第6章 波粒二象性 单元综合提升-【金版新学案】2024-2025学年高中物理选择性必修3同步课堂高效讲义配套课件（教科版2019）

单元综合提升 　　　　 第六章 波粒二象性 概念梳理 构建网络 1 教考衔接 明确考向 2 易错辨析 强化落实 3 单元检测卷 4 内容索引 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 16 概念梳理 构建网络 返回 返回 教考衔接 明确考向 返回 (2021·辽宁高考)赫兹在研究电磁波的实验中偶然发现，接收电路的电极如果受到光照，就更容易产生电火花。此后许多物理学家相继证实了这一现象，即照射到金属表面的光，能使金属中的电子从表面逸出。最初用量子观点对该现象给予合理解释的科学家是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 A．玻尔　　 B．康普顿 C．爱因斯坦　　 D．德布罗意 √ 玻尔引入量子化的观念解释了氢原子光谱，与题意不符，A项错误；康普顿提出康普顿效应，发现了光子不仅具有能量，还具有动量，证明了光具有粒子性，与题意不符，B项错误；爱因斯坦提出光子说，从理论上解释了光电效应现象，符合题意，C项正确；德布罗意提出一切物质都具有波粒二象性，与题意不符，D项错误。 教材P131内文部分 1887年，赫兹在证实电磁波的实验中意外发现，当紫外线照射到圆环接收器间隙的电极上时，火花放电变得容易了。电子被发现后，人们才知道这是由于紫外线的照射，有电子从金属表面逸出的缘故。 本题以赫兹发现光电效应现象为情境设计问题，与教材P131内文部分为同源情境，重点考查与光电效应有关的物理学史。 针对练．关于光的本性，下列说法正确的是 A．关于光的本性，牛顿提出微粒说，惠更斯提出波动说，爱因斯坦提出光子说，它们都说明了光的本性 B．光具有波粒二象性是指既可以把光看成宏观概念上的波，也可以把光看成微观概念上的粒子 C．光的干涉、衍射现象说明光具有波动性，光电效应说明光具有粒子性 D．光的波粒二象性将牛顿的微粒说和惠更斯的波动说真正有机地统一起来 √ 光的波动性指大量光子在空间各点出现的可能性的大小可以用波动规律来描述，不是惠更斯的波动说中宏观意义下的机械波。光的粒子性是指光的能量是一份一份的，每一份是一个光子，不是牛顿微粒说中的经典微粒。某现象说明光具有波动性，是指波动理论能解释这一现象；某现象说明光具有粒子性，是指能用粒子理论解释这一现象。综上可知选项C正确。 (多选)(2022·浙江1月选考)电子双缝干 涉实验是近代证实物质波存在的实验。如图所 示，电子枪持续发射的电子动量为1.2×10－23 kg·m/s，然后让它们通过双缝打到屏上。已知 电子质量取9.1×10－31 kg，普朗克常量取6.6×10－34 J·s，下列说法正确的是 A．发射电子的动能约为8.0×10－15 J B．发射电子的物质波波长约为5.5×10－11 m C．只有成对电子分别同时通过双缝才能发生干涉 D．如果电子是一个一个发射的，仍能得到于涉图样 √ √ 教材P139·图6－3－2 最早从实验上观察到电子衍射现象的是美国的戴维孙 和他的合作者革末，1927年他们做了电子束在晶体表 面上散射的实验，观察到了和X射线衍射类似的电子 衍射现象，证实了电子的波动性。同年，G.P.汤姆 孙做了电子束穿过多晶薄膜的衍射实验，成功地得到了和X射线通过多晶薄膜后产生的衍射图样极为相似的衍射图样。其实验装置如图所示，电子束自阴极K发出，经加速电场后由极板b的小孔射出，穿过一微薄晶片M，再照射到屏P上，在屏上显示出有规律的衍射花纹。 本题以电子的双缝干涉实验为情境设计问题，与教材P139·图6－3－2电子束穿过多晶薄膜的衍射实验十分相近，重点考查电子对应的物质波。 针对练．如图所示，从辐射源射出的电子束经两个靠近的狭缝后在显微镜的荧光屏上产生干涉条纹，该实验说明 A．光具有波动性 B．光具有波粒二象性 C．微观粒子也具有波动性 D．微观粒子的波是一种电磁波 √ 干涉现象是波的特征，电子是微观粒子，它能产生干涉现象，表明电子等微观粒子具有波动性，故C正确。 返回 易错辨析 强化落实 返回 1．关于黑体，下列说法正确的是 A．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布不仅与温度有关，还与材料的种类及表面状况有关 B．黑体能够反射各种波长的电磁波，但不会辐射电磁波 C．