2013年高中物理得分宝典系列 27专题六 第2章 波粒二象性

2013年高中物理得分宝典系列 27专题六 第2章 波粒二象性内容摘要：

1、概述光的波动性和微粒性为近年高考命题热点之一。 题目类型多为选择题。 其中考查较多的是光的干涉、光电效应，其次是波长、波速和频率的关系，有时还与几何光学中的部分知识（如折射、棱镜、色散等）、原子物理中的玻尔理论相结合进行考查。 复习时要以记忆、理解为主，以对光的本性的认识为线索，来掌握近代物理光学的初步知识，掌握建立这些理论的实验基础和一些重要物理现象。 光电效应是高考考查的热点内容，因此要加强对其规律的理解和爱因斯坦光电效应方程的熟练应用。 复习中要理解光子说及对光电效应的解释；理解爱因斯坦光电效应方程并会用来解决简单问题。 知识梳理知识点一 波粒二象性考纲解读考纲内容 要求 名师解读普朗克能量子假说 2、黑体和黑体辐射光的波粒二象性 物质波 概率波 不确定关系体辐射、光电效应、波粒二象性都是高中物理重要的知识点，是高考考查的重点，高考命题常以新情境来考查，而且经常与其他知识综合出题。 考查的题型一般为选择题，难度中等。 2德布罗意波长关系式的定量计算不做要求基础巩固一、黑体与黑体辐射1热辐射：周围的一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与 有关。 2黑体：能完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射，这种物体称为绝对黑体。 简称黑体。 3黑体辐射的实验规律：黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的 有关。 随着温度的升高，一方面，各种波长的辐射 都有增加；另一方面，辐射强度的极大值向波长较 的方向移动。 朗克认 3、为，振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量 （称为能量子）的整数倍，即：, 1, 2, 3, . n 为正整数，这个不可再分的最小能量值 称为能量子。 能波粒二象性普朗克量子理论光电效应物质波波粒二象性光电效应规律光子说、爱因斯坦光电方程式概率波：= （其中普朗克常量 h=0 ） 二、光电效应1定义：在光的照射下从物体发射出 的现象（发射出的电子称为光电子）。 2产生条件：入射光的频率 极限频率。 3光电效应规律（1）每种金属都有一个极限频率，入射光的 必须大于这个极限频率才能产生光电效应。 （2）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。 （3）光电效应的发生几乎是瞬时的，一般 4、不超过 109 s。 （4）当入射光的频率大于极限频率时， 的强度与入射光的强度成正比。 三、光电效应方程1基本物理量（1）光子的能量：中 h0 s（称为普朗克常量）。 （2）逸出功：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 的电子吸收光子后克服原子核的引力逸出时所具有动能的。 2光电效应方程爱因斯坦光电效应方程是根据 守恒定律推导出来的描述的是光电子的最大初动能 入射光子的能量 之间的关系：。 四、波粒二象性、物质波1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表现出光的 性，单个光子的运动表现出光的 性。 （3） 5、光的波长越长，波动性越明显，越容易看到光的干涉和衍射现象。 光波的频率越高，粒子性越明显，穿透本领越强。 2物质波任何一个 的物体，小到微观粒子，大到宏观物体，都有一种波与它相对应，其波长等于 ，也称为 、物质波。 质波既不是机械波，也不是电磁波，物质波乃是一种概率波。 自我校对：一、黑体与黑体辐射温度；温度；强度；短；电效应电子；大于；频率；强度；增大；光电流三、光电效应方程最小值；表面上；最大值；能量；四、波粒二象性、物质波波粒二象性；波动；粒子；运动；德布罗意波实验探究123拓展实验光电流大小与哪些因素有关。 练一练：（1）任何光照射都可以达到控制电路的作用吗。 （2）你认为光电流的大小跟哪些因素有 6、关。 参考答案：（1）并不是任何光都可以达到控制电路的作用的，如果照射光的频率太低，光电管不能产生光电效应，不会产生光电流，达不到控制电路的作用。 （2）光电流的大小跟照射光的强度的有关。 重点突破一、直击考点考点一 光电效应、光电方程常考类型题：考查对光电效应规律理解以及对爱因斯坦光电方程的应用，以选择题、填空题或简单计算题等题型为主。 1光电效应的实质光子照射到金属表面，某个电子吸收光子的能量使动能变大，当电子的动能增大到足以克服原子核的引力时，便飞出金属表面成为光电子。 2极限频率的实质光子的能量和频率有关，而金属中电子克服原子核引力需要的能量是一定的，光子的能量必须大于金属的逸出功才能发生光电效 7、应。 这个能量最小等于这种金属对应的逸出功，所以每种金属都有一定的极限频率。 3光电效应瞬时性的理解光照射到金属上时，电子吸收光子的能量不需要积累，吸收的能量立即转化为电子的能量，因此电子对光子的吸收十分迅速。 4光电效应方程电子吸收光子能量后从金属表面逸出，其中只有直接从金属表面飞出的光电子才具有最大初动能，根据能量守恒定律：EkW。 5最大初动能 入射光频率 的关系图线如图。 （1）对光电效应规律的解释【例 1】入射光照射到某金属表面上发生光电效应，若入射光的强度减弱，而频率保持不变，那么（）A从光照至金属表面上到发射出光电子之间的时间间隔将明显增加B逸出的光电子的最大初动能将减小C单位时间内从 8、金属表面逸出的光电子数目将减少D有可能不发生光电效应【解析】光电效应瞬时（109 s）发生，与光强无关，A 项错误；能否发生光电效应，只取决于入射光的频率是否大于极限频率，与光强无关，D 项错误；对于某种特定金属，光电子的最大初动能只与入射光频率有关，入射光频率越大，最大初动能越大，B 项错误；光电子数目多少与入射光强度有关，可理解为一个光子能打出一个光电子，光强减弱，逸出的光电子数目减少，C 项正确。 【答案】C【点评】 （1）光电效应的产生条件：入射光频率大于金属的极限频率；（2）入射光的频率决定最大初动能；（3）光电效应的瞬时性（109 s）。 （2）如果照射光的频率不变，光强加倍，根据光 9、电效应实验规律，阴极每秒发射的光电子数 n2n810 12 个光电子的最大初动能仍然是 0 20 J【答案】 （1）0 12 个（2）0 20 J【点评】解答有关光电管和光电效应的问题，要注意以下几个方面：（1）决定光电子最大初动能的是入射光的频率，决定光电流大小的是光强的大小；（2）光电效应发射出的光电子由一极到达另一极，是电路中产生电流的条件；（3）搞清楚加在光电管两极间的电压对光电子起到了加速作用，还是减速作用。 考点二 波粒二象性和物质波常考类型题：考查对光的波粒二象性及物质波的理解，题型以选择题为主。 光的干涉、衍射实验证明光具有波动性，麦克斯韦提出光是电磁波。 爱因斯坦在普朗克能量子的概 10、念之上提出光子（又叫光量子）是一种静止质量为零的粒子，具有能量和动量。 它的能量为 为频率，h 为普朗克常量） ，动量表示式为P=h/=h/c（ 为频率,c 为光速,h 为普朗克常量） ，光子在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光子，光子的能量与频率成正比，即 E=h。 光具有波粒二象性。 个别光子的行为表现为粒子性，大量光子的作用效果表现为波动性；频率越低的光，波动性越显著，容易观察到光的干涉和光的衍射现象；频率越高的光，粒子性越显著，贯穿本领越强。 德布罗意提出物质波：任何运动的物体，都有一种波与之对应。 物质波的波长 =h/p=h/考对波粒二象性的考查以定性为主，对物质波的考查 11、定量为主。 【例 3】关于物质的波粒二象性，下列说法中不正确的是（）A不仅光子具有波粒二象性，一切运动的微粒都具有波粒二象性B运动的微观粒子与光子一样，当它们通过一个小孔时，都没有特定的运动轨道C波动性和粒子性，在宏观现象中是矛盾的、对立的，但在微观高速运动的现象中是统一的D实物的运动有特定的轨道，所以实物不具有波粒二象性二、走出误区 误区一 误认为光电效应能发生、光电效应发生的时间、光电子的最大初动能均与光照强度有关。 能否发生光电效应取决于照射光的频率，照射光的频率必须大于等于金属的极限频率才能发生光电效应，光电效应的发生时间极短，与照射光的强度无关，光电子的最大初动能与照射光的频率与极限频率 12、有关，与照射光的强度无关。 【例 1】入射光照到某金属表面上发生光电效应，若入射光的强度减弱，而频率保持不变，那么以下说法正确的是（ ）A从光照射到金属表面到发射出光电子之间的时间间隔将明显增加B逸出的光电子的最大初动能减小C单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将减少D有可能不再产生光电效应错解：原因：根据经典的电磁理论分析可知，选项 A、B、D 正确。 三选项错误的原因只有一个，没有用光量子的理论，而是用经典的电磁理论来理解。 正解：C 原因：由光电效应规律可知：只要入射光的频率大于或等于被照射金属的极限频率，产生光电效应的时间就不会有变化，也就是电子吸收光予的时间一定，且是瞬时的。 同一光电效应中 13、，频率不变，光电子飞出的最大初动能不变，故选项 B 错误；入射光的强度减弱，而频率不变，则单位时间内吸收光子的电子数减少，相应地从金属表面选出的光电子数也减少，故只有选项 C 正确；专家会诊解决这类问题关键是要从爱因斯坦光量子说理解光电效应的四条规律：存在极限频率；光电子的最大初动能只与入射光频率有关；瞬时性；在入射光频率一定条件下，逸出的光电子数与入射光的强度成正比，并能用这四条规律判断有关的现象。 ，光电效应的光电流大小也相同光强是单位时间内打到单位面积上光的能量，相同光强下不同频率的光单位时间内打到单位面积上的光子个数不同，因此打出的光电子数不同，光电流不同。 【例 2】如图所示的电路中两个 14、光电管是由同种金属材料制成的阴极。 现用强度相同的两束光分别照射在两个光电管的阴极上，紫光照在（甲）电路的光电管上，绿光照在（乙）电路的光电管上，若都能产生光电效应，则下列判断正确的是（）A从 A、B 两个极板射出光电子的最大初动能一样大B打到 C 极上的光电子的最大动能一定大于打到 D 极上的光电子的最大动能C单位时间内由 A、B 两个金属极板产生的光电子的数目一样多D单位时间内由 B 极板产生的光电子的数目更多些误区三 误认为最大初动能与照射光的频率成正比、光电流的大小与光电子的动能有关由爱因斯坦光电方程 EkW 可知，最大初动能与照射光的频率成线性关系而不是成正比，光电流强度与单位时间内经过电路的电子数有关，而不是与光电子的动能有关。 【例 3】关于光电效应，下列说法正确的是（）A光电子的最大初动能与入射光的频率成正比B光电子的动能越大，光电子形成的电流强度就越大C用不可见光照射金属一定比。