高考一輪沖刺總復習：14.2《波粒二象性》

1、課標版 物理,第2講波粒二象性,一、光電效應 1.定義:在光的照射下,金屬中的 從表面逸出的現(xiàn)象(發(fā)射出的電子稱為光電子)。 2.產(chǎn)生條件:入射光的頻率 金屬的極限頻率。 3.光電效應規(guī)律 (1)存在著飽和電流:對于一定顏色的光,入射光越強,單位時間內發(fā)射的光電子數(shù)越多。 (2)存在著遏止電壓和截止頻率:光電子的能量只與入射光的頻率有關,而與入射光的強弱無關。當入射光的頻率低于截止頻率時不發(fā)生光電效應。,電子,大于,(3)光電效應具有瞬時性:當頻率超過截止頻率時,無論入射光怎樣微弱,幾乎在照到金屬時立即產(chǎn)生光電流,時間不超過10-9 s。 自測1關于光電效應的規(guī)律,下列說法中正確的是() A.

2、只有入射光的波長大于該金屬的極限波長,光電效應才能產(chǎn)生 B.光電子的最大初動能跟入射光強度成正比 C.發(fā)生光電效應的反應時間一般都大于10-7 s D.發(fā)生光電效應時,單位時間內從金屬中逸出的光電子數(shù)目與入射光強度成正比 答案D由=h=h知,當入射光波長小于金屬的極限波長時,發(fā)生光電 效應,A錯誤;由Ek=h-W0知,光電子的最大初動能由入射光頻率決定,與入射光強度無關,B錯誤;發(fā)生光電效應的時間一般不超過10-9 s,C錯誤。,二、愛因斯坦光電效應方程 1.光子說 在空間傳播的光是不連續(xù)的,而是一份一份的,每一份叫做一個光的能量子,簡稱光子,光子的能量= 。其中h=6.6310-34 Js(

3、稱為普朗克常量)。 2.逸出功W0 使電子脫離某種金屬所做功的 。 3.最大初動能 發(fā)生光電效應時,金屬表面上的 吸收光子后克服原子核的引力逸出時所具有的動能的最大值。 4.愛因斯坦光電效應方程,h,最小值,電子,(1)表達式:Ek=h- 。 (2)物理意義:金屬表面的電子吸收一個光子獲得的能量是h,這些能量的一部分用來克服金屬的 ,剩下的表現(xiàn)為逸出后光電子的最大初動能Ek=mev2。 自測2(辨析題) (1)光電子就是光子。() (2)極限頻率越大的金屬材料逸出功越大。() (3)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。() (4)入射光的頻率越大,逸出功越大。() 答

4、案D(1)(2)(3)(4),W0,逸出功W0,三、光的波粒二象性與物質波 1.光的波粒二象性 (1)光的干涉、衍射、偏振現(xiàn)象說明光具有 性。 (2)光電效應說明光具有 性。 (3)光既具有波動性,又具有粒子性,稱為光的 性。 2.物質波 (1)概率波:光的干涉現(xiàn)象是大量光子的運動遵守波動規(guī)律的表現(xiàn),亮條紋是光子到達概率 的地方,暗條紋是光子到達概率 的地方,因此光波又叫概率波。 (2)物質波:任何一個運動著的物體,小到微觀粒子大到宏觀物體都有一種波與它對應,其波長=,p為運動物體的動量,h為普朗克常量。,波動,粒子,波粒二象,大,小,自測3對光的認識,下列說法不正確的是() A.個別光子的行

5、為表現(xiàn)出粒子性,大量光子的行為表現(xiàn)出波動性 B.光的波動性是光子本身的一種屬性,不是光子之間的相互作用引起的 C.光表現(xiàn)出波動性時,就不具有粒子性了,光表現(xiàn)出粒子性時,就不再具有波動性了 D.光的波粒二象性應理解為:在某種情況下光的波動性表現(xiàn)得明顯,在另外的某種情況下,光的粒子性表現(xiàn)得明顯 答案C光是一種概率波,少量光子的行為易顯示出粒子性,而大量光 子的行為往往顯示出波動性,A正確;光的波動性不是由于光子之間的相互作用引起的,而是光的一種屬性,這已被弱光照射雙縫后在膠片上的感光實驗所證實,B正確;粒子性和波動性是光同時具備的兩種屬性,C錯誤,D正確。,考點一對光電效應規(guī)律的理解 1.光電效應

