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高考物理选修3-5 第2节 波粒二象性

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一、选择题

1．下列描绘两种温度下黑体辐射强度与波长关系的图中(如图2－5)，符合黑体辐射实验规律的是________。

图2－5

2．(2013·汕头模拟)如图2－6所示，用导线把验电器与锌板相连接，当用紫外线照射锌板时，发生的现象是________。

图2－6

A．有光子从锌板逸出

B．有电子从锌板逸出

C．验电器指针张开一个角度

D．锌板带负电

3．(2012·上海高考)根据爱因斯坦的“光子说”可知________。

A．“光子说”本质就是牛顿的“微粒说”

B．光的波长越大，光子的能量越小

C．一束单色光的能量可以连续变化

D．只有光子数很多时，光才具有粒子性

4.如图2－7所示，一验电器与锌板相连，现用一弧光灯照射锌板，关灯后指针仍保持一定偏角，下列判断中正确的是________。

图2－7

A．用一带负电(带电量较少)的金属小球与锌板接触，则验电器指针偏角将增大

B．用一带负电(带电量较少)的金属小球与锌板接触，则验电器指针偏角将减小

C．使验电器指针回到零后，改用强度更大的弧光灯照射锌板，验电器指针偏角将比原来大

D．使验电器指针回到零后，改用强度更大的红外线灯照射锌板，验电器指针一定偏转

5．(2014·连云港摸底)某金属在光的照射下产生光电效应，其遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图像如图2－8所示。则由图像可知________。

图2－8

A．该金属的逸出功等于hν0

B．遏止电压是确定的，与照射光的频率无关

C．若已知电子电量e，就可以求出普朗克常量h

D．入射光的频率为2ν0时，产生的光电子的最大初动能为hν0

6．(2013·常州模拟)用强度相同的红光和蓝光分别照射同一种金属，均能使该金属发生光电效应。下列判断正确的是________。

A．用红光照射时，该金属的逸出功小，用蓝光照射时，该金属的逸出功大

B．用红光照射时，该金属的截止频率低，用蓝光照射时，该金属的截止频率高

C．用红光照射时，逸出光电子所需时间长，用蓝光照射时，逸出光电子所需时间短

D．用红光照射时，逸出的光电子最大初动能小，用蓝光照射时，逸出的光电子最大初动能大

7．用波长为λ和2λ的光照射同一种金属，分别产生的速度最快的光电子速度之比为2∶1，普朗克常量和真空中光速分别用h和c表示，那么下列说法正确的有________。

A．该种金属的逸出功为hc/3λ

B．该种金属的逸出功为hc/λ

C．波长超过2λ的光都不能使该金属发生光电效应

D．波长超过4λ的光都不能使该金属发生光电效应

8．如图2－9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________。

图2－9

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 0.5 eV

9．如图2－10所示是光电管的原理图，已知当有波长为λ0的光照射到阴极K上时，电路中有光电流，则________。

图2－10

A．若换用波长为λ1(λ1>λ0)的光照射阴极K时，电路中一定没有光电流

B．若换用波长为λ2(λ2

C．增加电路中电源两极电压，电路中光电流一定增大

D．若将电源极性反接，电路中一定没有光电流产生

10．三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．用入射光丙照射金属b，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

11．现有a、b、c三束单色光，其波长关系为λa∶λb∶λc＝1∶2∶3。当用a光束照射某种金属板时能发生光电效应，飞出的光电子最大动能为Ek，若改用b光束照射该金属板，飞出的光电子最大动能为13Ek，当改用c光束照射该金属板时________。

A．能发生光电效应，飞出的光电子最大动能为16Ek

B．能发生光电效应，飞出的光电子最大动能为19Ek

C．能发生光电效应，飞出的光电子最大动能为112Ek

D．由于c光束光子能量较小，该金属板不会发生光电效应

12．(2014·扬州检测)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，设电子的质量为m，带电量为e，普朗克常量为h，则该光波的频率为________。

