波粒二象性知識講解

1、目標(biāo)認(rèn)知學(xué)習(xí)目標(biāo)1、了解事物的連續(xù)性與分立性是相對的 2、了解光既具有波動(dòng)性，又具有粒子性 3、了解光是一種概率波學(xué)習(xí)重點(diǎn)和難點(diǎn)1.光具有波粒二象性2.光是一種概率波 知識要點(diǎn)梳理知識點(diǎn)一黑體與黑體輻射要點(diǎn)詮釋：1、熱輻射固體或液體，在任何溫度下都在發(fā)射各種波長的電磁波，這種由于物體中的分子、原子受到激發(fā)而發(fā)射電磁波的現(xiàn)象稱為熱輻射。對熱輻射的初步認(rèn)識：任何物體任何溫度均存在熱輻射。輻射強(qiáng)度按波長的分布情況隨物體的溫度而有所不同，這是熱輻射的一種特性。對于一般材料的物體，溫度越高，熱輻射的波長越短、強(qiáng)度越強(qiáng)。物體在室溫時(shí)熱輻射的主要成分是波長較長的電磁波，不能引起人的視覺。當(dāng)溫度升高時(shí)，熱輻射

2、中較短波長的成分越來越強(qiáng)。例如投在爐中的鐵塊由于不斷加熱，鐵塊依次呈現(xiàn)暗紅、赤紅、橘紅等顏色，直至成為黃白色。熱輻射強(qiáng)度還與材料的種類、表面狀況有關(guān)。熱輻射的過程中將熱能轉(zhuǎn)化為電磁能。2、黑體與黑體輻射能夠完全吸收入射的各種波長的電磁波而不發(fā)生反射的物體稱為絕對黑體，簡稱黑體。不透明的材料制成帶小孔的的空腔,可近似看作黑體。如果在一個(gè)空腔壁上開一個(gè)很小的孔，如圖所示，那么射入小孔的電磁波在空腔內(nèi)表面發(fā)生多次反射和吸收，最終不能從空腔射出，這個(gè)小孔就成為了一個(gè)絕對黑體。 對上圖中的空腔加熱，空腔內(nèi)的溫度升高，小孔就成了不同溫度下的導(dǎo)體，從小孔向外的輻射就是黑體輻射。 研究黑體輻射的規(guī)律是了解一般

3、物體熱輻射性質(zhì)的基礎(chǔ)。實(shí)驗(yàn)表明黑體輻射強(qiáng)度按波長的分布只與黑體的溫度有關(guān)。利用分光技術(shù)和熱電偶等設(shè)備就能測出它所輻射的電磁波強(qiáng)度按波長的分布情況。如下圖畫出了四種溫度下黑體熱輻射的強(qiáng)度與波長的關(guān)系： 從中可以看出，隨著溫度的升高，一方面各種波長的輻射強(qiáng)度都有增加；另一方面，輻射強(qiáng)度的極大值向波長較短的方向移動(dòng)。對實(shí)驗(yàn)規(guī)律的解析：物體中存在著不停運(yùn)動(dòng)的帶電微粒，每個(gè)帶電微粒的振動(dòng)都產(chǎn)生變化的電磁場，從而產(chǎn)生電磁輻射。人們很自然地要依據(jù)熱力學(xué)和電磁學(xué)的知識尋求黑體輻射的解釋。德國物理學(xué)家維恩在1896年、英國物理學(xué)家瑞利在1900年分別提出了輻射強(qiáng)度按波長分布的理論公式。維恩公式在短波區(qū)與實(shí)驗(yàn)非常

