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波粒二象性第十七章章末小结第十七章规律方法2触及高考3考题探析4临场练兵5知识结构1知识结构规律方法一、应用光电效应方程解题的方法光电效应方程表达式为Ek＝hν－W0。其中，Ek＝12mev2为光电子的最大初动能，W0为逸出功。光电效应方程表明，光电子最大初动能与入射光的频率ν呈线性关系，与光强无关。只有当hνW0时，才有光电子逸出，νc＝W0h就是光电效应的截止频率。(1)常见物理量的求解物理量求解方法最大初动能EkEk＝hν－W0，ν＝cλ遏止电压UceUc＝Ekm⇒Uc＝Ekme截止频率νcνc＝W0h(2)应用光电效应规律解题应当明确①光电效应规律中“光电流的强度”指的是光电流的饱和值(对应从阴极发射出的电子全部被拉向阳极的状态)。因为光电流未达到饱和值之前，其大小不仅与入射光的强度有关，还与光电管两极间的电压有关，只有在光电流达到饱和值以后才和入射光的强度成正比。②明确两个决定关系a．逸出功W0一定时，入射光的频率决定着能否产生光电效应以及光电子的最大初动能。b．入射光的频率一定时，入射光的强度决定着单位时间内发射出来的光电子数。(青州一中2014～2015学年高二下学期期末)小明用金属铷为阴极的光电管，观测光电效应现象，实验装置示意图如图甲所示。已知普朗克常量h＝6.63×10－34J·s。(1)图甲中电极A为光电管的________(填“阴极”或“阳极”)；(2)实验中测得铷的遏止电压UC与入射光频率ν之间的关系如图乙所示，则铷的截止频率νc＝________Hz，逸出功W0＝________J；(3)如果实验中入射光的频率ν＝7.00×1014Hz，则产生的光电子的最大初动能Ek＝________J。答案：(1)阳极(2)5.15×10143.41×10－19(3)1.23×10－19解析：(1)在光电效应中，电子向A极运动，故电极A为光电管的阳极。(2)由题图可知，铷的截止频率νc为5.15×1014Hz，逸出功W0＝hνc＝6.63×10－34×5.15×1014J≈3.41×10－19J。(3)当入射光的频率为ν＝7.00×1014Hz时，由Ekm＝hν－hνc得，光电子的最大初动能为Ekm＝6.63×10－34×(7.00－5.15)×1014J≈1.23×10－19J。二、光的波粒二象性1．大量光子产生的效果显示出波动性，比如干涉、衍射现象中，如果用强光照射，在光屏上立刻出现了干涉、衍射条纹，波动性体现了出来；个别光子产生的效果显示出粒子性。如果用微弱的光照射，在屏上就只能观察到一些分布毫无规律的光点，粒子性充分体现；但是如果微弱的光在照射时间加长的情况下，在感光底片上的光点分布又会出现一定的规律性，倾向于干涉、衍射的分布规律。这些实验为人们认识光的波粒二象性提供了良好的依据。2．光子和电子、质子等实物粒子一样，具有能量和动量。和其他物质相互作用时，粒子性起主导作用。3．光子的能量与其对应的频率成正比，而频率是波动性特征的物理量，因此E＝hν，揭示了光的粒子性和波动性之间的密切联系。4．对不同频率的光，频率低、波长长的光，波动性特征显著；而频率高、波长短的光，粒子性特征显著。5．光在传播时体现出波动性，在与其他物质相互作用时体现出粒子性。处理光的波粒二象性问题的关键是正确理解其二象性，搞清光波是一种概率波。如图所示是双缝干涉的图样，我们如何用光的波粒二象性来解释呢？解析：图a中表示曝光时间很短的情况，在胶片上出现的是随机分布的光点。延长胶片曝光的时间，就会出现如图b所示的图样。