高中物理人教版特色专题2物质其实并不存在波粒二象性《讲义教师版》Word下载.docx
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故E错误
练习2.
(2021春∙韩城市期末)下列说法正确的是( )
A.爱因斯坦在研究黑体的热辐射问题中提出了能量子假说
B.光电效应、康普顿效应表明光具有粒子性
C.不确定性关系只适用于电子和光子等微观粒子,不适用于其他宏观物体
D.一个放射性原子核发生一次β衰变,它的质子数增加一个,中子数减少一个
【答案】BD
A、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错误;
B、光电效应现象和康普顿效应现象说明光即具有能量,也具有动量,具有粒子性。
故B正确;
C、不确定性关系只适用于电子和光子等微观粒子,也适用于其他宏观物体。
故C错误;
D、根据β衰变的本质可知,一个放射性原子核发生一次β衰变,它的质子数增加一个,中子数减少一个。
故D正确
情境导入
观察上面这个图片,我们发现图片中的物体既是圆也是方,当我们从不同的角度进行观察的时候会发现事物不同的性质。
在真实的世界中,波和实物粒子的界限越来越模糊了。
光既可以称为一种实物粒子,也可以称为是一种波。
电子既可以称为一种实物粒子,也可以称为是一种波。
知识精讲
能量量子化
知识讲解
能量量子化
1.黑体与黑体辐射
(1)热辐射
①定义:
我们周围的一切物体都在辐射电磁波,这种辐射与物体的温度有关,所以叫热辐射。
②热辐射的特点
物体在任何温度下都会发射电磁波,热辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同。
当物体温度较低时(如室温),热辐射的主要成分是波长较长的电磁波(在红外线区域),不能引起人的视觉;
当温度升高时,热辐射中较短波长的成分越来越强,可见光所占份额增大。
(2)黑体
在热辐射的同时,物体表面还会吸收和反射外界射来的电磁波。
如果一个物体能够完全吸收投射到其表面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。
②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。
2.黑体辐射的实验规律
(1)温度一定时,黑体辐射强度随波长的分布有一个极大值。
(2)随着温度的升高
①各种波长的辐射强度都有增加;
②辐射强度的极大值向波长较短的方向移动,
黑体
一般物体
热辐射特点
辐射电磁波的强度按波长(或频率)的分布只与黑体的温度有关
辐射电磁波的情况与温度、材料的种类及表面状况有关
吸收及反射特点
完全吸收各种入射电磁波,不反射
既吸收,又反射,其能力与材料的种类及入射波长等因素有关
例题精讲
例1.
(2021春∙永昌县校级期中)下列各种说法中错误的是( )
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.任何一个运动物体都与一种波相对应,这就是物质波,物质波是概率波
【答案】B
A、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;
B、一束光照射到某种金属上不能发生光电效应,是因为该束光的频率小于极限频率,故B错误;
C、根据不确定关系△p∙△x
知,狭缝越窄,光子动量的不确定量越大。
故C正确;
D、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,故D正确;
例2.
(2021春∙湖北月考)下列说法正确的是( )
A.黑体辐射的实验规律可用经典的电磁学理论解释
B.光电效应显示了光的粒子性
C.康普顿效应显示了的波动性
D.电子的衍射实验说明波也具有粒子性
A、黑体辐射的实验规律不能用经典的电磁学理论解释,可用量子理论来解释,故A错误;
B、光电效应都说明光具有粒子性,故B正确;
C、康普顿效应都说明光具有粒子性。
D、利用晶体做电子衍射实验,发现其衍射图谱,证实了电子的波动性,故D错误;
例3.
