2020版物理浙江高考选考一轮复习讲义:选修3-5 第十二章 第2讲 波粒二象性 Word版含解析.pdf
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1、第第 2 讲 波粒二象性讲 波粒二象性 知识排查 光电效应 1.光电效应现象:在光的照射下金属中的电子从金属表面逸出的现象,称为光电 效应,发射出来的电子称为光电子。 2.光电效应的四个规律 (1)每种金属都有一个极限频率。 (2)光子的最大初动能与入射光的强度无关,只随入射光的频率增大而增大。 (3)光照射到金属表面时,光电子的发射几乎是瞬时的。 (4)光电流的强度与入射光的强度成正比。 3.遏止电压与截止频率 (1)遏止电压:使光电流减小到零的反向电压 Uc。 (2)截止频率:能使某种金属发生光电效应的最小频率叫做该种金属的截止频率 (又叫极限频率)。不同的金属对应着不同的极限频率。 爱因
2、斯坦光电效应方程 1.光子说 在空间传播的光是不连续的,而是一份一份的,每一份叫做一个光的能量子,简 称光子,光子的能量h。其中 h6.631034Js。(称为普朗克常量) 2.逸出功 W0 使电子脱离某种金属所做功的最小值。 3.最大初动能 发生光电效应时, 金属表面上的电子吸收光子后克服原子核的引力逸出时所具有 的动能的最大值。 4.爱因斯坦光电效应方程 (1)表达式:EkhW0。 (2)物理意义:金属表面的电子吸收一个光子获得的能量是 h,这些能量的一部 分用来克服金属的逸出功 W0,剩下的表现为逸出后光电子的最大初动能 Ek1 2 mev2。光的波粒二象性与物质波 1.光的波粒二象性
3、(1)光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有波动性。 (2)光电效应说明光具有粒子性。 (3)光既具有波动性,又具有粒子性,称为光的波粒二象性。 2.物质波 (1)概率波 光的干涉现象是大量光子的运动遵守波动规律的表现, 亮条纹是光子到达概率大 的地方,暗条纹是光子到达概率小的地方,因此光波又叫概率波。 (2)物质波 任何一个运动着的物体,小到微观粒子大到宏观物体都有一种波与它对应,其波 长 ,p 为运动物体的动量,h 为普朗克常量。 h p 3.不确定性关系 在经典物理学中,一个质点的位置和动量是可以同时测定的,在微观物理学中, 要同时测出微观粒子的位置和动量是不太可能的,这种关系叫不确定性关系
4、。 小题速练 1.思考判断 (1)光电子就是光子( ) (2)只要光强度足够强,任何金属都能发生光电效应( ) (3)极限频率越大的金属材料逸出功越大( ) (4)爱因斯坦认为光是一份一份的,每一份叫光量子( ) (5)宏观物体不具有波动性( ) (6)光子和光电子都是实物粒子( ) (7)要使某金属发生光电效应,入射光子的能量必须大于金属的逸出功( ) (8)光电子的最大初动能与入射光子的频率成正比( ) (9)光的频率越高,光的粒子性越明显,但仍具有波动性( ) (10)德国物理学家普朗克提出了量子假说,成功地解释了光电效应规律( ) (11)美国物理学家康普顿发现了康普顿效应,证实了光的
5、粒子性( ) (12)法国物理学家德布罗意大胆预言了实物粒子在一定条件下会表现为波动性 ( ) 答案 (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11) (12) 2.人教版选修 35P30演示实验改编(多选)如图 1 所示,用导线把验电器与锌 板相连接,当用紫外线照射锌板时,发生的现象是( ) 图 1 A.有光子从锌板逸出 B.有电子从锌板逸出 C.验电器指针张开一个角度 D.锌板带负电 解析 用紫外线照射锌板是能够发生光电效应的, 锌板上的电子吸收紫外线的能 量从锌板表面逸出,称之为光电子,故选项 A 错误,B 正确 ; 锌板与验电器相连, 带有相同
6、电性的电荷,锌板失去电子应该带正电,且失去电子越多,带正电的电 荷量越多,验电器指针张角越大,故选项 C 正确,D 错误。 答案 BC 3.下列说法正确的是( ) A.实物的运动有特定的轨道,所以实物不具有波粒二象性 B.康普顿效应说明光子既有能量又有动量 C.光是高速运动的微观粒子,单个光子不具有波粒二象性 D.宏观物体的物质波波长非常小,极易观察到它的波动 解析 由德布罗意理论知,宏观物体的德布罗意波的波长太小,实际很难观察到 波动性,但仍具有波粒二象性,选项 A、D 错误;康普顿效应说明光子除了具有 能量之外还有动量,选项 B 正确;波粒二象性是光子的特性,单个光子也具有 波粒二象性,选
