高中物理 第十七章 波粒二象性 本章专题整合提升课件5高中选修35物理课件
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(1)该管在 1 s 内发射出多少个光子？ (2)若光束全部被黑体表面吸收，那么该黑体表面受到的光 束对它的作用力 F 为多大？
12/9/2021
第二十页，共二十四页。
【解析】 (1)设在时间 Δt 内发射出的光子数为 n，光子频 率为 ν，每个光子的能量 E＝hν，则 P＝nΔhtν.
而 ν＝cλ，Δt＝1 s. 解得 n＝PhΔctλ＝66.603××11×0－6364×3×3×101－09 8个 ＝2.0×1020 个．
A．无论入射光多强，只要光的频率小于极限频率就不能产 生光电效应
B．无论入射光的频率多低，只要光照时间足够长就能产生 光电效应
C．超过极限频率的入射光强度越弱，所产生的光电子的最 大初动能就越小
D．超过极限频率的入射光频率越高，所产生的光电子的最 大初动能就越大
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第六页，共二十四ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ。
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第十六页，共二十四页。
【例 5】 (多选)从光的波粒二象性出发，下列说法中正确 的是( BD )
A．光的频率越低，光子的能量越大 B．光的频率越高，光子的能量越大 C．在光的干涉现象中，暗条纹的地方是光子不会到达的地 方 D．在光的干涉现象中，亮条纹的地方是光子到达概率大的 地方
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第八页，共二十四页。
【解析】 入射光的频率相同，则遏止电压相同；入射光 越强，单位时间逸出的光电子越多，饱和光电流越大，所以 C 正确．
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第九页，共二十四页。
【例 3】 如图所示，当开关 S 断开时，用光子能量为 2.5 eV 的一束单色光照射阴极 K，发现电流表读数不为零．合上开关， 调节滑动变阻器，发现当电压表读数小于 0.60 V 时，电流表读 数仍不为零；当电压表大于或等于 0.60 V 时，电流表示数为零．由 此可知阴极材料的逸出功为多少？
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第十七页，共二十四页。
【解析】 光具有波粒二象性，光的频率越高，光子的能 量越大，A 错误，B 正确．在干涉条纹中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，C 错误，D 正确．
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第十八页，共二十四页。
专题三 涉及光子说的综合分析
概述：本章中关于光子的能量、物质波等知识联系非常紧 密，而且与动量知识综合考查本章知识的题目很多，具有一定 的难度和综合性．解此类问题的关键是找到各物理量之间的联 系．
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第十一页，共二十四页。
光电子在电场中，由动能定理得 eU＝Ek ② ①②联立解得 W0＝hν－eU＝2.5×1.6×10－19 J－1.6×10－ 19×0.6 J＝1.9×1.6×10－19 J＝1.9 eV.
【答案】 1.9 eV
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第十二页，共二十四页。
专题二 从微观角度理解光的波粒二象性 概述：1.光的粒子性和波动性并不矛盾 经典的粒子和经典的波是对立的、矛盾的，但对光子等微
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第四页，共二十四页。
2．光电效应方程的应用 光电效应方程实质上是能量转化和守恒定律在光电效应现 象中的反映，其中涉及的几个方程为 Ek＝hν－W0，Ekm＝12mv2m＝ eUc，W0＝hνc.
