第4章 波粒二象性 单元综合提升-【金版新学案】2025-2026学年高中物理选择性必修第三册同步课堂高效讲义配套课件(粤教版)
2026-06-03
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教辅
资源信息
| 学段 | 高中 |
| 学科 | 物理 |
| 教材版本 | 高中物理粤教版选择性必修 第三册 |
| 年级 | 高二 |
| 章节 | 本章小结 |
| 类型 | 课件 |
| 知识点 | - |
| 使用场景 | 同步教学-单元练习 |
| 学年 | 2026-2027 |
| 地区(省份) | 全国 |
| 地区(市) | - |
| 地区(区县) | - |
| 文件格式 | PPTX |
| 文件大小 | 4.92 MB |
| 发布时间 | 2026-06-03 |
| 更新时间 | 2026-06-03 |
| 作者 | 山东正禾大教育科技有限公司 |
| 品牌系列 | 金版新学案·高中同步课堂高效讲义 |
| 审核时间 | 2026-02-24 |
| 下载链接 | https://m.zxxk.com/soft/56496703.html |
| 价格 | 4.00储值(1储值=1元) |
| 来源 | 学科网 |
|---|
摘要:
该高中物理单元复习课件系统梳理了波粒二象性的核心知识,涵盖光子说、光电效应、光的波粒二象性及不确定关系等内容,通过概念梳理构建网络,将光子能量公式、光电效应方程、德布罗意关系等知识点逻辑串联,帮助学生形成完整知识体系。
其亮点在于注重教考衔接与科学思维培养,结合2022年全国乙卷真题与教材习题创设情境,通过“真题-教材衔接-针对练”模式强化知识应用,易错辨析部分针对饱和电流、遏止电压等易混点深入分析,培养学生科学推理与模型建构能力。分层设计的单元检测卷满足不同学生需求,助力教师精准复习,提升学生知识巩固效果。
内容正文:
单元综合提升
第四章 波粒二象性
概念梳理 构建网络
1
教考衔接 明确考向
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易错辨析 强化落实
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单元检测卷
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内容索引
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概念梳理 构建网络
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教考衔接 明确考向
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(2022·全国乙卷)一点光源以113 W的功率向周围所有方向均匀地辐射波长约为6×10-7 m的光,在离点光源距离为R处每秒垂直通过每平方米的光子数为3×1014个。普朗克常量为h=6.63×10-34 J·s。R约为
A.1 × 102 m B.3 × 102 m
C.6 × 102 m D.9 × 102 m
真题
1
√
一个光子的能量为ε=hν,ν为光的频率,又c=λν,则光源每秒发出的光子的个数为n= ,P为光源的功率。光子以球面波的形式传播,那么以光源为原点的球面上的光子数相同,此时距光源的距离为R处,每秒垂直通过每平方米的光子数为3×1014个,此处球面的表面积为S=4πR2,则有 =3×1014,联立以上各式解得R ≈ 3×102 m,故选B。
衔接教材 教材P99·T12
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,每道闪光被称为一个光脉冲。现有一红宝石激光器,发射功率为P=1.0×106 W,所发射的每个光脉冲持续的时间Δt=1.0×10-11 s,波长λ=693.4 nm(1 nm=1×10-9 m),则每列光脉冲的长度L是多少?其中含有的光子数是多少?
