高中物理波粒二象性学案Word文档格式.docx

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s。

（2）普朗克提出了能量子假说后，又推出了黑体辐射的强度按波长分布的公式，与实验结果相符合。

【预习检测】

1．下列关于黑体的说法中正确的是（）

A．黑体能部分吸收入射的电磁波B．黑体能全部吸收入射的电磁波

C．黑体能辐射电磁波D．黑体不能辐射电磁波

2．可见光的波长的大致范围是400nm~700nm.400nm、700nm电磁辐射的能量子ε的值分别是多少？

参考答案

1．BC，2．

、

▲堂中互动▲

【典题探究】

【例1】如图所示画出了两种温度下黑体辐射的强度与波长的关系。

可以看出，T1、T2图线在波长相同时，T1图图线对应的辐射强度大，所以T1________T2（填"

>

"

或"

<

）；

随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较________的方向移动。

【解析】根据黑体辐射随温度升高辐射强度增大的规律，可知T1>

T2；

从图像中可直接看出随看温度升高，辐射强度的极大值向波长比较短方向移动。

【拓展】本题主要考察学生对图像的观察分析能力，图线还反映了同一温度下黑体辐射强度随辐射的电磁波波长成正态分布规律。

【例2】对应于3.4×

10-19J的能量子，其电磁辐射的频率和波长各是多少？

它是什么颜色的？

【解析】根据公式ε=hν和ν=

得

ν=

λ=

5.13×

1014Hz频率属于黄光的频率范围，它是黄光，其波长为5.85×

10-7m

【拓展】能量子的提出，不仅体现了微观粒子能量的不连续性，同时也反映了电磁波频率或波长的不连续性。

第十七章波粒二象性

2科学的转折：

光的粒子性

1．了解光电效应及其实验规律，感受以实验为基础的科学研究方法。

2．知道爱因斯坦光电效应方程及其意义，感受科学家在面对科学疑难时的创新精神。

3．了解康普顿效应及其意义。

1．光电效应的实验规律。

2．用爱因斯坦光电效应方程解释光电效应规律。

1．光电效应

（1）在光（包括不可见光）的照射下，从物体发射的现象叫做光电效应。

（2）光电效应实验中，金属受光照射后从表面发射出来的电子叫电子，实质上光电子是获得了光的能量的电子，并不是其它粒子。

2．光电效应的实验规律

（1）饱和电流

的大小与成正比，也就是单位时间内逸出的光电子数目与入射光的强度成正比（如图用相同频率不同强度光照射阴极K得到的I-U图象）。

（2）光电子的最大初动能（或遏止电压）与入射光的强度无关，而只与有关，频率越高，光电子的初动能（或遏止电压）就越大，关系式为

。

（3）频率低于

的入射光，无论光的强度多大，照射时间多长，都不能使光电子逸出。

即存在。

（4）光的照射和光电子的逸出几乎是，在测量的精度范围内（<

）观察不出这两者间存在滞后现象。

3．光电效应解释中的疑难

（1）矛盾之一：

光的能量与有关，而不是由决定。

这个问题曾使物理界大为困惑，使经典的光的波动理论面临挑战。

（2）矛盾之二：

光电效应产生的时间极短，电子吸收光的能量是完成的，而不像波动理论所预计的那样可能。

4．爱因斯坦的光电效应方程。

（1）光子说：

光不是的，而是一份一份的，每一份光叫一个光子，一个光子的能量为。

（2）逸出功：

使电子脱离某种金属所做功的，用

表示，不同金属的逸出功不同。

（3）光电效应方程为。

5．康普顿效应

（1）光的散射：

光在介质中与相互作用，光的传播发生改变的现象叫做光的散射。

（2）康普顿效应：

在散射线中，除有与入射波长的射线外，还有波长比入射波长_______的射线，人们把这种波长变化的现象叫做康普顿效应。

6．光子的动量

在狭义相对论中：

一定的质量m与一定的能量E相对应，即。

由此可推出光子的动量的表达式为。

1．在演示光电效应的实验中，原来不带电的一块锌板与灵敏验电器相连，用紫外灯照射锌板时，验电器的指针就张开了一个角度，如图所示，这时（）

A．锌板带正电，指针带负电

B．锌板带正电，指针带正电

C．锌板带负电，指针带正电

D．锌板带负电，指针带负电

2．某种单色光照射金属时不能产生光电效应，则下述措施中可能使该金属产生光电效应的是（）

A．延长光照时间B．换用频率较低的光照射

C．增大光的强度D．换用波长较短的光照射

3．用某种单色光照射某种金属表面，发生光电效应，现将该单色光的强度减弱，则（）

A．光电子的最大初动能不变B．光电子的最大初动能减少

C．单位时间内产生的光电子数减少D．可能不发生光电效应

4．关于光电效应,以下说法正确的是（）

A．光电子的最大初动能与入射光的频率成正比

B．光电子的最大初动能越大，形成的光电流越强

C．能否产生光电效应现象，决定于入射光光子的能量是否大于或等于金属的逸出功

D．用频率是

的绿光照射某金属发生了光电效应，改用频率是

的黄光照射该金属一定不发生光电效应

5．康普顿效应证实了光子不仅具有能量，也有动量，图给出了光子与静止电子碰撞后，电子的运动方向，则碰后光子可能沿方向运动（填“1”、“2”、“3”）,并且波长（填“不变”“变小”或“变长”）。

6．紫外线光子的动量为

，一个静止的

吸收了一个紫外线光子后（）

A．仍然静止B．沿着光子原来运动的方向运动

C．沿光子运动相反方向运动D．运动方向不能确定

参考答案

1.

