17波粒二線性

1能量量子化

［目標定位］1.知道熱輻射、黑體和黑體輻射的概念，知道黑體輻射的實驗規(guī)律.2.知道普朗克提出的能量

子假說.

■預習導學梳理?識記?點撥____________________________________________________________

一、黑體與黑體輻射

1.熱輻射

(1)定義：周圍的一切物體都在輻射電磁波,這種輻射與物體溫度有關,所以叫熱輻射.

(2)特點：熱輻射強度按波長的分布情況隨物體的通度不同而有所不同.

2.黑體

(1)定義：某種物體能夠完全吸收入射的各種波長的電磁波而不發(fā)生反射,這種物體就是絕對黑體，簡稱黑

體.

(2)黑體輻射特點：黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體的溫度有關.

想一想在火爐旁邊有什么感覺？投入爐中的鐵塊顏色怎樣變化？說明了什么問題？

答案在火爐旁會感到熱，這是由于火爐不斷地向外輻射能量.投入爐中的鐵塊依次呈現暗紅、赤紅、橘

紅等顏色，直至成為黃白色，這表明同一物體熱輻射的強度與溫度有關.

二、黑體輻射的實驗規(guī)律

1.隨著溫度的升高，各種波長的輻射強度都增加.

2.隨著溫度的升高，輻射強度的極大值向著波長較短的方向移動.

想一想你認為現實生活中存在理想的黑體嗎？

答案現實生活中不存在理想的黑體，實際的物體都能輻射紅外線(電磁波)，也都能吸收和反射紅外線(電

磁波)，絕對黑體不存在，是理想化的模型.

三、能量子

1.定義：普朗克認為，帶電微粒輻射或吸收能量時，只能是輻射或吸收某個最小能量值的整數倍,這個

不可再分的最小能量值叫做能量子.

2.大?。?hv,其中v是電磁波的頻率,h是普朗克常量,數值〃=6.626X1()74j”(一般h取6.63X10

-34J-s).

F課堂講義理解?深化?探究

一、對黑體輻射規(guī)律的理解

1.一般材料的物體，輻射的電磁波除與溫度有關外，還與材料的種類及表面狀況有關.

2.黑體是指只吸收而不反射外界射來的電磁波的物體，由于黑體只進行熱輻射，所以黑體輻射電磁波的

強度按波長的分布只與黑體的溫度有關.

3.黑體輻射的實驗規(guī)律：隨著溫度的升高，一方面，各種波長的輻射強度都有增加；另一方面，輻射強

度的極大值向波長較短的方向移動.如圖17—1—1所示.

福東強度

圖17-1-2

在實驗室或工廠的高溫爐子上開一小孔，小孔可看作黑體，由小孔的熱輻射特性，就可以確定爐內的溫

度.如圖17—1—2所示，就是黑體的輻射強度與其輻射光波長的關系圖象，則下列說法正確的是()

A.TI>T2

B.TX<T2

C.隨著溫度的升高，黑體的輻射強度都有所降低

D.隨著溫度的升高，輻射強度的極大值向波長較短方向移動

答案AD

解析一般材料的物體輻射能的多少決定于物體的溫度(7)、輻射波的波長、時間的長短和發(fā)射的面積，而

黑體是指在任何溫度下，全部吸收任何波長的輻射的物體，黑體輻射的強度按波長的分布只與溫度有關.實

驗表明，隨著溫度的升高，各種波長的輻射強度都有所增加，輻射強度的極大值向波長較短的方向移動.從

圖中可以看出，4I<A2,T\>T2,本題正確選項為A、D.

借題發(fā)揮隨著溫度的升高，各種波長的輻射本領都在增加，當黑體溫度升高時，輻射本領最大值向短波

方向移動，這是黑體輻射的特點，熟悉黑體輻射特點是解決問題的關鍵.

針對訓練1下列描繪兩種溫度下黑體輻射強度與波長關系的圖中，符合黑體輻射實驗規(guī)律的是（)

答案A

解析隨著溫度的升高，輻射強度增加，輻射強度的極大值向著波長較短的方向移動，A正確，B、C、D

錯誤.

二、能量子的理解和￡=%的應用

1.物體在發(fā)射或接收能量的時候，只能從某一狀態(tài)“飛躍”地過渡到另一狀態(tài)，而不可能停留在不符合

這些能量的任何一個中間狀態(tài).

2.在宏觀尺度內研究物體的運動時我們可以認為：物體的運動是連續(xù)的，能量變化是連續(xù)的，不必考慮

量子化：在研究微觀粒子時必須考慮能量量子化.

3.能量子的能量￡=加，其中/7是普朗克常量，丫是電磁波的頻率.

【例2】光是一種電磁波，可見光的波長的大致范圍是400nm?700nm.求400nm、700nm電磁輻射的能量

子的值各是多少？

答案4.97X10"I9J2.84X10-19J

解析根據公式v="和e=hv可知：

，30X1

400nm對應的能量子q=/?4~=6.63XJ

A?4UUX1U

=4.97X10-19J.

30X]

700nm對應的能量子￡2=^=6.63X10~34X~J

A2/UUAIU

=2.84X1（）79工

借題發(fā)揮（1）求解本題的關鍵是根據已知條件求每一個能量子的能量.

（2）這類習題數量級比較大，注意運算當中提高運算準確率.

