2017_2018学年高中物理第二章波粒二象性章末整合提升教学案粤教版选修3_5
高中物理第二章波粒二象性2.1光电效应教案粤教版选修35
高中物理第二章波粒二象性2.1光电效应教案粤教版选修35课堂互动三点剖析一、光电效应实验与规律1.光电效应实验研究光电效应规律的实验装置如图2-1-2所示，其中S 是抽成真空的容器，C 是石英窗口，紫外光和可见光都可以通过它射到容器里的金属板K 上，在K 的对面有另一金属板A ，K 和A 组成一对电极，把K 跟电池组的负极相连，A 跟正极相连.图2-1-2（1）在没有光照射K 时，电压表有示数，电流表没有示数.（2）保持A 、K 间电压一定，灯泡亮度一定，在窗口C 前依次放上红色、橙色、绿色滤光片，观察到红光照射金属板K 时没有光电流，橙光和绿光照射时，有光电流.（3）逐渐减小K 、A 间的正向电压，直到电压为零时，电流表仍有示数，说明光电流依然存在，如果在K 、A 间加一反向电压，则光电流变小，反向电压增大到某一值时，使光电流刚好为零。
（4）给光电管电极K 、A 间加正向电场，以高于极限频率的光入射，保持电压不变，增加入射光的强度，发现光电流的强度增大. 序号规律 1任何一种金属都有一个极限频率，入射光频率必须大于这个极限频率才能发生光电效应 2光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随着入射光频率的增大而增大 3入射光照到金属上时，光电子的发射几乎是瞬时的，一般不超过10-9s 4 当入射光频率大于极限频率时，保持频率不变，光电流的强度与入射光的强度成正比 二、正确理解光电效应的两个关系及光电效应与经典理论的矛盾1.光电效应规律中的两个关系在光电效应实验规律中，有两个关系：（1）光电子的最大初动能21mv m 2,随入射光频率ν的增大而增大. （2）光电流的强度跟入射光的强度成正比.注意第一个关系中并不是成正比,而第二个关系是成正比,根据爱因斯坦光电效应方程21mv 2=hν-W.对于某一金属而言，逸出功W 是一定值，普朗克常量h 是一常数，故从上式可以看出，最大初动能21mv m 2与入射光频率ν是成一次函数关系，而不是成正比的.光电流的强度是由从金属表面逸出的光电子数目决定的，而从金属表面逸出的光电子数目是由入射光子的数目决定的，入射光子数目的多少又是由入射光的强度决定的，所以，我们容易推得，光电流的强度跟入射光的强度成正比.2.经典理论与光电效应的矛盾经典波动理论认为，光是一种电磁波，光的强度取决于振幅大小，振幅越大，光就越强.金属在光的照射下，其中的自由电子就会由于光的变化着的电磁场作用而做受迫振动，无论照射光的频率如何，只要光足够强，自由电子受迫振动的幅度就会足够大，这样就可以产生光电效应，而这与实验事实恰恰相反，关于照射时间的问题，波动观点更是陷入了困境，如果光强很微弱，则在从光开始照射到光电子的发射之间应该有一个可测的滞后时间，在这段时间内电子应从光束中不断吸收能量，一直到所积累的能量能够使它逸出金属表面为止，这与光电效应的瞬时性存在严重的矛盾，既然光电效应与传统的波动理论存在如此巨大的矛盾，因此，这个理论不适用于解释微观粒子的运动.各个击破【例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.用弧光灯照射锌板时，验电器的指针就张开一个角度，如图2-1-3所示，这时 （ ）图2-1-3A.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，指针带负电解析：本题应从光电效应，验电器原理来考虑解答。
2017-2018学年高中创新设计物理粤教版选修3-5学案：第二章 波粒二象性 章末整合提升-文档资料
