳《新闻报》也报道了发现X射线的消息．这一伟大的发现立即引起人们的极大关注，并很快传遍全世界．在几个月的时间里，数百名科学家为此进行调查研究，一年之中就有上千篇关于X射线的论文问世．
伦琴虽然发现了X射线，但当时的人们——包括他本人在内，都不知道这种射线究竟是什么东西．直到20世纪初，人们才知道X射线实质上是一种比光波波长更短的电磁波，它不仅在医学中用途广泛，成为人类战胜许多疾病的有力武器，而且还为今后物理学的重大变革提供了重要的证据．正因为这些原因，在1901年诺贝尔奖的颁奖仪式上，伦琴成为世界上第一个荣获诺贝尔物理学奖的人，人们为了纪念伦琴，将X(未知数)射线命名为伦琴射线.
1．(2013·海口检测)在演示光电效应实验中，原来不带电的一块锌板与灵敏验电器相连，用弧光灯照射锌板时，验电器的指针张开一个角度，如图5－1－4所示，这时( )
图5－1－4
A．锌板带正电，指针带负电
B．锌板带正电，指针带正电
C 锌板带负电，指针带正电
D．锌板带负电，指针带负电
【解析】 弧光灯发出的紫外线照射锌板，发生光电效应，有电子从锌板飞出，锌板由于失去电子而带正电；验电器与锌板相连接，指针带正电．故B项正确．
【答案】 B
2．关于光的本性，下列说法中正确的是( )
A．光子说并没有否定光的电磁说
B．光电效应现象反映了光的粒子性
C．光的波粒二象性是综合了牛顿的微粒说和惠更斯的波动说得出来的
D．大量光子产生的效果往往显示出粒子性，个别光子产生的效果往往显示出波动性
【解析】 光既有粒子性，又有波动性，但这两种特性并不是牛顿所支持的微粒说和惠更斯提出的波动说，它体现出的规律不再是宏观粒子和机械波所表现出的规律，而是自身体现的一种微观世界特有的规律．光子说和电磁说各自能解释光特有的现象，两者构成一个统一的整体，而微粒说和波动说是相互对立的．
【答案】 AB
3．频率为ν的光子，具有的能量为hν，动量为hν/c，将这个光子打在处于静止状态的电子上，光子将偏离原来的运动方向，这种现象称为光的散射．散射后的光子( )
A．改变原来的运动方向，但频率保持不变
B．光子将从电子处获得能量，因而频率将增大
C．散射后的光子运动方向将与电子运动方向在一条直线上，但方向相反
D．由于电子受到碰撞时会吸收光子的一部分能量，散射后的光子频率低于入射光的频率
【解析】 电子能量增加，光子能量减少，而光速不变，由E＝hν知，光子频率减小，A、B均错误，D正确．光子散射后运动方向不一定与电子运动方向共线，C错误．
【答案】 D
4．(2012·海南高考)产生光电效应时，关于逸出光电子的最大初动能Ek，下列说法正确的是________．
A．对于同种金属，Ek与照射光的强度无关
B．对于同种金属，Ek与照射光的波长成反比
C．对于同种金属，Ek与照射光的时间成正比
D．对于同种金属，Ek与照射光的频率成线性关系
E．对于不同种金属，若照射光频率不变，Ek与金属的逸出功成线性关系
【解析】 Ek＝hν－W＝h－W，同种金属最大初动能逸出功相同，最大初动能与照射光强度无关，与照射光的波长有关但不是反比例函数关系，最大初动能与入射光的频率成线性关系，不同种金属，保持入射光频率不变，最大初动能Ek与逸出功成线性关系．
【答案】 ADE
1．(2013·青岛二中检测)康普顿散射的主要特征是 ( )
A．散射光的波长与入射光的波长全然不同
B．散射光的波长有些与入射光的相同，但有些变短了，散射角的大小与散射波长无关
C．散射光的波长有些与入射光的相同，但也有变长的，也有变短的
D．散射光的波长有些与入射光的相同，有些散射光的波长比入射光的波长长些，且散射光波长的改变量与散射角的大小有关
【解析】 光子和电子相碰撞，光子有一部分能量传给电子，散射光子的能量减少，于是散射光的波长大于入射光的波长．散射角不同，能量减少情况不同，散射光的波长也有所不同．也有一部分光子与整个散射物的原子交换能量，由于光子质量远小于原子质量，碰撞前后光子能量几乎不变，波长不变．故只有D正确．
【答案】 D
2．某单色光照射某金属时不能产生光电效应，则下列措施中可能使金属产生光电效应的是( )
A．延长光照时间
B．增大光照强度
C．换用波长较短的光照射
D．换用频率较低的光照射
【解析】 只有入射光的频率大于金属的极限频率，光电效应才能发生，由ν＝得，λ越小时，ν越大，越容易产生光电效应，C正确．
【答案】 C
3．(2013·福州高二检测)对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．光子与电子是同样一种粒子
C．光的波长越长，其波动性越显著；波长越短，其粒子性越显著
D．光子说和电磁说是相互对立、互不联系的两种学说
【解析】 光具有波粒二象性是说光有时表现波动的行为，有时表现粒子的行为，A错误；电子是实物粒子，光子不是实物粒子，B错误；波长越长的光越易发生干涉、衍射，即波动性越明显，波长越短则粒子性越明显，C正确；光子说并不否定电磁说，不是相矛盾的，D错误．
【答案】 C
4．在下列各组所说的两个现象中，都表现出光具有粒子性的是( )
A．光的折射现象、偏振现象
B．光的反射现象、干涉现象
C．光的衍射现象、色散现象
D．光电效应、康普顿效应
【解析】 干涉、衍射、色散、偏振都是光的波动性的表现，只有光电效应和康普顿效应是光的粒子性的表现，D正确．
【答案】 D
5．白天的天空各处都是亮的，是大气分子对太阳光散射的结果．美国物理学家康普顿由于在这方面的研究而荣获了1927年的诺贝尔物理学奖．假设一个运动的光子和一个静止的自由电子碰撞以后，电子向某一个方向运动，光子沿另一方向散射出去，则这个散射光子跟原来的光子相比( )
A．频率变大 B．速度变小
C．光子能量变大 D．波长变长
【解析】 光子与自由电子碰撞时，遵守动量守恒和能量守恒，自由电子碰撞前静止，碰撞后动量、能量增加，所以光子的动量、能量减小，故光子频率变小，波长变长，故D正确．由于光子速度是不变的，故B错误．
【答案】 D
6．(2013·泉州检测)对于光的波粒二象性的理解正确的是( )
A．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
B．光在传播时是波，而与物质相互作用时就转变成粒子
C．高频光是粒子，低频光是波
D．波粒二象性是光的根本属性，有时它的波动性显著，有时它的粒子性显著
【解析】 光具有波粒二象性，大量光子显示波动性、个别光子显示出粒子性，光传播时显示波动性，与物质相互作用时显示粒子性，频率高显示粒子，频率低显示波动性，而不是粒子和波转换．故B、C错误，A、D正确．
【答案】 AD
7．关于光电效应的规律，下列说法中正确的是( )
A．只有入射光的波长大于该金属的极限波长，光电效应才能产生
B．光电子的最大初动能跟入射光强度成正比
C．发生光电效应的时间一般都大于10－9 s
D．发生光电效应时，单位时间内从金属内逸出的光电子数目与入射光强度成正比
