波粒二象性知識點(可編輯修改word版)

波粒二象性知識點總結(jié)一：黑體與黑體輻射熱輻射（1）定義：我們周圍的一切物體都在輻射電磁波，這種輻射與物體的溫度有關(guān)，所以叫熱輻射。（2）特點：熱輻射強度按波長的分布情況隨物體的溫度而有所不同。黑體（1）定義：在熱輻射的同時，物體表面還會吸收和反射外界射來的電磁波。如果一些物體能夠完全吸收投射到其表面的各種波長的電磁波而不發(fā)生反射，這種物體就是絕對黑體，簡稱黑體。（2）黑體輻射特點：黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體的溫度有關(guān)。注意：一般物體的熱輻射除與溫度有關(guān)外，還與材料的種類及表面狀況有關(guān)。二：黑體輻射的實驗翅!律如圖所示，隨著溫度的升高，一方面，各種波長的輻射強度都有增加；另一方面，輻射強度的極大值向波長較短的方向移動。三：能量子能量子：帶電微粒輻射或吸收能量時，只能是輻射或吸收某個最小能量值的整數(shù)倍，這個不可再分的最小能量值E叫做能量子。大?。篍=hvo其中v是電磁波的頻率，h稱為普朗克常量，h=6.626x10—3叮?s（—般h=6.63xlO~34J-s）o四：拓展：1、對熱輻射的理解（1）.在任何溫度下，任何物體都會發(fā)射電磁波，并且其輻射強度按波長的分布情況隨物體的溫度而有所不同，這是熱輻射的一種特性。在室溫下，大多數(shù)物體輻射不可見的紅外光；但當(dāng)物體被加熱到500。。左右時，開始發(fā)出暗紅色的可見光。隨著溫度的不斷上升，輝光逐漸亮起來，而且波長較短的輻射越來越多，大約在1500。。時變成明亮的白熾光。這說明同一物體在一定溫度下所輻射的能量在不同光譜區(qū)域的分布是不均勻的，而且溫度越高光譜中與能量最大的輻射相對應(yīng)的頻率也越高。（2）.在一定溫度下，不同物體所輻射的光譜成分有顯著的不同。例如，將鋼加熱到約800°C時，就可觀察到明亮的紅色光，但在同一溫度下，熔化的水晶卻不輻射可見光。（3）熱輻射不需要高溫，任何溫度下物體都會發(fā)出一定的熱輻射，只是溫度低時輻射弱，溫度高時輻射強。2、2.什么樣的物體可以看做黑體（1）.黑體是一個理想化的物理模型。（2）.如圖所示，如果在一個空腔壁上開一個很小的孔，那么射人小孔的電磁波在空腔內(nèi)表面會發(fā)生多次反射和吸收，最終不能從空腔射出。這個空腔近似看成一個絕對黑體。注意：黑體看上去不一定是黑色的，有些可看做黑體的物體由于自身有較強的輻射，看起來還會很明亮。如煉鋼爐口上的小孔。3、普朗克能量量子化假說（1）.如圖所示，假設(shè)與實驗結(jié)果“令人滿意地相符”，圖中小圓點表示實驗值，曲線是根據(jù)普朗克公式作出的。（2）.能量子假說的意義普朗克的能量子假說，使人類對微觀世界的本質(zhì)有了全新的認識，對現(xiàn)代物理學(xué)的發(fā)展產(chǎn)生了革命性的影響。普朗克常量h是自然界最基本的常量之一，它體現(xiàn)了微觀世界的基特征，架起了電磁波的波動性與粒子性的橋梁。注意：物體在發(fā)射或接收能量的時候，只能從某一狀態(tài)“飛躍”地過渡到另一狀態(tài)，而不可能停留在不符合這些能量的任何一個中間狀態(tài)。二、光電效應(yīng)現(xiàn)象1'光電效應(yīng)：光電效應(yīng)：物體在光（包括不可見光）的照射下發(fā)射電子的現(xiàn)象稱為光電效應(yīng)。2、光電效應(yīng)的研究結(jié)論：任何一種金屆，都有一個極限頻率,入射光的頻率必須大于這個極限頻率，才能產(chǎn)生光電效應(yīng)；低于這個頻率的光不能產(chǎn)生光電效應(yīng)。②光電子的最大初動能與入射光的強度無關(guān)，只隨著入射光頻率的增大而增大。注意：從金屬出來的電子速度會有差異，這里說的是從金屬表面直接飛出來的光電子。