高中物理必備知識(shí)點(diǎn)波粒二象性

1、第十六章波粒二象性內(nèi)容要求說明|93.普朗克能量子假說黑體和黑體輻射I94.光電效應(yīng)I95.光的波粒二象性物質(zhì)波(2010年99.光的波粒二象性物質(zhì)波概率波不確定關(guān)系)I德布羅意波長關(guān)系式的定量計(jì)算不 做要求要點(diǎn)歸納一、光電效應(yīng).定義：在光的照射下從物體發(fā)射出電子 的現(xiàn)象(發(fā)射出的電子稱為光電子 ).產(chǎn)生條件：入射光的頻率大于 極限頻率.光電效應(yīng)規(guī)律(1)每種金屬都有一個(gè)極限頻率，入射光的 頻率 必須大于這個(gè)極限頻率才能產(chǎn)生光電效(2)光電子的最大初動(dòng)能與入射光的強(qiáng)度無關(guān),只隨入射光頻率的增大而增大.(3)光電效應(yīng)的發(fā)生幾乎是瞬時(shí)的，一般不超過10-9 s.(4)當(dāng)入射光的頻率大于極限頻率時(shí)，

2、光電流的強(qiáng)度與入射光的強(qiáng)度成正比.二、光電效應(yīng)方程.基本物理量(1)光子的能量：S = hy其中h=6.63 X 10-34 J s(稱為普朗克常量).(2)逸出功：使電子脫離某種金屬所做功的最小值 .(3)最大初動(dòng)能發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)，金屬表面上 的電子吸收光子后克服原子核的引力逸出時(shí)所具有動(dòng)能的最大值 .光電效應(yīng)方程愛因斯坦光電效應(yīng)方程是根據(jù)能量守恒定律推導(dǎo)出來的.描述的是光電子的最大初動(dòng)能國跟入射光子的能量 hv和逸出功W之間的關(guān)系：Ek= h v -W三、波粒二象性、物質(zhì)波.光的波粒二象性(1)光電效應(yīng)說明光具有粒子性，同時(shí)光還具有波動(dòng)性，即光具有波粒二象性.(2)大量光子運(yùn)動(dòng)的規(guī)律表現(xiàn)出

3、光的波動(dòng) 性,單個(gè)光子的運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)出光的粒子 性.(3)光的波長越長，波動(dòng)性越明顯，越容易看到光的干涉和衍射現(xiàn)象.光波的頻率越高，粒子 性越明顯，穿透本領(lǐng)越強(qiáng).物質(zhì)波任何一個(gè) 運(yùn)動(dòng) 的物體,小到微觀粒子，大到宏觀物體，都有一種波與它相對應(yīng)，h其波長等于 mv ,也稱為 德布羅意波、物質(zhì)波。特別提示：物質(zhì)波既不是機(jī)械波，也不是電磁波，物質(zhì)波乃是一種概率波.四、正確理解光電效應(yīng)規(guī)律中的兩個(gè)關(guān)系.光電子的最大初動(dòng)能與入射光頻率的關(guān)系光電子的最大初動(dòng)能 Ek,隨入射光頻率Y的增大而增大；由愛因斯坦光電效應(yīng)方程知：Ek = h對于某一金屬而言，逸出功 W是一定值，普朗克常量 h是一常數(shù)，故從上式可以看出，

4、最 大初動(dòng)能 國與入射光頻率Y成一次函數(shù)關(guān)系，但不是成正比的，函數(shù)圖象如圖15-1-1.當(dāng)光照射到金屬表面上時(shí)，能量為E的光子被電子所吸收，電子把這個(gè)能量的一部分用來克服金屬表面對它的 吸引，剩余部分就是電子離開金屬表面時(shí)的初動(dòng)能.（1）由愛因斯坦的光電效應(yīng)方程可知，只有當(dāng)光子的能量 h丫W(wǎng)時(shí)才會(huì)有光電效應(yīng)講解：極限頻率金屬的逸出功不同，因此不同金屬對應(yīng)的極限頻率也不 同.（2）電子吸收光子后能量立即增大hv ,不需要能量的積累過程.因光電效應(yīng)的發(fā)射幾乎是瞬時(shí)的.（3）電子每次只吸收一個(gè)光子，從能量守恒可知，光電子的最大初動(dòng)能Ek=hv W且 氏隨頻率的增大而增大，與光的強(qiáng)度無關(guān).光電流的大小

