高中物理 第2章 波和粒子学案 沪科版选修35

第2章 波和粒子一、光子能量的计算1一个光子的能量Eh，其中h是普朗克常量，是光的频率2一束光的能量Enh，n为光子数目3频率与波长的关系：.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1.01010 W，所发射的每个光脉冲持续的时间t为1.01011 s，波长为793.4 nm.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t、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lct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：EPt以和表示红宝石激光的波长和频率，则有，因此就得到每个红宝石激光光子的能量h由式得到该列光脉冲含有的光子数n将数据代入式，就得到该列光脉冲的长度，含有的光子数分别为l3.0103 m3.0 mm，n4.01017个答案3.0 mm4.01017个二、光电效应规律及光电效应方程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Eh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EkmhW.W表示金属的逸出功，又0表示金属的极限频率，则Wh0.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EkmhW，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Inh，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2.0107 m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4.71019 J由此可知，钨的极限频率是(普朗克常量h6.631034 Js，光速c3.0108 m/s，结果取两位有效数字)()A5.51014 Hz B7.91014 HzC9.81014 Hz D1.21015 Hz解析由爱因斯坦光电效应方程得hEkmW，而金属的逸出功Wh0，由以上两式得，钨的极限频率为：07.91014 Hz，B项正确答案B三、图像在光电效应规律中的应用1Ekm图像根据爱因斯坦光电效应方程EkmhW，光电子的最大初动能Ekm是入射光频率的一次函数，图像如图1所示图1其横轴截距为金属的极限频率0，纵轴截距是金属的逸出功的负值；斜率为普朗克常量h.2IU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meveU0可得光电子的最大动能图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随入射光频率变化的Ekm图像已知钨的逸出功是3.28 eV，锌的逸出功是3.34 eV，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EkmhW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0，0，因此锌的0大些答案A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EkmhW及eU020Ekm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B1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答案BD2能引起人的眼睛视觉效应的最小能量为1018 J，已知可见光的平均波长约为0.6 m，普朗克常量h6.631034 Js，则进入人眼的能量子数至少为()A1个 B3个 C30个 D300个答案B解析可见光的平均频率，能量子的平均能量为Eh，引起视觉效应时EnnE，联立可得n3，B正确3根据不确定关系xpx，判断下列说法正确的是()A采取办法提高测量x精度时，px的精度下降B采取办法提高测量x精度时，px的精度上升Cx与px测量精度与测量仪器及测量方法是否完备有关Dx与px测量精度与测量仪器及测量方法是否完备无关答案AD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正确图44.利用光电管研究光电效应实验如图4所示，用极限频率为0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0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0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答案BD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5已知金属钠产生光电效应的极限频率是6.001014 Hz(1)求金属钠的电子逸出功；(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1.14 eV，求这种单色光的波长答案(1)2.49 eV(2)3.42107 m解析(1)Wh06.6310346.001014 J3.981019 J2.49 eV.(2)由爱因斯坦光电效应方程hWEkm，得hWEkm(2.491.14) eV3.63 eV，所以 m3.42107 m.6EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F375