波粒二象性-有答案.doc

波粒二象性考点1 光电效应规律的理解 1光子与光电子光子是指组成光本身的一个个不可分割的能量子，光子不带电；光电子是指金属表面受到光照射时发射出来的电子。2光电子的最大初动能与光电子的动能当光照射金属时，光子的能量全部被电子吸收，电子吸收光子的能量后可能向各个方向运动。有的向金属内部运动，有的向金属表面运动，但因途径不同，运动途中消耗的能量也不同。唯独在金属表面的电子，只要克服金属原子核的引力做功，就能从金属中逸出而具有最大初动能。根据爱因斯坦光电效应方程可以算出光电子的最大初动能为EkhW0(W0为金属的逸出功)。而其他经过不同的路径射出的光电子，其动能一定小于最大初动能。3光电流与饱和光电流在一定频率与强度的光照射下产生光电效应，光电流与电压之间的关系为：开始时，光电流随电压U的增大而增大，当U比较大时，光电流达到饱和值Im。这时即使再增大U，在单位时间内也不可能有更多的光电子定向移动，光电流也就不会再增大，即饱和光电流是在一定频率与强度的光照射下的最大光电流。在一定光照条件下，饱和光电流与所加电压大小无关。4入射光强度和光子能量入射光强度是单位时间内照射到金属表面单位面积上总的能量，光子能量即每个光子的能量，光子总能量等于光子能量与入射光子数的乘积。5光的强度与饱和光电流饱和光电流与入射光强度成正比的规律是对频率相同的光照射金属产生光电效应而言的，对于不同频率的光，由于每个光子的能量不同，饱和光电流与入射光强度之间没有简单的正比关系。1.2017黄冈中学模拟如图所示为研究光电效应规律的实验电路，电源的两个电极分别与接线柱c、d连接。用一定频率的单色光a照射光电管时，灵敏电流计G的指针会发生偏转，而用另一频率的单色光b照射该光电管时，灵敏电流计G的指针不偏转。下列说法正确的是()Aa光的频率一定大于b光的频率B电源正极可能与c接线柱连接C用b光照射光电管时，一定没有发生光电效应D若灵敏电流计的指针发生偏转，则电流方向一定是由eGf尝试解答选ABD。2. 2017邢台模拟用强度相同的红光和蓝光分别照射同一种金属，均能使该金属发生光电效应。下列判断正确的是()A用红光照射时，该金属的逸出功小，用蓝光照射时该金属的逸出功大B用红光照射时，该金属的截止频率低，用蓝光照射时该金属的截止频率高C用红光照射时，逸出光电子所需时间长，用蓝光照射时逸出光电子所需时间短D用红光照射时，逸出的光电子最大初动能小，用蓝光照射时逸出的光电子最大初动能大答案D解析同种金属的逸出功是相同的，A错误；同种金属的截止频率是相同的，B错误；只要金属能发生光电效应，逸出光电子的时间一样，C错误；蓝光的频率比红光大，由EkhW0知，用红光照射时逸出的光电子的最大初动能小，用蓝光照射时逸出的光电子最大初动能大，D正确。考点2 光电效应的图象分析 对比分析例2从1907年起，美国物理学家密立根开始以精湛的技术测量光电效应中几个重要的物理量。他通过如图所示的实验装置测量某金属的遏止电压Uc与入射光频率，作出Uc的图象，由此算出普朗克常量h，并与普朗克根据黑体辐射测出的h相比较，以检验爱因斯坦方程的正确性。图中频率1、2，遏止电压Uc1、Uc2及电子的电荷量e均为已知，求：(1)普朗克常量h；(2)该金属的截止频率c。(1)最大初动能Ek与光的频率的关系？提示：EkhW0，Ek随的增大而增大，成一次函数关系，并非成正比例关系。(2)最大初动能与遏止电压Uc的关系？提示：EkeUc。(3)Uc图线与横轴交点的物理意义？提示：交点表示极限频率。尝试解答(1)(2)。根据爱因斯坦光电效应方程EkhW0及动能定理eUcEk得Uc0结合图象知k普朗克常量h，0。总结升华解决光电效应图象问题的几个关系(1)光电效应方程：EkhW0。(2)发生光电效应的临界条件：Ek0，c。(3)反向遏止电压与入射光极限频率的关系：eUc0Ek，Uc。研究光电效应规律的实验装置如图所示，用频率为的光照射光电管阴极K时，有光电子产生。由于光电管K、A间加的是反向电压，光电子从阴极K发射后将向阳极A做减速运动。光电流i由图中电流计G测出，反向电压U由电压表V测出。