【解析】 由E＝hν＝h可知，当入射光波长小于极限波长时，发生光电效应，A错．由Ek＝hν－W可知，最大初动能由入射光频率决定，与光照强度无关，B错．发生光电效应的时间一般不超过10－9 s，C错．
【答案】 D
8．(2013·三明检测)若已知使得某种金属产生光电效应的极限频率为ν0则( )
A．当用频率小于ν0的单色光照射该金属时，通过延长光照时间也能使电子逸出金属表面
B．当用频率为2ν0的单色光照射该金属时，增加光照强度所产生的光电子的最大初动能增大
C．当用频率为2ν0的单色光照射该金属时，增加光照强度所产生的光电子会增多
D．当照射光的频率ν大于ν0时，若ν增大，则逸出功增大
【解析】 该金属的极限频率为ν0，则可知逸出功W＝hν0①
逸出功由金属自身的性质决定，与光的频率无关，D错．发生光电效应的条件是入射光的频率大于极限频率，与光强和照射时间无关，A错．由光电效应方程Ekm＝hν－W②
结合①得，当用频率为2ν0的单色光照射该金属时，所产生的光电子的最大初动能为hν0，而与光照强度无关，B错．当发生光电效应时，增大光强，吸收光子能量的电子个数增多，逸出的电子增多，C正确．
【答案】 C
9．光子有能量，也有动量，它也遵守有关动量的规律．如图5－1－5所示，真空中，有一“∞”字型装置可绕通过横杆中点的竖直轴OO′在水平面内灵活地转动，其中左边是圆形黑纸片(吸收光子)，右边是和左边大小、质量都相同的圆形白纸片(反射光子)．当用平行白光垂直照射这两个圆面时，关于装置开始转动情况(俯视)的下列说法中正确的是( )
图5－1－5
A．顺时针方向转动 B．逆时针方向转动
C．都有可能 D．不会转动
【解析】 黑纸片吸收光子，白纸片反射光子，射向白纸片上的光子动量变化大，由动量定理知：光子对白纸片的冲击力大于对黑纸片的冲击力，装置会逆时针方向转动，故B正确．
【答案】 B
10．如图5－1－6所示，一静电计与锌板相连，在A处用一弧光灯照射锌板，关灯后，指针保持一定偏角．
图5－1－6
(1)现用一带负电的金属小球(带电量小于锌板带电量)与锌板接触，则静电计指针偏角将________(填“增大”“减小”或“不变”)．
(2)使静电计指针回到零，再用相同强度的钠灯发出的黄光照射锌板，静电计指针无偏转．那么，若改用强度更大的红外线照射锌板，可观察到静电计指针________(填“有”或“无”)偏转．
【解析】 (1)锌板在紫外线照射下，发生光电效应现象，有光电子飞出，锌板带正电．将一带负电的金属小球与锌板接触，将锌板上的正电荷中和一部分，锌板正电荷减少，则静电计指针偏角将减小．注意，静电计与锌板带同种电荷．
(2)要发生光电效应现象，照射光的频率必须高于这种金属的极限频率，而与照射光的强度无关．用黄光照射，静电计指针无偏转，即不能发生光电效应现象．当改用强度更大的红外线照射时，因为红外线的频率比黄光低，所以用红外线照射更不能发生光电效应现象，静电计指针无偏转．
【答案】 (1)减小 (2)无
11．某真空光电管的金属阴极的逸出功是4.0×10－19 J，某种单色光的能量恰好等于这种金属的逸出功，试求：
(1)这种单色光的频率为多大？
(2)在光电管的阳极和阴极间加30 V的加速电压，用这种单色光照射光电管的阴极，光电子到达阳极时的动能有多大？
【解析】 (1)hν＝W
ν＝＝ Hz＝6×1014 Hz.
(2)Ek＝eU＝1.6×10－19×30 J＝4.8×10－18 J.
【答案】 (1)6×1014 Hz (2)4.8×10－18 J
12．如图5－1－7所示，一光电管的阴极用极限波长λ0＝5×10－7 m的钠制成，用波长λ＝3×10－7 m的紫外线照射阴极，光电管阳极A和阴极K之间的电势差U＝2.1 V，饱和光电流的值(当阴极K发射的电子全部到达阳极A时，电路中的电流达到最大值，称为饱和光电流)Im＝0.56 μA.求：
图5－1－7
(1)每秒内由K极发射的光电子数目；
(2)电子到达A极时的最大动能；
(3)如果电势差U不变，而照射光的强度增到原值的三倍，此时电子到达A极的最大动能是多大？(普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s)
【解析】 (1)设每秒内发射的电子数为n，则
n＝＝＝3.5×1012.
(2)由光电效应方程可知
Ekm＝hν－W0＝h－h＝hc(－)，
在AK间加电压U时，电子到达阳极时的动能为Ek
Ek＝Ekm＋eU＝hc(－)＋eU
代入数值得Ek＝6.01×10－19 J.
(3)根据光电效应规律，光电子的最大初动能与入射光的强度无关，如果电压U不变，则电子到达A极的最大动能不会变，仍为6.01×10－19 J.
【答案】 (1)3.5×1012 (2)6.01×10－19 J
(3)6.01×10－19 J
第3节实物粒子的波粒二象性
第4节“基本粒子”与恒星演化
(教师用书独具)
●课标要求
知识与技能
1.知道实物粒子具有波动性．
2.了解物质波的内容．
3.了解不确定性关系的内容．
4.了解“基本粒子”与恒星演化．
过程与方法
1.了解物理学研究的基础是实验事实以及实验对于物理研究的重要性．
2.知道某一物质在不同环境下所表现的不同规律特性．
3.感知人类(科学家)探究宇宙奥秘的过程和方法．
情感态度与价值观
1.通过学生阅读和教师介绍讲解，使学生了解科学真知的得到并非一蹴而就，需要经过一个较长的历史发展过程，不断得到纠正与修正．
2.让学生真正感受到自然的和谐统一并深知创建和谐社会的必要性.
●课标解读
1．了解德布罗意物质波假说的内容，知道德布罗意关系式．
2．了解实物粒子和光子一样具有波粒二象性，知道不确定性关系和电子云的概念．
3．知道宇宙大爆炸理论，知道恒星的演化史，了解恒星演化各个阶段的特点和名称．
4．了解基本粒子的多样性及其分类，了解基本粒子间的相互作用，初步了解实验室发现基本粒子的原理和仪器．
●教学地位
物质波的概念可结合光的波粒二象性，从对称的角度引起学生对实物粒子是否具有波动性的思考，然后利用德布罗意关系式进行实例计算，使学生认识微观粒子能够表现出波动性，知道通常物体难以表现出波动性的原因，知道物质波也是概率波，从而加深对波粒二象性及概率波的理解，根据微观粒子在其空间不同位置动量是不完全确定的，因而不能用“轨迹”来描述粒子的运动，从而自然进入电子云的学习，使学生了解人们可以用点的疏密表示电子出现的概率分布的方法．
对恒星演化和粒子物理的教学，可根据书本内容提出一些问题引导学生自学或者组织学生查收相关资料，并以学生主讲的方式与大家交流，提高学生学习的积极性．
(教师用书独具)
●新课导入建议
问题导入
(1)衍射是波特有的性质．对于电子这样的实物粒子能发生衍射现象吗？
(2)宇宙的起源一直是天文学中困难而又有启发性的问题．宇宙学中大爆炸论的基本观点是宇宙正在膨胀，你想了解宇宙更早期的情况吗？我们必须进行本节课的学习．
●教学流程设计
???
