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波粒二象性

第一篇:波粒二象性

光的波粒二象性 光到底是什么?…………… 17世纪明确形成 了两大对立学说 由于波动说没有 数学基础以及牛 顿的威望使得微 粒说一直占上风 牛顿 微粒说 19世纪初证明了 波动说的正确性 惠更斯 波动说 19世纪末光电效应现象使得 爱因斯坦在20世纪初提出了 光子说:光具有粒子性 这里的光子完全不同于牛顿所说的“微粒” 光的微粒说:光是沿直线高速传播的粒子流 。

牛顿支持微粒说。人们都认为牛顿是微粒说 的代表。牛顿于1675年曾提出:“光是一群难以想象 的细微而迅速运动的大小不同的粒子”,这些粒子被 发光体“一个接一个地发射出来”。 易解释:光的直进性、影的形成、光的反射和折 射等现象。 难解释:(1)一束光入射到两种介质界面时, 既有反射,又有折射。何种情况发生反射,何种情况 下又发生折射呢?微粒说在解释这一点时遇到了很大的 困难。

(2)两束光相遇后,为何仍能沿原方向传播 这一常见的现象,微粒说则完全无能为力了。 光的波动说:某种振动,以波的形式向四周围传播。 代表人物:是荷兰的物理学家惠更斯。 易解释:(1)光的反射、折射、光的反射和折射 可以同时发生。

(2)两束光相遇后,为何仍能沿原方向传播这一 常见的现象。

难解释:光的直进性和影的形成。 干涉现象:英国医生兼物理学家托马斯· 杨于1801 年进行了 著名的杨氏干涉实验。

衍射现象:法国工程师菲涅耳于1818年演示了小 孔衍射。 干涉和衍射是波动的重要特征,从而光的波动说 得到迅速发展。人类对光的本性的认识达到一个 新的阶段。 电磁说的提出:随着物理学各方面的发 展,麦克斯韦提出了电磁波的理论,进而 了光是电磁波的结论,惠更斯的波动说发 展到了麦克斯韦的电磁说。 光 关于光的电磁说的几点强调 的 1、麦克斯韦根据电磁理论,发现电磁波的波速与光速相同,提 电 磁 出了光是一种电磁波的假说.赫兹通过实验证实了光的电磁本质,光 的电磁说把光学和电学统一起来了. 说 2、光的颜色是由电磁波的频率决定的.不同频率的色光在真空 中波速相同,在介质中波速不同.同一色光在不同介质中,频率 (颜色)不变,波长和波速都要改变.在同一介质中,频率越高, 波速起小. 3、电磁波与机械波的比较: 共同点:都能产生干涉和衍射现象;它们波动的频率都取决于波 源的频率;在不同介质中传播,频率都不变. 不同点:机械波的传播一定需要介质,其波速与介质的性质有关, 与波的频率无关.而电磁波本身就是一种物质,它可以在真空中传播, 也可以在介质中传播.电磁波在真空中传播的速度均为3.0×108m/s, 在介质中传播时,波速和波长不仅与介质性质有关,还与频率有关. 返回目录 光电效应:19世纪末,光电效应被发现,光的波 动说在光电效应面前束手无策,人们又认识到了 光确实具有粒子性。爱因斯坦提出了光的量子理 论---光子说. 人们终于认识到光既具有波动性又具有粒子性。 杨(1773~1829) 光的干涉 ???1801年,英国物理学家托马斯· 在实验室里成功的观察到了光的干涉. 1、装置特点: 一、光的干涉现象---杨氏干涉实验 屏幕 (1)双缝很近 0.1mm, 单缝 双缝 (2)双缝S1、S2与单缝S的距离相等, 2、①要用单色光 ②单孔的作用:是获得点光源 ③双孔的作用:相当于两个振 动情况完全相同的光源,双孔的 作用是获得相干光源 红滤色片 S S1 S2 用狭缝代替小孔,可以得到同样清晰, 但明亮得多的干涉条纹。 得到相干光源:一分为二的思想 光的干涉 双缝干涉 屏上看到明暗相间的条纹 激 光 束 双 缝 屏 双缝 屏幕 P3 第三亮纹 δ=3λ δ=5λ/2 δ=3λ/2 Q3 第三暗纹 P2 第二亮纹 δ=2λ Q2 第二暗纹 P1 第一亮纹 S1 S2 δ=λ Q 1 第一暗纹 P 中央亮纹 δ=0 Q1 / 第一暗纹 P3 / 第一亮纹 δ=λ Q2 / 第二暗纹 P3 / 第二亮纹 δ=2λ Q3 / 第三暗纹 P3 / 第三亮纹 δ=3λ δ=λ/2 δ=λ/2 δ=3λ/2 δ=5λ/2 P r1 S1 d S2 l x r2 O 相邻两条亮纹(或暗纹)间的距离△x为: △x l ?x ? ? d l 档板与光屏的距离λ波长d 两狭缝间的距离 其中(l>>d) l ?x ? ? d 结论:两缝间距离越小、缝到屏的距离越大,光 波的波长越大,条纹的宽度就越大。

深入研究:当实验装置一定,红光的条纹间距最 大,紫光的条纹间距最小。表明不同色光的波 长不同,红光最长,紫光最短。 如果用白光做双缝干涉实验,得到的是中央形成亮纹,两侧 为彩色的干涉条纹,思考:中央亮条纹为什么是白色的? 原因:1、各种色光均在中央形成亮纹,复合后为白光。

