選修3-52-波粒二象性

第二講波粒二象性一、光電效應(yīng)及其規(guī)律1．光電效應(yīng)現(xiàn)象光電效應(yīng)：在光的照射下金屬中的電子從表面逸出的現(xiàn)象，叫做光電效應(yīng)，發(fā)射出來(lái)的電子叫做

______________光電子．(1)光電效應(yīng)的實(shí)質(zhì)是光現(xiàn)象轉(zhuǎn)化為電現(xiàn)象．(2)定義中的光包括可見(jiàn)光和不可見(jiàn)光．2．光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律(1)任何一種金屬都有一個(gè)________________，入射

光的頻率必須________這個(gè)極限頻率才能發(fā)生光電

效應(yīng)，低于這個(gè)極限頻率則不能發(fā)生光電效應(yīng)．極限頻率大于(2)光電子的最大初動(dòng)能與入射光的強(qiáng)度_________，

隨入射光頻率的增大而__________(3)金屬受到光照，光電子的發(fā)射一般不超過(guò)10－9s.(4)當(dāng)入射光的頻率大于極限頻率時(shí)，飽和光電流的

強(qiáng)度與入射光的強(qiáng)度成正比．無(wú)關(guān)增大．3．幾個(gè)概念(1)遏止電壓：使光電流減小到零時(shí)的反向電壓UC.(2)截止頻率：能使某種金屬發(fā)生光電效應(yīng)的

________頻率叫做該種金屬的截止頻率(又叫極限頻

率)．不同的金屬對(duì)應(yīng)著不同的極限頻率．(3)逸出功：電子從金屬中逸出所需做功的

__________，叫做該金屬的逸出功．最小最小值4．愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程(1)光子說(shuō)：在空間傳播的光是不連續(xù)的，而是一份一

份的，每一份叫做一個(gè)光的能量子，簡(jiǎn)稱(chēng)_______，

光子的能量______光子hν.5．對(duì)光電效應(yīng)規(guī)律的解釋效應(yīng)具有瞬時(shí)性光照射金屬時(shí)，電子吸收一個(gè)光子的能量后，動(dòng)能立即增大，不需要能量積累的過(guò)程光較強(qiáng)時(shí)飽和電流大光較強(qiáng)時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)照到金屬上的光子數(shù)較多，單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的光電子較多，因而飽和電流較大波動(dòng)2．光的波粒二象性光既有_______性，又有________性，兩者不是孤立的，而是有機(jī)的統(tǒng)一體，其表現(xiàn)規(guī)律為：(1)個(gè)別光子的作用效果往往表現(xiàn)為粒子性；大量光子的作用效果往往表現(xiàn)為波動(dòng)性．(2)頻率越低波動(dòng)性越顯著，越容易觀察到光的干涉和衍射現(xiàn)象；頻率越高粒子性越顯著，越不容易觀察到光的干涉和衍射現(xiàn)象，貫穿本領(lǐng)越強(qiáng)．波動(dòng)粒子1．在演示光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中，原來(lái)不帶電的一塊鋅板與靈敏驗(yàn)電器相連，用弧光燈照射鋅板時(shí)，驗(yàn)電器的指針張開(kāi)了一個(gè)角度，如圖所示，這時(shí)鋅板帶________電，指針帶________電．解析：

光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，鋅板因逸出電子帶正電，驗(yàn)電器由于與鋅板接觸也帶正電，其指針也帶正電．答案：

正正2．用同一束單色光，在同一條件下先后照射鋅片和銀片，都能產(chǎn)生光電效應(yīng)，在這兩個(gè)過(guò)程中，對(duì)于下列四個(gè)量，一定相同的是________，可能相同的是________，一定不同的是________．A．光子的能量B．光電子的逸出功C．光電子動(dòng)能D．光電子初動(dòng)能解析：