从图中可以看出，光子在某些条形区域出现的概率增大，这些区域是光波通过双缝后产生相干振动加强的区域；而落在其他一些条形区域的概率很小，这些区域是光波通过双缝后产生相干振动减弱的区域。曝光的时间越长，图样就越清晰(如c图所示)，这说明，可以用光子在空间各点出现的概率，来解释光的干涉图样，即认为光是一种概率波。触及高考从历年高考试题看，有关本章内容的考题多以选择、填空的形式出现，难度不大，均属基本题。其中命题率较高的知识点是光电效应。考题探析(2015·课标Ⅰ，35)在某次光电效应实验中，得到的遏止电压Uc与入射光的频率ν的关系如图所示。若该直线的斜率和截距分别为k和b，电子电荷量的绝对值为e，则普朗克常量可表示为________，所用材料的逸出功可表示为________。解析：光电效应中，入射光子能量hν，克服逸出功W0后多余的能量转换为电子动能，反向遏制电压eUc＝hν－W0；整理得Uc＝heν－W0e，斜率即he＝k，所以普朗克常量h＝ek，截距为b，即eb＝－W0，所以逸出功W0＝－eb。答案：ek－eb临场练兵1．(2014·江苏物理，12C)已知钙和钾的截止频率分别为7.73×1014Hz和5.44×1014Hz，在某种单色光的照射下两种金属均发生光电效应，比较它们表面逸出的具有最大初动能的光电子，钙逸出的光电子具有较大的()A．波长B．频率C．能量D．动量答案：A解析：由12mv2m＝hν－W0知，钙逸出的光电子最大初动能较小，所以钙逸出的光电子动量较小，频率较小，波长较长，选项A正确。2．(2014·广东理综，18)在光电效应实验中，用频率为ν的光照射光电管阴极，发生了光电效应，下列说法正确的是()A．增大入射光的强度，光电流增大B．减小入射光的强度，光电效应现象消失C．改用频率小于ν的光照射，一定不发生光电效应D．改用频率大于ν的光照射，光电子的最大初动能变大答案：AD解析：该题主要考查光电效应方程，解题关键是要明确最大初动能与频率有关。光电流与光的强度有关，增大入射光的强度，单位时间内逸出的光电子数增多，光电流增大，A对。由12mv2m＝hν－W0可知B错，D对。发生了光电效应，说明频率ν大于或等于极限频率，因此频率减小时，若还大于极限频率，仍能发生光电效应，C错。3．(2014·天津理综，8)一束由两种频率不同的单色光组成的复色光从空气射入玻璃三棱镜后，出射光分成a、b两束，如图所示，则a、b两束光()A．垂直穿过同一平板玻璃，a光所用的时间比b光长B．从同种介质射入真空发生全反射时，a光临界角比b光的小C．分别通过同一双缝干涉装置，b光形成的相邻亮条纹间距小D．若照射同一金属装置都能发生光电效应，b光照射时逸出的光电子最大初动能大答案：AB解析：由a、b光的偏折情况可判断a的折射率大于b的折射率，即nanb，在同一块平板玻璃中的传播速度，va＝cnavb＝cnb，因此垂直穿过同一块平板玻璃的时间ta＝dvatb＝dvb，故A正确；全反射临界角sinC＝1n，nanb，a的全反射临界角比b光的小，B正确；nanb，说明频率νaνb，在真空中的波长λbλa，因此b光形成的相邻亮条纹间距大，C错误；照射同一金属发生光电效应时电子最大初动能Ek0＝hν－W0，用a光照射产生的最大初动能大于b光的，D错误。4．(2015·江苏物理，12C)波粒二象性是微观世界的基本特征，以下说法正确的有()A．光电效应现象揭示了光的粒子性B．热中子束射到晶体上产生衍射图样说明中子具有波动性C．黑体辐射的实验规律可用光的波动性解释D．动能相等的质子和电子，它们的德布罗意波长也相等答案：AB解析：黑体辐射是光的反射问题，选项C错误；动能相等的质子和电子，质子的动量大，由德布罗意波长公式λ＝hp知，质子的波长小，选项D错误。