2、各种色光形成的干涉条纹间距不同,所以其余亮纹错开,形 成彩色干涉条纹。 光的干涉现象反映了光的波动性,而波动性的另 一特征是波的衍射现象,光是否具有衍射现象呢? 如果有衍射现象,为什么在日常生活中我们没有观 察到光的衍射现象呢? 水波、声波都会发 生衍射现象,它们 发生衍射的现象特 征是什么? 知识回顾:波的衍射 ①波可以绕过障碍物继续传播,这种现象叫做 波的衍射。

②只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相 差不多,或者比波长更小时,才能观察到明 显的衍射现象。

③一切波都能发生衍射,衍射是波特有的现象。 一切波都能发生衍射,通过衍射把能量 传到阴影区域,能够发生明显衍射的条件是 障碍物或孔的尺寸跟波长差不多. 激 光 束 调节狭 缝宽窄 像 屏 取一个不透光的屏, 在它的中间装上一个 宽度可以调节的狭缝, 用平行的单色光照射, 在缝后适当距离处放 一个像屏 . 用平行光(如激光) 照射单缝,随着单缝 宽度的逐渐变小,屏 上出现了明暗相间的 条纹——单缝衍射条 纹,即光通过狭缝后, 明显地偏离了直线传 播的方向,发生了衍 射现象。 单缝衍射条纹的特征 1、中央亮纹宽而亮. 2、两侧条纹具有对称性,亮纹较窄、较暗. 单缝衍射条纹的特征: 1、各级亮纹的宽度不同,中央条纹最宽,两侧 条纹越来越窄 2、各级亮纹的亮度不同,中央亮纹最亮,向两 侧依次亮度减小, 3、白光的单缝衍射条纹中央白色亮纹,两侧为 彩色亮纹(原因:白光中的各种色光均在中央形 成亮纹,复合后为白光,同时白光中各种色光通 过单缝衍射程度不同,致使其余亮纹依次错开, 结果形成彩色衍射条纹) 观察下列衍射图样,分析衍射规律: 不同缝宽的单缝衍射 不同色光的单缝衍射 A S 1、 孔较大时——屏 上出现清晰的光斑 B 2、 孔较小时——屏上出现 衍射花样 A S B 用电光源照射圆孔,随 着圆孔的逐渐减小,屏上 出现了明暗相间的圆环— —圆孔衍射条纹,表明光 明显地偏离了直线传播的 路线,发生了明显的衍射 现象。 孔较小时——屏 上出现衍射花样 不只是狭缝和圆孔,各种不同形状的物体都能 使光发生衍射,以至使影的轮廓模糊不清,其原 因是光通过物体的边缘而发生衍射的结果.历史 上曾有一个著名的衍射图样——泊松亮斑. 钢针的衍射 圆孔衍射 圆屏衍射 疑难辨析1:单缝衍射图样与双缝干涉图样的区别 (1)条纹宽度有别

双缝干涉条纹是等宽的,条纹间的距离是相等 的,而单缝衍射中央亮纹最宽,两侧亮纹是等宽的。

(2)光强分布不同 双缝干涉条纹如果不考虑距离的远近造成传播 上的损失,每条亮纹的光强分布是相同的,而单缝 衍射条纹的光强分布主要集中在中央亮纹,中央亮 纹的光强占整个光强的95%以上。 疑难辨析2:光的衍射现象与光的直线传播 光的衍射现象是光的波动性的表现,现象是否明显, 取决于障碍物或孔的大小,当障碍物或孔的大小与光 波的波长相仿,或者比波长小时,就会明显地偏离直 线传播的路径绕到“阴影”区域, 光是一种波,在任何情况下,都会发生衍射现象, 只是程度不同而已,所以严格地说光并不是沿直线传 播,但在明显衍射的条件得不到满足时,衍射极不明 显,这时可以认为光是沿直线传播的,所以光的直线 传播只是一种近似规律。 疑难辨析3:衍射条纹产生的实质 实质上是光波发生干涉的结果即相干波叠加的结 果,当光源发出的光照射到小孔或障碍物时,小孔处 或障碍物的边缘可看成许多点光源,这些点光源是相 干光源,发出的光相干涉,形成明暗相间的条纹。

第一篇:波粒二象性

南师附中江宁分校高三物理一轮教案 《波粒二象性》 波粒二象性 基础复习 1、黑体与黑体辐射 (1)热辐射:周围的一切物体都在辐射_电磁波,这种辐射与_温度_有关 (2)黑体:能_完全吸收_入射的各种波长的电磁波而不发生反射,这种物体称为绝对黑体。

简称黑体。

(3)黑体辐射的实验规律 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。随着温度的升高,一方面, 各种波长的辐射强度都有_增加_; 另一方面, 辐射强度的极大值向波长___较短_的方向移动。

2、能量子

(1)定义:普朗克认为,振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量ε(称为能量子) 的_整数倍__,即:ε, 1ε, 2, 3ε, ... nε. n 为正整数,这个不可再分的最小能量值 ε称为能量子。

