1、返回目录 波粒二象性 第十七章 返回目录 章末复习方案返回目录 章末 核心归纳章末 考法整合返回目录 章末核心归纳波粒二象性能量的量子化黑体与黑体辐射：电磁辐射不连续黑体辐射的实验规律：各种波长的辐射只与温度有关能量子定义：每一份辐射的能量是一个能量子大小：h，h6.631034 Js光的粒子性光电效应概念：光照使金属发射电子的现象实验规律任何金属都存在截止频率最大初动能与光频率是一次函数关系光电子数目正比于光强存在饱和电流瞬时性 返回目录 波粒二象性光的粒子性爱因斯坦光电效应方程：EkhW0康普顿效应：X射线对石墨晶体的散射，说明光具有动量光子说光子：光辐射不连续，每一份光叫做一个光子光子的
2、能量：h光子的动量：ph光具有波粒二象性少量光子易表现出粒子性，大量光子易表现出波动性高频光子粒子性显著，低频光子波动性显著光传播时表现出波动性，与微粒作用时表现出粒子性 返回目录 波粒二象性粒子的波动性德布罗意提出粒子具有波动性：物质波或概率波电子的衍射现象证实了粒子的波动性概率波波长：hp粒子具有波粒二象性不确定性关系：xp h4返回目录 章末考法整合1能量量子化与能量子振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值的整数倍，并以这个最小能量值为单位一份一份地辐射或吸收能量为不可再分的最小能量值，h考法一 光源功率与光的强度问题返回目录 2光源的功率、光的强度与光子数的相关计算根据爱因斯坦的光
3、子说，光源的功率和光的强度是两个不同概念(1)光源的功率(P)光源单位时间内辐射光子的总能量，即PNh式中N表示光源单位时间内辐射的光子数返回目录(2)光的强度(I)在单位时间内垂直通过单位面积的光子的总能量，即IN0hN0表示单位时间垂直通过单位面积的光子数返回目录 在入射光的频率不变的情况下，光的强度正比于单位时间内照射到金属表面上单位面积的光子数但若换用不同频率的光照射，若光的强度相同，单位时间内照射到金属表面单位面积的光子数不同返回目录【例题1】光具有波粒二象性，光子的能量h，其中频率表示波的特征在爱因斯坦提出光子说之后，法国物理学家德布罗意提出了光子动量p与光波波长的关系为p h.若
4、某激光管以P60 W的功率发射波长663 nm的光束，试根据上述理论计算：(普朗克常量h6.631034 Js，c3108 m/s)返回目录(1)该管在1 s内发射出多少个光子？(2)若光束全部被某黑体表面吸收，那么该黑体表面受到的光束对它的作用力F为多大？返回目录 解析(1)设在时间t内发射出的光子数为n，光子频率为，每个光子的能量h，则Pnht，而c，t1 s，解得n Pthc 6016631096.6310343108 个2.01020个返回目录(2)在时间t内激光管发射出的光子全部被黑体表面吸收，光子的末动量变为零，据题中信息可知，n个光子的总动量为p总npnh，根据动量定理有Ftp总
5、，解得黑体表面对光子束的作用力为F p总t nht nht Pc 603.0108 N2.0107N，返回目录 又根据牛顿第三定律，得光子束对黑体表面的作用力FF2.0107 N答案(1)2.01020个(2)2.0107 N返回目录【变式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1.01010 W，所发射的每个光脉冲持续的时间t为1.01011 s，波长为793.4 nm.问每个光脉冲的长度l是多少？其中含有的光子数n是多少？(普朗克常量h6.631034 Js，光速c3108 m/s
