第第2課時波粒二象性課時波粒二象性一、光電效應一、光電效應1.能量子能量子(1)定義：普朗克認為，帶電微粒輻射或吸收能量時，只能是定義：普朗克認為，帶電微粒輻射或吸收能量時，只能是輻射或吸收某個最小能量值的輻射或吸收某個最小能量值的_，這個不可再分的，這個不可再分的最小能量值最小能量值叫做能量子。叫做能量子。(2)大?。捍笮。篽，其中，其中是是_，h是是_，數(shù)值，數(shù)值h_ (一般一般h取取6.631034 Js)。 整數(shù)倍整數(shù)倍電磁波的頻率電磁波的頻率普朗克常量普朗克常量6.6261034 Js 2.光電效應光電效應 (1)定義：照射到金屬表面的光，能使金屬中的定義：照射到金屬表面的光，能使金屬中的_從表從表面逸出的現(xiàn)象。面逸出的現(xiàn)象。(2)光電子：光電子：_中發(fā)射出來的電子。中發(fā)射出來的電子。(3)光電效應規(guī)律光電效應規(guī)律每種金屬都有一個極限頻率，入射光的頻率必須每種金屬都有一個極限頻率，入射光的頻率必須_這這個極限頻率才能產(chǎn)生光電效應。低于這個頻率的光不能產(chǎn)生個極限頻率才能產(chǎn)生光電效應。低于這個頻率的光不能產(chǎn)生光電效應。光電效應。 電子電子光電效應光電效應大于大于光電子的最大初動能與入射光光電子的最大初動能與入射光的的_無關無關，只隨入射光頻，只隨入射光頻率的增大率的增大而而_ 。光電效應的光電效應的發(fā)生發(fā)生_的的，一般不超過，一般不超過109s。當入射光的頻率大于極限頻率時，飽和光電流的強度與入射光當入射光的頻率大于極限頻率時，飽和光電流的強度與入射光的強度的強度成成_ 。 強度強度增大增大幾乎瞬時幾乎瞬時正比正比3.愛因斯坦光電效應方程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，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，光子的能量每一份叫做一個光的能量子，簡稱光子，光子的能量_。其中其中h6.631034Js。(稱為普朗克常量稱為普朗克常量)(2)逸出功逸出功W0：使電子脫離某種金屬所做功的：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，金屬表面上的最大初動能：發(fā)生光電效應時，金屬表面上的_吸收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。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愛因斯坦光電效應方程表達式：表達式：Ekh_。物理意義：金屬表面的電子吸收一個光子獲得的能量是物理意義：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這些能量的一部分用來克服金屬的_，剩下的表，剩下的表現(xiàn)為逸出后光電子的最大初動能現(xiàn)為逸出后光電子的最大初動能Ek_。 h最小值最小值電子電子W0逸出功逸出功W0波動波動粒子粒子h粒子粒子波動波動普朗克常量普朗克常量h2.粒子的波動性粒子的波動性(1)每一個每一個_的粒子都與一個對應的波相聯(lián)系，這種與的粒子都與一個對應的波相聯(lián)系，這種與_相聯(lián)系的波稱為德布羅意波，也叫做相聯(lián)系的波稱為德布羅意波，也叫做_。(2)物質(zhì)波的波長、頻率關系式物質(zhì)波的波長、頻率關系式波長：波長：_，頻率：，頻率：_。 運動運動實物粒子實物粒子物質(zhì)波物質(zhì)波3.