衔接分析 全国乙卷高考真题以点光源均匀辐射光子为素材创设学习探索问题情境。与教材P99·T12创设的物理情境相似。主要考查光子等知识。
针对练1.目前我国光刻机设备生产技术正在飞速发展,光刻机中的一项关键技术就是激光光源的控制。若某激光光源发射出一束波长为λ的单色平行激光束,发光的功率为P,已知真空中的光速为c,普朗克常量为h,不考虑激光在传播过程中的衰减,则该激光光源发出的激光束在长度1 m内的平均光子个数为
√
针对练2.一束波长为7×10-5cm的光波,每秒钟有3×1015个光子通过一个与光线垂直的平面。另有一束光,在相同时间内传输相同的能量,但波长为4×10-5cm。那么这束光每秒钟通过这个垂直平面的光子数目为
√
(2022·河北高考)如图是密立根于1916年发表的钠金属光电效应的遏止电压Uc与入射光频率ν的实验曲线,该实验直接证明了爱因斯坦光电效应方程,并且第一次利用光电效应实验测定了普朗克常量h。由图像
可知
真题
2
A.钠的逸出功为hνc
B.钠的截止频率为8.5×1014 Hz
C.图中直线的斜率为普朗克常量h
D.遏止电压Uc与入射光频率ν成正比
√
根据遏止电压与最大初动能的关系有eUc=
Ek,根据光电效应方程有Ek=hν-W0,结
合题图可知,当Uc为0时,解得W0=hνc,A
正确;钠的截止频率为νc,根据题图可知,
截止频率小于8.5×1014 Hz,B错误;结合
遏止电压与光电效应方程可得Uc= ,
可知,题图中直线的斜率表示 ,C错误;根据遏止电压与入射光的频率关系式Uc= 可知,遏止电压Uc与入射光频率ν成线性关系,不是成正比,D错误。故选A。
衔接教材 人教版选择性必修第三册P98·A组T1
在光电效应实验中,小明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、乙、丙),如图所示。回答下面问题,并说明理由。
(1)甲、乙两种光的频率,哪个大?
(2)乙、丙两种光的波长,哪个大?
(3)乙、丙两种光所对应的截止频率,哪个大?
(4)甲、丙两种光所产生光电子的最大初动能,哪个大?
衔接分析 人教版选择性必修第三册P98·A组T1以同一光电管在不同条件下的三条光电流与电压的关系图像为情境,考查了不同光的频率、波长、对应的截止频率、光电子的最大初动能的比较问题。
近几年的高考也常以光电效应的有关图像的理解应用为情境进行命题,成为高考的一个考查热点,例如:
2022·河北高考真题以密立根于1916年发表的钠金属光电效应的遏止电压Uc与入射光频率ν的实验曲线为情境,考查了Ucν图像、遏止电压与最大初动能的关系及光电效应方程等规律的综合应用问题。
针对练1.美国物理学家密立根从1907年开始以精湛的技术测量光电效应中几个重要的物理量。在一次实验中得到的某金属遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图线如图所示,已知普朗克常量h=6.63×10-34 J·s,e=1.6×10-19 C,几种金属的逸出功如下表所示。根据提供的信息可以判断实验中所用的金属是
A.钨 B.钙
C.铷 D.钠
金属 逸出功(eV)
钨 4.54
钙 3.20
钠 2.29
铷 2.13
√
根据爱因斯坦光电效应方程hν=Ek+W0,遏止电压与最大初动能的关系eUc=Ek,联立可得Uc= ,当遏止电压为零时,入射光的能量等于逸出功,由题图可知,当Uc=0时ν=5.52×1014 Hz,则逸出功为W0=hν=6.63×10-34×5.52×1014 J≈2.29 eV,故选D。
针对练2.(多选)美国物理学家密立根曾经是爱因斯坦光电效应理论的质疑者之一,他通过测量金属的遏止电压Uc与入射光频率ν,由此算出普朗克常量h,并与普朗克根据黑体辐射得出的h相比较,以检验爱因斯坦方程式的正确性。已知电子电量为1.6×10-19 C,普朗克常量为6.63×10-34 J·s。若某次实验中得到如图所示的Ucν图像,则下列说法正确的是