章末整合提升一、量子论与光子说量子论：德国物理学家普朗克提出．电磁波的发射和吸收是不连续的，是一份一份的，每一份电磁波的能量E＝hν.光子说：爱因斯坦提出．空间传播的光也是不连续的，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为普朗克常量，h＝6.63×10－34 J·s.【例1】(多选)下列对光子的认识，正确的是()A．“光子说”中的光子就是我们平时所说的“微粒”B．“光子说”中的光子就是光电效应的光电子C．在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光量子，简称光子D．光子的能量跟光的频率成正比答案CD解析根据光子说，在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光量子，简称光子．我们平时所说的微粒指宏观世界的微小颗粒．光电效应中，金属内的电子吸收光子后克服原子核的库仑引力等束缚，逸出金属表面，成为光电子，故A、B选项错误，C选项正确；由ε＝hν知，光子能量ε与其频率ν成正比，故D选项正确．【例2】20世纪20年代，剑桥大学学生泰勒做了一个实验：在一个密闭的箱子里放上小灯泡，烟熏黑的玻璃、狭缝、针尖、照相底板，整个装置如图1所示．小灯泡发出的光通过熏黑的玻璃后变得十分微弱，经过三个月的曝光，在底片上针尖影子周围才出现非常清晰的衍射条纹．泰勒对这照片的平均黑度进行测量，得出每秒到达底片的能量是5×10－13 J(h＝6.63×10－34 J·s)．图1(1)假如起作用的光波波长约为500 nm，计算从一个光子到下一光子到达底片所相隔的平均时间及光束中两邻近光子之间的平均距离；(2)如果当时实验用的箱子长为1.2 m，根据(1)的计算结果，能否找到支持光是概率波的证据？答案 (1)8.0×10－7 s 240 m (2)见解析解析 (1)对于λ＝500 nm 的光子能量为：ε＝hν＝h c λ＝6.63×10－34×3.0×108500×10－9J ＝4.0×10－19 J ，因此每秒到达底片的光子数为：n ＝E ′ε＝5×10－134×10－19个＝1.25×106个， 如果光子是依次到达底片的，则光束中相邻两光子到达底片的时间间隔是：Δt ＝1n s ＝11.25×106 s ＝8.0×10－7 s. 两相邻光子间平均距离为：x ＝c Δt ＝3.0×108×8.0×10－7 m ＝240 m.(2)由(1)的计算结果可知，两光子间距有240 m ，而箱子长只有1.2 m ，所以在箱子里一般不可能有两个光子同时在运动．这样就排除了光的衍射行为是光子相互作用的可能性．因此，衍射条纹的出现是许多光子各自独立行为积累的结果，衍射条纹的亮区是光子到达可能性较大的区域，而暗区是光子到达可能性较小的区域．这个实验支持了光波是概率波的观点．二、光电效应的规律和光电效应方程1．光电效应规律(1)任何一种金属都对应一个极限频率，入射光的频率低于极限频率不会产生光电效应．(2)光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随着入射光频率的增大而增大．(3)当入射光频率大于极限频率时，保持频率不变，光电流的强度与入射光的强度成正比．(4)入射光照到金属上时，光电子的发射几乎是瞬时的，一般不超过10－9 s.2．爱因斯坦光电效应方程E k ＝hν－W 0.W 0表示金属的逸出功，ν0表示金属的极限频率，则W 0＝hν0.【例3】 用波长为2.0×10－7 m 的紫外线照射钨的表面，释放出来的光电子中最大的动能是4.7×10－19 J ．