01-波粒二象性

波粒子二象性
【知识概述】
1．光电效应：
⑴20世纪初，提出了光子说，重新强调了光的，并解释了光电效应．
⑵光电效应的概念、条件和特点：①概念：在光的照射下物体的现象．②条件：入射光的
频率大于，与光的强度无关．③瞬时性：的产生都是瞬时的，不超过10－9 s。

2．光子和光子的能量
⑴1900年，提出了电磁波的发射和吸收是的．爱因斯坦1905年提出在真空
传播的光也不是连续的．
⑵光子的能量：E ＝；普朗克常量：h＝J·s。

3．光电效应方程
⑴逸出功：使电子脱离某种金属所做功的．
⑵最大初动能：发生光电效应时，金属的电子吸收光子后克服原子核的引力逸出时所具有
动能的．
⑶光电效应方程：爱因斯坦光电效应方程是根据守恒定律推导出来的．描述的是光电子的
最大初动能E k跟入射光子的能量hv和逸出功W之间的关系：E km＝。

4．光子说对光电效应的解释：
⑴当光照射到金属上时，它的能量可能被金属中的某个电子全部吸收，电子吸收能量后动能______，
当它的动能足够大时，它能克服金属内部原子对它的________而离开金属表面逃逸出来，成为光电子，这一过程时间很短，不需要时间的积累．
⑵电子吸收光子的能量后可能向各个方向运动，有的向金属内部运动，有的向金属外部运动，由于路
程不同，电子逃逸出来时损失的能量不同，因而它们离开金属表面时的初动能不
同，只有直接从金属表面逃逸出来的电子的初动能_________，这时电子克服引力
所做的功叫这种金属的逸出功W。

对于某一金属，逸出功是一定的，要产生光电
效应，入射光的频率必须大于某一极限值ν0 = _________；最大初动能E km与入射
光频率v的关系图线（如图），光电子具有的能量各不相同，并非所有的光电子都
具有最大初动能．
5．光的波粒二象性：光是一种波，同时也是一种粒子，光具有；既不能把光波理解成宏观状态的波，也不能把光子当成实物粒子．
6．物质波：任何一个的物体，小到微观粒子，大到宏观物体，都有一种波与它相对应，其波长λ = ，也称为．物质波是一种．
年丹麦物理学家提出了原子结构的量子化和量子化模型．⑴能级：原子的可能状态是不连续的，因此各状态对应的也是不
连续的，能级就是原子各状态对应的．
⑵基态和激发态：原子的状态叫做基态，其他状态叫做激发态，
原子失去电子的过程叫．原子在各能级间跃迁时，所吸收或辐
射的光子的能量只能等于两能级间的能级差．原子电离时所吸收光子
的能量可以大于或等于某一能级的能量绝对值，即ΔE ≥E
∞
－E n.
⑶光子的发射与吸收：原子由激发态向基态跃迁时出光子，由基态
向激发态跃迁时要光子．光子的频率与能级的关系：。

9．光谱：分为发射光谱和吸收光谱。

发射光谱又分为连续光谱和线光谱
即原子光谱。

稀薄气体放电所发出的光谱是的，它只发出几种确定频率的光，因此光谱线是的，这种分立的线状谱叫原子光谱．
【典型例题】
〖例1〗某光电管的阴极是用金属钾制成的，它的逸出功为2.21 eV，用波长为2.5×10－7 m的紫外线照射阴极，已知真空中光速为3.0×108 m/s，元电荷为1.6×10－19 C，普朗克常量为6.63×10－34 J·s，求得钾的极限频率和该光电管发射的光电子的最大初动能应分别是（）A．5.3×1014 Hz、2.2 J B．5.3×1014 Hz、4.4×10－19 J
C．3.3×1033 Hz、2.2 J D．3.3×1033 Hz、4.4×10－19 J
〖例2〗如图所示，下列四个实验中（如图），深入地揭示了光的粒子性一面的有（）
A．光通过双缝后在屏上出现明暗相间的条纹
B．锌板被紫外线照射时有电子逸出但被可见光照射时没有电子逸出
C．轰击金箔的α粒子中有少数运动方向发生较大偏转
D．氢原子发射的光经三棱镜分光后，呈现线状光谱
〖例3〗如图所示为氢原子的四个能级，其中E1为基态，若大量氢原子A处于激发态E2，大量氢原子B处于激发态E3，则下列说法正确的是（）
A．原子A可能辐射出3种频率的光子
B．原子B可能辐射出3种频率的光子
C．原子A能够吸收原子B发出的光子并跃迁到能级E4
D．原子B能够吸收原子A发出的光子并跃迁到能级E4
〖例4〗真空中有一平行板电容器，两极板分别由铂和钾（其极限波长分别为λ1和λ2）制成，板面积为S，间距为d。

