第十二章　原子物理学.doc

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),,,衍射现象更明显解析:AB 电子射到金属晶格上观察到电子的衍射图样,说明电子这种实物粒子具有波动性,A正确;由eU=mv2,λ=,p=mv,可得λ=,由此可知,加速电压U越大,电子德布罗意波的波长越短,电子的衍射现象越不明显,B正确,C错误;由λ==可知,若用相同动能的质子替代电子,因质子的质量比电子的质量大得多,所以质子的德布罗意波的波长远小于电子的德布罗意波的波长,其衍射现象越不明显,D错误。3考点一光电效应规律的理解及应用[素养自修类]1.[光电管电路的分析]如图所示是光电管的原理图,已知当有波长为λ0的光照到阴极K上时,电路中有光电流,则( ),,(λ1>λ0)的光照射阴极K时,,电路中光电流一定增大解析:A 题图中光电管加的是正向电压,若仅增大光照强度,电路中光电流一定增大,故A正确。若将电源极性反接,其电压值小于截止电压时仍有电流,故B错误。由题意,入射光的波长为λ0时,能发生光电效应,若换用波长为λ1(λ1>λ0)的光照射阴极K时,入射光的频率减小,仍然可能发生光电效应,电路中可能有光电流,故C错误。若仅将电路中滑动变阻器的滑片向右滑动,光电管两端电压增大,如果已经达到饱和光电流,则光电流不会增大,故D错误。2.[爱因斯坦光电效应方程的应用](多选)在光电效应实验中,分别用频率为νa、νb的单色光a、b照射到同种金属上,测得相应的遏止电压分别为Ua和Ub、光电子的最大初动能分别为Eka和Ekb。h为普朗克常量。下列说法正确的是( )>νb,则一定有Ua<>νb,则一定有Eka><Ub,则一定有Eka<>νb,则一定有hνa-Eka>hνb-Ekb解析:BC 设该金属的逸出功为W0,根据爱因斯坦光电效应方程有Ek=hν-W0,同种金属的W0不变,则逸出光电子的最大初动能随ν的增大而增大,B项正确;又Ek=eUc,则最大初动能与遏止电压成正比,C项正确;根据上述有eUc=hν-W0,遏止电压Uc随ν增大而增大,A项错误;又有hν-Ek=W0,W0相同,则D项错误。3.[极限频率的求解]用波长为300nm的光照射锌板,×10-19J。×10-34J·s,×108m·s-1。能使锌产生光电效应的单色光的最低频率约为( )×1014Hz ××1015Hz ×1015Hz解析:B 设单色光的最低频率为νc,由爱因斯坦光电效应方程得Ek=hν-W0=hν-hνc,又ν=,整理得νc=-,代入数据解得νc≈8×1014Hz。(1)两条线索(2)两条对应关系入射光强度大→光子数目多→发射光电子多→光电流大;光子频率高→光子能量大→光电子的最大初动能大。(1)爱因斯坦光电效应方程:Ek=hν-W0。(2)光电子的最大初动能Ek与遏止电压Uc的关系:Ek=eUc。(3)逸出功W0与极限频率νc的关系:W0=hνc。考点二光电效应图像的理解和应用[互动共研类] 光电效应的三类图像图像名称图线形状获取的信息最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图像(1)截止频率(极限频率)νc:横轴截距。(2)逸出功W0:纵轴截距的绝对值W0=|-E|=E。(3)普朗克常量:图像的斜率k=h遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图像(1)截止频率νc:横轴截距。(2)遏止电压Uc:随入射光频率的增大而增大。(3)普朗克常量h:等于图像的斜率与电子电荷量的乘积,即h=ke光电流I与电压U的关系图像(1)颜色(频率ν)相同:(1)遏止电压Uc:横轴截距。(2)饱和光电流Im:光电流的最大值;而且照射光越强,5Im越大。(3)最大初动能:Ek=eUc(2)颜色(频率ν)不同(1)遏止电压:Uc1>Uc2(频率ν越高,Uc越大)。(2)饱和光电流。