【例3】對于帶電微粒的輻射和吸收能量時的特點，以下說法正確的是（）

A.以某一個最小能量值一份一份地輻射或吸收

B.輻射和吸收的能量是某一最小值的整數倍

C.吸收的能量可以是連續(xù)的

D.輻射和吸收的能量是量子化的

答案ABD

解析帶電微粒的輻射和吸收能量時是以最小能量值——能量子￡的整數倍一份一份地輻射或吸收的，是

不連續(xù)的.故選項A、B、D正確，C選項錯.

一—點練習鞏固?應用?反饋

對黑體輻射規(guī)律的理解

1.下列敘述正確的是（）

A.一切物體都在輻射電磁波

B.一般物體輻射電磁波的情況只與溫度有關

C.黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體溫度有關

D.黑體能夠完全吸收入射的各種波長的電磁波

答案ACD

解析根據熱輻射定義知A對；根據熱輻射和黑體輻射的特點知一般物體輻射電磁波的情況除與溫度有關

外，還與材料種類和表面狀況有關，而黑體輻射只與黑體溫度有關，B錯、C對：根據黑體定義知D對.

2.下列關于黑體輻射的實驗規(guī)律敘述正確的是（）

A.隨著溫度的升高，各種波長的輻射強度都有所增加

B.隨著溫度的升高，輻射強度的極大值向波長較短的方向移動

C.黑體熱輻射的強度與波長無關

D.黑體輻射無任何規(guī)律

答案AB

解析黑體輻射的規(guī)律為隨著溫度的升高各種波長的輻射強度都增加，同時輻射強度的極大值向波長較短

的方向移動.故A、B對.

能量子的理解及e=hv的應用

3.二氧化碳能強烈吸收紅外長波輻射，這種長波輻射的波長范圍約是1.4X10-3?].6Xl（）Tm,相應的頻

率范圍是,相應的光子能量的范圍是,（已知普朗克常量力=6.6X1034j?s,真空中的

光速c=3.0X108m/s.結果取兩位有效數字）

答案1.9X10“?2.1X10“Hz1.3X10-22?1.4X10-22j

解析由C=AV得v=-y.

則求得頻率范圍為1.9X10“?2.1X10"Hz.

又由得能量范圍為1.3X10-22~1.4X10-22J.

4.神光“II”裝置是我國規(guī)模最大的高功率固體激光系統，利用它可獲得能量為2400J、波長2=0.35P

m的紫外激光.已知普朗克常量〃=6.63X1（）-34J-S,則該紫外激光所含光子數為多少？

答案4.23X1021（個）

解析紫外激光的波長已知，由此可求得紫外激光能量子的值，再根據紫外激光發(fā)射的總能量為2400J,

即可求得紫外激光所含光子數.

1zzo*1八-34KZox/1n8>->

紫外激光能量子的值為￡（）=華==~——J=5.68X10-19J,則該紫外激光所含光子數〃=&=

AU.33X1U￡o

5.68X1。79=423><10/（個）.

聲題組訓練工解疑?糾偏?槍測____________________________________________________________

（時間：60分鐘）

題組一黑體輻射的理解和應用

1.關于對黑體的認識，下列說法正確的是（）

A.黑體只吸收電磁波，不反射電磁波，看上去是黑的

B.黑體輻射電磁波的強度按波長的分布除與溫度有關外，還與材料的種類及表面狀況有關

C.黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與溫度有關，與材料的種類及表面狀況無關

D.如果在一個空腔壁上開一個很小的孔，射入小孔的電磁波在空腔內表面經多次反射和吸收，最終不能

從小孔射出，這個空腔就成了一個黑體

答案C

解析黑體自身輻射電磁波，不一定是黑的，故選項A錯誤；黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑

體的溫度有關，故選項B錯誤、選項C正確；小孔只吸收電磁波，不反射電磁波，因此是小孔成了一個黑

體，而不是空腔，故選項D錯誤.

2.對黑體輻射電磁波的波長分布的影響因素是（）

A.溫度B.材料

C.表面狀況D.以上都正確

答案A

解析根據黑體輻射電磁波的波長分布的決定因素，得其只與溫度有關，A對.

3.能正確解釋黑體輻射實驗規(guī)律的是（）

A.能量的連續(xù)經典理論

B.普朗克提出的能量量子化理論

C.以上兩種理論體系任何一種都能解釋

D.牛頓提出的微粒說

答案B

解析根據黑體輻射的實驗規(guī)律，隨著溫度的升高，一方面各種波長的輻射強度都有增加；另一方面，輻

射強度的極大值向波長較短的方向移動，只能用普朗克提出的能量量子化理論才能得到滿意的解釋，B對.

4.

圖17-1-3

黑體輻射的實驗規(guī)律如圖17—1—3所示，由圖可知（）

A.隨溫度升高,各種波長的輻射強度都增大

B.隨溫度降低,各種波長的輻射強度都增大

C.隨溫度升高,輻射強度的極大值向波長較短的方向移動

D.隨溫度降低,輻射強度的極大值向波長較長的方向移動

答案ACD

解析由題圖可知，隨溫度升高，各種波長的輻射強度都增大，且輻射強度的極大值向波長較短的方向移

動，當溫度降低時，上述變化都將反過來.