4、接近，在長波區(qū)則與實(shí)驗(yàn)偏離很大；瑞利公式在長波區(qū)與實(shí)驗(yàn)基本一致，但在短波區(qū)與實(shí)驗(yàn)嚴(yán)重不符。而且當(dāng)波長趨于零時(shí)，輻射竟變成無窮大，這顯然是荒謬的。由于波長很小的輻射處于紫外線波段，故而由理論得出的這種荒謬結(jié)果被認(rèn)為是物理學(xué)理論的災(zāi)難，當(dāng)時(shí)被稱為紫外災(zāi)難。為了得出同實(shí)驗(yàn)符合的黑體輻射公式，1900年底，德國物理學(xué)家普朗克提出了能量子的概念。3、能量子輻射黑體分子、原子的振動(dòng)可看作諧振子，這些諧振子可以發(fā)射和吸收輻射能。但是這些諧振子只能處于某些分立的狀態(tài)，在這些狀態(tài)中，諧振子的能量并不象經(jīng)典物理學(xué)所允許的可具有任意值。相應(yīng)的能量是某一最小能量（稱為能量子）的整數(shù)倍，即：, 1, 2, 3, . n

5、. n為正整數(shù)，稱為量子數(shù)。對于頻率為的諧振子最小能量為=h，其中是電磁波的頻率，h是一個(gè)常量，后被稱為普朗克常量，其值為h=6.626×10-34J·s。注意：宏觀世界中我們說的能量值是連續(xù)的，而普朗克的假設(shè)則認(rèn)為微觀粒子的能量是量子化的，或者說微觀粒子的能量是分立的。借助于能量子的假設(shè)，普朗克得出了黑體輻射的強(qiáng)度按波長分布的公式，如圖所示，與實(shí)驗(yàn)符合令人擊掌叫絕。 知識點(diǎn)二光電效應(yīng)要點(diǎn)詮釋：1、光電效應(yīng)現(xiàn)象在光（包括不可見光）的照射下從物體發(fā)射出電子的現(xiàn)象，叫光電效應(yīng)。光電效應(yīng)中發(fā)射出來的電子叫光電子。光電子定向移動(dòng)形成的電流叫光電流。研究光電效應(yīng)規(guī)律的實(shí)驗(yàn)裝置如圖，陰

6、極K和陽極A 是密封在真空玻璃管中的兩個(gè)電極，K在受到光照時(shí)能夠發(fā)射光電子。電源加在K與A之間的電壓大小可以調(diào)整，正負(fù)極也可以對調(diào)。電源按圖示極性連接時(shí)，陽極A吸收陰極K發(fā)出的光電子，在電路中形成了光電流。利用這個(gè)圖示的電路就可以研究光電流和照射光的強(qiáng)度、光的頻率（顏色）等物理量之間的關(guān)系。2、光電效應(yīng)規(guī)律（1）存在著飽和光電流Is與入射光強(qiáng)度成正比。 a.在光照條件不變的情況下，隨著所加電壓的增加，光電流趨于一個(gè)飽和值 b.入射光越強(qiáng)，飽和電流越大 如果用一定頻率和強(qiáng)度的單色光照射陰極K，改變加在A和K兩極間的電壓U，測量光電流I的變化，則可得如圖所示的伏安特性曲線。實(shí)驗(yàn)表明：光電流I隨正向

7、電壓U的增大而增大，并逐漸趨于其飽和值Is；而且飽和電流Is的大小與入射光強(qiáng)度成正比。這一實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以解釋為，控制入射光的強(qiáng)度、頻率不變時(shí)，從陰極K射出的電子的數(shù)目和初速度相同，當(dāng)增加電壓時(shí)射到陽極A的電子的速度增大，根據(jù)Inqvs可知電流增大，但速度增大不能無限地增大，最大速度是光速，所以電流存在飽和值。當(dāng)光電流達(dá)到飽和時(shí)，陰極K上所有逸出的光電子全部飛到了陽極A上，即：Is= ne，其中n是單位時(shí)間內(nèi)陰極K上逸出的光電子數(shù)。控制電壓和光的頻率不變，增大入射光的強(qiáng)度，n增大，飽和電流越大。因此光電效應(yīng)的上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果也可以表述為：單位時(shí)間內(nèi)從金屬表面逸出的光電子數(shù)目與入射光強(qiáng)度成正比。 （2）