(2021春∙启东市校级期中)关于热辐射,下列说法正确的是( )
A.只有温度高的物体才会有热辐射
B.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
C.随着黑体的温度升高,辐射强度的极大值向波长较长的方向移动
D.一般材料的物体,辐射电磁波的情况除与温度有关外,还与材料的种类和表面状况有关
A、自然界的任何物体都向外辐射红外线,温度越高,辐射电磁波的本领越强,故A错误;
B、实际物体辐射电磁波情况与温度、表面情况、材料都有关;
黑体辐射电磁波的情况只与温度有关,是实际物体的理想化模型;
C、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,温度升高时,黑体辐射强度的极大值向波长减小的方向移动,故C错误;
D、一般材料的物体,辐射电磁波的情况除与温度有关外,还与材料的种类和表面状况有关,故D正确;
例4.
例5.
(2021∙浙江模拟)下列说法正确的是( )
A.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
B.大量的电子通过双缝后在屏上能形成明暗相间的条纹,这表明所有的电子都落在明条纹处
C.电子和其他微观粒子都具有波粒二象性
D.光波是一种概率波,光的波动性是由于光子之间的相互作用引起的,这是光子自身的固有性质
【答案】AC
A、普朗克之所以要提出量子化理论是为了对于当时经典物理无法解释的“紫外灾难”进行解释,第一次提出了能量量子化理论,故A正确;
B、大量的电子通过双缝后在屏上能形成明暗相间的条纹,这表明落在明条纹处的电子较多、落在暗条纹出的电子较少,故B错误;
C、任何一个运动着的物体,小到电子质子大到行星太阳,都有一种波与之对应这种波称为物质波,故电子和其他微观粒子,都具有波粒二象性。
D、波粒二象性是光的根本属性,与光子之间的相互作用无关,故D错误。
例6.
(2021春∙迎泽区校级月考)黑体辐射的强度与波长关系如图所示,由图可知下列说法错误的是( )
A.黑体辐射的强度随着温度的升高,各种波长的辐射强度都增加
B.随着温度的升高,辐射强度的极大值向着波长较短的方向移动
C.任何温度下,黑体都会辐射各种波长的电磁波
D.不同温度下,黑体只会辐射相对应的某些波长的电磁波
A、由图象可以看出,随着温度的升高,各种波长的辐射强度都有增加,故A正确。
B、随着温度的升高,辐射强度的极大值向波长较短的方向移动,故B正确。
C、D、任何温度下,黑体都会辐射各种波长的电磁波,故C正确,D错误。
例7.
(2021春∙余姚市校级期中)热辐射是指所有物体在一定的热辐射的温度下都要向外辐射电磁波的现象,辐射强度是指垂直于电磁波传播方向上的单位面积上单位时间内所接收到的辐射能量。
在研究某一黑体热辐射时,得到了四种温度下黑体强度与波长的关系如图。
图中横轴λ表示电磁波的波长,纵轴表示某种波长电磁波的辐射强度,则由辐射强度图线可知,同一黑体在不同温度下( )
A.向外辐射同一波长的电磁波的辐射强度相同
B.向外辐射的电磁波的总能量随温度升高而减小
C.辐射强度的极大值随温度升高而向长波方向移动
D.辐射强度的极大值随温度升高而向短波方向移动
A、从图中可以看出,温度越高,向外辐射同一波长的电磁波的辐射强度越大,故A错误;
B、从图中可以看出,辐射的各个波长的部分的辐射强度均变大,故向外辐射的电磁波的总能量随温度升高而增强,故B错误;
CD、从图中可以看出,辐射强度的极大值随温度升高而向短波方向移动,故C错误,D正确;
例8.
(2021春∙茂名月考)下列描绘两种温度下黑体辐射强度与频率关系的图中,符合黑体辐射实验规律的是( )
A.
B.
C.
D.
【答案】A
A、黑体辐射的波长分布情况也随温度而变,如温度较低时,主要以不可见的红外光进行辐射,在500℃以至更高的温度时,则顺次发射可见光以至紫外辐射。
即温度越高,辐射的电磁波的波长越短,故A正确;
B、黑体辐射的波长分布情况也随温度而变,如温度较低时,主要以不可见的红外光进行辐射,在500℃以至更高的温度时,则顺次发射可见光以至紫外辐射。
即温度越高,辐射的电磁波的波长越短,故B错误;
C、黑体辐射以电磁辐射的形式向外辐射能量,温度越高,辐射越强越大,故C错误;
D、黑体辐射以电磁辐射的形式向外辐射能量,温度越高,辐射越强越大,且温度越高的,变化程度越大,故D错误
例9.