③入射光照到金屬上時，光電子的發(fā)射幾乎是瞬時的，一般不超過10%；④當(dāng)入射光的頻率大于極限頻率時，光電流的強度與入射光的強度成正比。3、光電效應(yīng)的應(yīng)用：光電管：光電管的陰極表面敷有堿金屬，對電子的束縛能力比較弱，在光的照射下容易發(fā)射電子，陰極發(fā)出的電子被陽極收集,在回路中形成電流，稱為光電流。注意：①光電管兩極加上正向電壓，可以增強光電流。②光電流的大小跟入射光的強度和正向電壓有關(guān)，與入射光的頻率無關(guān)。入射光的強度越大，光甲流越大。③遏止電壓U。?；芈分械墓怆娏麟S著反向電壓的增加而減小，當(dāng)反向電壓Uo滿足：—〃7寸=eU,光電流將會減小到零，]max0所以遏止電壓與入射光的頻率有關(guān)。4、波動理論無法解釋的現(xiàn)象：不論入射光的頻率多少，只要光強足夠大，總可以使電子獲得足夠多的能量，從而產(chǎn)生光電效應(yīng)，繼上如果光的頻率小于金屬的極限頻率，無論光強多大，都不能產(chǎn)生光電效應(yīng)。光強越大，電子可獲得更多的能量，光電子的最大初始動能應(yīng)該由入射光的強度來決定，實際上光電子的最大初始動能與光強無關(guān)，與頻率有關(guān)。光強大時，電子能量積累的時間就短，光強小時，能量積累的時間就長，實際上無論光入射的強度怎樣微弱，幾乎在開始照射的一瞬間就產(chǎn)生了光電子.三、光子說1'普朗克常量普郎克在研究電磁波輻射時，提出能量量子假說：物體熱輻射所發(fā)出的電磁波的能量是不連續(xù)的，只能是加的整數(shù)倍，加稱為一個能量量子。即能量是一份一份的。其中口輻射頻率，力是一個常量，稱為普朗克常量。2、光子說在空間中傳播的光的能量不是連續(xù)的，而是一份一份的，每一份叫做一個光子，光子的能量e跟光的頻率v成正比。=加，其中：力是普朗克常量，v是光的頻率。四、光電效應(yīng)方程1、逸出功Wd：電子脫離金屬離子束縛，逸出金屬表面克服離子引力做的功。2、光電效應(yīng)方程：如果入射光子的能量加大于逸出功W。，那么有些光電子在脫離金屬表面后還有剩余的動能一一根據(jù)能量守恒定律，入射光子的能量加等于出射光子的最大初動能與逸出功之和，即加=_〃沱+怦其中[〃沱是指出射光子的最大初動能。3、光電效應(yīng)的解釋:

極限頻率：金屬內(nèi)部的電子一般一次只能吸收一個光子的能量，只有入射光子的能量如大w于或者等于逸出功精即：v>^時，電子才有可能逸出，這就是光電效應(yīng)存在極限頻率的原因。1力1遏制電壓：由hv=_mv2+W_mv2=e（7有：hv=eU+W,所以遏制電壓只與入射3max0①max000光頻率有關(guān)，與入射光的強度無關(guān)，這就是光電效應(yīng)存在遏制電壓的原因。五、康普頓效應(yīng)（表明光子具有動量）1、康普頓效應(yīng)：用X射線照射物體時，一部分散射出來的X射線的波長會變長，這個現(xiàn)象叫康普頓效應(yīng)?？灯疹D效應(yīng)是驗證光的波粒二象性的重要實驗之一。2、康普頓效應(yīng)的意義：證明了愛因斯坦光子假說的正確性，揭示了光子不僅具有能量，還具有動量。光子的動量為p=H3、現(xiàn)象解釋：碰撞前后光子與電子總能量守恒，總動量也守恒。碰撞前，電子可近似視為靜止的，碰撞后，電子獲得一定的能量和動量，X光子的能量和動量減小，所以X射線光子的波長X變長。六、光的波粒二象性物質(zhì)波概率波不確定關(guān)系1、光的波粒二象性：干涉、衍射和偏振以無可辯駁的事實表明光是一種波；光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)又用無可辯駁的事實表明光是一種粒子，由于光既有波動性，又有粒子性，只能認為光具有波粒二象性。但不可把光當(dāng)成宏觀觀念中的波，也不可把光當(dāng)成宏觀觀念中的粒子。少量的光子表現(xiàn)出粒子性，大量光子運動表現(xiàn)為波動性；光在傳播時顯示波動性?