-34 (2)能量子的表达式:ε=___hν__ (其中普朗克常量 h=6.626×10 J·S) 3、 光电效应

在光的照射下物体发射__电子___的现象, 叫光电效应, 发射出来的电子叫___ 光电子__。

(1)光电效应规律 ①存在着_饱和__电流,入射光越_强___,__饱和__电流越大,即单位时间内发射的光电子 数目越多。

②存在着__遏止__电压 Uc 和____截止___频率νc ③光电效应具有__瞬时__性,入射光频率超过截止频率时,无论光怎样弱,产生电流的时间 -9 不超过___10 s_____。

(2)逸出功 电子从金属中逸出所需做功的最小值,不同的金属逸出功不同。

(3)光子说 在空间传播的光不是__连续的____,而是一份一份的,每一份称为___光子____,光子的能 量 E=___ hν___ (4)光电效应方程:____Ek=_ hν-W0___ 光电效应方程表明,光电子的初动能与入射光的频率ν成线性关系,与光强_无关___。只有 当 hν__>___ W0 时,才有光电子逸出。ν0= W0/h 就是光电效应的_截止频率__。

4、康普顿效应 (1) 在研究石墨对 X 射线的散射时, 在散射的 X 射线中, 除了与入射波长λ0 相同的成分外, 还有波长大于λ0 的成分,人们把这种波长__变大___的现象叫康普顿效应。

(2)光电效应和康普顿效应揭示了光的粒子性的一面。光电效应表明光子具有__粒子性_, 而康普顿效应则表明光子除具有___能量___外,还具有__动量__。

(3)光子的动量:p=___h/λ____ 5、光的波粒二象性:光既具有___波动性___,又有__粒子性__ (1)大量光子产生的效果显示出___波动性___,个别光子产生的效果显示出___粒子性 _______. (2)光子和电子、质子等实物粒子一样,具有能量和动量.与其它物质相互作用 时,___ 粒子性__起主导作用;在光的传播过程中,光子在空间各点出现的可能性的多少(概率),__ 波动性___起主导作用。

(3)对不同频率的光,频率低、波长长的光,_波动性_显著;而频率高、波长短的光, 1 南师附中江宁分校高三物理一轮教案 《波粒二象性》 __粒子性__显著. 6、物质波 任何运动物体都有__一种波__对应,波长是___λ=h/p___ 7、概率波 (1)经典的粒子和经典的波 物理学经典的粒子运动的基本特征是任意时刻具有__确定位置___和___速度____以及时空 中具有__确定轨道__,遵从牛顿第二定律。

经典的波的基本特征是具有一定的__频率__和___波长__,也就是说具有时空的_周期性。

(2)概率波 在双缝干涉图样中,不能肯定某个光子落在那一点,即光子落在各点的概率是不一样的。但 光子落在明纹处的概率_大__, 落在暗纹处的概率___小__。

光子在空间出现的概率可以通过 __波动__规律确定,所以光波是一种_概率波_。

8、不确定性关系 由不确定关系ΔxΔp≥ h 可知,微观粒子的_位置_和__动量__是不能同时被确定的,这也 4π 就决定了不能用_经典__的观念来描述粒子的运动,因为___经典物理学_对应的粒子某时刻 应该有确定的位置和动量,但这是不符合实验规律的。 重点难点 1. 光电效应现象的实验规律

光电效应现象的实验规律

(1)对于任何一种金属,入射光的频率必须大于某一极限频率才能产生光电效应,低于这 个极限频率,无论强度如何,无论照射时间多长,也不能产生光电效应; (2)在单位时间里从金属极板中发射出的光电子数跟入射光的强度成正比; (3)发射出的光电子的最大初动能与入射光强度无关,只随入射光频率的增大而增大; (4)只要入射光的频率高于金属极板的极限频率,无论其强度如何,光电子的产生都几乎 是瞬时的,不超过 10 9s. — 2.光子说 . 光子说的主要内容为:沿空间传播的光是不连续的,而是一份一份的,每一份叫做一个光量 子,简称光子;光子的能量 E 与光的频率ν成正比,比例系数即为普朗克常量 E=hν h=6.63×10 – 34 J.s——普朗克恒量 Ek 3. 爱因斯坦光电效应方程 1 2 mv m = hγ ? W 2 ν 0 α ν0 -W 爱因斯坦光电效应方程的图象 爱因斯坦光电效应方程是能量守恒定律在光电效应现象中的表现形式 逸出功和极限频率的关系: W = hγ 0 得 λ0 = 极限波长和极限频率的关系

由 v = λf c γ0 典例分析 2 南师附中江宁分校高三物理一轮教案 《波粒二象性》 [例 1] 2007 年江苏卷 8、2006 年度诺贝尔物理学奖授予了两名美国科学家,以表彰他们发现 例 了宇宙微波背景辐射的黑体谱形状及其温度在不同方向上的微小变化。