5.2006年度諾貝爾物理學獎授予了兩名美國科學家，以表彰他們發(fā)現了宇宙微波背景輻射的黑體譜形狀

及其溫度在不同方向上的微小變化.他們的出色工作被譽為是宇宙學研究進入精密科學時代的起點.下列

與宇宙微波背景輻射黑體譜相關的說法中正確的是（）

A.一切物體都在輻射電磁波

B.一般物體輻射電磁波的情況只與溫度有關

C.黑體的熱輻射實質上是電磁輻射

D.普朗克在研究黑體的熱輻射問題中提出了能量子假說

答案ACD

解析根據熱輻射的定義，A正確；根據熱輻射和黑體輻射的特點知一般物體輻射電磁波的情況除與溫度

有關外，還與材料種類和表面狀況有關，而黑體輻射只與黑體的溫度有關，B錯誤；普朗克在研究黑體輻

射時最早提出了能量子假說，他認為能量是一份一份的，每一份是一個能量子，黑體輻射本質上是電磁輻

射，故C、D正確.

題組二能量子的理解及的應用

6.普朗克常量是自然界的一種基本常數，它的數值是（）

A.6.02X10^23molB.6.625X10-3mol?s

C.6.626X10-34j.5D.1.38X10^l6mol?s

答案C

解析普朗克常量是一個定值，由實驗測得它的精確數值為6.626X10-34j?$,在記憶時關鍵要注意它的

單位和數量級.

7.已知某種單色光的波長為2,在真空中光速為。，普朗克常量為力，則電磁波輻射的能量子￡的值為（）

ch

A.

h—ArA

C.ED.以上均不正確

n4

答案A

8.某激光器能發(fā)射波長為人的激光，發(fā)射功率為P,c表示光速，〃為普朗克常量，則激光器每秒發(fā)射的

光量子數為（）

XPhPcPA,

A元B-77C丁D.APhc

答案A

hepAP

解析每個光量子的能量￡=/zv=了，每秒鐘發(fā)射的總能量為「，則

題組三綜合應用

9.對應于3.4X10-19j的能量子，其電磁輻射的頻率和波長各是多少？（〃=6.63X10-34J?§）

答案5.13X1014Hz5.85X10-7m

解析根據公式8=hv和v=丁得

A

E3.4X10214

34HZ^5.13X1014HZ,

〃O.OJ入1U

che6.63X10-34X3X108

7=7=3.4X10-19m=5.85XIO-m.

10.人眼對綠光較為敏感，正常人的眼睛接收到波長為530nm的綠光時，只要每秒鐘有6個光量子射入

瞳孔，眼睛就能察覺.普朗克常數為6.63X1074jr,光速為3X108m/s.人眼能察覺到綠光時所接收到的

最小功率為多少？

答案2.3XI。-*討

解析先根據￡(>=%=%?算出每個光量子的能量，每秒需要接收到6個這樣的光量子，故接收到這6個

A.

光量子的功率就是人眼能覺察到綠光的最小功率.又因每秒有6個綠光的光量子射入瞳孔，所以，覺察到

pc

綠光所需要接收到的最小功率尸=7，式中又￡o=/zy=〃丁，代入數據得。=2.3X1()7"W.

IE=6E。,A

11.小燈泡的功率P=1W,設其發(fā)出的光向四周均勻輻射，平均波長2=10-6m,求在距離d=1.0Xl()4m

處，每秒鐘落在垂直于光線方向、面積為1cm2的球面上的光子數是多少？6=6.63X10%八5)

答案3.98X105個

解析每秒鐘小燈泡發(fā)出的能量為E=Pf=lJ

1個光子的能量:

he6.63X10-34X3X108

=hv=~r=J=1.989X10-19J

小燈泡每秒鐘輻射的光子數：

E?

〃="=1.989X10-9=5X10’(個)

距離小燈泡d的球面面積為：

S=4rr/=4nX(1.0X104)2m2=1.256X109m2=1.256X1013cm2

每秒鐘射到1cn?的球面上的光子數為：

n5X101851

N=L1.256X1()廿3.98X101個).

2光的粒子性

［目標定位］1.知道光電效應現象，能說出光電效應的實驗規(guī)律2能用愛因斯坦光電效應方程對光電效應

作出解釋，會用光電效應方程解決一些簡單的問題.3.了解康普頓效應及其意義.

■預習導學i梳理?識記?點撥___________________________________________________________

一、光電效應

1.光電效應：照射到金屬表面的光，能使金屬中的虹從表面逸出的現象.

2.光電子：光電效應中發(fā)射出來的電子.

3.光電效應的實驗規(guī)律

(1)存在著飽和光電流:在光的顏色不變的情況下，入射光越強，飽和電流越大.

(2)存在著遏止電壓和截止頻率：入射光的頻率低于截止頻率時丕能(填“能”或“不能”)發(fā)生光電效應.

(3)光電效應具有瞬時性：光電效應中產生電流的時間不超過10-9

想一想紫外線燈照射鋅板，為什么與鋅板相連的驗電器指針張開一個角度？

答案紫外線燈照射鋅板，發(fā)生光電效應現象，鋅板上的電子飛出鋅板，使鋅板帶正電，與鋅板相連的驗

電器也會因而帶正電，使得驗電器指針張開一個角度.

二、愛因斯坦的光電效應方程

1.光子說：光本身就是由一個個不可分割的能量子組成的，這些能量子被稱為光子,頻率為v的光的能

量子為hv.

2.愛因斯坦光電效應方程的表達式：

豆2=穌+%或Ek=hy—lVa.

想一想怎樣從能量守恒角度理解愛因斯坦光電效應方程？

答案愛因斯坦光電效應方程中的如是入射光子的能量，逸出功％是光子飛出金屬表面消耗的能量，瓦

是光子的最大初動能，因此愛因斯坦光電效應方程符合能量的轉化與守恒定律.