與物質(zhì)發(fā)生作用時，往往顯示粒子性；頻率小波長大的波動性顯著，頻率大波長小的粒子性顯著。一性和粒子性并不矛盾：表示粒子性的粒子能量和動量的計算式中都含有表示波的特征的物理量一一頻率v和波長A。由以上兩式和波速公式c=Xv還可以得出：E=pCo3、物質(zhì)波（德布羅意波）:1924年德布羅意（法）提出，實物粒子和光子一樣具有波動性，任何一個運動著的物體都有一種與之對應(yīng)的波，波長*h/pl這種波叫物質(zhì)波，也叫德布羅意波。4、概率波：從光子的概念上看，光波是一種概率波。光子落在明條紋的概率高，落在暗條紋的概率低。干涉條紋是光子落在感光片上各點的概率分布的反映。注意：亮紋是光子落的概率大，暗紋是概率小，不是光子照不到。5、電子云：原子核外電子的概率分布圖。概率大的地方小圓點密一些，概率小的地方小圓點疏一些。討論微觀粒子的運動，軌道的概念毫無意義。6、不確定關(guān)系：微觀粒子的坐標(biāo)和動量不能同時完全精確地確定。如果用At表示微觀粒子位置的不確定性，用△/，表示微觀粒子在x方向上動量的不確定性，則有Ax-Ap>-Lo原因是因為微觀粒子具有波動性。（1）由不確定性關(guān)系可知，坐標(biāo)和動量，其中一個測量得越準(zhǔn)確，另外一個的不確定性就越大。（2）微觀粒子的波粒二象性和不確定性關(guān)系本質(zhì)是一樣的，導(dǎo)致共同的結(jié)果：微觀粒子的運動狀態(tài)，不能通過確定的軌道來描述，只能通過概率波做統(tǒng)計性的描述。（3）不確定性關(guān)系對宏觀物體沒有意義。②頻率低波長長，波動性明顯②光的產(chǎn)生，與其他物質(zhì)作用，粒子性明顯②頻率低波長長，波動性明顯②光的產(chǎn)生，與其他物質(zhì)作用，粒子性明顯②大量時，波動性明顯㈡①傳播時，波動性明顯㈢①個別時，粒子性明顯

例題講解例1：用如圖所示的裝置研究光電效應(yīng)現(xiàn)象，當(dāng)用光子能量為2.5eV的光照射到光電管上時，電流表G的讀數(shù)為0.2mA。移動變阻器的觸點c,當(dāng)電壓表的示數(shù)大于或等于0.7V時，電流表讀數(shù)為零。貝IJ：（）光電管陰極的逸出功為1.8eV；電鍵#斷開后，有電流流過電流表G；光電子的最大初動能為0.7eV；改用能量為1.5eV的光子照射，電流表G也有電流，但電流較小；例2：關(guān)于不確定關(guān)系，下列說法中正確的是：不確定關(guān)系表明：想要同時準(zhǔn)確測量一個粒子的位置和動量，這是不可能的；不確定關(guān)系表明：想要同時準(zhǔn)確測量一顆子彈的位置和動量，這是不可能的；由于不確定關(guān)系，所以測量粒子的位置己經(jīng)沒有意義了；如果將來實驗技術(shù)進步了，同時準(zhǔn)確測量一個粒子的位置和動量是有可能的；例3：己知鈉發(fā)生光電效應(yīng)的極限波長為＞lo=5X10-7m,現(xiàn)用波長為4X10-?m的光照射用鈉作陰極的光電管.求：（1）鈉的逸出功Wo；（2）為使光電管中的光電流為零，在光電管上所加反向電壓至少多大？針對練習(xí)1.下列關(guān)于光的波粒二象性的說法中，正確的是（）A.B.C.D.有的光是波，有的光是粒子光子與電子是同樣的一種粒子A.B.C.D.）到達亮條紋處的概率比到達暗條紋處的概率大到達暗條紋處的概率比到達亮條紋處的概率大該光子可能到達觀察屏的任意位置以上說法均不正確A.B.C.D.對光的認識，以下說法正確的是（）個別光子的行為表現(xiàn)為粒子性，大量光子的行為表現(xiàn)為波動性光的波動性是光子本身的一種屬性，不是光子之間的相互作用引起的光表現(xiàn)出波動性時，就不具有粒子性了，光表現(xiàn)出粒子性時，就不具有波動性了光的波粒二象性應(yīng)理解為在某種場合下光的波動性表現(xiàn)明顯，在另外某種場合下，光的粒子性表現(xiàn)明顯.如圖所示，電路中所有元件完好，光照射到光電管上，靈敏電流計中沒有電流通過，其原因可能是（B.入射光波長太長D.電源正負極接反B.入射光波長太長D.電源正負極接反C.光照時間太短頻率為v的光照射某種金屬材料，產(chǎn)生光電子的最大初動能為Ek，若以頻率為2v的光照射同一金屬材料，則光電子的最大初動能是（）

