物理第十二章 动量守恒定律 波粒二象性原子结构与原子核 第2课时 波粒二象性

第第2课时波粒二象性课时波粒二象性一、光电效应一、光电效应1.能量子能量子(1)定义：普朗克认为，带电微粒辐射或吸收能量时，只能是定义：普朗克认为，带电微粒辐射或吸收能量时，只能是辐射或吸收某个最小能量值的辐射或吸收某个最小能量值的_，这个不可再分的，这个不可再分的最小能量值最小能量值叫做能量子。叫做能量子。(2)大小：大小：h，其中，其中是是_，h是是_，数值，数值h_ (一般一般h取取6.631034 Js)。 整数倍整数倍电磁波的频率电磁波的频率普朗克常量普朗克常量6.6261034 Js 2.光电效应光电效应 (1)定义：照射到金属表面的光，能使金属中的定义：照射到金属表面的光，能使金属中的_从表从表面逸出的现象。面逸出的现象。(2)光电子：光电子：_中发射出来的电子。中发射出来的电子。(3)光电效应规律光电效应规律每种金属都有一个极限频率，入射光的频率必须每种金属都有一个极限频率，入射光的频率必须_这这个极限频率才能产生光电效应。低于这个频率的光不能产生个极限频率才能产生光电效应。低于这个频率的光不能产生光电效应。光电效应。 电子电子光电效应光电效应大于大于光电子的最大初动能与入射光光电子的最大初动能与入射光的的_无关无关，只随入射光频，只随入射光频率的增大率的增大而而_ 。光电效应的光电效应的发生发生_的的，一般不超过，一般不超过109s。当入射光的频率大于极限频率时，饱和光电流的强度与入射光当入射光的频率大于极限频率时，饱和光电流的强度与入射光的强度的强度成成_ 。 强度强度增大增大几乎瞬时几乎瞬时正比正比3.爱因斯坦光电效应方程爱因斯坦光电效应方程(1)光子说：在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，光子说：在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光的能量子，简称光子，光子的能量每一份叫做一个光的能量子，简称光子，光子的能量_。其中其中h6.631034Js。(称为普朗克常量称为普朗克常量)(2)逸出功逸出功W0：使电子脱离某种金属所做功的：使电子脱离某种金属所做功的_。(3)最大初动能：发生光电效应时，金属表面上的最大初动能：发生光电效应时，金属表面上的_吸收吸收光子后克服原子核的引力逸出时所具有的动能的最大值。光子后克服原子核的引力逸出时所具有的动能的最大值。(4)爱因斯坦光电效应方程爱因斯坦光电效应方程表达式：表达式：Ekh_。物理意义：金属表面的电子吸收一个光子获得的能量是物理意义：金属表面的电子吸收一个光子获得的能量是h，这些能量的一部分用来克服金属的这些能量的一部分用来克服金属的_，剩下的表，剩下的表现为逸出后光电子的最大初动能现为逸出后光电子的最大初动能Ek_。 h最小值最小值电子电子W0逸出功逸出功W0波动波动粒子粒子h粒子粒子波动波动普朗克常量普朗克常量h2.粒子的波动性粒子的波动性(1)每一个每一个_的粒子都与一个对应的波相联系，这种与的粒子都与一个对应的波相联系，这种与_相联系的波称为德布罗意波，也叫做相联系的波称为德布罗意波，也叫做_。(2)物质波的波长、频率关系式物质波的波长、频率关系式波长：波长：_，频率：，频率：_。 运动运动实物粒子实物粒子物质波物质波3.概率波概率波(1)光波是一种概率波光波是一种概率波光的波动性不是光子之间相互作用的结果而是光子自身固有光的波动性不是光子之间相互作用的结果而是光子自身固有的性质，光子在空间出现的概率可以通过的性质，光子在空间出现的概率可以通过_确定，确定，所以，光波是一种所以，光波是一种_。(2)物质波也是一种概率波物质波也是一种概率波对于电子和其他微观粒子，单个粒子的位置是对于电子和其他微观粒子，单个粒子的位置是_，但，但在某点出现的概率的大小可以由在某点出现的概率的大小可以由_确定，而且对于确定，而且对于大量粒子，这种概率分布导致确定的宏观结果，所以物质波大量粒子，这种概率分布导致确定的宏观结果，所以物质波也是概率波。也是概率波。 波动规律波动规律概率波概率波不确定的不确定的波动规律波动规律4.不确定性关系不确定性关系不确定性不确定性xp【思考判断】【思考判断】1.光电子就是光子光电子就是光子( )2.