6、的研究思路 (1)兩條線索,(2)兩條對應關系 光強大光子數(shù)目多發(fā)射光電子多光電流大; 光子頻率高光子能量大光電子的最大初動能大。 2.對光電效應規(guī)律的解釋,典例1(2015云南昆明模擬)(多選)一單色光照到某金屬表面時,有光電子從金屬表面逸出,下列說法中正確的是() A.只增大入射光的頻率,金屬逸出功將減小 B.只延長入射光照射時間,光電子的最大初動能將不變 C.只增大入射光的頻率,光電子的最大初動能將增大 D.只增大入射光的頻率,光電子逸出所經(jīng)歷的時間將縮短 E.只增大入射光的強度,單位時間內逸出的光電子數(shù)目將增多 答案BCE金屬的逸出功只與金屬材料本身有關,與入射光頻率無關, A錯誤;光

7、電子的最大初動能與入射光的頻率有關,與照射時間無關,B、C正確;光電子逸出所經(jīng)歷的時間與入射光的頻率無關,D錯誤;只增大入射光的強度,單位時間內逸出的光電子數(shù)目將增多,E正確。,光電效應的實質及發(fā)生條件 (1)光電效應的實質是金屬中的電子獲得能量后逸出金屬表面,從而使金屬帶上正電。 (2)能否發(fā)生光電效應,不取決于光的強度,而是取決于光的頻率。只要照射光的頻率大于該金屬的極限頻率,無論照射光強弱,均能發(fā)生光電效應。,1-1關于光電效應的規(guī)律,下面說法中正確的是() A.當某種色光照射金屬表面時,能產(chǎn)生光電效應,則入射光的頻率越高,產(chǎn)生的光電子的最大初動能也就越大 B.當某種色光照射金屬表面時,

8、能產(chǎn)生光電效應,如果入射光的強度減弱,從光照至金屬表面上到發(fā)射出光電子之間的時間間隔將明顯增加 C.對某金屬來說,入射光波長必須大于一極限值,才能產(chǎn)生光電效應 D.同一頻率的光照射不同金屬,如果都能產(chǎn)生光電效應,則所有金屬產(chǎn)生的光電子的最大初動能一定相同 答案A從光照至金屬表面上到發(fā)射出光電子是瞬時發(fā)生的,與入射光 強度無關,B錯;對某種金屬來說,入射光波長必須小于一極限值,才能產(chǎn)生光電效應,光子的最大初動能與入射光的頻率和金屬的種類有關,C、D錯。,考點二光電效應方程及圖像問題 1.利用光電效應方程分析問題,應把握的三個關系 (1)愛因斯坦光電效應方程Ek=h-W0。 (2)光電子的最大初動

9、能Ek可以利用光電管用實驗的方法測得,即Ek=eUc,其中Uc是遏止電壓。 (3)光電效應方程中的W0為逸出功,它與金屬的極限頻率c的關系是W0=hc。,2.圖像分析,典例2(2013浙江自選,14,10分)小明用金屬銣為陰極的光電管,觀測光電效應現(xiàn)象,實驗裝置示意圖如圖甲所示。已知普朗克常量h=6.6310-34 Js。 (1)圖甲中電極A為光電管的(填“陰極”或“陽極”);,(2)實驗中測得銣的遏止電壓Uc與入射光頻率之間的關系如圖乙所示,則銣的截止頻率c=Hz,逸出功W0=J; (3)如果實驗中入射光的頻率=7.001014 Hz,則產(chǎn)生的光電子的最大初動能Ek=J。 答案(1)陽極 (