三、康普頓效應

1.康普頓效應

美國物理學家康普頓在研究石墨對X射線的散射時，發(fā)現在散射的X射線中，除了與入射波長而相同的

成分外，還有波長大于面的成分,這個現象稱為康普頓效應.

2.康普頓效應的意義：康普頓效應表明光子除了具有能量之外還具有動量，深刻揭示了光的粒子性的一

面.

3.光子的動量表達式：

F課堂講義理解?深化?探究

一、光電效應現象

1.光電效應的實質：光現象粗經電現象.

2.光電效應中的光包括不可見光和可見光.

3.光電子：光電效應中發(fā)射出來的光電子，其本質還是電子.

【例11

圖17-2-1

一驗電器與鋅板相連(如圖17—2—1所示)，用一紫外線燈照射鋅板，關燈后，驗電器指針保持一定偏角.

(1)現用一帶負電的金屬小球與鋅板接觸,則驗電器指針偏角將(填“增大”、“減小”或“不變”).

(2)使驗電器指針回到零，再用相同強度的鈉燈發(fā)出的黃光照射鋅板，驗電器指針無偏轉.那么，若改用強

度更大的紅外線燈照射鋅板，可觀察到驗電器指針(填“有”或“無”)偏轉.

答案⑴減小⑵無

解析當用紫外線燈照射鋅板時，鋅板發(fā)生光電效應，鋅板放出光電子而帶上正包，此時與鋅板連在一起

的驗電器也帶上了正電，故指針發(fā)生了偏轉.當帶負電的小球與鋅板接觸后，中和了一部分正電荷，從而

使驗電器的指針偏角減小.使驗電器指針回到零，用鈉燈發(fā)出的黃光照射鋅板，臉電器指針無偏轉，說明

鈉燈發(fā)出的黃光的頻率小于鋅的極限頻率，而紅外光比黃光的頻率還要低，更不可能使鋅板發(fā)生光電效

應.能否發(fā)生光電效應與入射光的強弱無關.

二、光電效應的實驗規(guī)律

1.光電效應的四個規(guī)律

(1)任何一種金屬都有一個截止頻率%,入射光的頻率必須大于%,才能產生光電效應，與入射光的強度及

照射時間無關.

(2)光電子的最大初動能與入射光的強度無關，只與入射光的頻率有關.

(3)當產生光電效應時，單位時間內從金屬表面逸出的電子數與入射光的強度有關.

(4)光電效應幾乎是瞬時的，發(fā)生的時間一般不超過109s.

2.掌握三個概念的含義

(1)入射光頻率決定著能否發(fā)生光電效應和光電子的最大初動能.

(2)入射光的強度決定著單位時間內發(fā)射的光子數.

(3)飽和光電流決定著單位時間內發(fā)射的光電子數.

3.逸出功

使電子脫離某種金屬所做功的最小值，用肌表示，不同金屬的逸出功不同.

4.光電效應與光的電磁理論的矛盾

按光的電磁理論，應有：

(1)光越強，光電子的初動能越大，遏止電壓與光的強弱有關.

(2)不存在截止頻率，任何頻率的光都能產生光電效應.

(3)在光很弱時，放出電子的時間應遠大于109s.

【例21

圖17-2-2

利用光電管研究光電效應實驗如圖17-2-2所示，用頻率為v的可見光照射陰極K,電流表中有電流通

過，貝4()

A.用紫外線照射，電流表不一定有電流通過

B.用紅光照射，電流表一定無電流通過

C.用頻率為v的可見光照射K,當滑動變阻器的滑動觸頭移到A端時，電流表中一定無電流通過

D.用頻率為n的可見光照射K,當滑動變阻器的滑動觸頭向8端滑動時，電流表示數可能不變

答案D

解析因紫外線的頻率比可見光的頻率高，所以用紫外線照射時，電流表中一定有電流通過，選項A錯誤：

因不知陰極K的截止頻率，所以用紅光照射時，不一定發(fā)生光電效應，所以選項B錯誤；即使必K=0,

電流表中也有電流，所以選項C錯誤；當滑動觸頭向8端滑動時，增大，陽極/吸收光電子的能力增

強，光電流會增大，當所有光電子都到達陽極X時，電流達到最大，即飽和電流.若在滑動前，電流已經

達到飽和電流，那么即使增大叫小光電流也不會增大，所以選項D正確.

針對訓練1入射光照射到某金屬表面上發(fā)生光電效應，若入射光的強度減弱，而頻率保持不變，那么()

A.從光照至金屬表面上到發(fā)射出光電子之間的時間間隔將明顯增加

B.逸出的光電子的最大初動能將減小

C.單位時間內從金屬表面逸出的光電子數目將減少

D.有可能不發(fā)生光電效應

答案c

解析發(fā)生光電效應幾乎是瞬時的，選項A錯誤：入射光的強度減弱，說明單位時間內的入射光子數目減

少，頻率不變，說明光子能量不變，逸出的光電子的最大初動能也就不變，選項B錯誤；入射光子的數目

減少，逸出的光電子數目也就減少，故選項C正確：入射光照射到某金屬上發(fā)生光電效應，說明入射光頻

率不低于這種金屬的極限頻率，入射光的強度減弱而頻率不變，同樣能發(fā)生光電效應，故選項D錯誤.