黑体可以看起来很明亮，是因为黑体可以反射电磁波 D．如果在一个空腔壁上开一个很小的孔，射入小孔的电磁波在空腔内表面经多次反射和吸收，最终不能从小孔射出，这个小孔就可以近似为一个黑体 √ 一般材料的物体辐射电磁波的情况不仅与温度有关，还与材料的种类及表面状况有关，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，选项A错误；黑体是能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射的理想物体，黑体会向外辐射电磁波，有些黑体有较强的辐射，看起来也可以很明亮，选项B、C错误；如果在一个空腔壁上开一个很小的孔，射入小孔的电磁波在空腔内表面经多次反射和吸收，最终不能从空腔射出，这个小孔就可以近似为一个黑体，选项D正确。 易错分析　没有认识到一般物体的热辐射与黑体辐射的区别。 一般物体的热辐射与黑体辐射的区别 2．(2022·江西临川一中期中)关于对光的波粒二象性的理解正确的是 A．光波和声波的本质相同，都具有波粒二象性 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 √ 光波是电磁波，具有波粒二象性，声波是机械波，是振动在介质中的传播，二者本质不同，A错误；光在传播时波动性显著，光与物质相互作用时粒子性显著，B错误；频率高的光粒子性显著，频率低的光波动性显著，C错误；光的波粒二象性指光有时候表现出的粒子性较明显，有时候表现出的波动性较明显，D正确。 易错分析　对光的波粒二象性认识不透。光既有波动性又有粒子性，二者是统一的。光表现为波动性，只是光的波动性显著，粒子性不显著而已。光表现为粒子性，只是光的粒子性显著，波动性不显著而已。 3.(多选)(2023·江苏南京期末)利用光电管研究光电效应实验的电路如图所示，用频率为ν的可见光照射阴极K，电流表中有电流通过，则 A．用红外线照射时，电流表中一定没有电流通过 B．用强度相同、频率更大的光照射，电流表示数一定变大 √ √ C．频率为ν不变时，当滑动变阻器的滑片移到A端时，电流表中仍有电流通过 D．频率为ν不变时，当滑动变阻器的滑片向B端滑动时，电流表示数可能不变 红外线的频率与光电管阴极金属的极限频率的关 系未知，所以用红外线照射时，电流表中可能有 电流通过，故A错误；若此时已达到饱和光电流， 则用强度相同、频率更大的光照射，电流表示数 不会变大，故B错误；频率为ν不变时，当滑动变 阻器的滑片移到A端时，光电管两端电压为0，阳极A吸收阴极K发出的光电子，在电路中形成光电流，电流表中有电流通过，故C正确；若此时已达到饱和光电流，则频率为ν不变时，当滑动变阻器的滑片向B端滑动时，电流表示数不变，故D正确。故选C、D。 易错分析　分析有关光电流的问题时，弄不清饱和光电流与入射光、正向电压的关系就会导致出错。解答此类问题需掌握两条规律：(1)入射光确定的情况下，使正向电压由零开始增大，光电流也会增大，但是增大到某一个值就不再增大了，这个值叫作饱和光电流。(2)在入射光的频率确定的情况下，增大入射光的强度，饱和光电流的值也增大。 4.(多选)如图为金属A和B的截止电压Uc和入 射光频率ν的关系图像，由图可知 A．金属A的逸出功大于金属B的逸出功 B．金属A的截止频率小于金属B的截止频率 C．图线的斜率为普朗克常量 D．如果用频率为5.5×1014 Hz的入射光照射两种金属，从金属A逸出的光电子的最大初动能较大 √ √ 易错分析　对Uc­ν图像不理解导致不能得到图线的截距和斜率等信息的物理意义，从而不能正确选出选项。 返回 单 元 检 测 卷 返回 1．在通往量子论的道路上，一大批物理学家作出了卓越的贡献，下列有关说法正确的是 A．爱因斯坦提出光子说，并成功地解释了光电效应现象 B．德布罗意第一次将量子观念引入原子领域，提出了定态和跃迁的概念 C．玻尔在1900年把能量子引入物理学，破除了“能量连续变化”的传统观念 D．普朗克把光的波粒二象性推广到实物粒子，预言实物粒子也具有波动性 √ 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 16 爱因斯坦提出光子说，成功地解释了光电效应现象，故A正确；玻尔第一次将量子观念引入原子领域，提出了定态和跃迁的概念，故B错误；普朗克在1900年把能量子引入物理学，破除了“能量连续变化”的传统观念，故C错误；德布罗意大胆地把光的波粒二象性推广到实物粒子，预言实物粒子也具有波动性，故D错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 16 √ 2．