?波粒二象性
一、光的電磁理論
1．光是一種電磁波
⑴ 光具有波的特性，在同一介質(zhì)中光速、波長和頻率之間滿足：。（請注意分清和這兩個(gè)易混的字母）
⑵ 在可見光中，各色光頻率的大小關(guān)系是：。
2．介質(zhì)對光速的影響
⑴ 光在真空中的速度：。
⑵ 光在不同的介質(zhì)中的速度
由可知，介質(zhì)的折射率越大，光速越小。
⑶ 不同色光在同一介質(zhì)中的速度
由三棱鏡光的色散實(shí)驗(yàn)可知，同一介質(zhì)對紫光的折射率最大，紅光的最小。
再由得到，在同一介質(zhì)中有：。
二、光的粒子
1．光電效應(yīng)
如圖所示，把一塊鋅板連接在驗(yàn)電器上，手觸鋅板使驗(yàn)電器指示歸零。用紫外線照射鋅板，發(fā)現(xiàn)驗(yàn)電器的指針張開。



物理學(xué)家赫茲（德國）、勒納德（德國）、湯姆孫（英國）等相繼進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，證實(shí)了這樣一個(gè)現(xiàn)象：照射到金屬表面的光，能使金屬表面的電子從表面逸出。這個(gè)現(xiàn)象稱為光電效應(yīng)，這種電子常被稱為光電子。
⑴ 光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)規(guī)律
① 任何一種金屬，都有一個(gè)截止頻率，也稱極限頻率。入射光的頻率低于截止頻率時(shí)不發(fā)生光電效應(yīng)。
② 逸出光電子的動(dòng)能只與入射光的頻率有關(guān)，而與入射光的強(qiáng)弱無關(guān)。入射光的頻率越大，逸出光電子的動(dòng)能就越大。
③ 對于一定顏色的光（），入射光越強(qiáng)，單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)越多。
④ 無論入射光（）怎樣微弱，光電效應(yīng)幾乎是瞬時(shí)發(fā)生的。
⑵ 光電效應(yīng)與經(jīng)典電磁理論的沖突
① 按照光的電磁理論，光是電磁波，是變化的電場與變化的磁場的傳播。入射光照射到金屬上時(shí)，金屬中的自由電子受變化電場的驅(qū)動(dòng)力作用而做受迫振動(dòng)，增大入射光的強(qiáng)度，光波的振幅增大，當(dāng)電子做受迫振動(dòng)的振幅足夠大時(shí)，總可以掙脫金屬束縛而逸出，成為光電子，不應(yīng)存在極限頻率。
② 按照光的電磁理論，光越強(qiáng)，光子的初動(dòng)能應(yīng)該越大。
③ 按照光的電磁理論，光電子的產(chǎn)生需要較長的時(shí)間而不是瞬間。
⑶ 光子說
① 在空間傳播的光不是連續(xù)的，而是一份一份的，每一份叫做一個(gè)光子，光子的能量與光的頻率成正比，即，其中普朗克常量。
② 光子說對光電效應(yīng)的解釋：
(a) 光子的能量只與光的頻率有關(guān)，電子吸收到光子的頻率越大，獲得的能量也就越多。當(dāng)能量足以使電子擺脫金屬的束縛時(shí)，它就從金屬表面逸出，成為光電子，因而存在一個(gè)截止頻率。
(b) 根據(jù)能量守恒定律，逸出光電子的最大初動(dòng)能：。
這就是著名的愛因斯坦光電效應(yīng)方程，為金屬的逸出功。
(c) 入射光越強(qiáng)，單位體積內(nèi)的光子數(shù)就越多。光子數(shù)越多，單位時(shí)間內(nèi)從金屬表面逸出的光電子數(shù)也就越多。
(d) 電子一次性吸收光子的全部能量，不需要積累能量的時(shí)間，因此光電效應(yīng)幾乎是瞬時(shí)發(fā)生的。
典例精講
【例1.1】（錦州期末）關(guān)于近代物理，下列敘述正確的是（　?。?br /> A．盧瑟福通過對α粒子散射實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析，提出了原子核內(nèi)有中子存在
B．光電效應(yīng)揭示了光的粒子性，而康普頓效應(yīng)從動(dòng)量方面進(jìn)一步揭示了光的粒子性
C．鐳226變?yōu)殡?22的半衰期是1620年，隨著地球環(huán)境的不斷變化，半衰期可能變短
D．結(jié)合能越大表示原子核中的核子結(jié)合得越牢固
【分析】光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)都說明光具有粒子性。
盧瑟福通過粒子散射實(shí)驗(yàn)，提出了原子的核式結(jié)構(gòu)學(xué)說；
放射性元素衰變的快慢是由原子核內(nèi)部自身決定的，與外界的物理和化學(xué)狀態(tài)無關(guān)；
比結(jié)合能越大表示原子核中核子結(jié)合得越牢靠。
【解答】解：A、盧瑟福通過粒子散射實(shí)驗(yàn)，提出了原子的核式結(jié)構(gòu)學(xué)說，提出了原子核內(nèi)有質(zhì)子存在，而中子是查德韋克提出的。故A錯(cuò)誤。
B、光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)都揭示了光的粒子性。故B正確。
C、半衰期是由原子核內(nèi)部自身決定的，與地球環(huán)境不同，故C錯(cuò)誤；
D、比結(jié)合能越大表示原子核中的核子結(jié)合得越牢固，故D錯(cuò)誤；
故選：B。
【例1.2】（潮州期末）某單色光照射金屬表面時(shí)，沒有發(fā)生光電效應(yīng)，欲使該金屬發(fā)生光電效應(yīng)，應(yīng)該選擇（　?。?br /> A．增加照射時(shí)間
B．改用波長更長單色光照射
C．增大該單色光的強(qiáng)度
D．改用頻率更高的單色光照射
【分析】發(fā)生光電效應(yīng)的條件是入射光的頻率大于金屬的極限頻率，延長光的照射時(shí)間和增大光的照射強(qiáng)度都不行，從而即可求解。
【解答】解：AC、發(fā)生光電效應(yīng)的條件是入射光的頻率大于或等于金屬的極限頻率，與增加光的照射時(shí)間和增大光的照射強(qiáng)度都不行，故AC錯(cuò)誤，
BD、改用波長更長的光照射時(shí)，其頻率小于原光的頻率，則不可能發(fā)生光電效應(yīng)，而當(dāng)改用頻率更高的光，可能發(fā)生光電效應(yīng)，所以B錯(cuò)誤，D正確。
故選：D。
【例1.3】（沈河區(qū)校級四模）下列說法正確的是（　?。?br /> A．電子的發(fā)現(xiàn)使人們認(rèn)識到原子核是可分的
B．天然放射現(xiàn)象使人們認(rèn)識到原子是可分的
C．盧瑟福猜想原子核內(nèi)存在中子，他的學(xué)生查德威克通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)了這個(gè)猜想
D．光電效應(yīng)中從金屬表面逸出的光電子是從原子核中出射的
【分析】本題是原子物理學(xué)史問題，α粒子散射實(shí)驗(yàn)使人們認(rèn)識到原子具有核式結(jié)構(gòu)模型，天然放射現(xiàn)象說明原子核內(nèi)部有復(fù)雜結(jié)構(gòu)，波爾理論能成功解釋氫原子的光譜。
【解答】解：A、電子的發(fā)現(xiàn)使人們認(rèn)識到原子是可分的，但是不能說明原子核是可以再分的，故A錯(cuò)誤；
B、天然放射現(xiàn)象中的射線來自原子核，說明原子核內(nèi)部有復(fù)雜結(jié)構(gòu)，并不是認(rèn)識到原子是可分的，故B錯(cuò)誤；
C、盧瑟福猜想原子核內(nèi)存在中子，他的學(xué)生查德威克通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)了這個(gè)猜想，故C正確；
D、光電效應(yīng)中從金屬表面逸出的光電子是從原子中出射的，并不是原子核，故D錯(cuò)誤。
故選：C。