当电流计的示数恰好为零时，电压表的示数称为反向截止电压Uc，在下列表示光电效应实验规律的图象中，错误的是 ()答案B解析由光电效应实验规律知，光的频率和反向电压一定，光电流强度与光强成正比，A图正确；由光电效应方程可知：hhcEk，而eUcEk，所以有hhceUc，Uc与成一次函数关系，B图错误；从金属中打出的光电子，在反向电压作用下做减速运动，反向电压增大，到达阳极的光电子数减少，光电流减小，UUc时，光电流为零，C图正确；由光电效应实验规律可知，在c时，光照射到金属上时，光电子的发射是瞬时的，D图正确。考点3 光的波粒二象性 深化理解对光的波粒二象性的理解光既有波动性，又有粒子性，两者不是孤立的，而是有机的统一体，其表现规律为：(1)从数量上看：个别光子的作用效果往往容易表现出粒子性；大量光子的作用效果往往容易表现出波动性。(2)从频率上看：频率越低波动性越显著，越容易看到光的干涉和衍射现象；频率越高粒子性越显著，越不容易看到光的干涉和衍射现象，贯穿本领越强。(3)从传播与作用上看：光在传播过程中往往表现出波动性；在与物质发生作用时往往表现出粒子性。(4)波动性与粒子性的统一：由光子的能量Eh、光子的动量表达式p也可以看出，光的波动性和粒子性并不矛盾：表示粒子性的粒子能量和动量的计算式中都含有表示波的特征的物理量频率或波长。(5)理解光的波粒二象性时不可把光当成宏观概念中的波，也不可把光当成宏观概念中的粒子。例3(多选)用极微弱的可见光做双缝干涉实验，随着时间的增加，在屏上先后出现如图(a)、(b)、(c)所示的图象，则下列说法正确的是 ()A图象(a)表明光具有粒子性B图象(c)表明光具有波动性C用紫外光观察不到类似的图象D实验表明光是一种概率波(1)什么情况下容易表现出波动性？提示：波长较长，时间较长，大量的光子容易表现出波动性。(2)什么情况下容易表现出粒子性？提示：波长短，时间短，少量的光子容易表现出粒子性。尝试解答选ABD。图象(a)曝光时间短，通过光子数很少，呈现粒子性，图象(c)曝光时间长，通过了大量光子，呈现波动性，A、B正确；同时实验也表明光子在空间出现的概率可以通过波动的规律确定，光波是一种概率波，D正确；紫外光本质和可见光本质相同，也可以发生上述现象，C错误。总结升华波粒二象性的深入理解(1)虽然平时看到宏观物体运动时，看不出其波动性，但也有一个波长与之对应。例如飞行子弹的波长约为1034 m。(2)波粒二象性是微观粒子的特殊规律，一切微观粒子都存在波动性；宏观物体也存在波动性，只是波长太小，难以观测。(3)德布罗意波也是概率波，衍射图样中的亮圆是电子落点概率大的地方，但概率的大小受波动规律的支配。(多选)关于物质的波粒二象性，下列说法中正确的是()A不仅光子具有波粒二象性，一切运动的微粒都具有波粒二象性B运动的微观粒子与光子一样，当它们通过一个小孔时，都没有特定的运动轨道C波动性和粒子性，在宏观现象中是矛盾的、对立的，但在微观高速运动的现象中是统一的D实物的运动有特定的轨道，所以实物不具有波粒二象性答案ABC解析不仅光具有波粒二象性，而且任何运动的物质也都具有波粒二象性，A正确，D错误。当运动的微观粒子通过一个小孔时，没有特定的运动轨道，只能知道出现在某个位置的概率，B正确。波动性和粒子性在宏观现象中是矛盾、对立的，但在微观高速运动的现象中却是统一和谐的。C正确。板块三限时规范特训时间：45分钟满分：100分一、选择题(本题共11小题，每小题6分，共66分。其中16为单选，711为多选)12017东城区模拟下列描绘两种温度下黑体辐射强度与波长关系的图中，符合黑体辐射实验规律的是()答案A解析随着温度的升高，辐射强度增加，辐射强度的极大值向着波长较短的方向移动，A正确。2下列说法中正确的是()A物质波属于机械波B只有像电子、质子、中子这样的微观粒子才具有波动性C德布罗意认为任何一个运动的物体，小到电子、质子、中子，大到行星、太阳都有一种波与之相对应，这种波叫物质波D宏观物体运动时，看不到它的衍射和干涉现象，所以宏观物体运动时不具有波动性答案C解析物质波是由实物粒子的运动形成，而机械波是由组成物体的质点做周期性运动形成，故A错误；不论是微观粒子，还是宏观物体，只要它们运动，就有与之对应的物质波，故B、D均错误，C正确。