下列表述正确的是 A．光的干涉和衍射实验表明，光具有粒子性，光电效应和康普顿效应则表明光在与物体相互作用时，光表现出波动性 B．由ε＝hν和p＝ 知，普朗克常量h架起了粒子性与波动性之间的桥梁 C．在康普顿效应中，当入射的光子与晶体中的电子碰撞时，要把一部分动量转移给电子，因此，这些光子散射后波长变短 D．光电效应实验中，截止电压由入射光强度决定，入射光强度越大，截止电压就越大 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 16 光是一种电磁波，既有波动性又有粒子性，光的传播主要表现波动性，如光的干涉和衍射实验，光与物质作用主要表现为粒子性，如光电效应和康普顿效应，故A错误；由光子的能量ε＝hν和动量p＝ 知，普朗克常量h架起了粒子性与波动性之间的桥梁，故B正确；在康普顿效应中，当入射的光子与晶体中的电子碰撞时，要把一部分动量转移给电子，因此，这些光子散射后的动量变小，由p＝ 可知，波长变长，故C错误；光电效应实验中，由光电效应方程和动能定理可得eUc＝hν－W，则可知截止电压由入射光频率决定，入射光的频率越大，截止电压就越大，故D错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 16 √ 3．对波粒二象性的理解，下列说法错误的是 A．光电效应揭示了光的粒子性，而康普顿效应从动量方面进一步揭示了光的粒子性 B．德布罗意提出实物粒子具有波动性，而且粒子的能量和动量跟它所对应的波的频率和波长之间遵从 的关系 C．光的波长越短，光子的能量越大，光的粒子性越明显 D．如果一个电子的德布罗意波长和一个中子的德布罗意波长相等，则它们的动能也相等 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 16 光电效应和康普顿效应都揭示了光的粒子性，康普顿效应从动量方面进一步揭示了光的粒子性，故A正确；实物粒子具有波动性，而且粒子的能量ε和动量p跟它所对应的波的频率ν和波长λ之间遵从ν＝ 和λ＝ 的关系，故B正确；光的波长越短，频率越大，根据ε＝hν知光子能量越大，则波长越短，光的粒子性越明显，故C正确；如果一个电子的德布罗意波长和一个中子的德布罗意波长相等，则它们的动量相等，但动能不相等，故D错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 16 √ 4.(2023·北京一零一中学月考)黑体辐射的实验规律如图所示，则下列说法不正确的是 A．在同一温度下，波长越短的电磁波辐射强度越大 B．在同一温度下，辐射强度最大的电磁波波长不是最大的，也不是最小的，而是处在最大波长与最小波长之间 C．温度越高，辐射强度的极大值就越大 D．温度越高，辐射强度最大的电磁波的波长越短 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 16 由题图可知，在同一温度下，辐射强度最大的电磁波波长不是最大的，也不是最小的，而是处在最大波长与最小波长之间，故A错误，B正确；温度越高，辐射强度的极大值就越大，且其辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，故C、D正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 16 √ 5.如图为氢原子的能级图，大量处于n＝3能级的氢原 子向基态跃迁，辐射出三种不同频率的光a、b、c，且 频率νa＞νb＞νc，让这三种光照射逸出功为10.2 eV的某金 属表面，则下列说法正确的是 A．光a、b、c的能量值可能为1.51 eV B．光a、b、c均能使该金属发生光电效应 C．氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级辐射出的光的频率为νb D．