概率波概率波(1)光波是一種概率波光波是一種概率波光的波動性不是光子之間相互作用的結果而是光子自身固有光的波動性不是光子之間相互作用的結果而是光子自身固有的性質(zhì)，光子在空間出現(xiàn)的概率可以通過的性質(zhì)，光子在空間出現(xiàn)的概率可以通過_確定，確定，所以，光波是一種所以，光波是一種_。(2)物質(zhì)波也是一種概率波物質(zhì)波也是一種概率波對于電子和其他微觀粒子，單個粒子的位置是對于電子和其他微觀粒子，單個粒子的位置是_，但，但在某點出現(xiàn)的概率的大小可以由在某點出現(xiàn)的概率的大小可以由_確定，而且對于確定，而且對于大量粒子，這種概率分布導致確定的宏觀結果，所以物質(zhì)波大量粒子，這種概率分布導致確定的宏觀結果，所以物質(zhì)波也是概率波。也是概率波。 波動規(guī)律波動規(guī)律概率波概率波不確定的不確定的波動規(guī)律波動規(guī)律4.不確定性關系不確定性關系不確定性不確定性xp【思考判斷】【思考判斷】1.光電子就是光子光電子就是光子( )2.只要光強度足夠強，任何金屬都能發(fā)生光電效應只要光強度足夠強，任何金屬都能發(fā)生光電效應( )3.極限頻率越大的金屬材料逸出功越大極限頻率越大的金屬材料逸出功越大( )4.愛因斯坦認為光是一份一份的，每一份叫光量子愛因斯坦認為光是一份一份的，每一份叫光量子( )5.宏觀物體不具有波動性宏觀物體不具有波動性( )6.光子和光電子都是實物粒子光子和光電子都是實物粒子( )7.要使某金屬發(fā)生光電效應，入射光子的能量必須大于金屬的要使某金屬發(fā)生光電效應，入射光子的能量必須大于金屬的逸出功逸出功( ) 8.光電子的最大初動能與入射光子的頻率成正比光電子的最大初動能與入射光子的頻率成正比( )9.光的頻率越高，光的粒子性越明顯，但仍具有波動性光的頻率越高，光的粒子性越明顯，但仍具有波動性( )10德國物理學家普朗克提出了量子假說，成功地解釋了光電效應德國物理學家普朗克提出了量子假說，成功地解釋了光電效應規(guī)律規(guī)律( )11.美國物理學家康普頓發(fā)現(xiàn)了康普頓效應，證實了光的粒子性美國物理學家康普頓發(fā)現(xiàn)了康普頓效應，證實了光的粒子性( )12.法國物理學家德布羅意大膽預言了實物粒子在一定條件下會表法國物理學家德布羅意大膽預言了實物粒子在一定條件下會表現(xiàn)為波動性現(xiàn)為波動性( ) 考點一能量量子化考點一能量量子化(/b)光的粒子性光的粒子性(/c)要點突破要點突破1.對光電效應的四點提醒對光電效應的四點提醒(1)能否發(fā)生光電效應，不取決于光的強度而取決于光的頻率。能否發(fā)生光電效應，不取決于光的強度而取決于光的頻率。(2)光電效應中的光電效應中的“光光”不是特指可見光，也包括不可見光。不是特指可見光，也包括不可見光。(3)逸出功的大小由金屬本身決定，與入射光無關。逸出功的大小由金屬本身決定，與入射光無關。(4)光電子不是光子，而是電子。光電子不是光子，而是電子。 2.兩條對應關系兩條對應關系(1)光強大光強大光子數(shù)目多光子數(shù)目多發(fā)射光電子多發(fā)射光電子多光電流大。光電流大。(2)光子頻率高光子頻率高光子能量大光子能量大光電子的最大初動能大。光電子的最大初動能大。 3.定量分析時應抓住三個關系式定量分析時應抓住三個關系式(1)愛因斯坦光電效應方程：愛因斯坦光電效應方程：EkhW0。(2)最大初動能與遏止電壓的關系：最大初動能與遏止電壓的關系：EkeUc。(3)逸出功與極限頻率的關系：逸出功與極限頻率的關系：W0h0。 4.用圖象表示光電效應方程用圖象表示光電效應方程(1)最大初動能最大初動能Ek與入射光頻率與入射光頻率的關系圖線如圖。