8、存在著遏止電壓和截止頻率a.當(dāng)所加電壓為零時(shí)，電流I并不為零只有施加反向電壓，電流才有可能為零由上圖可見，A和K兩極間的電壓為零時(shí)，光電流并不為零，只有當(dāng)兩極間加了反向電壓U=-UC<0時(shí)，光電流I才為零，UC稱為遏止電壓(或截止電壓)。實(shí)驗(yàn)表明：對于一定顏色（頻率）的光，無論光的強(qiáng)弱如何，遏止電壓都是一樣的。光的頻率改變時(shí)，遏止電壓也會(huì)改變。這表明光電子的最大初動(dòng)能與入射光的強(qiáng)度無關(guān)，隨入射光頻率的增加而增加。b.當(dāng)入射光的頻率減小到某個(gè)值0時(shí)，即使不施加反向電壓也沒有光電流，表明已經(jīng)沒有光電子了當(dāng)入射光的頻率減小到某一數(shù)值0時(shí)，UC減小到零，既不施加反向電壓也沒有光電流，這表明已經(jīng)沒

9、有光電子了。若入射光頻率再降低，則無論光的強(qiáng)度多大，都沒有光電子產(chǎn)生，不發(fā)生光電效應(yīng)。這個(gè)由陰極金屬材料性質(zhì)決定的頻率0，稱為金屬的截止頻率（或極限頻率）。不同的金屬極限頻率不同，對于同一種金屬，只有當(dāng)入射光頻率大于一定的極限頻率0時(shí)，才會(huì)產(chǎn)生光電效應(yīng)。結(jié)論：光電子的能量與入射光的頻率有關(guān)，而與入射光的強(qiáng)弱無關(guān)，當(dāng)入射光的頻率低于極限頻率時(shí)不能發(fā)生光電效應(yīng)。不同金屬的極限頻率不同。（3）光電效應(yīng)是瞬時(shí)發(fā)生的。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，只要入射光的頻率>0，無論光多么微弱，從光照射陰極到光電子逸出，這段時(shí)間不超過10-9s。光電效應(yīng)的發(fā)生時(shí)間如此之短，通常稱它是瞬時(shí)發(fā)生的。3、波動(dòng)理論解釋光電效應(yīng)規(guī)律的疑

10、難但是按照波動(dòng)理論，應(yīng)得出如下結(jié)論：光越強(qiáng)，光電子的初動(dòng)能應(yīng)該越大，所以遏制電壓UC 應(yīng)該和光的強(qiáng)弱有關(guān)，但事實(shí)是在入射光的頻率相同的情況下，改變?nèi)肷涔獾膹?qiáng)度，遏制電壓不變；不管光的頻率如何，只要光足夠強(qiáng)，電子就可獲得足夠能量從而逸出表面，不應(yīng)存在截止頻率，但事實(shí)上存在截止頻率，當(dāng)入射光的頻率小于截止頻率時(shí)，無論入射光多么強(qiáng)，都不會(huì)看到光電效應(yīng)；如果光很弱，按照經(jīng)典電磁理論估算，電子需要幾分鐘或者十幾分鐘的時(shí)間才能獲得逸出表面所需要的能量，這些結(jié)論都與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相矛盾。 眾多的疑難呼喚著新的思想，新的觀念，新的理論。知識點(diǎn)三愛因斯坦的光電效應(yīng)方程要點(diǎn)詮釋：1、新理論的誕生光子說（1）背景普朗克在

11、研究熱輻射規(guī)律時(shí)發(fā)現(xiàn)，只有認(rèn)為電磁波的發(fā)射和吸收是不連續(xù)的，而是一份一份地進(jìn)行的，理論計(jì)算的結(jié)果才能和實(shí)驗(yàn)事實(shí)相符。每一份能量叫做一個(gè)能量子，每個(gè)能量子的能量為=h。 受普朗克的啟發(fā)，愛因斯坦認(rèn)為：光在空間傳播正向粒子那樣運(yùn)動(dòng)，這個(gè)粒子后來被稱為“光子”（2）內(nèi)容 空間傳播的光不是連續(xù)的，是一份一份的，每一份叫一個(gè)光子，每個(gè)光子的能量為=h。（3）愛因斯坦的光子與普朗克的能量子的異同 相同點(diǎn)：都認(rèn)為能量是不連續(xù)的，而是一份一份的，每一份能量為=h。（能量量子化）不同點(diǎn)：普朗克認(rèn)為能量子仍以波的形式傳播；愛因斯坦認(rèn)為光子在空間的傳波向粒子一樣。注意：愛因斯坦的光子與牛頓的粒子有著本質(zhì)的不同。光子