金属表面逸出的光电子的最大初动能为1.89 eV 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 16 氢原子由n＝3能级跃迁到n＝1能级，辐射的光子能量ΔE31 ＝E3－E1＝－1.51 eV－(－13.6 eV)＝12.09 eV，由n＝3能 级跃迁到n＝2能级时，辐射的光子能量为ΔE32＝－1.51 eV －(－3.4 eV)＝1.89 eV，由n＝2能级向n＝1能级跃迁时，辐 射的光子能量为ΔE21＝－3.4 eV－(－13.6 eV)＝10.2 eV，故 A错误；氢原子由n＝3能级跃迁到n＝2能级时，辐射的光 子能量为ΔE32＝1.89 eV，所以不能使逸出功为10.2 eV的金属发生光电效应，故B错误；氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级辐射出的光子能量最小，即其对应的光的频率为νc，故C错误；氢原子由n＝3能级跃迁到n＝1能级时产生的光子的能量最大，为12.09 eV，依据光电效应方程，逸出的光电子的最大初动能为Ekm＝12.09 eV－10.2 eV＝1.89 eV，故D正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 16 √ 6.氖泡可用于指示和保护电路。在玻璃管中有两个相同的板状金 属电极，并充入低压氖气，在两极间接入电压使氖气导电，如果 金属电极发出的电子在电场作用下获得足够的能量，就能使氖气 发光。将氖泡、保护电阻和电压可调的电源按如图所示的电路连 接。氖泡用黑纸包住，黑纸上留出一条狭缝使光可以照射到氖泡。 发现在没有光照的暗室中，当电源电压为U0时，氖泡恰能发光；当 电源电压为U1(U1＜U0)时，氖泡不发光，但同时用频率为ν1的紫光照射氖泡，氖泡也恰能发光。两次实验中，氖泡恰能发光时回路中的电流可认为相等。已知普朗克常量为h，电子电荷量为e。下列说法正确的是 A．若保持电压U1不变，用黄光照射氖泡，氖泡也能发光 B．通过实验可知，紫光的光子能量hν1＝eU0－eU1 C．通过实验可知，电极中的电子脱离金属至少需要eU0的能量 D．实验中必须使用直流电源才能观察到上述现象 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 16 如果金属电极发出的电子在电场作用下获得足够的能量，就能 使氖气发光，假设恰好能让氖气发光的电子动能为Ek，电极中 的电子脱离金属至少需要的能量为W0，在没有光照的暗室中， 当电源电压为U0时，氖泡恰能发光，设发光时电路电流为I，保 护电阻为R，则有e(U0－IR)＝Ek＋W0，当电源电压为U1(U1＜U0) 时，同时用频率为ν的紫光照射氖泡，氖泡也恰能发光，则有hν1＋e(U1－IR)＝Ek＋W0，联立解得hν1＝eU0－eU1，B正确；若保持电压U1不变，用黄光照射氖泡，由于黄光的频率小于紫光的频率，则黄光光子的能量小于紫光光子的能量，可知氖泡不能发光，A错误；通过实验可知，电极中的电子脱离金属需要的能量小于eU0，C错误；实验中如果采用交流电源，当电压到达一定数值时，也能观察到上述现象，D错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 16 √ 7．光刻机是制作芯片的核心装置，主要功能是利用 光线把掩膜版上的图形印制到硅片上。如图所示， 传统DUV光刻机使用的是波长为193 nm的深紫外 线，而采用波长13.5 nm的极紫外光光刻EUV是传统 光刻技术向更短波长的合理延伸。光刻机在使用时，常在光刻胶和投影物镜之间填充液体以提高分辨率。下列说法正确的是 A．深紫外线的光子能量比极紫外线更大 B．深紫外线的光子动量比极紫外线更大 C．进入液体后深紫外线传播速度比极紫外线更快 D．两种紫外线从真空区域进入浸没液体中时，极紫外线比深紫外线更容易发生衍射，能提高分辨率 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 16 深紫外线比极紫外线的波长长，频率小，根据E＝hν，则深紫外线的光子能量比极紫外线更小，选项A错误；根据p＝ ，深紫外线的波长较长，则光子动量比极紫外线更小，选项B错误；深紫外线的频率小，折射率小，根据v＝ 可知，进入液体后深紫外线传播速度比极紫外线更快，选项C正确；两种紫外线从真空区域进入浸没液体中时，极紫外线波长较小，则比深紫外线更不容易发生衍射，能提高分辨率，选项D错误。故选C。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 16 √ √ 8．图中四幅图涉及光的粒子性和波动性，其中说法正确的是 A．图甲的光电效应实验说明光具有波粒二象性 B．