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第十七章波粒二象性核心素养整合提升1知识脉络构建2素养整合提升3触及高考演练知识脉络构建波粒二象性能量量子化黑体辐射的实验规律：随着温度的升高，各种波长的辐射强度都增加；辐射强度的极大值向波长较短的方向移动能量子：微观粒子的能量是量子化的；ε＝hν光电效应现象：光现象转化电现象本质：电子吸收光子光电子结论：①光具有粒子性——光子②光具有波粒二象性光子说：光子能量ε＝hν光电效应方程：12mv2＝hν－W0波粒二象性康普顿效应：光子不仅具有能量，也具有动量，p＝hλ光的波粒二象性①光既具有波动性，又具有粒子性②大量的光子产生的效果显示波动性；个别光子产生的效果显示粒子性③波长短的电磁波粒子性显著，波长长的电磁波波动性显著粒子波动性德布罗意波物质波波长：λ＝hp频率：ν＝εh电子衍射对粒子的波动性的验证。概率波不确定关系：ΔxΔp≥h4π，Δx表示粒子位置不确定量，Δp表示粒子在x方向上的动量的不确定量。素养整合提升一、应用光电效应方程解题的方法光电效应方程表达式为Ek＝hν－W0。其中，Ek＝12mev2为光电子的最大初动能，W0为逸出功。光电效应方程表明，光电子最大初动能与入射光的频率ν呈线性关系，与光强无关。只有当hνW0时，才有光电子逸出，νc＝W0h就是光电效应的截止频率。(1)常见物理量的求解物理量求解方法最大初动能EkEk＝hν－W0，ν＝cλ遏止电压UceUc＝Ekm⇒Uc＝Ekme截止频率νcνc＝W0h(2)应用光电效应规律解题应当明确①光电效应规律中“光电流的强度”指的是光电流的饱和值(对应从阴极发射出的电子全部被拉向阳极的状态)。因为光电流未达到饱和值之前，其大小不仅与入射光的强度有关，还与光电管两极间的电压有关，只有在光电流达到饱和值以后才和入射光的强度成正比。②明确两个决定关系a．逸出功W0一定时，入射光的频率决定着能否产生光电效应以及光电子的最大初动能。b．入射光的频率一定时，入射光的强度决定着单位时间内发射出来的光电子数。典例1(多选)用如图甲所示的电路研究光电效应中光电流强度与照射光的强弱、频率等物理量的关系。图中A、K两极间的电压大小可调，直流电源的正负极也可以对调。分别用a、b、c三束单色光照射，调节A、K间的电压U，得到光电流I与电压U的关系如图乙所示。由图可知()A．单色光b的频率大于a的频率B．单色光a和c的光子能量相同，但a光强度更强些C．单色光a的遏止电压小于单色光b的遏止电压D．随着电压的增大，光电流不断增大ABC解题指导：两条线索：(1)通过频率分析：光子频率高→光子能量大→产生光电子的最大初动能大。(2)通过光的强度分析：入射光强度大→光子数目多→产生的光电子多→光电流大。解析：由图乙可知，单色光b照射后遏止电压较大，根据Ekm＝eUc知，b光照射后产生的光电子最大初动能较大，根据光电效应方程Ekm＝hν－W0得，b光的频率大于a光的频率，故A正确，C正确；a、c两光照射后遏止电压相同，知产生的光电子最大初动能相等，可知a、c两光的频率相等，光子能量相等，由于a光的饱和电流较大，则a光的强度较大，故B正确；随着正向电压的增大，光电流增大，增大到一定程度，电流达到饱和，不再增大，故D错误。故选A、B、C。二、光的波粒二象性1．大量光子产生的效果显示出波动性，比如干涉、衍射现象中，如果用强光照射，在光屏上立刻出现了干涉、衍射条纹，波动性体现了出来；个别光子产生的效果显示出粒子性。如果用微弱的光照射，在屏上就只能观察到一些分布毫无规律的光点，粒子性充分体现；但是如果微弱的光在照射时间加长的情况下，在感光底片上的光点分布又会出现一定的规律性，倾向于干涉、衍射的分布规律。这些实验为人们认识光的波粒二象性提供了良好的依据。2．光子和电子、质子等实物粒子一样，具有能量和动量。和其他物质相互作用时，粒子性起主导作用。3．光子的能量与其对应的频率成正比，而频率是波动性特征的物理量，因此E＝hν，揭示了光的粒子性和波动性之间的密切联系。