由此可知，钨的极限频率是(普朗克常量h ＝6.63×10－34 J·s ，光速c ＝3.0×108 m/s ，结果取两位有效数字)( )A ．5.5×1014 HzB ．7.9×1014 HzC ．9.8×1014 HzD ．1.2×1015 Hz 答案 B解析 由爱因斯坦光电效应方程得h c λ＝E k ＋W 0，而金属的逸出功W 0＝hν0，由以上两式得，钨的极限频率为：ν0＝c λ－E k h ≈7.9×1014 Hz ，B 项正确．三、用图象表示光电效应的规律1．E k －ν图象根据爱因斯坦光电效应方程E k ＝hν－W 0，光电子的最大初动能E k 是入射光频率ν的一次函数，图象如图2所示．其横轴截距为金属的极限频率ν0，纵轴截距是金属的逸出功的负值，斜率为普朗克常量h .图22．I －U 图象光电流强度I 随光电管两极间电压U 的变化图象如图3所示，图中I m 为饱和光电流，U 0为遏止电压．利用12m e v 2max ＝eU 0可得光电子的最大初动能．图3【例4】 (1)研究光电效应的电路如图4所示．用频率相同、强度不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U AK 的关系图象中，正确的是( )图4(2)钠金属中的电子吸收光子的能量，从金属表面逸出，这就是光电子．光电子从金属表面逸出的过程中，其动量的大小________(选填“增大”、“减小”或“不变”)，原因是_________________________________________________________________. 答案(1)C(2)减小光电子受到金属表面层中力的阻碍作用解析(1)同一金属的逸出功一定，对于同一频率的光，由eU0＝12m v m2＝hν－W知，遏止电压相等，遏止电压与光的强度无关；光越强，光电流越大，所以C项正确．四、光的波粒二象性、物质波1．光的干涉、衍射、光的偏振说明光具有波动性，光电效应、康普顿效应则证明光具有粒子性，因此，光具有波粒二象性，对于光子这样的微观粒子只有从波粒二象性出发，才能统一说明光的各种行为．2．电子的衍射实验，说明了一些物质微粒也像光子一样具有波粒二象性．3．任何一个运动着的物体，小到电子、质子、大到行星、太阳，都有一种波和它对应，波长(物质波的波长)λ＝hp.物质波和光波一样，也属于概率波，概率波的实质是指粒子在空间分布的概率是符合波动规律的．【例5】(多选)现代物理学认为，光和实物粒子都具有波粒二象性，下列事实中突出体现波动性的是()A．一定频率的光照射到锌板上，光的强度越大，单位时间内锌板上发射的光电子就越多B．肥皂液是无色的，吹出的肥皂泡却是彩色的C．质量为10－3 kg、速度为10－2 m/s的小球，其德布罗意波长约为10－23 m，不过我们能清晰地观测到小球运动的轨迹D．人们常利用热中子研究晶体的结构，因为热中子的德布罗意波长与晶体中原子间距大致相同答案BD解析光子照到锌板上，发生光电效应，说明光有粒子性，A不正确；白光在肥皂泡上发生薄膜干涉时，会出现彩色条纹，光的干涉现象说明了光有波动性，B 正确；由于实物的波长很小，波动性不明显，表现为粒子性，C不正确；用热中子研究晶体结构，其实是通过中子的衍射来“观察”晶体的，是利用中子的波动性，D正确．故选B、D.。
2017-2018学年高中物理 第二章 波粒二象性 第五节 德布罗意波同步备课教学案 粤教版选修3-