他们的出色工作被誉 为是宇宙学研究进入精密科学时代的起点, 下列与宇宙微波背景辐射黑体谱相关的说法中正 确的是 ( A C D ) -3 A、微波是指波长在 10 m 到 10m 之间的电磁波 B、微波和声波一样都只能在介质中传播 C、黑体的热辐射实际上是电磁辐射 D、普朗克在研究黑体的热辐射问题中提出了能量子假说 [例 2] 07 年 1 月广东省汕尾市调研测试 8、如图 5 所示为光敏电阻自动计数器的示意图,其 例 中 A 是发光仪器,B 是传送带上物品,R1 为光敏电阻,R2 为定值电阻,此光电计数器的基 本工作原理是( B D ) A、当有光照射 R1 时,信号处理系统获得高电压 B、当有光照射 R1 时,信号处理系统获得低电压 A C、信号处理系统每获得一次低电压就记数一次 D、信号处理系统每获得一次高电压就记数一次 信号 R1 处理 图5 R2 [例 3] 07 年扬州市期末调研测试 4.如图所示,一细束白光通过三棱镜折射后分为各种单色 例 光,取其中 a、b、c 三种色光,并同时做如下实验:①让这三种单色光分别通过同一双缝干 涉实验装置在光屏上产生干涉条纹(双缝间距和缝屏间距均不变); ②让这三种单色光分别照射锌板;③让这三种单色光分别垂直 c 投射到一条直光纤的端面上;下列说法中正确的是( B ) b 白光 A.c 种色光的波动性最显著 a B.c 种色光穿过光纤的时间最长 C.a 种色光形成的干涉条纹间距最小 D.如果b种色光能产生光电效应,则a种色光一定能产生光电效应 [例 4]在图中,直线 PQ 表示光电子的最大初动能与入射光频率ν 的变化关系。

例 (1)图中哪一个值可确定普朗克恒量 h。 (2)图中哪一个线段表示极限频率ν 0 的值。 (3)图中哪一个线段相当于金属的逸出功 W。

[例 5]如图所示是做光电效应实验的装置简图。在抽成真空的玻璃管内,K 为阴极(用金属 例 铯制成,发生光电效应的逸出功为 1.9eV),A 为阳极。在 a、b 间不接任何电源,用频率为 ν (高于铯的极限频率)的单色光照射阴极 K,会发现电流表指针有偏转。这时,若在 a、 b 间接入直流电源,a 接正极,b 接负极,并使 a、b 间电压从 单色光 零开始逐渐增大,发现当电压表的示数增大到 2.1V 时,电流 A K 表的示数刚好减小到零。求

⑴a、b 间未接直流电源时,通过电流表的电流方向。

μ A ⑵从阴极 K 发出的光电子的最大初动能 EK 是多少焦? V a b ⑶入射单色光的频率是多少? 解:.⑴光电子由 K 向 A 定向移动,光电流由 A 向 K, 3 南师附中江宁分校高三物理一轮教案 《波粒二象性》 因此通过电流表的电流从下向上。

⑵具有最大初动能的电子刚好不能到达 A 板, -19 对该电子用动能定理,EK=Ue 得最大初动能为 2.1eV=3.36×10 J 14 ⑶由光电效应方程:EK=hν-W,得ν=9.65×10 Hz [例 6]深沉的夜色中,在大海上航行的船舶依靠航标灯指引航道。图所示是一个航标灯自动 例 控制电路的示意图。电路中的光电管阴 极 K 涂有可发生光电效应的金属。

下表 反映的是各种金属发生光电效应的极 限频率和极限波长,又知可见光的波长 在 400nm~770nm (1nm=10-9m )。

各种金属发生光电效应的极限频率和 极限波长

金属 极限频率(Hz) 极限波长(?m) 铯 4.545×10 0.6600 14 钠 6.000×10 0.5000 14 锌 8.065×10 0.3720 14 银 1.153×10 0.2600 15 铂 1.529×1015 0.1962 根据上图和所给出各种数据,你认为 (1)光电管阴极 K 上应涂有金属________; (2)控制电路中的开关 K 应和__________(填“a”或“b”)接触; (3)工人在锻压机、冲床、钻床等机器上劳动时,稍有不慎就会把手压在里面,造成工伤 事故。如果将上述控制电路中的电灯换成驱动这些机器工作的电机,这时电路中开关 K 应 和_________接触,这样,当工人不慎将手伸入危险区域时,由于遮住了光线,光控继电器 衔铁立即动作,使机床停止工作,避免事故发生。

(1)铯(2)b(3)a 巩固作业(A) 班级____________姓名_______________ 巩固作业(A) 1、在光电效应实验中,如果需要增大光电子到达阳极时的速度,可采用的方法是( D A.增加光照时间. C.增大入射光的强度. B.增大入射光的波长. D.增大入射光频率. D ) ) 2、关于光电效应有如下几种陈述,其中正确的是

( A.金属电子的逸出功与入射光的频率成正比; B.光电流强度与入射光强度无关; C.用不可见光照射金属一定比可见光照射金属产生的光电子的初动能要大 D.对任何一种金属都存在一个“最大波长”,入射光的波长必须小于这个波长,才能产生 光电效应。

3、金属钠的逸出功为 2.48eV,则下列各色光中,能使钠发生光电效应的有:( CD A.波长为 6.5×10 m 的红光 B.频率为 5.5×1014Hz 的红光 C.波长为 4.8×10-7m 的蓝光 D.频率为 7.5×1014Hz 的紫光。