4．对不同频率的光，频率低、波长长的光，波动性特征显著；而频率高、波长短的光，粒子性特征显著。5．光在传播时体现出波动性，在与其他物质相互作用时体现出粒子性。处理光的波粒二象性问题的关键是正确理解其二象性，搞清光波是一种概率波。(多选)下列叙述的情况正确的是()A．光的粒子性说明每个光子就像一个极小的球体B．光波是与橡皮绳形成的绳波相似的波C．光具有粒子性，它和其他物质作用是“一份一份”进行的D．光子在空间各点出现的可能性大小(概率)，可以用波动的规律来描述解题指导：光具有波粒二象性，但不是宏观的粒子和波，在相互作用时表现的粒子性显著，在传播时表现的波动性显著。CD典例2解析：光具有粒子性，但是不同于宏观的物体，即说明每个光子不像一个极小的球体，所以A错误；光具有波动性，但是光波不同于橡皮绳形成的绳波，即B错误；光具有粒子性，它和其他物质作用是“一份一份”进行的，即C正确；光在传播的过程中，光子在空间各点出现的可能性大小(概率)，可以用波动的规律来描述，即D正确。触及高考演练从历年高考试题看，有关本章内容的考题多以选择、填空的形式出现，难度不大，均属基本题。其中命题率较高的知识点是光电效应。一、考题真题探析(2018·全国卷Ⅱ，17)用波长为300nm的光照射锌板，电子逸出锌板表面的最大初动能为1.28×10－19J。已知普朗克常量为6.63×10－34J·s，真空中的光速为3.00×108m·s－1。能使锌产生光电效应的单色光的最低频率约为()A．1×1014HzB．8×1014HzC．2×1015HzD．8×1015HzB例题解析：设单色光的最低频率为ν0，由Ek＝hν－W知Ek＝hν1－W,0＝hν0－W，又知ν1＝cλ整理得ν0＝cλ－Ekh，解得ν0≈8×1014Hz。二、临场真题练兵一、选择题1．(2019·天津卷，5)如图为a、b、c三种光在同一光电效应装置中测得的光电流和电压的关系。由a、b、c组成的复色光通过三棱镜时，下述光路图中正确的是()C解析：由爱因斯坦光电效应方程可知Ekm＝hν－W0，又eUc＝Ekm，则eUc＝hν－W0，结合图象可知三种光的折射率大小关系为nbncna，a、b、c组成的复色光通过三棱镜时，折射率越大，偏折角度越大，则C正确，ABD错误。2．(2019·北京卷，19)光电管是一种利用光照射产生的电流的装置，当入射光照在管中金属板上时，可能形成光电流。表中给出了6次实验的结果。组次入射光子的能量/eV相对光强光电流大小/mA逸出光电子的最大动能/eV第一组1234.04.04.0弱中强2943600.90.90.9第二组4566.06.06.0弱中强2740552.92.92.9由表中数据得出的论断中不正确的是()A．两组实验采用了不同频率的入射光B．两组实验所用的金属板材质不同C．若入射光子的能量为5.0eV，逸出光电子的最大动能为1.9eVD．若入射光子的能量为5.0eV，相对光强越强，光电流越大解析：由于光子的能量E＝hν，又入射光的能量不同，故入射光子的频率不同，A项正确；由爱因斯坦光电效应方程hν＝W＋Ek，可求出两组实验的逸出功均为3.1eV可知，两组实验所用的金属板材质相同，B项错误；由hν＝W＋Ek，逸出功W＝3.1eV可知，若入射光子能量为5.0eV，则逸出光电子的最大动能为1.9eV，C项正确；相对光强越强，单位时间内射出的光子数越多，单位时间内逸出的光电子数越多，形成的光电流越大，故D项正确。B二、非选择题3．(2019·江苏卷，12)在“焊接”视网膜的眼科手术中，所用激光的波长λ＝6.4×10－7m，每个激光脉冲的能量E＝1.5×10－2J。求每个脉冲中的光子数目。(已知普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，光速c＝3×108m/s。计算结果保留一位有效数字)解析：光子能量ε＝hcλ光子数目n＝Eε代入数据得n＝5×1016。答案：5×1016