高二3波粒二象性教师

1波粒二象性教师用教材一、光电效应1.光照使物体发射电子的现象叫光电效应现象；所发射的电子叫光电子；光电子定向移动所形成的电流叫光电流。2.光电效应现象所遵循的基本规律。物体在光照的条件下发射电子而发生光电效应现象时遵循如下规律：（1）对于任何一种金属，入射光的频率必须大于某一极限频率才能产生光电效应，低于这个极限频率，无论强度如何，无论照射时间多长，也不能产生光电效应；（2）在单位时间里从金属极板中发射出的光电子数跟入射光的强度成正比；（3）发射出的光电子的最大初动能与入射光强度无关，只随入射光频率的增大而增大；（4）只要入射光的频率高于金属极板的极限频率，无论其强度如何，光电子的产生都几乎是瞬时的，不超过10—9s.二、光子说1.光子说⑴光子：在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光量子，简称光子。⑵光子的能量：hEh为普朗克常量。h=6.63×10-34J·s每个光子的能量只决定于光的频率。⑶光强同样频率的光，光的强弱的不同则反映了单位时间内射到单位面积的光子数的多少．2.光子说对光电效应的解释光子照射到金属上时，光子一次只能将其全部能量传递给一个电子，一个电子一次只能获取一个光子的能量，它们之间存在着一对一的关系．电子吸收光子后，能量增加，如果能量足够大，就能摆脱金属中正电荷对其的束缚，从金属表面逸出，成为光电子．如果光子的能量较小(频率较低)，电子吸收光子后的能量不足以克服金属中正电荷对其的束缚，则立即会将其转化为系统的内能，而不能从金属中逸出，这就是入射光的频率较低时，尽管照射时间足够长，也不能发生光电效应的原因．每一种金属，正电荷对电子的束缚能力都不同，因此，电子逸出所需做的最小功也不一样．光子频率小于该频率，无论如何都不会发生光电效应，这就是每一种金属都存在极限频率的原因．金属中的电子对于光子的吸收是十分迅速的，电子一次性获得的能量足够时，逸出也是十分迅速的，这就是光电效应具有瞬时效应的原因．三、光电效应方程1.金属的逸出功光电效应中，金属中的电子在飞出金属表面时要克服原子核对它的吸引而做功。某种金属中的不同电子，脱离这种金属所需的功不一样。使电子脱离某种金属所做功的最小值，叫做这种金属的逸出功2.爱因斯坦光电效应方程[来源:Zxxk.Com]动能最大的光电子所具有的动能Ek＝hv－w四、康普顿效应在研究电子对X射线的散射时发现：有些散射波的波长比入射波的波长略大。康普顿认为这是因为光子不仅有能量，也具有动量。实验结果证明这个设想是正确的。因此康普顿效应也证明了光具有粒子性。康普顿效应是光子与自由电子之间的相互作用，光子被电子全部吸收后，又重新放出新光子（散射光子不是转移部分能量的入射光子）康普顿效应整个过程的能量和动量守恒。2五、光的波粒二象性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；因此现代物理学认为：光具有波粒二象性。2.正确理解波粒二象性波粒二象性中所说的波是一种概率波，对大量光子才有意义。波粒二象性中所说的粒子，是指其不连续性，是一份能量。⑴个别光子的作用效果往往表现为粒子性；大量光子的作用效果往往表现为波动性。⑵ν高的光子容易表现出粒子性；ν低的光子容易表现出波动性。⑶光在传播过程中往往表现出波动性；在与物质发生作用时往往表现为粒子性。⑷由光子的能量E=hν，光子的动量hp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=pc。六、物质波（德布罗意波）由光的波粒二象性的思想推广到微观粒子和任何运动着的物体上去，得出物质波（德布罗意波）的概念：任何一个运动着的物体都有一种波与它对应，该波的波长λ=ph。题型讲解1.光电效应的规律关于光电效应，有如下几种陈述，其中正确的是（）A．