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1、本 章 整 合,第十七章 波粒二象性,思考并回答下列问题: 本章知识可分为四部分。一是能量量子化,二是光的粒子性,三是粒子的波动性,四是不确定关系。 1.思考关于能量量子化的内容,填写下图。,答案:电磁辐射不连续 各种波长的辐射都与温度有关 每一份辐射的能量一个能量子 =h h=6.62610-34 Js,2.思考关于光的粒子性的学习内容,填写下图。,答案:光照使金属发射电子的现象 任何金属都存在极限频率 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 瞬时性 光辐射不连续,每一份光叫一个光子 =h,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
2、 光传播时表现出波动性,与微粒作用时表现出粒子性,3.思考关于粒子的波动性学习内容,填写下图。,粒 子 的 波 动 性,答案:物质波或概率波 粒子的波动性 波粒二象性,4.写出爱因斯坦的光电效应方程 答案:Ek=h-W0 5.如何理解康普顿效应 答案:X射线对石墨晶体的散射,说明光具有波动性。 6.什么是不确定性关系? 答案:xp,专题一,专题二,专题三,专题四,量子论与光子说 1.量子论:德国物理学家普朗克提出:电磁波的发射和吸收是不连续的,而是一份一份的,每一份电磁波的能量E=h。 2.光子说:爱因斯坦提出:空间传播的光也是不连续的,而是一份一份的,每一份称为一个光子,光子具有的能量与光的
3、频率成正比,即E=h,其中h为普朗克常量,h=6.6310-34 Js。,专题一,专题二,专题三,专题四,【例题1】 (多选)下列对光子的认识,正确的是( ) A.“光子说”中的光子就是牛顿在微粒说中所说的“微粒” B.“光子说”中的光子就是光电效应的光电子 C.在空间传播的光是不连续的,而是一份一份的,每一份叫做一个光量子,简称光子 D.光子的能量跟光的频率成正比 解析:根据光子说,在空间传播的光是不连续的,而是一份一份的,每一份叫作一个光量子,简称光子。而牛顿的“微粒说”中的微粒指宏观世界的微小颗粒。光电效应中,金属内的电子吸收光子后克服原子核的库仑引力束缚,逸出金属表面,成为光电子,故A
4、、B选项错误,C选项正确;由=h知,光子能量与其频率成正比,故D选项正确。 答案:CD,专题一,专题二,专题三,专题四,【例题2】已知功率为100 W的灯泡消耗的电能的5%转化为所发出的可见光的能量,光速c=3.0108 m/s,普朗克常量h=6.6310-34 Js,假定所发出的可见光的波长都是560 nm,计算灯泡每秒内发出的光子数。,专题一,专题二,专题三,专题四,光电效应的规律和光电效应方程 1.光电效应规律 (1)任何一种金属都对应一个极限(截止)频率,入射光频率必须大于极限频率才会产生光电效应。 (2)光电子的最大初动能与入射光的强度无关,只随着入射光频率的增大而增大。 (3)当入
5、射光频率大于极限频率时,保持频率不变,光电流的强度与入射光的强度成正比。 (4)入射光照到金属上时,光电子的发射几乎是瞬时的,一般不超过10-9 s。 2.爱因斯坦光电效应方程Ek=h-W0。 W0表示金属的逸出功,c表示金属的极限频率,则W0=hc。,专题一,专题二,专题三,专题四,3.应用光电效应规律解题应明确的事项 (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。 (2)明确两个决定关系 a.逸出功
6、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。 b.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。,专题一,专题二,专题三,专题四,【例题3】 (多选)1905年是爱因斯坦的“奇迹”之年,这一年他先后发表了三篇具有划时代意义的论文,其中成功地解释了光电效应现象。关于光电效应,下列说法正确的是( ) A.当入射光的频率低于极限频率时,不能发生光电效应 B.光电子的最大初动能与入射光的频率成正比 C.光电子的最大初动能与入射光的强度成正比 D.某单色光照射一金属时不发生光电效应,改用波长较短的光照射该金属可能发生光电效应 解析:根据光电效应现象的实验规