光子的能量由光的頻率決定，同一束單色光頻率相同，因而光子能量相同．逸出功等于電子脫離原子核束縛需要做的最少的功，因此只由材料決定．鋅片和銀片的光電效應(yīng)中，光電子的逸出功一定不相同．由Ek＝hν－W0，照射光子能量hν相同，逸出功W0不同，則電子最大初動(dòng)能也不同．由于光電子吸收光子后到達(dá)金屬表面的路徑不同，途中損失的能量也不同，因而脫離金屬時(shí)的動(dòng)能可能分布在零到最大初動(dòng)能之間．所以，兩個(gè)不同光電效應(yīng)的光電子中，有時(shí)初動(dòng)能是可能相等的．答案：

A

CD

B3．100多年前的1905年是愛(ài)因斯坦的“奇跡”之年，這一年他先后發(fā)表了三篇具有劃時(shí)代意義的論文，其中關(guān)于光量子的理論成功地解釋了光電效應(yīng)現(xiàn)象．關(guān)于光電效應(yīng)，下列說(shuō)法正確的是(

)A．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)B．光電子的最大初動(dòng)能與入射光的頻率成正比C．光電子的最大初動(dòng)能與入射光的強(qiáng)度成正比D．某單色光照射一金屬時(shí)不發(fā)生光電效應(yīng)，改用波長(zhǎng)較短的光照射該金屬可能發(fā)生光電效應(yīng)答案：

AD4．在如圖所示的光電管實(shí)驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)用一定頻率的A單色光照射光電管時(shí)，電流表指針會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，而用另一頻率的B單色光照射時(shí)不發(fā)生光電效應(yīng)，那么(

)A．A光的頻率大于B光的頻率B．B光的頻率大于A光的頻率C．用A光照射光電管時(shí)流過(guò)電流表G的電流方向是a流向bD．用A光照射光電管時(shí)流過(guò)電流表G的電流方向是b流向a答案：

AC5．物理學(xué)家做了一個(gè)有趣的實(shí)驗(yàn)：在光屏處放上照相用的底片．若減弱光的強(qiáng)度，使光子只能一個(gè)一個(gè)地通過(guò)狹縫．實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，如果爆光時(shí)間不太長(zhǎng)，底片只能出現(xiàn)一些不規(guī)則的點(diǎn)子；如果曝光時(shí)間足夠長(zhǎng)，底片上就會(huì)出現(xiàn)規(guī)則的干涉條紋．對(duì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果有下列認(rèn)識(shí)，其中正確的是(

)A．曝光時(shí)間不太長(zhǎng)時(shí)，底片上只能出現(xiàn)一些不規(guī)則的點(diǎn)子，表現(xiàn)出光的波動(dòng)性B．單個(gè)光子通過(guò)雙縫后的落點(diǎn)可以預(yù)測(cè)C．只有大量光子的行為才能表現(xiàn)出光的粒子性D．干涉條紋中明亮的部分是光子到達(dá)機(jī)會(huì)較多的地方解析：

每個(gè)光子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律是不確定的，底片上出現(xiàn)的一些不規(guī)則的點(diǎn)子，表明了光的粒子性．只有大量光子的行為才能表現(xiàn)出光的波動(dòng)性．干涉條紋中明亮的部分是光子到達(dá)機(jī)會(huì)較多的地方，暗條紋處是光子到達(dá)機(jī)會(huì)較少的地方．答案：

D6.

如圖所示是光電效應(yīng)中光電子的最大初動(dòng)能Ekm與入射光頻率ν的關(guān)系圖線．從圖可知(

)A．Ekm與ν成正比B．入射光頻率必須大于或等于極限頻率ν0時(shí)，才能產(chǎn)生光電效應(yīng)C．對(duì)同一種金屬而言，Ekm僅與ν有關(guān)D．Ekm與入射光強(qiáng)度成正比答案：

BC

光電效應(yīng)現(xiàn)象的理解

關(guān)于光電效應(yīng)，下列說(shuō)法正確的是(

)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(shí)間足夠長(zhǎng)，任何金屬都能產(chǎn)生光電效應(yīng)C．從金屬表面逸出的光電子的最大初動(dòng)能越大，這種金屬的逸出功越小D．入射光的光強(qiáng)一定時(shí)，頻率越高，單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子數(shù)就越多解析：

