【知识点详解】
1. **波粒二象性**:波粒二象性是量子力学的基本概念,指的是微观粒子(如光子、电子等)既表现出波动性又表现出粒子性。在宏观世界中,光通常表现为波动,而在与物质相互作用时,尤其是在光电效应等现象中,光又显示出粒子特性。
2. **光电效应**:光电效应是光子与物质相互作用,使得电子从原子或分子中逸出的现象。这个过程表明光具有粒子性,因为只有足够的能量的光子才能使得电子逸出。普朗克能量子假说就是为了解释黑体辐射的实验规律而提出的,光电效应的解释进一步证实了这个假说。
3. **能量与动量的关系**:光子的能量 ε 与其波长 λ 成反比,由公式 ε=hν、ν=c/λ 和动量 p=h/λ 可得,光速 c=ε/p,这里的 h 是普朗克常量。
4. **逸出功与光电效应**:逸出功是金属表面电子克服原子核引力所需最小能量。如果光子能量大于逸出功,就能发生光电效应。不同金属的逸出功不同,因此对不同频率的光敏感程度也不同。
5. **光电效应的图象分析**:在 Ek-ν 图象中,曲线的斜率代表普朗克常量 h,截距代表逸出功。根据题目中的逸出功数值,可以分析出对应金属的Ek-ν 图象形状。
6. **宇宙微波背景辐射**:这是大爆炸理论的重要证据,辐射是黑体谱,表明其来源于早期宇宙的热辐射,且主要是电磁辐射形式。普朗克的研究为此提供了理论基础。
7. **光电效应实验**:通过光电效应实验,可以比较不同光的性质,如最大初动能、临界角、干涉条纹间距和折射角度,从而得出光子能量和物质相互作用的差异。
8. **德布罗意波长**:德布罗意波长公式 λ=h/p,其中 h 是普朗克常量,p 是粒子的动量。当物体速度接近光速时,其德布罗意波长会变得非常小。要获得特定的波长,可以通过调整物体速度来实现。
9. **逸出功和最大初动能**:金属的逸出功 W0 与光电子的最大初动能 Ekm 之间的关系为 Ekm=hν-W0,其中 ν 是入射光的频率。题目中的数据可用于计算逸出功和光电子的最大初动能。
10. **遏止电压与光电子动能**:遏止电压 U 是使光电流变为零时在光电管两端加上的反向电压,它等于光电子的最大初动能 Ekm 除以电子电量 e。通过不同频率的光得到的遏止电压可以用来计算普朗克常量 h。
11. **计算德布罗意波长**:根据德布罗意波长公式,可以分别计算炮弹在不同速度下的波长。若要达到特定的波长,需要求解速度。
12. **不确定性原理**:海森堡不确定性原理指出,一个粒子的位置和动量的不确定度之积至少等于普朗克常量的一半。据此可以计算电子位置的不确定范围。
13. **铝的光电效应**:(1)使用爱因斯坦光电效应方程 Ekm=hν-W0 计算最大初动能;(2)通过 Ekm=eUc 得到遏止电压 Uc;(3)使用 W0=hνc 计算极限频率 νc。
14. **太阳辐射能量计算**:太阳辐射到地球的能量可以转换为光子数目,然后利用可见光部分的比例和波长计算出每秒到达地球的可见光光子数。
这些题目覆盖了波粒二象性、光电效应、能量与动量的关系、宇宙微波背景辐射、德布罗意波长、不确定性原理以及光子的数量计算等多个重要的物理概念,都是高中物理选修3-5中波粒二象性单元的重要知识点。