波粒二象性.doc

波粒二象性.doc

《波粒二象性.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《波粒二象性.doc（15页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

考点一　光电效应的实验规律

1．光电效应

在光的照射下金属中的电子从金属表面逸出的现象，叫做光电效应，发射出来的电子叫做光电子．

2．实验规律

（1）每种金属都有一个极限频率．[来源:

Zxxk.Com]

（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．

（3）逸出功：

电子从金属中逸出所需做功的最小值，叫做该金属的逸出功．

1．[光电效应现象]（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

答案　BC

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A错误，B正确；锌板与验电器相连，带有相同电性的电荷，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C正确，D错误．

2．[光电效应产生的条件]用一束紫外线照射某金属时不能产生光电效应，可能使该金属发生光电效应的措施是（　　）

A．改用频率更小的紫外线照射

B．改用X射线照射

C．改用强度更大的原紫外线照射

D．延长原紫外线的照射时间

答案　B

解析　某种金属能否发生光电效应取决于入射光的频率，与入射光的强度和照射时间无关，不能发生光电效应，说明入射光的频率小于金属的极限频率，所以要使金属发生光电效应，应增大入射光的频率，X射线的频率比紫外线频率高，所以本题答案为B.

3．[光电管]（多选）如图2所示，电路中所有元件完好，但光照射到光电管上，灵敏电流计中没有电流通过，其原因可能是（　　）

图2

A．入射光太弱 B．入射光波长太长

C．光照时间短 D．电源正、负极接反

答案　BD

解析　入射光波长太长，入射光的频率低于截止频率时，不能发生光电效应，故选项B正确；电路中电源反接，对光电管加了反向电压，若该电压超过了遏止电压，也没有光电流产生，故选项D正确．

4．[光电效应的规律]入射光照到某金属表面发生光电效应，若入射光的强度减弱，而频率保持不变，则下列说法中正确的是（　　）

A．从光照射到金属表面上到金属发射出光电子之间的时间间隔将明显增加

B．逸出的光电子的最大初动能减小

C．单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将减少

D．有可能不发生光电效应

答案　C

解析　光电效应瞬时（10－9s）发生，与光强无关，A错误．光电子的最大初动能只与入射光的频率有关，入射光的频率越大，最大初动能越大，B错误．光电子数目多少与入射光的强度有关，光强减弱，单位时间内从金属表面逸出的光电子数目减少，C正确．能否发生光电效应，只取决于入射光的频率是否大于极限频率，与光强无关，D错误．[来源:

Zxxk.Com]

光电效应规律的“四点”理解

1．放不放光电子，看入射光的最低频率．

2．放多少光电子，看光的强度．

3．光电子的最大初动能大小，看入射光的频率．

4．要放光电子，瞬时放．

考点二　光电效应方程和光电效应图象

1．光子说

爱因斯坦提出：

空间传播的光不是连续的，而是一份一份的，每一份称为一个光子，光子具有的能量与光的频率成正比，即：

ε＝hν，其中h＝6.63×10－34J·s.

2．光电效应方程

（1）表达式：

hν＝Ek＋W0或Ek＝hν－W0.

（2）物理意义：

金属中的电子吸收一个光子获得的能量是hν，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电子的最大初动能Ek＝mv2.

3．由Ek－ν图象（如图3）可以得到的信息

图3

（1）极限频率：

图线与ν轴交点的横坐标νc.

（2）逸出功：

图线与Ek轴交点的纵坐标的绝对值E＝W0.

（3）普朗克常量：

图线的斜率k＝h.

4．由I－U图象（如图4）可以得到的信息

图4

（1）遏止电压Uc：

图线与横轴的交点的绝对值．

（2）饱和光电流Im：

电流的最大值．

（3）最大初动能：

Ekm＝eUc.

5．由Uc－ν图象（如图5）可以得到的信息

图5

（1）截止频率νc：

图线与横轴的交点．

（2）遏止电压Uc：

随入射光频率的增大而增大．

（3）普朗克常量h：

等于图线的斜率与电子电荷量的乘积，即h＝ke.（注：

此时两极之间接反向电压）

[思维深化]

请判断下列说法是否正确．

（1）只要光照射的时间足够长，任何金属都能发生光电效应．（　×　）

（2）光电子就是光子．（　×　）

（3）极限频率越大的金属材料逸出功越大．（　√　）

（4）从金属表面出来的光电子的最大初动能越大，这种金属的逸出功越小．（　×　）

（5）入射光的频率越大，逸出功越大．（　×　）

5．[光电效应方程的应用]（2013·北京·20）以往我们认识的光电效应是单光子光电效应，即一个电子在极短时间内只能吸收到一个光子而从金属表面逸出．强激光的出现丰富了人们对于光电效应的认识，用强激光照射金属，由于其光子密度极大，一个电子在极短时间内吸收多个光子成为可能，从而形成多光子光电效应，这已被实验证实．

光电效应实验装置示意图如图6.用频率为ν的普通光源照射阴极K，没有发生光电效应．换用同样频率ν的强激光照射阴极K，则发生了光电效应；此时，若加上反向电压U，即将阴极K接电源正极，阳极A接电源负极，在K、A之间就形成了使光电子减速的电场．逐渐增大U，光电流会逐渐减小；当光电流恰好减小到零时，所加反向电压U可能是下列的（其中W为逸出功，h为普朗克常量，e为电子电荷量）（　　）

