高中物理 第2章 波和粒子学案 沪科版选修3-5-沪科版高二选修3-5物理学案VIP免费

第2章波和粒子一、光子能量的计算1．一个光子的能量E＝hν，其中h是普朗克常量，ν是光的频率．2．一束光的能量E＝nhν，n为光子数目．3．频率与波长的关系：ν＝.例1激光器是一个特殊的光源，它发出的光便是激光，红宝石激光器发射的激光是不连续的一道一道的闪光，每道闪光称为一个光脉冲，现有一红宝石激光器，发射功率为1.0×1010W，所发射的每个光脉冲持续的时间Δt为1.0×10－11s，波长为793.4nm.问每列光脉冲的长度l是多少？其中含有的光子数n是多少？解析以Δt、l和c分别表示光脉冲的持续时间、长度和光在真空中的传播速度，由题意可知l＝cΔt①以P和E表示红宝石激光器发射的功率和光脉冲的能量，则有：E＝PΔt②以λ和ν表示红宝石激光的波长和频率，则有ν＝，因此就得到每个红宝石激光光子的能量hν＝③由②③式得到该列光脉冲含有的光子数n＝＝④1将数据代入①④式，就得到该列光脉冲的长度，含有的光子数分别为l＝3.0×10－3m＝3.0mm，n＝4.0×1017个．答案3.0mm4.0×1017个二、光电效应规律及光电效应方程1．产生条件：入射光频率大于被照射金属的极限频率．2．入射光频率→决定每个光子的能量E＝hν→决定光电子逸出后的最大动能．3．入射光强度→决定每秒钟逸出的光电子数→决定光电流的大小．4．爱因斯坦光电效应方程Ekm＝hν－W.W表示金属的逸出功，又ν0表示金属的极限频率，则W＝hν0.例2关于光电效应，下列说法正确的是()A．极限频率越大的金属材料逸出功越大B．只要光照射的时间足够长，任何金属都能产生光电效应C．从金属表面出来的光电子的最大动能越大，这种金属的逸出功越小D．入射光的光强一定时，频率越高，单位时间内逸出的光电子数就越多解析由爱因斯坦光电效应方程可知Ekm＝hν－W，所以极限频率越大，逸出功越大，A正确．低于极限频率的光，无论强度多大，照射时间多长，都不可能产生光电效应，B错误．光电子的最大动能还与入射光光子的频率有关，C错误．光强I＝nhν，光强一定时，当频率变大时，光子数反而变少，光电子数变少，D错误．答案A例3用波长为2.0×10－7m的紫外线照射钨的表面，释放出来的光电子中的最大动能是4.7×10－19J．由此可知，钨的极限频率是(普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，光速c＝3.0×108m/s，结果取两位有效数字)()A．5.5×1014HzB．7.9×1014HzC．9.8×1014HzD．1.2×1015Hz解析由爱因斯坦光电效应方程得h＝Ekm＋W，而金属的逸出功W＝hν0，由以上两式得，钨的极限频率为：ν0＝－＝7.9×1014Hz，B项正确．答案B三、图像在光电效应规律中的应用1．Ekm－ν图像2根据爱因斯坦光电效应方程Ekm＝hν－W，光电子的最大初动能Ekm是入射光频率ν的一次函数，图像如图1所示．图1其横轴截距为金属的极限频率ν0，纵轴截距是金属的逸出功的负值；斜率为普朗克常量h.2．I－U图像光电流强度I随光电管两极间电压U的变化图像．图2中Im为饱和光电流，U0为遏止电压．利用mev＝eU0可得光电子的最大动能．图2例4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，可得到光电子的最大动能Ekm随入射光频率ν变化的Ekm—ν图像．已知钨的逸出功是3.28eV，锌的逸出功是3.34eV，若将二者的图线画在同一个坐标图中，以实线表示钨，虚线表示锌，如图所示，则正确反映这一过程的图像是()解析根据Ekm＝hν－W知，图像斜率代表普朗克常量h，所以两条线应平行；横轴截距代表了极限频率ν0，ν0＝，因此锌的ν0大些．答案A例5在光电效应实验中，飞飞同学用同一光电管在不同实验条件下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线(甲光、乙光、丙光)，如图3所示．则可判断出()3图3A．甲光的频率大于乙光的频率B．乙光的波长大于丙光的波长C．乙光对应的极限频率大于丙光的极限频率D．甲光对应的光电子最大动能大于丙光的光电子最大动能解析由题图可知，甲、乙两光对应的反向截止电压均为U02，由爱因斯坦光电效应方程Ekm＝hν－W及－eU02＝0－Ekm可知甲、乙两光频率相同，且均小于丙光频率，选项A、C均错；甲光频率小，则甲光对应的光电子最大动能小于丙光的光电子最大动能，选项D错误；乙光频率小于丙光频率，故乙光的波长大于丙光的波长，选项B正确．答...