2．康普頓效應(yīng)
⑴ 光的散射
光在介質(zhì)中與物質(zhì)微粒相互作用，因而傳播方向發(fā)生改變，這種現(xiàn)象叫做光的散射。
⑵ 康普頓效應(yīng)
1918~1922年，美國物理學(xué)家康普頓在研究石墨對X射線的散射時(shí)，發(fā)現(xiàn)在散射的X射線中，除了與入射波長相同的成分外，還有波長大于的成分，這個(gè)現(xiàn)象叫做康普頓效應(yīng)。
康普頓的學(xué)生，中國留學(xué)生吳有訓(xùn)測試了多種物質(zhì)對X射線的散射，證實(shí)了康普頓效應(yīng)的普遍性。
⑶ 康普頓效應(yīng)與經(jīng)典電磁理論的沖突
按照經(jīng)典電磁理論，由于光是電磁振動(dòng)的傳播，入射光引起物質(zhì)內(nèi)部帶電微粒的受迫振動(dòng)，振動(dòng)著的帶電微粒從入射光吸收能量，并向四周輻射，這就是散射光。散射光的頻率應(yīng)該等于帶電粒子受迫振動(dòng)的頻率，也就是入射光的頻率，因而散射光的波長與入射光的波長應(yīng)該相同，不會出現(xiàn)的散射光。經(jīng)典理論與實(shí)驗(yàn)事實(shí)又一次出現(xiàn)矛盾。
⑷ 光子模型對康普頓效應(yīng)的解釋
康普頓用光子的模型成功地解釋了這種效應(yīng)?；舅枷胧牵篨射線的光子不僅具有能量，也像其他粒子那樣具有動(dòng)量，X射線的光子與晶體中的電子碰撞時(shí)要遵守能量守恒和動(dòng)量守恒定律，求解這些方程，可以得出散射光波長的變化值。理論結(jié)果與實(shí)驗(yàn)符合得很好。
⑸ 光子的動(dòng)量：
典例精講
【例2.1】（橋東區(qū)校級月考）美國物理學(xué)家康普頓在研究石墨對X射線的散射時(shí)，用X光對靜止的電子進(jìn)行照射，照射后電子獲得速度的同時(shí)，X光的運(yùn)動(dòng)方向也會發(fā)生相應(yīng)的改變。下圖是X射線的散射示意圖，下列說法中正確的是（　?。?br />
A．在康普頓效應(yīng)中，當(dāng)入射光子與晶體中的電子碰撞時(shí)，把部分動(dòng)量轉(zhuǎn)移給電子，因此光子散射后頻率變大
B．康普頓效應(yīng)揭示了光的粒子性，表明光子除了具有能量之外還具有動(dòng)量
C．X光散射后與散射前相比，速度將會變小
D．散射后的光子雖然改變原來的運(yùn)動(dòng)方向，但頻率保持不變
【分析】在康普頓效應(yīng)中，當(dāng)入射光子與晶體中的電子碰撞時(shí)，把一部分動(dòng)量轉(zhuǎn)移給電子，則動(dòng)量減小，根據(jù)λ，知波長增大，頻率減小，
【解答】解：在康普頓效應(yīng)中，當(dāng)入射光子與晶體中的電子碰撞時(shí)，把一部分動(dòng)量轉(zhuǎn)移給電子，則動(dòng)量減小，根據(jù)λ，知波長增大，根據(jù)光子的波長λ，頻率減小，但光速c不變，能量減小，康普頓效應(yīng)說明光不但具有能量而且具有動(dòng)量，證明了光的粒子性，故ACD錯(cuò)誤B正確。
故選：B。
【例2.2】（廣南縣校級月考）1922年，美國物理學(xué)家康普頓在研究石墨中的電子對X射線的散射時(shí)發(fā)現(xiàn)，有些散射波的波長比入射波的波長略大。下列說法中正確的是（　?。?br /> A．有些X射線的能量傳給了電子，因此X射線的能量減小了
B．有些X射線吸收了電子的能量，因此X射線的能量增大了
C．X射線的光子與電子碰撞時(shí)，動(dòng)量守恒，能量也守恒
D．X射線的光子與電子碰撞時(shí)，動(dòng)量不守恒，能量守恒
【分析】在康普頓效應(yīng)中，當(dāng)入射光子與晶體中的電子碰撞時(shí)，把一部分動(dòng)量轉(zhuǎn)移給電子，則動(dòng)量減小，根據(jù)λ，知波長增大，
碰撞過程系統(tǒng)不受外力，故動(dòng)量守恒，光子的能量遠(yuǎn)大于電子的束縛能時(shí)，光子與自由電子或束縛較弱的電子發(fā)生彈性碰撞，故能量守恒。
【解答】解：在康普頓效應(yīng)中，當(dāng)入射光子與晶體中的電子碰撞時(shí)，把一部分動(dòng)量轉(zhuǎn)移給電子，則動(dòng)量減小，根據(jù)λ，知波長增大，碰撞過程系統(tǒng)不受外力，故動(dòng)量守恒，光子的能量遠(yuǎn)大于電子的束縛能時(shí)，光子與自由電子或束縛較弱的電子發(fā)生彈性碰撞，故能量守恒。所以C正確，ABD錯(cuò)誤。
故選：C。
【例2.3】（海淀區(qū)模擬）康普頓效應(yīng)證實(shí)了光子不僅具有能量，也有動(dòng)量，如圖給出了光子與靜止電子碰撞后，電子的運(yùn)動(dòng)方向，則碰后光子可能沿方向　1　運(yùn)動(dòng)，并且波長　變長?。ㄌ睢安蛔儭薄白冃　被颉白冮L”）。

【分析】光子與電子碰撞過程系統(tǒng)動(dòng)量守恒，系統(tǒng)動(dòng)量的矢量和不變，動(dòng)量是矢量，合成遵循平行四邊形定則；根據(jù)λ判斷波長的變化情況。
【解答】解：光子與電子碰撞過程系統(tǒng)動(dòng)量守恒，系統(tǒng)動(dòng)量的矢量和不變，碰前動(dòng)量向右，故碰撞后系統(tǒng)的動(dòng)量的矢量和也向右，故碰后光子可能沿方向1振動(dòng)；
由于電子動(dòng)能增加，故光子動(dòng)減量小，根據(jù)ε＝hν，光子的頻率減小，根據(jù)c＝λυ，波長變長；
故答案為：1，變長。


三、波粒二象
1．光的波粒二象性
光的干涉、衍射、偏振現(xiàn)象和光的電磁理論，證明光具有波動(dòng)性；光電效應(yīng)現(xiàn)象和光子說證明光具有粒子性。無法用其中的一種性質(zhì)解釋所有光現(xiàn)象，所以認(rèn)定光既有粒子性，又有波動(dòng)性，即具有波粒二象性。
當(dāng)研究個(gè)別光子的行為時(shí)，呈現(xiàn)的是粒子性；當(dāng)研究大量光子的連續(xù)行為時(shí)，呈現(xiàn)的是波動(dòng)性。光的波長越長，其波動(dòng)性越顯著，光的波長越短，其粒子性越顯著。
典例精講
【例1.1】（臺州模擬）居室裝修中常用的大理石等天然石材，若含有鈾、釷等元素就會釋放出放射性氣體氡。氡會經(jīng)呼吸進(jìn)入人體并停留于在體內(nèi)發(fā)生衰變，放射出α、β、γ射線。這些射線會導(dǎo)致細(xì)胞發(fā)生變異，引起疾病。下列相關(guān)說法正確的是（　?。?br /> A．放射性元素發(fā)生衰變時(shí)放出的α射線具有波粒二象性
B．鈾U衰變?yōu)檠鮎n要經(jīng)過4次α衰變和2次β衰變
C．放射性元素發(fā)生β衰變時(shí)所釋放的電子是原子核內(nèi)的質(zhì)子轉(zhuǎn)變?yōu)橹凶訒r(shí)產(chǎn)生的
D．處于激發(fā)態(tài)的氧原子發(fā)出的某一單色光照射到某金屬表面能發(fā)生光電效應(yīng)，若這束光通過玻璃磚折射后，再射到此金屬表面將不會再產(chǎn)生光電效應(yīng)
【分析】A、光子、微觀粒子都具有波粒二象性；
B、核反應(yīng)方程遵循質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒，即可求解；
C、β衰變時(shí)所釋放的電子是原子核內(nèi)的中子衰變?yōu)橘|(zhì)子時(shí)產(chǎn)生的；
D、根據(jù)折射后光的頻率不變，再結(jié)合光電效應(yīng)發(fā)生條件，即可求解。
【解答】解：A、放射性元素發(fā)生衰變時(shí)放出的α射線，屬于實(shí)物粒子，也具有波粒二象性，故A正確；
B、鈾U衰變?yōu)殡盧n，質(zhì)量數(shù)減小16，而質(zhì)子數(shù)減小6，經(jīng)過一次次α衰變，質(zhì)量數(shù)減小4，質(zhì)子數(shù)減小2，而﹣次β衰變質(zhì)量數(shù)不變，則質(zhì)子數(shù)增大1，因此要經(jīng)過4次α衰變和2次β衰變，故B正確；
C、β衰變時(shí)所釋放的電子是原子核內(nèi)的中子衰變?yōu)橘|(zhì)子時(shí)產(chǎn)生的，故C錯(cuò)誤；
D、發(fā)出的某一單色光照射到某金屬表面能發(fā)生光電效應(yīng)，若這束光通過玻璃磚折射后，雖光速變化了，但其頻率不變，再射到此金屬表面，仍將會再產(chǎn)生光電效應(yīng)，故D錯(cuò)誤。
故選：AB。
【例1.2】（沙坪壩區(qū)校級月考）2018年8月23日報(bào)道，國家大科學(xué)工程﹣﹣中國散裂中子源（CSNS）項(xiàng)目通過國家驗(yàn)收，投入正式運(yùn)行，并將對國內(nèi)外各領(lǐng)域的用戶開放。有關(guān)中子的研究，下面說法正確的是（　?。?br /> A．中子和其他微觀粒子，都具有波粒二象性
B．盧瑟福發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)方程
C．在中子轟擊下生成的過程中，原子核中平均核子質(zhì)量變小
D．β衰變所釋放的電子是原子核內(nèi)部的中子轉(zhuǎn)變?yōu)橘|(zhì)子時(shí)所產(chǎn)生的
【分析】依據(jù)β衰變中，一個(gè)中子轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)質(zhì)子和一個(gè)電子；依據(jù)質(zhì)量數(shù)與質(zhì)子數(shù)守恒，即可判定；盧瑟福預(yù)言了中子的存在，而查德威克發(fā)現(xiàn)中子；裂變后，有質(zhì)量虧損，釋放能量，則平均核子質(zhì)量變化；所有粒子都具有波粒二象性，即可求解。
【解答】解：A、所有粒子都具有波粒二象性，故A正確；
B、盧瑟福通過分析α粒子散射實(shí)驗(yàn)結(jié)果，提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型，發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子，預(yù)言了中子的存在。查德威克通過α粒子轟擊鈹核（ Be） 獲得碳核（ C）的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了中子，其核反應(yīng)方程，故B錯(cuò)誤；
C、此反應(yīng)是裂變反應(yīng)，原子核中的平均核子質(zhì)量變小，有質(zhì)量虧損，以能量的形式釋放出來，故C正確；
D、β衰變的實(shí)質(zhì)是原子核內(nèi)部的一個(gè)中子轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)質(zhì)子和一個(gè)電子，故D正確；
故選：ACD。
【例1.3】（應(yīng)縣校級期中）通過學(xué)習(xí)波粒二象性的內(nèi)容，你認(rèn)為下列說法正確的是（　?。?br /> A．能量較大的光子其波動(dòng)性越顯著
B．速度相同的質(zhì)子和電子相比，質(zhì)子的波動(dòng)性更為明顯
C．波粒二象性指光有時(shí)表現(xiàn)為波動(dòng)性，有時(shí)表現(xiàn)為粒子性
D．康普頓效應(yīng)中光子與靜止的電子發(fā)生相互作用后，光子的波長變小了
【分析】光子既有波動(dòng)性又有粒子性，波粒二象性中所說的波是一種概率波，對大量光子才有意義。波粒二象性中所說的粒子，是指其不連續(xù)性，是一份能量。個(gè)別光子的作用效果往往表現(xiàn)為粒子性；大量光子的作用效果往往表現(xiàn)為波動(dòng)性。頻率越大的光，光子的能量越大，粒子性越顯著，頻率越小的光其波動(dòng)性越顯著。
【解答】解：A、在光的波粒二象性中，頻率越大的光，光子的能量越大，粒子性越顯著，頻率越小的光其波動(dòng)性越顯著。故A錯(cuò)誤。
B、速度相同的質(zhì)子和電子相比，由于質(zhì)子的質(zhì)量更大，由p＝mv，以及可知，電子的波動(dòng)性更為明顯。故B錯(cuò)誤；
C、光的波粒二象性是指光波同時(shí)具有波和粒子的雙重性質(zhì)，但有時(shí)表現(xiàn)為波動(dòng)性，有時(shí)表現(xiàn)為粒子性，大量的光子波動(dòng)性比較明顯，個(gè)別光子粒子性比較明顯。故C正確。
D、康普頓效應(yīng)中光子與靜止的電子發(fā)生相互作用后，光子的動(dòng)量減小，所以波長變大了，故D錯(cuò)誤。
故選：C。