A.Wh B.r2e2B22mh

C．W/h＋r2e2B22mh D．W/h－r2e2B22mh

二、非选择题

13．(2014·淮安模拟)从1907年起，美国物理学家密立根开始以精湛的技术测量光电效应中几个重要的物理量。他通过如图2－11所示的实验装置测量某金属的遏止电压Uc与入射光频率ν，作出Uc－ν的图像，由此算出普朗克常量h，并与普朗克根据黑体辐射测出的h相比较，以检验爱因斯坦光电效应方程的正确性。图中频率ν1、ν2，遏止电压Uc1、Uc2及电子的电荷量e均为已知，求：

图2－11

(1)普朗克常量h；

(2)该金属的截止频率ν0。

14．德布罗意认为，任何一个运动着的物体，都有一种波与它对应，波长是λ＝hp，式中p是运动物体的动量，h是普朗克常量。已知某种紫光的波长是440 nm，若将电子加速，使它的德布罗意波长是这种紫光波长的10－4倍。求：

(1)电子的动量大小。

(2)试推导加速电压跟德布罗意波长的关系，并计算加速电压的大小。电子质量m＝9.1×10－31 kg，电子电荷量e＝1.6×10－19 C，普朗克常量h＝6.6×10－34 J·s，加速电压的计算结果取一位有效数字。

答 案

1．选A 黑体辐射的强度随着温度的升高，一方面各种波长的辐射强度都增加，另一方面辐射强度的极大值向着波长较短的方向移动，所以A正确。

2．选BC 用紫外线照射锌板是能够发生光电效应的，锌板上的电子吸收紫外线的能量从锌板表面逸出，称之为光电子，故A错误、B正确；锌板与验电器相连，带有相同电性的电荷，锌板失去电子应该带正电，且失去电子越多，带正电的电荷量越多，验电器指针张角越大，故C正确、D错误。

3．选B 光子并非实物粒子，其能量是一份一份的，不连续变化，每个光子的能量ε＝hν＝hcλ，光的波长越大，光子能量越小，所以选项A、C错误，B正确。光子数很少时，光表现出粒子性越明显，选项D错误。

4．选BC 根据光电效应的原理可知锌板带正电，用带负电的小球与锌板接触会中和一部分锌板上的电荷，使锌板上的电荷量减少，同时验电器上的电荷量也减少，所以验电器指针偏角将减小，B正确、A错误；使验电器的指针回到零后，改用强度更大的弧光灯照射锌板，会有更多的电子从锌板逸出，锌板带的电荷量更多，验电器指针偏角将比原来大，C正确；用红外线照射锌板，不发生光电效应，验电器指针不偏转，D错误。

5．选ACD 由光电效应方程，Ek＝hν－W，eUc＝Ek，联立解得Uc＝heν－We。由此可知，该金属的逸出功W＝hν0，若已知电子电量e，根据图像斜率等于he，就可以求出普朗克常量h，选项A、C正确；遏止电压随照射光的频率增大而增大，选项B错误；入射光的频率为2ν0时，根据光电效应方程可知，产生的光电子的最大初动能为hν0，选项D正确。

6．选D 由hν－W＝Ekm，ν红Ekm红，D正确；金属的逸出功和截止频率与入射光频率无关，A、B均错误；只要能发生光电效应，逸出光电子所需时间与光的频率无关，C错误。

7．选AD 由hν＝W＋Ek知hcλ＝W＋12mv 21，hc2λ＝W＋12mv 22，又v1＝2v2，所以W＝hc3λ。光的波长小于或等于3λ时方能发生光电效应，故A、D项正确。

8．选AC 图线在横轴上的截距为截止频率，A正确、B错误；

由光电效应方程Ek＝hν－W0，

可知图线的斜率为普朗克常量，C正确；

金属的逸出功为：W0＝hν0

＝6.63×10－34×4.27×10141.6×10－19 eV＝1.77 eV，D错误。

9．选B 当用波长为λ0的光照射阴极K时，电路中有光电流，只有换用频率更大，也就是波长比λ0小的光照射阴极K时才一定有光电流，换用波长比λ0大的光时情况不确定，A错误，B正确。电路中光电流由光电子数目决定，与光的强度有关，与电路中电源两极电压无关，C错误。若将电源极性反接，光电子做减速运动，若接近A板时还没有减速到零，电路中就可能有光电流产生，D错误。