图乙说明，在光电效应中，同一单色入射光越强，饱和光电流越大 C．图丙的“泊松亮斑”说明光具有波动性，是光通过小圆孔时发生衍射形成的 D．图丁的康普顿效应表明光子具有动量，揭示了光的粒子性的一面 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 16 题图甲的光电效应实验说明光具有粒子性，A错误；题图乙中，黄光的强度越大，饱和光电流越大，即说明在光电效应中，同一单色入射光越强，饱和光电流越大，B正确；题图丙的泊松亮斑说明光具有波动性，是光通过小圆板时发生衍射形成的，C错误；题图丁的康普顿效应表明光子具有动量，揭示了光的粒子性的一面，D正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 16 9．某同学利用如图甲所示的电路研究光电效应。用强度一定、波长为300 nm的单色光照射阴极K，正确进行操作，记录相应的电压表(电压表的零刻度在表盘的中央位置)和电流表的示数，将得到的数据在坐标纸上描点连线，得到的图像如图乙所示。表格所示为几种金属的逸出功，已知普朗克常量为h＝6.63×10－34 J·s，真空中光速为c＝3×108 m/s，电子的电荷量为e＝1.6×10－19 C。下列说法正确的是 A．阴极K可能是由金属钛制成的 B．光电流最大时，单位时间内打到阴极K上的光子数约为4×1012个 C．若换用波长为350 nm的单色光进行实验，图线与横轴的交点将向右移 D．换用金属铍制成阴极K，饱和光电流大小不变 √ 金属 逸出功/eV 铯 1.90 钙 3.20 锌 3.34 镁 3.70 钛 4.13 铍 3.88 √ √ 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 16 根据题图乙可知该阴极材料对应的截止电压为0.6 V，由Ekm＝eUc可得光电子 的最大初动能为0.6 eV，又因为入射光的波长为300 nm，可得入射光的光子能 量为hν＝h ≈4.14 eV，由爱因斯坦光电效应方程Ekm＝hν－W可得该阴极材料 的逸出功W＝hν－Ekm＝3.54 eV，结合题表可知，阴极K不是由金属钛制成的，故 A错误；光电流最大为0.64 μA，则单位时间内阴极K上射出的光电子的数量为 1012个，则单位时间内打到阴极K上的光子数约为4×1012 个，故B正确；结合A项分析可知，入射光的波长变长，光子的能量减小，光 电子的最大初动能减小，截止电压减小，则图线与横轴的交点将右移，故C正 确；由于金属铍的逸出功3.88 eV小于光子的能量，则可以发生光电效应，由于入射光强度不变，故产生的饱和光电流大小不变，故D正确。 金属 逸出功/eV 铯 1.90 钙 3.20 锌 3.34 镁 3.70 钛 4.13 铍 3.88 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 16 √ √ 10.(2023·烟台高二检测)某同学采用如图所示的装置来研究光电 效应现象。某单色光照射光电管的阴极K时，会发生光电效应现 象，闭合开关S，在阳极A和阴极K之间加反向电压，通过调节滑 动变阻器的滑片逐渐增大电压，直到电流计中电流恰为零，此时 电压表显示的电压值U称为截止电压。现分别用频率为ν1和ν2的单 色光照射阴极，测量到的截止电压分别为U1和U2，设电子质量为m，电荷量为e，则下列关系式中正确的是 A．频率为ν1的单色光照射阴极K时光电子的最大初速度vm1＝ B．阴极K金属的截止频率ν0＝ C．普朗克常量h＝ D．阴极K金属的逸出功W＝ √ 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 16 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 16 11.(4分)如图所示的实验电路，当用黄光照射光电管中的金属涂层时，毫安表的指针发生了偏转。若将电路中滑动变阻器的滑片P向右移动到某一位置时，毫安表的读数恰好减小到零，此时电压表读数为U。若此时增加黄光照射的强度，则毫安表______(选填“有”或“无”)示数。若改用蓝光照射光电管中的金属涂层，则毫安表______(选填“有”或“无”)示数。 无 有 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 16 光电效应的原理是当有频率足够大的光照射到金属表面时，将会使金属中的电子获得足够能量而从表面逸出，逸出的光电子向另一极板定向移动而形成电流。