2．粒子的波動(dòng)性
德布羅意考慮到普朗克量子理論和愛因斯坦光子理論的成功，大膽把光的波粒二象性推廣到實(shí)物粒子，如電子、質(zhì)子等。他提出假設(shè)：實(shí)物粒子也具有波動(dòng)性。
這種與實(shí)物粒子相聯(lián)系的波后來稱為德布羅意波，也叫做物質(zhì)波。
1927年戴維孫和湯姆孫分別利用晶體做了電子束衍射的實(shí)驗(yàn)，證實(shí)了電子的波動(dòng)性。
說明：這部分內(nèi)容深入講解的話涉及量子力學(xué)的知識，高考也極少考察，因此老師根據(jù)課堂實(shí)際情況簡單說明即可。

隨堂練習(xí)
一．選擇題（共10小題）
1．（明光市校級月考）研究光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)電路圖如圖所示，其光電流與電壓的關(guān)如圖所示。則下列說法中正確的是（　　）

A．若把滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭向右滑動(dòng)，光電流一定減小
B．圖線甲與乙是同一種入射光，且甲的入射光強(qiáng)度等于乙光的
C．由圖可知，乙光的頻率小于丙光頻率
D．若將甲光換成丙光來照射鋅板，其逸出功將變大
2．（甘井子區(qū)校級模擬）下列說法正確的是（　?。?br /> A．一束光照射到某種金屬上不能發(fā)生光電效應(yīng)，可能是因?yàn)檫@束光的光強(qiáng)太小
B．按照玻爾理論，氫原子核外電子從半徑較小的軌道躍遷到半徑較大的軌道時(shí)，電子的動(dòng)能減小，但原子的能量增大
C．原子核發(fā)生一次β衰變，該原子外層就失去一個(gè)電子
D．天然放射現(xiàn)象中發(fā)出的三種射線是從原子核外放出的射線
3．（遼寧模擬）下列各種關(guān)于近代物理學(xué)的現(xiàn)象中，與原子核內(nèi)部變化有關(guān)的是（　?。?br /> A．紫外線照射鋅板時(shí)，鋅板向外發(fā)射光電子的現(xiàn)象
B．a(chǎn)粒子轟擊金箔時(shí)，少數(shù)發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)的現(xiàn)象
C．氫原子發(fā)光時(shí)，形成不連續(xù)的線狀光譜的現(xiàn)象
D．含鈾的礦物質(zhì)自發(fā)向外放出β射線（高速電子流）的現(xiàn)象
4．（海淀區(qū)二模）如圖所示，把一塊不帶電的鋅板用導(dǎo)線連接在驗(yàn)電器上，當(dāng)用某頻率的紫外線照射鋅板時(shí)，發(fā)現(xiàn)驗(yàn)電器指針偏轉(zhuǎn)一定角度，下列說法正確的是（　?。?br />
A．驗(yàn)電器帶正電，鋅板帶負(fù)電
B．驗(yàn)電器帶負(fù)電，鋅板也帶負(fù)電
C．若改用紅光照射鋅板，驗(yàn)電器的指針一定也會偏轉(zhuǎn)
D．若改用同等強(qiáng)度頻率更高的紫外線照射鋅板，驗(yàn)電器的指針也會偏轉(zhuǎn)
5．（茶陵縣校級月考）關(guān)于近代物理發(fā)展的成果，下列說法正確的是（　?。?br /> A．只要增加人射光的強(qiáng)度，光電效應(yīng)就可以發(fā)生
B．若使放射性物質(zhì)的溫度升高，則其半衰期將減小
C．氫原子從激發(fā)態(tài)向基態(tài)躍遷時(shí)會輻射特定頻率的光子
D．α射線、β射線、γ射線都是高速電子流
6．（思明區(qū)校級月考）用一束紫外線照射某金屬時(shí)不能產(chǎn)生光電效應(yīng)，可能使該金屬發(fā)生光電效應(yīng)的措施是（　?。?br /> A．改用頻率更小的紫外線照射
B．改用X射線照射
C．改用強(qiáng)度更大的原紫外線照射
D．延長原紫外線的照射時(shí)間
7．（周口期中）關(guān)于光電效應(yīng)，下列說法正確的是（　?。?br /> A．金屬的逸出功與入射光的頻率有關(guān)
B．金屬的截止頻率與金屬的逸出功無關(guān)
C．入射光的波長越長，光電子的最大初動(dòng)能越大
D．紅光照到某金屬上能發(fā)生光電效應(yīng)，則綠光照到這種金屬一定能發(fā)生光電效應(yīng)
8．（上饒期中）物理學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的科學(xué)，任何學(xué)說和理論的建立都離不開實(shí)驗(yàn)，下列說法錯(cuò)誤的是（　?。?br /> A．?粒子散射實(shí)驗(yàn)是原子核式結(jié)構(gòu)理論的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)
B．康普頓效應(yīng)進(jìn)一步證實(shí)了光的波動(dòng)特性
C．光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)表明光具有粒子性
D．電子的發(fā)現(xiàn)揭示了原子不是構(gòu)成物質(zhì)的最小微粒
9．（四川模擬）下列說法正確的是（　?。?br /> A．光電效應(yīng)現(xiàn)象揭示了光具有波動(dòng)性
B．HH→Hen是核聚變反應(yīng)方程
C．Un→BaKr+3n是β衰變方程
D．一群氫原子從n＝5的激發(fā)態(tài)躍遷時(shí)，最多能輻射出4種不同頻率的光子
10．（湖北模擬）2018年11月29日，國家重大科研裝備研制項(xiàng)目“超分辨光刻裝備研制”通過驗(yàn)收，該光刻機(jī)光刻分辨力達(dá)到22nm。關(guān)于光的認(rèn)識，下列說法正確的是（　?。?br /> A．光子除了具有能量之外還具有動(dòng)量
B．波長越長的光，光子動(dòng)量越大
C．光電效應(yīng)顯示了光的波動(dòng)性
D．愛因斯坦測量了光電效應(yīng)中幾個(gè)重要的物理量，由此算出了普朗克常量h
二．多選題（共3小題）
11．（邯鄲二模）下列說法中正確的是（　　）
A．α射線、β射線、γ射線三種射線中，γ射線穿透能力最強(qiáng)
B．隨著溫度的升高，黑體輻射強(qiáng)度的極大值向波長較短方向移動(dòng)
C．實(shí)驗(yàn)表明，只要照射光的強(qiáng)度足夠大，就一定能產(chǎn)生光電效應(yīng)
D．湯姆孫對陰極射線的研究，認(rèn)為陰極射線的本質(zhì)是電子流
E．玻爾理論認(rèn)為，原子核外電子從半徑較小的軌道躍遷到半徑較大的軌道時(shí)，電子的動(dòng)能增大，電勢能減小
12．（甘井子區(qū)模擬）下列說法正確的是（　?。ㄌ钚蛱枺?br /> A．盧瑟福通過對α粒子散射實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的研究，提出了原子的核式結(jié)構(gòu)學(xué)說
B．同一元素的兩種同位素具有相同的中子數(shù)
C．放射性元素的半衰期是指大量該元素的原子核中有半數(shù)發(fā)生衰變需要的時(shí)間
D．為解釋光電效應(yīng)現(xiàn)象，愛因斯坦提出了光子說
E．根據(jù)玻爾理論可知，氫原子放出一個(gè)光子后，氫原子的核外電子運(yùn)動(dòng)速度減小
F．氘核（）和氚核（）聚合成氦核（），同時(shí)會放出一個(gè)正電子和核能
13．（中原區(qū)校級月考）下列說法正確的是（　?。?br /> A．在光的單縫衍射現(xiàn)象中，單縫越窄，中央條紋的寬度越窄
B．在光導(dǎo)纖維內(nèi)傳送圖象和海市蜃樓現(xiàn)象都是光的全反射
C．光的干涉和衍射現(xiàn)象說明光具有波動(dòng)性，光的偏振現(xiàn)象說明光是橫波
D．光電效應(yīng)既顯示了光的粒子性，又顯示了光的波動(dòng)性，所以光具有波粒二象性
E．光學(xué)鏡頭上的增透膜是利用了光的干涉現(xiàn)象
三．計(jì)算題（共2小題）
14．（大名縣校級月考）如圖所示，陰極K用極限波長λ0＝0.66μm的金屬銫制成，用波長λ＝0.50μm的綠光照射陰極K，調(diào)整兩極板電壓，當(dāng)A板電壓比陰極高處2.5V時(shí)，光電流達(dá)到飽和，電流表示數(shù)為0.64μA．
（1）求每秒陰極發(fā)射的電子數(shù)和電子飛出陰極時(shí)的最大初動(dòng)能；
（2）如果把照射到陰極的綠光光照強(qiáng)度增大為原來的2倍，求每秒鐘陰極發(fā)射的電子數(shù)和電子飛出陰極時(shí)的最大初動(dòng)能．