三、光電效應方程的理解與應用

1.光電效應方程實質上是能量守恒方程

能量為E=6的光子被電子吸收，電子把這些能量的一部分用來克服金屬表面對它的吸引，另一部分就是

電子離開金屬表面時的動能.如果克服吸引力做功最少為版，則電子離開金屬表面時動能最大為&,根

據能量守恒定律可知：Ek=hv-W0.

2.光電效應方程包含了產生光電效應的條件

若發(fā)生光電效應，則光電子的最大初動能必須大于零，即瓦=〃丫一版＞0,亦即人.＞印o，v＞^=vc,而％

=牛恰好是光電效應的截止頻率.

3.Ekm-U曲線

如圖17—2—3所示是光電子最大初動能Ekm隨入射光頻率v的變化曲線.這里，橫軸上的截距是截止頻率

或極限頻率；縱軸上的截距是逸出功的負值；斜率為普朗克常量.

【例3】

圖17-2-4

如圖17—2—4所示，當電鍵K斷開時，用光子能量為2.5eV的一束光照射陰極尸，發(fā)現電流表讀數不為

零.合上電鍵，調節(jié)滑動變阻器，發(fā)現當電壓表讀數小于0.60V時，電流表讀數仍不為零.當電壓表讀數

大于或等于0.60V時，電流表讀數為零.由此可知陰極材料的逸出功為（)

A.1.9eVB.0.6eV

C.2.5eVD.3.1eV

答案A

解析由題意知光電子的最大初動能為Ek=eUc=

0.60eV,所以根據光電效應方程耳=加一加o可得

%=6一穌=（2.5—0.6）eV=1.9eV

針對訓練2

瓦/

%/-

一）//v

圖17—2—5

如圖17—2—5所示是某金屬在光的照射下，光電子最大初動能耳與入射光頻率y的關系圖象，由圖象可

知（）

A.該金屬的逸出功等于E

B.該金屬的逸出功等于6。

C.入射光的頻率為吻時，產生的光電子的最大初動能為E

D.入射光的頻率為2”時，產生的光電子的最大初動能為2E

答案AB

解析題中圖象反映了光電子的最大初動能心與入射光頻率v的關系，根據愛因斯坦光電效應方程Ek=hv

一%,知當人射光的頻率恰為該金屬的截止頻率為時，光電子的最大初動能縱=0,此時有加（）=%,即

該金屬的逸出功等于/ivo,選項B正確；根據圖線的物理意義，有W°=E,故選項A正確，而選項C、D

錯誤.

言對點練習j鞏固?應用?反饋

光電效應現象

1.（2013?上海高考）當用一束紫外線照射鋅板時，產生了光電效應，這時（）

A.鋅板帶負電

B.有正離子從鋅板逸出

C.有電子從鋅板逸出

D.鋅板會吸附空氣中的正離子

答案C

解析當用一束紫外線照射鋅板時，產生了光電效應，有電子從鋅板逸出，鋅板帶正電，選項C正確，A、

B、D錯誤.

光電效應規(guī)律

2.用某種單色光照射某種金屬表面，發(fā)生光電效應.現將該單色光的光強減弱，則下列說法中正確的是

（）

①光電子的最大初動能不變②光電子的最大初動能減?、蹎挝粫r間內產生的光電子數減少④可能

不發(fā)生光電效應

A.①③B.②③C.①0D.③④

答案A

解析由光電效應規(guī)律知，光電子的最大初動能由入射光的頻率和金屬的逸出功共同決定，與入射光的強

度無關，故①對；單位時間內產生的光電子數與入射光的強度成正比，光強減弱，則單位時間內產生的光

電子數減少，即③也正確.

3.某單色光照射某金屬時不能產生光電效應，則下述措施中可能使該金屬產生光電效應的是（）

A.延長光照時間

B.增大光的強度

C.換用波長較短的光照射

D.換用頻率較低的光照射

答案C

解析光照射金屬時能否產生光電效應，取決于入射光

的頻率是否大于金屬的截止頻率，與入射光的強度和照射時間無關，故選項A、B、D均錯誤；又因v=+，

A

所以選項C正確.

光電效應方程的理解與應用

4.（2014,廣東卷）在光電效應實驗中，用頻率為v的光照射光電管陰極，發(fā)生了光電效應，下列說法正確

的是（）

A.增大入射光的強度，光電流增大

B.減小入射光的強度，光電效應現象消失

C.改用頻率小于v的光照射，一定不發(fā)生光電效應

D.改用頻率大于v的光照射，光電子的最大初動能變大

答案AD

解析增大入射光的強度，單位時間內發(fā)射的光電子數增加，則光電潦增大，選項A正確；光電效應能否

發(fā)生與照射光頻率有關，與照射光強度無關，選項B錯誤；改用頻率較小的光照射時，如果光的頻率仍大

于極限頻率，則仍會發(fā)生光電效應，否則，不能發(fā)生光電效應，選項C錯誤；光電子的最大初動能Ek=6

-Wo,故改用頻率大于v的光照射，光電子的最大初動能變大，選項D正確.

5.

圖17-2-6

如圖17—2—6所示是光電效應中光電子的最大初動能&與入射光頻率v的關系圖象.從圖中可知（）

A.瓦與丫成正比

B.入射光頻率必須大于或等于極限頻率先時，才能產生光電效應

C.對同一種金屬而言，瓦僅與v有關

D.耳與入射光強度成正比

答案BC

解析由&=五一外知B、C正確，A、D錯誤.

