物理3-5波粒二象性

选修3-5•动量守恒定律•波粒二象性•原子结构•原子核波粒二象性•能量量子化•光的粒子性---光电效应、康普顿效应（光子有动量）•实物粒子的波动性----德布罗意•概率波----光是一种概率波•不确定性关系-----不能同时准确地知道粒子的位置和动量（运动情况）光电效应三个实验现象•存在着饱和电流----入射光越强（单位时间内发射的光子数越多），饱和电流越大•存在着遏止电压和截止频率----光电子的能量只与入射光的频率有关，入射光的频率低于截止频率时不能发生光电效应•光电效应具有瞬时性1.光电效应(1)定义：物体在光的照射下的现象叫做光电效应．(2)光电子：发生光电效应时发射出来的电子称为．(3)极限频率：对于每一种金属，只有当入射光频率某一频率ν0时，才会产生，我们称ν0为极限频率．不同金属的极限频率一般．(4)遏止电压：在强度和频率一定的光照射金属产生光电流时，使光电流的反向电压称为遏止电压．发射电子光电子大于光电流不同减小到零2．光电效应方程(1)表达式：hν＝式中：指光电子的，W指．(2)物理意义：金属中的电子吸收一个光子获得的能量是hν，这些能量的一部分用来，剩下的表现为逸出后电子的.＋W最大初动能逸出功克服金属的逸出功W最大初动能Ek＝(3)爱因斯坦光电效应方程的图象Ekαν0-Wν0逸出功和极限频率的关系0hW极限波长和极限频率的关系由v=λf得00cλ（1）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W，即要使入射光子能量不小于W，对应的频率ν＝，即极限频率（2）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，W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3．光电效应规律及解释（3）光电效应具有瞬时性光照射金属时，电子吸收一个光子的能量后，动能立即增大，不需要能量积累过程（4）单位时间打出的光电子与入射光强度成正比光较强时，包含的光子数较多，照射金属时产生的光电子较多，因而饱和电流较大•受到普朗克的启发，爱因斯坦于1905年提出：在空间传播的光也不是连续的，是以光速C运动的粒子（称为光子）流，是一份一份的，每一份叫做一个光子。一个光子的能量为ε=hν，式中的h=6.63×10-34j·s(普朗克常量)。•这个学说后来叫光子假说。光子假说例1[2010·浙江卷]在光电效应实验中，飞飞同学用同一光电管在不同实验条件下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线(甲光、乙光、丙光)，如图所示，则可判断出()A.甲光的频率大于乙光的频率B．乙光的波长大于丙光的波长C．乙光对应的截止频率大于丙光的截止频率D．甲光对应的光电子最大初动能大于丙光的光电子最大初动能例2.在演示光电效应的实验中，原来不带电的一块锌板与灵敏验电器相连，用弧光灯照射锌板时，验电器的指针就张开一个角度，如图13－1－1所示，这时()A．锌板带正电，指针带负电B．锌板带正电，指针带正电C．锌板带负电，指针带正电D．锌板带负电，指针带负电锌板在弧光灯照射下会发生光电效应，锌板因逸出电子而带正电，由于验电器与锌板接触也带正电，其指针也带正电．B例3.如图13－1－2所示，当电键S断开时，用光子能量为2.5eV的一束光照射阴极K，发现电流表读数不为零．合上电键，调节滑线变阻器，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．由此可知阴极材料的逸出功为A．1.9eVB．0.6eVC．2.5eVD．3.1eV电流表读数为零说明没有光电子能够到达阳极，根据动能定理，eU遏＝，则光电子的最大初动能为0.6eV.则可得逸出功W＝2.5eV－0.6eV＝1.9eV.A例4．用不同频率的紫外线分别照射钨板和锌板而产生光电效应，可得到光电子的最大初动能Ek随入射光的频率ν变化的Ek－ν图象，已知钨元素的逸出功为3.28eV，锌元素的逸出功为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，则图1所示图象中正确的是根据光电效应方程Ek＝hν－W可知Ek－ν图象的斜率为普朗克常量h，因此图中两线应平行，C、D错图线与横轴的交点表示恰能发生光电效应(光电子初动能为零)时的入射光频率即截止频率，有hν0=WA例5.如图3是某金属在光的照射下产生的光电子的最大初动能Ek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.入射光的频率为时,产生的光电子的最大初动能为2E20AB例6．如图2所示是利用光电管研究光电效应的实验原理示意图，用可见光照射光电管的阴极K，电流表中有电流通过，则()A．若将滑动变阻器的滑动触头移到a端时，电流表中一定无电流B．滑动变阻器的滑动触头由a端向b端滑动的过程中，电流表的示数会先增大然后保持某一值不变C．将滑动变阻器的滑动触头置于b端，改用紫外线照射阴极K，电流表中一定有电流通过D．将滑动变阻器的滑动触头置于b端，改用红外线照射阴极K，电流表中一定无电流通过根据极限频率的定义知D错，C对；当滑动触头自a端向b端移动时，开始一段有光电流而且应增大，若达到某一位置时达到饱和，则此后的移动过程中光电流不变，故A错误，B正确．BC例7．[双选]某同学采用如图所示的实验装置来研究光电效应现象．当用某单色光照射光电管的阴极K时，会发生光电效应现象．闭合开关S，在阳极A和阴极K之间加上反向电压，通过调节滑动变阻器的滑片逐渐增大电压，直至电流计中电流恰为零，此时电压表的电压值U称为反向截止电压，根据反向截止电压，可以计算出光电子的最大初动能Ek.现分别用频率为ν1与ν2的单色光照射阴极，测量出反向截止电压分别为U1与U2，设电子质量为m，电荷量为e，则下列关系中正确的是()A．频率为ν1的光照时，光电子的最大初速度v＝B．阴极K金属的逸出功W＝hν1－eU1C．阴极K金属的极限频率ν0＝D．普朗克常量h＝BD解析：用频率为ν1的光照射时，其反向截止电压为U1，则eU1＝mv2，v＝，即光电子的最大初速度为v＝，A错；据爱因斯坦光电方程W＝hν1－mv2得逸出功W＝hν1－eU1，B对；由W＝hν0和W＝hν－mv2得阴极K金属的极限频率ν0＝ν1－或ν0＝ν2－，C错；由hν0＝hν1－eU1和hν0＝hν2－eU2得h＝，D对．答案：BD1．光的波粒二象性(1)光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有____性．(2)光电效应说明光具有____性．(3)光既具有波动性，又具有粒子性，称为光的________性．2．物质波(1)概率波光的干涉现象是大量光子的运动遵守波动规律的表现，亮条纹是光子到达概率__的地方，暗条纹是光子到达概率__的地方，因此光波又叫概率波．波动粒子波粒二象大小(2)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．hp一、对波粒二象性的理解1．(多选)用极微弱的可见光做双缝干涉实验，随着时间的增加，在屏上先后出现如图1－2－5(a)、(b)、(c)所示的图象，则()．图1－2－5A．图象(a)表明光具有粒子性B．图象(c)表明光具有波动性C．用紫外光观察不到类似的图象D．实验表明光是一种概率波解析图象(a)曝光时间短，通过光子数很少，呈现粒子性．图象(c)曝光时间长，通过了大量光子，呈现波动性，故A、B正确；同时也表明光波是一种概率波，故D也正确；紫外光本质和可见光本质相同．也可以发生上述现象，故C错误．答案ABD