逸出功W0＝hνc，W0∝νc——極限頻率，A正確；只有照射光的頻率ν大于金屬極限頻率νc，才能產(chǎn)生光電效應(yīng)現(xiàn)象，B錯(cuò)；由光電效應(yīng)方程Ekm＝hν－W0知，因ν不確定時(shí)，無(wú)法確定Ekm與W0的關(guān)系，C錯(cuò)；光強(qiáng)E＝nhν，ν越大，E一定，則光子數(shù)n越小，單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子數(shù)就越少，D錯(cuò)．答案：

A1－1：光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)論是：對(duì)于某種金屬(

)A．無(wú)論光強(qiáng)多強(qiáng)，只要光的頻率小于極限頻率就不能產(chǎn)生光電效應(yīng)B．無(wú)論光的頻率多低，只要光照時(shí)間足夠長(zhǎng)就能產(chǎn)生光電效應(yīng)C．超過(guò)極限頻率的入射光強(qiáng)度越弱，所產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能就越小D．超過(guò)極限頻率的入射光頻率越高，所產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能就越大答案：

AD光電效應(yīng)方程的應(yīng)用

如圖甲，合上開(kāi)關(guān)，用光子能量為2.5eV的一束光照射陰極K，發(fā)現(xiàn)電流表讀數(shù)不為零．調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，發(fā)現(xiàn)當(dāng)電壓表讀數(shù)小于0.60V時(shí)，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(shí)，電流表讀數(shù)為零．把電路改為圖乙，當(dāng)電壓表讀數(shù)為2V時(shí)，則逸出功及電子到達(dá)陽(yáng)極時(shí)的最大動(dòng)能為(

)A．1.5eV

0.6eV

B．1.7eV

1.9eVC．1.9eV

2.6eVD．3.1eV

4.5eV思路點(diǎn)撥：解答本題時(shí)可按以下思路分析：解析：光子能量hν＝2.5eV的光照射陰極，電流表讀數(shù)不為零，則能發(fā)生光電效應(yīng)，當(dāng)電壓表讀數(shù)大于等于0.6V時(shí)，電流表讀數(shù)為零，則電子不能到達(dá)陽(yáng)極，答案：

C2－1：太陽(yáng)能光電直接轉(zhuǎn)換的基本原理是利用光電效應(yīng)，將太陽(yáng)輻射能直接轉(zhuǎn)換成電能．如圖所示是測(cè)定光電流的電路簡(jiǎn)圖，光電管加正向電壓．(1)說(shuō)出電源和電流表的正、負(fù)極．(2)入射光應(yīng)照射在________極上．(3)若電流表讀數(shù)是10μA，則每秒鐘從光電管陰極發(fā)射出的光電子至少是________個(gè)．答案：

(1)電源左邊為正極，右邊為負(fù)極電流表是上邊正極下邊負(fù)極(2)B

(3)6.25×1013光的波粒二象性

關(guān)于物質(zhì)的波粒二象性，下列說(shuō)法中不正確的是(

)A．不僅光子具有波粒二象性，一切運(yùn)動(dòng)的微粒都具有波粒二象性B．運(yùn)動(dòng)的微觀粒子與光子一樣，當(dāng)它們通過(guò)一個(gè)小孔時(shí)，都沒(méi)有特定的運(yùn)動(dòng)軌道C．波動(dòng)性和粒子性，在宏觀現(xiàn)象中是矛盾的、對(duì)立的，但在微觀高速運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象中是統(tǒng)一的D．實(shí)物的運(yùn)動(dòng)有特定的軌道，所以實(shí)物不具有波粒二象性解析：

光具有波粒二象性是微觀世界具有的特殊規(guī)律，大量光子運(yùn)動(dòng)的規(guī)律表現(xiàn)出光的波動(dòng)性，而單個(gè)光子的運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)出光的粒子性．光的波長(zhǎng)越長(zhǎng)，波動(dòng)性越明顯，光的頻率越高，粒子性越明顯．而宏觀物體的德布羅意波的波長(zhǎng)太小，實(shí)際很難觀察到波動(dòng)性，不是不具有波粒二象性．D項(xiàng)合題意．答案：