金属电子的逸出功与入射光的频率成正比B．光电流的强度与入射光的强度无关C．用不可见光照射金属一定比用可见光照射同种金属产生的光电子的初动能要大D．对于任何一种金属都存在一个“最大波长”，入射光的波长必须小于这个波长，才能产生光电效应【解析】金属的逸出功由该金属决定，与入射光源频率无关，光电流的强度与入射光强度成正比，选项A、B错误。不可见光包括能量大的紫外线、X射线、γ射线，也包括能量比可见光小的红外线、无线电波，选项C错误。所以应选D。【答案】D2.光电效应方程（1）已知金属铯的逸出功为1.9eV，在光电效应实验中，要使铯表面发出的光电子的最大功能为1.0eV，入射光的波长应为__________m【解析】由爱因斯坦光电效应方程可得：hv=W+21m2m∴hv=1.9+1.0=2.9eV=2.9×1.6×10—19J∴λ=19106.19.2103106.6834=4.3×10—7m【答案】m103.47（2）如图所示，电路中所有元件完好，光照射到阴极上时，灵敏电流计中没有电流通过，其原因可能是（）3A.入射光太弱；B.入射光波长太长；C.光照时间短；D.电源正负极接反。【解析】在本题电路中形成电流的条件，一是阴极在光的照射下有光电子逸出，这决定于入射光的频率是否高于阴极材料的极限频率，与入射光的强弱、照射时间长短无关；二是逸出的光电子应能在电路中定向移动到达阳极。光电子能否到达阳极，应由光电子的初动能大小和两极间所加电压的正负和大小共同决定。一旦电压正负极接反，即使具有很大初动能的光电子也可能不能到达阳极，即使发生了光电效应现象，电路中也不能形成光电流。故该题的正确答案是B、D。【答案】BD[练习题]一、选择题1.在可见光中，哪种色光的光子能量最大？（）（A）红光（B）紫光（C）蓝光（D）黄光2.爱因斯坦认为光在传播过程中是不连续的，而是一份一份的，每一份的能量为（）（A）hv(h为普朗克恒量，v为光的频率)（B）1Ev（C）6.63×10-34J（D）0.1WeV3.光子的能量（）（A）跟它的波长成正比（B）跟光的速度成正比。（C）跟它的频率成正比（D）跟光的速度的平方成正比。4.关于光束的强度、光束的能量及光子的能量的关系正确的说法是（）（A）光强增大，光束能量也增大，光子能量也增大（B）光强减弱，光束能量也减弱，光子能量不变（C）光的波长越长，光束能量也越大，光子能量也越大（D）光的波长越短，光束能量也越大，光子能量也越小5.光电效应必须满足的条件是（）（A）入射光强度大于某一极限强度（B）入射光波长大于某一极限波长（C）入射光时间大于某一极限时间（D）入射光频率大于某一极限频率6.关于光电效应中光电子的最大初动能的正确说法是（）（A）是从金属飞出的光电子所具有的（B）是从金属表面直接飞出的光电子所具有的（C）是从金属飞出的光电子的初动能都是最大初动能（D）用同一强度不同频率的光照射同一金属飞出的光电子的最大初动能相同7.用相同强度、相同频率的两束紫外线分别照射两种不同金属表面，产生光电效应时，其中不正确说法是（）（A）两束光的光子能量相同（B）在单位时间里逸出的电子数相同（C）两金属逸出的光电子最大初动能相同（D）从两金属表面几乎同时逸出光电子8.当光照射某金属表面时有电子逸出，如果该光的强度减弱到某一最低值时，则（）（A）没有电子逸出（B）逸出的光电子数减少（C）逸出的光电子的初动能减少（D）逸出的光电子数和初动能都减少9.用单色光照射某一金属表面产生光电效应，第一次光线垂直入射金属表面，第二次光线倾斜入射金属表面，两次照射中，单位时间从金属表面逸出的光电子数相比较（）（A）第一次多于第二次（B）第一次少于第二次（C）两次相同（D）条件不足，无法比较10.用频率为v1的单色光照金属A,用频率为v2的单色光照金属B,都产生了光电子,且从A逸出的光电子4的最大初动能大于从B逸出的最大初动能,则:()（A）v1一定大于v2（B）v1一定小于v2（C）v1一定等于v2（D）上述都有可能11.