只要光强度足够强，任何金属都能发生光电效应只要光强度足够强，任何金属都能发生光电效应( )3.极限频率越大的金属材料逸出功越大极限频率越大的金属材料逸出功越大( )4.爱因斯坦认为光是一份一份的，每一份叫光量子爱因斯坦认为光是一份一份的，每一份叫光量子( )5.宏观物体不具有波动性宏观物体不具有波动性( )6.光子和光电子都是实物粒子光子和光电子都是实物粒子( )7.要使某金属发生光电效应，入射光子的能量必须大于金属的要使某金属发生光电效应，入射光子的能量必须大于金属的逸出功逸出功( ) 8.光电子的最大初动能与入射光子的频率成正比光电子的最大初动能与入射光子的频率成正比( )9.光的频率越高，光的粒子性越明显，但仍具有波动性光的频率越高，光的粒子性越明显，但仍具有波动性( )10德国物理学家普朗克提出了量子假说，成功地解释了光电效应德国物理学家普朗克提出了量子假说，成功地解释了光电效应规律规律( )11.美国物理学家康普顿发现了康普顿效应，证实了光的粒子性美国物理学家康普顿发现了康普顿效应，证实了光的粒子性( )12.法国物理学家德布罗意大胆预言了实物粒子在一定条件下会表法国物理学家德布罗意大胆预言了实物粒子在一定条件下会表现为波动性现为波动性( ) 考点一能量量子化考点一能量量子化(/b)光的粒子性光的粒子性(/c)要点突破要点突破1.对光电效应的四点提醒对光电效应的四点提醒(1)能否发生光电效应，不取决于光的强度而取决于光的频率。能否发生光电效应，不取决于光的强度而取决于光的频率。(2)光电效应中的光电效应中的“光光”不是特指可见光，也包括不可见光。不是特指可见光，也包括不可见光。(3)逸出功的大小由金属本身决定，与入射光无关。逸出功的大小由金属本身决定，与入射光无关。(4)光电子不是光子，而是电子。光电子不是光子，而是电子。 2.两条对应关系两条对应关系(1)光强大光强大光子数目多光子数目多发射光电子多发射光电子多光电流大。光电流大。(2)光子频率高光子频率高光子能量大光子能量大光电子的最大初动能大。光电子的最大初动能大。 3.定量分析时应抓住三个关系式定量分析时应抓住三个关系式(1)爱因斯坦光电效应方程：爱因斯坦光电效应方程：EkhW0。(2)最大初动能与遏止电压的关系：最大初动能与遏止电压的关系：EkeUc。(3)逸出功与极限频率的关系：逸出功与极限频率的关系：W0h0。 4.用图象表示光电效应方程用图象表示光电效应方程(1)最大初动能最大初动能Ek与入射光频率与入射光频率的关系图线如图。的关系图线如图。 (2)由曲线可以得到的物理量：由曲线可以得到的物理量：极限频率：图线与极限频率：图线与轴交点的横坐标轴交点的横坐标c。逸出功：图线与逸出功：图线与Ek轴交点的纵坐标的值轴交点的纵坐标的值W0E。普朗克常量：图线的斜率普朗克常量：图线的斜率kh。 典例剖析典例剖析【例】【例】 (多选多选)在做光电效应的实验时，某金属被光照射时发生了在做光电效应的实验时，某金属被光照射时发生了光电效应，实验测得光电子的最大初动能光电效应，实验测得光电子的最大初动能Ek与入射光的频率与入射光的频率的关系如图所示的关系如图所示(图线上各点对应的坐标已知，只是未标出图线上各点对应的坐标已知，只是未标出)，由实验图线可求出由实验图线可求出()A.该金属的极限频率该金属的极限频率B.普朗克常量普朗克常量C.该金属的逸出功该金属的逸出功D.单位时间内逸出的光电子数单位时间内逸出的光电子数 解析依据光电效应方程解析依据光电效应方程EkhW0可知可知，当当Ek0时时，c，即图线的横截距在数值上等于该金属的极限频率。即图线的横截距在数值上等于该金属的极限频率。图线的斜率图线的斜率kh，即图线的斜率在数值上等于普朗克常量。即图线的斜率在数值上等于普朗克常量。0时时，EkW0，即图线的纵截距的绝对值等于该金属的逸出即图线的纵截距的绝对值等于该金属的逸出功。功。答案答案ABC针对训练针对训练1.(多选多选)如图所示，用导线把验电器与锌板相连接，当用紫外线如图所示，用导线把验电器与锌板相连接，当用紫外线照射锌板时，发生的现象是照射锌板时，发生的现象是()A.有光子从锌板逸出有光子从锌板逸出B.有电子从锌板逸出有电子从锌板逸出C.验电器指针张开一个角度验电器指针张开一个角度D.