5、跟入射光強(qiáng)度成正比光電流的大小是由單位時(shí)間內(nèi)從金屬表面逸出的光電子數(shù)目決定的，而從金屬表面逸出的光 電子數(shù)目由入射光子的數(shù)目決定，而與光子的頻率無關(guān).例題1.對光電效應(yīng)的解釋正確的是 （）A.金屬鈉的每個(gè)電子可以吸收一個(gè)或一個(gè)以上的光子，當(dāng)它積累的動(dòng)能足夠大時(shí)，就能逸出 金屬B.如果入射光子的能量小于金屬表面的電子克服原子核的引力而逸出時(shí)所需做的最小功，便 不能發(fā)生光電效應(yīng)C.發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)，入射光越強(qiáng)，光子的能量就越大，光電子的最大初動(dòng)能就越大D.由于不同金屬的逸出功是不相同的，因此使不同金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)入射光的最低頻率也不 同解析：選BD.按照愛因斯坦的光子說，光的能量是由光的頻率決定的，

6、與光強(qiáng)無關(guān)，入射光的 頻率越大，發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能越大.但要使電子離開金屬須使電子 具有足夠的動(dòng)能，而電子增加的動(dòng)能只能來源于照射光的光子能量，但電子只能吸收一個(gè)光 子，不能吸收多個(gè)光子.電子從金屬逸出時(shí)只有從金屬表面向外逃出的電子克服原子核的引 力所做的功最小.五、波動(dòng)性與粒子性的比較（略）例題2.關(guān)于物質(zhì)的波粒二象性，下列說法中不正確的是（）A.不僅光子具有波粒二象性，一切運(yùn)動(dòng)的微粒都具有波粒二象性.運(yùn)動(dòng)的微觀粒子與光子一樣，當(dāng)它們通過一個(gè)小孔時(shí)，都沒有特定的運(yùn)動(dòng)軌道C.波動(dòng)性和粒子性，在宏觀現(xiàn)象中是矛盾的、對立的，但在微觀高速運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象中是統(tǒng)一的D.實(shí)物的運(yùn)動(dòng)有特定的

7、軌道，所以實(shí)物不具有波粒二象性解析：選 D.光具有波粒二象性是微觀世界具有的特殊規(guī)律，大量光子運(yùn)動(dòng)的規(guī)律表現(xiàn)出光的 波動(dòng)性，而單個(gè)光子的運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)出光的粒子性.光的波長越長，波動(dòng)性越明顯，光的頻率越 高，粒子性越明顯.而宏觀物體的德布羅意波的波長太小，實(shí)際很難觀察到波動(dòng)性，但不是 不具有波粒二象性.D項(xiàng)合題意.六、感知tWj考（2008年高考江蘇卷）下列實(shí)驗(yàn)中，深入地揭示了光的粒子性一面的有 .A. X射線被石墨散射后部分波長增大B.鋅板被紫外線照射時(shí)有電子逸出但被可見光照射時(shí)沒有電子逸出驗(yàn)電器 鋅板紫外線燈C.轟擊金箔的“粒子中有少數(shù)運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生較大偏轉(zhuǎn)醛粒子流可移動(dòng)探測器D.氫原子發(fā)射的光經(jīng)

8、三棱鏡分光后，呈現(xiàn)線狀光譜【解析】X射線被石墨散射后部分波長增大 (康普頓效應(yīng))，說明光子具有粒子性，故選項(xiàng) A對；對于任何一種金屬都存在一個(gè)“極限頻率”，入射光的頻率必須大于這個(gè)頻率，才能產(chǎn) 生光電效應(yīng)，故選項(xiàng) B對；選項(xiàng)C說明原子的核式結(jié)構(gòu)；選項(xiàng)D說明氫原子的能量是不連續(xù)的.【答案】AB例題3如圖1512所示，當(dāng)電鍵S斷開時(shí)，用光子能量為 2.5 eV的一束光照射陰極 P, 發(fā)現(xiàn)電流表讀數(shù)不為零.合上電鍵，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，發(fā)現(xiàn)當(dāng)電壓表讀數(shù)小于0.60 V時(shí)，電流表讀數(shù)仍不為零；當(dāng)電壓表讀數(shù)大于或等于0.60 V時(shí)，電流表讀數(shù)為零.(1)求此時(shí)光電子的最大初動(dòng)能的大??；(2)求該陰極材料的逸