10、2)(5.125.18)1014(3.393.43)10-19 (3)(1.211.25)10-19 解析(1)由光電管的結構知,A為陽極;(2)Uc-圖像中橫軸的截距表示截 止頻率c,逸出功W0=hc;(3)由愛因斯坦的光電效應方程Ek=h-W0,可求結果。,2-1(2015廣東汕頭模擬)(多選)如圖所示是用光照射某種金屬時逸出的光電子的最大初動能隨入射光頻率的變化圖線(直線與橫軸的交點的橫坐標為4.27 Hz,與縱軸交點的縱坐標為0.5 eV)。由圖可知(),A.該金屬的截止頻率為4.271014 Hz B.該金屬的截止頻率為5.51014 Hz C.該圖線的斜率表示普朗克常量 D.該金屬

11、的逸出功為0.5 eV 答案AC圖線在橫軸上的截距為截止頻率,A正確,B錯誤;由光電效應 方程Ek=h-W0可知圖線的斜率為普朗克常量,C正確;金屬的逸出功為W0=h0= eV=1.77 eV,D錯誤。,考點三對光的波粒二象性的理解 光既有波動性,又有粒子性,兩者不是孤立的,而是有機的統(tǒng)一體,其表現(xiàn)規(guī)律為: (1)從數(shù)量上看:個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)為波動性。 (2)從頻率上看:頻率越低波動性越顯著,越容易看到光的干涉和衍射現(xiàn)象;頻率越高粒子性越顯著,越不容易看到光的干涉和衍射現(xiàn)象,貫穿本領越強。 (3)從傳播與作用上看:光在傳播過程中往往表現(xiàn)出波動性;在

12、與物質發(fā)生作用時往往表現(xiàn)為粒子性。 (4)波動性與粒子性的統(tǒng)一:由光子的能量E=h、光子的動量p=表達式可,以看出,光的波動性和粒子性并不矛盾:表示粒子性的粒子能量和動量的計算式中都含有表示波的特征的物理量頻率和波長。 (5)理解光的波粒二象性時不可把光當成宏觀概念中的波,也不可把光當成宏觀概念中的粒子。 典例3(多選)物理學家做了一個有趣的實驗:在雙縫干涉實驗中,在光屏處放上照相底片,若減弱光的強度,使光子只能一個一個地通過狹縫。實驗結果表明,如果曝光時間不太長,底片上只能出現(xiàn)一些不規(guī)則的點子;如果曝光時間足夠長,底片上就會出現(xiàn)規(guī)則的干涉條紋。對這個實驗結果下列認識正確的是(),A.曝光時間

13、不長時,光的能量太小,底片上的條紋看不清楚,故出現(xiàn)不規(guī)則的點子 B.單個光子的運動沒有確定的軌道 C.干涉條紋中明亮的部分是光子到達機會較多的地方 D.只有大量光子的行為才表現(xiàn)出波動性 答案BCD單個光子通過雙縫后的落點無法預測,大量光子的落點出 現(xiàn)一定的規(guī)律性,落在某些區(qū)域的可能性較大,這些區(qū)域正是波通過雙縫后發(fā)生干涉時振幅加強的區(qū)域。光具有波粒二象性,少量光子的行為表現(xiàn)為粒子性,大量光子的行為表現(xiàn)為波動性。所以正確選項為B、C、D。,波粒二象性的深入理解 (1)雖然平時所看到的宏觀物體運動時,看不出其波動性,但也有一個波長與之對應。例如飛行子彈的波長約為10-34 m。 (2)波粒二象性是微觀粒子的特殊規(guī)律,一切微觀粒子都存在波動性;宏觀物體也存在波動性,只是波長太小,難以觀測。,(3)德布羅意波也是概率波,衍射圖樣中的亮圓是光子落點概率大的地方,但概率的大小受波動規(guī)律的支配。,3-1(2015山西太原質檢)關于