12、是只有能量而無靜止質(zhì)量的粒子，而牛頓的粒子是指實(shí)物粒子。2、光子說對光電效應(yīng)的解釋光是由一個(gè)個(gè)光子組成，被光子“打中”的電子，這個(gè)光子的能量就全部給這個(gè)電子，而沒有被光子“打中”的電子，則一點(diǎn)能量也沒有獲得。得到能量的電子，動(dòng)能立即增大，而不需要積累能量的過程。如果這個(gè)能量足夠大，則電子就掙脫金屬的束縛而射出來，即產(chǎn)生光電效應(yīng)；如果這個(gè)能量不足以掙脫金屬的束縛，則不能產(chǎn)生光電效應(yīng)。頻率一定時(shí)，光強(qiáng)越大，即光子的數(shù)目越多，獲得能量的電子也越多，即光電子的數(shù)目與光強(qiáng)成正比。3、愛因斯坦的光電效應(yīng)方程（1）逸出功：使電子脫離某種金屬所做功的最小值當(dāng)光子照射到金屬上時(shí)，它的能量可以被金屬中的某個(gè)電子全

13、部吸收，電子吸收光子的能量后，動(dòng)能就增加了，如果電子的動(dòng)能足夠大，能夠克服內(nèi)部原子對它的引力，就可以離開金屬表面逃逸出來，成為光電子，這就是光電效應(yīng)。電子吸收光子的能量后可能向各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，有的向金屬內(nèi)部運(yùn)動(dòng)，并不出來。向金屬表面運(yùn)動(dòng)的電子，經(jīng)過的路程不同，途中損失的能量也不同，因此從表面出來時(shí)的初動(dòng)能不同。只有直接從金屬表面出來的光電子才具有最大初動(dòng)能。這些光電子克服金屬原子的引力所做的功叫做逸出功。（2）光電效應(yīng)方程根據(jù)能量守恒定律，光電子的最大初動(dòng)能mvm2跟入射光子的能量h和逸出功W之間有如下關(guān)系：mvm2 = h- W這個(gè)方程叫愛因斯坦的光電效應(yīng)方程。對于一定的金屬來說，逸出功W的值

14、是一定的。所以入射光子的頻率越大，光電子的最大初動(dòng)能也越大。在入射光頻率一定時(shí)，如果入射光比較強(qiáng)，即單位時(shí)間內(nèi)入射的光子數(shù)目多，產(chǎn)生的光電子也多，所以光電流的飽和值也大。4、光電效應(yīng)的應(yīng)用利用光電效應(yīng)可以把光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，?dòng)作迅速靈敏，因此利用光電效應(yīng)制作的光電器件在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)技術(shù)和文化生活領(lǐng)域內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用。光電管就是應(yīng)用最普遍的一種光電器件。光電管的類型很多，如圖所示為其中的一種。玻璃泡里的空氣已經(jīng)抽出，有的管里充有少量的惰性氣體。管的內(nèi)壁涂有逸出功小的金屬作為陰極。管內(nèi)另有一陽極A。當(dāng)光照射到光電管的陰極K時(shí)，陰極發(fā)射電子，電路里就產(chǎn)生由a到b的電流。知識點(diǎn)四康普頓效應(yīng)要點(diǎn)