的關系圖線如圖。 (2)由曲線可以得到的物理量：由曲線可以得到的物理量：極限頻率：圖線與極限頻率：圖線與軸交點的橫坐標軸交點的橫坐標c。逸出功：圖線與逸出功：圖線與Ek軸交點的縱坐標的值軸交點的縱坐標的值W0E。普朗克常量：圖線的斜率普朗克常量：圖線的斜率kh。 典例剖析典例剖析【例】【例】 (多選多選)在做光電效應的實驗時，某金屬被光照射時發(fā)生了在做光電效應的實驗時，某金屬被光照射時發(fā)生了光電效應，實驗測得光電子的最大初動能光電效應，實驗測得光電子的最大初動能Ek與入射光的頻率與入射光的頻率的關系如圖所示的關系如圖所示(圖線上各點對應的坐標已知，只是未標出圖線上各點對應的坐標已知，只是未標出)，由實驗圖線可求出由實驗圖線可求出()A.該金屬的極限頻率該金屬的極限頻率B.普朗克常量普朗克常量C.該金屬的逸出功該金屬的逸出功D.單位時間內(nèi)逸出的光電子數(shù)單位時間內(nèi)逸出的光電子數(shù) 解析依據(jù)光電效應方程解析依據(jù)光電效應方程EkhW0可知可知，當當Ek0時時，c，即圖線的橫截距在數(shù)值上等于該金屬的極限頻率。即圖線的橫截距在數(shù)值上等于該金屬的極限頻率。圖線的斜率圖線的斜率kh，即圖線的斜率在數(shù)值上等于普朗克常量。即圖線的斜率在數(shù)值上等于普朗克常量。0時時，EkW0，即圖線的縱截距的絕對值等于該金屬的逸出即圖線的縱截距的絕對值等于該金屬的逸出功。功。答案答案ABC針對訓練針對訓練1.(多選多選)如圖所示，用導線把驗電器與鋅板相連接，當用紫外線如圖所示，用導線把驗電器與鋅板相連接，當用紫外線照射鋅板時，發(fā)生的現(xiàn)象是照射鋅板時，發(fā)生的現(xiàn)象是()A.有光子從鋅板逸出有光子從鋅板逸出B.有電子從鋅板逸出有電子從鋅板逸出C.驗電器指針張開一個角度驗電器指針張開一個角度D.鋅板帶負電鋅板帶負電 解析用紫外線照射鋅板是能夠發(fā)生光電效應的解析用紫外線照射鋅板是能夠發(fā)生光電效應的，鋅板上的電子鋅板上的電子吸收紫外線的能量從鋅板表面逸出吸收紫外線的能量從鋅板表面逸出，稱之為光電子稱之為光電子，故故A錯誤、錯誤、B正確；鋅板與驗電器相連正確；鋅板與驗電器相連，帶有相同電性的電荷帶有相同電性的電荷，鋅板失去電鋅板失去電子應該帶正電子應該帶正電，且失去電子越多且失去電子越多，帶正電的電荷量越多帶正電的電荷量越多，驗電器驗電器指針張角越大指針張角越大，故故C正確、正確、D錯誤。錯誤。答案答案BC 2.(多選多選)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動能隨入射光頻率的變化圖線(直線與橫軸的交點坐標為直線與橫軸的交點坐標為4.27，與縱軸交點坐標為與縱軸交點坐標為0.5)。由圖可知。由圖可知()A.該金屬的截止頻率為該金屬的截止頻率為4.271014 HzB.該金屬的截止頻率為該金屬的截止頻率為5.51014 HzC.該圖線的斜率表示普朗克常量該圖線的斜率表示普朗克常量D.該金屬的逸出功為該金屬的逸出功為0.5 eV 答案答案AC考點二粒子的波動性考點二粒子的波動性(/c)概率波概率波(/b)不確定性關系不確定性關系(/b) 要點突破要點突破光既有波動性，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：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。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；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。