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步骤8：先由学生自己总结本节的主要知识，教师点评，安排学生课下完成【课后知能检测】
课 标 解 读
重 点 难 点
1.知道实物粒子具有波动性，会计算物质波的波长，知道电子云，初步了解不确定性关系．
2.初步了解粒子物理学的基础知识．
3.初步了解恒星的演化．
4.了解人类认识世界的发展性，体会人类对世界的探究是不断深入的.
1.德布罗意波长和粒子动量的关系．(重点)
2.构成物质的粒子和宇宙演化的过程．(重点)
3.理解实物粒子的波粒二象性和不确定性关系及各种微观粒子模型．(难点)
粒子的波动性及物质波的实验验证
1.基本知识
(1)德布罗意波
实物粒子也具有波动性．这种波叫物质波，也称为德布罗意波．
(2)物质波的波长、频率与粒子能量、动量的关系
①粒子能量E与相应波的频率ν之间的关系为E＝hν.
②动量p与相应波长λ之间的关系为p＝.
(3)物质波的实验验证
①1927年，戴维孙和革末通过实验首次发现了电子的衍射现象．
②1927年，汤姆孙用实验证明，电子在穿过金属片后像X射线一样产生衍射现象，也证实了电子的波动性．
③1960年，约恩孙直接做了电子双缝干涉实验，从屏上摄得了类似杨氏双缝干涉图样的照片．
2．思考判断
(1)电子不但具有粒子性也具有波动性．(√)
(2)物质波的波长由粒子的大小决定．(×)
(3)物质波的波长和粒子运动的动量有关．(√)
3．探究交流
运动着的宏观物体具有波动性，为什么我们很难观察到宏观物体的波动性？
【提示】 由p＝得，λ＝，宏观物体动量比微观粒子动量大得多，运动着的宏观物体的波长都很短，而波长越长波动性越明显，所以我们很难观察到宏观物体的波动性．
不确定性关系及电子云
1.基本知识
(1)在微观世界中，粒子的位置和动量存在不确定性，不能同时测量．
(2)不确定性关系：ΔxΔp≥.
式中，Δx为位置的不确定范围，Δp为动量的不确定范围，h为普朗克常量．
(3)此式表明，不能同时精确测定一个微观粒子的位置和动量．
(4)电子云
①定义
在原子核周围用点的疏密表示的电子出现的概率分布．
②电子的分布
某一空间范围内电子出现概率大的地方点密，电子出现概率小的地方点疏．电子云反映了原子核外电子位置的可能性．
2．思考判断
(1)无论宏观世界还是微观世界，粒子的位置都是确定的．(×)
(2)我们可以根据电子的运动轨迹判断电子的出现位置．(×)
(3)微观世界中不可以同时测量粒子的动量和位置．(√)
3．探究交流
在微观物理学中，我们不可能同时准确地知道某个粒子的位置和动量，那么粒子出现的位置是否就是无规律可循的？
【提示】 粒子出现的位置还是有规律可循的，那就是统计规律，比如干涉、衍射的亮斑位置就是粒子出现概率大的位置.
“基本粒子”与恒星的演化
1.基本知识
(1)对粒子的认识过程
①“基本粒子”：电子、质子和中子．曾认为它们是组成物质的基本粒子，后来又认识到“基本粒子”的复杂内部结构．
②新粒子：1932年发现了正电子，1937年发现了μ子，1947年发现k介子和π介子及以后发现的超子等．
(2)粒子的分类：已发现的粒子分为媒介子、轻子和强子三类．
(3)影响“粒子”的相互作用力
引力、电磁力、强相互作用、弱相互作用．
(4)夸克模型
①夸克：强子是由夸克构成的．
②分类：上夸克、下夸克、粲夸克、奇异夸克、顶夸克、底夸克；它们所带的电荷是电子或质子所带电荷的2/3或1/3.
(5)恒星的演化
①恒星的形成：大爆炸后，在万有引力作用下形成星云团，进一步凝聚开始发光形成恒星．
②恒星的归宿：聚变反应层级递进地在恒星内发生，直到各种热核反应不再发生，恒星的中心密度达到极大，在强大的引力下形成白矮星、中子星或黑洞．
③恒星的演化过程：原恒星→主序星(现在太阳正处于此阶段)→红巨星或超新星→白矮星、中子星或黑洞．
2．思考判断
(1)强子是参与强相互作用的粒子．(√)
(2)目前发现的轻子有8种．(×)
(3)宇宙将一直会膨胀下去．(×)
3．探究交流
星云是怎样形成恒星的？恒星形成时是怎样发光的？恒星在哪个阶段停留时间最长？
【提示】 星云在外界影响下聚集，某些区域在引力作用下开始向内收缩，密度不断增加，星云团中引力势能转化为内能，温度升高．当温度上升到一定程度时，开始发光，形成原恒星．恒星在主序星阶段停留时间最长.
德布罗意波的理解
【问题导思】
1．宏观物体具有波动性吗？
2．粒子在空间的位置满足什么规律？
3．光子对应的波和实物粒子的波一样吗？
1．任何一个运动的物体，小到电子、质子，大到行星、太 阳都具有波动性，波长λ＝.由于宏观物体的波长太小，其波动性不易观察到．
2．物质波是一种概率波，粒子在空间各处出现的概率服从波动规律．
3．德布罗意假说是光的波粒二象性的推动，实物粒子和光子都既具有粒子性，又具有波动性．与光子对应的波是电磁波，与实物粒子对应的是物质波．
质量为1 000 kg的小汽车以v＝40 m/s的速度在高速公路上行驶，试估算小汽车的德布罗意波的波长．
【审题指导】 解答此题时应注意以下两点：
(1)计算出小汽车的动量．
(2)根据德布罗意波的动量与波长关系式计算波长．
【解析】 小汽车的动量为
p＝mv＝1 000×40 kg·m/s＝4×104 kg·m/s
小汽车的德布罗意波波长为
λ＝＝ m＝1.7×10－38 m.
【答案】 1.7×10－38 m
1．(2013·江苏高考)如果一个电子的德布罗意波长和一个中子的相等，则它们的________也相等．
A．速度 B．动能 C．动量 D．总能量
【解析】 根据λ＝，知电子和中子的动量大小相等，选项C正确．
【答案】 C
对不确定性关系的理解
【问题导思】
1．粒子位置是无法判定的吗？
2．粒子的运动有没有特定的轨道？
3．动量和位置具有什么样的不确定性关系？
1．粒子位置的不确定性
如果准确地测量出粒子的动量，那么粒子所处的位置是完全不确定的．
2．粒子动量的不确定性
微观粒子具有波动性，会发生衍射．在衍射现象中，某个粒子到达屏上的位置是不确定的，所以粒子在垂直于入射方向上的动量也具有不确定性．
3．位置和动量的不确定性关系
ΔxΔp≥.
4．微观粒子的运动没有特定的轨道
在经典物理学中，可以同时用质点的位置和动量精确地描述它的运动．而且如果知道了质点的加速度，还可以预言质点在以后任意时刻的位置和动量，从而描述它的轨迹．但是，在微观物理学中，不确定关系告诉我们，如果要准确地确定粒子的位置，那么动量的测量一定会不准确，也就是说，不可能同时准确地知道单个粒子的位置和动量，因而也就不可能用轨迹来描述这一粒子的运动，但是我们可以准确地知道大量粒子运动时的统计规律．一个宏观系统总是包含着大量粒子，因此我们仍然能够对宏观现象进行预言．
已知＝5.3×10－35 J·s.试求下列情况中速度测定的不确定量．
(1)一个球的质量m＝1.0 kg，测定其位置的不确定量为10－6m.