（1）电子，

（2）光

2．

（1）入射光的强度，

（2）入射光的频率，（3）截止频率，（4）同时的

3．

（1）频率，振幅；

（2）瞬时

4．

（1）连续，

，

（2）最小值，（3）

5．

（1）物质粒子，方向，

（2）相同，长

6．

1．B，2．D，3．AC，4．C，5．1，变长，6．D

【例1】如图所示，一验电器与锌板相连，在A处用一紫外线灯照射锌板，关灯后，指针保持一定偏角。

（1）现用一带负电的金属小球与锌板接触，则验电器指针偏角将（填“增大”“减小”或“不变”）。

（2）使验电器指针回到零，再用相同强度的钠灯发出的黄光照射锌板，验电器指针无偏转。

那么，若改用强度更大的红外线灯照射锌板，可观察到验电器指针（填“有”或“无”）偏转。

［答案］

（1）减小

（2）无

〖解析〗

（1）当用紫外光照射锌板时，锌板发生光电效应，放出光电子而带上了正电，此时与锌板连在一起的验电器也带上了正电，从而指针发生了偏转。

当带负电的小球与锌板接触后，中和了一部分正电荷，从而使验电器的指针偏转减小。

（2）使验电器指针回到零，用钠灯黄光照射，验电器指针无偏转，说明钠灯黄光的频率小于截止频率，红外光比钠灯黄光的频率还要低，更不可能发生光电效应。

能否发生光电效应与入射光的强度无关。

【例2】分别用

和

的单色光照射同一金属，发出的光电子的最大初动能之比为1：

2。

以

表示普朗克常量，c表示真空中的光速，则此金属板的逸出功是多大？

〖解析〗设此金属的逸出功为W，根据光电效应方程得如下两式

当用波长为

的光照射时：

又

，解得

【例3】某同学为了测量普朗克常量，利用研究光电效应的电路，用能够产生光电效应的两种（或多种）已知频率的光来进行实验，测出了遏止电压

图象如图所示，根据图象，可测得普朗克常量为。

〖解析〗

根据电场力做功特点

所以

即

直线的倾斜程度反应了

的大小，所以

概率波和不确定关系

1．了解概率波的概念，体会微观粒子波粒二象性模型的建立过程。

2．初步了解不确定关系的内容，了解模型在物理学发展中的重要作用及其局限性。

1．通过光的干涉、衍射现象的认识理解光波以及物质波是一种概率波。

2．概率波的本质含义。

1．概率波

（1）经典物理学中粒子运动的基本特征：

任意时刻有确定的________和________以及有确定的________。

（2）经典的波的特征：

具有________和________，也就是具有时空的________。

（3）从概率波的角度看，在双缝干涉实验中，单个光子通过双缝到屏上的落点无法预测，体现了单个光子运动的不确定性，而大量光子通过狭缝后呈现出干涉条纹，体现出大量光子的运动受波动规律的支配，亮纹处表示光子在这些区域出现的概率大，暗纹处表示光子在这些区域出现的概率小，因此光波是一种概率波。

2．不确定关系

（1）微观粒子不可能同时具有________的位置和动量。

粒子位置的不确定量

越________，动量的不确定量

就越大，反之亦然。

（2）不确定关系式

表明：

微观粒子的坐标和动量不能同时测准，它本质上是微观粒子具有波粒二象性的必然反映。

1．关于物质波，下列认识错误的是（）

A．任何运动的物体都伴随着一种波，这种波叫物质波

B．X射线的衍射实验，证实了物质波假设是正确的

C．电子的衍射实验，证实了物质波假设是正确的

D．运动的质子尽管具有波动性，但它不能产生干涉、衍射现象

2．光通过单缝所发生的现象，用位置和动量的不确定关系的观点加以解释，正确的是（）

A．单缝宽，光沿直线传播，这是因为单缝宽，位置不确定量

大，动量不确定量

小，可以忽略

B．当能发生明显衍射现象时，动量不确定量

就不能忽略

C．单缝越窄，中央亮纹越宽，是因为位置不确定量小，动量不确定量大的缘故

D．以上解释都是不对的

3．经150V电压加速的电子束，沿同一方向射出，穿过铝箔后射到其后的屏上，则（）

A．所有电子的运动轨迹均相同

B．所有电子到达屏上的位置坐标均相同

C．电子到达屏上的位置坐标可用牛顿运动定律确定

D．电子到达屏上的位置受波运动规律支配，无法用确定的坐标来描述它的位置

1.