15、詮釋：1、光的散射光在介質(zhì)中與物質(zhì)微粒相互作用，因而傳播方向發(fā)生改變，這種現(xiàn)象叫做光的散射。2、康普頓效應(yīng)英國物理學(xué)家康普頓在研究石墨對X射線的色散時(shí)，發(fā)現(xiàn)在色散的X射線中，除了與入射波長0相同的成分外，還有波長大于0的成分，這個(gè)現(xiàn)象稱為康普頓效應(yīng)。能不能把光看成波而解釋這個(gè)現(xiàn)象呢？不能，因?yàn)楣馐请姶挪?，入射光將引起物質(zhì)內(nèi)部帶電微粒的受迫振動(dòng)，振動(dòng)著的帶電微粒從入射光吸收能量，并向四周輻射。這就是散射光。散射光的頻率應(yīng)該等于入射光的頻率，因而散射光的波長與入射光的波長應(yīng)該相同，不應(yīng)出現(xiàn)>0的散射光，綜上所述，若將入射光看成是波的話，那么散射光的波長和入射光的波長相同，不會(huì)出現(xiàn)>0的

16、散射光，即經(jīng)典理論與實(shí)驗(yàn)事實(shí)出現(xiàn)了矛盾。康普頓用光子的概念十分成功地解釋了這種效應(yīng)，他的基本思想是，X射線不僅具有能量，也像其他粒子那樣，具有動(dòng)量，X射線的光子與晶體中的電子發(fā)生碰撞時(shí)，不僅要遵守能量守恒定律而且要遵守動(dòng)量守恒定律，求解這些方程，可以得出散射光波長的變化量，理論結(jié)果和實(shí)驗(yàn)符合得很好。光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)深入地解釋了光的粒子性的一面。前者表明光子具有能量，后者表明光子除了能量之外還具有動(dòng)量。3、光子的動(dòng)量一定的質(zhì)量m與一定的能量E相對應(yīng)：E=mc2光子的能量E=h借用質(zhì)子、電子的動(dòng)量定義p=mv有：在康普頓效應(yīng)中，當(dāng)入射的光子與晶體中的電子碰撞時(shí)，要把一部分動(dòng)量轉(zhuǎn)移給電子，因而光

17、子動(dòng)量變小。從p=h/看，動(dòng)量p減小意味著波長變大，因此有些光子散射后波長變大。知識點(diǎn)五粒子的波動(dòng)性要點(diǎn)詮釋：1、光的波粒二象性光的干涉、衍射和偏振等現(xiàn)象無可爭辯地表明光具有波動(dòng)性；而光電效應(yīng)又無可爭辯地表明光是具有能量的光子流，也就是說光具有粒子性。從古代光的微粒說，到托馬斯·楊和菲涅爾的光的波動(dòng)說，從麥克斯韋的光的電磁理論，到愛因斯坦的光子理論，我們可以看出：光既有波動(dòng)性，又具有粒子性，即光具有波粒二象性，這就是光的本性。（1）大量光子的傳播規(guī)律體現(xiàn)波動(dòng)性；個(gè)別光子的行為體現(xiàn)為粒子性。（2）頻率越低，波長越長的光，波動(dòng)性越顯著；頻率越高，波長越短的波，粒子性越顯著。（3）可以把光

18、的波動(dòng)性看做是表明大量光子運(yùn)動(dòng)規(guī)律的一種概率波。2、粒子的波動(dòng)性1924年，法國物理學(xué)家德布羅意把光的波粒二象性推廣到實(shí)物粒子，如電子、質(zhì)子等。他提出：實(shí)物粒子也具有波動(dòng)性，即每一個(gè)運(yùn)動(dòng)的粒子都與一個(gè)對應(yīng)的波相聯(lián)系,而且粒子的能量和動(dòng)量p跟它所對應(yīng)的波的頻率和波長之間，也向光子跟光波一樣，遵從如下關(guān)系：=hp=mv=h/由于這種波不是由電磁場引起，而是由實(shí)物的運(yùn)動(dòng)形成，這種與實(shí)物粒子相聯(lián)系的波后來稱為物質(zhì)波，亦稱德布羅意波，而=h/mv=h/p稱為德布羅意波長公式。說明：物質(zhì)波是一種概率波，在一般情況下，對于電子和其它微觀粒子，不能用確定的坐標(biāo)來描述它們的位置，也無法用軌道描述它們的運(yùn)動(dòng)，但是