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第五页，共二十四页。
【例 1】 (多选)对于光电效应现象，下列判断正确的是 ( AD )
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第十页，共二十四页。
【解析】 如图所示的电路，在光电管上加反向电压，光 电子逸出后，在电场中被减速，电场力做负功，当用 2.5 eV 的 光子照射时电流表有示数，说明已经发生了光电效应，有光电 子逸出．当闭合开关 S，调节滑动变阻器，电压表读数大于 0.6 V 时，电流表没有示数，说明遏止电压为 0.6 V，即电子在电场力 作用下，临界状态是光电子到达光电管的另一极(即阳极)时速度 为零．根据光电效应方程 Ek＝hν－W0 ①
第十七章
波粒二象性
12/9/2021
第一页，共二十四页。
本章专题(zhuāntí)整合提升
12/9/2021
第二页，共二十四页。
专题一 光电效应规律及应用
概述：1.光电效应的规律 (1)光电效应是单个光子和单个电子之间的相互作用产生 的，金属中的某个电子只能吸收一个光子的能量，只有吸收的 能量足够克服原子核的引力而逸出时，才能产生光电子，发生 光电效应，而光的能量与频率有关．由此可解释光电效应的瞬 时性和存在截止频率的原因．
第二十四页，共二十四页。
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第二十二页，共二十四页。
又根据牛顿第三定律，得光子束对黑体表面的作用力 F′＝F＝2.0×10－7 N.
【答案】 (1)2.0×1020 个 (2)2.0×10－7 N
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第二十三页，共二十四页。
内容 总结 (nèiróng)
第十七章
No Image
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第三页，共二十四页。
(2)光电子的动能可以介于 0～Ekm 的任意值，只有从金属表 面逸出的电子才具有最大初动能，且随入射光频率的增大而增 大．
(3)入射光强度是指单位时间内入射到金属表面单位面积上 光子的总能量，在入射频率不变的情况下，光强正比于单位时 间内照射到金属表面单位面积上的光子数，但若入射光频率不 同，即使光强相同，单位时间内照射到金属表面单位面积上的 光子数也不相同，因此从金属表面逸出的光电子数也不相同， 形成的光电流也不相同．
【例 6】 光具有波粒二象性，光子的能量 E＝hν，其中频 率 ν 表征波的特征．在爱因斯坦提出光子说之后，法国物理学家 德布罗意提出了光子动量 p 与光波波长 λ 的关系为 p＝hλ.
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第十九页，共二十四页。
若某激光管以 P＝60 W 的功率发射波长 λ＝663 nm 的光束， 试根据上述理论计算：
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第十四页，共二十四页。
【例 4】 (多选)关于物质的波粒二象性，下列说法中正确 的是( ABCD )
A．不仅光子具有波粒二象性，一切运动的微粒都具有波粒 二象性
B．运动的微观粒子与光子一样，当它们通过一个小孔时， 都没有特定的运动轨道
C．波粒二象性中的波动性，是大量光子和高速运动的微观 粒子的行为，这种波动性与机械波在本质上是不同的
观粒子来说，波动性与粒子性并不矛盾，都具有波粒二象性．
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第十三页，共二十四页。
2．光是一种概率波 在光的干涉现象中，若曝光时间不长，在底片上只出现一 些不规则的点，这些点表示光子的运动跟宏观的质点不同．但 曝光时间足够长时，底片上出现有规律的干涉条纹．可见，光 的波动性是大量光子表现出来的现象． 在干涉条纹中，光强大的地方，光子到达的机会多，或说 光子出现的概率大．光强小的地方，光子到达的概率小． 所以大量光子产生的效果显示出光的波动性，少数光子产 生的效果显示出粒子性，且随着光的频率的增大，波动性越来 越不显著，而粒子性却越来越显著．
D．波动性和粒子性，在宏观现象中是矛盾的、对立的，但 在微观高速运动的现象中是统一的
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第十五页，共二十四页。
【解析】 光既具有波动性，又具有粒子性，即光具有波 粒二象性，这就是微观世界具有的特殊规律；大量光子运动的 规律表现出光的波动性，单个光子的运动表现出光的粒子性； 光的波长越长，波动性越明显，越容易看到光的干涉和衍射现 象；光波的频率越高，粒子性越明显，贯穿本领越强，故选项 A、 B、C、D 都正确．
【解析】 根据光电效应的规律，可知 A 正确，B、C 错误．根 据光电效应方程 Ek＝hν－W0＝hν－hνc＝h(ν－νc)，可知 D 正确．
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第七页，共二十四页。
【例 2】 研究光电效应的电路如图所示．用频率相同、强 度不相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(下图中)，正确的是 ( C)
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第二十一页，共二十四页。
(2)在时间 Δt 内激光管发射出的光子全部被黑体表面吸收， 光子的末动量变为零，据题中信息可知，n 个光子的总动量为 p 总＝np＝nhλ，
根据动量定理有 F·Δt＝p 总， 解得黑体表面对光子束的作用力为
F＝pΔ总t＝λn·Δht＝ncΔhνt ＝Pc＝3.0×60108 N ＝2.0×10－7 N，
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【解析】 (1)设在时间 Δt 内发射出的光子数为 n，光子频 率为 ν，每个光子的能量 E＝hν，则 P＝nΔhtν.