（1）位置，速度，轨道，

（2）频率，波长，周期性

2．

（1）确定，小

1．D，2．ABC，3．D

【例题1】在单缝衍射实验中，中央亮纹的光强占从单缝射入的整个光强的95%以上。

假设现在只让一个光子通过单缝，那么该光子（）。

A．一定落在中央亮纹处B．一定落在亮纹处

C．可能落在暗纹处D．落在中央亮纹处的可能性最大

〖解析〗根据光的概率波的概念，对于一个光子通过单缝落在何处，是不可确定的，但概率最大的是落在中央亮纹处，可达到95%以上。

当然也可落在其他亮纹处，还可能落在暗纹处，不过落在暗纹处的概率很小，故C、D正确。

［答案］C、D

【例题2】一颗质量为10g的子弹，具有200m/s的速率，若其动量的不确定范围为动量的0.01%，则该子弹位置的不确定范围为多大？

〖解析〗对子弹，利用不确定关系式：

，得：

代入数据得

章末复习

【知识网络梳理】

【知识要点与方法指导】

一、重点、难点、方法

要澄清一些容易混淆的概念，如“光子”、“光电子”、“光子的能量”与“光电子的最大初动能”等，这对理解光电效应的规律具有重要意义。

1．“光子”与“光电子”

光子是指光在空间传播时的每一份能量（即能量是不连续的），光子不带电，是微观领域中的一种粒子，而光电子是金属表面受光照射时发射出来的电子，因而其本质就是电子。

2．“光子的能量”与“入射光的强度”

光子的能量是一份一份的，每一份能量为

，其大小由光的频率决定，而入射光的强度是指单位时间内入射光中包含光子数的多少，入射光的强度可表示为

，其中n为单位时间的光子数。

3．“光电子的最大初动能”与“光电子的动能”

光照射到金属表面时，电子吸收光子的能量，只需克服原子核的引力做功就能从金属表面逸出，那么这些光电子具有最大初动能，其值为

（式中W为金属的逸出功），而不从金属表面发射的光电子，在逸出的过程中损失的能量会更多，所以此时光电子的动能

二、要点深化

在光电效应现象中，入射光的频率、强度对光电效应规律有什么影响，概括如下：

1．入射光的频率

决定光子的能量

决定光电子的最大初动能。

2．入射光的强度

决定单位时间内接收的光子数

决定单位时间内发射的光电子数。

3．光电效应的实质是：

光现象

引起电现象。

4．关于

图线

如图所示，由图线可以得到的物理量：

①极限频率：

图线与横轴交点的横坐标值

；

②逸出功：

图线与纵轴交点的纵坐标值

③普朗克常量：

图线的斜率

5．正确理解波粒二象性：

波粒二象性中的波是一种概率波，对大量光子才有意义，波粒二象性中所说的粒子是指其不连续性，是一份能量。

大量光子的作用效果往往表现为波动性，个别光子的作用效果往往表现为粒子性。

【例1】已知能使某金属产生光电效应的极限频率为

（）

A．当用频率为2

的单色光照射该金属时，一定能产生光电子

B．当用频率为2

的单色光照射该金属时，所产生的光电子的最大初动能为

C．当照射光的频率v大于

时，若v增大，则逸出功增大

D．当照射光的频率v大于

时，若v增大一倍，则光电子的最大初动能也增大一倍

[解析]因照射光的频率大于极限频率产生光电效应，所以，A正确。

因为极限频率为

，所以

，再

，B正确。

因为逸出功是光电子恰好逸出时需要的功，对于同种金属是恒定的，故C项错误。

由

，当v加倍时：

，故D项错。

答案为AB。

[答案]AB

【例2】人类对光的本性的认识经历了曲折的过程，下列关于光的本性的陈述正确的是（）

A．牛顿的“微粒说”与爱因斯坦的“光子说”本质上是一样的

B．任何一个运动着的物体，都具有波动性

C．麦克斯韦预言了光是一种电磁波

D．光波是概率波

[解析]牛顿的“微粒说”是牛顿所描绘的那种遵循经典力学规律的机械微粒，与“光子说”不同，故选项A错。

任何一个运动着的物体，都具有波动性，这种波叫做物质波，故选项B对。

光子在空间各点出现的概率，可以用波动规律来描述，即光波是概率波，选项D对。

答案为BCD。

[答案]BCD

【例3】紫光的波长为4000Å

，金属钠的逸出功为

，求：

（1）每个紫光光子的能量为多大？

（2）若用该紫光照射金属钠时，产生的光电子的最大初动能是多大？

[解析]

（1）因

（2）由爱因斯坦的光电效应方程得：

，

[答案]

（1）

（2）