(2)电子的质量me＝9.0×10－31 kg，测定其位置的不确定量为10－10 m(即在原子的数量级)．
【解析】 (1)当m＝1.0 kg，Δx＝10－6 m时，由ΔxΔp≥，Δp＝mΔv知Δv1≥＝ m/s＝5.3×10－29 m/s.
(2)当me＝9.0×10－31 kg，Δx＝10－10 m时
Δv2≥＝ m/s＝5.89×105 m/s.
【答案】 (1)大于等于5.3×10－29 m/s (2)大于等于5.89×105 m/s
2．一颗质量为10 g的子弹，具有200 m/s的速率，若其动量的不确定范围为其动量的0.01%(这在宏观范围是十分精确的了)，则该子弹位置的不确定范围为多大？
【解析】 子弹的动量为
p＝mv＝0.01×200 kg·m/s＝2.0 kg·m/s
动量的不确定范围为
Δp＝0.01%×p＝1.0×10－4×2.0 kg·m/s＝2.0×10－4 kg·m/s
由不确定关系式ΔxΔp≥，
得子弹位置的不确定范围
Δx≥＝ m
＝2.6×10－31 m
【答案】 见解析
易错案例警示——不理解不确定 性关系的意义导致错误
关于不确定性关系Δx·Δp≥有以下几种理解，正确的是( )
A．微观粒子的动量不可确定
B．微观粒子的位置不可确定
C．微观粒子的动量和位置不可同时确定
D．不确定性关系不仅适用于电子和光子等微观粒子，也适用于宏观物体
【正确解答】 由ΔxΔp≥可知，当粒子的位置不确定性小时，粒子动量的不确定性大；反之，当粒子的位置不确定性大时，粒子动量的不确定性小．故不能同时测量粒子的位置和动量，故A、B错，C对．不确定性关系是自然界中的普遍规律，对微观粒子的影响显著，对宏观物体的影响可忽略，故D正确．
【答案】 CD
【易错分析】 本题易错选项及错误原因分析如下：
易错选项
错误原因
A
不清楚粒子位置和粒子动量的不确定性关系，误认为微观粒子的动量不可能确定
B
不知道当粒子位置的不确定性变小时，粒子动量的不确定性变大；当粒子位置的不确定性变大时，粒子动量的不确定性变小．误认为微观粒子的坐标不可能确定.
【备课资源】(教师用书独具)
黑洞的产生
黑洞的产生过程类似于中子星的产生过程；恒星的核心在自身重力的作用下迅速地收缩，塌陷，发生强力爆炸．当核心中所有的物质都变成中子时收缩过程立即停止，被压缩成一个密实的星体，同时也压缩了内部的空间和时间．但在黑洞情况下，由于恒星核心的质量大到使收缩过程无休止地进行下去，中子本身在挤压引力自身的吸引下被碾为粉末，剩下来的是一个密度高到难以想象的物质．由于高质量而产生的力量，使得任何靠近它的物体都会被它吸进去．黑洞开始吞噬恒星的外壳，但黑洞并不能吞噬如此多的物质，黑洞会释放一部分物质，射出两道纯能量——伽马射线．
也可以简单地理解：通常恒星的最初只含氢元素，恒星内部的氢原子时刻相互碰撞，发生聚变．由于恒星质量很大，聚变产生的能量与恒星万有引力抗衡，以维持恒星结构的稳定．由于聚变，氢原子内部结构最终发生改变，破裂并组成新的元素——氦元素．接着，氦原子也参与聚变，改变结构，生成锂元素．如此类推，按照元素周期表的顺序，会依次有铍元素、硼元素、碳元素、氮元素等生成．直至铁元素生成，该恒星便会坍塌．这是由于铁元素相当稳定不能参与聚变，而铁元素存在于恒星内部，导致恒星内部不具有足够的能量与质量巨大的恒星的万有引力抗衡，从而引发恒星坍塌，最终形成黑洞．说它“黑”，是指它就像宇宙中的无底洞，任何物质一旦掉进去，就再不能逃出．跟白矮星和中子星一样，黑洞可能也是由质量大于太阳质量好几倍以上的恒星演化而来的．
当一颗恒星衰老时，它的热核反应已经耗尽了中心的燃料(氢)，由中心产生的能量已经不多了．这样，它再也没有足够的力量来承担起外壳巨大的重量．所以在外壳的重压之下，核心开始坍缩，物质将不可阻挡地向着中心点进军，直到最后形成体积无限小、密度无限大的星体．而当它的半径一旦收缩到一定程度(一定小于史瓦西半径)，质量导致的时空扭曲就使得即使光也无法向外射出——“黑洞”诞生了.
1．关于德布罗意波，下列说法正确的是( )
A．所有物体不论其是否运动，都有对应的德布罗意波
B．任何一个运动着的物体都有一种波和它对应，这就是德布罗意波
C．运动着的电场、磁场没有相对应的德布罗意波
D．只有运动着的微观粒子才有德布罗意波，对于宏观物体，不论其是否运动，都没有相对应的德布罗意波
【解析】 任何一个运动着的物体，都有一种波与它对应，即物质波也叫德布罗意波．这里物体是指由实物粒子组成的物体，而物质分实物和场．故B正确．
【答案】 B
2．关于宇宙和恒星的演化，下列说法正确的是( )
A．宇宙已经停止演化
B．恒星在主序星阶段时停留时间最长、最稳定
C．当温度达到一定值时，恒星内发生氦聚变，亮度减弱
D．恒星最终都会演化为黑洞
【解析】 目前宇宙的演化仍在进行，A错．恒星在主序星阶段时停留时间最长、最稳定，B对．恒星内由氢聚变转变为氦聚变时，亮度增加，C错．根据最终质量的不同恒星最终演化为白矮星或中子星或黑洞，D错．
【答案】 B
3．关于不确定性关系，下列说法正确的是( )
A．在微观世界中，粒子的位置和动量存在一定的不确定性，不能同时测量
B．自然界中的任何物体的动量和位置之间都存在不确定性
C．海森堡不确定性关系说明粒子的位置和动量存在一定的不确定性，都不能测量
D．ΔEΔt≥说明，已知粒子的能量和时间只能测出它们的最小值
【解析】 微观世界中，粒子的位置和动量存在一定的不确定性，不能同时测量，A正确；如果同时测量某个微观粒子的位置和动量，位置的测量结果越精确，动量的测量误差就越大；反之，动量的测量结果越精确，位置的测量误差就越大，C错误；普朗克常量是一个很小的量，对宏观物体来说，这种不确定关系可以忽略不计，B正确；根据能量和时间的不确定关系，能量不确定范围越小的能极，电子停留的时间越长，并不表明能量和时间有最小值，D错误．
【答案】 AB
4．光通过单缝所发生的现象，用位置和动量的不确定性关系的观点加以解释，正确的是( )
A．单缝宽，光是沿直线传播，这是因为单缝宽，位置不确定量Δx大，动量不确定量ΔP小，可以忽略
B．当能发生衍射现象时，动量不确定量ΔP就不能忽略
C．单缝越窄，中央亮纹越宽，是因为位置不确定量越小，动量不确定量越大的缘故
D．以上解释都是不对的
【解析】 光在传播过程中的位置和动量的不确定关系为ΔxΔp≥.发生衍射时Δx>0，所以Δp不能忽略，故B对．缝越宽Δp越小，缝越窄Δp越大，所以A、C正确，故选A、B、C.