■題組訓練知解疑?糾偏?檢測

（時間:60分鐘）

題組一光電效應的現象及規(guī)律

1.硅光電池是利用光電效應原理制成的器件.下列表述正確的是（）

A.硅光電池是把光能轉變?yōu)殡娔艿囊环N裝置

B.硅光電池中吸收了光子能量的電子都能逸出

C.逸出的光電子的最大初動能與入射光的頻率無關

D.任意頻率的光照射到硅光電池上都能產生光電效應

答案A

解析電池是把其他形式的能轉化為電能的裝置.而硅光電池即是把光能轉變成電能的一種裝置.

2.

靜電計鋅板

圖17-2-7

（2014?文昌高二檢測）在演示光電效應的實驗中，原來不帶電的一塊鋅板與靈敏靜電計相連，用弧光燈（紫外

線）照射鋅板時，靜電計的指針就張開一個角度，如圖17—2—7所示，這時（）

A.鋅板帶正電，指針帶負電

B.鋅板帶正電，指針帶正電

C.若用黃光照射鋅板，則可能不產生光電效應現象

D.若用紅光照射鋅板，則鋅板能發(fā)射光電子

答案BC

解析鋅板在紫外線照射下，發(fā)生光電效應現象，有光電子飛出，故鋅板帶正電，指針上的部分電子被吸

引到鋅板上發(fā)生中和，使指針帶正電，B對、A錯；紅光和黃光的頻率都小于紫外線的頻率，都可能不產

生光電效應，C對、D錯.

3.（2014?東莞高二檢測）用紫光照射某金屬恰可發(fā)生光電效應，現改用較弱的太陽光照射該金屬，則（）

A.可能不發(fā)生光電效應

B.逸出光電子的時間明顯變長

C.逸出光電子的最大初動能不變

D.單位時間逸出光電子的數目變小

答案CD

解析由于太陽光含有紫光，所以照射金屬時發(fā)生光電效應且逸出光電子的最大初動能不變，又因為光強

變弱，所以單位時間逸出光電子的數目變小，C、D正確，A錯誤；產生光電效應的時間幾乎是瞬時的，B

錯誤.

4.關于光電效應的規(guī)律，下列說法中正確的是（）

A.只有入射光的波長大于該金屬的極限波長，光電效應才能發(fā)生

B.光電子的最大初動能跟入射光的強度成正比

C.發(fā)生光電效應的時間一般都大于IO"s

D.發(fā)生光電效應時，單位時間內從金屬內逸出的光電子數與入射光的強度成正比

答案D

解析由c=hv=h+知,當入射光波長大于極限波長時，不能發(fā)生光電效應，故A錯；由瓦=加一航知，

最大初動能由入射光頻率決定，與入射光的強度無關，故B錯；發(fā)生光電效應的時間一般不超過10-9s,

故C錯.

5.

圖17-2-8

如圖17-2-8所示，電路中所有元件完好，光照射到光電管上，靈敏電流計中沒有電流通過.其原因可

能是（）

A.入射光太弱

B.入射光波長太長

C.光照時間太短

D.電源正、負極接反

答案BD

解析金屬存在截止頻率，超過截止頻率的光照射金屬才會有光電子射出.發(fā)射的光電子的動能隨頻率的

增大而增大，動能小時不能克服反向電壓，也不能有光電流.入射光的頻率低于截止頻率，不能產生光電

效應，與光照強弱無關，選項B正確，A錯誤：電路中電源正負極接反，對光電管加了反向電壓，若該電

壓超過了遏止電壓，也沒有光電流產生，D正確；光電效應的產生與光照時間無關，C錯誤.

6.一束綠光照射某金屬發(fā)生了光電效應，則下列說法正確的是（）

A.若增加綠光的照射強度，則逸出的光電子數增加

B.若增加綠光的照射強度，則逸出的光電子的最大初動能增加

C.若改用紫光照射，則可能不會發(fā)生光電效應

D.若改用紫光照射，則逸出的光電子的最大初動能增加

答案AD

解析光電效應的規(guī)律表明：入射光的頻率決定是否發(fā)生光電效應以及發(fā)生光電效應時逸出的光電子的最

大初動能的大小.當入射光的頻率增加后，逸出的光電子的最大初動能也增加，又紫光的頻率高于綠光的

頻率.而增加光的照射強度，會使單位時間內逸出的光電子數增加.故正確選項有A、D.

題組二光電效應方程及應用

7.產生光電效應時，關于逸出光電子的最大初動能反，下列說法正確的是（）

A.對于同種金屬，耳與照射光的強度無關

B.對于同種金屬，耳與照射光的波長成反比

C.對于同種金屬，以與照射光的時間成正比

D.對于同種金屬，耳與照射光的頻率成線性關系

E.對于不同種金屬，若照射光頻率不變，耳與金屬的逸出功成線性關系

答案ADE

解析&=加一%=/7——%,同種金屬逸出功相同，最大初動能與照射光強度無關，與照射光的波長有

A

關但不是反比例函數關系，最大初動能與入射光的頻率成線性關系，不同種金屬，保持入射光頻率不變,

最大初動能反與逸出功成線性關系.