图6

A．U＝－ B．U＝－

C．U＝2hν－W D．U＝－

答案　B

解析　由光电效应方程可知：

nhν＝W＋mv2（n＝2,3,4…）①

在减速电场中由动能定理得－eU＝0－mv2②

联立①②得：

U＝－（n＝2,3,4…），选项B正确．

6．[Uc－ν图象]（2015·新课标Ⅰ·35

（1））在某次光电效应实验中，得到的遏止电压Uc与入射光的频率ν的关系如图7所示．若该直线的斜率和截距分别为k和b，电子电荷量的绝对值为e，则普朗克常量可表示为，所用材料的逸出功可表示为．

图7

答案　ek　－eb

解析　光电效应中，入射光子能量为hν，克服逸出功W0后多余的能量转换为电子动能，反向遏止电压eUc＝hν－W0，整理得Uc＝ν－，斜率即＝k，所以普朗克常量h＝ek，截距为b，即eb＝－W0，所以逸出功W0＝－eb.

7．[Ek－ν图象]爱因斯坦因提出了光量子概念并成功地解释光电效应的规律而获得1921年诺贝尔物理学奖．某种金属逸出光电子的最大初动能Ek与入射光频率ν的关系如图8所示，其中νc为极限频率．从图中可以确定的是（　　）

图8

A．逸出功与ν有关

B．Ek与入射光强度成正比

C．当ν<νc时，会逸出光电子

D．图中直线的斜率与普朗克常量有关

答案　D

解析　由爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0和W0＝hνc（W0为金属的逸出功）可得，Ek＝hν－hνc，可见图象的斜率表示普朗克常量，D正确；只有ν≥νc时才会发生光电效应，C错；金属的逸出功只和金属的极限频率有关，与入射光的频率无关，A错；最大初动能取决于入射光的频率，而与入射光的强度无关，B错．

8．[I－U图象]在光电效应实验中，飞飞同学用同一光电管在不同实验条件下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线（甲光、乙光、丙光），如图9所示．则可判断出（　　）

图9

A．甲光的频率大于乙光的频率

B．乙光的波长大于丙光的波长

C．乙光对应的截止频率大于丙光的截止频率

D．甲光对应的光电子最大初动能大于丙光的光电子最大初动能

答案　B

解析　由于是同一光电管，因而不论对哪种光，极限频率和金属的逸出功相同，对于甲、乙两种光，反向遏止电压相同，因而频率相同，A错误；丙光对应的反向遏止电压较大，因而丙光的频率较高，波长较短，对应的光电子的最大初动能较大，故C、D均错，B正确．

定量分析光电效应时应抓住的三个关系式

1．爱因斯坦光电效应方程：

Ek＝hν－W0.

2．最大初动能与遏止电压的关系：

Ek＝eUc.

3．逸出功与极限频率、极限波长λc的关系：

W0＝hνc＝h.

考点三　光的波粒二象性、物质波

1．光的波粒二象性

（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λ＝，p为运动物体的动量，h为普朗克常量．

9．[光的波粒二象性的理解]用很弱的光做双缝干涉实验，把入射光减弱到可以认为光源和感光胶片之间不可能同时有两个光子存在，如图10所示是不同数量的光子照射到感光胶片上得到的照片．这些照片说明（　　）

图10

A．光只有粒子性没有波动性

B．光只有波动性没有粒子性

C．少量光子的运动显示波动性，大量光子的运动显示粒子性

D．少量光子的运动显示粒子性，大量光子的运动显示波动性

答案　D

解析　光具有波粒二象性，这些照片说明少量光子的运动显示粒子性，大量光子的运动显示波动性，故D正确．

10．[光的波粒二象性]（2015·江苏单科·12C

（1））（多选）波粒二象性是微观世界的基本特征，以下说法正确的有．

A．光电效应现象揭示了光的粒子性

B．热中子束射到晶体上产生衍射图样说明中子具有波动性

C．黑体辐射的实验规律可用光的波动性解释

D．动能相等的质子和电子，它们的德布罗意波长也相等

答案　AB

解析　光电效应说明光的粒子性，所以A正确；热中子束在晶体上产生衍射图样，即运动的实物粒子具有波的特性，即说明中子具有波动性，所以B正确；黑体辐射的

实验规律说明电磁辐射具有量子化，即黑体辐射是不连续的、一份一份的，所以黑体辐射用光的粒子性解释，即C错误；根据德布罗意波长公式λ＝，p2＝2mEk，又质子的质量大于电子的质量，所以动能相等的质子和电子，质子的德布罗意波波长较短，所以D错误．

11．[物质波]（2013·江苏·12C

（1））如果一个电子的德布罗意波长和一个中子的相等，则它们的也相等．

A．速度B．动能C．动量D．总能量

答案　C

解析　根据德布罗意波长公式λ＝，选C.

波粒二象性的“三个易错”

1．光子表现为波动性，并不否认光子具有粒子性．

2．宏观物体也具有波动性．

3．微观粒子的波动性与机械波不同，微观粒子的波是概率波．

1．（2014·广东·18）（多选）在光电效应实验中，用频率为ν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ν的光照射，一定不发生光电效应

D．改用频率大于ν的光照射，光电子的最大初动能变大

答案　AD

解析　增大入射光强度，单位时间内照射到单位面积的光子数增加，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ν的光照射光电管阴极，发生光电效应，用频率较小的