A.该金属的截止频率与入射光的频率无关
B.遏止电压Uc与入射光的频率和强弱都有关
C.由图像可知普朗克常量约为6.67×10-34 J·s
D.实验结果说明爱因斯坦的光电效应理论是错误的
√
√
截止频率是光照射金属时产生光电效
应的最低频率,由金属材料本身决定,
与入射光的频率无关,A正确;入射光
的频率越高,光电子的最大初动能越
大,遏止电压越高,当频率相等时,入射光的强弱决定了电流的强弱,遏止电压与入射光的强弱无关,B错误;由爱因斯坦光电效应方程hν=Ek+W0,又Ek=eUc,可得hν=eUc+W0,整理得Uc= ,则图像的斜率k= ≈4.17×10-15 V·s,解得h≈6.67×10-34 J·s,C正确;实验结果说明爱因斯坦的光电效应理论是正确的,D错误。故选AC。
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易错辨析 强化落实
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1.(多选)利用光电管研究光电效应的实验电路如图所示,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.改用紫外线照射K,电流表中没有电流通过
B.只增加该可见光的强度,电流表中通过的电
流将变大
C.若将滑动变阻器的滑片移到A端,电流表中一
定无电流通过
D.若将滑动变阻器的滑片向B端移动,电流表示数可能不变
√
√
用可见光照射阴极K,能发生光电效应,则可见光
的频率大于该阴极材料的截止频率,紫外线的频率
大于可见光,故用紫外线照射K,一定能发生光电
效应,电流表中有电流通过,A错误;增加可见光
的照射强度,单位时间内逸出金属表面的电子数增
多,光电流变大,B正确;滑动变阻器的滑片移到A端,光电管两端的电压为零,但光电子有初动能,故电流表中仍有电流通过,C错误;滑动变阻器的滑片向B端滑动时,若电流已经达到饱和电流,则电流表示数不变,D正确。
[易错分析] 本题易错点是对光电效应现象几个基本概念理解不透彻。理解饱和电流与滑动变阻器的滑片位置以及光照强度的关系是解决本题的
关键。
2.下列对光电效应规律的理解正确的是
A.遏止电压与入射光频率成正比
B.截止频率是能发生光电效应的最小频率
C.饱和电流的大小由入射光频率决定,与光照强度无关
D.所有光电子的初动能都等于光电子的最大初动能
√
根据光电效应方程结合动能定理可得Uc= ,可知遏止电压与入射光频率成线性关系,不成正比,故A错误;截止频率是能发生光电效应的最小频率,故B正确;光的频率一定时,入射光越强,单位时间内逸出的光电子数越多,饱和电流越大,故C错误;
光照射到金属表面时,电子吸收光子的能量,就可能向各个方向运动,运动过程中要克服原子核和其他原子的阻碍而损失一部分能量,剩余部分能量转化为光电子的初动能,所以从金属表面的电子只需克服原子核的引力做功就能从金属表面逸出,那么这些光电子具有最大初动能,而不从金属表面发射的光电子,在逸出的过程中损失的能量会更多,此时光电子的初动能小于最大初动能,所以所有光电子的初动能都小于等于光电子的最大初动能,故D错误。
[易错分析] 本题易错点是对光电子的最大初动能与入射光频率的关系的判断。两者不是正比关系,是一次函数线性关系。
√
3.在某次光电效应实验中,得到了入射光频率ν与遏止电压Uc的关系如图所示。该直线的斜率为k,截距为b,电子电荷量为e,则下列说法正确
的是
A.实验所用金属材料的逸出功可表示为
B.普朗克常量可表示为ke
C.若换另外一种金属实验,则k会发生变化
D.若换另外一种金属实验,则b不会发生变化
[易错分析] 本题易错点是图像的截距和斜率的物理意义。解决此类问题的关键是列出横、纵坐标的相关方程,再变形成纵坐标与横坐标的表达式。
4.(多选)如图所示,波长为λa和λb的两种单色光射入三棱镜,经折射后射出两束单色光a和b,则这两束光
A.照射同一种金属均有光电子逸出时,光电子
的最大初动能Eka>Ekb