第五节 德布罗意波[学习目标] 1.了解物质波的概念，知道实物粒子具有波粒二象性.2.了解电子衍射实验及对德布罗意波假说的证明.3.了解什么是电子云，知道物质波也是一种概率波.4.了解不确定性关系及对一些现象的解释．一、德布罗波假说和电子衍射[导学探究] 德布罗意认为任何运动着的物体均具有波动性，可是我们观察运动着的汽车，并未感觉到它的波动性，你如何理解该问题？答案 波粒二象性是微观粒子的特殊规律，一切微观粒子都存在波动性，宏观物体(如汽车)也存在波动性，只是因为宏观物体质量大，动量大，波长短，难以观测． [知识梳理] 1．粒子的波动性(1)任何运动着的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳，都有一种波与它相对应，这种波叫物质波，又叫德布罗意波．(2)德布罗意波波长、频率的计算公式为λ＝h p，ν＝εh.(3)我们之所以看不到宏观物体的波动性，是因为宏观物体的动量太大，德布罗意波长太小的缘故．2．物质波的实验验证：电子衍射(1)实验探究思路：干涉、衍射是波特有的现象，如果实物粒子具有波动性，则在一定条件下，也能够发生干涉或衍射现象．(2)实验验证：1927年戴维孙和汤姆生分别利用晶体做了电子束衍射的实验，得到了电子的衍射图样，证实了电子的波动性．(3)说明①人们陆续证实了质子、中子以及原子、分子的波动性，对于这些粒子，德布罗意给出的λ＝hp关系同样正确．②物质波也是一种概率波．[即学即用] 判断下列说法的正误．(1)一切宏观物体都伴随一种波，即物质波．( ×)(2)湖面上的水波就是物质波．( ×)(3)电子的衍射现象证实了实物粒子具有波动性．( √)二、电子云当原子处于稳定状态时，电子会形成一个稳定的概率分布，概率大的地方小圆点密一些，概率小的地方小圆点疏一些．这样的概率分布图称为电子云．这也说明，德布罗意波是一种概率波．三、不确定性关系1．定义：在经典物理学中，可以同时用质点的位置和动量精确描述它的运动，在微观物理学中，要同时测出微观粒子的位置和动量是不太可能的，这种关系叫不确定性关系．2．表达式：ΔxΔp≥h4π.其中以Δx表示微观粒子位置的不确定性，以Δp表示微观粒子在x方向上的动量的不确定性，h是普朗克常量．3．微观粒子运动的基本特征：不再遵守牛顿运动定律，不可能同时准确地知道粒子的位置和动量，不可能用“轨迹”来描述粒子的运动，微观粒子的运动状态只能通过概率做统计性的描述．[即学即用] 判断下列说法的正误．(1)在电子衍射中，电子通过狭缝后运动的轨迹是确定的．( ×)(2)宏观物体的动量和位置可准确测定．( √)(3)微观粒子的动量和位置不可同时准确测定．( √)一、对德布罗意波的理解德布罗意波也是概率波：对于电子和其他微观粒子，单个粒子的位置是不确定的，但在某点出现的概率的大小可以由波动的规律确定，而且对于大量粒子，这种概率分布导致确定的宏观结果，所以德布罗意波也是概率波．例1 下列关于德布罗意波的认识，正确的解释是( ) A ．光波是一种物质波B ．X 光的衍射证实了物质波的假设是正确的C ．电子的衍射证实了物质波的假设是正确的D ．宏观物体运动时，看不到它的衍射或干涉现象，所以宏观物体不具有波动性 答案 C解析 宏观物体由于动量太大，德布罗意波长太小，所以看不到它的干涉、衍射现象，但仍具有波动性，D 项错；X 光是波长极短的电磁波，是光子，它的衍射不能证实物质波的假设是正确的，B 项错．只有C 项正确．例2 如果一个中子和一个质量为10 g 的子弹都以103m/s 的速度运动，则它们的德布罗意波的波长分别是多大？(中子的质量为1.67×10－27kg)答案 3.97×10－10m 6.63×10－35m解析 中子的动量为p 1＝m 1v 子弹的动量为p 2＝m 2v据λ＝hp知中子和子弹的德布罗意波长分别为 λ1＝h p 1，λ2＝h p 2联立以上各式解得 λ1＝h m 1v ，λ2＝h m 2v将m 1＝1.67×10－27kg ，v ＝103m/sh ＝6.63×10－34 J·s，m 2＝10－2 kg代入上面两式可解得 λ1＝3.97×10－10m ，λ2＝6.63×10－35m.