MSDC[1].高中物理 光的粒子性和波粒二象性 （A級）.學(xué)生版-

1、知識點1 光電效應(yīng)1. 光電效應(yīng)實驗鋅板被光照后,驗電器帶正電,說明從鋅板表面上發(fā)射出電子.在光(包括不可見光照射下從物體發(fā)射出電子(光子的現(xiàn)象叫做光電效應(yīng).光的電磁說,使光的理論發(fā)展到相當(dāng)完美的地步,取得了巨大成就,但是并不能解釋所有的光現(xiàn)象,光電效應(yīng)現(xiàn)象的出現(xiàn),光的電磁說遇到了不可克服的困難.2. 光電效應(yīng)結(jié)論(1任何一種金屬,都有一個極限頻率,入射光的頻率必須大于這個極限頻率,才能產(chǎn)生光電效應(yīng);低于這個頻率的光不能產(chǎn)生光電效應(yīng).(2光電子的最大初動能與入射光的強度無關(guān),只隨入射光的頻率的增大而增大.(3入射光照到金屬上時,光電子的發(fā)射幾乎是瞬時的,一般不超過910s -.(4當(dāng)入射光的頻

2、率大于極限頻率時,光電流的強度與入射光的強度成正比.3. 光電效應(yīng)與光的電磁說的沖突光的電磁說不能解釋前三條實驗結(jié)論.(1按照光的電磁說,光是電磁波,是變化的電場與變化的磁場的傳播.入射光照射到金屬上時,金屬中的自由電子受變化電場的驅(qū)動力作用而做受迫振動,增大入射光的強度,光波的振幅增大,當(dāng)電子做受迫振動的振幅足夠大時,總可掙脫金屬束縛而逸出,成為光電子,不應(yīng)存在極限頻率.(2按照光的電磁說,光的強度應(yīng)由光波的振幅決定,因此光電子的最大初動能應(yīng)與入射光的強度有關(guān).(3按照光的電磁說,光電子的產(chǎn)生需要較長的時間而不是瞬間.4. 光子說1900年德國物理學(xué)家普朗克在研究“電磁場輻射的能量分布”時發(fā)

3、現(xiàn),只有認(rèn)為電磁波的發(fā)射和吸收不是連續(xù)的,而是一份一份地進行的,每一份的能量等于h ,理論計算的結(jié)果才能跟實驗事實完全符合.普朗克恒量346.6310J s h -=.愛因斯坦在上述學(xué)說的啟發(fā)下,于1905年提出光的光子說,在空間傳播的光也不是連續(xù)的,而是一份一份的,每一份叫做一個光子,光子的能量與頻率成正比. 光子說對光電效應(yīng)的解釋:光子的能量只與光的頻率有關(guān),金屬中的電子吸收的光子的頻率越大,電知識框架 光的粒子性及波粒二象性 子獲得的能量也就越多,當(dāng)能量足以使電子擺脫金屬束縛時就能從金屬表面逸出,成為光電子.因而存在一個能使電子獲得足夠能量的頻率,即極限頻率.上述解釋同樣能解釋光電效應(yīng)第

4、二條結(jié)論.電子吸收了光子后,動能立刻就增加了,不需要能量的積累過程,因此光電子的發(fā)射幾乎是瞬時的.根據(jù)能量守恒定律: k E W =-(光電方程5. 光電效應(yīng)的規(guī)律(1入射光越強,飽和光電流就越大,也就是單位時間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)越多.即光電流強度與入射光的強度成正比.光電效應(yīng)規(guī)律中“光電流的強度”指的是光電流的飽和值.因為光電流未達(dá)到飽和值之前,其大小不僅與入射光的強度有關(guān),還與光電管兩極間的電壓有關(guān).只有在光電流達(dá)到飽和值以后才和入射光的強度成正比.(2射出的光電子存在最大初動能,最大初動能與光強無關(guān),只隨光的頻率的增大而增大.遏止電壓:使光電流減小到零的反向電壓C U ,21=2e c e

5、 m v eU ,遏止電壓的存在說明光電子具有一定的初速度,遏止電壓隨入射光的頻率改變,與光強無關(guān).(3任何金屬都存在截止頻率,用超過截止頻率的光照射這種金屬才能產(chǎn)生光電效應(yīng),低于截止頻率的光照射,無論光有多強,照射時間有多長,都不會產(chǎn)生光電效應(yīng).(4光電效應(yīng)的瞬時性,產(chǎn)生光電效應(yīng)的時間不會超過10-9s .知識點2 光的波粒二象性1. 波粒二象性光的干涉、衍射、偏振現(xiàn)象和光的電磁說,證明光具有波動性;光電效應(yīng)現(xiàn)象和光子說證明光具有粒子性.無法用其中的一種性質(zhì)解釋所有光現(xiàn)象,所以認(rèn)定光既有粒子性,又有波動性,即具有波粒二象性.2. 波粒二象性的統(tǒng)一不能把光當(dāng)成宏觀概念中的波或粒子,因為宏觀世界