15．（大興區(qū)一模）我們知道，根據(jù)光的粒子性，光的能量是不連續(xù)的，而是一份一份的，每一份叫一個(gè)光子，光子具有動(dòng)量（ hv/c ） 和能量（hv ），當(dāng)光子撞擊到光滑的平面上時(shí)，可以像從墻上反彈回來的乒乓球一樣改變運(yùn)動(dòng)方向，并給撞擊物體以相應(yīng)的作用力。光對被照射物體單位面積上所施加的壓力叫光壓。聯(lián)想到人類很早就會制造并廣泛使用的風(fēng)帆，能否做出利用太陽光光壓的“太陽帆”進(jìn)行宇宙航行呢？
1924年，俄國航天事業(yè)的先驅(qū)齊奧爾科夫斯基和其同事燦德爾明確提出“用照射到很薄的巨大反射鏡上的太陽光所產(chǎn)生的推力獲得宇宙速度”，首次提出了太陽帆的設(shè)想。但太陽光壓很小，太陽光在地球附近的光壓大約為10﹣6N/m2，但在微重力的太空，通過增大太陽帆面積，長達(dá)數(shù)月的持續(xù)加速，使得太陽帆可以達(dá)到甚至超過宇宙速度。IKAROS 是世界第一個(gè)成功在行星際空間運(yùn)行的太陽帆。2010年5月21日發(fā)射，2010年12月8日，IKAROS 在距離金星 80，800 公里處飛行掠過，并進(jìn)入延伸任務(wù)階段。
設(shè)太陽單位時(shí)間內(nèi)向各個(gè)方向輻射的總能量為E，太空中某太陽帆面積為S，某時(shí)刻距太陽距離為r（r很大，故太陽光可視為平行光，太陽帆位置的變化可以忽略），且帆面和太陽光傳播方向垂直，太陽光頻率為v，真空中光速為c，普朗克常量為h。
（1）當(dāng)一個(gè)太陽光子被帆面完全反射時(shí)，求光子動(dòng)量的變化△P，判斷光子對太陽帆面作用力的方向。
（2）計(jì)算單位時(shí)間內(nèi)到達(dá)該航天器太陽帆面的光子數(shù)。
（3）事實(shí)上，到達(dá)太陽帆表面的光子一部分被反射，其余部分被吸收。被反射的光子數(shù)與入射光子總數(shù)的比，稱為反射系數(shù)。若太陽帆的反射系數(shù)為ρ，求該時(shí)刻太陽光對太陽帆的作用力。
四．解答題（共2小題）
16．（海淀區(qū)二模）光電效應(yīng)現(xiàn)象逸出的光電子的最大初動(dòng)能不容易直接測量，也可以利用類似的轉(zhuǎn)換的方法．
（1）如圖1是研究某光電管發(fā)生光電效應(yīng)的電路圖，當(dāng)用頻率為ν的光照射金屬K時(shí)，通過調(diào)節(jié)光電管兩端電壓U，測量對應(yīng)的光電流強(qiáng)度I，繪制了如圖2的I﹣U圖象．求當(dāng)用頻率為2ν的光照射金屬K時(shí)，光電子的最大初動(dòng)能Ek的大?。阎娮铀鶐щ姾闪繛閑，圖象中Uc、Im及普朗克常量h均為已知量．
（2）有研究者設(shè)計(jì)了如下的測量光電子最大初動(dòng)能的方式．研究裝置如圖3，真空中放置的平行正對金屬板可以作為光電轉(zhuǎn)換裝置．用一定頻率的激光照射A板中心O點(diǎn)，O點(diǎn)附近將有大量的電子吸收光子的能量而逸出．B板上涂有特殊材料，當(dāng)電子打在B板上時(shí)會在落點(diǎn)處留有可觀察的痕跡．可以認(rèn)為所有逸出的電子都從O點(diǎn)以相同大小的速度逸出，其初速度沿各個(gè)方向均勻分布，金屬板的正對面積足夠大（保證所有的光電子都不會射出兩極板所圍的區(qū)域），光照條件保持不變．已知A、B兩極板間的距離為d，電子所帶電荷量為e，質(zhì)量為m，其所受重力及它們之間的相互作用力均可忽略不計(jì)．
①通過外接可調(diào)穩(wěn)壓電源使A、B兩極板有一定的電勢差，A板接電源的負(fù)極，由O點(diǎn)逸出的電子打在B板上的最大區(qū)域范圍為一個(gè)圓形，且圓形的面積隨A、B兩極板間的電壓變化而改變．已知電子逸出時(shí)的速度大小為v0，試通過計(jì)算，推導(dǎo)電子打在B板上的最大范圍圓形半徑r與兩極板間電壓U的關(guān)系式．
②通過外接電源給A、B兩極板間加上一定的電壓U0，若第一次A板接電源的負(fù)極，電子打在B板上的最大區(qū)域?yàn)橐粋€(gè)圓形；第二次A板接電源的正極，保持極板間所加電壓U0不變，電子打在B板上的最大區(qū)域范圍仍為一個(gè)圓形，只是這個(gè)圓形半徑恰好是第一次的一半．為使B板上沒有電子落點(diǎn)的痕跡，則兩金屬板間的電壓滿足什么條件？

17．（江西一模）已知每秒從太陽射到地球的垂直于太陽光的每平方米截面上的輻射能為1.4×103J，其中可見光部分約占45%，假如認(rèn)為可見光的波長均為5.5×10﹣7m，太陽向各方向的輻射是均勻的，日地間距離為1.5×1011m，普朗克恒量h＝6.6×10﹣34J?s，估算出太陽每秒鐘輻射出的可見光子數(shù)是多少？