7、律,只有入射光频率大于极限频率时才能发生光电效应,故A、D正确;根据光电效应方程,最大初动能与入射光频率为线性关系,但非正比关系,B错;根据光电效应现象的实验规律,光电子的最大初动能与入射光强度无关,C错。 答案:AD,专题一,专题二,专题三,专题四,【例题4】用波长为2.010-7 m的紫外线照射钨的表面,释放出来的光电子中最大的动能是4.710-19 J。由此可知,钨的极限频率是(普朗克常量h=6.6310-34 Js,光速c=3.0108 m/s,结果取两位有效数字)( ) A.5.51014 Hz B.7.91014 Hz C.9.81014 Hz D.1.21015 Hz,专题一,专
8、题二,专题三,专题四,用图象表示光电效应的规律 1.Ek-图象 根据爱因斯坦光电效应方程Ek=h-W0,光电子的最大初动能Ek是入射光频率的一次函数,图象如图所示。其横轴截距为金属的极限频率c,纵轴截距是金属的逸出功的负值;斜率为普朗克常量h。,专题一,专题二,专题三,专题四,专题一,专题二,专题三,专题四,【例题5】(1)研究光电效应的电路如图所示。用频率相同、强度不同的光分别照射密封真空管的钠极板(阴极K),钠极板发射出的光电子被阳极A吸收,在电路中形成光电流。下列光电流I与A、K之间的电压UAK的关系图象中,正确的是( ),专题一,专题二,专题三,专题四,(2)钠金属中的电子吸收光子的能
9、量,从金属表面逸出,这就是光电子。光电子从金属表面逸出的过程中,其动量的大小 (选填“增大”“减小”或“不变”),原因是 。 解析:(1)同一金属的逸出功一定,对于同一频率的光,由 =h-W0知,遏止电压相等,遏止电压与光的强度无关;光越强,光电流越大,所以C项正确。 答案:(1)C (2)减小 光电子受到金属表面层中力的阻碍作用(或需要克服逸出功),专题一,专题二,专题三,专题四,光的波粒二象性、物质波 1.大量光子产生的效果显示出波动性,比如干涉、衍射现象中,如果用强光照射,在光屏上立刻出现了干涉、衍射条纹,波动性体现了出来;个别光子产生的效果显示出粒子性,如果用微弱的光照射,在屏上就只能
10、观察到一些分布毫无规律的光点,粒子性充分体现;但是如果微弱的光在照射时间加长的情况下,在感光底片上的光点分布又会出现一定的规律性,倾向于干涉、衍射的分布规律。这些实验为人们认识光的波粒二象性提供了良好的依据。 2.光子和电子、质子等实物粒子一样,具有能量和动量。 3.光子的能量与其对应的频率成正比,而频率是波动性特征的物理量,因此=h揭示了光的粒子性和波动性之间的密切联系。 4.对不同频率的光,频率低、波长长的光,波动性特征显著;而频率高、波长短的光,粒子性特征显著。,专题一,专题二,专题三,专题四,5.光在传播时体现出波动性,在与其他物质相互作用时体现出粒子性。 6.处理光的波粒二象性的关键
11、是正确理解其二象性,搞清光波是一种概率波。 7.光的干涉、衍射、光的偏振说明光具有波动性,光电效应、康普顿效应则证明光具有粒子性,因此,光具有波粒二象性,对于光子这样的微观粒子只有从波粒二象性出发,才能统一说明光的各种行为。 8.电子的衍射实验,说明了一些物质微粒也像光子一样具有波粒二象性。 9.任何一个运动着的物体,小到电子、质子、大到行星、太阳,都有一种波和它对应,波长(物质波的波长) 。物质波和光波一样,也属于概率波,概率波的实质是指粒子在空间分布的概率,是受波动规律支配的。,专题一,专题二,专题三,专题四,【例题6】 (多选)现代物理学认为,光和实物粒子都具有波粒二象性,下列事实中突出
12、体现波动性的是( ) A.一定频率的光照射到锌板上,光的强度越大,单位时间内锌板上发射的光电子就越多 B.肥皂液是无色的,吹出的肥皂泡却是彩色的 C.质量为10-3 kg、速度为10-2 m/s的小球,其德布罗意波长约为10-23 m,不过我们能清晰地观测到小球运动的轨迹 D.人们常利用热中子研究晶体的结构,因为热中子的德布罗意波长与晶体中原子间距大致相同 解析:光子照到锌板上,发生光电效应,说明光有粒子性,A不正确;白光在肥皂泡上发生薄膜干涉时,会出现彩色条纹,光的干涉现象说明了光有波动性,B正确;由于实物的波长很小,波动性不明显,表现为粒子性,C不正确;用热中子研究晶体结构,其实是通过中子的衍射来“观察”晶体的,是利用中子的波动性,D正确。故选BD。 答案:BD,