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；在與從傳播與作用上看：光在傳播過程中往往表現(xiàn)出波動性；在與物質(zhì)發(fā)生作用時往往表現(xiàn)為粒子性。物質(zhì)發(fā)生作用時往往表現(xiàn)為粒子性。典例剖析典例剖析【例【例1】 能夠證明光具有波粒二象性的現(xiàn)象是能夠證明光具有波粒二象性的現(xiàn)象是()A.光電效應和康普頓效應光電效應和康普頓效應B.光的衍射和光的色散光的衍射和光的色散C.光的折射和透鏡成像光的折射和透鏡成像D.光的干涉和康普頓效應光的干涉和康普頓效應解析光的干涉、光的衍射現(xiàn)象證明了光的波動性解析光的干涉、光的衍射現(xiàn)象證明了光的波動性，光電效光電效應和康普頓效應證明了光的粒子性。應和康普頓效應證明了光的粒子性。答案答案D 【例【例2】 物理學家做了一個有趣的實驗：在雙縫干涉實驗中，在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，底片上只地通過狹縫，實驗結果表明，如果曝光時間不太長，底片上只出現(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，對這個實驗結果認識正確的是現(xiàn)規(guī)則的干涉條紋，對這個實驗結果認識正確的是()A.曝光時間不長時，出現(xiàn)不規(guī)則的點子，表現(xiàn)出光的波動性曝光時間不長時，出現(xiàn)不規(guī)則的點子，表現(xiàn)出光的波動性B.單個光子通過雙縫后的落點可以預測單個光子通過雙縫后的落點可以預測C.干涉條紋中明亮的部分是光子到達機會較多的地方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能表現(xiàn)出光的粒子性只有大量光子的行為才能表現(xiàn)出光的粒子性 解析由于光波是一種概率波解析由于光波是一種概率波，故選項故選項C正確；正確；A中的現(xiàn)象說明中的現(xiàn)象說明了光的粒子性了光的粒子性，個別光子的行為通常表現(xiàn)出粒子性個別光子的行為通常表現(xiàn)出粒子性，故選項故選項A、D錯誤。錯誤。答案答案C針對訓練針對訓練1.如果一個電子的德布羅意波長和一個中子的相等，則它們的哪如果一個電子的德布羅意波長和一個中子的相等，則它們的哪個物理量也相等個物理量也相等()A.速度速度 B.B.動能動能 C.動量動量 D.D.總能量總能量 答案答案C2.用很弱的光做雙縫干涉實驗，把入射光減弱到可以認為光源和用很弱的光做雙縫干涉實驗，把入射光減弱到可以認為光源和感光膠片之間不可能同時有兩個光子存在，如圖所示是不同數(shù)感光膠片之間不可能同時有兩個光子存在，如圖所示是不同數(shù)量的光子照射到感光膠片上得到的照片。這些照片說明量的光子照射到感光膠片上得到的照片。這些照片說明()A.光只有粒子性沒有波動性光只有粒子性沒有波動性B.光只有波動性沒有粒子性光只有波動性沒有粒子性C.少量光子的運動顯示波動性，大量光子的運動顯示粒子性少量光子的運動顯示波動性，大量光子的運動顯示粒子性D.少量光子的運動顯示粒子性，大量光子的運動顯示波動性少量光子的運動顯示粒子性，大量光子的運動顯示波動性 解析光具有波粒二象性解析光具有波粒二象性，這些照片說明少量光子的運動顯這些照片說明少量光子的運動顯示粒子性示粒子性，大量光子的運動顯示波動性大量光子的運動顯示波動性，故故D正確。正確。答案答案D3.在做雙縫干涉實驗時，發(fā)現(xiàn)在做雙縫干涉實驗時，發(fā)現(xiàn)10 000個光子中有個光子中有9 600個通過雙縫個通過雙縫后打到了觀察屏上的后打到了觀察屏上的b處，則處，則b處是處是()A.