1、第二章 波粒二象性一、知識點(diǎn)總結(jié)1、光電效應(yīng)光電效應(yīng)現(xiàn)象：在弧光燈的照射下，鋅板中有一部分電子吸收了光能，掙脫了原子核的束縛，飛離金屬表面，使鋅板帶上正電。光電效應(yīng)定義：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)。光電子：物體在光的照射下發(fā)射出來的電子。 當(dāng)入射光的頻率大于極限頻率時(shí)，光電流強(qiáng)度與入射光的強(qiáng)度成正比。（光強(qiáng)即光電強(qiáng)度，簡單來說就是電子個(gè)數(shù)多少）。鋅板帶正電，驗(yàn)電器指針帶正電。2、光電管：利用光電效應(yīng)制成的一種常見的光電器件。用途：光電管應(yīng)用在各種自動(dòng)化裝置及有聲電影、無線電傳真、光纖通信等技術(shù)裝置里。 原理：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

2、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：光電管兩極加上正向電壓，可以增強(qiáng)光電流。光電流的大小跟入射光的強(qiáng)度和正向電壓有關(guān)，與入射光的頻率無關(guān)。入射光的強(qiáng)度越大，光電流越大。3、發(fā)生光電效應(yīng)的條件： 這個(gè)頻率的光，無論光強(qiáng)怎樣大，也不能產(chǎn)生光電效應(yīng)。極限頻率對于的波長稱為極限波長。波長則相反，要小于極限波長才可以產(chǎn)生光電效應(yīng)。4、最大初動(dòng)能：光電效應(yīng)中從金屬出來的電子，有的從金屬表面直接飛出，有的從內(nèi)部出來，沿途與其它粒子碰撞，損失部分能量，因此電子速度會(huì)有差異，直接從金屬表面飛出的速度最大，其動(dòng)能為最大初動(dòng)能。5、最大初動(dòng)能的測定：在強(qiáng)度和頻率一定

3、的光的照射下，回路中的光電流隨著反向電壓的增加而減小，當(dāng)反向電壓達(dá)到某一數(shù)值時(shí)，光電流將會(huì)減小到零，這時(shí)的電壓稱為遏止電壓U 0 光電子出射時(shí)的最大初始動(dòng)能：02max 21eU mv 遏止電壓與入射光的強(qiáng)度無關(guān)，與入射光的頻率有關(guān)，隨著入射光頻率的增大而增大。注意：光電子的最大初動(dòng)能與入射光的強(qiáng)度無關(guān)，只隨著入射光頻率的增大而增大。6、波動(dòng)理論無法解釋的現(xiàn)象：不論入射光的頻率多少，只要光強(qiáng)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)，實(shí)際上如果光的頻率小于金屬的極限頻率，無論光強(qiáng)多大，都不能產(chǎn)生光電效應(yīng)。 光強(qiáng)越大，電子可獲得更多的能量，光電子的最大初始動(dòng)能應(yīng)該由入射光的強(qiáng)度來決定

4、，實(shí)際上光電子的最大初始動(dòng)能與光強(qiáng)無關(guān)，與頻率有關(guān)。 光強(qiáng)大時(shí)，電子能量積累的時(shí)間就短，光強(qiáng)小時(shí)，能量積累的時(shí)間就長，實(shí)際上無論光入射的強(qiáng)度怎樣微弱，幾乎在開始照射的一瞬間就產(chǎn)生了光電子普郎克在研究電磁波輻射時(shí)，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hv 的整數(shù)倍，hv 稱為一個(gè)能量量子。即能量是一份一份的。其中v 輻射頻率，h 是一個(gè)常量，稱為普朗克常量。受到普朗克的啟發(fā)，愛因斯坦在1905年提出光子說：即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(gè)光子，光子的能量跟光的頻率成正比。hv =，其中：h 是普朗克常量，v 是光的頻率。 逸出功W

5、0: 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。光電效應(yīng)方程：如果入射光子的能量hv 大于逸出功W 0，那么有些光電子在脫離金屬表面后還有剩余的動(dòng)能根據(jù)能量守恒定律，入射光子的能量hv 等于出射光子的最大初動(dòng)能與逸出功之和，即 02m a x 21W mv hv += 其中2max 21mv 是指出射光子的最大初動(dòng)能。 使電子脫離某種金屬所做的功的最小值叫做這種金屬的逸出功。這個(gè)關(guān)系式通常叫做愛因斯坦光電方程。光電效應(yīng)的解釋：金屬內(nèi)部的電子一般一次只能吸收一個(gè)光子的能量，只有入射光子的能量hv 大于或者等于逸出功W 0 即：h W v 0時(shí)，電子才有可能逸出，這就是光電效應(yīng)存在極限