隨堂練習(xí)
參考答案與試題解析
一．選擇題（共10小題）
1．（明光市校級月考）研究光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)電路圖如圖所示，其光電流與電壓的關(guān)如圖所示。則下列說法中正確的是（　?。?br />
A．若把滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭向右滑動(dòng)，光電流一定減小
B．圖線甲與乙是同一種入射光，且甲的入射光強(qiáng)度等于乙光的
C．由圖可知，乙光的頻率小于丙光頻率
D．若將甲光換成丙光來照射鋅板，其逸出功將變大
【分析】可畫出光電管實(shí)驗(yàn)電路圖，當(dāng)光電管加正向電壓情況：P右移時(shí)，參與導(dǎo)電的光電子數(shù)增加；P移到某一位置時(shí)，所有逸出的光電子都剛參與了導(dǎo)電，光電流恰達(dá)最大值；P再右移時(shí)，光電流不能再增大。
光電管加反向電壓情況：P右移時(shí)，參與導(dǎo)電的光電子數(shù)減少；P移到某一位置時(shí)，所有逸出的光電子都剛不參與了導(dǎo)電，光電流恰為零，此時(shí)光電管兩端加的電壓為截止電壓，對應(yīng)的光的頻率為截止頻率；P再右移時(shí)，光電流始終為零。eU截mhγ﹣W，入射光的頻率越高，對應(yīng)的截止電壓U截越大。從圖象中看出，丙光對應(yīng)的截止電壓U截最大，所以丙光的頻率最高，丙光的波長最短，丙光對應(yīng)的光電子最大初動(dòng)能也最大。