10．选BD 由λ＝cν，λ甲>λ乙>λ丙可知，ν甲

11．选B 对a、b、c三束光由光电效应方程有：hcλa－W＝Ek，hc2λa－W＝13Ek，由以上两式可得hcλa＝43Ek，W＝13Ek。当改用c光束照射该金属板时hc3λa－W＝49Ek－13Ek＝19Ek，故B正确。

12．选C 由evB＝mv2/r可得所产生的光电子的最大初动能Ek＝12mv2＝r2e2B22m。由爱因斯坦光电效应方程，Ek＝hν－W，解得ν＝W/h＋r2e2B22mh，选项C正确。

13．解析：根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0及动能定理eUc＝Ek得Uc＝heν－heν0

结合图像知k＝he＝Uc2－Uc1ν2－ν1＝Uc1ν1－ν0

普朗克常量h＝eUc2－Uc1ν2－ν1，ν0＝Uc2ν1－Uc1ν2Uc2－Uc1

答案：(1)eUc2－Uc1ν2－ν1 (2)Uc2ν1－Uc1ν2Uc2－Uc1

14．解析：(1)由λ＝hp

得p＝hλ＝6.6×10－3410－4×440×10－9 kg·m/s

＝1.5×10－23 kg·m/s；

(2)eU＝Ek＝p22m，又λ＝hp

联立解得U＝h22emλ2，代入数据解得U＝8×102 V。

答案：(1)1.5×10－23 kg·m/s (2)U＝h22emλ2

8×102 V

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高中物理 教科版选修3-5 4.3 光的波粒二象性 学案

高中物理 教科版选修3-5 4.3 光的波粒二象性 学案

3 光的波粒二象性

一、康普顿效应

1．光的散射

光子在介质中与物质微粒相互作用，因而传播方向发生改变，这种现象叫做光的散射．

2．康普顿效应

美国物理学家康普顿在研究石墨对X射线的散射时，发现在散射的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，这个现象称为康普顿效应．

3．康普顿效应的意义

康普顿效应表明光子除了具有能量之外，还具有动量，深入揭示了光的粒子性的一面．

4．光子的动量

(1)表达式：p＝hλ.

(2)说明：在康普顿效应中，入射光子与晶体中电子碰撞时，把一部分动量转移给电子，光子的动量变小．因此，有些光子散射后波长变大．

二、光的波粒二象性

1．光的波粒二象性

(1)光的干涉和衍射现象说明光具有波动性，光电效应和康普顿效应说明光具有粒子性．

(2)光子的能量ε＝hν，光子的动量p＝hλ.

(3)光子既有粒子的特征，又有波的特征；即光具有波粒二象性．

2．对光的波粒二象性的理解

(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)光子的能量与其对应的频率成正比，而频率是描述波动性特征的物理量，因此ε＝hν揭示了光的粒子性和波动性之间的密切联系．

(3)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．

(4)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．光的粒子性和波动性组成一个有机的统一体．

三、光是一种概率波

在双缝干涉实验中，屏上亮纹的地方，是光子到达概率大的地方，暗纹的地方是光子到达概率小的地方．所以光波是一种概率波．即光波在某处的强度代表着光子在该处出现概率的大小．

在生活中我们会拍很多照片，通常我们都认为，这是由人和景物发出或反射的光波经过照相机的镜头聚焦在底片上形成的．实际上照片上的图像也是由光子撞击底片，使上面的感光材料发生化学反应形成的．下图是用不同曝光量洗印的照片，请你根据自己对光的理解作出说明．

