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,波粒二象性 原子结构与原子核,第十二章,第32讲 波粒二象性,栏目导航,1光电效应及其规律 (1)光电效应现象 在光的照射下，金属中的_从表面逸出的现象，发射出来的电子叫_ (2)光电效应的产生条件 入射光的频率_金属的极限频率,电子,光电子,大于,(3)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_这个极限频率才能产生光电效应 光电子的最大初动能与入射光的_无关，只随入射光频率的增大而_ 光电效应的发生几乎是瞬时的，一般不超过109 s 当入射光的频率大于极限频率时，饱和光电流的大小与入射光的强度成_,大于,强度,增大,正比,2光子说及光电效应方程 (1)光子说：在空间传播的光不是连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光子，光子的能量_ (2)逸出功W0：电子从金属中逸出所需做功的_ (3)最大初动能：发生光电效应时，金属表面上的_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 (4)光电效应方程 表达式：hEkW0或Ek_ 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逸出功W0，剩下的表现为逸出后电子的最大初动能,h,最小值,电子,hW0,3光的波粒二象性 (1)光电效应说明光具有粒子性，同时光还具有波动性，即光具有_ (2)大量光子运动的规律主要表现为光的_性，单个光子的运动主要表现为光的_性 (3)光的波长越长，波动性越_，光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有波动性 (4)光的频率越高，粒子性越_，穿透本领_.光电效应、康普顿效应说明光具有粒子性,波粒二象性,波动,粒子,强,强,越大,1判断正误 (1)任何频率的光照射到金属表面都可以发生光电效应( ) (2)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( ) (3)光电子的最大初动能与入射光子的频率成正比( ) (4)光的频率越高，光的粒子性越明显，但仍具有波动性( ) (5)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( ) (6)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( ) (7)法国物理学家德布罗意大胆预言了实物粒子具有波动性( ),1光子与光电子 光子是指光在空间传播时的每一份能量，光子不带电；光电子是指金属表面受到光照射时发射出来的电子，光子是光电效应的因，光电子是果,一 光电效应的实验规律,2光电子的最大初动能与光电子的动能 当光照射金属时，光子的能量全部被电子吸收，电子吸收光子的能量后可能向各个方向运动有的向金属内部运动，有的向金属表面运动，但因途径不同，运动途中消耗的能量也不同唯独在金属表面的电子，只要克服金属原子核的引力做功，就能从金属中逸出而具有最大初动能根据爱因斯坦光电效应方程可以算出光电子的最大初动能为EkhW0 (W0为金属的逸出功)而其他经过不同的路径射出的光电子，其动能一定小于最大初动能,3光电流与饱和光电流 在一定频率与强度的光照射下产生光电效应，光电流与电压之间的关系为：开始时，光电流随电压U的增大而增大，当U比较大时，光电流达到饱和值Im.这时即使再增大U，在单位时间内也不可能有更多的光电子定向移动，光电流也就不会再增大，即饱和光电流是在一定频率与强度的光照射下的最大光电流在一定光照条件下，饱和光电流与所加电压大小无关,4入射光强度和光子能量 入射光强度是单位时间内照射到金属表面单位面积上总的能量，光子能量即每个光子的能量，入射光的总能量等于光子能量与入射光子数的乘积 5光的强度与饱和光电流 饱和光电流与入射光强度成正比的规律是对频率相同的光照射金属产生光电效应而言的，对于不同频率的光，由于每个光子的能量不同，饱和光电流与入射光强度之间没有简单的正比关系,解决光电效应规律问题的技巧 放不放(光电子)，看截频(截止频率，即最低频率)；放多少(光电子)，看光强；(光电子的)最大初动能(大小)，看(入射光的)频率；要放瞬时放,例1(2017湖北宜昌质检)(多选)用如图所示的光电管研究光电效应的实验中，用某种频率的单色光a照射光电管阴极K，电流计G的指针发生偏转而用另一频率的单色光b照射光电管阴极K时，电流计G的指针不发生偏转，那么( ),ABE,Aa光的频率一定大于b光的频率 B只增加a光的强度可使通过电流计G的电流增大 C增加b光的强度可能使电流计G的指针发生偏转 D用a光照射光电管阴极K时通过电流计G的电流是由d到c E用a光照射时，增大光电管两端的电压时，流过G的电流可能不变,解析 产生光电效应的条件是入射光的频率大于极限频率vC，故选项A正确，C错误；在能发生光电效应的前提条件下，只增加a光的强度可使阴极K单位时间发射出更多光电子，选项B正确；光电管中的光电子(带负电荷)从K到A，故G中电流从c到d，选项D错误；当用a光照射时，若已达饱和电流，即使再增大光电管两端电压，G中电流也不变，选项E正确,二 光电效应的图象分析,例2(2017湖北武汉模拟)从1907年起，美国物理学家密立根开始以精湛的技术测量光电效应中几个重要的物理量他通过如图所示的实验装置测量某金属的遏止电压Uc与入射光频率，作出Uc的图象，由此算出普朗克常量h，并与普朗克根据黑体辐射测出的h相比较，以检验爱因斯坦方程的正确性图中频率1、2，遏止电压Uc1、Uc2及电子的电荷量e均为已知，求： (1)普朗克常量h； (2)该金属的截止频率0,思维导引 (1)明确最大初动能Ek与入射光的频率的关系； (2)明确最大初动能与遏止电压Uc的关系； (3)理解Uc图线与横轴交点的物理意义,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 (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和衍射现象；频率越高粒子性越显著，贯穿本领越强，越不容易看到光的干涉和衍射现象,三 光的波粒二象性 物质波,波粒二象性的深入理解 (1)虽然平时看到宏观物体运动时，看不出其波动性，但也有一个波长与之对应例如飞行子弹的波长约为1034 m (2)波粒二象性是微观粒子的特殊规律，一切微观粒子都存在波动性；宏观物体也存在波动性，只是波长太小，难以观测 (3)德布罗意波也是概率波，衍射图样中的亮圆是电子落点概率大的地方，但概率的大小受波动规律的支配,例3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 B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 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 解析 由这些照片可以看出，少量光子的运动显示粒子性，大量光子的运动呈现出波动性，故选项D正确,D,1(多选)用频率为1的单色光照射某种金属表面，发生了光电效应现象现改为频率为2的另一单色光照射该金属表面，下列说法正确的是( ) A如果21，能够发生光电效应 B如果21，逸出光电子的最大初动能增大 D如果21，逸出光电子的最大初动能不受影响,AC,解析 对于确定的金属，入射光的频率必须大于或等于截止频率0时才会发生光电效应，不同的金属有不同的截止频率，所以当21时能够发生光电效应，21时逸出光电子的最大初动能增大，选项C正确，D错误,2当具有5.0 eV的光子射到一金属表面时，从金属表面逸出的电子具有的最大初动能为1.5 eV，为了使这种金属产生光电效应，入射光子的能量必须不小于( ) A1.5 eV B2.5 eV C3.5 eV D5.0 eV 解析 根据爱因斯坦光电效应方程EkhW，得逸出功WhEk5.0 eV1.5 eV3.5 eV，由光电效应条件可知，入射光子的能量必须不小于逸出功，故选项C正确,C,3(多选)在单缝衍射实验中，中央亮纹的光强占从单缝射入的整个光强的95%以上假设现在只让一个光子通过单缝，那么该光子( ) A一定落在中央亮纹处 B一定落在亮纹处 C可能落在暗纹处 D落在中央亮纹处的可能性最大 解析 根据概率波的概念，对于一个光子通过单缝落在何处，是不可确定的，但是落在中央亮纹处的概率最大当然也可落在其他亮纹处，还可能落在暗纹处，不过，落在暗纹处的概率很小，故选项C、D正确,CD,4(多选)下列对光电效应的理解，正确的是( ) A金属钠的每个电子可以吸收一个或一个以上的光子，当它积累的动能足够大时，就能逸出金属 B如果入射光子的能量小于金属表面的电子克服原子核的引力而逸出时所需做的最小功，便不能发生光电效应 C发生光电效应时，入射光越强，光子的能量就越大，光电子的最大初动能就越大 D由于不同金属的逸出功是不相同的，因此使不同金属产生光电效应，入射光的最低频率也不同,BD,5(2017湖北黄冈模拟)(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动能随入射光频率的变化图线，普朗克常量h6.631034 Js，由图可知( ) A该金属的极限频率为4.271014 Hz B该金属的极限频率为5.51014 Hz C该图线的斜率表示普朗克常量 D该金属的逸出功为0.5 eV,AC,例1(2017河南郑州质检5分)在光电效应实验中，飞飞同学用同一光电管在不同实验条件下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线(甲光、乙光、丙光)，如图所示则可判断出( ) A甲光的频率大于乙光的频率 B乙光的波长大于丙光的波长 C乙光对应的截止频率大于丙光的截止频率 D甲光对应的光电子最大初动能大于丙光的光电子最大初动能,答题送检来自阅卷名师报告,规范答题 解析 因光电管不变，所以逸出功不变由图象知甲光、乙光对应的遏止电压相等，且小于丙光对应的遏止电压，所以甲光和乙光对应的光电子最大初动能相等且小于丙光的光电子最大初动能，故选项D错误；根据爱因斯坦光电效应方程EkhW0知甲光和乙光的频率相等，且小于丙光的频率，故选项A错误，B正确；截止频率是由金属决定的，与入射光无关，故选项C错误 答案 B,1下列描绘两种温度下黑体辐射强度与波长关系的图中，符合黑体辐射实验规律的是( ) 解析 随着温度的升高，辐射强度增加，辐射强度的极大值向着波长较短的方向移动，选项A正确,A,2如图甲所示，合上开关，用光子能量为2.5 eV的一束光照射阴极K，发现电流表读数不为零调节滑动变阻器，发现当电压表读数小于0.60 V时，电流表读数仍不为零，当电压表读数大于或等于0.60 V时，电流表读数为零把电路改为图乙，当电压表读数为2 V时，则逸出功及电子到达阳极时的最大动能为( ) A1.5 eV 0.6 eV B1.7 eV 1.9 eV C1.9 eV 2.6 eV D3.1 eV 4.5 eV,C,D,解析 发生光电效应的条件是入射光的频率不低于金属的极限频率，也就是入射光的波长不高于金属的极限波长由题可知，入射光的波长大约介于25 nm420 nm，包含有小于这三种金属极限波长的成分，可以使三种金属都发生光电效应，都能产生光电子，故选项D正确,4(多选)波粒二象性是微观世界的基本特征，以下说法正确的有( ) 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,AB,
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