19、它們在空間各處出現(xiàn)的概率是受波動(dòng)規(guī)律支配的，故物質(zhì)波也是一種概率波。3、物質(zhì)波的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證光的干涉和衍射是光具有波動(dòng)性的有力證據(jù)。因此如果電子、原子等實(shí)物粒子也真的具有波動(dòng)性，那么他們就應(yīng)該像光波那樣也能發(fā)生干涉和衍射現(xiàn)象。這是驗(yàn)證物質(zhì)波是否存在的一條途徑。1927年，英國物理學(xué)家G·P·湯姆遜用電子束穿過很薄的金屬片，觀察到了電子的衍射圖樣，從而證實(shí)了電子的波動(dòng)性。宏觀物體的質(zhì)量比微觀粒子大得多，它們運(yùn)動(dòng)時(shí)的動(dòng)量很大，對應(yīng)的德布羅意波長很小，所以平常根本無法觀察到它們的波動(dòng)性。知識點(diǎn)六概率波與不確定關(guān)系要點(diǎn)詮釋：1、概率波光既表現(xiàn)出波動(dòng)性又表現(xiàn)出粒子性，很難用宏觀世界的觀念

20、來認(rèn)識，必須從微觀的角度建立起光的行為圖景，認(rèn)識光的波粒二象性。如在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，光子通過雙縫后，對某一個(gè)光子而言，其運(yùn)動(dòng)是不可控制的，但對大量光子而言，它們落在光屏上的位置又有規(guī)律性，即某些區(qū)域光子落點(diǎn)多，另一些區(qū)域光子落點(diǎn)少，落點(diǎn)多的區(qū)域就是亮條紋，落點(diǎn)少的區(qū)域就是暗條紋。這說明大量光子產(chǎn)生的效果顯示出波動(dòng)性，個(gè)別光子產(chǎn)生的效果顯示出粒子性。光的波動(dòng)性不是光子之間的相互作用引起的，而是光子自身具有的屬性。光子在空間出現(xiàn)的概率可以通過波動(dòng)的規(guī)律確定。因此說光波是一種概率波。對于電子和其他微觀粒子，由于同樣具有波粒二象性，所以與它們聯(lián)系的物質(zhì)波和光波一樣，也是概率波。也就是說單個(gè)粒子的位置是

21、不確定的，但在某點(diǎn)附近出現(xiàn)的概率的大小可以由波動(dòng)的規(guī)律確定。對于大量粒子，這種概率分布導(dǎo)致確定的宏觀結(jié)果，例如衍射條紋的分布等。2、不確定關(guān)系在經(jīng)典力學(xué)中，描述粒子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)在于確定任一時(shí)刻粒子的位置和動(dòng)量，這種描述，在宏觀領(lǐng)域是可行的，而在微觀世界就根本不適用。原因在于粒子具有波粒二象性，在同一時(shí)刻，粒子的坐標(biāo)和動(dòng)量就不可能都具有確定的值。從光的單縫衍射實(shí)驗(yàn)可以看出，屏上的亮點(diǎn)實(shí)際反映了粒子(光子)到達(dá)該點(diǎn)的概率，入射的粒子可以認(rèn)為有確定的動(dòng)量，但它們可以處于擋板左側(cè)的任何位置，粒子在擋板左側(cè)的位置是完全不確定的。對于通過擋板的粒子來說，它們的位置被狹縫限定了，它們的位置不確定量減小了，不過

22、我們?nèi)圆荒軠?zhǔn)確地說出射到屏上的粒子在通過狹縫時(shí)的準(zhǔn)確位置，因?yàn)楠M縫有一定的寬度a，從這兒可以看出，粒子動(dòng)量的不確定性增加了。利用數(shù)學(xué)方法可以對微觀粒子的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行分析，如果以x表示粒子的位置的不確定量，用p表示粒子在x方向上的動(dòng)量的不確定量，可以得出：，式中的h是普朗克常量，這就是著名的不確定關(guān)系。規(guī)律方法指導(dǎo)1、發(fā)生光電效應(yīng)的幾個(gè)特點(diǎn)（1）瞬時(shí)性. 從光照到放出電子幾乎是同時(shí)的，與照射光強(qiáng)度及頻率無關(guān)。（2）對應(yīng)性. 金屬表面每吸收一個(gè)光子就釋放一個(gè)電子。（3）頻率條件. 0（0為極限頻率，逸出功Wh0）。 2、在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)規(guī)律中，有兩個(gè)關(guān)系（1）光電效應(yīng)的最大初動(dòng)能隨入射光頻率的增大而增大