【答案】 ABC
5．估算运动员跑步时的德布罗意波长．为什么我们观察不到运动员的波动性？
【解析】 设运动员的质量m＝60 kg，运动员跑步时速度约为v＝10 m/s，则其德布罗意波长为：
λ＝＝＝ m≈1.1×10－36 m.
这个波长极短，因而观察不到运动员的波动性．
【答案】 见解析
1．下列说法中正确的是( )
A．夸克模型说明电子电荷量是最小的电荷单元
B．目前已经发现了自由态的夸克
C．目前发现的夸克有6种
D．每种夸克都有对应的反夸克
【解析】 夸克模型指出目前发现了6种夸克，每种夸克都有对应的反夸克，所以C、D正确；夸克所带电荷量小于电子电荷量，但还没有发现自由态的夸克，这就是夸克的“禁闭”，所以A、B错．
【答案】 CD
2．下列说法正确的是( )
A．在微观物理学中可以用“轨迹”来描述粒子的运动
B．实物粒子与光子一样都具有波粒二象性
C．在光的衍射实验中，出现明条纹的地方光子到达的概率较大
D．粒子的动量越小，其波动性越易观察
【解析】 实物粒子也具有波动性，是概率波，故A错误，B正确；光是概率波，在明条纹处光子出现的概率大，故C正确；物质波的波长λ＝，故粒子动量越小，波长越大，波动性越明显，故D正确．所以选B、C、D.
【答案】 BCD
3．关于物质波，下列认识正确的是( )
A．任何运动的物体(质点)都伴随一种波，这种波叫物质波
B．X射线的衍射实验，证实了物质波假设是正确的
C．电子的衍射实验，证实了物质波假设是正确的
D．宏观物质尽管可以看成物质波，但它们不具有干涉、衍射等现象
【解析】 据德布罗意物质波理论，任何一个运动的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳，都有一种波与之相对应，这种波就叫物质波，可见，A选项正确；由于X射线本身就是一种波，而不是实物粒子，故X射线的衍射现象，并不能证实物质波理论的正确性，故B选项错误；电子是一种实物粒子，电子的衍射现象表明运动着的实物粒子具有波动性，故C选项正确；由电子穿过铝箔的衍射实验知，少量电子穿过铝箔后所落位置是散乱的，无规律的，但大量电子穿过铝箔后所落的位置呈现出衍射图样，即大量电子的行为表现出电子的波动性，干涉、衍射是波的特有现象，只要是波，都会发生干涉、衍射现象，故D选项错误．
【答案】 AC
4．电子的运动受波动性的支配，对氢原子的核外电子，下列说法不正确的是( )
A．电子绕核运动的“轨道”其实是没有意义的
B．电子轨道只不过是电子出现的概率比较大的位置
C．电子绕核运动时电子边运动边振动
D．电子在核外的位置是不确定的
【解析】 根据电子的波粒二象性，其在某时刻出现的位置不能确定，但其在某点出现的概率受波动规律支配，所以A、B、D正确，C错误．
【答案】 C
5．根据宇宙大爆炸的理论，在宇宙形成之初是“粒子家族”尽显风采的时期，那么在大爆炸之后最早产生的粒子是( )
A．夸克、轻子和胶子等粒子
B．质子和中子等强子
C．光子、中微子和电子等轻子
D．氢核、氘核、氦核等轻核
【解析】 宇宙形成之初产生了夸克、轻子和胶子等粒子，之后又经历了质子和中子等强子时代，再之后是光子、中微子和电子大量存在的轻子时代，再之后是中子和质子组合成氘核，并形成氦核的核时代，之后电子和质子复合成氢原子，最后形成恒星和星系．因此A正确，B、C、D错．
【答案】 A
6．某光子动量为p，能量为E，则光子的速度为( )
A. B．pE
C. D.
【解析】 由波速和频率的关系式v＝λν，德布罗意波波长公式λ＝，以及光子的能量公式E＝hν可得：v＝λ＝·＝.
【答案】 C
7．根据不确定性关系ΔxΔp≥，判断下列说法正确的是( )
A．采取办法提高测量Δx精度时，Δp的精度下降
B．采取办法提高测量Δx精度时，Δp的精度上升
C．Δx与Δp测量精度与测量仪器及测量方法是否完备有关
D．Δx与Δp测量精度与测量仪器及测量方法是否完备无关
【解析】 不确定性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性关系所给出的限度．故A、D正确．
【答案】 AD
8．若某个质子的动能与某个氦核的动能相等，则这两个粒子的德布罗意波波长之比为( )
A．1∶2 B．2∶1 C．1∶4 D．4∶1
【解析】 由p＝及λ＝得：λ＝，因质子与氦核的动能相等，所以＝＝＝，故选B.
【答案】 B
9．(2013·莆田检测)中子内有一个电荷量为＋e的上夸克和两个电荷
图5－3－1
量为－e的下夸克，一简单模型是三个夸克都在半径为r的同一圆周上，如图5－3－1所示．下面给出的四幅图中，能正确表示出各夸克所受静电作用的是( )
【解析】 本题考查的是库仑力的大小、方向及力的合成，明确
每个夸克皆受两个力的作用．电荷量为＋e的上夸克受两个下夸克的吸引力，合力的方向一定向下，对其中一个下夸克，受力如右图所示，其中F2＝F1，故F1与F2的合力竖直向上，B正确．
【答案】 B
10．在中子衍射技术中，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相近．已知中子质量m＝1.67×10－27 kg，普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，可以估算德布罗意波长λ＝1.82×10－10 m的热中子动能的数量级为( )
A．10－17 J B．10－19 J
C．10－21 J D．10－24 J
【解析】 根据德布罗意波理论中子动量p＝，中子动能Ek＝p2/2m＝h2/2mλ2，代入数据可以估算出数量级，选项C正确．
【答案】 C
11．在单缝衍射实验中，若单缝宽度是1.0×10－9 m，那么光子经过单缝发生衍射，动量不确定量是多少？
【解析】 单缝宽度是光子经过狭缝的不确定量
即Δx＝1.0×10－9 m，
由ΔxΔp≥有：
1．0×10－9·Δp≥，
则Δp≥0.53×10－25 kg·m/s.
【答案】 Δp≥0.53×10－25 kg·m/s
12．德布罗意认为：任何一个运动着的物体，都有一种波与它对应，波长是λ＝，式中p是运动物体的动量，h是普朗克常量．已知某种紫光的波长是440 nm，若将电子加速，使它的德布罗意波波长是这种紫光波长的10－4倍，求：
(1)电子的动量的大小；
(2)试推导加速电压跟德布罗意波波长的关系，并计算加速电压的大小．(电子质量m＝9.1×10－31 kg，电子电荷量e＝1.6×10－19C，普朗克常量h＝6.6×10－34 J·s，加速电压的计算结果取一位有效数字)．
【解析】 (1)电子对应的德布罗意波长λ＝，电子的动量
p＝＝ kg·m/s
＝1.5×10－23 kg·m/s.
(2)电子在电场中加速，有eU＝mv2
则U＝＝，代入数据得U＝8×102 V.
【答案】 (1)1.5×10－23 kg·m/s (2)U＝
8×102 V
综合检测(五)
第5章 波与粒子
(分值：100分 时间：60分钟)
一、选择题(本大题共7个小题，每小题6分．每小题给出的四个选项中，有的只有一个选项正确，有的有多个选项正确，全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分．)
1．(2012·龙岩检测)对光电效应做出合理解释的科学家是( )
A．普朗克 B．爱因斯坦
C．康普顿 D．麦克斯韦
【解析】 爱因斯坦提出了光子说成功地解释了光电效应，所以B正确．
【答案】 B
2．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10－3kg、速度为10－2 m/s的小球，其德布罗意波长约为10－28 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
【解析】 说明光具有波动性的是干涉和衍射，而光电效应说明光具有粒子性．故本题应选B、D.