当增加黄光照射的强度时，不能增加光电子的最大初动能，故毫安表无示数。当改用蓝光照射时，照射光的频率增大，光电子的最大初动能增大，光电子能到达A极，形成电流，则毫安表有示数。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 16 12．(10分)某同学在做研究光电效应“单位时间内发射的光电子数与照射光强弱的关系”的实验。 (1)在给出的四个电路图中，本实验应该选用的电路是______。 由于本实验是研究光电效应“单位时间内发射的光电子数与照射光强弱的关系”，则光电管两端所加电压应为正向电压，即光电管阴极K与电源负极相连，电流表必须与光电管串联且与电压表并联，故应选A。 A 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 16 (2)要求加在光电管上的电压从零开始变化，则闭合开关前滑动变阻器的滑动触头P应移到最______(选填“左端”或“右端”)。 若要求加在光电管上的电压从零开始变化，则闭合开关前滑动变阻器的滑动触头P应移到最左端。 左端 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 16 (3)在某一强度的光照下，记录两电表示数如表所示： ①用上表数据在如图所示的坐标纸上描绘出光电流与电压的关系图线； 电压U/V 0 0.20 0.50 0.80 1.00 1.30 1.50 2.00 2.50 电流I/μA 0.10 0.18 0.27 0.33 0.35 0.38 0.39 0.40 0.40 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 16 如图所示。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 16 ②有同学利用电压为零时的电流值0.10 μA计算光电管单位时间里逸出的光电子数，行不行？请说明理由：__________________________________ _________； 该做法不行，因为由作出的光电流与电压的关系图线可知，此时逸出的光电子并未全部到达阴极。 不行，此时逸出的光电子并未全部到 达阳极 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 16 ③估算此光照射下，单位时间内产生的光电子数为____________个。(已知电子电荷量大小e＝1.6×10－19 C) 单位时间流过某截面电流 ，代入I＝0.4×10－6 A， t＝1 s，e＝1.6×10－19 C解得n＝2.5×1012。 2.5×1012 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 16 13．(8分)已知氢原子处在第一、第二激发态的能量分别为－3.40 eV和－1.51 eV，金属钠的截止频率为5.53×1014 Hz，普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s。请通过计算判断，用氢原子从第二激发态跃迁到第一激发态过程中发出的光照射金属钠板，能否发生光电效应。 答案：不能发生光电效应 氢原子放出的光子能量E＝E3－E2，代入数据得E＝1.89 eV。金属钠的逸出功W＝hν0，代入数据得W≈2.3 eV。因为E＜W0，所以不能发生光电效应。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 16 14．(8分)金属晶体中晶格大小的数量级是10－10 m。电子经加速电场加速，形成一电子束，电子束照射该金属晶体时，获得明显的衍射图样。问这个加速电场的电压约为多少？(已知电子的电荷量为e＝1.6×10－19 C，质量为m＝0.9×10－30 kg，普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s) 答案：153 V 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 16 根据发生明显衍射的条件可知，当运动电子的德布罗意波波长与晶格大小差不多时，可以观察到明显的衍射现象。