【知识点梳理】
1.热辐射——一切物体都会向外辐射电磁波,辐射的电磁波波长与物体的温度有关。 2.黑体——某物体如果能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射,这种物体就是黑体。 3.能量子——物体辐射或吸收频率为ν的电磁波能量时,辐射或吸收的能量是以ε=hυ为单位一份一份地辐射或吸收的(普朗克常量h=6.626×10-34J﹒s),这个不可再分的最小能量值ε叫做能量子。 4、光电子——通过光的照射逃逸出来的电子叫光电子。 5、光子——光具有粒子性,且这个光粒子具有能量,它的能量是hυ。 6、遏止电压 ——光电效应中,光电子被光照射获得能量逃逸出物体表面后,具有初动能mc vc 2 /2,如果在光电管电路两极间加反向电压Uc ,那么这个光电子e要到达另一极(从正极到达负极),就要克服电场力做功eUc ,如果它的初动能刚好等于这个功,即mc vc 2 /2=eUc ,那么这个电路刚好无法形成光电流,这个电压就是这个频率的光的遏止电压。 7、截止频率 ——光电效应中,电子要成为光电子,它仅且只吸收一个光子就可逃离金属原子的束缚,成为光电子,设它吸收光子的能量刚好够提供它克服原子的束缚,即它逃逸出来后的动能刚好是零(注意:入射光的频率越高,光电子获得的能量越大。),那么这个入射光的频率υc 叫做这种金属的截止频率。如果入射光的频率小于这个频率就无法产生光电效应,不同金属的截止频率不同。 8、光电效应实验的饱和电流 ——用光照射金属产生光电子,在光电管加正向电压,使从阴极激发出的光电子流向阳极(电压产生的电场力使光电子流向阳极),当电压加到一定后,光电流就不再增大了(因为已使所有逃逸出来的光电子都吸引过去了),这就是饱和电流。入射光越强,饱和电流越大(入射光增强,单位时间产生的光电子增多)。 9、光电效应具有瞬时性——光电流产生是瞬时的,只要入射光的频率超过截止频率,瞬间就产生光电流。原因是光电子只需吸收(严格说应该是被光子击中)一个光子就成为光电子了,它是否产生光电流只与入射光频率有关,而光电流大小才与入射光强度有关(入射光强度大,单位时间产生的光电子数目就多)。 10、爱因斯坦光电效应方程 :Ek =hυ-W0 ,解释:光电子吸收一个光子后,从光子获得的能量hυ减去光电子克服原子束缚所做的功W0 (叫逸出功)后,剩下的能量就是光电子的最大初动能Ek 。方程含义有如下特点: (1)只有hυ>W0 ,才能产生光电效应。 (2)电子只需吸收一个光子就可以成为光电子,所以产生光电流不需要时间积累,瞬间就可产生。 (3)入射光频率不变时,光强较大时,产生的光电流就较大(因为光子数目增多,激发的光电子数目就多)。 11、康普顿效应 ——入射光(如X射线)入射到介质中(光子在介质内与物质微粒相互作用),经散射(方向发生改变叫散射)后,出射光线的波长变长。原因解释如下: 光子也是粒子,也具有能量和动量,它与物质的微粒如电子碰撞时遵守动量守恒和能量守恒,因此,碰撞后光子的能量和动量减小了,因此它的频率υ减小了,即波长λ变大了。 光子的动量 p=mc=mc2 /c=hυ/c=h/λ。 12、物质波——光既有波动性又有粒子性。德布罗意提出,实物粒子也具有波动性,实物粒子的波叫物质波,后来通过伦琴射线和电子束在晶体光栅中发生衍射得到证实。实物粒子的能量ε、动量p、频率υ、波长λ关系满足υ=ε/h;λ=h/p。 13、概率波——粒子具有波动性,具有波动性的粒子(如光子、电子等),在空间出现的概率可以由波动的规律确定,这就是概率波。光的干涉条纹,就是大量光子落在屏上各点的概率不同形成的,落在明条纹处概率大、落在暗条纹处概率小。。
【同步习题】 1、(多选)下列叙述正确的是( ) A.一切物体都在辐射电磁波 B.一般物体辐射电磁波的情况只与温度有关 C.黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关 D.黑体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波