8.（2014?柳州高二檢測）用不同頻率的光分別照射鴇和鋅，產生光電效應，根據實驗可畫出光電子的最大

初動能Ek隨入射光頻率丫變化的丫圖線.已知鴇的逸出功是3.28eV,鋅的逸出功為3.34eV,若將二

者的圖線畫在同一個￡k-丫坐標系中，則正確的圖是（）

解析根據光電效應方程耳=加一外可知，Ek-u圖象的斜率為普朗克常量/?,因此圖中兩線應平行，故

C、D錯誤；圖線與橫軸的交點表示恰能發(fā)生光電效應（光電子動能為零）時的入射光頻率即極限頻率.由光

電效應方程可知，逸出功越大的金屬對應的入射光的頻率越高，所以能使金屬鋅發(fā)生光電效應的極限頻率

越高，所以A正確、B錯誤.

9.

Er

o~^----------7

圖17—2—9

己知金屬鋅發(fā)生光電效應時產生的光電子的最大初動能反跟入射光的頻率v的關系圖象如圖17-2-9中

的直線1所示.某種單色光照射到金屬鋅的表面時，產生的光電子的最大初動能為4.若該單色光照射到

另一金屬表面時產生的光電子的最大初動能為E2,￡2<￡P關于這種金屬的最大初動能耳跟入射光的頻率

v的關系圖象應是圖中的（）

A.aB.b

C.cD.上述三條圖線都不正確

答案A

解析根據光電效應方程知，耳-/為一次函數，普朗克常量力是斜率，〃是確定的值，雖然金屬的逸出功

不同，但兩個￡?L圖象的斜率相同，兩個直線平行，同時再利用瓦=加一周,結合圖象￡2<0，〃/相同，

所以即直線在縱軸上的截距印2大，故選A.

10.在光電效應實驗中，某金屬的截止頻率對應的波長為然,該金屬的逸出功為.若用波長為4*即）

的單色光做該實驗，則其遏止電壓為.已知電子的電荷量、真空中的光速和普朗克常量分別為e、

c和/?.

較空絲!1￡.{O~A

口案/e20A

題組三綜合應用

11.頻率為v的光照射到一種金屬表面上，有電子從金屬表面逸出，當所加反向電壓。的大小增大到3V

14

時，光電流剛好減小到零.已知這種金屬的極限頻率為vc=6.00X10Hz,因此入射光的頻率v=

Hz.（電子電荷量e=1.60X1019C,普朗克常量〃=6.63X1（）74j.5）

答案1.32X1015

解析光電子的最大初動能Ek=eG①

由愛因斯坦光電效應方程有

Ek=hv一4/②

聯立①②得：

v=3^+%=L32X1015Hz

12.分別用2和3;人的單色光照射同一金屬,發(fā)出的光電子的最大初動能之比為1：3.以/?表示普朗克常量，

表示真空中的光速，則此金屬板的逸出功是多大?

5hc

答案

6X

解析設此金屬的逸出功為沙，根據光電效應方程得如下兩式：

當用波長為2的光照射時：反尸了一印0

A

當用波長為的光照射時：&2=/一"②

又把號③

穌2J

解①②③組成的方程組得：少=音She.

OA

13.鋁的逸出功為4.2eV,現用波長200nm的光照射鋁的表面.己知4=6.63X1()34j,求:

(1)光電子的最大初動能；

⑵遏止電壓；

(3)鋁的截止頻率.

答案(1)3.225X10^19J(2)2.016V

(3)1.014XIO15Hz

解析(1)根據光電效應方程瓦=加一航有

he6.63X10-34X3.0X108_

l919

E=—~JV=-------⑺-9----------J-4.2X1.6X10J=3.225X10J

kA0ZUUX1U

⑵由Ek=eq可得

Ek3.225X1()T

U-=1.6X1079V=2.016V.

(3)仇=的知

人=丁=""HZ=1,014X10,5HZ.

3粒子的波動性

4概率波

5不確定性關系

［目標定位］1.知道光的波粒二象性，理解其對立統一的關系，會分析有關現象.2.理解德布羅意波和概率

波的統計規(guī)律.3.了解經典的粒子和經典的波，會用不確定關系的對應公式分析簡單問題.

■預習導學1梳理?識記?點撥___________________________________________________________

一、粒子的波動性

1.光的波粒二象性

(1)光既具有波動性又具有粒子性,即光具有波粒二象性.

(2)光子的能量€=組和動量p=兩式左側的物理量￡和P描述光的粒子性,右側的物理量V和2描述

光的波動性，普朗克常量〃架起了粒子性與波動性之間的橋梁.

2.粒子的波動性

(1)每一個運動的粒子都與一個對應的波相聯系，這種與實物拉王相聯系的波稱為德布羅意波，也叫做物質

巡

(2)物質波的波長、頻率關系式

波長：2=~,頻率：V==L°-

2b.

3.物質波的實驗驗證

(1)1927年戴維孫和G.P.湯姆孫分別利用晶體做了電理衍射實驗，得到了曳壬的衍射圖樣，證實了電子的

波動性.

(2)人們陸續(xù)證實了質子、中子以及原子、分子的波動性,對于這些粒子，德布羅意給出的丫=十和2=9關

系同樣正確.

二、概率波

1.經典粒子和經典波

(1)經典粒子：①粒子有一定的空間大小,有一定的質量,遵循牛頓運動定律.

②運動的基本特征：在任意時刻有確定的位置和速度,在空間中有確定的軌道.

(2)經典波：經典波的基本特征是：具有確定的頻率和波長,即具有時空的周期性.

2.概率波

(1)光波是一種概率波

光的波動性不是光子之間相互作用的結果而是光子自身固有的性質，光子在空間出現的概率可以通過遺動

規(guī)律確定,所以，光波是一種概率波.