德布罗意波长的计算1．首先计算物体的速度，再计算其动量．如果知道物体动能也可以直接用p ＝2mE k 计算其动量．2．再根据λ＝hp计算德布罗意波长．3．需要注意的是：德布罗意波长一般都很短，比一般的光波波长还要短，可以根据结果的数量级大致判断结果是否合理． 二、对不确定性关系的理解理解不确定性关系时应注意的问题：(1)对子弹这样的宏观物体，不确定量是微不足道的，对测量准确性没有任何限制，但对微观粒子却是不可忽略的．(2)在微观世界中，粒子质量较小，不能同时精确地测出粒子的位置和动量，也就不能准确地把握粒子的运动状态．例3 (多选)根据不确定性关系Δx Δp ≥h4π，判断下列说法正确的是( )A ．采取办法提高测量Δx 精度时，Δp 的精度下降B ．采取办法提高测量Δx 精度时，Δp 的精度上升C ．Δx 与Δp 测量精度与测量仪器及测量方法是否完备有关D ．Δx 与Δp 测量精度与测量仪器及测量方法是否完备无关 答案 AD解析 不确定性关系表明，无论采用什么方法试图确定位置坐标和相应动量中的一个，必然引起另一个较大的不确定性，这样的结果与测量仪器及测量方法是否完备无关，无论怎样改善测量仪器和测量方法，都不可能逾越不确定性关系所给出的限度．故A 、D 正确． 例4 质量为10 g 的子弹与电子的速率相同，均为500 m/s ，测量准确度为0.01%，若位置和速率在同一实验中同时测量，试问它们位置的最小不确定量各为多少？(电子质量为m ＝9.1×10－31kg ，结果保留三位有效数字)答案 1.06×10－31m 1.15×10－3m解析 测量准确度也就是速度的不确定性，故子弹、电子的速度不确定量为Δv ＝0.05 m/s ，子弹的动量的不确定量Δp 1＝5×10－4kg·m/s，电子动量的不确定量Δp 2≈4.6×10－32kg·m/s，由Δx ≥h4πΔp ，子弹位置的最小不确定量Δx 1＝ 6.63×10－344×3.14×5×10－4 m≈1.06×10－31m ，电子位置的最小不确定量Δx 2＝ 6.63×10－344×3.14×4.6×10－32 m≈1.15×10－3m.1．下列说法中正确的是( ) A ．物质波属于机械波B ．只有像电子、质子、中子这样的微观粒子才具有波动性C ．德布罗意认为任何一个运动的物体，小到电子、质子、中子，大到行星、太阳都有一种波与之相对应，这种波叫物质波D ．宏观物体运动时，看不到它的衍射和干涉现象，所以宏观物体运动时不具有波动性 答案 C解析 任何一个运动的物体都具有波动性，但因为宏观物体的德布罗意波长很短，所以很难看到它的衍射和干涉现象，所以C 项对，B 、D 项错；物质波不同于宏观意义上的机械波，故A 项错．2．关于物质波，下列说法正确的是( ) A ．速度相等的电子和质子，电子的波长长 B ．动能相等的电子和质子，电子的波长短 C ．动量相等的电子和中子，中子的波长短D ．甲电子的速度是乙电子的3倍，甲电子的波长也是乙电子的3倍 答案 A解析 由λ＝h p可知，动量大的波长短，电子与质子的速度相等时，电子动量小，波长长，A 正确；电子与质子动能相等时，由动量与动能的关系p ＝2mE k 可知，电子的动量小，波长长，B 错误；动量相等的电子和中子，其波长应相等，C 错误；如果甲、乙两电子的速度远小于光速，甲的速度是乙的3倍，甲的动量也是乙的3倍，则甲的波长应是乙的13，D 错误．3．(多选)关于不确定性关系Δx Δp ≥h4π有以下几种理解，正确的是( )A ．微观粒子的动量不可确定B ．微观粒子的位置坐标不可确定C ．微观粒子的动量和位置不可能同时确定D ．