锌板带负电锌板带负电 解析用紫外线照射锌板是能够发生光电效应的解析用紫外线照射锌板是能够发生光电效应的，锌板上的电子锌板上的电子吸收紫外线的能量从锌板表面逸出吸收紫外线的能量从锌板表面逸出，称之为光电子称之为光电子，故故A错误、错误、B正确；锌板与验电器相连正确；锌板与验电器相连，带有相同电性的电荷带有相同电性的电荷，锌板失去电锌板失去电子应该带正电子应该带正电，且失去电子越多且失去电子越多，带正电的电荷量越多带正电的电荷量越多，验电器验电器指针张角越大指针张角越大，故故C正确、正确、D错误。错误。答案答案BC 2.(多选多选)如图所示是用光照射某种金属时逸出的光电子的最大初如图所示是用光照射某种金属时逸出的光电子的最大初动能随入射光频率的变化图线动能随入射光频率的变化图线(直线与横轴的交点坐标为直线与横轴的交点坐标为4.27，与纵轴交点坐标为与纵轴交点坐标为0.5)。由图可知。由图可知()A.该金属的截止频率为该金属的截止频率为4.271014 HzB.该金属的截止频率为该金属的截止频率为5.51014 HzC.该图线的斜率表示普朗克常量该图线的斜率表示普朗克常量D.该金属的逸出功为该金属的逸出功为0.5 eV 答案答案AC考点二粒子的波动性考点二粒子的波动性(/c)概率波概率波(/b)不确定性关系不确定性关系(/b) 要点突破要点突破光既有波动性，又有粒子性，两者不是孤立的，而是有机的统一光既有波动性，又有粒子性，两者不是孤立的，而是有机的统一体，其表现规律为：体，其表现规律为：(1)从数量上看：个别光子的作用效果往往表现为粒子性；大量光从数量上看：个别光子的作用效果往往表现为粒子性；大量光子的作用效果往往表现为波动性。子的作用效果往往表现为波动性。(2)从频率上看：频率越低，波动性越显著，越容易看到光的干涉从频率上看：频率越低，波动性越显著，越容易看到光的干涉和衍射现象；频率越高，粒子性越显著，越不容易看到光的干涉和衍射现象；频率越高，粒子性越显著，越不容易看到光的干涉和衍射现象，贯穿本领越强。和衍射现象，贯穿本领越强。(3)从传播与作用上看：光在传播过程中往往表现出波动性；在与从传播与作用上看：光在传播过程中往往表现出波动性；在与物质发生作用时往往表现为粒子性。物质发生作用时往往表现为粒子性。典例剖析典例剖析【例【例1】 能够证明光具有波粒二象性的现象是能够证明光具有波粒二象性的现象是()A.光电效应和康普顿效应光电效应和康普顿效应B.光的衍射和光的色散光的衍射和光的色散C.光的折射和透镜成像光的折射和透镜成像D.光的干涉和康普顿效应光的干涉和康普顿效应解析光的干涉、光的衍射现象证明了光的波动性解析光的干涉、光的衍射现象证明了光的波动性，光电效光电效应和康普顿效应证明了光的粒子性。应和康普顿效应证明了光的粒子性。答案答案D 【例【例2】 物理学家做了一个有趣的实验：在双缝干涉实验中，在物理学家做了一个有趣的实验：在双缝干涉实验中，在光屏处放上照相底片，若减弱光的强度，使光子只能一个一个光屏处放上照相底片，若减弱光的强度，使光子只能一个一个地通过狭缝，实验结果表明，如果曝光时间不太长，底片上只地通过狭缝，实验结果表明，如果曝光时间不太长，底片上只出现一些不规则的点子；如果曝光时间足够长，底片上就会出出现一些不规则的点子；如果曝光时间足够长，底片上就会出现规则的干涉条纹，对这个实验结果认识正确的是现规则的干涉条纹，对这个实验结果认识正确的是()A.曝光时间不长时，出现不规则的点子，表现出光的波动性曝光时间不长时，出现不规则的点子，表现出光的波动性B.单个光子通过双缝后的落点可以预测单个光子通过双缝后的落点可以预测C.干涉条纹中明亮的部分是光子到达机会较多的地方干涉条纹中明亮的部分是光子到达机会较多的地方D.只有大量光子的行为才能表现出光的粒子性只有大量光子的行为才能表现出光的粒子性 解析由于光波是一种概率波解析由于光波是一种概率波，故选项故选项C正确；正确；A中的现象说明中的现象说明了光的粒子性了光的粒子性，个别光子的行为通常表现出粒子性个别光子的行为通常表现出粒子性，故选项故选项A、D错误。错误。答案答案C针对训练针对训练1.如果一个电子的德布罗意波长和一个中子的相等，则它们的哪如果一个电子的德布罗意波长和一个中子的相等，则它们的哪个物理量也相等个物理量也相等()A.速度速度 B.B.动能动能 C.动量动量 D.D.总能量总能量 答案答案C2.