【答案】 BD
3．下列说法正确的是( )
A．光是一种电磁波
B．光是一种概率波
C．光子相当于高速运动的质点
D．光的直线传播只是宏观近似规律
【解析】 光是一种电磁波，是电磁波谱中频率(或波长)很窄的一部分，A正确；光又是概率波，单个光子的运动纯属偶然，而大量光子的运动受波动规律支配，B正确；光子是能量粒子，不能看成高速运动的质点，C错误；因光波长很短，比一般物体的尺寸小得多，所以光的衍射非常不明显，可看成直线传播，它只是一种近似，D正确．
【答案】 ABD
4．下表给出了一些金属材料的逸出功：
材 料
铯
钙
镁
铍
钛
逸出功(10－19 J)
3.0
4.3
5.9
6.2
6.6
现用波长为400 nm的单色光照射上述材料，能产生光电效应的材料有几种(普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，光速c＝3.0×108 m/s)( )
A．2种 B．3种
C．4种 D．5种
【解析】 光子的能量E＝hν＝＝6.63×10－34× J≈5.0×10－19 J．由表格可知，入射光子的能量大于铯和钙的逸出功，而小于镁、铍、钛的逸出功，故发生光电效应的金属只有铯和钙．
【答案】 A
5．利用光电管研究光电效应实验如图1所示，用频率为ν1的可见光照射阴极K，电流表中有电流通过，则 ( )
图1
A．用紫外光照射，电流表不一定有电流通过
B．用红外光照射，电流表中一定无电流通过
C．用频率为ν1的可见光照射K，当滑动变阻器的滑动触头移到A端，电流表中一定无电流通过
D．用频率为ν1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
【解析】 由紫外线的频率大于可见光的频率，而红外线的频率比可见光的频率小，所以用可见光照射能发生光电效应，那么用紫外线照射时一定能发生光电效应，用红外线则不一定，A、B选项都不正确；由于光电管A与K间加的是正向电压，即使滑动触头移到A端，电流表中也有可能有电流，C选项错误；如果光电管已达到饱和电流，即使正向电压增大，电流也不会变化，D选项正确．
【答案】 D
6．由爱因斯坦光电效应方程可以画出逸出电子的最大初动能和入射光的频率ν的关系图象如图2所示．下列说法正确的是( )
图2
A．ν0表示极限频率
B．P的绝对值等于逸出功
C．直线的斜率表示普朗克常量h的大小
D．说明了电子的最大初动能与入射光的频率成正比
【解析】 把方程Ek＝mv2＝hν－W与图象对比可判断A、B、C正确．
【答案】 ABC
7．(2012·南平高二检测)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为0.6 μm，普朗克常数h＝6.63×10－34 J·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
【解析】 光子个数n＝＝≈3个，故B项正确．
【答案】 B
二、非选择题(本大题共5小题，共58分．按题目要求作答．解答题应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，只写出最后答案的不能得分．有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位．)
8．(8分)如图3所示，是工业生产中大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、电磁继电器等几部分组成．
图3
(1)示意图中，a端应是电源________极．
(2)光控继电器的原理是：当光照射光电管时，__________________
__________________________________________________________
【解析】 要使电路中有电流，必须使光电子加速运动，故电源a端为正极．光电流与光强有关，光越强，光电流越大；最大初动能与光强无关，与照射光的频率有关，当改用频率更大的光照射时，一定能发生光电效应现象，故有电流．
【答案】 (1)正 (2)有光电流产生，通过放大器放大后，电磁继电器工作，把衔铁N吸附过来
9．(10分)设子弹的质量为0.01 kg，枪口直径为0.5 cm，试求子弹射出枪口时横向速度的不确定量为________．
【解析】 枪口直径可以当做子弹射出枪口位置的不确定量Δx，由于Δpx＝mΔvx，由不确定关系式得子弹射出枪口时横向速度的不确定量Δvx≥
＝ m/s
＝1.06×10－30 m/s.
【答案】 1.06×10－30 m/s
10．(12分)(2013·农垦检测)已知钠发生光电效应的极限波长为λ0＝5×10－7 m，现用波长为4×10－7 m的光照射用钠作阴极的光电管．求：
(1)钠的逸出功W；
(2)为使光电管中的光电流为零，在光电管上所加反向电压至少多大？
【解析】 (1)逸出功W＝hν0＝h＝3.978×10－19 J.
(2)光电子最大初动能
Ek＝hν－W＝h－W＝0.99×10－19 J
Ek＝eUe，Ue＝＝0.62 V.
【答案】 (1)3.978×10－19 J (2)0.62 V
11．(14分)爱因斯坦的相对论指出，物体的能量和质量之间存在一个定量关系：E＝mc2，其中c为光在真空中的速度．则
(1)计算频率为ν＝5×1014Hz的光子具有的动量是多少？
(2)若一电子的动量与该光子相同，该电子的运动速度和波长分别是多少？
【解析】 (1)根据光子说，光子的能量E＝hν＝mc2，故得到动量
p＝mc＝＝ kg·m·s－1
＝1.1×10－27 kg·m·s－1.
(2)设电子质量为me，速度为ve，动量为pe，
则pe＝meve，
依题意pe＝p，则电子的速度大小为
ve＝＝＝ m/s
＝1.2×103 m/s
该电子物质波的波长为
λe＝＝ m＝6.0×10－7 m.
【答案】 (1)1.1×10－27 kg·m·s－1
(2)1.2×103 m/s 6.0×10－7 m
12．(14分)(2012·成都高二检测)如图4所示为伦琴射线管的示意图，K为阴极钨丝，发射的电子初速度为零，A为对阴极(阳极)，当A、K间加直流电压U＝30 kV时，电子被加速打到对阴极A上，使之发出伦琴射线，设电子的动能全部转化为伦琴射线的能量，试求：
图4
(1)电子到达对阴极的速度是多大？
(2)由对阴极发出的伦琴射线的最短波长是多大？
(3)若AK间的电流为10 mA，那么每秒钟对阴极最多能辐射出多少个伦琴射线光子？
(电子电量e＝－1.6×10－19 C，质量m＝0.91×10－30 kg，普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s)
【解析】 (1)由动能定理得mv2＝eU，
所以v＝
代入数据得：
v＝1.0×108 m/s.
(2)因为mv2＝eU＝hν＝h
所以λ＝＝4.1×10－11 m.
