第十七章波粒二象性
Ⅱ学习指导
一、本章知识结构
二、本章重点、难点分析
1．黑体和黑体辐射
如果某种物质能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射，这种物体就是绝对黑体，简称黑体。
(1)现实生活中不存在理想的黑体，实际的物体都能辐射红外线(电磁波)，也都能吸收和反射红外线，绝对黑体是理想化模型。
(2)黑体看上去不一定是“黑”的，有些可看做暗黑体的物体由于自身较强的辐射，看起来还会很明亮，如炼钢炉口上的小孔、一些发光体也被当作黑体来处理。
(3)
(4)黑体辐射实验规律。
从下页右图中可以看出，随温度的升高，一方面，各种波长的辐射强度都在增加；另一方面辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。
2．能量的量子化
宏观世界的能量是连续的，微观世界里的能量是不连续的，不是任意值，是量子化的，或者说是分立的。 1900年，德国物理学家普朗克提出能量量子化假说：振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量ε的整数倍，最小能量称为能量子
ε＝h ν
普朗克常量：h ＝6.626×10－
34J ·s 3．光电效应的规律
(1)入射光越强，饱和光电流就越大，也就是单位时间内发射的光电子数越多。即光电流强度与入射光的强度成正比。
光电效应规律中“光电流的强度”指的是光电流的饱和值。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)射出的光电子存在最大初动能，最大初动能与光强无关，只随光的频率的增大而增大。 遏止电压：使光电流减小到零的反向电压U C
2
1
2c e v m ＝eU c 遏止电压的存在说明光电子具有一定的初速度，遏止电压随入射光的频率改变，与光强无关。 (3)任何金属都存在截止频率，用超过截止频率的光照射这种金属才能产生光电效应，低于截止频率的光照射，无论光有多强，照射时间有多长，都不会产生光电效应。
(4)光电效应的瞬时性，产生光电效应的时间不会超过10－
9s 。
例1 光电效应中，从同一金属逸出的电子动能的最大值 A ．只跟入射光的频率有关 B ．只跟入射光的强度有关
C ．跟入射光的频率和强度都有关
D ．除跟入射光的频率和强度有关外，还和光照时间有关
说明：根据光电效应的规律可知，光电子最大初动能E k 值取决于入射光的频率ν，故选项A 正确。 4．爱因斯坦光电效应方程
(1)空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光子，每个光子的能量E ＝h ν。 (2)爱因斯坦光电效应方程：E k ＝h ν－W 0。 (3)光子说对光电效应的解释。 ①对光电流强度的解释。
发生光电效应时，光强度越大意味着单位时间内打在金属上的光子数越多，那么逸出的光电子数目也就越多。
②对截止频率的解释。
光电效应是金属中的自由电子吸收了光子的能量后，其动能大到足以克服金属离子的引力而逃逸出金属表面，成为光电子。对一定金属来说，如果入射光子的频率较低，它的能量小于金属的逸出功，就不能产生光电效应，这就是存在截止频率的原因。
③对最大初动能的解释。 光电效应方程：E k ＝h ν－W 0，展示的是一个光子和一个电子之间能量转化的守恒关系。逸出功是一定的，照射光的频率越大，从金属中逸出的光电子的初动能就越大。
④对瞬时性的解释。
当光子照到金属上时，它的能量可以被金属中的某个电子全部吸收。电子吸收光子能量后，动能立刻就增加了，不需要积累能量的过程。
例2 铝的逸出功是4.2eV ，现在将波长为200nm 的光照射铝的表面。求： (1)光电子的最大出动能； (2)遏止电压为多少； (3)铝的截止频率是多大？
说明：根据光电效应方程有E k ＝
λ
hc
－W 0＝3.225×10
－19
J
由E k ＝eU c 可得V 016.2k ==e E
U c 由h ν0＝W 可知ν0＝
h
W
＝1.014×1015Hz 例3 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，可得到光电子最大初动能E k 随入射光频率ν 变化的E k －ν 图象。已知钨的逸出功是3.28eV ，锌的逸出功是3.34eV ，若将二者的图象画在同一个E k －ν 坐标系中，如下图所示用实线表示钨、虚线表示锌，则正确反映这一过程的是
说明：依据光电效应方程E k ＝h ν－W 0可知，E k －ν 图线的斜率代表普朗克常量h ，因此钨和锌的E k －ν 图线应该平行。图线的横截距代表截止频率νc ，而νc ＝
h
W
，钨的νc 小些，因此A 图正确。 5．康普顿效应
X 射线的光子与石墨晶体中的电子碰撞时遵守能量守恒定律和动量守恒定律，理论与实验符合得很好，说明光子与物质粒子一样，有能量、动量。
假定X 射线的光子与晶体中的电子发生完全弹性碰撞，光子把部分能量转移给了电子，能量由h ν 减小为h ν′，因此频率减小，波长增大。同时，光子还使电子获得一定的动量，这样就圆满地解释了康普顿效应。
光子的动量为：λ
h
p =
6．光的波粒二象性
光既具有波动性，又具有粒子性，为说明光的一切行为，只能说光具有波粒二象性。 (1)既不可把光当成宏观观念中的波，也不可把光当成宏观概念中的粒子。 (2)大量光子产生的效果往往显示出波动性，个别光子产生的效果往往显示出粒子性；频率越低的光波动性越明显，频率越高的光粒子性越明显。
(3)光在传播过程中往往显示波动性，在与物质作用时往往显示粒子性。 例4 下列有关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 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 ．大量光子的行为往往显示出粒子性
说明：一切光都具有波粒二象性，光的有些行为(如干涉、衍射、偏振)表现出波动性，有些行为(如光电效应、康普顿效应)表现出粒子性，所以不能说有的光是波，有的光是粒子，而是光具有波粒二象性。波长
越长，其波动性越显著；波长越短，其粒子性越显著；大量光子表现出波动性，少量光子显示出粒子性。因此答案为C 选项。
7．粒子的波动性 物质波
物质波也称为“实物波”或“德布罗意波”，德布罗意认为，任何一个运动着的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳，都有一种波和它对应。
德布罗意波???
?
???
