【步步高】2014-2015学年高中物理 第2章 波和粒子章末总结课件 沪科版选修3-5

第2章波和粒子章末总结网络构建区波和粒子光的粒子性能量量子化：黑体与黑体辐射普朗克假设E＝光电效应本质：电子光电子规律：(1)极限频率；(2)遏止电压(最大动能)；(3)光电流强度；(4)瞬时性,爱因斯坦光电效应方程：Ekm＝吸收光子光子说：光子的能量E＝hν，光具有波粒二象性康普顿效应：光子的能量E＝，光子的动量p＝hνhν－Whνhλ波和粒子光的波动性：光是一种概率波粒子的波动性：物质波波长λ＝，物质波也是概率波hpΔxΔpx≥h4π不确定关系：专题整合区一、光子能量的计算二、光电效应规律及光电效应方程三、图像在光电效应规律中的应用一、光子能量的计算1．一个光子的能量E＝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＝cλ.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1.0×1010W，所发射的每个光脉冲持续的时间Δt为1.0×10－11s，波长为793.4nm.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？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光脉冲的能量，则有：E＝PΔt②以λ和ν表示红宝石激光的波长和频率，则有ν＝，因此就得到每个红宝石激光光子的能量hν＝③由②③式得到该列光脉冲含有的光子数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＝3.0×10－3m＝3.0mm，n＝4.0×1017个．答案3.0mm4.0×1017个cλhcλn＝Ehν＝λPΔthc返回1．产生条件：入射光频率大于被照射金属的极限频率．2．入射光频率→决定每个光子的能量E＝hν→决定光电子逸出后的最大动能．3．入射光强度→决定每秒钟逸出的光电子数→决定光电流的大小．4．爱因斯坦光电效应方程Ekm＝hν－W.W表示金属的逸出功，又ν0表示金属的极限频率，则W＝hν0.二、光电效应规律及光电效应方程例2关于光电效应，下列说法正确的是()A．极限频率越大的金属材料逸出功越大B．只要光照射的时间足够长，任何金属都能产生光电效应C．从金属表面出来的光电子的最大动能越大，这种金属的逸出功越小D．入射光的光强一定时，频率越高，单位时间内逸出的光电子数就越多解析由爱因斯坦光电效应方程可知Ekm＝hν－W，所以极限频率越大，逸出功越大，A正确．低于极限频率的光，无论强度多大，照射时间多长，都不可能产生光电效应，B错误．光电子的最大动能还与入射光光子的频率有关，C错误．光强I＝nhν，光强一定时，当频率变大时，光子数反而变少，光电子数变少，D错误．答案A例3用波长为2.0×10－7m的紫外线照射钨的表面，释放出来的光电子中的最大动能是4.7×10－19J．由此可知，钨的极限频率是(普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，光速c＝3.0×108m/s，结果取两位有效数字)()A．5.5×1014HzB．7.9×1014HzC．9.8×1014HzD．1.2×1015Hz返回解析由爱因斯坦光电效应方程得h＝Ekm＋W，而金属的逸出功W＝hν0，由以上两式得，钨的极限频率为：，B项正确．答案Bcλν0＝cλ－Ekmh＝7.9×1014Hz1．Ekm－ν图像根据爱因斯坦光电效应方程Ekm＝hν－W，光电子的最大初动能Ekm是入射光频率ν的一次函数，图像如图1所示．三、图像在光电效应规律中的应用图1其横轴截距为金属的极限频率ν0，纵轴截距是金属的逸出功的负值；斜率为普朗克常量h.2．I－U图像光电流强度I随光电管两极间电压U的变化图像．图2中Im为饱和光电流，U0为遏止电压．利用可得光电子的最大动能．12mev2m＝eU0图2例4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，可得到光电子的最大动能Ekm随入射光频率ν变化的Ekm—ν图像．已知钨的逸出功是3.28eV，锌的逸出功是3.34eV，若将二者的图线画在同一个坐标图中，以实线表示钨，虚线表示锌，如图所示，则正确反映这一过程的图像是()解析根据Ekm＝hν－W知，图像斜率代表普朗克常量h，所以两条线应平行；横轴截距代表了极限频率ν0，ν0＝，因此锌的ν0大些．答案AWh例5在光电效应实验中，飞飞同学用同一光电管在不同实验条件下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线(甲光、乙光、丙光)，如图3所示．则可判断出()图3A．甲光的频率大于乙光的频率B．乙光的波长大于丙光的波长C．乙光对应的极限频率大于丙光的极限频率D．甲光对应的光电子最大动能大于丙光的光电子最大动能解析由题图可知，甲、乙两光对应的反向截止电压均为U02，由爱因斯坦光电效应方程Ekm＝hν－W及－eU02＝0－Ekm可知甲、乙两光频率相同，且均小于丙光频率，选项A、C均错；甲光频率小，则甲光对应的光电子最大动能小于丙光的光电子最大动能，选项D错误；乙光频率小于丙光频率，故乙光的波长大于丙光的波长，选项B正确．答案B返回自我检测区123451．下列有关光的说法中正确的是()A．光电效应表明在一定条件下，光子可以转化为电子B．大量光子易表现出波动性，少量光子易表现出粒子性C．光有时是波，有时是粒子D．康普顿效应表明光子和电子、质子等实物粒子一样也具有能量和动量BD123452．能引起人的眼睛视觉效应的最小能量为10－18J，已知可见光的平均波长约为0.6μm，普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，则进入人眼的能量子数至少为()A．1个B．3个C．30个D．300个解析可见光的平均频率ν＝，能量子的平均能量为E＝hν，引起视觉效应时En＝nE，联立可得n＝3，B正确．cλB123453．根据不确定关系Δx·Δpx≥，判断下列说法正确的是()A．采取办法提高测量Δx精度时，Δpx的精度下降B．采取办法提高测量Δx精度时，Δpx的精度上升C．Δx与Δpx测量精度与测量仪器及测量方法是否完备有关D．Δx与Δpx测量精度与测量仪器及测量方法是否完备无关h4π12345解析不确定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关系所给出的限度．故A、D正确．答案AD123454.利用光电管研究光电效应实验如图4所示，用极限频率为ν0的可见光照射阴极K，电流表中有电流通过，则()A．用紫外线照射，电流表中不一定有电流通过B．用紫外线照射，电流表中一定有电流通过C．用频率为ν0的可见光照射K，当滑动变阻器的滑动触头移到C端，电流表中一定无电流通过D．用频率为ν0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图412345解析紫外线的频率大于可见光的频率，故一定能产生光电效应．故A错，B对；尽管P滑到C端但仍有少量电子能从金属板逸出到达阳极A，即有微弱电流，故C错．当光电流强度达到饱和时，既使增加正向电压光电流也不再增大，D对．答案BD123455．已知金属钠产生光电效应的极限频率是6.00×1014Hz(1)求金属钠的电子逸出功；解析W＝hν0＝6.63×10－34×6.00×1014J＝3.98×10－19J＝2.49eV.答案2.49eV12345(2)如果用某种单色光照射金属钠，发射的光电子的最大初动能是1.14eV，求这种单色光的波长．解析由爱因斯坦光电效应方程hν－W＝Ekm，得h＝W＋Ekm＝(2.49＋1.14)eV＝3.63eV，答案3.42×10－7mcλ所以λ＝hcEkm＋W＝6.63×10－34×3×1083.63×1.6×10－19m＝3.42×10－7m.12345