(2021∙葫芦岛一模)普朗克在研究黑体辐射的基础上,提出了量子理论,下列关于描绘两种温度下黑体辐射强度与波长关系的图中,符合黑体符合实验规律的是( )
AC、黑体辐射以电磁辐射的形式向外辐射能量,温度越高,辐射越强越大,故A、C错误。
BD、黑体辐射的波长分布情况随温度变化而改变,温度越高,辐射的电磁波的波长越短,辐射强度的极大值向波长缩短的方向移动,故B错误,D正确。
例10.
(2021春∙宿迁期末)下列有关黑体的说法,正确的有( )
A.黑体并不向外辐射电磁波
B.普朗克提出能量子假说能够很好的解释黑体辐射规律
C.温度升高,各种波长的辐射强度都减小
D.温度升高,黑体辐射强度极大值向波长较短的方向移动
A、黑体是可以吸收所有入射辐射的物体,不会反射任何辐射,但黑体可以向外辐射电磁波,故A错误;
B、为了解释黑体辐射规律,普朗克提出电磁辐射的能量是量子化的,故B正确;
CD、根据黑体辐射的规律可知,随着温度的升高,一方面各种波长的辐射强度都有所增加,另一方面,辐射强度的极大值向波长较短的方向移动,故C错误,D正确。
例11.
(2021∙鼓楼区校级模拟)基于下列四幅图的叙述正确的是( )
A.由甲图可知,黑体温度升高时,各种波长的电磁波辐射强度都增加,辐射强度的极大值向波长较短的方向移动
B.由乙图可知,a光光子的频率高于b光光子的频率
C.由丙图可知,该种元素的原子核每经过7.6天就有
发生衰变
D.由丁图可知,中等大小的核的比结合能量大,这些核最稳定
A、由甲图可知,黑体温度升高时,各种波长的电磁波辐射强度都增加,辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。
故A正确;
B、遏止电压和最大初动能成正比。
由乙图可知,b光对应的遏止电压绝对值最大,产生光电效应的最大初动能最大,所以b光光子的频率高于a光光子的频率。
故B错误;
C、由丙图可知,该种元素的原子核每经过7.6天还有
没有发生衰变。
D、由丁图可知,中等大小的核的比结合能量大,这些核最稳定。
故D正确;
光电效应
光的粒子性
1.光电效应
(1)定义:
照射到金属表面的光,能使金属中的电子从表面逸出的现象。
(2)光电子:
光电效应中发射出来的电子。
(3)光电效应的实验规律
①存在着饱和光电流:
在光的颜色不变的情况下,入射光越强,饱和电流越大。
这表明对于一定颜色的光,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:
光电效应几乎是瞬时发生的,从光照射到产生光电流的时间不超过10-9s。
(4)逸出功:
使电子脱离某种金属所做功的最小值,叫做这种金属的逸出功,用W0表示。
不同金属的逸出功不同。
2.爱因斯坦的光电效应方程
(1)光子说:
光不仅在发射和吸收时能量是一份一份的,而且光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的,这些能量子被称为光子,频率为ν的光的能量子为hν。
(2)光电效应方程
①表达式:
hν=Ek+W0或Ek=hν-W0;
②物理意义:
是能量守恒方程的具体体现,即金属中电子吸收一个光子获得的能量是hν,这些能量的一部分用来克服金属的逸出功W0,剩下的表现为逸出后电子的最大初动能Ek。
(3)只有当hν>
W0时,才有光电子逸出,νc=就是光电效应的截止频率。
3.康普顿效应和光子的动量
1.光的散射:
光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
(1)概念:
在光的散射中,除了与入射波长λ0相同的成分外,还有波长大于λ0的成分的现象。
(2)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。
3.光子的动量
(1)表达式:
。
(2)说明:
在康普顿效应中,入射的光子与晶体中的电子碰撞时,把一部分动量转移给电子,光子的动量变小,从
看,光子的波长变大。
(2021春∙永定区校级月考)伦琴射线管是用来产生X射线的一种装置,构造如图所示.真空度很高(约为10-4Pa)的玻璃泡内,有一个阴极K和一个阳极A,由阴极发射的电子受强电场的作用被加速后打到阳极,会产生X光内的各种能量的光子,其中光子能量最大值等于电子的动能.已知阳极和阴极之间的电势差U,普朗克常数h,电子电荷量e和光速c,则可知该伦琴射线管产生的X光的最大频率为_
_,最短波长为_
_.