=
=p h h λεν：：波长频率
例5 电子经电势差为U ＝200V 的电场加速，在ν < 2 1mv Ue = 可得电子加速后的速度0 2m eU v = 由p h = λ可得：nm 10.68822k 0-?==E m h λ 8．概率波 (1)经典物理学概念中的粒子和波 经典的粒子：有一定的大小、质量，有的还具有电荷，任意时刻具有确定的位置和速度及时空中确定的轨道。 经典的波：具有频率和波长，具有时空的周期性。 在经典物理学中，粒子和波是两种不同的研究对象，具有非常不同的表现。 (2)光波是概率波 光子在空间各点出现的概率遵从波动规律，所以光波是概率波。光子的行为服从统计规律。干涉加强处表示光子到达的数目多，从统计的观点来看，就是光子在该处出现的概率大；干涉减弱处表示光子到达的数目少，也就是光子在该处出现的概率小。这种概率的大小服从波动规律，因此成为概率波。 (3)物质波是概率波 电子和其他微观粒子，由于同样具有波粒二象性，所以与它们相联系的物质波也是概率波。双缝干涉图样中的明纹处是电子落点概率大的地方，暗纹处是电子落点概率小的地方。 例6 在做双缝干涉实验时，在观察屏的某处是亮纹，则对光子到达观察屏的位置下列说法正确的是 A ．到达亮纹处的比率比到达暗纹处的比率大 B ．到达暗纹处的比率比到达亮纹处的比率大 C ．该光子可能到达光屏的任何位置 D ．以上说法均有可能 说明：根据概率波的含义，一个光子到达亮纹处的概率比到达暗纹处的概率大得多，但并不是一定能够到达亮纹处，故选择AC 。 9．不确定性关系 微观粒子的位置和动量不像宏观粒子那样是完全确定的，而是有一定的范围，但动量不确定范围和位置不确定范围之间有一个确定关系，这就是不确定关系： π 4h p x ≥ ?? 不确定关系是微观粒子具有波粒二象性的必然结果，除位置和动量的不确定关系外，还有其他不确定关系，如时间和能量的不确定关系。 三、探究与拓展 做一做 1．自制黑体 做一个闭合的空腔，在空腔的表面开一个小孔，小孔表面就可以模拟黑体表面，如图所示。 这是因为从外面射来的电磁波，经小孔射入空腔，要在空腔壁上经过多次反射，外面射来的电磁波几乎全部被腔壁吸收。 2．光电效应实验中，若在锌板与紫外线灯之间，插入一块普通的玻璃板，验电器的指针还张开吗？这说明什么？ 解析：此时验电器的指针不再张开，这说明使锌板发生光电效应的光线是紫外线。因为紫外线不能穿过普通玻璃板。 想一想 “非典”期间，很多地方用红外热像仪检测人的体温，只要被测者从仪器前走过，便可知道他的体温是多少，你知道其中的道理吗？ 解析：根据热辐射规律可知，人的体温的高低直接决定了该人辐射的红外线的频率和强度。通过检测被测者辐射的红外线的情况就自然知道了该人的体温。 读一读 介绍能量量子化发现的背景： 19世纪末，牛顿定律在各个领域里都取得了很大的成功：在机械运动方面不用说，在分子物理方面，成功地解释了温度、压强、气体的内能。在电磁学方面，建立了一个能推断一切电磁现象的Maxwell 方程。另 外还找到了力、电、光、声等都遵循的规律——能量转化与守恒定律。当时许多物理学家都沉醉于这些成绩和胜利之中。他们认为物理学已经发展到头了。 1900年，在英国皇家学会的新年庆祝会上，著名物理学家开尔文作了展望新世纪的发言：“科学的大厦已经基本完成，后辈的物理学家只要做一些零碎的修补工作就行了。” 也就是说：物理学已经没有什么新东西了，后一辈只要把做过的实验再做一做，在实验数据的小数点后面在加几位罢了! 但开尔文毕竟是一位重视现实和有眼力的科学家，就在上面提到的文章中他还讲到： “但是，在物理学晴朗天空的远处，还有两朵令人不安的乌云……” 这两朵乌云是指什么呢？ 一朵与黑体辐射有关，另一朵与迈克尔逊实验有关。 然而，事隔不到一年(1900年年底)，就从第一朵乌云中降生了量子论，紧接着(1905年)从第二朵乌云中降生了相对论。经典物理学的大厦被彻底动摇，物理学发展到了一个更为辽阔的领域。正可谓“山重水复疑无路，柳暗花明又一村”。 Ⅲ 学习评价 第一节 物理学的新纪元：能量量子化 1．一般材料的物体，辐射电磁波的情况除与温度有关外，还与______有关。黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与______有关。 2．以下宏观概念，哪些是“量子化”的( ) A ．一棵树苗生长的高度 B ．从车站开出的汽车行驶过的路程 C ．人的个数 D ．烧水时温度计的示数 3．已知某单色光的波长为λ，在真空中光速为c ，普朗克常量为h ，则电磁波辐射的能量子ε的值为( ) A ．λ c h B ． λ h C ． λ h c D ．以上均不正确 4．单色光从真空射入玻璃时，它的( ) A ．波长变长，速度变小，光量子能量变小 B ．波长变短，速度变大，光量子能量变大 C ．波长变长，速度变大，光量子能量不变 D ．波长变短，速度变小，光量子能量不变 5．某激光器能发射波长为λ的激光，发射功率为P ，c 表示光速，h 为普朗克常量，则激光器每秒发射的光量子数为多少？ 第二节科学的转折：光的粒子性 1．在演示光电效应的实验中，原来不带电的一块锌板与静电计相连，用弧光灯照射锌板时，静电计的指针就张开一个角度，如图所示，这时( ) A．锌板带正电，指针带负电 B．锌板带正电，指针带正电 C．锌板带负电，指针带正电 D．锌板带负电，指针带负电 2．关于光电效应的规律，下列说法中，不正确的是( ) A．当某种色光照射金属表面时，能产生光电效应，则入射光的频率越大，产生的光电子的最大初动能越大 B．当某种色光照射金属表面时，能产生光电效应，则入射光的强度越大，单位时间内产生的光电子数越多 C．同一频率的光照射不同金属，如果都能产生光电效应，则逸出功大的金属产生的光电子的最大初动能也越大 D．对于某金属，入射光波长必须小于某一极限波长，才能产生光电效应 3 现用波长为6.6×10－34J·s，光速c＝3.0×108m/s)( ) A．2种B．3种C．4种D．5种 4．如图所示为光电管的工作电路，要使电路中形成较强的光电流，须在A、K两电极间加一直流电压，则( ) A．电源正极应接在P点，光电子从K极发出 B．电源正极应接在P点，光电子从A极发出 C．电源正极应接在Q点，光电子从K极发出 D．电源正极应接在Q点，光电子从A极发出 5．一细束平行光，经玻璃三棱镜折射后分成互相分离的三束光，分别照射到相同的金属板a、b、c上，如图所示，已知金属板b上有光电子逸出，可知( ) A．板a上一定有光电子逸出 B．板a上一定无光电子逸出 C．板c上一定有光电子逸出 D．板c上一定无光电子逸出 6．频率为ν 的光照射某金属材料，产生光电子的最大初动能为E k。若以频率为2ν 的光照射同一种金属材料，则光电子的最大初动能为______。 7．X射线散射后波长会改变，是由于X射线光子和物质中电子______的结果。 8．氦氖激光器发射波长为6.328×10－7m的单色光，试计算这种光的一个光子的能量为多少？若该激光器的发光功率为18mW，则每秒钟发射多少个光子？(普朗克常量h＝6.63×10－34J·s) 9．光电效应实验中，如下图所示用频率为7.5×1014Hz的光照射金属K，当电压表示数减为0.91V时，灵敏电流表上才有电流出现。(普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，电子的电量为1.6×10－19C) (1)求该金属的逸出功； (2)若将电路中电源正负极对调，调节滑动变阻器滑片，使电压表的示数为2V时，光电子到达阳极A的 最大动能为多少？ (3)若电流表的示数为0.48μA，则每秒从阴极K发射出的电子个数是多少? 第三节崭新的一页：粒子的波动性 1．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B．光的反射现象、干涉现象 C．光的衍射现象、色散现象D．光电效应现象、康普顿效应 2．关于光的波粒二象性的理解正确的是( ) A．大量光子的效果往往表现出波动性，个别光子的行为往往表现出粒子性 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 3．在中子衍射技术中，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相近，已知中子质量m＝1.67×10－27kg，普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，可以估算出德布罗意波长λ＝1.82×10－10m的热中子的动量的数量级可能是( ) A．