3　粒子的波动性优秀教学设计内容

波粒二象性知识点和练习

一、光电效应现象 1、光电效应：

光电效应：物体在光（包括不可见光）的照射下发射电子的现象称为光电效应。

2、光电效应的研究结论：

①任何一种金属，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；低于这个频率的光不能产生光电效应。

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 。

．．．．．注意：从金属出来的电子速度会有差异，这里说的是从金属表面直接飞出来的光电子。

-9③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10s；

．．．．．．．．．．．．④当入射光的频率大于极限频率时，光电流的强度与入射光的强度成 。

3、

光电效应的应用：

①光电管两极加上正向电压，可以 光电流(选填“增强”或“减弱”）。

②光电流的大小跟入射光的强度和正向电压 （“有关”或“无关”），与入射光的

频率 （“有关”或“无关”）。入射光的强度越大，光电流越大。

③遏止电压U0．回路中的光电流随着反向电压的增加而减小，当反向电压U0满足：12mvmaxeU0，光电流将会减小到零，所以遏止电压与入射光的频率有关。

24、波动理论无法解释的现象：

①不论入射光的频率多少，只要光强足够大，总可以使电子获得足够多的能量，从而产生光电效应，实际上如果光的频率小于金属的极限频率，无论光强多大，都不能产生光电效应。

②光强越大，电子可获得更多的能量，光电子的最大初始动能应该由入射光的强度来决定，实际上光电子的最大初始动能与光强无关，与频率有关。

③光强大时，电子能量积累的时间就短，光强小时，能量积累的时间就长，实际上无论光入射的强度怎样微弱，几乎在开始照射的一瞬间就产生了光电子. 二、光子说

1、普朗克常量

普郎克在研究电磁波辐射时，提出能量量子假说：物体热辐射所发出的电磁波的能量是不连续的，只能是hv的整数倍，hv称为一个能量量子。即能量是一份一份的。其中v辐射频率，h是一个常量，称为普朗克常量。

2、光子说

在空间中传播的光的能量不是连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光子，光子的能量ε跟光的频率ν成正比。hv，其中：h是普朗克常量，v是光的频率。

三、光电效应方程

1、逸出功W0: 电子脱离金属离子束缚，逸出金属表面克服离子引力做的功。

2、光电效应方程：如果入射光子的能量hv大于逸出功W0，那么有些光电子在脱离金属表面后还有剩余的动能——根据能量守恒定律，入射光子的能量hv等于出射光子的12W0

最大初动能与逸出功之和，即hvmvmax2第

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其中

12mvmax是指出射光子的最大初动能，随入射光频率的增大而 。

23、

光电效应的解释：

①极限频率：金属内部的电子一般一次只能吸收一个光子的能量，只有入射光子的W能量hv大于或者等于逸出功W0

即：v0时，电子才有可能逸出，这就是光电效应存h在极限频率的原因。

1212W0和mvmaxeU0有：hveU0W0，所以遏制电压②遏制电压：由hvmvmax22只与入射光频率有关，与入射光的强度无关，这就是光电效应存在遏制电压的原因。

四、康普顿效应（表明光子具有动量）

1、康普顿效应：用X射线照射物体时，一部分散射出来的X射线的波长会变长，这个现象叫康普顿效应。康普顿效应是验证光的波粒二象性的重要实验之一。

2、康普顿效应的意义：证明了爱因斯坦光子假说的正确性，揭示了光子不仅具有能量，还具有动量。光子的动量为ph

五、光的波粒二象性

物质波

概率波

不确定关系

1、光的波粒二象性：干涉、衍射和偏振以无可辩驳的事实表明光是一种波；光电效．．．．．．．．．．．应和康普顿效应又用无可辩驳的事实表明光是一种粒子，由于光既有波动性，又有粒子．．．．．．．性，只能认为光具有波粒二象性。但不可把光当成宏观观念中的波，也不可把光当成宏观观念中的粒子。少量的光子表现出粒子性，大量光子运动表现为波动性；光在传播时显示波动性，与物质发生作用时，往往显示粒子性；频率小波长大的波动性显著，频率大波长小的粒子性显著。