不确定性关系不仅适用于电子和光子等微观粒子，也适用于其他宏观粒子 答案 CD解析 不确定性关系表示位置、动量的精度相互制约，此长彼消，当粒子的位置不确定性更小时，粒子动量的不确定性更大；反之亦然，故不能同时准确确定粒子的位置和动量，不确定性关系是自然界中的普遍规律，对微观世界的影响显著，对宏观世界的影响可忽略，故C 、D 正确．4．电子经电势差为U ＝200 V 的电场加速，电子质量m 0＝9.1×10－31kg ，求此电子的德布罗意波长．答案 8.69×10－2nm 解析 已知12m 0v 2＝E k ＝eUp ＝h λE k ＝p 22m 0所以λ＝h 2m 0E k ＝h2em 0U把U ＝200 V ，m 0＝9.1×10－31kg ，代入上式解得λ≈8.69×10－2nm.一、选择题(1～5题为单选题，6～9题为多选题)1．如果一个电子的德布罗意波长和一个中子的相等，则下列物理量中也相等的是它们的( )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＝h p，选C. 2．关于电子云，下列说法正确的是( ) A ．电子云是真实存在的实体B ．电子云周围的小黑点就是电子的真实位置C ．电子云上的小黑点表示的是电子的概率分布D ．电子云说明电子在绕原子核运动时有固定轨道 答案 C解析 由电子云的定义我们知道，电子云不是一种稳定的概率分布，人们常用小黑点表示这种概率，小黑点的密疏代表电子在这一位置出现的概率大小，故只有C 正确． 3．关于光子和运动着的电子，下列论述正确的是( ) A ．光子和电子一样都是实物粒子B ．光子能发生衍射现象，电子不能发生衍射现象C ．光子和电子都具有波粒二象性D ．光子具有波粒二象性，而电子只具有粒子性 答案 C4．从衍射的规律可以知道，狭缝越窄，屏上中央亮条纹就越宽，由不确定性关系Δx Δp ≥h4π，判断下列说法正确的是( )A ．入射的粒子有确定的动量，射到屏上粒子就有准确的位置B ．狭缝的宽度变小了，因此粒子的不确定性也变小了C ．更窄的狭缝可以更准确地测得粒子的位置，但粒子动量的不确定性却更大了D ．可以同时确定粒子的位置和动量答案 C5．1927年戴维孙和革末完成了电子衍射实验，该实验是荣获诺贝尔奖的重大近代物理实验之一．如图1所示的是该实验装置的简化图．下列说法不正确的是( )图1A．亮条纹是电子到达概率大的地方B．该实验说明物质波理论是正确的C．该实验说明了光子具有波动性D．该实验说明实物粒子具有波动性答案 C解析该实验说明物质波理论是正确的，实物粒子也具有波动性，亮条纹是电子到达概率大的地方，不能说明光子具有波动性，故选C.6．以下说法正确的是( )A．微观粒子不能用“轨道”观点来描述粒子的运动B．微观粒子能用“轨道”观点来描述粒子的运动C．微观粒子位置不能精确确定D．微观粒子位置能精确确定答案AC解析微观粒子的动量和位置是不能同时确定的，这也就决定不能用“轨道”的观点来描述粒子的运动(轨道上运动的粒子在某时刻具有确定的位置和动量)，故A正确．由微观粒子的波粒二象性可知微观粒子位置不能精确确定，故C正确．7．下列说法中正确的是( )A．物质波也叫德布罗意波B．物质波也是概率波C．光波是一种概率波D．光波也是物质波答案ABC解析物质波，又称德布罗意波，是概率波，指空间中某点某时刻可能出现的几率，其中概率的大小受波动规律的支配，故A、B正确．光波具有波粒二象性，波动性表明光波是一种概率波，故C正确．由于光子的特殊性，其静止质量为零，所以光不是物质波，故D错误．8．利用金属晶格(大小约10－10 m)作为障碍物观察电子的衍射图样，方法是使电子通过电场加速后，让电子束照射到金属晶格上，从而得到电子的衍射图样．