10－17kg·m/s B．10－18kg·m/s C．10－20kg·m/s D．10－24kg·m/s 4．2003年全世界物理学家评选出“十大最美物理实验”，排名第一的为1961年物理学家利用“托马斯·杨” 双缝干涉实验装置，进行电子干涉的实验。从辐射源辐射出的电子束经两靠近的狭缝后在显微镜的荧光屏上出现干涉条纹，如图所示，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 ．微观粒子也是一种电磁波 5．试估算一个中学生在百米赛跑时的德布罗意波长。 第四节 概率波 第五节 不确定性关系 1．关于经典的波的特征，下列说法正确的是( ) A ．具有一定的频率，但没有固定的波长 B ．具有一定的波长，但没有固定的频率 C ．既具有一定的频率，也具有固定的波长 D ．具有周期性 2．在双缝干涉实验中，若在像屏处放上照相底片，并使光减弱到使光子只能一个一个地通过狭缝，实验证明，如果曝光时间不太长，底片上出现___________；如果曝光时间足够长底片上出现___________。 3．下列说法正确的是( ) A ．光波是一种概率波 B ．光波是一种电磁波 C ．光的波长越长，光子的能量越大 D ．光的干涉和衍射现象说明光具有波动性 4．在单缝衍射实验中，中央亮纹的光强占从单缝射入的整个光强的95％以上，假设现在只让一个光子通过单缝，那么该光子( ) A ．一定落在中央亮纹上 B ．一定落在亮纹处 C ．可能落在暗纹处 D ．落在中央亮纹处的可能性最大 5．关于不确定性关系π 4h p x ≥ ??有以下几种理解，正确的是( ) A．微观粒子的动量不可确定 B．微观粒子的位置不可确定 C．微观粒子的动量和位置不可同时确定 D．不确定关系不仅适用于电子和光子等微观粒子，也适用于宏观物体 6．试比较电子和质量为10g的子弹位置的不确定量范围。(它们的速率为200m/s，动量的不确定范围为 0.01％，电子的质量为9.1×10－31kg) 全章练习 一、选择题 1．以下结论，能正确解释黑体辐射实验规律的是( ) A．能量的连续经典理论 B．普朗克提出的能量量子化理论 C．以上两种理论体系任何一种都能解释 D．牛顿提出的微粒说 2．关于光电效应，以下说法正确的是( ) A．光电子的最大初动能与入射光的频率成正比 B．光电子的最大初动能越大，形成的光电流越强 C．能否产生光电效应现象，决定于入射光光子的能量是否大于或等于金属的逸出功 D．用频率是ν1的绿光照射某金属发生了光电效应，改用频率是ν2的黄光照射该金属一定不发生光电效应3．当具有5.0eV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1.5eV。为了使这种金属产生光电效应，入射光的最低能量为( ) A．1.5eV B．3.5eV C．5.0eV D．6.5eV 4．人眼对绿光最为敏感，正常人的眼睛接收到波长530nm的绿光时，只要每秒有6个绿光的光子射入瞳孔，眼睛就能察觉。普朗克常量为6.63×10－34J·s，光速为3.0×108m/s，则人眼能察觉到绿光时接收到的最小功率是( ) A．3.8×10－19W B．7.0×10－48W C．1.2×10－48W D．2.3×10－18W 5．用波长为λ1和λ2的单色光A和B分别照射两种金属C和D的表面。单色光A照射两种金属时都能产生光电效应现象；单色光B照射时，只能使金属C产生光电效应现象，不能使金属D产生光电效应现象。 设两种金属的逸出功分别为W C和W D，则下列选项正确的是( ) A．λ1＞λ2，W C＞W D B．λ1＞λ2，W C＜W D C．λ1＜λ2，W C＞W D D．λ1＜λ2，W C＜W D 6．关于光的性质，下列叙述中正确的是( ) A．在其他同等条件下，光频率越高，衍射现象越容易看到 B．频率越高的光，粒子性越显著；频率越低的光，波动性越显著 C．大量光子产生的效果往往显示出波动性，个别光子产生的效果往往显示出粒子性 D．如果让光子一个一个地通过狭缝后，它们的轨迹是相同的 7．关于物质波，下列说法中正确的是( ) A．实物粒子与光子一样都具有波粒二象性，所以实物粒子与光子是相同本质的物体 B．物质波和光波都是概率波 C．粒子的动量越大，其波动性越易观察 D．粒子的动量越小，其波动性越易观察 8．要观察纳米级以下的微小结构，需要利用分辨率比光学显微镜更高的电子显微镜。有关电子显微镜的下列说法，正确的是( ) A．它是利用了电子物质波的波长比可见光短，因此不容易发生明显衍射 B．它是利用了电子物质波的波长比可见光长，因此不容易发生明显衍射 C．它是利用了电子物质波的波长比可见光短，因此更容易发生明显衍射 D．它是利用了电子物质波的波长比可见光长，因此更容易发生明显衍射 9．现代物理学认为，光和实物粒子都具有波粒二象性，下列事实中，突出体现波动性的是( ) A．一定频率的光照射到锌板上，光的强度越大，单位时间内锌板上发射的光电子就越多 B．肥皂液是无色的，吹出的肥皂泡却是彩色的 C．质量为10－3kg、速度为10－2m/s的小球，其德布罗意波长约为10－23m，能清晰地观测到小球运动的轨迹 D．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 二、填空题 10．康普顿效应证实了光子不仅具有能量，也有动量，如图给出了光子与静止电子碰撞后，电子的运动方向，则碰撞后光子可能沿方向______运动，并且波长______(填“不变”、“变小”或“变长”)。 11．已知铯的截止频率为4.545×1014Hz，钠的截止频率为6.000×1014Hz，银的截止频率为1.153×1015Hz，铂的截止频率为1.529×1015Hz，当用波长为0.375 m的光来照射它们的时候，可能发生光电效应的是______。 12．如图所示，这是工业生产中大部分光电控制设备用到的光控继电器的示意图，它由电源、光电管、放大器、电磁继电器等几部分组成。 (1)示意图中，a端应是电源______极。 (2)当用绿光照射光电管阴极K时，可以发生光电效应，则下列说法正确的是( ) A．增大绿光照射强度，光电子最大初动能增大 B．增大绿光照射强度，电路中光电流增大 C．改用比绿光波长大的光照射光电管阴极K时，电路中一定有光电流 D．改用比绿光频率大的光照射光电管阴极K时，电路中一定有光电流 三、计算题 13．一束单色光照射到截止频率为ν0的某金属表面上产生了光电子，当光电子垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场中做匀速圆周运动时，其最大半径为R(已知：电子电量为e，质量为m)。求： (1)此光子的能量； (2)此单色光的频率； (3)光电子的德布罗意波长。 14．太阳光垂直射到地面上时，地面上1m2接收的太阳光的功率为1.4 kW，其中可见光部分约占45％，普朗克常量h＝6.6×10－34J·s。(结果保留两位有效数字) (1)假如认为可见光的波长约为0.55μm，日地间的距离R＝1.5×1011m，估算太阳光每秒辐射出的可见 光子数为多少？ (2)若已知地球的半径为6.4×106m，估算地球接收的太阳光的总功率。 参考答案 第十七章 波粒二象性 第一节 物理学的新纪元：能量量子化 1．材料的种类及表面状况 温度 2．C 3．A 4．D 5． hc p λ 第二节 科学的转折：光的粒子性 1．B 2．C 3．A 4．A 5．C 6．E K ＋h ν 7．发生碰撞 8．3.14×10－ 19J ，5.73×1016个 9．(1)3.5×10－19J (2)4.66×10－ 19J (3)3.0×1012个 第三节 崭新的一页：粒子的波动性 1．D 2．AD 3．D 4．C 5．估计一个中学生的质量为50k g ，百米赛跑时的速度约为7m /s ，德布罗意波长为1.9× 10－ 36m 第四节 概率波 第五节 不确定性关系 1．CD 2．无规则分布的点 规则的干涉图样 3．ABD 4．CD 5．CD 6．对电子：?p e ＝0.01％mv ＝1.82×10－ 32kg ·m /s 对子弹：?p z ＝0.01％mv ＝2×10－ 4kg ·m /s 由不确定关系：p h x ?≥?π4可得 电子?x ＝2.9×10－ 3m ；子弹?x ＝2.6×10 －31 m 全章练习 1．B 2．C 3．B 4．D 5．D 6．BC 7．BD 8．A 9．BD 10．1 变长 11．铯、钠 12．(1)正 (2)BD 13．