3在光电效应实验中，用单色光照射某种金属表面，有光电子逸出，则光电子的最大初动能取决于入射光的 ()A频率 B强度C照射时间 D光子数目答案A解析由爱因斯坦光电效应方程Ek hW0可知Ek只与频率有关，故选项B、C、D错误，选项A正确。4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从光照至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答案C解析根据光电效应的实验规律知，从光照至金属表面到发射出光电子的时间间隔极短，这与光的强度无关，故选项A错误。实验规律还指出，逸出的光电子的最大初动能与入射光的频率有关，饱和光电流与入射光的强度成正比，由此可知，B、D错误，C正确。5.在光电效应实验中，先后用两束光照射同一个光电管，若实验所得光电流I与光电管两端所加电压U间的关系曲线如图所示，则下列说法中正确的是()Aa光频率大于b光频率Ba光波长大于b光波长Ca光强度高于b光强度Da光照射光电管时产生光电子的最大初动能较大答案C解析对同一光电管，不论对哪种光，极限频率和金属的逸出功相同，由题图可知，对a、b两种光，反向截止电压相同，说明光的频率、波长相同，A、B两项错误；a光照射时的饱和电流比b光照射时的饱和电流大，说明a光强度高于b光强度，C项正确；金属的逸出功及照射光的频率相同，根据爱因斯坦光电效应方程可知，光照射光电管时产生光电子的最大初动能相同，故D项错误。6.2017河北衡水模拟研究光电效应的实验装置如图所示，闭合开关，滑片P处于滑动变阻器中央位置，当一束单色光照到此装置的碱金属表面K时，电流表有示数。下列说法正确的是()A若仅增大该单色光入射的强度，则光电子的最大初动能增大，电流表示数也增大B无论增大入射光的频率还是增加入射光的强度，碱金属的逸出功都不变C保持频率不变，当光强减弱时，发射光电子的时间将明显增加D若滑动变阻器滑片左移，则电压表示数减小，电流表示数减小答案B解析若仅增大该单色光入射的强度，由于每个光子的能量不变，因此光电子的最大初动能不变，但单位时间内射出的光电子数增多，因此光电流增大，故A错误；逸出功由金属材料自身决定，与是否有光照无关，故B正确；发生光电效应不需要时间积累，只要入射光的频率大于极限频率即可，故C错误；若滑动变阻器滑片左移，则电压表的示数减小，因电压是反向电压，所以电压减小时，光电子更容易到达A极形成电流，电流表示数增大，故D错误。7下列叙述中正确的是()A一切物体都在辐射电磁波B一般物体辐射电磁波的情况只与温度有关C黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关D黑体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波答案ACD解析根据热辐射的定义，A正确；根据热辐射和黑体辐射的特点知一般物体辐射电磁波的情况除与温度有关外，还与材料种类和表面状况有关，而黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关，B错误，C正确；由黑体的定义知D正确。8关于光电效应的规律，下面说法中正确的是 ()A当某种色光照射金属表面时，能产生光电效应，则入射光的频率越高，产生的光电子的最大初动能越大B当某种色光照射金属表面时，能产生光电效应，则入射光的强度越大，产生的光电子数越多C同一频率的光照射不同金属，如果都能产生光电效应，则逸出功大的金属产生的光电子的最大初动能也越大D对于某金属，入射光波长必须小于某一极限波长，才能产生光电效应答案ABD解析由爱因斯坦的光电效应方程EkhW0知，逸出功W0一定时，入射光频率越大，则产生的光电子的最大初动能越大，A正确；当某种色光照射金属表面能产生光电效应时，入射光的强度越大，相同时间照射到金属表面的光子数越多，产生的光电子数越多，B正确；由光电效应方程可知，入射光频率一定时，逸出功W0越大，则光电子的最大初动能Ek越小，C错误；对于某金属，入射光的频率必须大于该金属的极限频率，即入射光的波长必须小于某一极限波长，才能产生光电效应，D正确。9在单缝衍射实验中，中央亮纹的光强占从单缝射入的整个光强的95%以上。