现用波长为λ（λ1 < λ < λ2）的单色光持续照射两板内表面，则电容器的最终带电荷量Q正比于
（）
A．
1
1
λλ
λ
λ-
⋅
S
d
B．
2
2
λλ
λ
λ-
⋅
S
d
C．
1
1
λλ
λ
λ-
⋅
d
S
D．
2
2
λλ
λ
λ-
⋅
d
S
A
B
C
D
〖例5〗如图所示，氢原子从n > 2的某一能级跃迁到n = 2的能级，辐射出能量为2.55 eV的光子．问：
⑴最少要给基态的氢原子提供多少电子伏特的能量，才能使它辐射上述能量的光子？
⑵请在图中画出获得该能量后的氢原子可能的辐射跃迁图．
【效能训练】
1．在光电效应现象中，下列说法中正确的是（）A．入射光的强度越大，光电子的最大动能越大
B．光电子的最大初动能随照射光的频率增大而增大
C．对于任何一种金属都存在一个“最大波长”、入射光的波长必须小于此波长，才能产生光电效应D．对于某种金属，只要入射光的强度足够大，就会发生光电效应
2．如图所示，灯丝F发射的电子束经过电场加速后从阳极上狭缝S穿出，通过两条平行狭缝S1、S2后，在荧光屏上形成明显的双缝干涉图样．已知一个电子从狭缝S穿出时动量为p，普朗克常量为h，则（）
A．经过电场加速后，电子的德布罗意波长为p/h
B．经过电场加速后，电子的德布罗意波长为h/p
C．荧光屏上暗条纹的位置是电子不能到达的位置
D．荧光屏上亮条纹的位置是电子到达概率大的位置
3．氢原子的部分能级如图所示，已知可见光的光子能量在1.62 eV到3.11 eV之间．由此可推知，氢原子（）
A．从高能级向n = 1能级跃迁时发出的光的波长比可见光的短
B．从高能级向n = 2能级跃迁时发出的光均为可见光
C．从高能级向n = 3能级跃迁时发出的光的频率比可见光的高
D．从n = 3能级向n = 2能级跃迁时发出的光为可见光
4．若规定氢原子处于基态时的能量为E1 = 0，则其他各激发态的能量依次为E2 = 10.2 eV、E3 = 12.09 eV、E4 = 12.75 eV、E5 = 13.06 eV……在气体放电管中，处于基态的氢原子受到能量为12.8 eV的高速电子轰击而跃迁到激发态，在这些氢原子从激发态向低能级跃迁的过程中（）A．总共能辐射出6种不同频率的光子
B．总共能辐射出10种不同频率的光子
C．辐射出波长最长的光子是从n = 4跃迁到n = 3能级时放出的
D．辐射出波长最长的光子是从n = 5跃迁到n = 4能级时放出的
5．对爱因斯坦光电效应方程E k = hν－W，下列理解正确的是（）A．只要是用同种频率的光照射同一种金属，则从金属中逸出的所有光电子都会具有同样的初动能E k B．式中的W表示每个光电子从金属中飞出过程中克服金属中正电荷引力所做的功
C．逸出功W和极限频率ν0之间应满足关系式W = hν0
D．光电子的最大初动能和入射光的频率成正比
6．物理学家做了一个有趣的实验：在光屏处放上照相用的底片．若减弱光的强度，使光子只能一个一个地通过狭缝．实验结果表明，如果曝光时间不太长，底片只能出现一些不规则的点子；如果曝光时间足够长，底片上就会出现规则的干涉条纹．对这个实验结果有下列认识，其中正确的是（）
A．曝光时间不太长时，底片上只能出现一些不规则的点子，表现出光的波动性
B．单个光子通过双缝后的落点可以预测
C．只有大量光子的行为才能表现出光的粒子性
D．干涉条纹中明亮的部分是光子到达机会较多的地方
7．下列关于原子光谱的说法正确的是（）A．原子光谱是由于物质的原子从高能级向低能级跃迁时辐射光子形成的