6、的波動性與粒子性是對立的,而光的波動性與粒子性是統(tǒng)一在同一客體光子上了.個別光子表現(xiàn)為粒子性,大量光子的行為表現(xiàn)為波動性;頻率大的光子粒子性明顯,而頻率小的光子波動性明顯;當(dāng)光子和其他物質(zhì)發(fā)生相互作用時往往顯示粒子性,光在傳播過程中往往顯示波動性.3. 光波是一種概率波光的干涉、衍射現(xiàn)象等是大量光子的運動遵守波動規(guī)律的表現(xiàn),亮條紋是光子到達(dá)概率大的地方,暗條紋是光子到達(dá)概率小的地方,因而光波又叫概率波.知識點3 能量的量子化宏觀世界的能量是連續(xù)的,微觀世界里的能量是不連續(xù)的,不是任意值,是量子化的,或者說是分立的.1900年,德國物理學(xué)家普朗克提出能量量子化假說:振動著的帶電微粒的能量只能是某

7、一最小能量的整數(shù)倍,最小能量稱為能量子h =,普朗克常量:346.62610J s h-= 【例1】 用如圖所示的光電管研究光電效應(yīng)的實驗中,用某種頻率的單色光a 照射光電管陰極K ,電流計G 的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn).而用另一頻率的單色光b 照射光電管陰極K時,電流計G 的指針不發(fā)生偏轉(zhuǎn),那么( A .a 光的波長一定大于b 光的波長B .增加b 光的強度可能使電流計G 的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)C .用a 光照射光電管陰極K 時通過電流計G 的電流是由d 到cD .只增加a 光的強度可使通過電流計G 的電流增大【例2】 如圖,當(dāng)電鍵K 斷開時,用光子能量為2.5eV 的一束光照射陰極P ,發(fā)現(xiàn)電 流表讀數(shù)不為零

8、;合上電鍵,調(diào)節(jié)滑動變阻器,當(dāng)電壓表讀數(shù)小于0.60V 時,電流表讀數(shù)仍不為零,當(dāng)電壓表讀數(shù)大于或等于0.60V 時,電流表讀數(shù)為零.由此可知陰極材料的逸出功為( A .1.9eVB .0.6eVC .2.5eVD .3.1eV【例3】 在做光電效應(yīng)的實驗時,某金屬被光照射發(fā)生了光電效應(yīng),實驗測得光電子的最大初動能k E 與入射光的頻率v 的關(guān)系如圖所示,由實驗圖線可 求出( A .該金屬的極限頻率和極限波長B .普朗克常量C .該金屬的逸出功D .單位時間逸出的光電子數(shù)【例4】 別用波長為2和的單色光照射同一金屬板,發(fā)出的光電子的最大初動能之比為1:3.以h 表示普朗克常量,c 表示真空中的

9、光速,則此金屬板的逸出功為( A .34h c B .23hc C .14hc D .4hc 【例5】 一細(xì)束平行光,經(jīng)玻璃三棱鏡折射后分成互相分離的三束光,分別照射到相同的金屬板a 、b 、c上,如圖所示,已知金屬板b 上有光電子逸出,可知( A .板a 上一定有光電子逸出 B .板a 上一定無光電子逸出C .板c 上一定有光電子逸出D .板c 上一定無光電子逸出【例6】 用綠光照射一個光電管,能產(chǎn)生光電效應(yīng)欲使光電子從陰極逸出時的最大初動能增大,應(yīng)( 例題精講A .改用紅光照射B .增大綠光強度C .增大綠光的照射時間D .改用紫光照射【例7】 如圖所示,光電子最大初動能k E 與入射光頻

10、率的關(guān)系圖象,該圖象是研究金屬而得到的,那么:A .該金屬的逸出功為E B .該金屬的逸出功為0h .C .入射光的頻率為02時,產(chǎn)生的光電子的最大初動能為E .D .入射光的頻率為02時,產(chǎn)生的光電子的最大初動能為/2E【例8】 關(guān)于光電效應(yīng)的規(guī)律,下列說法中,不正確的是( A .當(dāng)某種色光照射金屬表面時,能產(chǎn)生光電效應(yīng),則入射光的頻率越大,產(chǎn)生的光電子的最大初動能越大B .當(dāng)某種色光照射金屬表面時,能產(chǎn)生光電效應(yīng),則入射光的強度越大,單位時間內(nèi)產(chǎn)生的光電子數(shù)越多C .同一頻率的光照射不同金屬,如果都能產(chǎn)生光電效應(yīng),則逸出功大的金屬產(chǎn)生的光電子的最大初動能也越大D .對于某金屬,入射光波長必