【解答】解：A、若把滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭向右滑動(dòng)，若光電流沒達(dá)到飽和電流，則一定會增大，若已達(dá)到飽和電流，則光電流不會增大；故A錯(cuò)誤；
B、由圖可知，甲的飽和電流大于乙的飽和電流，而光的頻率相等，所以甲光照射的強(qiáng)度大于乙光照射的強(qiáng)度。故B錯(cuò)誤。
C、根據(jù)eU截mhγ﹣W，知入射光的頻率越高，對應(yīng)的遏止電壓Uc越大。乙光的截止電壓小于丙光，所以乙光的頻率小于丙光頻率，故C正確。
D、某金屬在甲光照射下發(fā)生了光電效應(yīng)，由于丙光的頻率高于甲光的頻率，所以在丙光的照射下也一定能發(fā)生光電效應(yīng)，同一金屬，逸出功是相等的，與入射光無關(guān)，故D錯(cuò)誤。
故選：C。
2．（甘井子區(qū)校級模擬）下列說法正確的是（　　）
A．一束光照射到某種金屬上不能發(fā)生光電效應(yīng)，可能是因?yàn)檫@束光的光強(qiáng)太小
B．按照玻爾理論，氫原子核外電子從半徑較小的軌道躍遷到半徑較大的軌道時(shí)，電子的動(dòng)能減小，但原子的能量增大
C．原子核發(fā)生一次β衰變，該原子外層就失去一個(gè)電子
D．天然放射現(xiàn)象中發(fā)出的三種射線是從原子核外放出的射線
【分析】根據(jù)光電效應(yīng)的條件判斷不能發(fā)生光電效應(yīng)的原因；根據(jù)軌道半徑的大小，結(jié)合庫侖引力提供向心力，判斷電子動(dòng)能的變化；β衰變的實(shí)質(zhì)是原子核中的一個(gè)中子轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)質(zhì)子和一個(gè)電子，電子釋放出來。
【解答】解：A、一束光照射到某種金屬上不能發(fā)生光電效應(yīng)，是因?yàn)槿肷涔獾念l率較小，與光的強(qiáng)度無關(guān)，故A錯(cuò)誤；
B、氫原子核外電子從半徑較小的軌道躍遷到半徑較大的軌道時(shí)，吸收光子的能量，原子能量增大，
根據(jù)知，得：Ekmv2，電子的動(dòng)能減小，故B正確；
C、β衰變的實(shí)質(zhì)是原子核中的一個(gè)中子轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)質(zhì)子和一個(gè)電子，電子釋放出來，不是來自核外電子，故C錯(cuò)誤；
D、天然放射現(xiàn)象的射線來自原子核的內(nèi)部，故D錯(cuò)誤。
故選：B。
3．（遼寧模擬）下列各種關(guān)于近代物理學(xué)的現(xiàn)象中，與原子核內(nèi)部變化有關(guān)的是（　?。?br /> A．紫外線照射鋅板時(shí)，鋅板向外發(fā)射光電子的現(xiàn)象
B．a(chǎn)粒子轟擊金箔時(shí)，少數(shù)發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)的現(xiàn)象
C．氫原子發(fā)光時(shí)，形成不連續(xù)的線狀光譜的現(xiàn)象
D．含鈾的礦物質(zhì)自發(fā)向外放出β射線（高速電子流）的現(xiàn)象
【分析】天然放射現(xiàn)象是原子核內(nèi)部自發(fā)的放射出α粒子或電子的現(xiàn)象；光電效應(yīng)是原子核外層電子脫離原子核的束縛而逸出；α粒子散射現(xiàn)象是用α粒子打到金箔上，受到原子核的庫倫斥力而發(fā)生偏折的現(xiàn)象；原子發(fā)光是原子躍遷形成的，即電子從高能級向低能級躍遷而輻射能量的過程。
【解答】解：A、光電效應(yīng)是原子核外層電子脫離原子核的束縛而逸出，沒有涉及到原子核的變化，故A錯(cuò)誤；
B、α粒子散射實(shí)驗(yàn)表明了原子內(nèi)部有一個(gè)很小的核，并沒有涉及到核內(nèi)部的變化，故B錯(cuò)誤；
C、原子發(fā)光是原子躍遷形成的，即電子從高能級向低能級躍遷，釋放的能量以光子形式輻射出去，沒有涉及到原子核的變化，故C錯(cuò)誤；
D、天然放射現(xiàn)象是原子核內(nèi)部發(fā)生變化自發(fā)的放射出α射線或β射線，從而發(fā)生α衰變或β衰變，反應(yīng)的過程中核內(nèi)核子數(shù)，質(zhì)子數(shù)，中子數(shù)發(fā)生變化，故D正確；
故選：D。
4．（海淀區(qū)二模）如圖所示，把一塊不帶電的鋅板用導(dǎo)線連接在驗(yàn)電器上，當(dāng)用某頻率的紫外線照射鋅板時(shí)，發(fā)現(xiàn)驗(yàn)電器指針偏轉(zhuǎn)一定角度，下列說法正確的是（　?。?br />
A．驗(yàn)電器帶正電，鋅板帶負(fù)電
B．驗(yàn)電器帶負(fù)電，鋅板也帶負(fù)電
C．若改用紅光照射鋅板，驗(yàn)電器的指針一定也會偏轉(zhuǎn)
D．若改用同等強(qiáng)度頻率更高的紫外線照射鋅板，驗(yàn)電器的指針也會偏轉(zhuǎn)
【分析】該實(shí)驗(yàn)是通過紫外線照射鋅板，發(fā)生光電效應(yīng)，鋅板失去電子帶正電，光電效應(yīng)說明光具有粒子性。
【解答】解：AB、用紫外線照射鋅板，鋅板失去電子帶正電，驗(yàn)電器與鋅板相連，則驗(yàn)電器的金屬球和金屬指針帶正電，故AB錯(cuò)誤；
C、根據(jù)光電效應(yīng)的條件可知若改用紅光照射鋅板，不一定能發(fā)生光電效應(yīng)，所以驗(yàn)電器的指針不一定會發(fā)生偏轉(zhuǎn)，故C錯(cuò)誤；
D、根據(jù)光電效應(yīng)的條件可知發(fā)生光電效應(yīng)與光的強(qiáng)度無關(guān)，若改用同等強(qiáng)度頻率更高的紫外線照射鋅板，驗(yàn)電器的指針也會偏轉(zhuǎn)，故D正確。
故選：D。
5．（茶陵縣校級月考）關(guān)于近代物理發(fā)展的成果，下列說法正確的是（　?。?br /> A．只要增加人射光的強(qiáng)度，光電效應(yīng)就可以發(fā)生
B．若使放射性物質(zhì)的溫度升高，則其半衰期將減小
C．氫原子從激發(fā)態(tài)向基態(tài)躍遷時(shí)會輻射特定頻率的光子
D．α射線、β射線、γ射線都是高速電子流
【分析】明確光電效應(yīng)發(fā)生的條件，知道氫原子從激發(fā)態(tài)向基態(tài)躍遷時(shí)會輻射特定頻率的光子；明確半衰期與溫度無關(guān)，知道α射線、β射線、γ射線等射線的本質(zhì)。
【解答】解：A、能否發(fā)生光電效應(yīng)，與入射光的強(qiáng)度無關(guān)，只與入射光的頻率有關(guān)，故A錯(cuò)誤；
B、放射性物質(zhì)的半衰期與外部因素（溫度、壓強(qiáng)等）無關(guān)，故B錯(cuò)誤；
C、氫原子從激發(fā)態(tài)向基態(tài)躍遷時(shí)會輻射特定頻率的光子，光子的能量等于兩個(gè)能級的能級差，故C正確；
D、α射線是氦核，β射線是高速電子流，γ射線是高速光子流，故D錯(cuò)誤；
故選：C。
6．（思明區(qū)校級月考）用一束紫外線照射某金屬時(shí)不能產(chǎn)生光電效應(yīng)，可能使該金屬發(fā)生光電效應(yīng)的措施是（　?。?br /> A．改用頻率更小的紫外線照射
B．改用X射線照射
C．改用強(qiáng)度更大的原紫外線照射
D．延長原紫外線的照射時(shí)間
【分析】發(fā)生光電效應(yīng)的條件是入射光的頻率大于金屬的極限頻率，從而即可求解。
【解答】解：用一束紫外線照射某金屬時(shí)不能產(chǎn)生光電效應(yīng)，知紫外線的頻率小于金屬的極限頻率，要能發(fā)生光電效應(yīng)，需改用頻率更大的光照射，比如：改用X射線照射；能否發(fā)生光電效應(yīng)與入射光的強(qiáng)度和照射時(shí)間無關(guān)，故B正確，A、C、D錯(cuò)誤。
故選：B。
7．（周口期中）關(guān)于光電效應(yīng)，下列說法正確的是（　?。?br /> A．金屬的逸出功與入射光的頻率有關(guān)
B．金屬的截止頻率與金屬的逸出功無關(guān)
C．入射光的波長越長，光電子的最大初動(dòng)能越大
D．紅光照到某金屬上能發(fā)生光電效應(yīng)，則綠光照到這種金屬一定能發(fā)生光電效應(yīng)
【分析】當(dāng)入射光的頻率大于金屬的極限頻率，就會發(fā)生光電效應(yīng)，并依據(jù)光電效應(yīng)方程：EkmW0，即可求解。
【解答】解：A、逸出功是由金屬本身決定的，與入射光的頻率無關(guān)，故A錯(cuò)誤；
B、截止頻率與金屬的逸出功關(guān)系hν0＝W，故B錯(cuò)誤；
C、當(dāng)某種色光照射金屬表面時(shí)，能產(chǎn)生光電效應(yīng)，根據(jù)光電效應(yīng)方程：EkmW0，則入射光的波長越長，產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能越小，故C錯(cuò)誤；
D、用一束紅光照射某金屬，能發(fā)生光電效應(yīng)，可知紅光的頻率大于金屬的極限頻率，由于綠光的頻率大于紅光的頻率，換成綠光來照射該金屬，也一定能發(fā)生光電效應(yīng)，故D正確。
故選：D。
8．（上饒期中）物理學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的科學(xué)，任何學(xué)說和理論的建立都離不開實(shí)驗(yàn)，下列說法錯(cuò)誤的是（　?。?br /> A．?粒子散射實(shí)驗(yàn)是原子核式結(jié)構(gòu)理論的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)
B．康普頓效應(yīng)進(jìn)一步證實(shí)了光的波動(dòng)特性
C．光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)表明光具有粒子性
D．電子的發(fā)現(xiàn)揭示了原子不是構(gòu)成物質(zhì)的最小微粒
【分析】α粒子散射實(shí)驗(yàn)表明了原子具有核式結(jié)構(gòu)；光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)證實(shí)了光具有粒子性；電子的發(fā)現(xiàn)表明了原子不是構(gòu)成物質(zhì)的最小微粒；康普頓效應(yīng)進(jìn)一步證實(shí)了光的粒子性。
【解答】解：A、α粒子散射實(shí)驗(yàn)表明了原子具有核式結(jié)構(gòu)，故A正確；
B、康普頓效應(yīng)進(jìn)一步證實(shí)了光的粒子性，并不是波動(dòng)特性，故B錯(cuò)誤；
C、光具有波粒二象性，光電效應(yīng)證實(shí)了光具有粒子性，故C正確；
D、電子的發(fā)現(xiàn)表明了原子不是構(gòu)成物質(zhì)的最小微粒，故D正確；
本題選錯(cuò)誤的，故選：B。
9．（四川模擬）下列說法正確的是（　?。?br /> A．光電效應(yīng)現(xiàn)象揭示了光具有波動(dòng)性
B．HH→Hen是核聚變反應(yīng)方程
C．Un→BaKr+3n是β衰變方程
D．一群氫原子從n＝5的激發(fā)態(tài)躍遷時(shí)，最多能輻射出4種不同頻率的光子
【分析】光電效應(yīng)現(xiàn)象揭示了光具有粒子性；根據(jù)數(shù)學(xué)組合公式求出氫原子最多放出不同頻率光子的種數(shù)；依據(jù)重核的裂變與輕核的聚變，即可求解。
【解答】解：A、光電效應(yīng)現(xiàn)象揭示了光具有粒子性，故A錯(cuò)誤；
B、核反應(yīng)HH→Hen是核聚變反應(yīng)方程，故B正確；
C、Un→BaKr+3n是屬于重核裂變，沒有電子釋放出來，不是β衰變方程，故C錯(cuò)誤；
D、一群氫原子從n＝5的激發(fā)態(tài)躍遷時(shí)，根據(jù)10，最多能輻射出10種不同頻率的光子，故D錯(cuò)誤；
故選：B。
10．（湖北模擬）2018年11月29日，國家重大科研裝備研制項(xiàng)目“超分辨光刻裝備研制”通過驗(yàn)收，該光刻機(jī)光刻分辨力達(dá)到22nm。關(guān)于光的認(rèn)識，下列說法正確的是（　?。?br /> A．光子除了具有能量之外還具有動(dòng)量
B．波長越長的光，光子動(dòng)量越大
C．光電效應(yīng)顯示了光的波動(dòng)性
D．愛因斯坦測量了光電效應(yīng)中幾個(gè)重要的物理量，由此算出了普朗克常量h
【分析】康普頓效應(yīng)表明，光子除了具有能量之外還具有動(dòng)量；依據(jù)公式P，即可判定；光電效應(yīng)體現(xiàn)了光的粒子性；普朗克提出常量h。
【解答】解：A、康普頓效應(yīng)表明光子除了具有能量之外還具有動(dòng)量，故A正確；
B、依據(jù)公式P，可知，波長越長的光，則光子動(dòng)量越小，故B錯(cuò)誤；
C、光電效應(yīng)顯示了光的粒子性，不是光的波動(dòng)性，故C錯(cuò)誤；
D、愛因斯坦提出光電效應(yīng)方程，而普朗克常量h是由普朗克測出的，故D錯(cuò)誤；
故選：A。
二．多選題（共3小題）
11．（邯鄲二模）下列說法中正確的是（　?。?br /> A．α射線、β射線、γ射線三種射線中，γ射線穿透能力最強(qiáng)
B．隨著溫度的升高，黑體輻射強(qiáng)度的極大值向波長較短方向移動(dòng)
C．實(shí)驗(yàn)表明，只要照射光的強(qiáng)度足夠大，就一定能產(chǎn)生光電效應(yīng)
D．湯姆孫對陰極射線的研究，認(rèn)為陰極射線的本質(zhì)是電子流
E．玻爾理論認(rèn)為，原子核外電子從半徑較小的軌道躍遷到半徑較大的軌道時(shí)，電子的動(dòng)能增大，電勢能減小
【分析】α射線、β射線、γ射線三種射線中，γ射線穿透能力最強(qiáng)．根據(jù)黑體輻射的規(guī)律分析溫度升高時(shí)輻射強(qiáng)度的極大值移動(dòng)方向．發(fā)生光電效應(yīng)的條件是入射光的頻率大于金屬的極限頻率．湯姆孫發(fā)現(xiàn)了電子．根據(jù)電場力做功情況分析電子動(dòng)能和電勢能的變化．
【解答】解：A、在α射線、β射線、γ射線這三種射線中，γ射線的穿透能力最強(qiáng)，α射線的電離能力最強(qiáng)，故A正確。
B、根據(jù)黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律可知，隨著溫度的升高，黑體輻射強(qiáng)度的極大值向波長較短方向移動(dòng)。故B正確。
C、發(fā)生光電效應(yīng)的條件是入射光的頻率大于金屬的極限頻率，與照射光的強(qiáng)度無關(guān)，故C錯(cuò)誤。
D、湯姆孫對陰極射線的研究，認(rèn)為陰極射線的本質(zhì)是電子流，從而發(fā)現(xiàn)了電子，故D正確。
E、玻爾理論認(rèn)為，原子核外電子從半徑較小的軌道躍遷到半徑較大的軌道時(shí)，電場力對電子做負(fù)功，電子的動(dòng)能減小，電勢能增大。故E錯(cuò)誤。
故選：ABD。
12．（甘井子區(qū)模擬）下列說法正確的是（　　）（填序號）
A．盧瑟福通過對α粒子散射實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的研究，提出了原子的核式結(jié)構(gòu)學(xué)說
B．同一元素的兩種同位素具有相同的中子數(shù)
C．放射性元素的半衰期是指大量該元素的原子核中有半數(shù)發(fā)生衰變需要的時(shí)間
D．為解釋光電效應(yīng)現(xiàn)象，愛因斯坦提出了光子說
E．根據(jù)玻爾理論可知，氫原子放出一個(gè)光子后，氫原子的核外電子運(yùn)動(dòng)速度減小
F．氘核（）和氚核（）聚合成氦核（），同時(shí)會放出一個(gè)正電子和核能
【分析】α粒子散射實(shí)驗(yàn)中只有極少數(shù)入射粒子發(fā)生了較大的偏轉(zhuǎn)，說明原子核只占原子很小部分的體積，從而提出原子的核式結(jié)構(gòu)學(xué)說；
同位素的定義是：質(zhì)子數(shù)相同而中子數(shù)不同的同種元素；
半衰期的定義是大量該元素的原子核中有半數(shù)發(fā)生衰變需要的時(shí)間；
為解釋光電效應(yīng)現(xiàn)象，愛因斯坦提出了光子說；
根據(jù)玻爾理論的內(nèi)容，氫原子放出一個(gè)光子后能量減小，要從高能級躍遷到低能級，圓周運(yùn)動(dòng)半徑減小，速度增大，加速度增大；
根據(jù)電荷數(shù)與質(zhì)量數(shù)守恒放出的應(yīng)該是質(zhì)量數(shù)為1的中子．
【解答】解：A、根據(jù)物理學(xué)史，盧瑟福通過對α粒子散射實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的研究，提出了原子的核式結(jié)構(gòu)學(xué)說，故A正確；
B、同位素是指具有相同的質(zhì)子數(shù)不同中子數(shù)的兩種元素，故B錯(cuò)誤；
C、放射性元素的半衰期是指大量該元素的原子核中有半數(shù)發(fā)生衰變需要的時(shí)間，C正確；
D、為解釋光電效應(yīng)現(xiàn)象，愛因斯坦提出了光子說，D正確；
E、根據(jù)玻爾理論可知，氫原子放出一個(gè)光子后，能量減小，要躍遷到低能級，氫原子的核外電子運(yùn)動(dòng)速度增大，E錯(cuò)誤；
F、根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒：氘核（）和氚核（）聚合成氦核（），同時(shí)會放出一個(gè)不帶電的中子，故F錯(cuò)誤。
故選：ACD。
13．（中原區(qū)校級月考）下列說法正確的是（　?。?br /> A．在光的單縫衍射現(xiàn)象中，單縫越窄，中央條紋的寬度越窄
B．在光導(dǎo)纖維內(nèi)傳送圖象和海市蜃樓現(xiàn)象都是光的全反射
C．光的干涉和衍射現(xiàn)象說明光具有波動(dòng)性，光的偏振現(xiàn)象說明光是橫波
D．光電效應(yīng)既顯示了光的粒子性，又顯示了光的波動(dòng)性，所以光具有波粒二象性
E．光學(xué)鏡頭上的增透膜是利用了光的干涉現(xiàn)象
【分析】在光的單縫衍射現(xiàn)象中，單縫越窄，中央條紋的寬度越寬；
在光導(dǎo)纖維內(nèi)傳送圖象和海市蜃樓現(xiàn)象都是光的全反射；
光的干涉和衍射現(xiàn)象說明光具有波動(dòng)性，光的偏振現(xiàn)象說明光是橫波；
光電效應(yīng)只顯示了光的粒子性；
光學(xué)鏡頭上的增透膜是利用了光的干涉現(xiàn)象．
【解答】解：A、在光的單縫衍射現(xiàn)象中，單縫越窄，衍射現(xiàn)象越明顯，中央條紋的寬度越寬，故A錯(cuò)誤；
B、光導(dǎo)纖維內(nèi)利用全反射傳送圖象，海市蜃樓現(xiàn)象是光的折射和全反射形成的，故B正確；
C、干涉和衍射是波特有的現(xiàn)象，所以光的干涉和衍射現(xiàn)象說明光具有波動(dòng)性，只有橫波才有發(fā)生偏振，因此光的偏振現(xiàn)象說明光是橫波，故C正確；
D、光電效應(yīng)只顯示了光的粒子性，光的干涉和衍射顯示了光的波動(dòng)性，光具有波粒二象性，故D錯(cuò)誤；
E、光學(xué)鏡頭上的增透膜是利用了膜的上表面和玻璃表面反射的光發(fā)生干涉，故E正確；
故選：BCE。
三．計(jì)算題（共2小題）
14．（大名縣校級月考）如圖所示，陰極K用極限波長λ0＝0.66μm的金屬銫制成，用波長λ＝0.50μm的綠光照射陰極K，調(diào)整兩極板電壓，當(dāng)A板電壓比陰極高處2.5V時(shí)，光電流達(dá)到飽和，電流表示數(shù)為0.64μA．
（1）求每秒陰極發(fā)射的電子數(shù)和電子飛出陰極時(shí)的最大初動(dòng)能；
（2）如果把照射到陰極的綠光光照強(qiáng)度增大為原來的2倍，求每秒鐘陰極發(fā)射的電子數(shù)和電子飛出陰極時(shí)的最大初動(dòng)能．