2014年高考物理选修3-5(波粒二象性、原子物理)试题归类例析

2014年高考物理选修3-5(波粒二象性、原子物理)试题归类例析

2014年高考物理选修3-5（波粒二象性、原子物理）试题归类例析

江苏省新沂市第一中学 张统勋

【例1】（2014·广东卷）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

【解析】增大入射光的强度，单位时间照射到单位面积的光电子数增加，则光电流增大，所以A正确；光电效应是否产生取决于照射光的频率而非照射光的强度，所以B错误；频率为ν的光照射光电管阴极，发生了光电效应，改用频率小于ν的光照射，只要光的频率大于等于极限频率，也可能发生光电效应，所以C错误；根据光电效应方程可知，增加照射光的频率，光电子最大初动能也增大，选项D正确。

【答案】AD

【例2】（2014·上海卷）在光电效应的实验结果中，与光的波动理论不矛盾的是

A．光电效应是瞬时发生的

B．所有金属都存在极限频率

C．光电流随着入射光增强而变大

D．入射光频率越大，光电子最大初动能越大 【解析】光具有波粒二象性，即既具有波动性又具有粒子性，光电效应证实了光的粒子性。因为光子的能量是一份一份的，不能积累，所以光电效应具有瞬时性，这与光的波动性矛盾，A项错误；同理，因为光子的能量不能积累，所以只有当光子的频率大于金属的极限频率时，才会发生光电效应，B项错误；光强增大时，光子数量和能量都增大，所以光电流会增大，这与波动性无关，C项正确；一个光电子只能吸收一个光子，所以入射光的频率增大，光电子吸收的能量变大，所以最大初动能变大，D项错误。

【答案】C

【例3】（2014·海南卷）在光电效应实验中，用同一种单色光，先后照射锌和银的表面，都能发生光电效应。对于这两个过程，下列四个物理量中，一定不同的是

A．遏止电压 B．饱和光电流 C．光电子的最大初动能 D．逸出功

2016高中物理 第17章 波粒二象性限时测试题 新人教版选修3-5

2016高中物理 第17章 波粒二象性限时测试题 新人教版选修3-5

1 2016高中物理 第17章 波粒二象性限时测试题 新人教版选修3-5

本卷分第Ⅰ卷(选择题)和第Ⅱ卷(非选择题)两部分。满分100分，时间90分钟。

第Ⅰ卷(选择题 共40分)

一、选择题(共10小题，每小题4分，共40分，在每小题给出的四个选项中，第1～6小题只有一个选项符合题目要求，第7～10小题有多个选项符合题目要求，全部选对的得4分，选不全的得2分，有选错或不答的得0分)

1．下列描绘两种温度下黑体辐射强度与波长关系的图中，符合黑体辐射实验规律的是(

)

答案：A

解析：由黑体实验规律知温度越高，辐射越强，且最大强度向波长小的方向移动，A对，B、C、D错。

2．(河北承德一中2014～2015学年高二下学期检测)下列各种说法中错误的有( )

A．普朗克在研究黑体的热辐射问题中提出了能量子假说

B．一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，是因为该束光的照射时间太短

C．在光的单缝衍射实验中，狭缝越窄，光子动量的不确定量越大

D．任何一个运动物体，无论是大到太阳、地球，还是小到电子、质子，都与一种波相对应，这就是物质波，物质波是概率波

答案：B

解析：普朗克在研究黑体的热辐射问题中提出了能量子假说，故A正确；一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，是因为该束光的频率小于极限频率，故B错误；光的单缝衍射实验中，狭缝越窄，光子动量的不确定量越大，故C正确；任何一个运动物体，都与一种波相对应，这就是物质波，物质波是概率波，故D正确。

3．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 2 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

答案：B

解析：发生光电效应时有电子从锌板上跑出来，使锌板及验电器的指针都带正电，B正确。

4．一个质量为m、电荷量为q的带电粒子，由静止开始经加速电场加速后(加速电压为U)，该粒子的德布罗意波长为( )

【物理学史】5原子物理、波粒二象性(量子初步)(选修3-5)

【物理学史】5原子物理、波粒二象性(量子初步)(选修3-5)