(1)02222νh m R B e + (2)02222ν+hm R B e (3)eBR h 14．(1)4.9×1044个 (2)1.8×1014kW 第四章原子结构和波粒二象性 1. 普朗克黑体辐射理论................................................................................................. - 1 - 2. 光电效应 .................................................................................................................... - 1 - 3．原子的核式结构模型.............................................................................................. - 15 - 4. 氢原子光谱和玻尔的原子模型............................................................................... - 26 - 5. 粒子的波动性和量子力学的建立........................................................................... - 39 - 章末复习提高................................................................................................................ - 47 - 1. 普朗克黑体辐射理论 2. 光电效应 一、能量量子化 1．黑体辐射 (1)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)维恩和瑞利的理论解释 ①建立理论的基础：依据热力学和电磁学的知识寻求黑体辐射的理论解释。 ②维恩公式：在短波区与实验非常接近，在长波区则与实验偏离很大。 ③瑞利公式：在长波区与实验基本一致，但在短波区与实验严重不符，由理论得出的荒谬结果被称为“紫外灾难”。 2．能量子 (1)普朗克的假设 组成黑体的振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整数倍。即能的辐射或者吸收只能是一份一份的。这个不可再分的最小能量值ε叫作能量子。 (2)能量子公式 ε＝hν，其中ν是电磁波的频率，h称为普朗克常量。 h＝6.626×10－34 J·s。(一般取h＝6.63×10－34J·s) (3)能量的量子化 微观粒子的能量是量子化的，或者说微观粒子的能量是分立的。这种现象叫能量的量子化。 《波粒二象性》测试题 本试卷分为第Ⅰ卷(选择题)和第Ⅱ卷(非选择题)两部分,满分100,考试时间60分钟. 第Ⅰ卷(选择题共40分) 一、选择题(本题共10小题,每小题4分,共40分.在每小题给出的四个选项中,有的只有一个选项正确,有的有多个选项正确,全部选对的得4分,选对但不全的得2分,有选错或不选的得0分.) 1．在下列各组的两个现象中都表现出光具有波动性的是() A．光的折射现象、色散现象 B．光的反射现象、干涉现象 C．光的衍射现象、偏振现象 D．光的直线传播现象、光电效应现象 解析：因为色散现象说明的是白光是由各种单色光组成的复色光,故A错；由于反射现象并非波动所独有的性质,故B错；直线传播并非波动所独有,且光电效应说明光具有粒子性,故D错；只有衍射现象和偏振现象为波动所独有的性质,所以C正确. 答案：C 2．下列说法中正确的是() A．光的干涉和衍射现象说明光具有波动性 B．光的频率越大,波长越长 C．光的波长越大,光子的能量越大 D．光在真空中的传播速度为3.0×108 m/s 解析：干涉和衍射现象是波的特性,说明光具有波动性,A对；光的频率越大,波长越短,光子能量越大,故B、C错；光真空中的速度为3.0×108 m/s,故D对. 答案：A、D 3．现代科技中常利用中子衍射技术研究晶体的结构,因为热中子的德布罗意波长与晶体中原子间距相近.已知中子质量m＝1.67×10－27 kg,可以估算德布罗意波长λ＝1.82×10－10 m 的热中子动能的数量级为() A．10－17 J B．10－19 J C．10－21 J D．10－24 J 解析：由p ＝h λ及E k ＝p 22m 得,E k ＝h 2 2mλ2＝ 6.6262×10－682×1.67×10－27×1.822×10－20 J ≈4×10－21 J,C 正确. 答案：C 4．下列关于光电效应的说法中,正确的是( ) A ．金属的逸出功与入射光的频率成正比 B ．光电流的大小与入射光的强度无关 C ．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最大初动能大 D ．对于任何一种金属都存在一个“最大波长”,入射光的波长大于此波长时,就不能产生光电效应 解析：逸出功与入射光无关,反映的是金属材料对电子的束缚能力；A 错误；光强越大,单位时间内入射的光子数越多,逸出的电子数也越多,光电流越大,B 错误；红外线的频率比可见光小,紫外线的频率比可见光大,由E k ＝hν－W 0知,C 错误；由产生光电效应的条件知,D 正确. 答案：D 5．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 解析：光电效应中,光子把能量转移给电子,而不是转化为电子,A 错误；由光的性质可知,B 正确；波动性和粒子性是光的两个固有属性,只是在不同情况下一种属性起主要作用,C 错误；康普顿效应表明光具有能量和动量,能量ε＝hν,动量p ＝h λ ,D 正确. 答案：B 、D 6．一激光器发光功率为P ,发出的激光在折射率为n 的介质中波长为λ,若在真空中速度为c ,普朗克常量为h ,则下列叙述正确的是( ) A ．该激光在真空中的波长为nλ B ．该激光的频率为c λ C ．该激光器在t s 内辐射的能量子数为Ptnλ hc 高考物理近代物理知识点之波粒二象性真题汇编含答案解析 一、选择题 1．如图所示，一束光射向半圆形玻璃砖的圆心O ，经折射后分为两束单色光a 和b 。下列判断不正确的是 A ．a 光的频率小于b 光的频率 B ．a 光光子能量小于b 光光子能量 C ．玻璃砖对a 光的折射率大于对b 光的折射率 D ．a 光在玻璃砖中的速度大于b 光在玻璃砖中的速度 2．下列说法正确的是( ) A ．只要光照射的时间足够长，任何金属都能发生光电效应 B ．一群氢原子从4n =能级跃迁到基态时，能发出6种频率的光子 C ．比结合能越大，原子核越不稳定 D ．核反应 238234 492 902U Th He →+为重核裂变 3．下列说法中正确的是 A ．钍的半衰期为24天，1g 针经过120天后还剩0.2g B ．发生光电效应时，入射光越强，光电子的最大初动能就越大 C ．原子核内的中子转化成一个质子和电子，产生的电子发射到核外，就是β粒子 D ．根据玻尔的原子理论，氢原子从n=5的激发态跃迁到n=2的激发态时，核外电子动能减小 4．如图所示为光电管的示意图，光照时两极间可产生的最大电压为0.5V 。若光的波长约为6× 10－7m ，普朗克常量为h ，光在真空中的传播速度为c ，取hc=2×10－25J·m ，电子的电荷量为1.6× 10－19C ，则下列判断正确的是 A ．该光电管K 极的逸出功大约为2.53×10－19J B ．当光照强度增大时，极板间的电压会增大 C ．当光照强度增大时，光电管的逸出功会减小 D ．若改用频率更大、强度很弱的光照射时，两极板间的最大电压可能会减小 5．如图是 a 、b 两光分别经过同一双缝干涉装置后在屏上形成的干涉图样，则 第十七章波粒二象性 Ⅱ学习指导 一、本章知识结构 二、本章重点、难点分析 1．黑体和黑体辐射 如果某种物质能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射，这种物体就是绝对黑体，简称黑体。 (1)现实生活中不存在理想的黑体，实际的物体都能辐射红外线(电磁波)，也都能吸收和反射红外线，绝对黑体是理想化模型。 (2)黑体看上去不一定是“黑”的，有些可看做暗黑体的物体由于自身较强的辐射，看起来还会很明亮，如炼钢炉口上的小孔、一些发光体也被当作黑体来处理。 (3)黑体辐射的特性：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。 (4)黑体辐射实验规律。 从下页右图中可以看出，随温度的升高，一方面，各种波长的辐射强度都在增加；另一方面辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。 2．能量的量子化 宏观世界的能量是连续的，微观世界里的能量是不连续的，不是任意值，是量子化的，或者说是分立的。 1900年，德国物理学家普朗克提出能量量子化假说：振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量ε的整数倍，最小能量称为能量子 ε＝h ν 普朗克常量：h ＝6.626×10－ 34J ·s 3．光电效应的规律 (1)入射光越强，饱和光电流就越大，也就是单位时间内发射的光电子数越多。即光电流强度与入射光的强度成正比。 光电效应规律中“光电流的强度”指的是光电流的饱和值。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)射出的光电子存在最大初动能，最大初动能与光强无关，只随光的频率的增大而增大。 遏止电压：使光电流减小到零的反向电压U C 2 1 2c e v m ＝eU c 遏止电压的存在说明光电子具有一定的初速度，遏止电压随入射光的频率改变，与光强无关。 (3)任何金属都存在截止频率，用超过截止频率的光照射这种金属才能产生光电效应，低于截止频率的光照射，无论光有多强，照射时间有多长，都不会产生光电效应。 (4)光电效应的瞬时性，产生光电效应的时间不会超过10－ 9s 。 例1 光电效应中，从同一金属逸出的电子动能的最大值 A ．只跟入射光的频率有关 B ．只跟入射光的强度有关 C ．跟入射光的频率和强度都有关 D ．除跟入射光的频率和强度有关外，还和光照时间有关 说明：根据光电效应的规律可知，光电子最大初动能E k 值取决于入射光的频率ν，故选项A 正确。 用很弱的光做双缝干涉实验，把入射光减弱到可以认为光源和感光胶片之间不可能同时有两个光子存在，如图所示是不同数量的光子照射到感光胶片上得到的照片。这些照片说明() A．光只有粒子性没有波动性 B．光只有波动性没有粒子性 C．少量光子的运动显示波动性，大量光子的运动显示粒子性D．少量光子的运动显示粒子性，大量光子的运动显示波动性 2．实物粒子也具有波动性，只是因其波长太小，不易观察到，但并不能否定其具有波粒二象性。关于物质的波粒二象性，下列说法中正确的是() A．不仅光子具有波粒二象性，一切运动的微粒都具有波粒二象性 B．运动的微观粒子与光子一样，当它们通过一个小孔时，都没有特定的运动轨道 C．波动性和粒子性，在宏观现象中是矛盾的、对立的，但在微观高速运动的现象中是统一的 D．实物的运动有特定的轨道，所以实物不具有波粒二象性 3．电子属于实物粒子，1927年戴维逊和革末完成了电子衍射实验，该实验是荣获诺贝尔奖的重大近代物理实验之一。如图所示是该实验装置的简化图，下列说法正确的是 () A．亮条纹是电子到达概率大的地方 B．该实验说明物质波理论是正确的 C．该实验再次说明光子具有波动性 D．该实验说明实物粒子具有波动性 (2016·宁波期末)一个德布罗意波波长为λ1的中子和另一个德布罗意波波长为λ2的氘核同向正碰后结合成一个氚核，该氚核的德布罗意波波长为 A． λ1λ2 λ1＋λ2B． λ1λ2 λ1－λ2 C ．λ1＋λ2 2D． λ1－λ2 2 1．(多选)为了验证光的波粒二象性，在双缝干涉实验中将光屏换成照相底片，并设法减弱光的强度，下列说法正确的是 A．使光子一个一个地通过双缝干涉实验装置的单缝，如果时间足够长，底片上将出现双缝干涉图样 B．使光子一个一个地通过双缝干涉实验装置的单缝，如果时间很短，底片上将出现不太清晰的双缝干涉图样C．大量光子的运动显示光的波动性 D．光只有波动性没有粒子性 第十七章波粒二象性(重点) 1、关于光的波粒二象性的理解正确的是（） A．大量光子的效果往往表现出波动性，个别光子的行为往往表现出粒子性 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 2、关于光的本性，下列说法中正确的是（） A．光电效应反映光的粒子性 B．光子的能量由光的强度所决定 C．光子的能量与光的频率成正比 D．光在空间传播时，是不连续的，是一份一份的，每一份光叫做一个光子 4、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。 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 B．光电子的初速度和照射光的频率成正比 C．光电子的最大初动能和照射光的频率成正比 D．光电子的最大初动能随照射光频率的增大而增大 6、一金属表面，爱绿光照射时发射出电子，受黄光照射时无电子发射．下列有色光照射到这金属表面上 时会引起光电子发射的是（） A．紫光B．橙光C．蓝光D．红光 7、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就应（） A．改用红光照射B．增大绿光的强度 C．增大光电管上的加速电压D．改用紫光照射 8、用一束绿光照射某金属，能产生光电效应，现在把入射光的条件改变，再照射这种金属．下列说法正确的是（） A．把这束绿光遮住一半，则可能不产生光电效应 B．把这束绿光遮住一半，则逸出的光电子数将减少 C．若改用一束红光照射，则可能不产生光电效应 D．若改用一束蓝光照射，则逸出光电子的最大初动能将增大 第十七章 波粒二象性 一、能量量子化 1．以下宏观概念，哪些是“量子化”的 ( ) A. 木棒的长度 B ．物体的质量 C ．物体的动量 D ．学生的个数 2．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 3．“约瑟夫森结”由超导体和绝缘体制成。若在结两端加恒定电压U ，则它会辐射频率为v 的电磁波，且与U 成正比，即v = kU 。已知比例系数k 仅与元电荷e 的2倍和普朗克常量h 有关。你可能不了解此现象为机理，但仍可运用物理学中常用的方法，在下列选项中，推理判断比例系数k 的值可能为 （ ） A ． e h 2 B ．h e 2 C ．2eh D ．eh 21 4．煤烟很接近黑体，其吸收率为99%，即投射到煤烟的辐射能量几乎全部被吸收，若把一 定量的煤烟置于阳光照射下，问它的温度是否一直上升？ 二、光的粒子性 1．在演示光电效应的实验中，原来不带电的一块锌板与灵敏验电器相连，用弧光灯照射锌板时，验电器的指针张开了一个角度，如图所示，这时 ( ) A．锌板带正电，指针带负电 B．锌板带正电，指针带正电 C．锌板带负电，指针带负电 D．锌板带负电，指针带正电 2.（多选）两种单色光a和b，a光照射某金属时有光电子逸出，b光照射该金属时没有光 电子逸出，则 ( ) A．在真空中，a光的传播速度较大 B．在水中，a光的波长较小 C．在真空中，b光光子的能量较大 D．在水中，b光的折射率较小 3.（多选）如图是光电效应中光电子的最大初动能E km与入射光频率ν的关系图线．从图可知( ) A．E km与ν成正比 B．入射光频率必须大于或等于极限频率ν0时，才能产生光电效应 C．对同一种金属而言，E km仅与ν有关 D．E km与入射光强度成正比 4.某单色光照射某金属时不能产生光电效应，则下述措施中可能使金属产生光电效应的是 ( ) A．延长光照时间 B．增大光的强度 C．换用波长较短的光照射 D．换用频率较低的光照射 5.如图所示，当电键S断开时，用光子能量为2.5eV的一束光照射阴极P，发现电流表读数不为零。合上电键，调节滑动变阻器，发现当电压表读数小于0.60V时，电流表读数仍不为零；当电压表读数大于或等于0.60V时，电流表读数为零。 (1)求此时光电子的最大初动能的大小。 (2)求该阴极材料的逸出功。 第三节光电效应波粒二象性 [学生用书P243]) 一、黑体和黑体辐射 任何物体都具有不断辐射、吸收、发射电磁波的本领．辐射出去的电磁波在各个波段是不同的，也就是具有一定的谱分布．这种谱分布与物体本身的特性及其温度有关，因而被称之为热辐射．为了研究不依赖于物质具体物性的热辐射规律，物理学家们定义了一种理想物体——黑体，以此作为热辐射研究的标准物体． 二、光电效应 1．定义：在光的照射下从物体发射出电子的现象(发射出的电子称为光电子)． 2．