23、；（2）光電流的強(qiáng)度跟入射光強(qiáng)度成正比。注意第一個(gè)關(guān)系中并不是成正比，而第二個(gè)關(guān)系是成正比，根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程,對于某一金屬而言，逸出功W是一定的，普朗克恒量h是一常數(shù)，故從上式可以看出，最大初動(dòng)能與放射光頻率是成一次函數(shù)關(guān)系，確實(shí)不是成正比的，光電流的強(qiáng)度是由從金屬表面逸出的光電子數(shù)目決定的，而從金屬表面逸出的光電子數(shù)目是由入射光的數(shù)目決定的，所以我們?nèi)菀淄频茫怆娏鞯膹?qiáng)度跟入射光的強(qiáng)度成正比。更加清楚的邏輯推理見下圖：入射光的強(qiáng)度可理解為在單位時(shí)間內(nèi)單位面積上所受的光子總能量，設(shè)入射光頻率為 ，則，其中主要的量是入射光子的數(shù)目。3、光既有波動(dòng)性，又具有粒子性，即光具有波粒二象性，這就

24、是光的本性。（1）大量光子的傳播規(guī)律體現(xiàn)波動(dòng)性；個(gè)別光子的行為體現(xiàn)為粒子性。（2）頻率越低，波長越長的光，波動(dòng)性越顯著；頻率越高，波長越短的波，粒子性越顯著。（3）可以把光的波動(dòng)性看做是表明大量光子運(yùn)動(dòng)規(guī)律的一種概率波。典型例題透析類型一光的本性的認(rèn)識1、關(guān)于光的本性，下列說法中正確的是（）A、關(guān)于光的本性，牛頓提出微粒說，惠更斯提出波動(dòng)說，愛因斯坦提出光子說，它們都說明了光的本性B、光具有波粒二象性是指：既可以把光看成宏觀概念上的波，也可以看成微觀概念上的粒子C、光的干涉、衍射現(xiàn)象說明光具有波動(dòng)性，光電效應(yīng)說明光具有粒子性D、光的波粒二象性是將牛頓的波動(dòng)說和惠更斯的粒子說真正有機(jī)地統(tǒng)一起來解

25、析：光具有波粒二象性，這是現(xiàn)代物理學(xué)關(guān)于光的本性的認(rèn)識，光的波粒二象性不同于牛頓提出的微粒說和惠更斯的波動(dòng)說，是愛因斯坦的光子說和麥克斯韋的電磁說的統(tǒng)一。光的干涉、衍射現(xiàn)象說明光具有波動(dòng)性，光電效應(yīng)說明光具有粒子性，故A，B，D錯(cuò)誤，C對。答案：C總結(jié)升華：光既有波動(dòng)性，又具有粒子性，即光具有波粒二象性，這就是光的本性。變式練習(xí)【變式】關(guān)于光的波粒二象性的說法中，正確的是：（ ）A. 有的光是波，有的光是粒子 B. 光子與電子是同樣的一種粒子C. 光的波長越長，其波動(dòng)性就越顯著；波長越短，其粒子性就越顯著D. 光子的數(shù)量越少波動(dòng)性就越顯著；光子的數(shù)量越多粒子性就越顯著解析：光具有波粒二象性，不