而 ν＝cλ，Δt＝1 s. 解得 n＝PhΔctλ＝66.603××11×0－6364×3×3×101－09 8个 ＝2.0×1020 个．
A．无论入射光多强，只要光的频率小于极限频率就不能产 生光电效应
B．无论入射光的频率多低，只要光照时间足够长就能产生 光电效应
C．超过极限频率的入射光强度越弱，所产生的光电子的最 大初动能就越小
D．超过极限频率的入射光频率越高，所产生的光电子的最 大初动能就越大
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【例 5】 (多选)从光的波粒二象性出发，下列说法中正确 的是( BD )
A．光的频率越低，光子的能量越大 B．光的频率越高，光子的能量越大 C．在光的干涉现象中，暗条纹的地方是光子不会到达的地 方 D．在光的干涉现象中，亮条纹的地方是光子到达概率大的 地方
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第八页，共二十四页。
【解析】 入射光的频率相同，则遏止电压相同；入射光 越强，单位时间逸出的光电子越多，饱和光电流越大，所以 C 正确．
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第九页，共二十四页。
【例 3】 如图所示，当开关 S 断开时，用光子能量为 2.5 eV 的一束单色光照射阴极 K，发现电流表读数不为零．合上开关， 调节滑动变阻器，发现当电压表读数小于 0.60 V 时，电流表读 数仍不为零；当电压表大于或等于 0.60 V 时，电流表示数为零．由 此可知阴极材料的逸出功为多少？
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【解析】 光具有波粒二象性，光的频率越高，光子的能 量越大，A 错误，B 正确．在干涉条纹中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，C 错误，D 正确．
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专题三 涉及光子说的综合分析
概述：本章中关于光子的能量、物质波等知识联系非常紧 密，而且与动量知识综合考查本章知识的题目很多，具有一定 的难度和综合性．解此类问题的关键是找到各物理量之间的联 系．
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光电子在电场中，由动能定理得 eU＝Ek ② ①②联立解得 W0＝hν－eU＝2.5×1.6×10－19 J－1.6×10－ 19×0.6 J＝1.9×1.6×10－19 J＝1.9 eV.
【答案】 1.9 eV
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专题二 从微观角度理解光的波粒二象性 概述：1.光的粒子性和波动性并不矛盾 经典的粒子和经典的波是对立的、矛盾的，但对光子等微
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2．光电效应方程的应用 光电效应方程实质上是能量转化和守恒定律在光电效应现 象中的反映，其中涉及的几个方程为 Ek＝hν－W0，Ekm＝12mv2m＝ eUc，W0＝hνc.
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【例 1】 (多选)对于光电效应现象，下列判断正确的是 ( AD )
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【解析】 如图所示的电路，在光电管上加反向电压，光 电子逸出后，在电场中被减速，电场力做负功，当用 2.5 eV 的 光子照射时电流表有示数，说明已经发生了光电效应，有光电 子逸出．当闭合开关 S，调节滑动变阻器，电压表读数大于 0.6 V 时，电流表没有示数，说明遏止电压为 0.6 V，即电子在电场力 作用下，临界状态是光电子到达光电管的另一极(即阳极)时速度 为零．根据光电效应方程 Ek＝hν－W0 ①
第十七章
波粒二象性
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专题一 光电效应规律及应用
概述：1.光电效应的规律 (1)光电效应是单个光子和单个电子之间的相互作用产生 的，金属中的某个电子只能吸收一个光子的能量，只有吸收的 能量足够克服原子核的引力而逸出时，才能产生光电子，发生 光电效应，而光的能量与频率有关．由此可解释光电效应的瞬 时性和存在截止频率的原因．
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第二十二页，共二十四页。
又根据牛顿第三定律，得光子束对黑体表面的作用力 F′＝F＝2.0×10－7 N.