假设现在只让一个光子通过单缝，那么该光子()A一定落在中央亮纹处B一定落在亮纹处C可能落在暗纹处D落在中央亮纹处的可能性最大答案CD解析一个光子通过单缝落在何处，是不可确定的，但是落在中央亮纹处的概率最大，可达95%以上，当然也可能落在其他亮纹处，还可能落在暗纹处，只是落在暗纹处的概率很小，C、D正确。10.2017山东潍坊二模如图所示，真空中金属板M上方存在一垂直纸面向里的矩形有界磁场，边界ON到M板的距离为d。用频率为的紫外线照射M板(接地)，只要磁感应强度不大于B0，就有电子越过边界ON。已知电子的电荷量为e，质量为m，普朗克常量为h。以下说法正确的是()A若增大紫外线的照射强度，单位时间从M板逸出的电子增多B若减小紫外线的照射强度，电子从M板逸出的最大初动能减小C从M板逸出电子的最大初动能为D该金属的逸出功为h答案AD解析增大照射光强度，即单位时间光子数增多，照射M板，单位时间内逸出的光电子数增加，A正确；根据光电效应方程EkhW0，可知光电子的最大初动能与照射光的强度无关，B错误；由题意可知，磁感应强度为B0时，沿水平方向射出的电子运动轨迹会与NO相切，即r，结合qvB0m和Ekmv2，联立可得Ek，逸出功W0h，C错误，D正确。112017汕头模拟如图所示是用光照射某种金属时逸出的光电子的最大初动能随入射光频率的变化图线，由图可知()A该金属的极限频率为4.271014 HzB该金属的极限频率为5.51014 HzC该图线的斜率表示普朗克常量D该金属的逸出功为0.5 eV答案AC解析由光电效应方程可知：EkhW0，斜率表示普朗克常量，C选项正确。当Ek0时，入射光的频率就是该金属的极限频率，c4.271014 Hz，A选项正确，B选项错误。该金属的逸出功W0hc1.77 eV，D选项错误。二、非选择题(本题共3小题，共34分)12.(10分)在如图所示的装置中，K为一个金属板，A为一个金属电极，都密封在真空玻璃管中，单色光可通过玻璃壳照在K上，E为可调直流电源。实验发现，当用某种频率的单色光照射K时，K会发出电子(光电效应)，这时，即使A、K间的电压等于零，回路中也有电流，当A的电势低于K时，电流仍不为零。A的电势比K低得越多，电流越小，当A比K的电势低到某一值Uc(遏止电压)时，电流消失。当改变照射光的频率时，遏止电压Uc也将随之改变。如果某次实验根据测出的一系列数据作出的Uc图象如图所示，若知道电子的电荷量e，则根据图象可求出该金属的截止频率为_，该金属的逸出功W0为_，普朗克常量h为_。答案ceU0解析由图可知，数据对应的点几乎落在一条直线上，直线与轴的交点c即为该金属的截止频率。因此当照射光的频率为c时，遏止电压Uc0，说明在此频率下，金属板刚好发生光电效应。设光电子的最大初动能为Ek，根据光电效应方程有hW0Ek，当A比K的电势低到某一值Uc时，电流消失，光电子的最大初动能全部用来克服电场力做功，由动能定理有eUcEk，联立以上两式可得：Uc。由上式可知，Uc图象斜率k，在Uc轴上的截距为。而由图可得，截距为U0。故有，U0，解得h，W0eU0。132016江苏高考(6分)几种金属的逸出功W0见下表：金属钨钙钠钾铷W0/(1019 J)7.265.123.663.603.41由一束可见光照射上述金属的表面，请通过计算说明哪些能发生光电效应。已知该可见光的波长的范围为4.01077.6106 m，普朗克常量h6.631034 Js。答案钠、钾、铷能发生光电效应解析光子的能量E，当4.0107 m时，E4.971019 J。根据EW0判断，钠、钾、铷能发生光电效应。14(18分)电子和光一样具有波动性和粒子性，它表现出波动的性质，就像X射线穿过晶体时会产生衍射一样，这一类物质粒子的波动叫德布罗意波。质量为m的电子以速度v运动时，这种德布罗意波的波长可表示为。已知电子质量m9.11031 kg，电子电荷量e1.61019 C，普朗克常量h6.631034 Js。(1)计算具有100 eV动能的电子的动量p和波长；(2)若一个静止的电子经2500 V电压加速，求能量和这个电子动能相同的光子的波长，并求该光子的波长和这个电子的波长之比。