B.射向同一双缝干涉装置,其干涉条纹间距Δxa>Δxb
C.在水中的传播速度va<vb
D.光子动量pa<pb
√
√
由题图可知,a的偏折角小,则玻璃对a光的折射率小于
对b光的折射率,所以a光的频率小于b光的频率,由爱因
斯坦光电效应方程可得Ek=hν-W0,可知照射同一种金
属均有光电子逸出时,光电子最大初动能Ekb>Eka,故A错误;a光的频率较小,波长较长,由双缝干涉条纹间距Δx= λ,可知a光干涉条纹间距较大,故B正确;a光的折射率小,由v= 可知,在水中,a光的传播速度大于b光的传播速度,故C错误;由光子的动量p= ,可知b光的光子动量较大,故D正确。
[易错分析] 本题易错点是光的折射与光的频率的关系和光电效应与光的频率的关系。解决本题的关键是熟练掌握折射定律的三个相关表达式以及光电效应方程。
5.X射线是一种高频电磁波,若X射线在真空中的波长为λ,以h表示普朗克常量,c表示真空中的光速,以ε和p分别表示X射线每个光子的能量和动量,则
√
[易错分析] 本题易错点是光子的能量与波长的关系式。光既有粒子性又有波动性,光子的动量要根据德布罗意波的波长公式求解。
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单 元 检 测 卷
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1.(2025·广东东莞高二期末)有关近代物理,下列描述正确的是
A.普朗克的假设认为微观粒子的能量是连续的
B.光电效应实验证明了光具有波动性
C.光子的能量与光的强度有关
D.光既具有波动性,又具有粒子性
√
普朗克的假设认为微观粒子的能量是不连续的,A错误;光电效应实验证明了光具有粒子性,B错误;光子能量为hν,可知光子的能量与光的强度无关,与光的频率有关,频率越高,光子的能量越大,C错误;光的干涉、衍射现象说明光具有波动性,而光电效应说明光具有粒子性,D正确。
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光子的能量为ε=hν,又λ= ,c=λν,可得光子的能量为ε=pc,故选A。
2.光子的动量为p,真空中光速为c,则光子的能量可以表示为
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位置的不确定量Δx的单位为m,动量的不确定量Δp的单位为kg·m/s,π没有单位,则普朗克常量h的单位为kg·m2/s。故选B。
3.在微观物理学中,不确定性关系告诉我们,如果以Δx表示粒子位置的不确定量,以Δp表示粒子在x方向上动量的不确定量,则ΔxΔp≥ 式中h是普朗克常量,其单位是
A.kg·m/s B.kg·m2/s
C.kg·m/s2 D.kg·m2/s2
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由光电效应方程有Ek=hν-W0,可知,光电子的最大初动能与光照的频率有关,与光照的强度和时间无关,增大光电子的最大初动能,需要增大入射光的频率。故选B。
4.如图所示的光电管,阴极和阳极密闭在真空玻璃管内部,用黄光照射时,发生了光电效应,则以下可以使光电子最大初动能增大的是
A.改用红光照射光电管
B.改用蓝光照射光电管
C.增强黄光的照射强度
D.延长黄光的照射时间
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根据光电效应方程,用单色光A照射到某金属表面时,有E1=hν-W0,用单色光B照射到某金属表面时,有E2=h·2ν-W0,联立解得W0=E2-2E1,故B正确。
5.单色光B的频率为单色光A的两倍,用单色光A照射到某金属表面时,从金属表面逸出的光电子最大初动能为E1。用单色光B照射该金属表面时,逸出的光电子最大初动能为E2,则该金属的逸出功为
A.E2-E1 B.E2-2E1
C.2E1-E2 D.