2、光子的能量E=hν，光子的动量p=h/λ表示式也可以看出，光的波动性和粒子性并不矛盾：表示粒子性的粒子能量和动量的计算式中都含有表示波的特征的物理量——频率ν和波长λ。由以上两式和波速公式c=λν还可以得出：E = p c。

3、物质波(德布罗意波)：1924年德布罗意（法）提出，实物粒子和光子一样具有波动性，任何一个运动着的物体都有一种与之对应的波，波长λ=h / p，这种波叫物质波，．．也叫德布罗意波。

4、概率波：从光子的概念上看，光波是一种概率波。光子落在明条纹的概率高，落在暗条纹的概率低。干涉条纹是光子落在感光片上各点的概率分布的反映。

注意：亮纹是光子落的概率大，暗纹是概率小，不是光子照不到。

5、电子云：原子核外电子的概率分布图。概率大的地方小圆点密一些，概率小的地方小圆点疏一些。讨论微观粒子的运动，轨道的概念毫无意义。

例题

例1.用如图所示的装置研究光电效应现象, 当用光子能量为2.5eV的光照射到光电管上时，电流表G的读数为0.2mA。移动变阻器的触点c，当电压表的示数大于或等于0.7V时，电流表读数为零。则：(

) A．光电管阴极的逸出功为1.8eV；

B．电键k断开后, 有电流流过电流表G；

C．光电子的最大初动能为0.7eV；

D．改用能量为1.5eV的光子照射，电流表G也有电流，但电流较小；

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例2．对光的认识，以下说法正确的是(

) A．个别光子的行为表现为粒子性，大量光子的行为表现为波动性

B．光的波动性是光子本身的一种属性，不是光子之间的相互作用引起的

C．光表现出波动性时，就不具有粒子性了，光表现出粒子性时，

就不具有波动性了

D．光的波粒二象性应理解为：在某种场合下光的波动性表现明显，在另外某种场合下，光的粒子性表现明显．

例3．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；

例4. 研究光电效应规律的实验装置如右下图所示，以频率为υ的光照射光电管阴极K时，有光电子产生。由于光电管K、A间加的是反向电压，光电子从阴极K发射后将向阳极A作减速运动，光电流由图中电流计G测出，反向电压U由电压表V测出。当电流计的示数恰好为零时，电压表的示数称为反向截止电压U0。在下列表示光电效应实验规律的图象中，错误的是（ ）

例5．已知钠发生光电效应的极限波长为λ0＝5×10m，现用波长为4×10－7m的光照射用钠作阴极的光电管．求：

(1)钠的逸出功W0；

(2)为使光电管中的光电流为零，在光电管上所加反向电压至少多大？

巩固练习

－71．关于光的本性，下列说法中正确的是（

）

A、关于光的本性，牛顿提出微粒说，惠更斯提出波动说，爱因斯坦提出光子说，它们都说明了光的本性

B、光具有波粒二象性是指：既可以把光看成宏观概念上的波，也可以看成微观概念上的粒子

C、光的干涉、衍射现象说明光具有波动性，光电效应说明光具有粒子性

D、光的波粒二象性是将牛顿的波动说和惠更斯的粒子说真正有机地统一起来

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4．如图所示，电路中所有元件完好，光照射到光电管上，灵敏电流计中没有电流通过，其原因可能是(

) A．入射光太弱

B．入射光波长太长

C．光照时间太短

D．电源正负极接反

5．频率为ν的光照射某种金属材料，产生光电子的最大初动能为Ek，若以频率为2ν的光照射同一金属材料，则光电子的最大初动能是(

) A．2Ek

B．Ek＋hν C．Ek－hν

D．Ek＋2hν

6．一个质量为m、电荷量为q的带电粒子，由静止开始经加速电场加速后(加速电压为U)，该粒子的德布罗意波长为(

) A.