7、项 C 错误。 答案 B 光电效应规律的理解与应用 1.对光电效应的四点提醒 (1)能否发生光电效应,不取决于光的强度而取决于光的频率。 (2)光电效应中的“光”不是特指可见光,也包括不可见光。 (3)逸出功的大小由金属本身决定,与入射光无关。 (4)光电子不是光子,而是电子。 2.两条对应关系 (1)光强大光子数目多发射光电子多光电流大。 (2)光子频率高光子能量大光电子的最大初动能大。 3.定量分析时应抓住三个关系式 (1)爱因斯坦光电效应方程:EkhW0。 (2)最大初动能与遏止电压的关系:EkeUc。 (3)逸出功与极限频率的关系:W0h0。 4.用图象表示光电效应方程 (1)最大初动
8、能 Ek与入射光频率 的关系图线如图 2。 图 2 (2)由曲线可以得到的物理量: 极限频率:图线与 轴交点的横坐标 c。 逸出功:图线与 Ek轴交点的纵坐标的值 W0E。 普朗克常量:图线的斜率 kh。 1.(多选)在光电效应实验中,用频率为 的光照射光电管阴极,发生了光电效应, 下列说法正确的是( ) A.增大入射光的强度,光电流增大 B.减小入射光的强度,光电效应现象消失 C.改用频率小于 的光照射,一定不发生光电效应 D.改用频率大于 的光照射,光电子的最大初动能变大 解析 增大入射光强度,单位时间内照射到单位面积上的光子数增加,则光电流 将增大,故选项 A 正确;光电效应是否发生取决
9、于入射光的频率,而与入射光 强度无关,故选项 B 错误;用频率为 的光照射光电管阴极,发生光电效应, 用频率小于 的光照射时,若光的频率仍大于极限频率,则仍会发生光电效应, 选项 C 错误;根据 hW逸 mv2可知,增大入射光频率,光电子的最大初动 1 2 能也增大,故选项 D 正确。 答案 AD 2.(多选)如图 3 所示是用光照射某种金属时逸出的光电子的最大初动能随入射光 频率的变化图线(直线与横轴的交点坐标为 4.27,与纵轴交点坐标为 0.5)。由图 可知( ) 图 3 A.该金属的截止频率为 4.271014 Hz B.该金属的截止频率为 5.51014 Hz C.该图线的斜率表示普
10、朗克常量 D.该金属的逸出功为 0.5 eV 解析 图线在横轴上的截距为截止频率, A 正确, B 错误 ; 由光电效应方程 Ekh W0可知图线的斜率为普朗克常量,C 正确;金属的逸出功为 W0h0 eV1.77 eV,D 错误。 6.63 1034 4.27 1014 1.6 1019 答案 AC 3.研究光电效应的电路如图 4 所示。用频率相同、强度不同的光分别照射密封真 空管的钠极板(阴极 K),钠极板发射出的光电子被阳极 A 吸收,在电路中形成光 电流。下列光电流 I 与 A、K 之间的电压 UAK的关系图象中正确的是( ) 图 4 解析 虽然入射光强度不同,但光的频率相同,所以遏止
11、电压相同;又因当入射 光强度大时,单位时间逸出的光电子多,饱和光电流大,所以选项 C 正确。 答案 C 粒子的波动性 概率波 不确定性关系 光既有波动性,又有粒子性,两者不是孤立的,而是有机的统一体,其表现规律 为: (1)从数量上看:个别光子的作用效果往往表现为粒子性;大量光子的作用效果 往往表现为波动性。 (2)从频率上看:频率越低,波动性越显著,越容易看到光的干涉和衍射现象; 频率越高,粒子性越显著,越不容易看到光的干涉和衍射现象,贯穿本领越强。 (3)从传播与作用上看:光在传播过程中往往表现出波动性;在与物质发生作用 时往往表现为粒子性。 (4)波动性与粒子性的统一:由光子的能量 Eh
12、,光子的动量 p ,表达式也 h 可以看出,光的波动性和粒子性并不矛盾,表示粒子性的粒子能量和动量的计算 式中都含有表示波的特征的物理量频率 和波长 。 由以上两式和波速公式 c 还可以得出 Epc。 1.(多选)用极微弱的可见光做双缝干涉实验,随着时间的增加,在屏上先后出现 如图 5(a)(b)(c)所示的图象,则( ) 图 5 A.图象(a)表明光具有粒子性 B.图象(c)表明光具有波动性 C.用紫外光观察不到类似的图象 D.实验表明光是一种概率波 解析 图象(a)只有分散的亮点,表明光具有粒子性;图象(c)呈现干涉条纹,表 明光具有波动性 ; 用紫外光也可以观察到类似的图象, 实验表明光
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