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第1节波粒二象性一、光电效应1.光电效应现象光电效应：在光的照射下金属中的电子从表面逸出的现象，叫做光电效应，发射出来的电子叫做.特别提醒：(1)光电效应的实质是光现象转化为电现象.(2)定义中的光包括可见光和不可见光.2.几个名词解释(1)遏止电压：使光电流减小到零时的.(2)截止频率：能使某种金属发生光电效应的做该种金属的截止频率(又叫极限频率).不同的金属对应着不同的截止频率.最小反向电压UC光电子最小(3)逸出功：电子从金属中逸出所需做功的做该金属的逸出功.3.光电效应规律(1)每种金属都有一个极限频率，入射光的频率必须极限频率才能产生光电效应.(2)光电子的与入射光的强度无关，只随入射光频率的增大而(3)只要入射光的频率大于金属的极限频率，照到金属表面时，光电子的发射几乎是，一般不超过10－9s，与光的强度关.(4)当入射光的频率大于金属的极限频率时，饱和光电流的强度与入射光的强度成比.正无瞬时的增大最大初动能大于最小值4.爱因斯坦光电效应方程(1)光子说：空间传播的光是不连续的，是一份一份的，每一份叫做一个光子.光子的能量为E＝，其中h是普朗克常量，其值为6.63×10－34J·s，ν是光的频率.(2)光电效应方程：其中hν为入射光子的能量，Ek为光电子的最大初动能，W是金属的逸出功.二、光的波粒二象性1.光的干涉、衍射、偏振现象说明光具有性.2.光电效应和康普顿效应说明光具有性.3.光既具有波动性，又具有粒子性，称为光的性.hνEk＝hν－W波动粒子波粒二象三、物质波(又叫德布罗意波)1.物质波：任何一个运动着的物体，小到微观粒子大到宏观物体都有一种波与它对应，其波长λ＝，p为运动物体的动量，h为普朗克常量.2.物质波是概率波.光子和粒子在空间各处出现的概率受波动规律支配，概率大的地方，在相等的时间内，单位面积上光子或粒子出现的，反之就少.不要以宏观观点中的波来理解德布罗意波.hp次数多题型一：光电效应规律的理解例1关于光电效应，下列说法正确的是()A.光照时间越长光电流越大B.入射光的光强一定时，频率越高，单位时间内逸出的光电子数就越多C.金属钠的每个电子可以吸收一个或一个以上的光子，当它积累的能量足够大时，就能逸出金属D.不同频率的光照射同一种金属时，频率越高，光电子的最大初动能越大【解析】在发生光电效应的情况下，入射光的强度越大，单位时间内发出光电子的数目越多，光电流才越大，与光照时间长短无关，故A错误；入射光的强度由单位时间垂直单位面积上入射的光的能量决定.它决定于单位时间垂直单位面积上入射光子的个数和频率.光强一定，频率越高，入射光子数必定减少，逸出的光电子数减少，故B错误；每个电子可以吸收一个光子，入射光子的能量大于逸出功，就能逸出金属.故C错误；根据光电效应方程得，Ekm＝hν－W0，频率越高，光电子的最大初动能越大，故D正确.故选D.【答案】D【方法与知识感悟】光电效应规律的解释存在极限频率电子从金属表面逸出，首先须克服金属原子核的引力做功W0，入射光子能量不能小于W0，对应的最小频率ν0＝，即极限频率光电子的最大初动能随着入射光频率的增大而增大，与入射光强度无关电子吸收光子能量后，一部分克服阻碍作用做功，剩余部分转化为光电子的初动能，只有直接从金属表面飞出的光电子才具有最大初动能，对于确定的金属，W0是一定的，故光电子的最大初动能只随入射光的频率增大而增大，一个电子只能吸收一个光子，故光电子最大初动能与光照强度无关效应具有瞬时性(10－9s)光照射金属时，电子吸收一个光子的能量后，动能立即增大，不需要能量积累的过程题型二：光电效应方程的应用例2如图所示，当开关S断开时，用光子能量为2.5eV的一束光照射阴极P，发现电流表读数不为零.合上开关，调节滑动变阻器，发现当电压表读数小于0.60V时，电流表读数仍不为零；当电压表读数大于或等于0.60V时，电流表读数为零.(1)求此时光电子的最大初动能的大小.