4、下列光的波粒二象性的说法中,正确的是 A.有的光是波,有的光是粒子. 4 -7 ) ( C ) 南师附中江宁分校高三物理一轮教案 《波粒二象性》 B.光子与电子是同样的一种粒子. C.光的波长越长,其波动性越显著,波长越短,其粒子性越显著. D.大量光子产生的效果往往显示出粒子性. 5、实验表明电子也有波粒二象性,由于电子的粒子性比光强,故电子的波长比光的波长更 短,电子和光相比,我们 ( B ) A.更容易观察到明显的衍射现象和干涉现象 B.不容易观察到明显的衍射现象和干涉现象 C.不容易观察到明显的衍射现象,但容易观察到干涉现象 D.更容易观察到明显的衍射现象,但不容易观察到干涉现象 6、研究光电效应规律的实验装置如图所示,以频率为 ν 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 作减速运动。光电流 i 由图中电流计 G 测出,反向电压截止电压 U0 由电压表测出。在下 列表示光电效应实验规律的图象中,错误的是( B ) 7、下列关于物质波的认识中正确的是 ( CD ) A.任何一个物体都有一种波和它对应,这就是物质波 B.X 光的衍射证实了物质波的假设是正确的 C.电子的衍射证实了物质波的假设是正确的 D.物质波是一种概率波 8、A 和 B 两种单色光均垂直照射到同一条直光纤的端面上,A 光穿过光纤的时间比 B 光穿 过光纤的时间长。现用 A 和 B 两种光照射同种金属,都能发生光电效应,则下列说法正确 的是( BD ) A.光纤对 B 光的折射率大 B.A 光打出的光电子的最大初动能一定比 B 光的大 C.A 光在单位时间内打出的电子数一定比 B 的光的多 D.B 光的波动性一定比 A 光显著 9、频率为 v 的光子,德布罗意波长为λ=h/p,能量为 E,则光的速度为 ( A.Eλ/h B.pE C.E/p D.h2/Ep AC ) 10、在验证光的波粒二象性的实验中,采用很微弱的光流,使光子一个一个地通过狭缝.如 曝光时间不太长,底片上出现______ (无规则分布的点子,规则的衍射条纹) 11、光的 和 等现象表明光具有波动性,而 现象和 ;如时间足够长,底片上将会显示_____ . 效应表明光具有粒子性,按波动说,光的能量是由_______________决定的,按照光子说光 5 南师附中江宁分校高三物理一轮教案 《波粒二象性》 子的能量是跟 ?7 成正比的. 干涉,衍射,光电效应,康普顿,频率 12、波长为 6.0 × 10 m 的单色光,问:(1)这一单色光的频率是多大?(2)此单色光的 1 个光子的能量是多少 J?合多少 eV?(普朗克常量 h = 6.63×10-34 J.s) 14 -19 (1)、5.0×10 Hz (2)、3.315×10 J、合 2.07eV 13、某频率的单色光照射到一块金属板表面时,能发生光电效应,测得光电子的最大初动能 为 2 电子伏。若换用频率是原来的 1.8 倍的单色光照射该金属,光电子的最大初动能为 6 电 子伏。试求该金属的逸出功。