B．不同的谱线分布对应不同元素
C．不同的谱线对应不同的发光频率
D．利用光谱分析不可以准确确定元素的种类
8．如图甲所示为氢原子的能级，图乙为氢原子的光谱．已
知谱线a是氢原子从n = 4的能级跃迁到n = 2的能级
时的辐射光，则谱线b是氢原子（）
A．从n＝3的能级跃迁到n＝2的能级时的辐射光
B．从n＝5的能级跃迁到n＝2的能级时的辐射光
C．从n＝4的能级跃迁到n＝3的能级时的辐射光
D．从n＝1的能级跃迁到n＝2的能级时的辐射光
9．在如图所示的实验中，发现用一定频率的A单色光照
射光电管时，电流表指针会发生偏转，而用另一频率
的B单色光照射时不发生光电效应，那么（）
A．A光的频率一定等于光电管金属材料的极限频率
B．B光的频率小于A光的频率
C．用A光照射光电管时流过电流表G的电流方向是a流向b
D．用A光照射光电管时流过电流表G的电流方向是b流向a
10．如图所示，一验电器与锌板用导线相连，现用一紫外线灯照射锌板，
关灯之后，验电器指针保持一定的偏角（）
A．将一带负电的金属小球与锌板接触，则验电器指针偏角将增大
B．将一带负电的金属小球与锌板接触，则验电器指针偏角将不变
C．使验电器指针回到零，改用强度更大的紫外线灯照射锌板，验电器的指针偏角将增大
D．使验电器指针回到零，改用强度更大的红外线灯照射锌板，验电器的指针一定偏转
11．如图所示为氢原子的能级图．当氢原子从n = 4的能级跃迁到n = 2的能级时，辐射出光子a；当氢原子从n = 3的能级跃迁到n = 1的能级时，辐射出光子b，
则下列判断正确的是（）
A．光子a的能量大于光子b的能量
B．光子a的波长大于光子b的波长
C．同种介质中光子a的传播速度大于光子b的传播速度
D．若光子a能使某金属发生光电效应，则光子b也一定能使该金属发生光电效应
12．用同一频率的光照射到甲、乙两种不同的金属上，它们释放的光电子在磁感应强度为B的匀强磁场中做匀速圆周运动，它们的轨道半径之比为R
甲
∶R
乙
= 3∶1，则下述说法中正确的是（）A．两种金属的逸出功之比为3∶1 B．两种光电子的速度大小之比为3∶1
C．两种金属的逸出功之比为1∶3 D．两种光电子的动量大小之比为3∶1
13．若处于第4能级的氢原子向低能级跃迁时辐射的光子中，有3种频率的光子能使某金属发生光电效应，则氢原子从第3能级向低能级跃迁时，辐射的光子中，有几种光照射到该金属上时能发生光电效应（）A．0 B．1 C．2 D．3
乙甲
【参考答案】
【知识概述】
1．爱因斯坦、不连续性、发射电子、极限频率、光电子
2．普朗克、不连续、hv、6.63×10－34
3．最小值、表面、最大值、能量、hv－W
4．增加、吸引、最大、W/h
5．粒子性
6．运动、h/p、德布罗意波、概率波
8．玻尔、轨道、能量、能量、能量值、能量最低、电离、发射、吸收、hv＝E m－E n
9．不连续、分立
【典型例题】
〖例1〗B 〖例2〗B 〖例3〗B 〖例4〗D
〖例5〗(1) 氢原子从n>2的某一能级跃迁到n＝2的能级，辐射光子的频率应满足：hv＝En－E2＝2.55 eV、En＝hv＋E2＝－0.85 eV 所以，n＝4 基态
氢原子要跃迁到n＝4的能级，应提供：ΔE＝E4－E1＝12.75 eV.
(2) 辐射跃迁图如图所示．
【效能训练】
1．BC 2．BD 3．AD 4．AC 5．C 6．D 7．ABC 8．B 9．BC 10．C 11．BCD 12．BD 13．C。