(2)求该阴极材料的逸出功.【思路点拨】临界电压，使电子减速为零――→动能定理光电子的最大初动能――→光电效应方程逸出功【解析】设用光子能量为2.5eV的光照射时，光电子的最大初动能为Ekm，阴极材料逸出功为W0，当反向电压达到U＝0.60V以后，具有最大初动能的光电子也达不到阳极，因此eU＝Ekm由光电效应方程：Ekm＝hν－W0由以上二式：Ekm＝0.60eV，W0＝1.9eV【答案】(1)0.60eV(2)1.9eV【方法与知识感悟】1.光电效应现象中射出的光电子具有一定动能，因此易与电场、磁场相结合命制综合性较强的试题.射出的光电子的动能是解决这类问题的重要条件，可由爱因斯坦光电效应方程求得.2.由爱因斯坦光电效应方程可得Ekm－ν曲线(如图)由图象可以得到的物理量：①极限频率：图线与ν轴交点的横坐标ν0.②逸出功：图线与Ekm轴交点的纵坐标的绝对值E＝W0.③普朗克常量：图线的斜率k＝h.题型三：光的波粒二象性例3关于光的波动性与粒子性，以下说法正确的是()A.爱因斯坦的光子说否定了光的电磁说B.光电效应现象说明了光的粒子性C.光波不同于机械波，它是一种概率波D.光的波动性和粒子性是相互矛盾的，无法统一【解析】爱因斯坦的光子说并没有否定电磁说，只是在一定条件下光是体现粒子性的，A错；光电效应说明光具有粒子性说明光的能量是一份一份的，B对；光子在传播的过程中，经过各点的概率是不一样的.在干涉和衍射实验中，如果用光屏接收，光子落到明纹处的概率大，落到暗纹处的概率小，所以光波是一种概率波.它不同于机械波，C对.由E＝hν，p＝hλ可知，描述波的粒子性的E、p和描述波动性的ν、λ等很和谐地统一起来了，说明光的波动性和粒子性不是相互矛盾的，而是统一的，D错.【答案】BC【方法与知识感悟】1.对光的波粒二象性的理解光既有波动性，又有粒子性，两者不是孤立的，而是有机的统一体，其表现规律为：(1)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.(2)频率越低波动性越显著，越容易看到光的干涉和衍射现象；频率越高粒子性越显著，越不容易看到光的干涉和衍射现象，贯穿本领越强.(3)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.2.德布罗意波假说是光的波粒二象性的一种推广，使之包含了物质粒子，即光子和实物粒子都具有粒子性，又都具有波动性，与光子对应的波是电磁波，与实物粒子对应的波是德布罗意波.一、单选题1.下列关于光的波粒二象性的说法正确的是()A.一束传播的光，有的光是波，有的光是粒子B.由光电效应现象可知光子与电子是同一种粒子C.在一束光中，光子间的相互作用使光表现出波的性质D.光是一种波，同时也是一种粒子，在光子能量ε＝hν中，频率ν表示的是波的特性D【解析】光具有波粒二象性，故A选项错误；光子是光传播过程中的一份能量子，而电子是实物粒子，两者不是同一种粒子，故B选项错误；大量光子在传播过程中按照概率波原则随机出现，表现出波动性，故C选项错误；光具有波粒二象性，光子能量ε＝hν公式中，ν是频率，表示波的特征，故D选项正确.【解析】光具有波粒二象性，故A选项错误；光子是光传播过程中的一份能量子，而电子是实物粒子，两者不是同一种粒子，故B选项错误；大量光子在传播过程中按照概率波原则随机出现，表现出波动性，故C选项错误；光具有波粒二象性，光子能量ε＝hν公式中，ν是频率，表示波的特征，故D选项正确.2.用一束紫外线照射某金属时没有产生光电效应，下列措施中可能产生光电效应的是()A.换用强度更大的紫外线照射B.换用红外线照射C.延长紫外线照射时间D.换用极限波长较大的金属【解析】发生光电效应的条件是入射光的频率大于金属的极限频率，与入射光的强度无关，所以A错误，紫外线的频率比红光的大，换用红外线照射仍不能发生光电效应，故B错误；发生光电效应与光照射的时间无关，故延长紫外线照射时间也不能发生光电效应，故C错误；换用极限波长较大的金属，则极限频率变小，导致逸出功减小，可能使入射光的频率大于极限频率，故D正确.