产生条件：入射光的频率大于极限频率． 3．光电效应规律 (1)存在着饱和电流：对于一定颜色的光，入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多． (2)存在着遏止电压和截止频率：光电子的能量只与入射光的频率有关，而与入射光的强弱无关．当入射光的频率低于截止频率时不发生光电效应． (3)光电效应具有瞬时性：当频率超过截止频率时，无论入射光怎样微弱，几乎在照到金属时立即产生光电流，时间不超过10－9 s. 1.判断正误 (1)我们周围的一切物体都在辐射电磁波．() (2)光子和光电子都是实物粒子．() (3)能否发生光电效应取决于光的强度．() (4)光电效应说明了光具有粒子性，证明光的波动说是错误的．() (5)光电子的最大初动能与入射光的频率有关．() (6)逸出功的大小与入射光无关．() 答案：(1)√(2)×(3)×(4)×(5)√(6)√ 三、光电效应方程 1．基本物理量 (1)光子的能量ε＝hν，其中h＝6.626×10－34 J·s(称为普朗克常量)． (2)逸出功：使电子脱离某种金属所做功的最小值． (3)最大初动能：发生光电效应时，金属表面上的电子吸收光子后克服原子核的引力逸 光电效应、波粒二象性测试题及解析 1．用很弱的光做单缝衍射实验，改变曝光时间，在胶片上出现的图像如图所示，该实验表明( ) A ．光的本质是波 B ．光的本质是粒子 C ．光的能量在胶片上分布不均匀 D ．光到达胶片上不同位置的概率相同 解析：选C 用很弱的光做单缝衍射实验，改变曝光时间，在胶片出现的图样说明光具有波粒二象性，故A 、B 错误；该实验说明光到达胶片上的不同位置的概率是不一样的，也就说明了光的能量在胶片上分布不均匀，故C 正确，D 错误。 2．(2020·滨州模拟)已知钙和钾的截止频率分别为7.73×1014 Hz 和5.44×1014 Hz ，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 解析：选A 由爱因斯坦光电效应方程12m v 2m ＝hν－W 0，又由W 0＝hν0，可得光电子的最大初动能12m v 2 m ＝hν－hν0，由于钙的截止频率大于钾的截止频率，所以钙逸出的光电子的最大初动能较小，因此它具有较小的能量、频率和动量，B 、C 、D 错误；又由c ＝λf 可知光电子频率较小时，波长较大，A 正确。 3．[多选]如图所示，电路中所有元件完好，但光照射到光电管上，灵敏电流计中没有电流通过，其原因可能是( ) A ．入射光太弱 B ．入射光波长太长 C ．光照时间短 D ．电源正、负极接反 解析：选BD 若入射光波长太长，入射光的频率低于截止频率时，不能发生 光电效应，故选项B 正确；电路中电源反接，对光电管加了反向电压，若使该电压超过了遏止电压，也没有光电流产生，故选项D 正确。 4．(2019·北京高考)光电管是一种利用光照射产生电流的装置，当入射光照在管中金属板上时，可能形成光电流。表中给出了6次实验的结果。 组 次 入射光子的能量/eV 相对光强 光电流大小/mA 逸出光电 子的最大动能/eV 人教版高二物理选修3-5第十七章波粒二象性精选习题（含答案） 1.关于光电效应有如下几种叙述，其中叙述不正确的是（） A．对任何一种金属都存在一个“极限频率”，入射光的频率必须大于这个频率，才能产生光电效应B．光电流强度与入射光强度的有关 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．光电效应几乎是瞬时发生的 2.（多选题）如图所示是用光照射某种金属时逸出的光电子的最大初动能随入射光频率的变化图线，（直线与横轴的交点坐标4.27，与纵轴交点坐标0.5），由图可知（） A．该金属的截止频率为4.27×1014Hz B．该金属的截止频率为5.5×1014Hz C．该图线的斜率表示普朗克常量 D．该金属的逸出功为0.5eV 3.通过学习波粒二象性的内容，你认为下列说法符合事实的是（） A．宏观物体的物质波波长非常小，极易观察到它的波动性 B．光和电子、质子等实物粒子都具有波粒二象性 C．康普顿效应中光子与静止的电子发生相互作用后，光子的波长变小了 D．对于任何一种金属都存在一个“最大波长”，入射光的波长必须大于这个波长，才能产生光电效应 4.氢原子的能级如图所示．氢原子从n=4能级直接向n=1能级跃迁所放出的光 子，恰能使某金属产生光电效应，下列判断正确的是（） A．氢原子辐射出光子后，氢原子能量变大 =12.75eV B．该金属的逸出功W o C．用一群处于n=3能级的氢原子向低能级跃迁时所发出的光照射该金属，该金 属仍有光电子逸出 D．氢原子处于n=1能级时，其核外电子在最靠近原子核的轨道上运动 5.用一束紫外线照射某金属时不能产生光电效应，可能使该金属产生光电效应的措施是（） A．改用红光照射B．改用X射线照射 C．改用强度更大的原紫外线照射D．延长原紫外线的照射时间 6.（多选题）一含有光电管的电路如图甲所示，乙图是用a、b、c光照射光电管得到的I﹣U图线，U c1、U 表示截止电压，下列说法正确的是（） c2 A．甲图中光电管得到的电压为正向电压 B．a、b光的波长相等 C．a、c光的波长相等 D．a、c光的光强相等 7.（单选）一束绿光照射某金属发生了光电效应，对此，以下 波粒二象性阶段测试题 (时间：60分钟 满分：100分) 一、选择题(本题共8小题，每小题6分，共48分。1～6小题只有一个选项符合题目要求，7～9小题有多个选项符合题目要求，全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分) 1．爱因斯坦由光电效应的实验规律，猜测光具有粒子性，从而提出光子说，从科学研究的方法来说，这属于( ) A ．等效替代 B ．控制变量 C ．科学假说 D ．数学归纳 2．关于德布罗意波，下列说法正确的是( ) A ．所有物体不论其是否运动，都有对应的德布罗意波 B ．任何一个运动着的物体都有一种波和它对应，这就是德布罗意波 C ．电磁波也是德布罗意波 D ．只有运动着的微观粒子才有德布罗意波，对于宏观物体，不论其是否运动，都没有相对应的德布罗意波 3．关于热辐射，下列说法中正确的是( ) A ．一般物体的热辐射强度只与物体的温度有关 B ．黑体只吸收电磁波，不反射电磁波，所以黑体一定是黑的 C ．一定温度下，黑体辐射强度随波长的分布有一个极大值 D ．温度升高时，黑体辐射强度的极大值向波长增大的方向移动 4．经150 V 电压加速的电子束，沿同一方向射出来，穿过铝箔射到其后的屏上，则( ) A ．所有电子的运动轨迹均相同 B ．所有电子到达屏上的位置坐标均相同 C ．电子到达屏上的位置坐标可用牛顿运动定律确定 D ．电子到达屏上的位置受波动规律支配，无法用确定的坐标来描述它的位置 5.光子有能量，也有动量，动量p ＝h λ ，它也遵守有关动量的规律。如图所示，真空中，有“∞”形装置可绕通过横杆中点的竖直轴OO ′在水平面内灵活地转动，其中左边是圆形黑纸片(吸收光子)，右边是和左边大小、质量相同的圆形白纸片(反射光子)。当用平行白光垂直照射这两个圆面时，关于装置开始时的转动情况(俯视)，下列说法中正确的是( B ) 大学物理期末试卷(A) （2012年6月29日 9: 00-11: 30） 专业 ____组 学号 姓名 成绩 (闭卷) 一、 选择题（4０％） 1．对室温下定体摩尔热容m V C ,=2.5R 的理想气体，在等压膨胀情况下，系统对外所做的功与系统从外界吸收的热量之比W/Q 等于： 【 D 】 （A ） 1/3； (B)1/4； (C)2/5； (D)2/7 。 2. 如图所示，一定量的理想气体从体积V 1膨胀到体积V 2分别经历的过程是：A B 等压过程; A C 等温过程; A D 绝热过程 . 其中吸热最多的 过程 【 A 】 (A) 是A B. (B) 是A C. (C) 是A D. (D) 既是A B,也是A C ,两者一样多. 3.用公式E =νC V T (式中C V 为定容摩尔热容量，ν为气体摩尔数)计算理想气体内能 增 量 时 ， 此 式 : 【 B 】 (A) 只适用于准静态的等容过程. (B) 只适用于一切等容过程. (C) 只适用于一切准静态过程. (D) 适用于一切始末态为平衡态的过程. 4气缸中有一定量的氦气(视为理想气体),经过绝热压缩,体积变为原来的一半,问气体 分 子 的 平 均 速 率 变 为 原 来 的 几 倍 ？ p V V 1 V 2 A B C D . 