D3－1：有關(guān)光的本性的說(shuō)法正確的是(

)A．關(guān)于光的本性，牛頓提出了“微粒說(shuō)”，惠更斯提出了“波動(dòng)說(shuō)”，愛(ài)因斯坦提出了“光子說(shuō)”，它們都圓滿(mǎn)地說(shuō)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，也可以看成宏觀概念上的粒子C．光的干涉、衍射現(xiàn)象說(shuō)明光具有波動(dòng)性，光電效應(yīng)說(shuō)明光具有粒子性D．在光的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，如果光通過(guò)雙縫時(shí)顯出波動(dòng)性，如果光只通過(guò)一個(gè)縫時(shí)顯出粒子性解析：

牛頓主張的微粒說(shuō)中的微粒與實(shí)物粒子一樣，惠更斯主張的波動(dòng)說(shuō)中的波動(dòng)與宏觀機(jī)械波等同，這兩種觀點(diǎn)是相互對(duì)立的，都不能說(shuō)明光的本性，所以A、B錯(cuò)，C正確．在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，雙縫干涉出現(xiàn)明暗均勻的條紋，單縫出現(xiàn)中央亮而寬，周?chē)刀臈l紋，都說(shuō)明光的波動(dòng)性．當(dāng)讓光子一個(gè)一個(gè)地通過(guò)單縫時(shí)，曝光時(shí)間短時(shí)表現(xiàn)出粒子性，曝光時(shí)間長(zhǎng)時(shí)顯出波動(dòng)性，因此D錯(cuò)誤．答案：

C

題型(55)波粒二象性1．(2010·四川理綜)用波長(zhǎng)為2.0×10－7m的紫外線照射鎢的表面，釋放出來(lái)的光電子中最大的動(dòng)能是4.7×10－19J.由此可知，鎢的極限頻率是(普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，光速c＝3.0×108m/s，結(jié)果取兩位有效數(shù)字)(

)A．5.5×1014Hz

B．7.9×1014HzC．9.8×1014HzD．1.2×1015Hz答案：

B2．(2010·江蘇單科)

研究光電效應(yīng)的電路如圖所示．用頻率相同、強(qiáng)度不同的光分別照射密封真空管的鈉極板(陰極K)，鈉極板發(fā)射出的光電子被陽(yáng)極A吸收，在電路中形成光電流．下列光電流I與A、K之間的電壓UAK的關(guān)系圖象中，正確的是____________．(

)解析：

雖然入射光強(qiáng)度不同，但光的頻率相同，所以截止電壓相同；又因當(dāng)入射光強(qiáng)時(shí)，單位時(shí)間逸出的光電子多，飽和光電流大，所以選C.答案：

C3．(2010·浙江理綜)在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，飛飛同學(xué)用同一光電管在不同實(shí)驗(yàn)條件下得到了三條光電流與電壓之間的關(guān)系曲線(甲光、乙光、丙光)，如圖所示．則可判斷出(

)A．甲光的頻率大于乙光的頻率B．乙光的波長(zhǎng)大于丙光的波長(zhǎng)C．乙光對(duì)應(yīng)的截止頻率大于丙光的截止頻率D．甲光對(duì)應(yīng)的光電子最大初動(dòng)能大于丙光的光電子最大初動(dòng)能解析：

由題圖可知，丙光的最大電流小于甲光和乙光，說(shuō)明逸出的電子數(shù)目最少，即丙光的強(qiáng)度最?。深}圖說(shuō)明丙光對(duì)應(yīng)的光電子的初動(dòng)能最大，即丙光的頻率最高(波長(zhǎng)最小)，B項(xiàng)正確，D項(xiàng)錯(cuò)誤；甲光和乙光的頻率相同，A項(xiàng)錯(cuò)誤．由于是同一光電管，所以乙光、丙光截止頻率是一樣的，C項(xiàng)錯(cuò)誤．答案：

B4．(2011·上海單科)用極微弱的可見(jiàn)光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，隨著時(shí)間的增加，在屏上先后出現(xiàn)如圖(a)、(b)、(c)所示的圖象，則(

)A．圖象(a)表明光具有粒子性B．圖象(c)表明光具有波動(dòng)性C．用紫外光觀察不到類(lèi)似的圖象D．實(shí)驗(yàn)表明光是一種概率波解析：

圖象(a)曝光時(shí)間短，通