【答案】
,
光子的最大能量E=eU=hv,解得v
.则最短波长
.
(2021春∙大名县校级月考)如图所示,阴极K用极限波长λ0=0.66μm的金属铯制成,用波长λ=0.50μm的绿光照射阴极K,调整两极板电压,当A板电压比阴极高处2.5V时,光电流达到饱和,电流表示数为0.64μA。
(1)求每秒阴极发射的电子数和电子飞出阴极时的最大初动能;
(2)如果把照射到阴极的绿光光照强度增大为原来的2倍,求每秒钟阴极发射的电子数和电子飞出阴极时的最大初动能.
(1)每秒阴极发射的电子数为4×
1012个,最大初动能为9.6×
10-20J。
(2)每秒钟阴极发射的电子数为8.0×
10-20J.
(1)光电流达到饱和时,阴极发射的光电子全部到达阳极A,阴极每秒钟发射的光电子个数n
个.根据光电效应方程,光电子最大初动能
6.63×
10-34×
3×
108
J=9.6×
10-20J.
(2)如果照射光的频率不变,光强加倍,根据光电效应实验规律,阴极每秒钟发射的光电子数:
n′=2n=8.0×
1012个光电子的最大初动能仍然是Ekm=9.6×
(2021春∙石河子校级月考)已知锌板的极限波长λ0=372nm,氢原子的基态能量为-13.6eV,若氢原子的核外电子从量子数n=2跃迁到n=1时所发出的光子照射到该锌板上,此时能否产生光电效应?
若能,光电子的最大初动能是多少电子伏?
(真空中光速c=3×
108m/s,普朗克常量h=6.63×
10-34J∙s,电子电荷量e=1.6×
10-19C)
能产生光电效应,光电子的最大初动能是1.10×
10-18J
氢原子跃迁发出光子的能量为:
E=E2-E1
E1=10.2eV=1.63×
10-18J锌板的逸出功为:
W0=h
J=5.3×
10-19J因E>
W0,所以能发生光电效应.由光电效应方程Ek=E-W0代入数据得:
Ek=1.10×
(2021春∙七里河区校级期中)如图是光电效应实验示意图.当能量为E=3.1eV的光照射金属K时,产生光电流.若K的电势高于A的电势,且电势差为0.9V,光电流刚好截止.那么当A的电势高于K的电势,且电势差也为0.9V时,光电子到达A极的最大动能是多大?
此金属的逸出功是多大?
(1)光电子到达A极的最大动能是1.8电子伏特。
(2)金属的逸出功是2.2电子伏特.
(1)若K的电势高于A的电势,且电势差为0.9V,光电流刚好截止.有:
Ekm
0.9eV.根据动能定理得,
则光电子到达A极的最大动能
代入数据得:
Ek=1.8eV.
(2)根据光电效应方程得,Ekm=hv-W0解得逸出功W0=hv-Ekm=3.1-0.9eV=2.2eV.
(2021∙东宝区校级学业考试)如图所示是使用光电管的原理图,当频率为v的可见光照射到阴极K上时,电流表中有电流通过.