(3)每个电子与对阴极碰撞后均能产生一个光子，则
n＝＝个＝6.25×1016个．
【答案】 (1)1.0×108 m/s
(2)4.1×10－11 m
(3)6.25×1016个
1．(2013·青岛二中检测)康普顿散射的主要特征是 ( )
A．散射光的波长与入射光的波长全然不同
B．散射光的波长有些与入射光的相同，但有些变短了，散射角的大小与散射波长无关
C．散射光的波长有些与入射光的相同，但也有变长的，也有变短的
D．散射光的波长有些与入射光的相同，有些散射光的波长比入射光的波长长些，且散射光波长的改变量与散射角的大小有关
【解析】 光子和电子相碰撞，光子有一部分能量传给电子，散射光子的能量减少，于是散射光的波长大于入射光的波长．散射角不同，能量减少情况不同，散射光的波长也有所不同．也有一部分光子与整个散射物的原子交换能量，由于光子质量远小于原子质量，碰撞前后光子能量几乎不变，波长不变．故只有D正确．
【答案】 D
2．某单色光照射某金属时不能产生光电效应，则下列措施中可能使金属产生光电效应的是( )
A．延长光照时间
B．增大光照强度
C．换用波长较短的光照射
D．换用频率较低的光照射
【解析】 只有入射光的频率大于金属的极限频率，光电效应才能发生，由ν＝得，λ越小时，ν越大，越容易产生光电效应，C正确．
【答案】 C
3．(2013·福州高二检测)对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．光子与电子是同样一种粒子
C．光的波长越长，其波动性越显著；波长越短，其粒子性越显著
D．光子说和电磁说是相互对立、互不联系的两种学说
【解析】 光具有波粒二象性是说光有时表现波动的行为，有时表现粒子的行为，A错误；电子是实物粒子，光子不是实物粒子，B错误；波长越长的光越易发生干涉、衍射，即波动性越明显，波长越短则粒子性越明显，C正确；光子说并不否定电磁说，不是相矛盾的，D错误．
【答案】 C
4．在下列各组所说的两个现象中，都表现出光具有粒子性的是( )
A．光的折射现象、偏振现象
B．光的反射现象、干涉现象
C．光的衍射现象、色散现象
D．光电效应、康普顿效应
【解析】 干涉、衍射、色散、偏振都是光的波动性的表现，只有光电效应和康普顿效应是光的粒子性的表现，D正确．
【答案】 D
5．白天的天空各处都是亮的，是大气分子对太阳光散射的结果．美国物理学家康普顿由于在这方面的研究而荣获了1927年的诺贝尔物理学奖．假设一个运动的光子和一个静止的自由电子碰撞以后，电子向某一个方向运动，光子沿另一方向散射出去，则这个散射光子跟原来的光子相比( )
A．频率变大 B．速度变小
C．光子能量变大 D．波长变长
【解析】 光子与自由电子碰撞时，遵守动量守恒和能量守恒，自由电子碰撞前静止，碰撞后动量、能量增加，所以光子的动量、能量减小，故光子频率变小，波长变长，故D正确．由于光子速度是不变的，故B错误．
【答案】 D
6．(2013·泉州检测)对于光的波粒二象性的理解正确的是( )
A．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
B．光在传播时是波，而与物质相互作用时就转变成粒子
C．高频光是粒子，低频光是波
D．波粒二象性是光的根本属性，有时它的波动性显著，有时它的粒子性显著
【解析】 光具有波粒二象性，大量光子显示波动性、个别光子显示出粒子性，光传播时显示波动性，与物质相互作用时显示粒子性，频率高显示粒子，频率低显示波动性，而不是粒子和波转换．故B、C错误，A、D正确．
【答案】 AD
7．关于光电效应的规律，下列说法中正确的是( )
A．只有入射光的波长大于该金属的极限波长，光电效应才能产生
B．光电子的最大初动能跟入射光强度成正比
C．发生光电效应的时间一般都大于10－9 s
D．发生光电效应时，单位时间内从金属内逸出的光电子数目与入射光强度成正比
【解析】 由E＝hν＝h可知，当入射光波长小于极限波长时，发生光电效应，A错．由Ek＝hν－W可知，最大初动能由入射光频率决定，与光照强度无关，B错．发生光电效应的时间一般不超过10－9 s，C错．
【答案】 D
8．(2013·三明检测)若已知使得某种金属产生光电效应的极限频率为ν0则( )
A．当用频率小于ν0的单色光照射该金属时，通过延长光照时间也能使电子逸出金属表面
B．当用频率为2ν0的单色光照射该金属时，增加光照强度所产生的光电子的最大初动能增大
C．当用频率为2ν0的单色光照射该金属时，增加光照强度所产生的光电子会增多
D．当照射光的频率ν大于ν0时，若ν增大，则逸出功增大
【解析】 该金属的极限频率为ν0，则可知逸出功W＝hν0①
逸出功由金属自身的性质决定，与光的频率无关，D错．发生光电效应的条件是入射光的频率大于极限频率，与光强和照射时间无关，A错．由光电效应方程Ekm＝hν－W②
结合①得，当用频率为2ν0的单色光照射该金属时，所产生的光电子的最大初动能为hν0，而与光照强度无关，B错．当发生光电效应时，增大光强，吸收光子能量的电子个数增多，逸出的电子增多，C正确．
【答案】 C
9．光子有能量，也有动量，它也遵守有关动量的规律．如图5－1－5所示，真空中，有一“∞”字型装置可绕通过横杆中点的竖直轴OO′在水平面内灵活地转动，其中左边是圆形黑纸片(吸收光子)，右边是和左边大小、质量都相同的圆形白纸片(反射光子)．当用平行白光垂直照射这两个圆面时，关于装置开始转动情况(俯视)的下列说法中正确的是( )
图5－1－5
A．顺时针方向转动 B．逆时针方向转动
C．都有可能 D．不会转动
【解析】 黑纸片吸收光子，白纸片反射光子，射向白纸片上的光子动量变化大，由动量定理知：光子对白纸片的冲击力大于对黑纸片的冲击力，装置会逆时针方向转动，故B正确．
【答案】 B
10．如图5－1－6所示，一静电计与锌板相连，在A处用一弧光灯照射锌板，关灯后，指针保持一定偏角．
图5－1－6
(1)现用一带负电的金属小球(带电量小于锌板带电量)与锌板接触，则静电计指针偏角将________(填“增大”“减小”或“不变”)．
(2)使静电计指针回到零，再用相同强度的钠灯发出的黄光照射锌板，静电计指针无偏转．那么，若改用强度更大的红外线照射锌板，可观察到静电计指针________(填“有”或“无”)偏转．
【解析】 (1)锌板在紫外线照射下，发生光电效应现象，有光电子飞出，锌板带正电．将一带负电的金属小球与锌板接触，将锌板上的正电荷中和一部分，锌板正电荷减少，则静电计指针偏角将减小．注意，静电计与锌板带同种电荷．
(2)要发生光电效应现象，照射光的频率必须高于这种金属的极限频率，而与照射光的强度无关．用黄光照射，静电计指针无偏转，即不能发生光电效应现象．当改用强度更大的红外线照射时，因为红外线的频率比黄光低，所以用红外线照射更不能发生光电效应现象，静电计指针无偏转．
【答案】 (1)减小 (2)无
11．某真空光电管的金属阴极的逸出功是4.0×10－19 J，某种单色光的能量恰好等于这种金属的逸出功，试求：
(1)这种单色光的频率为多大？
(2)在光电管的阳极和阴极间加30 V的加速电压，用这种单色光照射光电管的阴极，光电子到达阳极时的动能有多大？
【解析】 (1)hν＝W
ν＝＝ Hz＝6×1014 Hz.
(2)Ek＝eU＝1.6×10－19×30 J＝4.8×10－18 J.
【答案】 (1)6×1014 Hz (2)4.8×10－18 J
12．如图5－1－7所示，一光电管的阴极用极限波长λ0＝5×10－7 m的钠制成，用波长λ＝3×10－7 m的紫外线照射阴极，光电管阳极A和阴极K之间的电势差U＝2.1 V，饱和光电流的值(当阴极K发射的电子全部到达阳极A时，电路中的电流达到最大值，称为饱和光电流)Im＝0.56 μA.求：
图5－1－7
(1)每秒内由K极发射的光电子数目；
(2)电子到达A极时的最大动能；
(3)如果电势差U不变，而照射光的强度增到原值的三倍，此时电子到达A极的最大动能是多大？(普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s)
【解析】 (1)设每秒内发射的电子数为n，则
n＝＝＝3.5×1012.