设加速电场的电压为U，电子经电场加速后获得的速度为v，对加速过程由动能定理得eU＝ mv2 根据物质波理论知，电子的德布罗意波长λ＝ 其中p＝mv 联立解得U＝ ≈153 V。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 16 15．(12分)波长为λ＝0.071 nm的伦琴射线能使金箔发射光电子，电子在磁感应强度为B的匀强磁场区域内做匀速圆周运动的最大半径为r。已知r·B ＝1.88×10－4 T·m，普朗克常量h＝6.626×10－34 J·s，电子电荷量e＝1.6×10－19 C，电子的质量me＝9.1×10－31 kg。试求：(结果均保留2位有效数字) (1)光电子的最大初动能； 答案：3.1×103 eV　 电子在磁场中做匀速圆周运动的半径最大时对应的初动能最大。此时由洛伦兹力提供向心力，有evmB＝me 解得Ekm≈3.1× 103 eV。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 16 (2)金箔的逸出功； 答案：1.4×104 eV 由爱因斯坦光电效应方程可得 Ekm＝hν－W，又ν＝ 解得W≈1.4×104 eV。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 16 (3)该电子的物质波的波长。 答案：2.2×10－11 m 由德布罗意波长公式可得 λ′＝ ，又p＝mevm＝eBr 解得λ′≈2.2×10－11 m。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 16 16.(12分)我国中微子探测实验利用光电管把光信号转换为电信号。如图所示，A和K分别是光电管的阳极和阴极，加在A、K之间的电压为U。现用发光功率为P的激光器发出频率为ν的光，全部照射在K上，回路中形成电流。已知阴极K材料的逸出功为W0，普朗克常量为h，电子电荷量为e(hν＞W0)。 (1)求光电子到达A时的最大动能Ekm； 答案：eU＋hν－W0　 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 16 由爱因斯坦光电效应方程可得，逸出光电子的最大初动能为Ek0＝hν－W0 光电子从阴极K移动到阳极A的过程中，由动能定理得eU＝Ekm－Ek0 联立两式解得Ekm＝eU＋hν－W0。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 16 (2)若每入射N个光子会产生1个光电子，所有的光电子 都能到达A，求回路的电流强度I。 设单位时间内产生光子的数目为N光，则有 P＝N光hν 单位时间内产生光电子的数目为n＝ 回路中电流强度为I＝ ＝ne 联立解得I＝ne＝ 。 返回 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 16 谢 谢 观 看 ！ 第六章 波粒二象性 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 16 根据动量的大小与动能的关系可知发射电子的动能约为Ek＝＝ J≈7.9×10－17 J，故A错误；发射电子的物质波波长约为λ＝＝ m＝5.5×10－11 m，故B正确；物质波也具有波粒二象性，故电子的波动性是每个电子本身的性质，则每个电子依次通过双缝也能发生干涉现象，只是需要大量电子显示出干涉图样，故C错误，D正确。 根据Ekm＝hν－W＝eUc可得Uc＝－。当Uc＝0时，对应的频率为截止频率，由题图知，金属A的截止频率小于金属B的截止频率，故B正确；截止频率对应的光子能量等于金属的逸出功，金属的逸出功为W＝hν0，ν0是截止频率，所以金属A的逸出功小于金属B的逸出功，故A错误；根据Uc＝－可知图线斜率为，故C错误；用相同频率的光照射A、B两金属时，由于A的逸出功较小，从金属A逸出的光电子的最大初动能较大，故D正确。 ν＝和λ＝ n＝＝ 光电子在电场中做减速运动，根据动能定理得－eU1＝0－mv，可得 光电子的最大初速度vm1＝，故A正确；根据爱因斯坦光电效应 方程得hν1＝eU1＋W，hν2＝eU2＋W，联立可得普朗克常量为h＝， 代入可得金属的逸出功W＝hν1－eU1＝，阴极K金属的截止 频率为ν0＝＝＝，故C错误，B、D正确。 I＝＝，则n＝ ，Ekm＝mev， ＝ $$