【分析】（1）根據(jù)飽和電流的大小得出每秒內(nèi)發(fā)出電子的總電量，結(jié)合電子電量得出每秒陰極發(fā)射的電子數(shù)．根據(jù)光電效應(yīng)發(fā)出求出光電子最大初動(dòng)能．
（2）入射光的強(qiáng)度變?yōu)樵瓉淼?倍，則每秒發(fā)射的電子數(shù)變?yōu)樵瓉淼?倍，光電子的最大初動(dòng)能不變．
【解答】解：（1）光電流達(dá)到飽和時(shí)，陰極發(fā)射的光電子全部到達(dá)陽極A，陰極每秒鐘發(fā)射的光電子個(gè)數(shù)n個(gè)．
根據(jù)光電效應(yīng)方程，光電子最大初動(dòng)能6.63×10﹣34×3×108J＝9.6×10﹣20J．
（2）如果照射光的頻率不變，光強(qiáng)加倍，根據(jù)光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)規(guī)律，陰極每秒鐘發(fā)射的光電子數(shù)：
n′＝2n＝8.0×1012個(gè)
光電子的最大初動(dòng)能仍然是Ekm＝9.6×10﹣20J．
答：（1）每秒陰極發(fā)射的電子數(shù)為4×1012個(gè)，最大初動(dòng)能為9.6×10﹣20J．
（2）每秒鐘陰極發(fā)射的電子數(shù)為8.0×1012個(gè)，最大初動(dòng)能為9.6×10﹣20J．
15．（大興區(qū)一模）我們知道，根據(jù)光的粒子性，光的能量是不連續(xù)的，而是一份一份的，每一份叫一個(gè)光子，光子具有動(dòng)量（ hv/c ） 和能量（hv ），當(dāng)光子撞擊到光滑的平面上時(shí)，可以像從墻上反彈回來的乒乓球一樣改變運(yùn)動(dòng)方向，并給撞擊物體以相應(yīng)的作用力。光對被照射物體單位面積上所施加的壓力叫光壓。聯(lián)想到人類很早就會制造并廣泛使用的風(fēng)帆，能否做出利用太陽光光壓的“太陽帆”進(jìn)行宇宙航行呢？
1924年，俄國航天事業(yè)的先驅(qū)齊奧爾科夫斯基和其同事燦德爾明確提出“用照射到很薄的巨大反射鏡上的太陽光所產(chǎn)生的推力獲得宇宙速度”，首次提出了太陽帆的設(shè)想。但太陽光壓很小，太陽光在地球附近的光壓大約為10﹣6N/m2，但在微重力的太空，通過增大太陽帆面積，長達(dá)數(shù)月的持續(xù)加速，使得太陽帆可以達(dá)到甚至超過宇宙速度。IKAROS 是世界第一個(gè)成功在行星際空間運(yùn)行的太陽帆。2010年5月21日發(fā)射，2010年12月8日，IKAROS 在距離金星 80，800 公里處飛行掠過，并進(jìn)入延伸任務(wù)階段。
設(shè)太陽單位時(shí)間內(nèi)向各個(gè)方向輻射的總能量為E，太空中某太陽帆面積為S，某時(shí)刻距太陽距離為r（r很大，故太陽光可視為平行光，太陽帆位置的變化可以忽略），且帆面和太陽光傳播方向垂直，太陽光頻率為v，真空中光速為c，普朗克常量為h。
（1）當(dāng)一個(gè)太陽光子被帆面完全反射時(shí)，求光子動(dòng)量的變化△P，判斷光子對太陽帆面作用力的方向。
（2）計(jì)算單位時(shí)間內(nèi)到達(dá)該航天器太陽帆面的光子數(shù)。
（3）事實(shí)上，到達(dá)太陽帆表面的光子一部分被反射，其余部分被吸收。被反射的光子數(shù)與入射光子總數(shù)的比，稱為反射系數(shù)。若太陽帆的反射系數(shù)為ρ，求該時(shí)刻太陽光對太陽帆的作用力。
【分析】（1）根據(jù)動(dòng)量變化量公式和動(dòng)量定理直接求出△P大小，利用符號的正負(fù)來判斷作用力的方向；
（2）先算出單位時(shí)間內(nèi)到達(dá)太陽帆表面上光的總能量，再除以太陽帆的表面積可求出結(jié)果；
（3）先算出被反射光的△P1，再算出吸收光的△P2，然后整體運(yùn)用動(dòng)量定理求解相應(yīng)的作用力。
【解答】解：（1）規(guī)定光子的初速度方向?yàn)檎较?，因此光子?dòng)量的變化△P，
根據(jù)動(dòng)量定理Ft＝△P，可知光子對太陽帆面作用力的方向與入射光子速度方向相反。
（2）由于每個(gè)光子能量為：E0＝hγ，而單位時(shí)間內(nèi)到達(dá)太陽帆光能量E總，
則單位時(shí)間內(nèi)到達(dá)該航天器太陽帆面的光子數(shù)光子數(shù)為：。
（3）在時(shí)間△t，反射光子動(dòng)量變化，
吸收光子動(dòng)量變化，
根據(jù)動(dòng)量定理Ft＝△P1+△p2，解得：。
答：（1）光子動(dòng)量的變化△P，光子對太陽帆面作用力的方向與入射光子速度方向相反；
（2）單位時(shí)間內(nèi)到達(dá)該航天器太陽帆面的光子數(shù)；
（3）該時(shí)刻太陽光對太陽帆的作用力為。
四．解答題（共2小題）
16．（海淀區(qū)二模）光電效應(yīng)現(xiàn)象逸出的光電子的最大初動(dòng)能不容易直接測量，也可以利用類似的轉(zhuǎn)換的方法．
（1）如圖1是研究某光電管發(fā)生光電效應(yīng)的電路圖，當(dāng)用頻率為ν的光照射金屬K時(shí)，通過調(diào)節(jié)光電管兩端電壓U，測量對應(yīng)的光電流強(qiáng)度I，繪制了如圖2的I﹣U圖象．求當(dāng)用頻率為2ν的光照射金屬K時(shí)，光電子的最大初動(dòng)能Ek的大?。阎娮铀鶐щ姾闪繛閑，圖象中Uc、Im及普朗克常量h均為已知量．
（2）有研究者設(shè)計(jì)了如下的測量光電子最大初動(dòng)能的方式．研究裝置如圖3，真空中放置的平行正對金屬板可以作為光電轉(zhuǎn)換裝置．用一定頻率的激光照射A板中心O點(diǎn)，O點(diǎn)附近將有大量的電子吸收光子的能量而逸出．B板上涂有特殊材料，當(dāng)電子打在B板上時(shí)會在落點(diǎn)處留有可觀察的痕跡．可以認(rèn)為所有逸出的電子都從O點(diǎn)以相同大小的速度逸出，其初速度沿各個(gè)方向均勻分布，金屬板的正對面積足夠大（保證所有的光電子都不會射出兩極板所圍的區(qū)域），光照條件保持不變．已知A、B兩極板間的距離為d，電子所帶電荷量為e，質(zhì)量為m，其所受重力及它們之間的相互作用力均可忽略不計(jì)．
①通過外接可調(diào)穩(wěn)壓電源使A、B兩極板有一定的電勢差，A板接電源的負(fù)極，由O點(diǎn)逸出的電子打在B板上的最大區(qū)域范圍為一個(gè)圓形，且圓形的面積隨A、B兩極板間的電壓變化而改變．已知電子逸出時(shí)的速度大小為v0，試通過計(jì)算，推導(dǎo)電子打在B板上的最大范圍圓形半徑r與兩極板間電壓U的關(guān)系式．
②通過外接電源給A、B兩極板間加上一定的電壓U0，若第一次A板接電源的負(fù)極，電子打在B板上的最大區(qū)域?yàn)橐粋€(gè)圓形；第二次A板接電源的正極，保持極板間所加電壓U0不變，電子打在B板上的最大區(qū)域范圍仍為一個(gè)圓形，只是這個(gè)圓形半徑恰好是第一次的一半．為使B板上沒有電子落點(diǎn)的痕跡，則兩金屬板間的電壓滿足什么條件？