(2)由光电效应方程可知
Ekm＝hν－W0＝h－h＝hc(－)，
在AK间加电压U时，电子到达阳极时的动能为Ek
Ek＝Ekm＋eU＝hc(－)＋eU
代入数值得Ek＝6.01×10－19 J.
(3)根据光电效应规律，光电子的最大初动能与入射光的强度无关，如果电压U不变，则电子到达A极的最大动能不会变，仍为6.01×10－19 J.
【答案】 (1)3.5×1012 (2)6.01×10－19 J
(3)6.01×10－19 J
1．下列说法中正确的是( )
A．夸克模型说明电子电荷量是最小的电荷单元
B．目前已经发现了自由态的夸克
C．目前发现的夸克有6种
D．每种夸克都有对应的反夸克
【解析】 夸克模型指出目前发现了6种夸克，每种夸克都有对应的反夸克，所以C、D正确；夸克所带电荷量小于电子电荷量，但还没有发现自由态的夸克，这就是夸克的“禁闭”，所以A、B错．
【答案】 CD
2．下列说法正确的是( )
A．在微观物理学中可以用“轨迹”来描述粒子的运动
B．实物粒子与光子一样都具有波粒二象性
C．在光的衍射实验中，出现明条纹的地方光子到达的概率较大
D．粒子的动量越小，其波动性越易观察
【解析】 实物粒子也具有波动性，是概率波，故A错误，B正确；光是概率波，在明条纹处光子出现的概率大，故C正确；物质波的波长λ＝，故粒子动量越小，波长越大，波动性越明显，故D正确．所以选B、C、D.
【答案】 BCD
3．关于物质波，下列认识正确的是( )
A．任何运动的物体(质点)都伴随一种波，这种波叫物质波
B．X射线的衍射实验，证实了物质波假设是正确的
C．电子的衍射实验，证实了物质波假设是正确的
D．宏观物质尽管可以看成物质波，但它们不具有干涉、衍射等现象
【解析】 据德布罗意物质波理论，任何一个运动的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳，都有一种波与之相对应，这种波就叫物质波，可见，A选项正确；由于X射线本身就是一种波，而不是实物粒子，故X射线的衍射现象，并不能证实物质波理论的正确性，故B选项错误；电子是一种实物粒子，电子的衍射现象表明运动着的实物粒子具有波动性，故C选项正确；由电子穿过铝箔的衍射实验知，少量电子穿过铝箔后所落位置是散乱的，无规律的，但大量电子穿过铝箔后所落的位置呈现出衍射图样，即大量电子的行为表现出电子的波动性，干涉、衍射是波的特有现象，只要是波，都会发生干涉、衍射现象，故D选项错误．
【答案】 AC
4．电子的运动受波动性的支配，对氢原子的核外电子，下列说法不正确的是( )
A．电子绕核运动的“轨道”其实是没有意义的
B．电子轨道只不过是电子出现的概率比较大的位置
C．电子绕核运动时电子边运动边振动
D．电子在核外的位置是不确定的
【解析】 根据电子的波粒二象性，其在某时刻出现的位置不能确定，但其在某点出现的概率受波动规律支配，所以A、B、D正确，C错误．
【答案】 C
5．根据宇宙大爆炸的理论，在宇宙形成之初是“粒子家族”尽显风采的时期，那么在大爆炸之后最早产生的粒子是( )
A．夸克、轻子和胶子等粒子
B．质子和中子等强子
C．光子、中微子和电子等轻子
D．氢核、氘核、氦核等轻核
【解析】 宇宙形成之初产生了夸克、轻子和胶子等粒子，之后又经历了质子和中子等强子时代，再之后是光子、中微子和电子大量存在的轻子时代，再之后是中子和质子组合成氘核，并形成氦核的核时代，之后电子和质子复合成氢原子，最后形成恒星和星系．因此A正确，B、C、D错．
【答案】 A
6．某光子动量为p，能量为E，则光子的速度为( )
A. B．pE
C. D.
【解析】 由波速和频率的关系式v＝λν，德布罗意波波长公式λ＝，以及光子的能量公式E＝hν可得：v＝λ＝·＝.
【答案】 C
7．根据不确定性关系ΔxΔp≥，判断下列说法正确的是( )
A．采取办法提高测量Δx精度时，Δp的精度下降
B．采取办法提高测量Δx精度时，Δp的精度上升
C．Δx与Δp测量精度与测量仪器及测量方法是否完备有关
D．Δx与Δp测量精度与测量仪器及测量方法是否完备无关
【解析】 不确定性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性关系所给出的限度．故A、D正确．
【答案】 AD
8．若某个质子的动能与某个氦核的动能相等，则这两个粒子的德布罗意波波长之比为( )
A．1∶2 B．2∶1 C．1∶4 D．4∶1
【解析】 由p＝及λ＝得：λ＝，因质子与氦核的动能相等，所以＝＝＝，故选B.
【答案】 B
9．(2013·莆田检测)中子内有一个电荷量为＋e的上夸克和两个电荷
图5－3－1
量为－e的下夸克，一简单模型是三个夸克都在半径为r的同一圆周上，如图5－3－1所示．下面给出的四幅图中，能正确表示出各夸克所受静电作用的是( )
【解析】 本题考查的是库仑力的大小、方向及力的合成，明确
每个夸克皆受两个力的作用．电荷量为＋e的上夸克受两个下夸克的吸引力，合力的方向一定向下，对其中一个下夸克，受力如右图所示，其中F2＝F1，故F1与F2的合力竖直向上，B正确．
【答案】 B
10．在中子衍射技术中，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相近．已知中子质量m＝1.67×10－27 kg，普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，可以估算德布罗意波长λ＝1.82×10－10 m的热中子动能的数量级为( )
A．10－17 J B．10－19 J
C．10－21 J D．10－24 J
【解析】 根据德布罗意波理论中子动量p＝，中子动能Ek＝p2/2m＝h2/2mλ2，代入数据可以估算出数量级，选项C正确．
【答案】 C
11．在单缝衍射实验中，若单缝宽度是1.0×10－9 m，那么光子经过单缝发生衍射，动量不确定量是多少？
【解析】 单缝宽度是光子经过狭缝的不确定量
即Δx＝1.0×10－9 m，
由ΔxΔp≥有：
1．0×10－9·Δp≥，
则Δp≥0.53×10－25 kg·m/s.
【答案】 Δp≥0.53×10－25 kg·m/s
12．德布罗意认为：任何一个运动着的物体，都有一种波与它对应，波长是λ＝，式中p是运动物体的动量，h是普朗克常量．已知某种紫光的波长是440 nm，若将电子加速，使它的德布罗意波波长是这种紫光波长的10－4倍，求：
(1)电子的动量的大小；
(2)试推导加速电压跟德布罗意波波长的关系，并计算加速电压的大小．(电子质量m＝9.1×10－31 kg，电子电荷量e＝1.6×10－19C，普朗克常量h＝6.6×10－34 J·s，加速电压的计算结果取一位有效数字)．
【解析】 (1)电子对应的德布罗意波长λ＝，电子的动量
p＝＝ kg·m/s
＝1.5×10－23 kg·m/s.
(2)电子在电场中加速，有eU＝mv2
则U＝＝，代入数据得U＝8×102 V.
【答案】 (1)1.5×10－23 kg·m/s (2)U＝
8×102 V