W0=3eV 14、(1)一颗质量为 5.0kg 的炮弹:以 200m/s 的速度运动时,它的德布罗意波长多大? 假设它以光速运动,它的德布罗意波长多大?若要使它的德布罗意波长与波长是 400nm 的紫 光波长相等,则它必须以多大的速度运动? (2)阴极射线管中电子的速度为 2×107m/s,请计算它的德布罗意波波长. -37 解(1)子弹的德布罗意波长为:λ=h/p=h/mv=6.63×10 m -43 它以光速运动时的德布罗意波长为:λ2=h/p=4.42×10 m -28 由λ=h/mv 得:v=h/λm=3.3×10 6.63 ×10?34 (2) λ = h = h = = 3.6 ×10?11 m p mv 9.1×10?31 × 2 ×107 巩固作业(B) 班级____________姓名_______________ 巩固作业(B) 1、电子显微镜的分辨率高达 0.2nm(波长越短,分辨率越高),如果有人制造出质子显微镜, 在加速到相同的速度情况下,质子显微镜的最高分辨率将 ( A ) A.小于 0.2nm. B.大于 0.2nm C.等于 0.2nm D.以上说法均不正确 2、一束复色光从玻璃界面 MN 射向空气时分成 a、b、c 三束光,如图所示,那么可以判定( A ) A.在玻璃中 a 光束的速度最大? B.在玻璃中 c 光束的速度最大? C.若 b 光束照射光电管恰能发生光电效应,那么光束 a 照射这 个光电管也一定能发生光电效应? D.c 光束的光子能量最小 3、如图所示,一细束白光通过三棱镜折射后分为各种单色光,取其 中的 a、b、c 三种色光,并分别让这三种色光通过同一双缝干涉实验装置在光屏上产生干涉 条纹,比较这三种色光的光子能量以及产生的干涉条纹间距大 小,下面说法正确的是 ( BC ) A.a 的光子能量最大 B.a 的光子能量最小 C.a 形成的干涉条纹间距最大 D.a 形成的干涉条纹间距最小 4、 2002 年诺贝尔物理学奖中的一项是奖励美国科学家贾科尼和日本科学家小柴晶俊发现了 宇宙 X 射线源. 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 6 南师附中江宁分校高三物理一轮教案 《波粒二象性》 普朗克常量,c 表示真空中的光速,以 E 和 p 分别表示 X 射线每个光子的能量和动量, 则( D ) B.E= hλ hλ ,p= 2 c c C. E= hc ,p=0, D.E= hc ,p= h hλ A.E= ,p=0 c λ λ λ 5、如图所示,有一验电器与锌板相连,现用一弧光灯照射锌板一段时间,关灯后,验电器 指针保持一定偏角,下列说法正确的是( C ) A.用一带负电的金属小球与锌板接触,验电器指针偏角一定变大 B. 用一带负电的金属小球与锌板接触, 验电器指针偏角 一定变小 C. 使验电器指针回到零, 改用强度更大的弧光灯照射锌 板相同时间,验电器指针偏角将增大 D. 使验电器指针回到零, 改用强度更大的红外线灯照射 锌板相同时间,验电器指针将偏转 6、 已知金属甲发生光电效应时产生光电子的最大初动能 跟入射光的频率关系如直线 1 所示。现用某单色光照射金属甲 EK 1 a b 的表面,产生光电子的最大初动能为 E1,若用同样的单色光照 c 射金属乙表面,产生的光电子的最大初动能 E2,如图所示。则 E1 金属乙发生光电效应时产生光电子的最大初动能跟入射光的频 E2 率关系图线应是( A ) ν O A.a B.b C.c D.上述三条图线都有可能 7、在图甲所示的装置中,K 为一金属板,A 为金属电极,都密封在真空的玻璃管中,W 为 、 由石英片封盖的窗口,单色光可通过石英片射到金属板 K 上,E 为输出电压可调的直流电 源,其负极与电极 A 相连, ○ 是电流表.实验发现,当用某种频率的单色光照射 K 时,K A 会发出电子(光电效应),这时,即使东 K 之间的电压等于零,回路中也有电流,当 A 的电势低于 K 的电势且低到某一值 Uc 时,电流消失,Uc 称为截止电压.当改变 照射光的频率 v,截止电压 U c 也将随之改 变,其关系如图乙所示.如果某次实验我们 测出了画这条图线所需的一系列数据,又知道了电子的电荷量,则可求得 ( A B C ) A.该金属的极限频率 B.该金属的逸出功 C.普朗克常量 D.电子的质量 8、当每个具有 5.0eV 的光子束射入金属表面后,从金属表面逸出的电子具有最大初动能是 1.5eV,为了使这种金属产生光电效应,入射光子的最低能量是______,为了使从金属表面 逸出的电子具有的最大初动能加倍,入射光子的能量是______. 3.5eV;6.5eV. 9、一个电子由静止经电势差为 100 V 的加速电场加速后,德布罗意波波长为_______ nm(不 考虑相对论效应,电子质量 m=0.91×10-30 kg). 0.123 11、某脉冲激光器的耗电功率为2×103W,每秒钟输出10个光脉冲,每个脉冲持续的时间为 7 南师附中江宁分校高三物理一轮教案 《波粒二象性》 10-8s,携带的能量为0.2 J,则每个脉冲的功率为_______ W,该激光器将电能转化为激光能 7 量的效率为_______. 2×10 ,0.1%? 12、 小灯泡的功率 P=1W, 设其发光向四周均匀辐射,平均波长λ=10-6cm,求在距离 d =1.0 ×104m 处,每秒钟落在垂直于光线方向上面 S =1cm2 上的光电子数是多少?( h = 6.63 × 10-34J·S) 解:每秒钟内小灯炮发出的能量为 E=Pt=1J 光子的能量

ε = hν = hc / λ = 6.63 × 10 2 × 3 × 10 8 / 10 ?6 J=1.989×10-19J 18 ?19 小灯泡每秒钟辐射的光子数

n = E / ε = 1 / 1.989 × 10 (个)=5×10 (个) 2 2 2 ?34 距离小灯泡 d 的球面面积为

S=4πd =4π×(1.0×104) =1.256×1013cm 所在射到 1cm 的球面上的光子数为

N = n / S = 5 × 10 / 1.256 × 10 =4×10 (个) 18 13 5 -7 -7 13、一光电管的阴极用极限波长 λ0=5.0×10 m 的钠制成。用波长 λ=3.0×10 m 的紫外线 照射阴极,光电管阳极 A 和阴极 K 之间的电势差 U =2.1V,光电流的饱和值 I =0.56mA。

(l)求每秒内由 K 极发射的电子数。

(2)求电子到达 A 极时的最大动能。

(3)如果电势差 U 不变,而照射光的强度增到原值的 3 倍,此时电子到达 A 极时的最大动能 -34 -19 是多少?(普朗克恒量 h=6.63×10 J·s,电子的电量 e=1.6×10 C)。

解:(1)每秒内由 K 极发射的电子数

n = It / e = 3.5 × 10 个 12 (2)由爱因斯坦光电效应方程得: 1 1 E k = hν ? W0 = hc( ? ) = 6.63 × 10 ?34 × 3 × 10 8 × ( λ λ0 1 1 ? )J ?7 3.0 × 10 5.0 × 10 ?7 -19 =2.65×10 J 再由动能定理,有

eU = E km ? E k 到达 A 极时的最大动能为: E km = E k + eU = 2.65 × 10 ?19 + 1.6 × 10 ?19 × 2.1 (J)=6.01×10-19J (3)当光强度增到原值三倍时,电子到达 A 极时的最大动能不变。 8

