第17章 波粒二象性 章末复习

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第17章 波粒二象性 章末复习
【知识网络】
【典例精析】
一、光子能量的计算
1.一个光子的能量ε＝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＝.
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？(普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，光速c＝3.0×108 m/s)21教育网
　
　
　
　
二、光电效应的规律和光电效应方程
有关光电效应的问题主要是两个方面，一是关于光电效应现象的判断，另一个就是运用光电效应方程进行简单的计算.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.即有：21cnjy.com
例2　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最大的动能是4.7×10－19 J.由此可知，钨的极限频率是(普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，光速c＝3.0×108 m/s)(　　)2·1·c·n·j·y
A.5.5×1014 Hz B.7.9×1014 Hz
C.9.8×1014 Hz D.1.2×1015 Hz
针对训练　关于光电效应，以下说法正确的是(　　)
A.光电子的最大初动能与入射光的频率成正比
B.光电子的最大初动能越大，形成的光电流越强
C.能否产生光电效应现象，取决于入射光光子的能量是否大于金属的逸出功
D.用频率是ν1的绿光照射某金属发生了光电效应，改用频率是ν2的黄光照射该金属一定不发生光电效应
三、波粒二象性的理解
1.光的波粒二象性
(1)光的干涉、衍射、偏振说明光具有波动性，光电效应现象、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.【来源：21·世纪·教育·网】
(2)大量光子产生的效果显示出光的波动性，少数光子产生的效果显示出粒子性，且随着光的频率的增大，波动性越来越不显著，而粒子性却越来越显著.21·世纪*教育网
2.实物粒子(如：电子、质子等)都有一种波与之对应(物质波的波长λ＝，频率ν＝).
3.物质波与光波一样都属于概率波.概率波的实质：是指粒子在空间分布的概率是受波动规律支配的.
例3　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.光子与电子是同样的一种粒子，光波和机械波是同样的一种波
C.能量越大的光子其波动性越显著
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ε＝hν中，频率ν仍表示的是波的特性www-2-1-cnjy-com
【达标检测】
1.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＝6.63×10－34 J·s，则进入人眼的能量子数至少为(　　)2-1-c-n-j-y
A.1个 B.3个 C.30个 D.300个
2.(多选)光电效应的实验结论是：对于某种金属(　　)
A.无论光强多强，只要光的频率小于极限频率就不能产生光电效应
B.无论光的频率多低，只要光照时间足够长就能产生光电效应
C.频率超过极限频率的入射光，光照强度越弱，所产生的光电子的最大初动能就越小
D.频率超过极限频率的入射光，频率越高，所产生的光电子的最大初动能就越大
3.已知金属锌发生光电效应时产生的光电子的最大初动能Ek跟入射光的频率ν的关系图象如图1中的直线1所示.某种单色光照射到金属锌的表面时，产生的光电子的最大初动能为E1.若该单色光照射到另一金属表面时产生的光电子的最大初动能为E2，E2INCLUDEPICTURE "E:\\吕芳\\2016\\同步\\学生转word\\二批\\步步高 物理 人教3-5\\10\\X145.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "E:\\吕芳\\2016\\同步\\学生转word\\二批\\步步高 物理 人教3-5\\10\\X145.TIF" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "F:\\下载\\【原创】物理人教必修2\\选修3-5\\X145.TIF" \* MERGEFORMATINET
图1
A.a B.b
C.c D.上述三条图线都不正确
4.(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
5.在众人关注的男子110米栏决赛中，雅典奥运冠军刘翔以12秒91的成绩第一个冲过终点.设刘翔的质量约为74 kg，计算他在110米栏决赛中的德布罗意波长.21世纪教育网版权所有
(普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，计算结果保留三位有效数字.)
答案精析
知识网络
hν　饱和　遏止电压　截止频率　hν－W0　波粒二象性　hν　　
典例精析
例1　3 mm　4.0×1017个
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＝cΔt①
以P和E表示红宝石激光器发射的功率和一列光脉冲的能量，
则有：E＝PΔt②
以λ和ν表示红宝石激光器激光的波长和频率，则有ν＝，因此就得到每个光子的能量hν＝③
由②③式就得到该列光脉冲含有的光子数
n＝＝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＝3×10－3 m＝3 mm、n≈4.0×1017个.www.21-cn-jy.com
例2　B　[由爱因斯坦光电效应方程得h＝Ek＋W0，而金属的逸出功W0＝hνc，由以上两式得，钨的极限频率为：νc＝－≈7.9×1014 Hz，B项正确.]【来源：21cnj*y.co*m】
针对训练　C　[由光电效应方程知，光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大，但不是成正比关系，A错.光电流的强度与入射光的强度成正比，与光电子的最大初动能无关，B错.用频率是ν1的绿光照射某金属发生了光电效应，改用频率是ν2的黄光照射该金属不一定不发生光电效应，能发生光电效应的条件是入射光光子的能量要大于金属的逸出功，D错，C对.]【出处：21教育名师】
例3　D　[光是一种波、同时也是一种粒子，光具有波粒二象性，A错误；当光和物质作用时，是“一份一份”的，表现出粒子性，光的干涉、衍射又说明光是一种波，光既不同于宏观的粒子，也不同于宏观的波，无论频率高低，光都具有波粒二象性，B错误；能量越大的光子，波长越短，粒子性越强，C错误；光具有波粒二象性，光的波动性与粒子性不是独立的，由公式ε＝hν可以看出二者是有联系的.光的粒子性并没有否定光的波动性，D正确.]
达标检测
1.B　[可见光的平均频率ν＝，能量子的平均能量为ε＝hν，引起视觉效应时E＝nε，联立可得n≈3，B正确.]21*cnjy*com
2.AD　[根据光电效应规律可知A正确，B错误.根据光电效应方程Ek＝hν－W0知，频率ν越高，光电子的最大初动能就越大，C错误，D正确.]【版权所有：21教育】
3.A　[根据光电效应方程知，Ek－ν为一次函数，普朗克常量h是斜率，h是确定的值，虽然金属的逸出功不同，但两个Ek－ν图象的斜率相同，两个直线平行，同时再利用Ek＝hν－W0，结合图象E24.AB
5.1.05×10－36 m
解析　由德布罗意波长公式知，
λ＝＝＝ m≈1.05×10－36 m.
　
　
　
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