用很弱的光做双缝干涉实验，把入射光减弱到可以认为光源和用很弱的光做双缝干涉实验，把入射光减弱到可以认为光源和感光胶片之间不可能同时有两个光子存在，如图所示是不同数感光胶片之间不可能同时有两个光子存在，如图所示是不同数量的光子照射到感光胶片上得到的照片。这些照片说明量的光子照射到感光胶片上得到的照片。这些照片说明()A.光只有粒子性没有波动性光只有粒子性没有波动性B.光只有波动性没有粒子性光只有波动性没有粒子性C.少量光子的运动显示波动性，大量光子的运动显示粒子性少量光子的运动显示波动性，大量光子的运动显示粒子性D.少量光子的运动显示粒子性，大量光子的运动显示波动性少量光子的运动显示粒子性，大量光子的运动显示波动性 解析光具有波粒二象性解析光具有波粒二象性，这些照片说明少量光子的运动显这些照片说明少量光子的运动显示粒子性示粒子性，大量光子的运动显示波动性大量光子的运动显示波动性，故故D正确。正确。答案答案D3.在做双缝干涉实验时，发现在做双缝干涉实验时，发现10 000个光子中有个光子中有9 600个通过双缝个通过双缝后打到了观察屏上的后打到了观察屏上的b处，则处，则b处是处是()A.亮纹亮纹B.暗纹暗纹C.既有可能是亮纹也有可能是暗纹既有可能是亮纹也有可能是暗纹D.以上各种情况均有可能以上各种情况均有可能 解析由光子按波的概率分布的特点去判断解析由光子按波的概率分布的特点去判断，由于大部分光由于大部分光子都落在子都落在b点点，故故b处一定是亮纹处一定是亮纹，选项选项A正确。正确。答案答案A 1.(多选多选)在光电效应实验中，用频率为在光电效应实验中，用频率为的光照射光电管阴极，发的光照射光电管阴极，发生了光电效应，下列说法正确的是生了光电效应，下列说法正确的是()A.增大入射光的强度，光电流增大增大入射光的强度，光电流增大B.减小入射光的强度，光电效应现象消失减小入射光的强度，光电效应现象消失C.改用频率小于改用频率小于的光照射，一定不发生光电效应的光照射，一定不发生光电效应D.改用频率大于改用频率大于的光照射，光电子的最大初动能变大的光照射，光电子的最大初动能变大 解析增大入射光强度解析增大入射光强度，使单位时间内逸出的光电子数增加使单位时间内逸出的光电子数增加，因因此光电流增大此光电流增大，选项选项A正确；能否发生光电效应与照射光的频率正确；能否发生光电效应与照射光的频率有关有关，与强度无关与强度无关，选项选项B错误；当照射光的频率小于错误；当照射光的频率小于，但仍大但仍大于极限频率时发生光电效应于极限频率时发生光电效应，选项选项C错误；由错误；由EkmhW，增加增加照射光的频率照射光的频率，光电子的最大初动能变大光电子的最大初动能变大，选项选项D正确。正确。答案答案AD2.(多选多选)关于光的波粒二象性，正确的说法是关于光的波粒二象性，正确的说法是()A.光的频率越高，光子的能量越大，粒子性越显著光的频率越高，光子的能量越大，粒子性越显著B.光的波长越长，光的能量越小，波动性越显著光的波长越长，光的能量越小，波动性越显著C.频率高的光子不具有波动性，波长较长的光子不具有粒子性频率高的光子不具有波动性，波长较长的光子不具有粒子性D.个别光子产生的效果往往显示粒子性，大量光子产生的效果个别光子产生的效果往往显示粒子性，大量光子产生的效果往往显示波动性往往显示波动性 解析光具有波粒二象性解析光具有波粒二象性，但在不同情况下表现不同但在不同情况下表现不同，频率越频率越高高，波长越短波长越短，粒子性越强粒子性越强，反之波动性明显反之波动性明显，个别光子易显个别光子易显示粒子性示粒子性，大量光子显示波动性大量光子显示波动性，故选项故选项A、B、D正确。正确。答案答案ABD 答案答案CD4.已知钙和钾的截止频率分别为已知钙和钾的截止频率分别为7.731014 Hz和和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的()A.波长波长 B.B.频率频率 C.能量能量 D.D.动量动量 答案答案A5.在某次光电效应实验中，得到的遏止电压在某次光电效应实验中，得到的遏止电压Uc与入射光的频率与入射光的频率的的关系如图所示。若该直线的斜率和截距分别为关系如图所示。若该直线的斜率和截距分别为k和和b，电子电荷，电子电荷量的绝对值为量的绝对值为e，则普朗克常量可表示为，则普朗克常量可表示为_，所用材料，所用材料的逸出功可表示为的逸出功可表示为_。答案答案ekeb