第一篇:波粒二象性

人教版高中物理选修 3-5 第十七章《波粒二象性》练习题 1.关于热辐射下列说法中正确的是( ) A.物体在室温时辐射的主要成分是波短较长的电磁波 B.随着温度的升高热辐射中较短波长的成分越来越多 C.给一块铁块加热依次呈现暗红、赤红、橘红等颜色 D.辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同,这是热辐射的一种特性 2.下列宏观概念中,是量子化的有

A.物作文体的质量 B.带电粒子的电荷量 C.汽车的个数 ( ) D.卫星绕地球运行的轨道 3.红、橙、黄、绿四种单色光中,光子能量最小的是 A.红光 B.橙光 C.黄光 ( D.绿光 ) 4.黑体 辐射的实验规律如图所示,由图可知 A.随温度升高,各种波长的辐射强度都有增加 B.随温度降低,各种波长的辐射强度都有增加 C.随温度升高,辐射强度的极大值向波长较短的方向移动 D.随温度降低,辐射强度的极大值向波长较长的方向移动 5.下列关于光电效应的说法正确的是( ) A.若某材料的逸出功是 W,则它的极限频率 ν0=W/h B.光电子的初速度和入射光的频率成正比 C.光电子的最大初动能和入射光的频率成正比 D.光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大 6.在下列各组所说的两个现象中,都表现出光具有粒子性的是( ) A.光的折射现象、偏振现象 C.光的衍射现象、色散现象 B.光的反射现象、干涉现象 D.光电效应现象、康普顿效应 7.当具有 5.0 eV 能量的光子照射到某金属表面后,从金属表面逸出的电子具有最大的初动能是 1.5 eV. 为了使这种金属产生光电效应,入射光 的最低能量为( ) A.1.5 eV B.3.5 eV C.5.0 eV D.6.5 eV 8.紫外线光子的动量为 hν/c。一个静止的 O3 吸收了一个紫外线光子后( ) A.仍然静止 C.沿光子运动相反方向运动 B.沿着光子原来运动的方向运动 D.可能向任何方向运动 9.如图所示为一光电管的工作原理图,当用波长为 λ 的光照射阴极 K 时,电路中有光电流,则( ) A.换用波长为 λ1 (λ1>λ)的光照射阴极 K 时,电路中一定没有光电流 B.换用波长为 λ2 (λ2<λ)的光照射阴极 K 时,电路中一定有光电流 C.增加电路中电源的路端电压,电路中的光电流一定增大 D.将电路中电源的极性反接,电路中可能还有光电流 10.某光波射到一逸出功为 W 的光电材料表面,所产生的光电子在垂直于磁感应强度为 B 的匀强磁场 中做圆周运动的最大半径为 r, 则该光波的频率为(设电子的质量为 m, 带电量为 e, 普朗克常量为 h)( 第 1 页 共/ 4 页 ) [来源:学+科+网 Z+X+X+K] W A. h e2B2r2 B. 2mh W e2B2r2 C. + h 2mh ) W e2B2r2 D. - h 2mh 11.关于光电效应,下列说法中正确的是( A.发生光电效应时,逸出功与入射光的频率成正比 B.用不可见光照射金属一定比用可见光照射同种金属产生的光电子的初动能大 C.光电流的强度与入射光的强度无关 D.任何一种金属都存在一个“最大波长” ,入射光的波长必须小于这个波长,才能发生光电效应 12.下列说法中正确的是( ) A.电子束的衍射实验证明了宏观物体的波动性 B.宏观物体的波动性我们不易观察到的原因是因为其波长太小 C.电子有波动性,而质量较大的中子和质子没有波动性 D.德布罗意因为电子束的衍射实验获得 1929 年的诺贝尔物理学奖 13.光电效应的四条规律中,波动说仅能解释的一条规律是( ) A.入射光的频率必须大于或等于被照金属的极限频率才能产生光电效应 B.发生光电效应时,光电流的强度与人射光的强度成正比 C.光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大 D.光电效应发生的时间极短,一般不超过 10-9s 14.发生光电效应时,若保持入射光强度不变,而增大入射光的波长,则( A.光电流强度减小,光电子的最大初动能不变 B.光电流强度不变,光电子的最大初动能减小 C.光电流强度减小,光电子的最大初动能减小 D.光的波长增大到一定程度后,就不能发生光电效应 15.用光照射某种金属,有光电子从金属表面逸出,如果光的频率不变,而减弱光的强度,则( A.逸出的光电子数减少,光电子的最大初动能不变 B.逸出的光电子数减少,光电子的最大初动能减小 C.逸出的光电子数木变,光电子的最大初动能减小 D.光的强度减弱到某一数值,就没有光电子选出了 16.用绿光照射一光电管,能产生光电效应,欲使光电子从阴极逸出时的最大初动能增大,应采用的措 施是 ( ) B.增大绿光的强度 ) C.增大光电管的加速电压 D.改用紫光照射 ) ) A.改用红光照射 17.下列关于光电效应的说法正确的是( A.只要入射光的强度足够大,就可以产生光电流 B.光电流的强度与入射光的频率有关,光的频率越大,光电流越大 C.入射光的频率高于极限频率时,光的强度越大,光电流越大 D.入射光的频率高于极限频率时,光的强度越大,产生的光电子的最大初动能越大 18.关于康普顿效应下列说法中正确的是( ) B.