已知电子质量为m ，电荷量为e ，初速度为0，加速电压为U ，普朗克常量为h ，则下列说法中正确的是( ) A ．该实验说明了电子具有波动性 B ．实验中电子束的德布罗意波长为λ＝h2meUC ．加速电压U 越大，电子的衍射现象越不明显D ．若用相同动能的质子替代电子，衍射现象将更加明显 答案 ABC解析 实验得到了电子的衍射图样，说明电子这种实物粒子发生了衍射，说明电子具有波动性，故A 正确；由动能定理可得，eU ＝12mv 2－0，电子加速后的速度v ＝2eUm，电子德布罗意波的波长λ＝h p ＝hmv＝h m2eUm＝h2meU，故B 正确；由电子的德布罗意波的波长公式λ＝h2meU可知，加速电压U 越大，电子德布罗意波的波长越短，衍射现象越不明显，故C 正确；物体动能与动量的关系是p ＝2mE k ，由于质子的质量远大于电子的质量，所以动能相同的质子的动量远大于电子的动量，由λ＝h p可知，相同动能的质子的德布罗意波的波长远小于电子德布罗意波的波长，波长越小，衍射现象越不明显，因此相同动能的质子代替电子，衍射现象将更加不明显，故D 错误．9．电子的运动受波动性的支配，对于氢原子的核外电子，下列说法正确的是( ) A ．氢原子的核外电子可以用确定的坐标描述它们在原子中的位置 B ．电子绕核运动时，可以运用牛顿运动定律确定它的轨道 C ．电子绕核运动的“轨道”其实是没有意义的 D ．电子轨道只不过是电子出现的概率比较大的位置 答案 CD 二、非选择题10．任何一个运动着的物体，小到电子、质子、大到行星、太阳，都有一种波与之对应，波长是λ＝h p，式中p 是运动物体的动量，h 是普朗克常量，人们把这种波叫做德布罗意波．现有一个德布罗意波长为λ1的物体1和一个德布罗意波长为λ2的物体2，二者相向正撞后粘在一起，已知|p 1|＜|p 2|，则粘在一起的物体的德布罗意波长为多少？ 答案λ1λ2λ1－λ2解析 由动量守恒定律有p2－p1＝(m1＋m2)v及p＝hλ得hλ2－hλ1＝hλ，所以λ＝λ1λ2λ1－λ2.11．(1)以下说法中正确的是________．A．光的波粒二象性，就是由牛顿的微粒说和惠更斯的波动说组成的B．光子说并没有否定光的电磁说，在光子能量ε＝hν中，频率ν表示波的特征，ε表示粒子的特征C．光波和物质波都是概率波D．光的波动性是光子本身固有的性质，不是光子之间相互作用引起的(2)如图2所示为示波管示意图，电子的加速电压U＝104 V，打在荧光屏上电子的位置确定在0.1 mm范围内，可以认为令人满意，则电子的速度是否可以完全确定？是否可以用经典力学来处理？(电子质量m＝9.1×10－31 kg)图2答案(1)BCD (2)可以完全确定可以用经典力学来处理解析(1)牛顿的微粒说认为光是由物质微粒组成的，惠更斯的波动说认为光是机械波，都是从宏观现象中形成的观念，故A错误；光子说并没有否定光的电磁说，光子能量公式ε＝hν，体现了其粒子性和波动性，B正确；光波和物质波都是概率波，C正确；光的波动性是光子本身固有的性质，不是光子之间相互作用引起的，D正确．(2)Δx＝10－4m，由ΔxΔp≥h4π得，动量的不确定量最小值Δp≈5.28×10－31kg·m/s，其速度不确定量最小值Δv＝Δpm≈0.58 m/s.因12mv2＝eU＝1.6×10－19×104 J＝1.6×10－15 J，v≈6×107 m/s，Δv远小于v，电子的速度可以完全确定，可以用经典力学来处理．。
2017_2018学年高中物理第二章波粒二象性2.1光电效应教学案粤教版选修3_5