9、出功.p【解析】設(shè)用光子能量為2.5 eV的光照射時(shí)，光電子的最大初動(dòng)能為國，陰極材料逸出功為為,當(dāng)反向電壓達(dá)到 U= 0.60 V以后，具有最大初動(dòng)能的光電子也達(dá)不到陽極，因此e* Ek由光電效應(yīng)方程有：Ek=hv -W0由以上二式代入數(shù)據(jù)解得：Ek = 0.6 eV , W0=1.9 eV.所以此時(shí)最大初動(dòng)能為0.6 eV ,該材料的逸出功為 1.9 eV.【答案】 （1）0.6 eV （2）1.9 eV課時(shí)訓(xùn)練1.人類對光的本性認(rèn)識(shí)經(jīng)歷了曲折的過程.下列關(guān)于光的本性的陳述正確的是（）A.牛頓的“微粒說”與愛因斯坦的“光子說”本質(zhì)上都是一樣的B.任何一個(gè)運(yùn)動(dòng)著的物體，都具有波動(dòng)性C.麥克斯

10、韋預(yù)言了光是一種電磁波D.光波是概率波答案：BCD.在演示光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中，原來不帶電的一塊鋅板與靈敏驗(yàn)電器相連，用弧光燈照射鋅板時(shí)，驗(yàn)電器的指針就張開一個(gè)角度，如圖1515所示，這時(shí)（）圖】5】5A.鋅板帶正電，指針帶負(fù)電B.鋅板帶正電，指針帶正電C.鋅板帶負(fù)電，指針帶正電D.鋅板帶負(fù)電，指針帶負(fù)電解析：選B.驗(yàn)電器的指針張開一個(gè)角度說明鋅板帶電，鋅板在弧光燈照射下發(fā)生光電效應(yīng)失去電子 而帶正電，驗(yàn)電器也帶正電.某單色光照射某金屬時(shí)不能產(chǎn)生光電效應(yīng)，則下述措施中可能使金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)的 是（）A.延長光照時(shí)間B.增大光的強(qiáng)度C.換用波長較短的光照射D .換用頻率較低的光照射解析：選C.對某種

11、金屬能否發(fā)生光電效應(yīng)取決于入射光的頻率，與入射光的強(qiáng)度和照射時(shí)間無關(guān)， 所以選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤.沒有發(fā)生光電效應(yīng)，說明入射光的頻率小于極限頻率，所以要使金屬發(fā) 生光電效應(yīng)，應(yīng)增大入射光的頻率，減小波長，所以選項(xiàng) C正確，D錯(cuò)誤.物理學(xué)家做了一個(gè)有趣的實(shí)驗(yàn)：在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，在光屏處放上照相底片，若減 弱光流的強(qiáng)度，使光子只能一個(gè)一個(gè)地通過狹縫，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，如果曝光時(shí)間不太長，底 片上只出現(xiàn)一些不規(guī)則的點(diǎn)子；如果曝光時(shí)間足夠長，底片上就會(huì)出現(xiàn)規(guī)則的干涉條紋，對 這個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果有下列認(rèn)識(shí)，正確的是 （）A.曝光時(shí)間不長時(shí)，出現(xiàn)不規(guī)則的點(diǎn)子，表現(xiàn)出光的波動(dòng)性B.單個(gè)光子通過雙縫后的落點(diǎn)無法預(yù)測C.干涉條

12、紋中明亮的部分是光子到達(dá)機(jī)會(huì)較多的地方D.只有大量光子的行為才能表現(xiàn)出光的粒子性解析：選BC.由于光波是一種概率波，故 B、C正確.A中的現(xiàn)象說明了光的粒子性；個(gè)別光子的行為 才通常表現(xiàn)出粒子性，故 A、D錯(cuò)誤.光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)論是：對于某種金屬 （）A.無論光強(qiáng)多強(qiáng)，只要光的頻率小于極限頻率就不能產(chǎn)生光電效應(yīng)B.無論光的頻率多低，只要光照時(shí)間足夠長就能產(chǎn)生光電效應(yīng)C.超過極限頻率的入射光強(qiáng)度越弱，所產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能就越小D.超過極限頻率的入射光頻率越高，所產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能就越大 解析：選AD.根據(jù)光電效應(yīng)規(guī)律可知 A正確，B、C錯(cuò)誤.根據(jù)光電效應(yīng)方程 2mv2=hYW頻率y2

