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2019-2020年高三物理一輪復習 波粒二象性學案 【基礎知識回顧與要點講解】 一、量子理論的建立 黑體和黑體輻射 1、量子理論的建立：1900年德國物理學家普朗克提出振動著的帶電微粒的能量只能是某個最小能量值ε的整數(shù)倍，這個不可再分的能量值ε叫做 ε= hν。h為普朗克常數(shù)（6.6310-34J.S） 2、黑體：如果某種物體能夠 ，這種物體就是絕對黑體，簡稱黑體。 3、黑體輻射：黑體輻射的規(guī)律為： ，同時， 。（普朗克的能量子理論很好的解釋了這一現(xiàn)象） 二、光電效應 光子說 光電效應方程 1、光電效應（表明光子具有能量） （1）光的電磁說使光的波動理論發(fā)展到相當完美的地步，但是它并不能解釋光電效應的現(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)象叫做光電效應，發(fā)射出來的電子叫 。（實驗圖在課本） （2）光電效應的研究結(jié)果： 新教材：①存在飽和電流，這表明入射光越強，單位時間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)越多；②存在遏止電壓： ；③截止頻率：光電子的能量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能發(fā)生光電效應；④效應具有瞬時性：光電子的發(fā)射幾乎是瞬時的，一般不超過10-9s。 （3）光電管的玻璃泡的內(nèi)半壁涂有堿金屬作為陰極K（與電源負極相連），是因為堿金屬有較小的逸出功。 2、光子說：光本身就是由一個個不可分割的能量子組成的，頻率為ν的光的能量子為hν。這些能量子被成為光子。 3、光電效應方程： （掌握Ek/Uc—ν圖象的物理意義）同時，h截止 = WO（Ek是光電子的最大初動能；W是逸出功，即從金屬表面直接飛出的光電子克服正電荷引力所做的功。） 三、康普頓效應（表明光子具有動量） 1、1918-1922年康普頓（美）在研究石墨對X射線的散射時發(fā)現(xiàn)：光子在介質(zhì)中和物質(zhì)微粒相互作用，可以使光的傳播方向發(fā)生改變，這種現(xiàn)象叫光的散射。 2、在光的散射過程中，有些散射光的波長比入射光的波長略大，這種現(xiàn)象叫康普頓效應。 3、光子的動量： 四、光的波粒二象性 物質(zhì)波 概率波 不確定關系 1、光的波粒二象性：干涉、衍射和偏振以無可辯駁的事實表明光是一種波；光電效應和康普頓效應又用無可辯駁的事實表明光是一種粒子，由于光既有波動性，又有粒子性，只能認為光具有波粒二象性。但不可把光當成宏觀觀念中的波，也不可把光當成宏觀觀念中的粒子。少量的光子表現(xiàn)出粒子性，大量光子運動表現(xiàn)為波動性；光在傳播時顯示波動性，與物質(zhì)發(fā)生作用時，往往顯示粒子性；頻率小波長大的波動性顯著，頻率大波長小的粒子性顯著。（P41 電子干涉條紋對概率波的驗證） 2、光子的能量E=hν，光子的動量p=h/λ表示式也可以看出，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ν和波長λ。由以上兩式和波速公式c=λν還可以得出：E = p c。 3、物質(zhì)波：1924年德布羅意（法）提出，實物粒子和光子一樣具有波動性，任何一個運動著的物體都有一種與之對應的波，波長λ=h / p，這種波叫物質(zhì)波，也叫德布羅意波。（P38 電子的衍射圖樣；電子顯微鏡的分辨率為何遠遠高于光學顯微鏡） 4、概率波：從光子的概念上看，光波是一種概率波。 5、不確定關系： ，△x表示粒子位置的不確定量，△p表示粒子在x方向上的動量的不確定量。 （為何粒子位置的不確定量△x越小，粒子動量的不確定量△p越大，用單縫衍射進行解釋？） 強化練習： 1、關于光的波粒二象性的理解正確的是（ ） A．大量光子的效果往往表現(xiàn)出波動性，個別光子的行為往往表現(xiàn)出粒子性 B．光在傳播時是波，而與物質(zhì)相互作用時就轉(zhuǎn)變成粒子 C．高頻光是粒子，低頻光是波 D．波粒二象性是光的根本屬性，有時它的波動性顯著，有時它的粒子性顯著 2、關于光的本性，下列說法中正確的是（ ） A．