【分析】（1）該裝置所加的電壓為反向電壓，發(fā)現(xiàn)當(dāng)電壓表的示數(shù)等于Uc時(shí)，電流表示數(shù)為0，知道光電子點(diǎn)的最大初動(dòng)能，根據(jù)光電效應(yīng)方程EKm＝hv﹣W0，求出逸出功．最后由光電效應(yīng)方程求出光電子的最大初動(dòng)能；
（2）①根據(jù)帶電粒子的電場中的偏轉(zhuǎn)，粒子水平射出后將做類平拋運(yùn)動(dòng)，此粒子沿水平方向的位移大小即是落在金屬板上的粒子圓形面積的半徑，根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式結(jié)合幾何關(guān)系求出；
②根據(jù)①的公式，結(jié)合動(dòng)能定理即可求出．
【解答】解：（1）由圖2可知，當(dāng)該裝置所加的電壓為反向電壓，當(dāng)電壓是Uc時(shí)，電流表示數(shù)為0，知道光電子點(diǎn)的最大初動(dòng)能為：Ekm＝e?Uc，
根據(jù)光電效應(yīng)方程EKm＝hv﹣W0，
則：W0＝hv﹣eUc．
當(dāng)用頻率為2ν的光照射金屬K時(shí)，Ek＝2hv﹣W0＝hv+eUc
（2）①打在最邊緣處的電子，將是類平拋運(yùn)動(dòng)的電子，在垂直電場方向做勻速運(yùn)動(dòng)，即：r＝v0t
在平行電場方向做初速度為零的勻加速運(yùn)動(dòng)，即dat2
其中，a，
則t＝d
將r＝vt代入得：r＝v0?d
②第一次A板接電源的負(fù)極，電子向B板做加速運(yùn)動(dòng)，最大區(qū)域?yàn)橐粋€(gè)圓形的半徑：
第二次A板接電源的正極，電子向B板做減速運(yùn)動(dòng)，打在B板上的最大區(qū)域范圍邊緣的電子沿垂直于極板方向的速度恰好等于0，此時(shí)電子只剩下沿平行于極板方向的分速度，設(shè)該分速度為v，則電子運(yùn)動(dòng)的過程的逆過程可以看作是類平拋運(yùn)動(dòng)，此時(shí)對應(yīng)的半徑：
由于
所以：
電子向B板做減速運(yùn)動(dòng)，根據(jù)動(dòng)能定理可得：
若電子恰好能到達(dá)B板，則：
聯(lián)立以上方程得：
則為使B板上沒有電子落點(diǎn)的痕跡，則兩金屬板間的電壓滿足
答：（1）光電子的最大初動(dòng)能Ek的大小為hv+eUc；
（2）①電子打在B板上的最大范圍圓形半徑r與兩極板間電壓U的關(guān)系式為r＝v0?d；
，則兩金屬板間的電壓滿足．
17．（江西一模）已知每秒從太陽射到地球的垂直于太陽光的每平方米截面上的輻射能為1.4×103J，其中可見光部分約占45%，假如認(rèn)為可見光的波長均為5.5×10﹣7m，太陽向各方向的輻射是均勻的，日地間距離為1.5×1011m，普朗克恒量h＝6.6×10﹣34J?s，估算出太陽每秒鐘輻射出的可見光子數(shù)是多少？
【分析】根據(jù)能量守恒求出地面上lm2的面積上每秒接受的光子數(shù)為n，從而得出以太陽為球心，以日地間距離R為半徑的大球面所接受的光子數(shù)，確定出太陽每秒輻射出的可見光光子數(shù)．
【解答】解：設(shè)地面上lm2的面積上每秒接受的光子數(shù)為n，則有：pt?45%＝nh
代入數(shù)據(jù)解得n＝1.75×1021個(gè)/m2．
設(shè)想一個(gè)以太陽為球心，以日地間距離R為半徑的大球面包圍著太陽，大球面接受的光子數(shù)即太陽輻射的全部光子數(shù)，則所求的可見光光子數(shù)為：
N＝n4πR2＝1.75×1021×4×3.14×（1.5×1011）2＝5×1044個(gè)．
答：太陽每秒輻射出的可見光光子數(shù)為5×1044個(gè)


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高中物理人教版 (2019)選擇性必修 第三冊2 光電效應(yīng)課堂檢測

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高中物理人教版 (2019)選擇性必修 第三冊電子課本

2 光電效應(yīng)

版本： 人教版 (2019)

年級： 選擇性必修 第三冊

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