6、頻率的原因。遏制電壓只與入射光頻率有關(guān)，與入射光的強(qiáng)度無關(guān)的解釋：由02max 21W mv hv +=和02max 21eU mv =有：00W eU hv +=。 9、康普頓效應(yīng)：用X 射線照射物體時(shí)，一部分散射出來的X 射線的波長會(huì)變長，這個(gè)現(xiàn)象叫康普頓效應(yīng)。康普頓效應(yīng)是驗(yàn)證光的波粒二象性的重要實(shí)驗(yàn)之一?？灯疹D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(dòng)量。 光子的動(dòng)量為h p =現(xiàn)象解釋：碰撞前后光子與電子總能量守恒，總動(dòng)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(dòng)量， X 光子的能量和動(dòng)量減小，所以X 射線光子的波長變長。康普

7、頓效應(yīng)中散射光的波長只能變長，因?yàn)榭灯疹D效應(yīng)中X 射線光子與靜止的自由電子發(fā)生彈性碰撞。10、光的干涉證明了光有波粒二象性：每次只有一個(gè)光子經(jīng)過雙縫，短時(shí)間照射，感光片上呈現(xiàn)雜亂分布的幾個(gè)亮點(diǎn)，即表現(xiàn)出粒子性；當(dāng)長時(shí)間照射時(shí)，發(fā)現(xiàn)有干涉條紋，表現(xiàn)出波動(dòng)性。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。11、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(diǎn)的概率分布的反映。12、德布羅意波：任何一個(gè)實(shí)物粒子都和一種波相對應(yīng)，這種波稱為德布羅意波，也稱為物質(zhì)波。德布羅意波的波長 p h =，p 是實(shí)物粒子的動(dòng)量。電子衍射實(shí)驗(yàn)證明了德布羅意波假說。實(shí)驗(yàn)證

8、明一切的微觀粒子（包括光子和實(shí)物粒子）都具有波粒二象性，對微觀粒子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的最準(zhǔn)確描述是概率波。13、電子云：原子核外電子的概率分布圖。概率大的地方小圓點(diǎn)密一些，概率小的地方小圓點(diǎn)疏一些。討論微觀粒子的運(yùn)動(dòng)，軌道的概念毫無意義。14、不確定性關(guān)系：微觀粒子的坐標(biāo)和動(dòng)量不能同時(shí)完全精確地確定。如果用x 表示微觀粒子位置的不確定性，用p 表示微觀粒子在x 方向上動(dòng)量的不確定性，則有4h p x 。原因是因?yàn)槲⒂^粒子具有波動(dòng)性。由不確定性關(guān)系可知，坐標(biāo)和動(dòng)量，其中一個(gè)測量得越準(zhǔn)確，另外一個(gè)的不確定性就越大。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(yùn)動(dòng)狀態(tài)，不能通過確

9、定的軌道來描述，只能通過概率波做統(tǒng)計(jì)性的描述。不確定性關(guān)系對宏觀物體沒有意義。15、頻率高波長短，粒子性明顯 頻率低波長長，波動(dòng)性明顯傳播時(shí)，波動(dòng)性明顯 光的產(chǎn)生，與其他物質(zhì)作用，粒子性明顯個(gè)別時(shí)，粒子性明顯 大量時(shí)，波動(dòng)性明顯補(bǔ)充：（不太重要）1. 密立根測出普朗克常量h2. 概率波：顧名思義，是概率問題。3. 德布羅意波：認(rèn)為物質(zhì)也像光一樣，有一個(gè)特定的波與之相對應(yīng)4. 戴維孫發(fā)現(xiàn)電子束在晶體的衍射圖，湯姆生也發(fā)現(xiàn)。二、對應(yīng)練習(xí)1(1研究光電效應(yīng)電路如圖所示，用頻率相同、強(qiáng)度不同的光分別照射密封真空管的鈉極板（陰極K ），鈉極板發(fā)射出的光電子被陽極A 吸收，在電路中形成光電流。下列光電流I

10、 與AK之間的電壓U a k 關(guān)系圖象中，正確的是（ C ） （2）鈉金屬中的電子吸收光子的能量，從金屬表面逸出，這就是光電子。光電子從金屬表面逸出的過程中，其動(dòng)量的大小 減小 (選填“增大、“減小”或“不變” ， 原因是光電子受到金屬表面層中力的阻礙作用。2年被聯(lián)合國定為“世界物理年”，以表彰愛因斯坦對科學(xué)的貢獻(xiàn)愛因斯坦對物理學(xué)的貢獻(xiàn)有 （ AC ） （A ）創(chuàng)立“相對論” （B ）發(fā)現(xiàn)“X 射線” （C ）提出“光子說” （D ）建立“原子核式模型” 3 2.21eV ，用波長為2.5×10-7m 的紫外線照射陰極，已知真空中光速為3.0×108m/s，元電荷為1.6&