(3)最大初动能Ek1=eUc1,Ek2=eUc2[例1] (多选)如图甲所示的是研究光电效应的电路图。某同学利用该装置在不同实验条件下得到了三条光电流I与A、K两极之间的电压UAK的关系曲线(甲光、乙光、丙光),如图乙所示。则下列说法正确的是( )、丙光照射该光电管,,若照射光频率不变,则逸出光电子的最大初动能与金属的逸出功为线性关系[解析] 由题图乙可知Uc2>Uc1,则根据Ek=eUc可知,甲光照射光电管发出光电子的最大初动能小于丙光照射光电管发出光电子的最大初动能,A正确。对于甲、乙两束频率相同的光来说,入射光越强,单位时间内发射的光电子数越多,所以B错误。对甲、丙两束不同频率的光来说,光强相同是单位时间内照射到光电管单位面积上的光子的总能量相等,由于丙光的光子频率较高,每个光子的能量较大,所以单位时间内照射到光电管单位面积上的光子数就较少,所以单位时间内发出的光电子数就较少,因此C错误。对于不同金属,若照射光频率不变,根据爱因斯坦光电效应方程Ek=hν-W0,知Ek与金属的逸出功为线性关系,D正确。6[答案] AD (1)例题中若仅增大电源的电动势,则电流表的示数一定增大吗?(2)例题中若仅将电源的正、负极对调,则电流表的示数一定为零吗?解析:(1)不一定。当电流达到饱和电流时,电流表的示数就不再增大。(2)不一定。正、负极对调后,光电子做减速运动,电子若不能到达A极,则电流表的示数为零,否则就不为零。答案:(1)不一定(2)不一定1.[光电效应的Ek-ν图像](多选)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(,)。由图可知( )××:AC 题中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可知题图中图线的斜率为普朗克常量,C正确;金属的逸出功为W0=hνc=eV≈,D错误。2.[光电效应的Uc-ν图像](多选)(2019·海南高考)对于钠和钙两种金属,其遏止电压Uc与入射光频率ν的关系如图所示。用h、e分别表示普朗克常量和电子电荷量,则( ),,则照射到钠的光频率较高7解析:AB 根据光电效应方程得Ek=hν-W0=hν-hνc,又Ek=eUc,解得Uc=ν-=ν-。当遏止电压为0时,对应的频率为金属的极限频率,结合题图可知钠的极限频率小,则钠的逸出功小,故选项A正确;由Uc=ν-,知Uc-ν图像的斜率k=,故选项B正确;由Uc=ν-,知Uc-ν图像的特点与光的强度无关,故选项C错误;钠的逸出功小,结合Ek=hν-W0可知,若这两种金属产生的光电子具有相同的最大初动能,则照射到钠的光频率较小,故选项D错误。考点三对波粒二象性、物质波的理解[素养自修类]1.[波粒二象性的理解]关于光的波粒二象性,下列描述正确的是( ),:A 光具有波粒二象性,大量光子表现出光的波动性,故A正确,D错误;光的波粒二象性是光的内在属性,即使是单个光子也有波动性,跟光子的数量和光子之间是否有相互作用无关,故B、C错误。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,用X光对静止的电子进行照射,照射后电子获得速度的同时,X光的运动方向也会发生相应的改变。X射线的散射示意图如图所示,下列说法中正确的是( ),当入射光子与晶体中的电子碰撞时,把部分动量转移给电子,,,,但频率保持不变解析:B 在康普顿效应中,当入射光子与晶体中的电子碰撞时,把部分动量转移给电子,因此光子散射后能量减小,频率变小,选项A错误;康普顿效应揭示了光的粒子性,表明光子除了具有能量之外还具有动量,选项B正确;X光散射后与散射前相比速度不变,均为c,选项C错误;散射后的光子改变原来的运动方向,能量减小,则频率减小,选项D错误。83.[物质波的理解]已知普朗克常量h=×10-34J·s,×10-31kg,一个电子和一滴直径约为4μm,×103kg·m-3的油滴具有相同动能,则电子与油滴的德布罗意波长之比的数量级为( )-8 :C 根据德布罗意波长公式λ=,由p=,解得λ=。