13、越高，初動(dòng)能就越大，D正確.6. A和B兩種單色光均垂直照射到同一條直光纖的端面上，A光穿過光纖的時(shí)間比 B光穿過的時(shí)間長，現(xiàn)用 A和B兩種光照射同種金屬，都能發(fā)生光電效應(yīng)，則下列說法正確的是 （）A.光名f對B光的折射率大A光打出的光電子的最大初動(dòng)能一定比B光的大A光在單位時(shí)間內(nèi)打出的電子數(shù)一定比B光的多B光的波動(dòng)性一定比 A光顯著解析：選BD.穿過光纖的時(shí)間長的速度小，其折射率較大，頻率也較大，波動(dòng)性弱，粒子性強(qiáng).所以B、D正確.已知一束可見光 a是由m n、p三種單色光組成的.檢測發(fā)現(xiàn)三種單色光中，n、p兩種色光的頻率都大于 m色光；n色光能使某金屬發(fā)生光電效應(yīng)，而p色光不能使該金屬發(fā)生

14、光電效應(yīng).那么，光束 a通過三棱鏡的情況是下圖中的 （）ABCD圖 151 6解析：選A.n色光能使某金屬發(fā)生光電效應(yīng)，而p色光不能使該金屬發(fā)生光電效應(yīng)，這說明n色光的頻率大于該金屬的極限頻率，p色光頻率小于該金屬的極限頻率，即n色光的頻率大于p色光頻率.三種色光的頻率按 m p、n的順序逐漸增大.同一種介質(zhì)對頻率越大的單色光的折射 率也越大，所以經(jīng)棱鏡后偏折角度也越大，選 A.如圖151 7所示是某金屬在光的照射下產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能0與入射光頻率Y的關(guān)系圖象.由圖象可知（）取圖 15 1 7A.該金屬的逸出功等于EB.該金屬的逸出功等于h v 0C.入射光的頻率為 D.入射光的頻率為

15、答案：ABC9.分別用波長為2丫。時(shí)，產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能為EY 0/2時(shí)，產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能為日2入和3入/4的單色光照射同一金屬板，發(fā)出光電子的最大初動(dòng)能之比為1 ： 2,以h表示普朗克常量，c表示真空中的光速，則此金屬板的逸出功為()2hcEK0.辦工D. oc解析：選B.由 & = hv 1 WDEk2= h Y 2 VW)10.波長為 入=0.17 pm的紫外線照射至金屬筒上能使其發(fā)射光電子，光電子在磁感應(yīng) 強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，做最大半徑為 r的勻速圓周運(yùn)動(dòng)，已知 r , B= 5.6X10 6 T. m光 電子質(zhì)量 m= 9.1 x 10 31 kg ,電荷量 e=1.

16、6X10 19 C,求：(1)光電子的最大動(dòng)能；(2)金屬筒的逸出功.解析：光電子做半徑最大的勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，它的動(dòng)能即是最大動(dòng)能.由eBv得v-代入數(shù)據(jù)得 1m24.41 X 10 19 J. 2(2)由愛因斯坦光電效應(yīng)方程得V h y 1 mV= hc/ 入 mV代入數(shù)據(jù)得 此 7.3 x 10 19 J.22答案:(1)4.41 X10 19 J (2)7.3 X10 19 J11.如圖15 1 8所示，一倫琴射線管，K為陰極可產(chǎn)生電子， 陰極K與對陰極A外加電壓 Uk= 30 kV.設(shè)電子離開K極時(shí)速度為零， 通過電壓加速后而以極大的速度撞到對陰極A上而產(chǎn)生X射線，假定電子的全部動(dòng)能轉(zhuǎn)為X射線的能量.求：(1)電子到達(dá)A極時(shí)的速度是多大？(2)從A極發(fā)出的X射線的最短波長是多少？(3)若電路中的毫安表的示數(shù)為10 mA,則每秒從A極最多能輻射出多少個(gè) X光子？(已知電子的質(zhì)量 m= 9.1 x 10 31 kg ,電子的電荷量e= 1.6X10ec,普朗克常量 h=6.6 X 10 34 J - s)解析：電子在電場力作用下的末速度可以由動(dòng)能定理求出.電子的動(dòng)能若全部轉(zhuǎn)變成X射線光子的能量，可根據(jù)光子說E= hv ,求出X光子的頻率和波長.每個(gè)光子的能量都是由沖向A極的電子來提供的，即可根據(jù)電流值求出每秒到達(dá)A板的電子數(shù)，可推知每秒由發(fā)射的X射線的光子數(shù).