故选D.D二、填空题3.如图所示，用某种频率的单色光a照射光电管阴极K，电流计G的指针发生偏转，而用另一频率的单色光b照射光电管阴极K时，电流计G的指针不发生偏转，那么a光的频率(选填“大于”、“等于”或“小于”)b光的频率，若增加b光的强度(选填“会”或“不会”)使电流计G的指针发生偏转.大于不会【解析】产生光电效应的条件是照射金属的光子频率大于或等于金属的极限频率，由题意可知，单色光a照射光电管阴极K，能使电流计G的指针发生偏转，说明发生了光电效应，且电路完好，而单色光b照射光电管阴极K时，电流计G的指针不发生偏转，即此时不能产生光电效应，所以a光的频率大于b光的频率，能否发生光电效应现象，仅与照射光的频率有关，与光的强度无关，因此增加b光的强度同样不会使电流计G的指针发生偏转.一、选择题：1～3题为单选，4～6题为多选.1.关于黑体辐射，下列说法正确的有()A.黑体只能反射能量为能量子的整数倍的能量B.黑体热辐射的强度随温度升高各种波长的辐射强度都有增加C.黑体辐射强度的极大值随温度升高向波长较长的方向移动D.黑体辐射和吸收辐射的能量可为任意值B【解析】黑体不能反射任何能量，故选项A错；黑体辐射强度的极大值随温度升高向波长较短的方向移动，故选项C错误；黑体辐射和吸收辐射的能量，只能是最小能量的整数倍，D错误.2.用不同频率的紫外线分别照射钨和锌的表面而产生光电效应，可得到光电子最大初动能Ek随入射光频率ν变化的Ek－ν图象，已知钨的逸出功是3.28eV，锌的逸出功是3.34eV，若将两者的图象分别用实线与虚线画在同一个Ek－ν图上，则下图正确的是()A【解析】根据光电效应方程hν＝W＋Ekm，可得Ekm＝hν－W是一条不过原点的直线，横截距表示逸出功，斜率表示普朗克常量，所以两条直线平行，钨的逸出功是3.28eV，锌的逸出功是3.34eV，截距不同.所以A对.只能为能量子的整数倍的能量，故选项D错误.3.关于物质波以下说法正确的是()A.实物粒子具有粒子性，在任何条件下都不可能表现出波动性B.宏观物体不存在对应波的波长C.电子在任何条件下都能表现出波动性D.微观粒子在一定条件下能表现出波动性D【解析】实物粒子和微观粒子一样既具有粒子性，又具有波动性.一定条件下表现为波动性，一定条件下表现为粒子性.所以D对.4.如图所示，与锌板相连的验电器的铝箔原来是张开的，现在让弧光灯发出的光经一狭缝后照射到锌板，发现与锌板相连的验电器的铝箔张角变大，此实验事实说明()A.光具有波动性B.光具有粒子性C.验电器的铝箔原来带正电D.若改用激光器发出的红光照射锌板，则观察到验电器的铝箔张角一定会变得更大BC【解析】光电效应说明光具有粒子性，A错误，B正确；红光不一定能使锌板发生光电效应，故其夹角不一定会变得更大，D错误；锌板因光电效应失去电子而带正电，所以验电器的铝箔带正电，C正确.5.用频率为ν的光照射在某金属表面时产生了光电子，当光电子垂直射入磁感应强度为B的匀强磁场中做匀速圆周运动时，其最大半径为R，若以W表示逸出功，m、e表示电子的质量和电量，h表示普朗克常数，则电子的最大初动能是()A.hν＋WB.BeRmC.hν－WD.B2e2R22m【解析】根据光电效应方程得：Ekm＝hν－W，故C正确；光电子在磁场中做匀圆周运动，由洛伦兹力提供向心力，根据牛顿第二定律得：evB＝mv2R，则v＝eBRm，最大初动能的光电子垂直进入匀强磁场，半径最大，所以最大初动能Ekm＝12mv2＝e2B2R22m，故D正确.所以选CD.CD6.一单色光照到某金属表面时，有光电子从金属表面逸出，下列说法正确的是()A.无论增大入射光的频率还是增加入射光的强度，金属的逸出功都不变B.只延长入射光照射时间，光电子的最大初动能将增加C.只增大入射光的频率，光电子的最大初动能将增大D.只增大入射光的频率，光电子逸出所经历的时间将缩短E.只增大入射光的强度，单位时间内逸出的光电子数目将增多AC