学无捷径，但有方法；任何事情的成功，都有一定的方法可循！——坤哥物理

- 1 - 【物理学史】5原子物理、波粒二象性（量子初步）（选修3-5） 《波粒二象性（量子初步）》 1、1900年，德国物理学家普朗克为解释物体热辐射规律提出：电磁波的发射和吸收不是连续的，而是一份一份的，把物理学带进了量子世界；受其启发1905年爱因斯坦提出光子说，成功地解释了光电效应规律，因此获得诺贝尔物理奖。 2、1922年，美国物理学家康普顿在研究石墨中的电子对X射线的散射时——康普顿效应，证实了光的粒子性。（说明动量守恒定律和能量守恒定律同时适用于微观粒子） 3、1913年，丹麦物理学家玻尔提出了自己的原子结构假说，成功地解释和预言了氢原子的辐射电磁波谱，为量子力学的发展奠定了基础。 4、1924年，法国物理学家德布罗意大胆预言了实物粒子在一定条件下会表现出波动性； 5、1927年美、英两国物理学家得到了电子束在金属晶体上的衍射图案。电子显微镜与光学显微镜相比，衍射现象影响小很多，大大地提高了分辨能力，质子显微镜的分辨本能更高。 《原子物理学》 1、1858年，德国科学家普里克发现了一种奇妙的射线——阴极射线（高速运动的电子流）。 2、1906年，英国物理学家汤姆生发现电子，获得诺贝尔物理学奖。 3、1913年，美国物理学家密立根通过油滴实验精确测定了元电荷e电荷量，获得诺贝尔奖。 4、1897年，汤姆生利用阴极射线管发现了电子，说明原子可分，有复杂内部结构，并提出原子的枣糕模型。 5、1909－1911年，英国物理学家卢瑟福和助手们进行了α粒子散射实验，并提出了原子的核式结构模型。由实验结果估计原子核直径数量级为10 -15m。 6、1919年，卢瑟福用α粒子轰击氮核，第一次实现了原子核的人工转变，并发现了质子。预言原子核内还有另一种粒子，被其学生查德威克于1932年在α粒子轰击铍核时发现，由此人们认识到原子核由质子和中子组成。 7、1885年，瑞士的中学数学教师巴耳末总结了氢原子光谱的波长规律——巴耳末系。 8、1913年，丹麦物理学家波尔最先得出氢原子能级表达式； 9、1896年，法国物理学家贝克勒尔发现天然放射现象，说明原子核有复杂的内部结构。 天然放射现象：有两种衰变（α、β），三种射线（α、β、γ），其中γ射线是衰变后新核处于激发态，向低能级跃迁时辐射出的。衰变快慢与原子所处的物理和化学状态无关。 10、1896年，在贝克勒尔的建议下，玛丽-居里夫妇发现了两种放射性更强的新元素——钋（Po）镭（Ra）。 11、1919年，卢瑟福用α粒子轰击氮核，第一次实现了原子核的人工转变，发现了质子， 并预言原子核内还有另一种粒子——中子。 12、1932年，卢瑟福学生查德威克于在α粒子轰击铍核时发现中子，获得诺贝尔物理奖。 13、1934年，约里奥－居里夫妇用α粒子轰击铝箔时，发现了正电子和人工放射性同位素。 14、1939年12月，德国物理学家哈恩和助手斯特拉斯曼用中子轰击铀核时，铀核发生裂变。63、1942年，在费米、西拉德等人领导下，美国建成第一个裂变反应堆（由浓缩铀棒、控制棒、减速剂、水泥防护层等组成）。 15、1952年美国爆炸了世界上第一颗氢弹（聚变反应、热核反应）。人工控制核聚变的一个可能途径是：利用强激光产生的高压照射小颗粒核燃料。 16、1932年发现了正电子，1964年提出夸克模型； 粒子分三大类：媒介子－传递各种相互作用的粒子，如：光子； 轻子－不参与强相互作用的粒子，如：电子、中微子； 强子－参与强相互作用的粒子，如：重子（质子、中子、超子）和介子，强子由更基本的粒子夸克组成，夸克带电量可能为元电荷的13或23。 学无捷径，但有方法；任何事情的成功，都有一定的方法可循！——坤哥物理