【答案】 (1)2.0×1020 个 (2)2.0×10－7 N
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(2)光电子的动能可以介于 0～Ekm 的任意值，只有从金属表 面逸出的电子才具有最大初动能，且随入射光频率的增大而增 大．
(3)入射光强度是指单位时间内入射到金属表面单位面积上 光子的总能量，在入射频率不变的情况下，光强正比于单位时 间内照射到金属表面单位面积上的光子数，但若入射光频率不 同，即使光强相同，单位时间内照射到金属表面单位面积上的 光子数也不相同，因此从金属表面逸出的光电子数也不相同， 形成的光电流也不相同．
【例 6】 光具有波粒二象性，光子的能量 E＝hν，其中频 率 ν 表征波的特征．在爱因斯坦提出光子说之后，法国物理学家 德布罗意提出了光子动量 p 与光波波长 λ 的关系为 p＝hλ.
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若某激光管以 P＝60 W 的功率发射波长 λ＝663 nm 的光束， 试根据上述理论计算：
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【例 4】 (多选)关于物质的波粒二象性，下列说法中正确 的是( ABCD )
A．不仅光子具有波粒二象性，一切运动的微粒都具有波粒 二象性
B．运动的微观粒子与光子一样，当它们通过一个小孔时， 都没有特定的运动轨道
C．波粒二象性中的波动性，是大量光子和高速运动的微观 粒子的行为，这种波动性与机械波在本质上是不同的
观粒子来说，波动性与粒子性并不矛盾，都具有波粒二象性．
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2．光是一种概率波 在光的干涉现象中，若曝光时间不长，在底片上只出现一 些不规则的点，这些点表示光子的运动跟宏观的质点不同．但 曝光时间足够长时，底片上出现有规律的干涉条纹．可见，光 的波动性是大量光子表现出来的现象． 在干涉条纹中，光强大的地方，光子到达的机会多，或说 光子出现的概率大．光强小的地方，光子到达的概率小． 所以大量光子产生的效果显示出光的波动性，少数光子产 生的效果显示出粒子性，且随着光的频率的增大，波动性越来 越不显著，而粒子性却越来越显著．
D．波动性和粒子性，在宏观现象中是矛盾的、对立的，但 在微观高速运动的现象中是统一的
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【解析】 光既具有波动性，又具有粒子性，即光具有波 粒二象性，这就是微观世界具有的特殊规律；大量光子运动的 规律表现出光的波动性，单个光子的运动表现出光的粒子性； 光的波长越长，波动性越明显，越容易看到光的干涉和衍射现 象；光波的频率越高，粒子性越明显，贯穿本领越强，故选项 A、 B、C、D 都正确．
【解析】 根据光电效应的规律，可知 A 正确，B、C 错误．根 据光电效应方程 Ek＝hν－W0＝hν－hνc＝h(ν－νc)，可知 D 正确．
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【例 2】 研究光电效应的电路如图所示．用频率相同、强 度不相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(下图中)，正确的是 ( C)
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第二十一页，共二十四页。
(2)在时间 Δt 内激光管发射出的光子全部被黑体表面吸收， 光子的末动量变为零，据题中信息可知，n 个光子的总动量为 p 总＝np＝nhλ，
根据动量定理有 F·Δt＝p 总， 解得黑体表面对光子束的作用力为
F＝pΔ总t＝λn·Δht＝ncΔhνt ＝Pc＝3.0×60108 N ＝2.0×10－7 N，