6、)返回目录 解析 光脉冲的长度是光在一个脉冲时间内传播的距离，设为l，则lct31081.01011 m3103 m根据WPt可知每列光脉冲能量WPt1.0 10101.01011 J0.1 J，而每个光子能量h c 6.6310343108793.4109 J2.5071019 J，返回目录 故每个光脉冲含有光子数n W 0.12.5071019 个41017个答案 3103 m 41017个返回目录 1表达式：hEkW0或EkhW02物理意义：金属中电子吸收一个光子获得的能量为h，其中一部分用来克服金属的逸出功W0，剩下的表现为光电子的动能Ek.若光电子从金属表面打出，则对应的动能为最大初
7、动能考法二 光电效应方程的理解与运用返回目录(1)光电效应规律中“光电流的强度”指的是光电流的饱和值(对应从阴极发射出的电子全部被拉向阳极的状态)因为光电流未达到饱和值之前，其大小不仅与入射光的强度有关，还与光电管两极间的电压有关，只有在光电流达到饱和值以后才和入射光的强度成正比返回目录(2)明确两个决定关系：逸出功W0一定时，入射光的频率决定着能否产生光电效应以及光电子的最大初动能；入射光的频率一定时，入射光的强度决定着单位时间内发射出来的光电子数返回目录 光电效应现象中常见物理量的求解方法物理量求解方法最大初动能EkEkhW0，c遏止电压UceUcEkUcEke截止频率ccW0h返回目录【
8、例题2】以往我们认识的光电效应是单光子光电效应，即一个电子在极短时间内只能吸收到一个光子而从金属表面逸出强激光的出现丰富了人们对于光电效应的认识，用强激光照射金属，由于其光子密度极大，一个电子在极短时间内返回目录 吸收多个光子成为可能，从而形成多光子光电效应，这已被实验证实光电效应实验装置示意图如图所示用频率为的普通光源照射阴极K，没有发生光电效应换用同样频率为的强激光照射阴极K，则发生了光电效应；此时，若加上反向电压U，即将阴极K接电源正极，阳极A接电源负极，在K、A之间就形成了使光电子减速的电场逐渐增大U，光电流会逐渐减小；返回目录 当光电流恰好减小到零时，所加反向电压U可能是下列的(其中
9、W为逸出功，h为普朗克常量，e为电子电量)()AUhe We BU2he WeCU2hWDU5h2e We答案 B 返回目录 解析 由题意可知一个电子吸收多个光子仍然遵守光电效应方程，设电子吸收了n个光子，则逸出的光电子的最大初动能为EknhW0(n2,3,4，)，逸出的光电子在遏止电压下运动时应有EkeU，由以上两式联立得U nhW0e，n为大于1的正整数，选项B正确，A、C、D错误返回目录【变式2】已知钙和钾的截止频率分别为7.731014 Hz和5.441014 Hz，在某种单色光的照射下两种金属均发生光电效应，比较它们表面逸出的具有最大初动能的光电子，钙逸出的光电子具有较大的()A波长
10、B频率C能量D动量答案 A 返回目录 解析 由光电效应方程Ekmhh0可知，钙的截止频率大，因此钙中逸出的光电子的最大初动能小，其动量p 2mEkm，故动量小，由hp可知，波长较大，则频率较小，选项A正确返回目录 1Ek曲线如图甲所示的是光电子最大初动能Ek随入射光频率的变化曲线这里，横轴上的截距是金属的截止频率或极限频率；纵轴上的截距，是金属的逸出功的负值；斜率为普朗克常量考法三 光电效应曲线返回目录 2IU曲线如图乙所示的是光电流I随光电管两极板间电压U的变化曲线，图中Im为饱和电流，Uc为遏止电压3Uc曲线遏止电压与入射光频率的关系图象如图丙所示，图中的横轴截距c为截止频率当入射光频率大