【答案】ACD 【解析】根据热辐射定义知A对;根据热辐射和黑体辐射的特点知一般物体辐射电磁波的情况除与温度有关外,还与材料种类和表面状况有关,而黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关,B错、C对;根据黑体定义知D对。故选A、C、D
2、对黑体辐射电磁波的波长分布的影响因素是( ) A.温度 B.材料 C.表面状况 D.以上都正确
【答案】A 【解析】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,A对
3、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】随着温度的升高,黑体辐射的强度与波长的关系: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.由此规律可知应选A
4、用波长为300nm的光照射锌板,电子逸出锌板表面的最大初动能为1.28×10-19 J,已知普朗克常量为6.63×10-34 J.s,真空中的光速为3×108 m/s,能使锌产生光电效应单色光的最低频率( ) A.1×1014 Hz B.8×1015 Hz C.2×1015 Hz D.8×1014 Hz
【答案】D 【解析】
5、两束能量相同的色光,都垂直地照射到物体表面,第一束光在某段时间内打在物体上的光子数与第二束光在相同时间内打到物体表面的光子数之比为5:4,则这两束光的光子能量和波长之比分别为( ) A.4:5 4:5 B.5:4 4:5 C.5:4 5:4 D.4:5 5:4
【答案】D 【解析】两束能量相同的色光,都垂直地照射到物体表面,在相同时间内打到物体表面的光子数之比为5:4,根据E=nE0 ,因为E相同,可得光子能量之比为4:5;再根据E0 =hv=hc/λ,光子能量与波长成反比,故光子波长之比为5:4;故选D
6、物理学的发展极大地丰富了人类对物质世界的认识,推动了科学技术的创新和革命,促进了物质生产的繁荣与人类文明的进步.关于对物理学发展过程中的认识,说法不正确的是( ) A.德布罗意首先提出了物质波的猜想,而电子衍射实验证实了他的猜想 B.玻尔的原子模型成功地解释了氢原子光谱的成因 C.卡文迪许利用扭秤测出了万有引力常量,被誉为能“称出地球质量的人” D.伽利略利用理想斜面实验,推翻了亚里士多德“重的物体比轻的物体下落的快”的结论
【答案】D 【解析】A、德布罗意首先提出了物质波的猜想,而电子衍射实验证实了他的猜想,故A正确;B、波尔的原子模型成功地解释了氢原子光谱的成因,故B正确;C、卡文迪许利用扭秤测出了万有引力常量,被誉为能“秤出地球质量的人”,故C正确;D、伽利略利用著名的比萨斜塔实验,使亚里士多德“重的物体比轻的物体下落的快”的结论陷入困境,故D错误
7、如图所示为研究光电效应现象的实验,电路中所有元件完好,当光照射到光电管上时,灵敏电流计中没有电流通过,可能的原因是( ) A.入射光强度较弱 B.入射光波长太长 C.电源电压太高 D.光照射时间太短
【答案】B 【解析】光的强度和光照时间都不能决定能否发生光电效应;光照射到光电管上时,灵敏电流计中没有电流通过,则可能是没有发生光电效应,即入射光的频率过小,波长较大造成的; 电源电压也不能决定光电管中能否有光电流;故选项B正确,ACD错误;故选B
8、已知某种单色光的波长为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.hc/λ B.h/λ C.c/hλ D.以上均不正确
【答案】A 【解析】由波速公式c=λν可得:ν=c/λ,由光的能量子公式得ε=hν=h/cλ,故选项A正确
9、一盏灯发光功率为100W,假设它发出的光向四周均匀辐射,光的平均波长6.0×10-7 m,在距电灯10 m远处,以电灯为球心的球面上,1 m2 的面积每秒通过的光子(能量子)数约为(普朗克常量h=6.63×10-34 J•s,光速c=3.0×108 m/s)( ) A.2×1015 B.2×1016 C.2×1017 D.2×1023