光電效應反映光的粒子性 B．光子的能量由光的強度所決定 C．光子的能量與光的頻率成正比 D．光在空間傳播時，是不連續(xù)的，是一份一份的，每一份光叫做一個光子 3、關于光的波粒二象性，下列說法中不正確的是（ ） A．波粒二象性指光有時表現(xiàn)為波動性，有時表現(xiàn)為粒子性。 B．光波頻率越高，粒子性越明顯。 C．能量較大的光子其波動性越顯著。 D．個別光子易表現(xiàn)出粒子性，大量光子易表現(xiàn)出顯示波動性。 4、下列說法中正確的是（ ） A．電子的衍射實驗證實了物質(zhì)波的假設是正確的。 B．光的波粒二象性應理解為，在某種場合下光的粒子性表現(xiàn)明顯，在另外某種場合下，光的波動性表現(xiàn)明顯。 C．任一運動的物體都有一種波和它對應，這就是物質(zhì)波。 D．宏觀物體盡管可以看作物質(zhì)波，但他們不具有干涉、衍射等現(xiàn)象。 5、下列關于光電效應的說法正確的是（ ） A光電效應揭示了光的粒子性，而康普頓效應則反映了光的波動性 B．光電子的初速度和照射光的頻率成正比 C．光電子的最大初動能和照射光的頻率成正比 D．光電子的最大初動能隨照射光頻率的增大而增大 6、.當具有5.0 eV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1.5 eV.為了使這種金屬產(chǎn)生光電效應，入射光的最低能量為（ ） A.1.5 eV B.3.5 eV C.5.0 eV D.6.5 eV 7、關于光電效應，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.用頻率是的綠光照射某金屬發(fā)生了光電效應，改用頻率是的黃光照射該金屬一定不發(fā)生光電效應 8、下列關于光電效應的說法正確的是（ ） A.光電效應實驗說明光具有波粒二象性。 B.若用某種色光去照射金屬而沒能發(fā)生光電效應，則說明改色光的波長太長。 C.若用某種色光去照射金屬而沒能發(fā)生光電效應，若增加光照時間有可能使該金屬發(fā)生光電效應。 D.逸出的光電子的最大初動能與入射光的強度有關。 9、用光照射某種金屬，有光電子從金屬表面逸出，如果光的頻率變，而減弱光的強度，則（ ） A．逸出的光電子數(shù)減少，光電子的最大初動能不變 B．逸出的光電子數(shù)減少，光電子的最大初動能減小 C．逸出的光電子數(shù)木變，光電子的最大初動能減小 D．光的強度減弱到某一數(shù)值，就沒有光電子選出了 10、用如圖所示的裝置演示光電效應現(xiàn)象．當用某種頻率的光照射到光電管上時，電流表G的讀數(shù)為．若改用更高頻率的光照射，此時（ ） A．將電池正的極性反轉(zhuǎn)，則光電管中沒有 光電子產(chǎn)生 B．將電鍵S斷開，則有電流流過電流表G C．將變阻器的觸點向移動，光電子到達 陽極時的速度必將變小 D．只要電源的電動勢足夠大，將變阻器的觸 點向端移動，電流表G的讀數(shù)必將變大 V A P K 11 如圖，當電鍵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。合上電鍵，調(diào)節(jié)滑線變阻器，發(fā)現(xiàn)當電壓表讀數(shù)小于0.60V時，電流表讀數(shù)仍不為零；當電壓表讀數(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 1.9eV B 0.6eV C 2.5eV D 3.1eV 二、填空題 12、一臺激光器發(fā)光功率為，發(fā)出的激光在折射率為的介質(zhì)中波長為，若真空中的光速為，普朗克恒量為，則該激光器在秒內(nèi)輻射的光子數(shù)是________． 13．如圖6所示，一靜電計與鋅板相連，在A處用一紫外燈照射鋅板，關燈后，指針保持一定偏角. (1)現(xiàn)用一帶負電的金屬小球與鋅板接觸，則靜電計指針偏角將_____________.(填增大，減小或不變) (2)使靜電計指針回到零，再用相同強度的鈉燈發(fā)出的黃光照射鋅板，靜電計指針無偏轉(zhuǎn). 圖6 圖5 那么，若改用強度更大的紅外線照射鋅板，可觀察到靜電計指針________(填有或無)偏轉(zhuǎn)