11、于截止频率时，遏止电压Uc随入射光频率的增大而增大返回目录【例题3】在某次光电效应实验中，得到的遏止电压Uc与入射光的频率的关系如图所示若该直线的斜率和截距分别为k和b，电子电荷量的绝对值为e，则普朗克常量可表示为_，所用材料的逸出功可表示为_返回目录 解析 由光电效应方程知，光电子的最大初动能EkhW0，根据动能定理有eUcEk，联立得Uche W0e；由题图知，斜率khe，解得普朗克常量hek，纵轴上的截距bW0e，解得逸出功W0eb答案 ek eb返回目录【变式3】用如图甲所示的装置研究光电效应现象闭合开关S，用频率为的光照射光电管时发生了光电效应图乙是该光电管发生光电效应时光电子的最大
12、初动能Ek与入射光频率的关系图象，图线与横轴的交点坐标为(a,0)，与纵轴的交点坐标为(0，b)，下列说法正确的是()返回目录 返回目录 A普朗克常量为habB断开开关S后，电流表G的示数不为零C仅增加照射光的强度，光电子的最大初动能将增大D仅增加照射光的强度，电流表G的示数保持不变答案 B 返回目录 解析 由EkhW0可知，图线的斜率为普朗克常量，即h ba，故选项A错误；断开开关S后，光电子匀速运动到阳极，所以电流表G的示数不为零，故选项B正确；只有增大入射光的频率，才能增大光电子的最大初动能，与光的强度无关，故选项C错误；仅提高照射光强度，单位时间内发出的光电子增多，电流表G的示数增大，
13、故选项D错误返回目录 1光既具有波动性，又具有粒子性，因此光具有波粒二象性2概率波：光子在空间出现的概率可以通过波动规律来确定，所以，从光子的概念上看，光波是一种概率波考法四 波粒二象性的理解返回目录 3对光的波粒二象性的理解(1)光的波动性和粒子性是光在不同条件下的不同表现(2)大量的光子产生的效果显示波动性；个别光子产生的效果显示粒子性(3)波长短的光粒子性显著，波长长的光波动性显著返回目录(4)当光和其他物质发生相互作用时表现为粒子性；当光在传播时表现为波动性(5)光波不同于宏观观念中那种连续的波，它是表示大量光子运动规律的一种概率波返回目录 4粒子的波动性的提出(1)物质波：德布罗意由
14、光的波粒二象性类比提出实物粒子也具有波动性，即每一个运动的粒子都与一个对应的波相联系，这种与实物粒子相联系的波称为德布罗意波，也叫做物质波返回目录(2)物质波波长的计算公式：hp(3)宏观物体由于波长太小，很难观察到它的波动性返回目录 5不确定性关系利用数学方法对(由单缝衍射实验可说明)微观粒子的运动进行分析可以知道，粒子位置的不确定量x，粒子在x方向上的动量的不确定量p满足关系xp h4返回目录【例题4】(多选)实物粒子和光都具有波粒二象性下列事实中突出体现波动性的是()A电子束通过双缝实验装置后可以形成干涉图样B光电效应实验中，光电子的最大初动能与入射光的频率有关，与入射光的强度无关C人们
15、利用慢中子衍射来研究晶体的结构D人们利用电子显微镜观测物质的微观结构答案 ACD 返回目录 解析 电子束通过双缝实验后可以形成干涉图样，说明电子是一种波，故选项A正确；人们利用慢中子衍射来研究晶体的结构，中子衍射说明中子有波动性，故选项C正确；人们利用电子显微镜观测物质的微观结构，利用了电子的衍射现象，说明电子有波动性，故选项D正确；光电效应实验中，光电子的最大初动能与入射光的频率有关，与入射光的强度无关，说明光是一种粒子，故选项B错误返回目录【变式4】(多选)波粒二象性是微观世界的基本特征，下列说法正确的是()A光电效应现象揭示了光的粒子性B热中子束射到晶体上产生衍射图样说明中子具有波动性C黑体辐射的实验规律可用光的波动性解释D动能相等的质子和电子，它们的德布罗意波长也相等返回目录 答案 AB 解析 黑体辐射引发了普朗克的光量子假说，选项C错误；由hp，p 2mEkm，得h2mEkm，动能相等的质子和电子质量相差很多，所以德布罗意波长不相等，选项D错误返回目录 章末跟踪测评