【答案】C 【解析】设离灯10 m远处每秒钟每平方米面积上灯照射的能量为E0 ,则有E0 =100/4πR2 ;设穿过的光子数为n,则有:nhc/λ=E0 ;解得:n=E0 λ/hc,代入数据,得:n=2×1017 个,故选C正确
10、人眼对绿光最为敏感,正常人的眼睛接收到波长为530nm的绿光时,只要所接收到的功率不低于2.3×10-18 W,眼睛就能察觉。已知普朗克常量为6.63×10-34 J•s,光速为3×108 m/s,人眼能察觉到绿光时,每秒至少接收到的绿光光子数为( ) A.6 B.60 C.600 D.6000
【答案】A 【解析】绿光光子能量E=hυ=hc/λ,所以每秒钟最少接收光子数n=Pt/E≈6 ,BCD错误A正确
11、在光电效应实验中,用单色光照射某种金属表面,有光电子逸出,则光电子的最大初动能取决于入射光的( ) A.频率 B.强度 C.照射时间 D.光子数目
【答案】A 【解析】根据爱因斯坦的光电效应方程Ek =hυ-W0 ,光电子的最大初动能只与入射光的频率有关,与其它无关.而光照强度,照射时间及光子数目与逸出的光电子数量有关,故A正确,BCD错误
12、入射光照到某金属表面并发生光电效应,若把光强度减弱而频率不变,则( ) A.金属的逸出功不变 B.可能不发生光电效应 C.光电子最大初动能会减小 D.从光照到金属上到发射出电子的时间间隔将增长
【答案】A 【解析】A.金属逸出功只与材料有关,与入射光无关,故A正确。B.根据发生光电效应的条件可知,入射光的频率大于金属的极限频率,频率不变,则仍能产生光电效应,故B错误。C.根据光电效应方程Ek =hυ-W0 知,入射光的频率不变,则最大初动能不变,故C错误。D.光电子的发射几乎是瞬时的,故D错误
13、如图所示,当一束一定强度的某一频率的黄光照射到光电管阴极K上时,此时滑片P处于A、B中点,电流表中有电流通过,则( ) A. 若将滑动触头P向B端移动时,电流表读数有可能不变 B. 若将滑动触头P向A端移动时,电流表读数一定增大 C. 若用红外线照射阴极K时,电流表中一定没有电流通过 D. 若用一束强度相同的紫外线照射阴极K时,电流表读数不变
【答案】A 【解析】光电管所加的电压,使光电子到达阳极,则电流表中有电流流过,且可能处于饱和电流,若将滑动触头P向B端移动时,电流表读数有可能不变。当滑片向A端移动时,所加电压减小,则光电流可能减小,也可能不变,故A正确B错误。若用红外线照射阴极K时,因红外线频率小于可见光,但不一定不能发生光电效应,电流表不一定没有电流,故C错误。若用一束强度相同的紫外线照射阴极K时,紫外线的频率大于可见光的频率,则光子数目减小,电流表的读数减小,故D错误。选A。
14、用同一实验装置如图甲研究光电效应现象,分别用A、B、C三束光照射光电管阴极,得到光电管两端电压与相应的光电流的关系如图乙所示,其中A、C两束光照射时对应的遏止电压相同,均为Uc1 ,下列论述正确的是( ) A.B光束光子的能量最小 B.A、C两束光的波长相同,且比B光的波长短 C.三个光束中B光束照射时单位时间内产生的光电子数量最多 D.三个光束中B光束照射时光电管发出的光电子最大初动能最大
【答案】D 【解析】A、根据eUC =mv2 /2=hν-W0 , 入射光的频率越高,对应的截止电压UC 越大。所以A、C光的频率相等且小于B光的频率。故A错误;D正确; B、由c=λ/T=λf 可是频率越大,则波长越小,故AC波长相等并大于B的波长。故B错误; C、由图可以知道,A的饱和电流最大,因此A光束照射时单位时间内产生的光电子数量最多;故C错误