26、能分割開來；光是一種電磁波，而電子是實(shí)物粒子，二者不能混淆；大量光子的行為往往體現(xiàn)為波動(dòng)性，少數(shù)光子的行為表現(xiàn)為粒子性；波長越長，波動(dòng)性越顯著，波長越短，粒子性越顯著。選項(xiàng)C正確。類型二光電效應(yīng)規(guī)律2、入射光照射到某金屬表面上發(fā)生光電效應(yīng)，若入射光的強(qiáng)度減弱，而頻率保持不變，那么：（ ）A、從光照至金屬表面上到發(fā)射出光電子之間的時(shí)間間隔將明顯增加；B、逸出的光電子的最大初動(dòng)能將減小；C、單位時(shí)間內(nèi)從金屬表面逸出的光電子數(shù)目將減少；D、有可能不發(fā)生光電效應(yīng)；解析：考察光電效應(yīng)的規(guī)律。光電效應(yīng)的發(fā)生時(shí)間極短，小于，與光強(qiáng)無關(guān)，不會(huì)出現(xiàn)時(shí)間間隔明顯增加的現(xiàn)象；逸出的光電子的最大初動(dòng)能與入射光的強(qiáng)度無

27、關(guān)，對于一種金屬而言，只和入射光的頻率有關(guān)，根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程，最大初動(dòng)能與入射光頻率之間的關(guān)系為；在入射光頻率大于極限頻率時(shí)，發(fā)生光電效應(yīng)，單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子個(gè)數(shù)與光強(qiáng)成正比，因此當(dāng)入射光減弱時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子個(gè)數(shù)也減少；能否發(fā)生光電效應(yīng)與光強(qiáng)無關(guān)，只要入射光頻率大于極限頻率就能發(fā)生。選C。變式練習(xí)【變式】已知銫的極限頻率為4.545×1014Hz,鈉的極限頻率為6.0×1014Hz,銀的極限頻率為1.153×1015Hz，鉑的極限頻率為1.529×1015Hz。當(dāng)用波長為0.375um的光照射它們時(shí)，可能發(fā)生光電效應(yīng)的是_。解析：由

28、C可算出照射光的頻率=Hz8.0×1014Hz照射光的頻率大于銫和鈉的極限頻率，銫和鈉可發(fā)生光電效應(yīng)。答案：銫和鈉3、研究光電效應(yīng)規(guī)律的實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示，以頻率為的光照射光電管陰極K時(shí)，有光電子產(chǎn)生。由于光電管K、A間加的是反向電壓，光電子從陰極K發(fā)射后將向陽極A作減速運(yùn)動(dòng)，光電流由圖中電流計(jì)G測出，反向電壓U由電壓表V測出。當(dāng)電流計(jì)的示數(shù)恰好為零時(shí)，電壓表的示數(shù)稱為反向截止電壓U0。 在下列表示光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)規(guī)律的圖象中，錯(cuò)誤的是： 解析：本題中的選項(xiàng)A、D不難從光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)規(guī)律作出判斷：光電流與入射光的強(qiáng)度成正比，產(chǎn)生光電效應(yīng)的時(shí)間一般不超過10-9s，故選項(xiàng)A、D的圖象是正確的。由反向截止電壓的概念可知選項(xiàng)C的圖象也是正確的。由題意可知,而由愛因斯坦光電效應(yīng)方程，有,故，與不成正比，選項(xiàng)B的圖象是錯(cuò)誤的。答案：B總結(jié)升華：1、發(fā)生光電效應(yīng)的幾個(gè)特點(diǎn) （1）瞬時(shí)性. 從光照到放出電子幾乎是同時(shí)的，與照射光強(qiáng)度及頻率無關(guān)。（2）對應(yīng)性. 金屬表面每吸收一個(gè)光子就釋放一個(gè)電子。（3）頻率條件. 0（0為極限頻率，逸出功Wh0）。2、在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)規(guī)律中，有兩個(gè)關(guān)系：（1）光電效應(yīng)的最大初動(dòng)能 隨入射光頻率 的增大而增大；（2）光電流的強(qiáng)度跟入射光強(qiáng)度成正比。 變式練習(xí)【變式】對愛因斯坦光電效應(yīng)方程下面的理解正確的有：（ ）A.只要是用同種頻率的