7.A、B两束不同频率的光波均能使某金属发生光电效应, 如果产生光电流的最大值分别为IA、IB

, 且IAλB B.照射光的光子能量EA

C.单位时间内照射到金属板的光子数NA

hν8．频率为ν的光子，具有的能量为hν、动量为.将这个光子打在处于静止状态的电子上，光h 2mqUB.hhh C.2mqU D.

2mqU2mqUmqUc子将偏离原运动方向，这种现象称光子的散射．下列关于光子散射说法中正确的是(

) A．光子改变原来的运动方向，且传播速度变小

B．光子由于在与电子碰撞中获得能量，因而频率增大

C．由于受到电子碰撞，散射后的光子波长小于入射光子的波长

D．由于受到电子碰撞，散射后的光子频率小于入射光子的频率

9.三种不同的入射光A、B、C分别射在三种不同的金属a、b、c表面, 均恰可使金属逸出光电子, 若入射光的波长λA>λB>λC , 则( ) A.用入射光A照射金属b或c , 金属b、c均可发生光电效应现象

B.用入射光A、B同时照射金属c , 金属c可发生光电效应现象

C.用入射光C照射a或b, 金属a、b均可发生光电效应现象

D.用入射光B或C照射金属a , 均可使金属a发生光电效应现象

10．如图所示是光电管的原理图，已知当有波长为λ0的光照到阴极K时，电路中有光电流，则(

)

A．若换用波长为λ1(λ1>λ0)的光照射阴极K时，电路一定没有光电流

B．若换用波长为λ2(λ2<λ0) 的光照射阴极K时，电路中光电流一定增大

C．若将变阻器滑动头P从图示位置向右滑一些，仍用波长λ0的光照射，则电路中光电流一定增大

D．若将变阻器滑动头P从图示位置向左滑过中心O点时，其他条件不变，则电路中仍可能有光电流

11．人类对光的本性认识的过程中先后进行了一系列实验，如图所示的四个示意图所示表示的实验能说明光具有波动性的是(

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12．用波长为1的单色光照射某光电管阴极时，测得光电子的最大动能为EK1；用波长为1的单色光照射时，测得光电子的最大动能为EK2。若EK1EK2，则1 2。（填或）

13．入射的X射线光子的能量为0.60 MeV，被自由电子散射后波长变化了20%，则反冲电子的动能为

MeV。

14. 激光光波功率为P，激光在真空中的波长为λ，光速为c，普朗克恒量为h，该激光光波每秒辐射光子数为___________。

－3－314．二氧化碳能强烈吸收红外长波辐射，这种长波辐射的波长范围是1.4×10～1.6×10m，相应的频率范围是________，相应的光子能量的范围是________，“温室效应”使空气全年的平均温度－34升高，空气温度升高，

从微观上看就是空气中分子的________．(已知普朗克恒量h＝6.6×10J·s，8真空中的光速c＝3.0×10m/s，结果取两位有效数字)

15．铝的逸出功是4.2eV，现在用波长200nm的光照射铝的表面．求(1)光电子的最大初动能是________；(2)遏止电压是________；(3)铝的极限频率是________．

16．如图所示，一静电计与锌板相连，在A处用一紫光灯照射锌板，关灯后，指针保持一定偏角．

(1)现用一带负电的金属小球与锌板接触，则静电计指针偏角将________．(填“增大”、“减小”或“不变”)

(2)使静电计指针回到零，再用相同强度的钠灯发出的黄光照射锌板，静电计指针无偏转，那么，若改用强度更大的红外线照射锌板，可观察到静电计指针________(填“有”或“无”)偏转．

。17．具有波长λ＝0.71A的伦琴射线使金箔发射光电子，电子在磁感应强度为B的匀强磁场区域内－4做最大半径为r的匀速圆周运动，已知rB＝1.88×10m·T，试求：

(1)光电子的最大初动能；

(2)金属的逸出功；

(3)该电子的物质波的波长是多少？

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