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6.如图所示,分别用1、2两种材料作K极进行光电效应探究,其逸出功的大小关系为W1>W2,保持入射光不变,则光电子到达A极时动能的最大值Ekm随电压U变化关系的图像是
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光电管所加电压为正向电压,则根据爱因斯坦光电效应方程可知光电子到达A极时动能的最大值Ekm=eU+hν-W0,可知EkmU图像的斜率相同,均为e;逸出功越大,则图像在纵轴上的截距越小,因W1>W2,则题图C正确,A、B、D错误。
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7.人们利用光电效应原理制作了紫外光电管,来对
油库等重要场所进行火灾报警,其工作电路如图所
示。只有当明火中的紫外线照射到K极时,电流表
有示数同时报警装置启动。已知太阳光中紫外线波
长在3.0×10-7~4.0×10-7m之间,而明火中的紫外
线波长在2.0×10-7~2.7×10-7m之间,下列说法正
确的是
A.通过电流表的电流是由c到d
B.只有明火照射时间足够长,电流表才会有示数
C.可以通过图中电流表示数的变化监测火情的变化
D.为避免太阳光中紫外线干扰,K极材料的截止频率应大于1.5×1015Hz
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光电子是从c到d通过电流表,而电流方向与电子定
向移动方向相反,则通过电流表的电流是由d到c,
故A错误;光电效应具有瞬时性,只要明火中的紫
外线照射到K极,电流表立即就有示数,故B错误;
若火情变大,则明火中会有更多且更高频率的紫外
线照射到K极上,将有更多的光电子运动到A极板,
形成更大的光电流,电流表示数变大,反之,则电流表示数变小,所以可以通过图中电流表示数的变化监测火情的变化,故C正确;当发生明火时,需要启动报警装置,根据c=λf可知,明火中的紫外线频率主要在1.1×1015~1.5×1015Hz之间,为避免太阳光中紫外线干扰,K极材料的截止频率应大于1.1×1015Hz,故D错误。
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8.下列关于实物粒子、光的波粒二象性说法正确的是
A.对于同种金属产生光电效应时,照射光的频率越大,逸出光电子的最大初动能也越大
B.德布罗意首先提出了物质波的猜想,而电子衍射实验证实了他的猜想
C.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
D.门镜可以扩大视野是利用光的衍射现象
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根据光电效应方程可得Ek=hν-W0,同种金属逸出功相同,对于同种金属产生光电效应时,逸出光电子的最大初动能Ek与照射光的频率成线性关系,照射光的频率越大,逸出光电子的最大初动能也越大,故A正确;德布罗意首先提出了物质波的猜想,而电子衍射实验证实了他的猜想,故B正确;热中子的德布罗意波长与晶体中原子间距大致相同,能发生明显的衍射现象,所以人们常利用热中子研究晶体的结构,故C正确;门镜可以扩大视野是利用光的折射现象,故D错误。
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9.爱因斯坦成功地解释了光电效应现象,提出了光子假说,下列关于与光电效应有关的四个图像,说法正确的是
A.如图甲装置,如果先让锌板带负电,再用紫外线照射锌板,则验电器的张角可能变小
B.根据图乙可知,黄光越强,光电流越大,说明光子的能量与光强有关
C.由图丙可知,该金属的截止频率为ν2
D.由图丁可知,该金属的逸出功为E
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如果先让锌板带负电,验电器由于带负电,张开一定的角度,当紫外线照射锌板时,发生光电效应,有电子从锌板逸出,则验电器的张角可能变小,故A正确;黄光越强,光子数越多,产生的光电子越多,光电流越大,但光子
的能量与光强无关,故B错误;根据Ek=hν-W0=eUc,解得Uc=
(ν-ν0),题图丙可知ν2为该金属的截止频率,故C正确;根据光电效应方程有Ek=hν-W0,当ν=0时,可得Ek=-W0,由题图丁知纵轴截距为-E,则W0=E,即该金属的逸出功为E,故D正确。
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10.已知人体温度越低辐射的红外线波长
越长,人的体温正常时能辐射波长为10 μm
的红外线,如图甲所示,用该红外线照射光
电管的阴极K时,电路中有光电流产生;图
乙中的图线分别为a、b两人发出的红外线产
生的光电流随电压变化的图像。已知h=6.63×10-34 J·s,c=3.0×108 m/s,则下列说法正确的是
A.由图乙可以判断出a发出的红外线的频率小于b发出的红外线的频率
B.将图甲中电源的正负极反接,回路中的电流表示数一定为零
C.人体温正常时辐射出的红外线的光子能量约为2.0×10-20 J
D.由图乙可知,a的体温高于b的体温
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对同种金属材料而言,根据光电效应方
程结合动能定理有eUc=Ek=hν-W0,可
知入射光的频率越大,光电子的最大初动
能越大,对应的遏止电压越大,由题图乙
可以得出,a发出的红外线的频率小于b发