11、#215;10-19C ，普朗克常量為6.63×10-34J s ，求得鉀的極限頻率和該光電管發(fā)射的光電子的最大動(dòng)能應(yīng)分別是 （ B ） 5.3×1014H Z ，2.2J 5.3×1014H Z ，4.4×10-19J3.3×1033H Z ，2.2J 3.3×1033H Z ，4.4×10-19J 、 4d 的某生物大分子的結(jié)構(gòu)。為滿足測量要求，將顯微鏡工作時(shí)電子的德布羅意波長設(shè)定為d /n ，其中n >1。已知普朗克常量h 、電子質(zhì)量m 和電子電荷量e ，電子的初速度不計(jì)，則顯微鏡工作時(shí)電子的加速電壓應(yīng)為 （ D

12、 ）222med hn 313222 e n h md 2222men h d2222med h n5、下列說法正確的是：( A A 、盧瑟福通過粒子散射實(shí)驗(yàn)，否定了湯姆生的原子結(jié)構(gòu)模型，提出了原子的核式結(jié)構(gòu)學(xué)說。B 、麥克斯韋電磁場理論指出：變化的電場產(chǎn)生變化的磁場，變化的磁場產(chǎn)生變化的電場。C 、受愛因斯坦量子論的啟發(fā), 普朗克在對光電效應(yīng)的研究中, 提出了光子說。D 、光的干涉、衍射現(xiàn)象證明了光是一種波，但德布羅意的“物質(zhì)波”假設(shè)否定了光是一種波。6、已知能使某金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)的極限頻率為0 ，當(dāng)用頻率為20的單色光照射該金屬時(shí)，所產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能為 0hv 。當(dāng)照射光的頻率繼續(xù)

13、增大時(shí)，則逸出功“減小”或“不變”）。7、關(guān)于光電效應(yīng)，下列幾種敘述正確的是：DA 金屬電子的逸出功與入射光的頻率成正比；B 光電流的強(qiáng)度與入射光的強(qiáng)度無關(guān)；C 用不可見光照射金屬一定比用可見光照射同種金屬產(chǎn)生的光電子的初動(dòng)能要大；D 對于任何一種金屬都存在一個(gè)“最大波長”，入射光的波長必須小于這個(gè)波長，才能產(chǎn)生光電效應(yīng)；8、圖為一真空光電管的應(yīng)用電路，陰極金屬材料的極限頻率為4.5×1014Hz ，以下判斷正確的是：B A 發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)，電路中的光電流的飽和值取決于入射光的頻率；B 發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)，電路中的光電流的飽和值取決于入射光的強(qiáng)度； C 用=0.5m 的光照射光電管時(shí)，電

14、路中有光電流產(chǎn)生；D 光照射時(shí)間越長，電路中的光電流越大； 9、現(xiàn)有a 、b 、c 三束單色光，其波長關(guān)系為a >b >c ，用b 光束照射某種金屬時(shí)，恰能發(fā)生光電效應(yīng).若分別用a 光束和c 光束照射該金屬，則可以斷定：A A a 光束照射時(shí)，不能發(fā)生光電效應(yīng)； B c 光束照射時(shí)，不能發(fā)生光電效應(yīng)；C a 光束照射時(shí)，釋放出的光電子數(shù)目最多；D c 光束照射時(shí)，釋放出的光電子的最大初動(dòng)能最小；10、人類對光的本性的認(rèn)識經(jīng)歷了曲折的過程。關(guān)于光的本性的陳述符合科學(xué)規(guī)律或歷史事實(shí)的是：AA 牛頓的“微粒說”與愛因斯坦的“光子說”本質(zhì)上是一樣的；B 光的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)顯示了光具有波動(dòng)性；

15、C 麥克斯韋預(yù)言了光是一種電磁波； D 光具有波粒二象性；11、現(xiàn)代物理學(xué)認(rèn)為，光和實(shí)物粒子都具有波粒二象性。下列事實(shí)中突出體現(xiàn)波動(dòng)性的是：BDA 一定頻率的光照射到鋅板上，光的強(qiáng)度越大，單位時(shí)間內(nèi)鋅板上發(fā)射的光電子就越多；B 肥皂液是無色的，吹出的肥皂泡卻是彩色的；C 質(zhì)量為10-3kg 、速度為10-2m/s的小球，其德布羅意波長約為10-23 m，不過我們能清晰地觀測到小球運(yùn)動(dòng)的軌跡；D 人們常利用熱中子研究晶體的結(jié)構(gòu)，因?yàn)闊嶂凶拥牡虏剂_意波長與晶體中原子間距大致相同；12、對于概率波的理解，下列說法正確的有：ABCA 在光的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，由于通過兩個(gè)縫的光子相互影響，所以表現(xiàn)出了波動(dòng)性；B 在光的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，如果設(shè)法讓光子一個(gè)一個(gè)地通過縫，在屏幕上也會(huì)得到預(yù)期的干涉條紋；C 所謂概率波是