A.2EkC?Ek—hvEk+MD.Ek+2hv一個質(zhì)量為m、電荷量為g的帶電粒子，由靜.止開始經(jīng)加速電場加速后（加速電壓為U）,該粒子的德布羅意波長為（dhD.A.2EkC?Ek—hv2mqUD.血iqUA、B兩束不同頻率的光波均能使某金屬發(fā)生光電效應(yīng)，如果產(chǎn)生光電流的最大值分別為L、Ib,且Ia<Ib,則下列關(guān)系正確的是（）照射光的波長XA>X5B.照射光的光子能量Ea<E5單位時間內(nèi)照射到金屬板的光子數(shù)Na<NbD.照射光的頻率Ya<Yb頻率為V的光子，具有的能量為/冷、動量史.將這個光子打在處于靜止?fàn)顟B(tài)的電子上,C光子將偏離原運動方向，這種現(xiàn)象稱光子的散射.下列關(guān)于光子散射說法中正確的是（）光子改變原來的運動方向，且傳播速度變小光子由于在與電子碰撞中獲得能量，因而頻率增大由于受到電子碰撞，散射后的光子波長小于入射光子的波長由于受到電子碰撞，散射后的光子頻率小于入射光子的頻率激光的主要特點之一是它的瞬時功率很大，設(shè)P表示激光功率，X表示激光波長，則激光器每TOC\o"1-5"\h\z秒射出的光子數(shù)（）PB.JiRC.Pc…-heC~h~D.PXhc三種不同的入射光A、B、C分別射在三種不同的金屬a、b、c表面，均恰可使金屬逸出光電子，若入射光的波長XA>XB>XC,貝#）A.用入射光A照射金屬b或c,金屬b、c均可發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象用入射光A、B同時照射金屬c,金屬c可發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象用入射光C照射a或b,金屬a、b均可發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象用入射光B或C照射金屬a,均可使金屬a發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象如圖所示是光電管的原理圖，己知當(dāng)有波長為人。的光照到陰極K時，電路中有光電流，則（）L_ii￡——若換用波長為九】（九】>九。）的光照射陰極K時，電路一定沒有光電流若換用波長為九2（九我九。）的光照射陰極K時，電路中光電流一定增大若將變阻器滑動頭P從圖示位置向右滑一些，仍用波長人。的光照射，則電路中光電流一定增大「D.若將變阻器滑動頭F從圖示位置向左滑過中心。點時，其他條件不變，則電路中仍可能有光電流人類對光的本性認識的過程中先后進行了一系列實驗，如圖所示的四個示意圖所示表示的實驗?zāi)苷f明光具有波動性的是（）用波長為|的單色光照射某光電管陰極時，測得光電子的最大動能為場1；用波長為|的單色光照射時，測得光電子的最大動能為戰(zhàn)2。若Eki>Ekz，則I2。（填〉或V）入射的X射線光子的能量為0.60MeV,被自由電子散射后波長變化了20%，則反沖電子的動能為MeVo二氧化碳能強烈吸收紅外長波輻射，這種長波輻射的波長范圍是1.4X10-5^1.6X10-3m,相應(yīng)的頻率范圍是,相應(yīng)的光子能量的范圍是,“溫室效應(yīng)”使空氣全年的平均溫度升高，空氣溫度升高，從微觀上看就是空氣中分子的?（己知普朗克恒量/?=6.6X10-y,J-s,真空中的光速c=3.OXlOh/s,結(jié)果取兩位有效數(shù)字）鋁的逸出功是4.2eV,現(xiàn)在用波長200nm的光照射鋁的表面.（1）光電子的最大初動能是—;（2）遏止電壓是；（3）鋁的極限頻率