15、如图所示电路可研究光电效应规律,图中标有A和K的为光电管,其中K为阴极,A为阳极.理想电流计可检测通过光电管的电流,理想电压表用来指示光电管两端的电压.现接通电源,用光子能量为10.5eV的光照射阴极K,电流计中有示数,若将滑动变阻器的滑片P缓慢向右滑动,电流计的读数逐渐减小,当滑至某一位置时电流计的读数恰好为零,读出此时电压表的示数为6.0V;现保持滑片P的位置不变,以下判断正确的是( ) A.光电管阴极材料的逸出功为4.5eV B.若增大入射光的强度,电流计的读数不为零 C.若用光子能量为12eV的光照射阴极K,光电子的最大初动能一定变大 D.若用光子能量为9.5eV的光照射阴极K,同时把滑片P向左移动少许,电流计的读数一定不为零
【答案】AC 【解析】电流计的读数恰好为零,此时电压表的示数为6.0V,根据动能定理得eU=Ek =6.0eV.再根据光电效应方程Ek =hυ-W0 知W0 =hυ-Ek =10.5eV-6.0eV=4.5eV,故A正确.光电效应的产生的最大初动能与入射光的强度无关,与入射光的频率有关.故B错误.增大入射光的光子能量,根据光电效应方程知,光电子的最大初动能变大.故C正确.因为前述已求得光电管材料的逸出功为4.5eV,若用光子能量为9.5eV的光照射阴极A,能发生光电效应,此情况下,当反向电压大于9.5-4.5=5V时电流才截止,所以把滑片P向左移动少许(未知此时的反向电压是多少),电流计的读数不一定不为零,故D错误;故选AC
16、(多选)硅光电池是利用光电效应制成的将光能转换为电能的光电池,如图所示,真空中放置的平行金属板可作为光电池的两个极板,光照前两板都不带电.用波长为λ、光强为E(单位时间内照射到A板的光能)的光照射逸出功为W的A板,则板中的电子能吸收光的能量而逸出。假设所有逸出的电子都垂直于A板向B板运动,单位时间从A板逸出的电子数与单位时间入射到A板的光子数之比为 ,忽略电子之间的相互作用,保持光照条件不变,a和b为接线柱,已知元电荷为e,光速为c;普朗克常量为h。则下列说法正确的是( ) A.该光电池的电动势为 B.将a和b短接时的电流 C.极板A为该光电池的正极 D.极板B为该光电池的正极
【答案】ABC
【解析】A.根据光电效应方程可得:
电源电动势等于断路时的路端电压,由动能定理可得:E
km =eU
m =e•E
电动势 ,解得
故A正确.
B.由题,入射的光子的个数:
短路时到达B板的电子N=η•n
电流值:
故B正确;
CD.光电子运动的方向为从A指向B,所以电流的方向为从B流向A,所以A为电源的正极;故C正确,D错误。
17、下列对于德布罗意波的认识,正确的是( ) A.光波是一种物质波 B.X光的衍射证实了物质波的假设是正确的 C.电子的衍射证实了物质波的假设是正确的 D.宏观物体运动时,看不到它的衍射或干涉现象,所以宏观物体不具有波动性
【答案】C 【解析】A.光波是电磁波,A错误; B.X光衍射实验只能说明光具有波动性,不能说明物质波的假设是正确的,B错误; C.电子的衍射证实了物质波的假设是正确的, C正确. D.宏观物体由于波长太短,所以看不到它的干涉,衍射现象,但仍具有波动性,D错误
18、关于电子的运动规律,以下说法正确的是( ) A.电子如果表现出粒子性,则无法用轨迹来描述它们的运动,其运动遵循牛顿运动定律 B.电子如果表现出粒子性,则可以用轨迹来描述它们的运动,其运动遵循牛顿运动定律 C.电子如果表现出波动性,则无法用轨迹来描述它们的运动,空间分布的概率遵循波动规律 D.电子如果表现出波动性,则可以用轨迹来描述它们的运动,其运动遵循牛顿运动定律
【答案】C 【解析】AB. 电子运动对应的物质波是概率波.少量电子表现出粒子性,但无法用轨迹描述其运动(即便粒子遵守牛顿运动定律,但因问题太复杂计算量太大,因此也无法计算其运动轨迹),也不遵循牛顿运动定律(高速运动的微粒已不遵循牛顿运动定律),A、B错误; CD. 大量电子表现出波动性,无法用轨迹描述其运动,可确定电子在某点附近出现的概率,且概率遵循波动规律,C正确,D错误
19、首次成功解释光电效应和首次提出物质波的科学家分别是( ) A.普朗克、爱因斯坦 B.爱因斯坦、德布罗意 C.普朗克、德布罗意 D.爱因斯坦、康普顿