某光电管的阴极用金属钠做成，当用蓝光或紫光照射时，都有光电流产生。如果用相同强度的蓝光或紫光照射时，它们产生的光电流（最大值）分别为I1，I2:I1和I2的大小相比较是（）（A）I1I2（B）I1=I2（C）I1I2（D）条件不足无法比较12.下列说法正确的是（）（A）光子就像宏观现象中的微粒（B）光子说否定了光的电磁说（C）光电效应证明了光具有波动性（D）双缝干涉现象证明了光具有波动性13.光的波动说无法解释的现象是（）（A）光的衍射（B）光电效应（C）光的色散（D）光的干涉14.关于光的波粒二象性，下列说法错误的是（）（A）频率越高，越易显示出其粒子性（B）一个光子既是粒子又是一种波（C）大量光子产生的效果往往显示出波动性（D）在光的干涉条纹中，明条纹是光子到达机会多的地方15.光的波粒二象性的物理意义是（）（A）光的波粒二象性是相互矛盾，不能统一的（B）光的波动性与机械波、光的粒子性与质点都是相同的（C）由于光具有波粒二象性，我们无法只用其中一种性质去说明光的一切行为（D）大量光子只能显示出波动性，少数光子只能显示出粒子性16.如图是某金属在光的照射下产生的光电子的最大初动能12mv2max与入射光频率ν的关系图象.由图象可知()A.该金属的逸出功等于EB.该金属的逸出功等于hν0C.入射光的频率为2ν0时，产生的光电子的最大初动能为2ED.入射光的频率为ν02时，产生的光电子的最大初动能为E2二、填空题1.在照射下，金属的现象叫做光电效应。2.为了解释光电效应的规律，爱因斯坦提出，在空间传播光不是连续的，而是的，每一份叫做一个，它的能量等于。3.光电效应的规律是说：在单位时间里从极板K发射出的光电子数跟成正比；光电子的最大初动能与无关，只随着而增大；入射光的频率必须才能产生光电效应，于这个的光，无论如何，照射多长，也不能产生光电效应。4.用紫光照射锌，由于紫光的波长于锌的波长，因此光电效应；如果用一凸透镜将紫光会聚后射到锌上，则发生光电效应。（λ紫=4×10-7m，λ0锌=3.82×10-7m）55.波长是0.001μm的伦琴射线的光子能量为J；波长是0.5μm的绿光的光子能量为J。6.在研究光电效应的实验中，测得数据绘出Ekm-v的函数图象，如图13-17所示，则图线的tga=，横坐标上的截距表示该金属发生光电效应的，纵轴上截距的绝对值表示金属的大小。若换用其他金属做同样的实验，测绘得到的图线将与之，但纵、横截距都，说明各金属的极限频率v0和逸出功W不相同。7.两束平行单色光甲和乙，从空气进入水中，发生折射，如科13-18所示。入射角i甲=i乙，折射角甲乙，则两束光在水中的传播速度是v甲v乙，在水中的波长是λ甲2hmvrnλ乙；频率是v甲v乙；光子的能量是E甲E乙。三．计算：1．一电子具有200m/s的速率，动量的不确定范围为动量的0.01%(这已经足够精确了)，则该电子的位置不确定范围有多大?解:电子的动量为skgmskgmmvp/108.1/200101.92831动量的不确定范围skgmskgmpp/108.1/108.1100.1%01.032284由不确定关系式，得电子位置的不确定范围mmphx33234109.2108.114.341063.642．已知金属铯的逸出功为1.9eV，在光电效应实验中，要使铯表面发出的光电子的最大初动能为1.0eV，求入射光的波长应为多少？解析：据光电效应方程Ekm＝hν－W0可得入射光的频率为ν＝Ekm＋W0h由c＝νλ可得入射光的波长为λ＝cν＝hcEkm＋W0＝6.63×10－34×3×108(1.0＋1.9)×1.6×10－19m＝4.3×10－7m.答案：4.3×10－7m3．已知某金属表面接受波长为λ和2λ的单色光照射时，释放出光电子的最大初动能分别为30eV和10eV，求能使此种金属表面产生光电效应的入射光的极限波长为多少？解析