(1)当变阻器的滑动端P向___滑动时(填“左”或“右”),通过电流表的电流将会增大.
(2)当电流表电流刚减小到零时,电压表的读数为U,则光电子的最大初动能为____(已知电子电荷量为e).
(3)如果不改变入射光的频率,而增加入射光的强度,则光电子的最大初动能将____(填“增加”、“减小”或“不变”).
左,eU,不变
①当变阻器的滑动端P向左移动,反向电压减小,光电子到达右端的速度变大,则通过电流表的电流变大.②当电流表电流刚减小到零时,电压表的读数为U,根据动能定理得,eU
mvm2,则光电子的最大初动能为eU.③根据光电效应方程知,Ekm=hv-W0,知入射光的频率不变,则光电子的最大初动能不变.
(2021春∙思明区校级月考)用一束紫外线照射某金属时不能产生光电效应,可能使该金属发生光电效应的措施是( )
A.改用频率更小的紫外线照射
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
用一束紫外线照射某金属时不能产生光电效应,知紫外线的频率小于金属的极限频率,要能发生光电效应,需改用频率更大的光照射,比如:
改用X射线照射;
能否发生光电效应与入射光的强度和照射时间无关,故B正确,A、C、D错误。
(2021∙珠海一模)如图所示,用紫外光照射金属板,发现验电器的指针偏转,以下说法正确的是( )
A.金属板带正电,指针带负电
B.金属板带负电,指针带正电
C.金属板带正电,指针带正电
D.金属板带负电,指针带负电
【答案】C
因为发生光电效应时,锌板失去电子带正电,用验电器与锌板接触,则验电器和指针都带正电,故ABD错误,C正确;
(2021春∙芮城县期末)用图所示的光电管研究光电效应的实验中,用某种频率的单色光a照射光电管阴极K,电流计G的指针发生偏转。
而用另一频率的单色光b照射光电管阴极K时,电流计G的指针不发生偏转,那么( )
A.a光的频率一定小于b光的频率
B.增加b光的强度可能使电流计G的指针发生偏转
C.用a光照射光电管阴极K时通过电流计G的电流是由d到c
D.只增加a光的强度可使通过电流计G的电流增大
A、用某种频率的单色光a照射光电管阴极K,电流计G的指针发生偏转,知a光频率大于金属的极限频率。
用另一频率的单色光b照射光电管阴极K时,电流计G的指针不发生偏转,知b光的频率小于金属的极限频率,所以a光的频率一定大于b光的频率。
故A错误。
B、增加b光的强度,仍然不能发生光电效应,电流计指针不偏转。
故B错误。
C、电流的方向与负电荷定向移动的方向相反,用a光照射光电管阴极K时通过电流计G的电流是由c到d。
故C错误。
D、增加a光的强度,则单位时间内发出的光电子数目增多,通过电流计的电流增大。
故D正确。
(2021春∙西陵区校级期中)如图甲所示是研究光电效应规律的光电管.用波长λ=0.50μm的绿光照射阴极K,实验测得流过G表的电流I与AK之间的电势差UAK满足如图乙所示规律,取h=6.63×
10-34J∙s.结合图象,求:
(以下所求结果均保留两位有效数字)
(1)每秒钟阴极发射的光电子数;
(2)光电子飞出阴极K时的最大动能;
(3)该阴极材料的极限频率.
(1)每秒钟阴极发射的光电子数为
个;
(2)光电子飞出阴极K时的最大动能
;
(3)该阴极材料的极限频率
(1)每秒发射光电子个数n
═4.0×
1012个
(2)能量守恒EKm=eU0=0.6eV=9.6×
10-20J(3)由光电方程:
EKm=h
hv0代入数据:
6.63
极限频率v0=4.6×
1014Hz
康普顿效应
康普顿效应
A.爱因斯坦在研究黑体的热辐射问题中提出了
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