【答案】B 【解析】1900年普朗克提出量子假说,此后爱因斯坦提出光量子假说,并建立了光电效应方程,成功解释了光电效应,首次提出物质波假说的科学家是德布罗意,故选项B正确,A、C、D错误
20、用电子做双缝干涉实验,下面三幅图分别为100个、3000个、7000个左右的电子通过双缝后,在胶片上出现的干涉图样。该实验表明( ) A.电子具有波性,不具有粒子性 B.电子具有粒子性,不具有波动性 D.电子既有波动性又有粒子性 D.电子到达胶片上不同位置的概率相同
【答案】C 【解析】实验表明少数粒子表现为粒子性较强;大量粒子表现为波动性较强,该实验表明电子既有波动性又有粒子性,故选C
21、下列说法正确的是( ) A. 光波是概率波,物质波是机械波 B. 微观粒子的动量和位置的不确定量同时变大,同时变小 C. 普朗克的量子化假设是为了解释光电效应而提出的 D. 动量相等的质子和电子,它们的德布罗意波长也相等
【答案】D 【解析】A.光波具有波粒二象性,波动性表明光波是一种概率波,物质波,又称德布罗意波,是概率波,故A错误; B.根据不确定关系∆P⋅∆x=h/4π可知,微观粒子的动量和位置的不确定量一个变大的同时,另一个变小,故B错误; C.普朗克为了解释黑体辐射现象,第一次提出了能量量子化理论,故C错误; D.根据德布罗意波波长的公式:λ=h/p可知,动量相同的质子和电子,它们的德布罗意波的波长相等,故D正确
22、显微镜观看细微结构时,由于受到衍射现象的影响而观察不清,因此观察越细小的结构,就要求波长越短,波动性越弱.在加速电压值相同的情况下,电子显微镜与质子显微镜的分辨本领,下列判定正确的是( ) A. 电子显微镜分辨本领较强 B. 质子显微镜分辨本领较强 C. 两种显微镜分辨本领相同 D. 两种显微镜分辨本领无法比较
【答案】B 【解析】在电场中加速eU=mv2 /2=p2 /2m,又由物质波公式λ=h/p得λ=h/√2meU,所以经相同电压加速后的质子与电子相比,质子的物质波波长短,波动性弱,从而质子显微镜分辨本领较强,故B正确。 故选B
23、1927年戴维孙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.如图所示的是该实验装置的简化图.下列说法不正确的是( ) 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. 该实验说明了光子具有波动性 D. 该实验说明实物粒子具有波动性
【答案】C 【解析】A.由题意可知,亮条纹是电子到达概率大的地方,暗条纹是粒子到达的概率小,故A正确; BCD.电子是实物粒子,能发生衍射现象,该实验说明物质波理论是正确的,不能说明光子的波动性,故BD正确,C错误。 故选C
24、下列说法错误的是( ) A. 光波是一种概率波 B. 光波是一种电磁波 C. 光具有波粒二象性 D. 微观粒子具有波动性,宏观物体没有波动性
【答案】D 【解析】解:A、C、光具有波粒二象性,是一种概率波.故A正确,C正确; B、根据麦克斯韦的电磁场理论,光波是一种电磁波.故B正确; D、微观粒子和宏观物体都具有波粒二象性.故D错误. 提示:德布罗意波理论告诉我们,一切运动的物体都有一种波与之对应,且波长λ、普朗克常量h、动量p满足关系式λ=h/p,宏观物体波动性不明显,是因为它们的质量比微观粒子大很多,它们运动时动量太大,对应的德布罗意波长很小,根本无法观察到它的波动性。.
25、关于物质波,下列说法正确的是( ) A. 物质波就是光波 B. 物质波是一种概率波 C. 动量越大的粒子波动性越明显 D. 爱因斯坦首先提出了物质波的假说
【答案】B 【解析】A、物质波是物质具有的一种波动现象,不是专指光波;故A错误; B、物质波一定是一种概率波;故B正确; C、由λ=h/P可知,动量越大,则粒子的波长越短;波动性越不显著;故C错误; D、德布罗意在爱因斯坦光子说的基础上提出物质波的假说,认为一切运动物体都具有波动性;故D错误; 故选:B