答案(1)5.41024 kgm/s1.21010 m(2)5.01010 m201解析(1)电子的动量：p kgm/s5.41024 kgm/s德布罗意波波长 m1.21010 m。(2)电子的能量EeU2500 eV4.01016 J根据E，得光子波长 m5.01010 m电子的动量p kgm/s2.71023 kgm/s电子波长 m2.51011 m则，即201。12017全国卷(多选)在光电效应实验中，分别用频率为a、b的单色光a、b照射到同种金属上，测得相应的遏止电压分别为Ua和Ub、光电子的最大初动能分别为Eka和Ekb。h为普朗克常量。下列说法正确的是()A若ab，则一定有Uab，则一定有EkaEkbC若UaUb，则一定有Ekab，则一定有haEkahbEkb答案BC解析光电效应中遏止电压与最大初动能之间的关系为eUEk，根据光电效应方程可知EkhW0，若ab，则EkaEkb，UaUb，A错误，B正确；若UaUb，则EkaEkb，C正确；由光电效应方程可得W0hEk，则haEkahbEkb，D错误。22017北京高考2017年年初，我国研制的“大连光源”极紫外自由电子激光装置，发出了波长在100 nm(1 nm109 m)附近连续可调的世界上最强的极紫外激光脉冲，“大连光源”因其光子的能量大、密度高，可在能源利用、光刻技术、雾霾治理等领域的研究中发挥重要作用。一个处于极紫外波段的光子所具有的能量可以电离一个分子，但又不会把分子打碎。据此判断，能够电离一个分子的能量约为(取普朗克常量h6.61034 Js，真空光速c3108 m/s)()A1021 J B1018 JC1015 J D1012 J答案B解析一个处于极紫外波段的光子所具有的能量Ehh6.61034 J1.981018 J，所以能量的量级为1018 J，选项B正确。32016全国卷(多选)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答案ACE解析根据光电效应实验得出的结论：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；入射光的频率变高，光子数n不变，则I，Q不变，饱和光电流不变，故A正确，B错误；根据爱因斯坦光电效应方程得：入射光的频率变高，光电子的最大初动能变大，故C正确；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，保持入射光的光强不变，不断减小入射光的频率，若低于截止频率，则没有光电流产生，故D错误，E正确。42013北京高考以往我们认识的光电效应是单光子光电效应，即一个电子在极短时间内只能吸收到一个光子而从金属表面逸出。强激光的出现丰富了人们对于光电效应的认识，用强激光照射金属，由于其光子密度极大，一个电子在极短时间内吸收多个光子成为可能，从而形成多光子光电效应，这已被实验证实。光电效应实验装置示意如图。用频率为的普通光源照射阴极K，没有发生光电效应。换用同样频率的强激光照射阴极K，则发生了光电效应；此时，若加上反向电压U，即将阴极K接电源正极，阳极A接电源负极，在KA之间就形成了使光电子减速的电场。逐渐增大U，光电流会逐渐减小；当光电流恰好减小到零时，所加反向电压U可能是下列的(其中W为逸出功，h为普朗克常量，e为电子电量)()AU BUCU2hW DU答案B解析同频率的光照射K极，普通光不能使其发生光电效应，而强激光能使其发生光电效应，说明一个电子吸收了多个光子。设吸收的光子个数为n，光电子逸出的最大初动能为Ek，由光电效应方程知：EknhW(n2)；光电子逸出后克服减速电场做功，由动能定理知0EkeU，联立上述两式得U，n为大于等于2的自然数，当n2时，即为B选项，其他选项均不可能。52017陕西质检(多选)分别用波长为和2的光照射同一种金属，产生的速度最快的光电子速度之比为 21，普朗克常量和真空中光速分别用h和c表示，那么下列说法正确的有()A该种金属的逸出功为B该种金属的逸出功为C波长超过2的光都不能使该金属发生光电效应D波长超过4的光都不能使该金属发生光电效应答案AD解析由hW0Ek知hW0mv，hW0mv，又v12v2，得W0，A正确，B错误。光的波长小于或等于3时都能发生光电效应，C错误，D正确。