11、須小于某一極限波長,才能產(chǎn)生光電效應(yīng)【例9】 當(dāng)具有50eV .能量的光子照射到某金屬表面后,從金屬表面逸出的電子具有最大的初動能是15eV .為了使這種金屬產(chǎn)生光電效應(yīng),入射光的最低能量為( A .15eV .B .35eV .C .50eV .D .6.5eV【例10】 頻率為 的光照射某金屬材料,產(chǎn)生光電子的最大初動能為k E .若以頻率為2 的光照射同一種金屬材料,則光電子的最大初動能為_.【例11】 某金屬用頻率為1的光照射時產(chǎn)生的光電子的最大初動能是用頻率為2的光照射時產(chǎn)生的光電子的最大初動能的2倍,則該金屬的逸出功W =_.【例12】 在下列現(xiàn)象中,說明光具有波動性的是( A .

12、光的直線傳播B .光的衍射C .光的干涉D .光電效應(yīng)【例13】 若某光譜線的波長為,則此光譜線中光子的(A .頻率為c B .能量為hc C .動量為h D .質(zhì)量為h c 【例14】 一個德布羅意波長為1的中子和一個德布羅意波長為2的氘核同向正碰后結(jié)合成一個氚核該氚核的德布羅意波長為( A .2121+ B .2121-. C .221+ D .221- 【例15】 已知某單色光的波長為,在真空中光速為c ,普朗克常量為h ,則其能量子的值為( A .c h B .hC .h cD .以上均不正確【例16】 下列有關(guān)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

13、電子是同樣的一種粒子C .光的波長越長,其波動性越顯著;波長越短,其粒子性越顯著D .大量光子的行為往往顯示出粒子性【例17】 關(guān)于光電效應(yīng),以下說法正確的是( A .光電子的最大初動能與入射光的頻率成正比B .光電子的最大初動能越大,形成的光電流越強C .能否產(chǎn)生光電效應(yīng)現(xiàn)象,決定于入射光光子的能量是否大于或等于金屬的逸出功D .用頻率是1的綠光照射某金屬發(fā)生了光電效應(yīng),改用頻率是2的黃光照射該金屬一定不發(fā)生光電效應(yīng) 1、 用綠光照射一光電管,能產(chǎn)生光電效應(yīng),欲使光電子從陰極逸出時最大初動能增大,應(yīng)( A .改用紅光照射B .增大綠光強度C .增大光電管上的加速電壓D .改用紫光照射2、 關(guān)

14、于光電效應(yīng),下列說法正確的是 (填入選項前的字母,有填錯的不得分A .極限頻率越大的金屬材料逸出功越大B .只要光照射的時間足夠長,任何金屬都能產(chǎn)生光電效應(yīng)C .從金屬表面出來的光電子的最大初動能越大,這種金屬的逸出功越小D .入射光的光強一定時,頻率越高,單位時間內(nèi)逸出的光電子數(shù)就越多3、 在做雙縫干涉實驗時,在觀察屏的某處是亮紋,則對光子到達(dá)觀察屏的位置下列說法正確的是:A .到達(dá)亮紋處的比率比到達(dá)暗紋處的比率大B .到達(dá)暗紋處的比率比到達(dá)亮紋處的比率大課堂檢測C該光子可能到達(dá)光屏的任何位置 D以上說法均有可能 4、 單色光從真空射入玻璃時，它的( A波長變長，速度變小，光量子能量變小 B

15、波長變短，速度變大，光量子能量變大 C波長變長，速度變大，光量子能量不變 D波長變短，速度變小，光量子能量不變 【例1】 如圖所示，在光滑、固定的水平桿上套著一個光滑的滑環(huán) m ，滑環(huán)下通過一根不可伸長的輕繩懸 吊一重物 M ，輕繩長為 L ，將滑環(huán)固定在水平桿上，給 M 一個水平?jīng)_量作用，使 M 擺動，且恰 好剛碰到水平桿問： （1） M 在擺動過程中，滑環(huán)對水平桿的壓力的最大值是多少？ （2）若滑環(huán) m 不固定，仍給 M 以同樣大小的沖量作用，則 M 擺起的最大高度為多少？ 1 如圖所示，質(zhì)量為 M 的天車靜止在光滑水平軌道上，下面用長為 L 的細(xì)線懸掛著質(zhì)量為 m 的沙箱， 一顆質(zhì)量為 m0 的子彈以 v0 的水平速度射入沙箱，并留在其中，在以后運動過程中，求