(2)物質波也是一種概率波

對于電子和其他微觀粒子，單個粒子的位置是不確定的,但在某點出現的概率的大小可以由波動規(guī)律確定,

而且對于大量粒子，這種概率分布導致確定的宏觀結果，所以物質波也是概率波.

三、不確定性關系

1.定義：在經典物理學中，一個質點的位置和動量是可以同時測定的，在微觀物理學中，要同時測出微

觀粒子的位置和動量是不太可能的，這種關系叫不確定性關系.

2.表達式：AxA。》言.其中以Ax表示粒子位置的不確定量,以Ap表示粒子在x方向上的動量的不確

定量，〃是普朗克常量.

■課堂講義理解?深化?探究

一、對光的波粒二象性的理解

實驗基礎表現說明

1.光的波動性是光子本身的

1.大量光子產生的效果顯示

一種屬性，不是光子之間相

出波動性

光的波動性干涉和衍射互作用產生的

2.足夠能量的光在傳播時，

2.光的波動性不同于宏觀概

表現出波的性質

念的波

1.當光同物質發(fā)生作用時，

這種作用是“一份一份”進1.粒子的含義是“不連續(xù)”、

光電效應、康普行的，表現出粒子的性質“一份一份”的

光的粒子性

頓效應2.少量或個別光子容易顯示2.光子不同于宏觀概念的粒

出光的粒子性

對于不同頻率的光，頻率越高，光的粒子性越強；頻率越低，光的波動性越

說明

強

【例1】關于光的波粒二象性的理解正確的是（）

A.大量光子的行為往往表現出波動性，個別光子的行為往往表現出粒子性

B.光在傳播時是波，而與物質相互作用時就轉變成粒子

C.高頻光是粒子，低頻光是波

D.波粒二象性是光的根本屬性，有時它的波動性顯著，有時它的粒子性顯著

答案AD

解析光的波粒二象性指光有時候表現出的粒子性較明顯，有時候表現出的波動性較明顯，D正確；大量

光子的效果往往表現出波動性，個別光子的行為往往表現出粒子性，A正確；光在傳播時波動性顯著，光

與物質相互作用時粒子性顯著，B錯誤；頻率高的光粒子性顯著，頻率低的光波動性顯著，C錯誤.

二、對物質波的理解

1.任何物體，小到電子、質子，大到行星、太陽都存在波動性，我們之所以觀察不到宏觀物體的波動性，

是因為宏觀物體對應的波長太小的緣故.

2.物質波波長的計算公式為2=/頻率公式為v=?

3.德布羅意假說是光子的波粒二象性的一種推廣，使之包括了所有的物質粒子，即光子與實物粒子都具

有粒子性，又都具有波動性，與光子對應的波是電磁波，與實物粒子對應的波是物質波.

【例2】下列關于德布羅意波的認識，正確的解釋是（）

A.任何一個物體都有一種波和它對應，這就是物質波

B.X光的衍射證實了物質波的假設是正確的

C.電子的衍射證實了物質波的假設是正確的

D.宏觀物體運動時，看不到它的衍射或干涉現象，所以宏觀物體不具有波動性

答案C

解析運動的物體才具有波動性，A項錯；宏觀物體由于動量太大，德布羅意波長太小，所以看不到它的

干涉、衍射現象，但仍具有波動性，D項錯；X光是波長極短的電磁波，是光子，它的衍射不能證實物質

波的存在，B項錯；只有C項正確.

【例31如果一個中子和一個質量為10g的子彈都以IO?向$的速度運動，則它們的德布羅意波的波長分別

是多大?（中子的質量為1.67X10-27kg,普朗克常量為6.63X1034J.s）

答案4.0XIO-10m6.63X10-35m

解析中子的動量為pi=〃“0

子彈的動量為p2=fn2v

據力=得知中子和子彈的德布羅意波長分別為

.h.h

Ai=_,42=一

P\Pi

hh

聯立以上各式解得/尸嬴？

將加1=1.67XI（）-27kg,0=103mzs

1=6.63義10-34J.s,

〃?2=L0X10-2kg

代入上面兩式可解得

-lo

41=4.0X10m,42=6.63X1（）75m

三、對概率波的理解

1.光子既具有粒子性，又具有波動性.光子在和其他物質作用的過程中（如光電效應和康普頓效應）顯示出

粒子性，光在傳播過程中顯示出波動性.在光的傳播過程中，光子在空間各點出現的可能性的大?。ǜ怕剩?/p>

由波動性起主導作用，因此光波為概率波.

2.大量光子產生的效果表現出波動性，個別光子產生的效果表現出粒子性；對于不同頻率的光，頻率低、

波長長的光，波動性特征明顯：而頻率高、波長短的光，粒子性特征明顯.

3.對于電子、實物粒子等其他微觀粒子，同樣具有波粒二象性，所以與它們相聯系的德布羅意波也是概

率波.

【例4】物理學家做了一個有趣的雙縫干涉實驗：在光屏處放上照相用的底片，若減弱光的強度，使光子只

能一個一個地通過狹縫.實驗結果表明，如果曝光時間不太長，底片上只能出現一些不規(guī)則的點子；如果

曝光時間足夠長，底片上就會出現規(guī)則的干涉條紋.對這個實驗結果有下列認識，其中正確的是（）

A.曝光時間不太長時，底片上只能出現一些不規(guī)則的點子，表現出光的波動性

B.單個光子通過雙縫后的落點可以預測

C.只有大量光子的行為才能表現