题2图 【 B 】 (A)2 2 / 5 (B)2 1 / 5 (C)2 1 / 3 (D) 2 2 / 3 5．根据热力学第二定律可知： 【 D 】 （A ）功可以全部转化为热, 但热不能全部转化为功。 （B ）热可以由高温物体传到低温物体，但不能由低温物体传到高温物体。 （C ）不可逆过程就是不能向相反方向进行的过程。 （D ）一切自发过程都是不可逆。 6. 如图所示，用波长600=λnm 的单色光做杨氏双缝实验，在光屏P 处产生第五级明纹极大，现将折射率n =1.5的薄透明玻璃片盖在其中一条缝上，此时P 处变成中央 明纹极大的位置，则此玻璃片厚度为： 【 B 】 (A) 5.0×10-4 cm (B) 6.0×10-4cm (C) 7.0×10-4cm (D) 8.0×10-4cm 7．下列论述错误．．的是： 【 D 】 (A) 当波从波疏媒质( u 较小)向波密媒质(u 较大)传播，在界面上反射时，反射 波中产生半波损失，其实质是位相突变。 (B) 机械波相干加强与减弱的条件是：加强 π?2k =?；π?1)2k (+=?。 (C) 惠更斯原理：任何时刻波面上的每一点都可作为次波的波源，各自发出球面次波；在以后的任何时刻，所有这些次波面的包络面形成整个波在该时刻的新波面 (D) 真空中波长为500nm 绿光在折射率为1.5的介质中从A 点传播到B 点时，相位改变了5π，则光从A 点传到B 点经过的实际路程为1250nm 。 8. 在照相机镜头的玻璃片上均匀镀有一层折射率n 小于玻璃的介质薄膜，以增强某一波长 的透射光能量。假设光线垂直入射，则介质膜的最小厚度应为： 【 D 】 (A)/n λ (B)/2n λ (C)/3n λ (D)/4n λ P O 1 S 2 S 6. 题图 第十七章 波粒二象性 复习教案 17.1 能量量子化 知识与技能 （1）了解什么是热辐射及热辐射的特性，了解黑体与黑体辐射。 （2）了解黑体辐射的实验规律，了解黑体热辐射的强度与波长的关系。 （3）了解能量子的概念。 教学重点：能量子的概念 教学难点：黑体辐射的实验规律 教学过程： 1、黑体与黑体辐射 （1）热辐射现象 固体或液体，在任何温度下都在发射各种波长的电磁波，这种由于物体中的分子、原子受到激发而发射电磁波的现象称为热辐射。所辐射电磁波的特征与温度有关。 （2）黑体 概念：能全部吸收各种波长的电磁波而不发生反射的物体，称为绝对黑体，简称黑体。 2、黑体辐射的实验规律 黑体热辐射的强度与波长的关系：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。 提出1：怎样解释黑体辐射的实验规律呢？ 在新的理论诞生之前，人们很自然地要依据热力学和电磁学规律来解释。德国物理学家维恩和英国物理学家瑞利分别提出了辐射强度按波长分布的理论公式。结果导致理论与实验规律不符，甚至得出了非常荒谬的结论，当时被称为“紫外灾难”。（瑞利--金斯线，） 3、能量子： 1900年，德国物理学家普朗克提出能量量子化假说：辐射黑体分子、原子的振动可看作谐振子，这些谐振子可以发射和吸收辐射能。但是这些谐振子只能处于某些分立的状态，在这些状态中，谐振子的能量并不象经典物理学所允许的可具有任意值。相应的能量是某一最小能量ε（称为能量子）的整数倍，即：ε， 1ε，2ε，3ε，... n ε，n 为正整数，称为量子数。对于频率为ν的谐振子最小能量为： 0 1 2 3 4 6 (μ e 实验结果 高考物理近代物理知识点之波粒二象性难题汇编及答案 一、选择题 1．氢原子能级关系如图，下列是有关氢原子跃迁的说法，正确的是 A ．大量处于n =3能级的氢原子，跃迁时能辐射出2种频率的光子 B ．用n =2能级跃迁到n =1能级辐射出的光子照射逸出功为4.54eV 的金属钨能发生光电效应 C ．用能量为10.3eV 的光子照射，可使处于基态的氢原子跃迁到n =2能级 D ．氢原子从n =3能级向基态跃迁时，辐射出的光子能量为1.51eV 2．下列说法正确的是( ) A ．只要光照射的时间足够长，任何金属都能发生光电效应 B ．一群氢原子从4n =能级跃迁到基态时，能发出6种频率的光子 C ．比结合能越大，原子核越不稳定 D ．核反应 238234 492 902U Th He →+为重核裂变 3．三种不同的入射光线甲、乙、丙分别照射在三种不同的金属a 、b 、c 上，均恰能使金属中逸出光电子。已知三种光线的波长λ甲>λ乙>λ丙，则( ) A ．用入射光甲照射金属b ，可能发生光电效应 B ．用入射光乙照射金属c ，一定发生光电效应 C ．用入射光甲和乙同时照射金属c ，可能发生光电效应 D ．用入射光乙和丙同时照射金属a ，一定发生光电效应 4．如图所示为光电管的示意图，光照时两极间可产生的最大电压为0.5V 。若光的波长约为6× 10－7m ，普朗克常量为h ，光在真空中的传播速度为c ，取hc=2×10－25J·m ，电子的电荷量为1.6× 10－19C ，则下列判断正确的是 A ．该光电管K 极的逸出功大约为2.53×10－19J B ．当光照强度增大时，极板间的电压会增大 高考物理新近代物理知识点之波粒二象性基础测试题及答案(4) 一、选择题 1．研究光电效应的电路如图所示．用频率相同、强度不同的光分别照射密封真空管的钠极板(阴极K)，钠极板发射出的光电子被阳极A 吸收，在电路中形成光电流，下列光电流I 与A 、K 之间的电压U AK 的关系图象中，正确的是( ) A ． B ． C ． D ． 2．下列说法正确的是( ) A ．只要光照射的时间足够长，任何金属都能发生光电效应 B ．一群氢原子从4n =能级跃迁到基态时，能发出6种频率的光子 C ．比结合能越大，原子核越不稳定 D ．核反应 238234 492 902U Th He →+为重核裂变 3．如图所示是氢原子的能级图,a 、b 、c 为原子跃迁所发出的三种频率的光。用这三种频率的光分别照射同种金属,都发生了光电效应,则关于这种金属发生光电效应时光电子的最大初动能Ek 随入射光频率v 变化的图象,以及这三种频率的光产生的光电子最大初动能的大小关系,下列四个图象中描绘正确的是 A．B． C．D． 4．下列说法正确的是（） A．原子核发生衰变时要遵守电荷守恒和质量守恒的规律 B．射线、射线、射线都是高速运动的带电粒子流 C．氢原子从激发态向基态跃迁只能辐射特定频率的光子 D．发生光电效应时光电子的动能只与入射光的强度有关 5．利用金属晶格（大小约10-10m）作为障碍物观察电子的衍射图样，方法是让电子通过电场加速，然后让电子束照射到金属晶格上，从而得到电子的衍射图样．已知电子质量为m、电量为e、初速度为零，加速电压为U，普朗克常量为h，则下列说法中不正确的是 ( ) A．该实验说明电子具有波动性 λ= B．实验中电子束的德布罗意波长为 2meU C．加速电压U越大，电子的衍射现象越不明显 D．若用相同动能的质子代替电子，衍射现象将更加明显 6．关于光电效应，下列说法正确的是 A．光电子的最大初动能与入射光的频率成正比 B．光的频率一定时，入射光越强，饱和电流越大 C．光的频率一定时，入射光越强，遏止电压越大 D．光子能量与光的速度成正比 7．某同学采用如图所示的实验装置研究光电效应现象。当用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之间加上反向电压，通过调节滑动变阻器的滑片逐渐增大电压，直至电流计中电流恰为零，此时电压表的电压值U称为遏止电压。现分别用频率为ν1和ν2的单色光照射阴极，测量到遏止电压分别为U1和U2，设电子质量为m、电荷量为e，则下列说法中正确的是 第十七章：波粒二象性 一、黑体辐射规律 1、黑体：只吸收外来电磁波而不反射的理想物体 2、黑体辐射的特点 黑体的辐射强度按波长分布只与温度有关，与物体的材料和表面形 状无关（一般物体的辐射强度按波长分布除与温度有关外，还与物 体的材料、表面形状有关）； 3、黑体辐射规律： ① 随着温度的升高，任意波长的辐射强度都加强 ② 随着温度的升高，辐射强度的极大值向着波长减小的方向进行； 4、普朗克的量子说： 透过黑体辐射规律，普朗克认为：电磁皮的辐射和吸收，是不连续的，而是一份一份地进行的，每份叫一个能量子，能量为γεh =。爱因斯坦受其启发，提出了光子说：光的传播和吸收也是一份一份地进行的，每一份叫一个光子，其能量为νεh = 二、光电效应：说明了光具有粒子性，同时说明了光子具有能量 1、光电效应现象 紫外光照射锌板，锌板的电子获得足够的光子能量，挣脱金 属正离子引力，脱离锌板成为光电子；锌板因失去电子而带上 正电，于是与锌板相连的验电器也带上正电，金属箔张开。 