康普顿效应证明了光的粒子性 A.石墨对 X 射线散射时,部分射线的波长变长 第 2 页 共/ 4 页 C.康普顿效应仅出现在石墨对 X 射线的散射中 19.下列关于光子的说法中,正确的是( ) D.光子有动量 A.在空间传播的光不是连续的,而是一份一份的,每一份叫做一个光子 B.光子的能量由光强决定,光强大,每份光子的能量一定大 C.光子的能量由光频率决定,其能量与它的频率成正比 D.光子可以被电 20.某金属在一束绿光的照射下发生了光电效应( ) A.若增加绿光的照射强度,则单位时间内逸出的光电子数不变 B.若增加绿光的照射强度,则逸出的光电子最大初动能增加 C.若改用紫光照射,则逸出的光电子的最大初动能增加 D.若改用紫光照射,则单位时间内逸出的光电子数目一定增加 21.关于光的波粒二象性的叙述中正确的是 A.光有波动性,又有粒子性,这是相互矛盾、不统一的 B.任何光现象都能明显地显示波动性与粒子性 C.大量光子产生的效果往往显示波动性,个别光子产生的效果往往显示粒子性 D.频率较低的光子往往显示波动性,频率较高的光子往往显示粒子性 22.用红光照射光电管发生光电效应时,光电子的最大初动能为 Ek,光电流的强度为 I.若改用强度与 红光相同的紫光照射同一光电管,则产生的光电子的最大初动能和光电流的强度正确的是 ( A.Ek 增大,I 增大 B.Ek 增大,I 减小 C.Ek 增大,I 不变 ) ) D.Ek 减小,I 不变 23.关于物质波的认识,下列说法中正确的是( A.电子的衍射实验证实了物质波的假设是正确的 B.物质波也是一种概率波 C.任一运动的物体都有一种波和它对应,这就是物质波 D.宏观物体尽管可以看作物质波,但他们不具有干涉、衍射等现象 24.如图所示的电路中两个光电管是由同种金属材料制成的阴极。现用 强度相同的两束光分别照射在两个光电管的阴极上,紫光照在(甲)电 路的光电管上,绿光照在(乙)电路的光电管上,若都能产生光电效应, 则下列判断正确的是( ) A.从 A、B 两个极板射出光电的最大初动能一样大 B.打到 C 极上的光电子的最大动能一定大于打到 D 极上的光电子的最大动能 C.单位时间内由 A、B 两个金属极板产生的光电子的数目一样多 D.单位时间内由 B 极板产生的光电子的数目更多些 25.2005 年是“世界物理年” ,100 年前的 1905 年是爱因斯坦的“奇迹”之年,这一年他先后发表了三 篇具有划时代意义的论文, 其中关于光量子的理论成功地解释了光电效应现象.关于光电效应, 下列说法 正确的是( ) A.当入射光的频率低于极限频率时.不能发生光电效应 第 3 页 共/ 4 页 B.光电子的最大初动能与入射光的频率成正比 C.光电子的最大初动能与入射光的强度成正比 D.某单色光照射一金属时不能发生光电效应,改用波长较短的光照射该金属可能发生光电效应 26.用绿光照射金属钾时恰能发生光电效应,在下列情况下仍能发生光电效应的是 A.用红光照射金属钾,而且不断增加光的强度 B.用较弱的紫外线照射金属钾 C.用黄光照射金属钾,且照射时间很长 D.只要入射光的波长小于绿光的波长,就可发生光电效应 27.利用光子说对光电效应的解释,下列说法正确的是( A.金属表面的一个电子只能吸收一个光子 B.电子吸收光子后一定能从金属表面逸出,成为光电子 C.金属表面的一个电子吸收若干个光子,积累了足够的能量才能从金属表面逸出 D.无论光子能量大小如何,电子吸收光子并积累了能量后,总能逸出成为光电子 28.现有 a、b、c 三束单色光, 其波长关系为λ a>λ b>λ c,用 b 光束照射某种金属时,恰能发生光电 效应。若分别用 a 光束和 c 光束照射该金属,则可以断定 A.a 光速照射时,不能发生光电效应 B.c 光束照射时,不能发生光电效应 C.a 光束照射时,释放出的光电子数目最多 D.c 光束照射时,释放出的光电子的最大初动能最小 29 .由不确定关系可以得出的结论 是( ) ( ) ) ( ) A.如果动量的不确定范围越小,则与之对应的坐标的不确定范围就越大 B.如果坐标的不确定范围越小,则动量的不确定范围就越大 C .动量的不确定范围和与之对应的坐标的不确定范围不成反比关系 D.动量的不确定范围和与之对应的坐标的不确定范围有唯一确定的关系 30.黄光的频率范围约在 5.0× 14~5.2× 14Hz 之间,它在空气中的波长范围是______________。

10 10 31.康普顿效应证实了光子不仅具有能量,也有动量,下图给 出了光子与静止电子碰撞后,电子的运动方向,则碰后光子可 能沿方向 或“变长”。

) 32.如右图所示,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,指针保持一定偏角。

(1)现用一带负电的金属小球与锌板接触,则验电器指针偏角将 (填“增大”“减小”或“不变”). (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 (填“有”或“无” )偏转。

运动,并且波长 (填“不变” “变小” 第 4 页 共/ 4 页
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