由题意可知,电子与油滴的动能相同,则其波长与质量的二次方根成反比,所以有=,m油=ρ·πd3=×103×××(4×10-6)3kg≈×10-14kg,代入数据解得=≈×108,所以C正确,A、B、D错误。;大量光子的作用效果往往表现为波动性从频率上看频率越低,波动性越显著,越容易看到光的干涉和衍射现象;频率越高,粒子性越显著,越不容易看到光的干涉和衍射现象,贯穿本领越强从传播与作用上看光在传播过程中往往表现出波动性;在与物质发生作用时往往表现出粒子性波动性与粒子性的统一由光子的能量ε=hν、光子的动量表达式p=也可以看出,光的波动性和粒子性并不矛盾,表示粒子性的能量和动量的计算式中都含有表示波的特征的物理量——(1)定义:任何运动着的物体都有一种波与之对应,这种波叫做物质波,也叫德布罗意波。(2)物质波的波长:λ==,h是普朗克常量。STSE问题巧迁移——生产、生活中的近代物理应用问题9热辐射、光子说、光电效应等近代物理知识在人们的日常生活、生产中有广泛的应用,对于该部分知识的考查也是近几年高考的热点。1.[“测温枪”](2020·江苏高考)“测温枪”(学名“红外线辐射测温仪”)具有响应快、非接触和操作方便等优点。它是根据黑体辐射规律设计出来的,能将接收到的人体热辐射转换成温度显示。若人体温度升高,则人体热辐射强度I及其极大值对应的波长λ的变化情况是( ),λ增大 ,,λ增大 ,λ减小解析:B 根据黑体辐射规律,可知随温度升高,各种波长的辐射强度都增大,辐射强度的极大值向波长较短的方向移动,故人体热辐射强度I随人体温度的升高而增大,其极大值对应的波长减小,B项正确。2.[“大连光源”]2017年年初,我国研制的“大连光源”——极紫外自由电子激光装置,发出了波长在100nm(1nm=10-9m)附近连续可调的世界上最强的极紫外激光脉冲。“大连光源”因其光子的能量大、密度高,可在能源利用、光刻技术、雾霾治理等领域的研究中发挥重要作用。一个处于极紫外波段的光子所具有的能量可以电离一个分子,但又不会把分子打碎。据此判断,能够电离一个分子的能量约为(取普朗克常量h=×10-34J·s,真空光速c=3×108m/s)( )-21J -18J -15J -12J解析:B 光子的能量E=hν,c=λν,联立解得E≈2×10-18J,B项正确。3.[光电管](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。10由表中数据得出的论断中不正确的是( ),,相对光强越强,光电流越大解析:B 光子的能量E=hν,入射光子的能量不同,故入射光子的频率不同,A正确。由爱因斯坦的光电效应方程hν=W0+Ek,,故两组实验所用的金属板材质相同,B错误。由hν=W0+Ek,W0=,当hν=,Ek=,C正确。光强越强,单位时间***出的光子数越多,单位时间内逸出的光电子数越多,形成的光电流越大,D正确。本题选不正确的,故选B。4.[烟雾探测器]某同学设计了一个烟雾探测器,如图所示,S为光源,当有烟雾进入探测器时,S发出的光被烟雾散射进入光电管C。光射到光电管中的钠表面产生光电子,当光电流大于或等于I时,探测器触发报警系统报警。真空中光速为c,钠的极限频率为νc。要使该探测器正常工作,光源S发出的光波长应小于______。若入射光子中能激发出光电子的光子数占比为η,电子的电荷量为e,报警时,t时间***向光电管钠表面的光子数至少是________个。解析:根据c==λν,那么光源S发出的光波最大波长为λmax=,即要使该探测器正常工作,光源S发出的光波波长小于;光电流等于I时,t秒产生的光电子的个数为n=,t秒射向光电管钠表面的光子最少数目为N==。答案: [课时跟踪检测],提出了量子理论。下列关于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( )