2、实验原理电路图 3、规律： ① 存在饱和电流 饱和电流：在光电管两端加正向电压时，单位时间到达阳极A 的光 电子数增多，光电流越大；但当逸出的光电子全部到达阳极后，再 增加正向电压，光电流就达到最大饱和值，称为饱和电流。 ② 存在遏止电压 在光电管两端加反向电压时，单位时间内到达阳极A 的光电子数减少，光电流减小；当反射电压达到某一值U C 时，光电流减小为零，U C 就叫“遏止电压”。 ③ 存在截止频率 a 、 截止频率的定义：任何一种金属都有一个极限频率ν0，入射光的频率低于 “极限频率”ν0时，无论入射光多强，都不能发生光电效应，这个极限频率称为 截止频率。 b 、“逸出功”定义：电子从金属表面脱离金属所需克服金属正离子的引力所做的最小功。 要发生光电效应，入射光的能量（h ν）要大于 “逸出功（W ）” 即： 00W hv = ④ 光电效应的“瞬时性”——因光电效应发生的时间，即为一个光子与一个电子能量交换 的时间，所以不管光强度如何，发生光电效应的时间极短，不超过10-9 s 。 4、爱因斯坦的光电效应方程： 光电子的最大初动能等于入射光光子的能量减逸出功 即：W h E K -=ν 可见“光电子的最大初动能”与入射光的强度无关，只与入射光频率有关，图象如下图 高中物理-波粒二象性测试题 一、选择题 1、入射光照射到金属表面上发生了光电效应,若入射光的强度减弱,但频率保持不变,那么以下说法正确的是（） A．从光照射到金属表面到发射出光电子之间的时间间隔明显增加 B．逸出的光电子的最大初动能减小 C．单位时间内从金属表面逸出的光电子的数目减少 D．有可能不再产生光电效应 2、爱因斯坦由光电效应的实验规律,猜测光具有粒子性,从而提出光子说。从科学研究的方法来说这属于（） A．等效代替B．控制变量 C．科学假说D．数学归纳 3、如图1所示,画出了四种温度下黑体辐射的强度与波长的关系图象,从图象可以看出,随着温度的升高,则（） A．各种波长的辐射强度都有增加 B．只有波长短的辐射强度增加 C．辐射强度的极大值向波长较短的方向移动 D．辐射电磁波的波长先增大后减小 4、对光的认识,以下说法正确的是（） 图1 A．个别光子的行为表现为粒子性,大量光子的行为表现为波动性 B．光的波动性是光子本身的一种属性,不是光子之间的相互作用引起的 C．光表现出波动性时,不具有粒子性；光表现出粒子性时,不具有波动性D．光的波粒二象性应理解为：在某些场合下光的波动性表现明显,在另外一些场合下,光的粒子性表现明显 5、光子打在处于静止状态的电子上,光子将偏离原来的方向而发生散射,康普顿对散射的解释为（） A．虽然改变原来的运动方向,但频率保持不变 B．光子从电子处获得能量,因而频率增大 C．入射光引起物质内电子做受迫振动,而从入射光中吸收能量后再释放,释 放出的散射光频率不变 D ．由于电子受碰撞后得到动量,散射后的光子频率低于入射光的频率 6、一束绿光照射某金属发生了光电效应,则下列说法正确的是（ ） A ．若增加绿光的照射强度,则逸出的光电子数增加 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,则可能不会发生光电效应 D ．若改用紫光照射,则逸出的光电子的最大初动能增加 7、用波长为λ1和λ2的单色光1和2分别照射金属1和2的表面。色光1照射 金属1和2的表面时都有光电子射出,色光2照射金属1时有光电子射出,照射金属2时没有光电子射出。设金属1和2的逸出功为W 1和W 2,则有（ ） A ．λ1>λ2,W 1>W 2 B ．λ1>λ2,W 1 【最新】人教版高中选修3-5-《第十七章波粒二象性》章末 检测 学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________ 一、单选题 1．能正确解释黑体辐射实验规律的是( ) A ．能量的连续经典理论 B ．普朗克提出的能量量子化理论 C ．牛顿提出的能量微粒说 D ．以上说法均不正确 2．关于物质波，以下观点不正确的是( ) A ．只要是运动着的物体，不论是宏观物体还是微观粒子，都有相应的波与之对应，这就是物质波 B ．只有运动着的微观粒子才有物质波，对于宏观物体，不论其是否运动，都没有相对应的物质波 C ．由于宏观物体的德布罗意波长太小，所以无法观察到它们的波动性 D ．电子束照射到金属晶体上得到了电子束的衍射图样，从而证实了德布罗意的假设是正确的 3．爱因斯坦提出了光量子概念并成功地解释光电效应的规律而获得1921年的诺贝尔物理学奖．某种金属逸出光电子的最大初动能E km 与入射光频率ν的关系如图所示，其中ν0为极限频率．从图中可以确定的是（） A ．逸出功与ν有关 B ．E km 与入射光强度成正比 C ．ν<ν0时，会逸出光电子 D ．图中直线的斜率与普朗克常量有关 4．如图甲所示为研究某金属光电效应的电路图，图乙为采用不同频率的光照射时遏止电压c U 与入射光频率v 的关系图，图中频率1v 、2v ，遏制电压1C U 、2C U 及电子的电荷量e 均为已知，则下列说法正确的是( ) A ．普朗克常量()2121C C e U U h v v -= - B ．普朗克常量()2121 C C e U U h v v += - C ．该金属的截止频率为2112 021C C C C U v U v v U U += - D ．该金属的截止频率为1221 021 C C C C U v U v v U U += - 5．如图甲所示为研究光电效应中入射光的频率、强弱与光电子发射情况的实验电路．阴极K 受到光照时可以发射光电子，电源正负极可以对调．实验中得到如图乙所示的实验规律，下列表述错误的是( ) A ．在光照条件不变的情况下，随着所加电压的增大，光电流趋于一个饱和值 B ．在光的频率不变的情况下，入射光越强饱和电流越大 C ．一定频率的光照射光电管，不论光的强弱如何，遏止电压不变 D ．蓝光的遏止电压大于黄光的遏止电压是因为蓝光强度大于黄光强度 6．用某单色光照射金属表面，金属表面有光电子飞出.若改变照射光的频率或改变照射光的强度，下列说法正确的是( ) A ．若仅减小频率，可能不再有光电子飞出 B ．若仅增大频率，光电子数目会随之增加 C ．若仅减小强度，光电子飞出的时间可能会变短 D ．若仅减小强度，则不再有光电子飞出 2019年高考人教版高三物理光电效应、光的波粒二象性练习题 一、选择题 1．当用一束紫外线照射装在原不带电的验电器金属球上的锌板时，发生了光电效应，这时发生的现象是[ ] A．验电器内的金属箔带正电 B．有电子从锌板上飞出来 C．有正离子从锌板上飞出来 D．锌板吸收空气中的正离子 2．一束绿光照射某金属发生了光电效应，对此，以下说法中正确的是[ ] A．若增加绿光的照射强度，则单位时间内逸出的光电子数目不变 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 3．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，可采用哪种方法？[ ] A．增加光照时间 B．增大入射光的波长 C．增大入射光的强度 D．增大入射光频率 4．介质中某光子的能量是E，波长是λ，则此介质的折射率是[ ] A．λE/h B．λE/ch C．ch/λ E D．h/λ E 5．光在真空中的波长为λ，速度为c，普朗克常量h，现让光以入射角i由真空射入水中，折射角为r，则[ ] A．r＞i D．每个光子在水中能量为hc/λ 6．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 7．三种不同的入射光A、B、C分别射在三种不同的金属a、b、c表面，均恰能使金属中逸出光电子，若三种入射光的波长λA＞λB＞λC，则[ ] A．用入射光A照射金属b和c，金属b和c均可发出光电效应现象 B．用入射光A和B照射金属c，金属c可发生光电效应现象 C．用入射光C照射金属a与b，金属a、b均可发生光电效应现象 D．用入射光B和C照射金属a，均可使金属a发生光电效应现象 8．下列关于光子的说法中，正确的是[ ] 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新教材 人教版高中物理选择性必修第三册 第四章 原子结构和波粒二象性(知识点详解及配套习题)
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