出的红外线的频率,a的体温低于b的体温,故A正确,D错误;将题图甲中的电源正负极反接,若电源电压小于遏止电压,回路中还会有电流通过,故B错误;人体温正常时辐射出的红外线的光子能量为ε=h
=6.63×10-34× J≈2.0×10-20 J,故C正确。
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11.(7分)A、B两种光子的能量之比为2∶1,则在真空中A、B两种光子的速度之比为________;频率之比为________;动量之比为________;波长之比为________。
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12.(8分) 如图甲所示,一验电器与锌板相连,在A处用一紫外线灯照射锌板,关灯后,验电器指针保持一定偏角。
在A处用紫外线灯照射锌板,锌板产生光电效应,光电子射出后,锌板带正电,用一带少量负电的金属小球与锌板接触,会使锌板上带的正电荷减少,则验电器指针偏转角将减小。
(1)现用一带少量负电的金属小球与锌板接触,则验电器指针偏角将________(选填“增大”“减小”或“不变”)。
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(2)使验电器指针回到零,再用相同强度的钠灯发出的黄光照射锌板,验电器指针无偏转。那么,若改用强度更大的红外线灯照射锌板,可观察到验电器指针____(选填“有”或“无”)偏转。
产生光电效应需要入射光的频率大于截止频率,与光照强度无关。用相同强度的钠灯发出的黄光照射锌板,验电器指针无偏转,说明黄光不能使锌板产生光电效应,即黄光的频率低于截止频率。改用强度更大的红外线灯照射锌板,红外线的频率小于黄光的频率,则红外线也不能使锌板产生光电效应,验电器指针无偏转。
无
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(3)为了进一步研究光电效应的规律,设计了
如图乙所示的电路,图中标有A和K的为光电
管,其中K为阴极,A为阳极。现接通电源,
用光子能量为10.5 eV的光照射阴极K,电流计
中有示数,若将滑动变阻器的滑片P缓慢向右滑动,电流计的读数逐渐减小,当滑至某一位置时电流计的读数恰好为零,读出此时电压表的示数为6.0 V,则光电管阴极材料的逸出功为___ eV。
当滑至某一位置时电流计的读数恰好为零,读出此时电压表的示数为6.0 V,说明遏止电压为6.0 V,则最大初动能为Ek=eUc=6.0 eV,由光电效应方程hν=Ek+W0可得,光电管阴极材料的逸出功为W0=hν-Ek=10.5 eV-6 eV=4.5 eV。
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13.(9分)电子由静止经电势差为U=200 V的电场加速,电子质量m0=9.1×10-31 kg,求此电子的德布罗意波的波长。(h=6.63×10-34 J·s,e=1.6×10-19 C,结果保留小数点后2位)
答案:8.69×10-11 m
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14.(14分)美国物理学家密立根用如图所示的装置测量
光电效应中的几个重要物理量。已知电子的电荷量e=
1.60×10-19 C。
(1)开关S断开时,用单色光照射光电管的K极,电流表
的读数I=1.76 μA。求单位时间内打到A极的电子数N;
答案:1.1×1013个
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(2)开关S闭合时,用频率ν1=5.8×1014 Hz和ν2=6.8×1014 Hz的单色光分别照射光电管的K极,调节滑动变阻器,电压表示数分别为U1=0.13 V和U2=0.53 V时,电流表的示数刚好减小到零。求普朗克常量h。
设用频率为ν的光照射K极时,逸出的光电子的最大初动能为Ek,对应的遏止电压为U,逸出功为W0
根据光电效应方程有
Ek1=hν1-W0,Ek2=hν2-W0
答案:6.4×10-34 J·s
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根据动能定理有eU1=Ek1,eU2=Ek2
联立并代入数据解得
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15. (16分)如图所示,电源的电动势均为E,内阻不计,
光电管的阴极K用截止波长为λ0的材料制成。将开关S拨
向1,将波长为λ的激光射向阴极,改变光电管阳极A和
阴极K之间的电压,可测得光电流的饱和值为Im,已知
普朗克常量h,电子电荷量e。
(1)求t时间内由K极发射的光电子数N;
根据Imt=Ne
解得t时间内由K极发射的光电子数为N= 。
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(2)当阳极A和阴极K之间的电压为U1时,求电子到达A极
时的最大动能Ekm;
根据爱因斯坦光电效应方程有
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(3)将开关S拨向2,为能测出对应的遏止电压,求入射
激光频率的最大值νm。
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第四章
波粒二象性
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答案:eU1+hc
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