亮紋亮紋B.暗紋暗紋C.既有可能是亮紋也有可能是暗紋既有可能是亮紋也有可能是暗紋D.以上各種情況均有可能以上各種情況均有可能 解析由光子按波的概率分布的特點去判斷解析由光子按波的概率分布的特點去判斷，由于大部分光由于大部分光子都落在子都落在b點點，故故b處一定是亮紋處一定是亮紋，選項選項A正確。正確。答案答案A 1.(多選多選)在光電效應實驗中，用頻率為在光電效應實驗中，用頻率為的光照射光電管陰極，發(fā)的光照射光電管陰極，發(fā)生了光電效應，下列說法正確的是生了光電效應，下列說法正確的是()A.增大入射光的強度，光電流增大增大入射光的強度，光電流增大B.減小入射光的強度，光電效應現(xiàn)象消失減小入射光的強度，光電效應現(xiàn)象消失C.改用頻率小于改用頻率小于的光照射，一定不發(fā)生光電效應的光照射，一定不發(fā)生光電效應D.改用頻率大于改用頻率大于的光照射，光電子的最大初動能變大的光照射，光電子的最大初動能變大 解析增大入射光強度解析增大入射光強度，使單位時間內(nèi)逸出的光電子數(shù)增加使單位時間內(nèi)逸出的光電子數(shù)增加，因因此光電流增大此光電流增大，選項選項A正確；能否發(fā)生光電效應與照射光的頻率正確；能否發(fā)生光電效應與照射光的頻率有關有關，與強度無關與強度無關，選項選項B錯誤；當照射光的頻率小于錯誤；當照射光的頻率小于，但仍大但仍大于極限頻率時發(fā)生光電效應于極限頻率時發(fā)生光電效應，選項選項C錯誤；由錯誤；由EkmhW，增加增加照射光的頻率照射光的頻率，光電子的最大初動能變大光電子的最大初動能變大，選項選項D正確。正確。答案答案AD2.(多選多選)關于光的波粒二象性，正確的說法是關于光的波粒二象性，正確的說法是()A.光的頻率越高，光子的能量越大，粒子性越顯著光的頻率越高，光子的能量越大，粒子性越顯著B.光的波長越長，光的能量越小，波動性越顯著光的波長越長，光的能量越小，波動性越顯著C.頻率高的光子不具有波動性，波長較長的光子不具有粒子性頻率高的光子不具有波動性，波長較長的光子不具有粒子性D.個別光子產(chǎn)生的效果往往顯示粒子性，大量光子產(chǎn)生的效果個別光子產(chǎn)生的效果往往顯示粒子性，大量光子產(chǎn)生的效果往往顯示波動性往往顯示波動性 解析光具有波粒二象性解析光具有波粒二象性，但在不同情況下表現(xiàn)不同但在不同情況下表現(xiàn)不同，頻率越頻率越高高，波長越短波長越短，粒子性越強粒子性越強，反之波動性明顯反之波動性明顯，個別光子易顯個別光子易顯示粒子性示粒子性，大量光子顯示波動性大量光子顯示波動性，故選項故選項A、B、D正確。正確。答案答案ABD 答案答案CD4.已知鈣和鉀的截止頻率分別為已知鈣和鉀的截止頻率分別為7.731014 Hz和和5.441014 Hz，在某種單色光的照射下兩種金屬均發(fā)生光電效應，比較它們表在某種單色光的照射下兩種金屬均發(fā)生光電效應，比較它們表面逸出的具有最大初動能的光電子，鈣逸出的光電子具有較大面逸出的具有最大初動能的光電子，鈣逸出的光電子具有較大的的()A.波長波長 B.B.頻率頻率 C.能量能量 D.D.動量動量 答案答案A5.在某次光電效應實驗中，得到的遏止電壓在某次光電效應實驗中，得到的遏止電壓Uc與入射光的頻率與入射光的頻率的的關系如圖所示。若該直線的斜率和截距分別為關系如圖所示。若該直線的斜率和截距分別為k和和b，電子電荷，電子電荷量的絕對值為量的絕對值為e，則普朗克常量可表示為，則普朗克常量可表示為_，所用材料，所用材料的逸出功可表示為的逸出功可表示為_。答案答案ekeb