第一节 光电效应[目标定位] 1.了解光电效应，掌握光电效应的实验规律.2.知道光电流与光的强度和光的频率之间的关系.3.理解极限频率和遏止电压的概念．一、光电效应与光电流1．光电效应：金属在光的照射下发射电子的现象．发射出来的电子称为光电子．2．光电管是利用光电效应制成的一种常见的光电器件，它可以把光信号转变成电信号．3．光电流：光电管在光的照射下，阴极发出的光电子被阳极收集，在回路中会形成电流，称为光电流．二、光电流的变化在正向电压一定的情况下，光电流的变化与入射光的强度有关，与入射光的频率无关，光源强度可以使光电管阴极单位时间内发射的光电子数目变化．三、极限频率 对于每一种金属，只有当入射光频率大于某一频率ν0时，才会产生光电流．我们将ν0称为极极频率．四、遏止电压在强度和频率一定的光照射下，回路中的光电流会随着反向电压的增加而减小，并且当反向电压达到某一数值时，光电流将会减小到零，这时的电压称为遏止电压，用符号U 0表示，光电子到达阳极要克服反向电场力做的功W ＝eU 0.光电子最大初动能12mv 2max ＝eU 0.预习完成后，请把你疑惑的问题记录在下面的表格中一、光电效应现象1．光电效应的实质：光现象――→转化为电现象．2．光电效应中的光包括不可见光和可见光．3．光电子：光电效应中发射出来的电子，其本质还是电子．【例1】 一验电器与锌板相连(如图1所示)，用一紫外线灯照射锌板，关灯后，验电器指针保持一定偏角．图1(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)当用紫外线灯照射锌板时，锌板发生光电效应，锌板放出光电子而带上正电，此时与锌板连在一起的验电器也带上了正电，故指针发生了偏转．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角减小．(2)使验电器指针回到零，用钠灯发出的黄光照射锌板，验电器指针无偏转，说明钠灯发出的黄光的频率小于锌的极限频率，而红外线比黄光的频率还要低，更不可能使锌板发生光电效应．能否发生光电效应与入射光的强弱无关．针对训练1 (多选)光电效应实验的装置如图2所示，用弧光灯照射锌板，验电器指针张开一个角度，则下列说法中正确的是( )图2A．用紫外光照射锌板，验电器指针会发生偏转B．用绿色光照射锌板，验电器指针会发生偏转C．锌板带的是负电荷D．使验电器指针发生偏转的是正电荷答案AD解析将擦得很亮的锌板连接验电器，用弧光灯照射锌板(弧光灯发出紫外线)，验电器指针张开一个角度，说明锌板带电，而且锌板带的是正电，这说明在紫外线照射下，锌板中有一部分自由电子从表面飞出来，锌板中缺少电子，于是带正电，A、D对，C错；绿光不能使锌板发生光电效应，B错．二、光电效应规律及其解释1．每种金属都有一定的极限频率，当入射光的频率低于极限频率时，不管入射光的强度多大、照射时间多长都不会产生光电子，一旦入射光的频率超过极限频率，则不管光有多么弱都会产生光电效应，发出光电子．2．在发生光电效应的条件下，光电流的大小或单位时间内逸出的光电子数目由光的强度决定．3．光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只与入射光的频率有关．遏止电压随入射光频率的增大而增大，与光强无关．4．随着反向电压的增大，光电流逐渐减小，说明金属中逸出的光电子的初动能是不同的，而光电子的最大初动能与遏止电压是对应的．特别提醒遏止电压只与入射光的频率有关，与入射光的强度无关．【例2】利用光电管研究光电效应实验如图3所示，用频率为ν的可见光照射阴极K，电流表中有电流通过，则( )图3A．用紫外线照射，电流表不一定有电流通过B．用红光照射，电流表一定无电流通过C．用频率为ν的可见光照射K，当滑动变阻器的滑动触头移到A端时，电流表中一定无电流通过D．用频率为ν的可见光照射K，当滑动变阻器的滑动触头向B端滑动时，电流表示数可能不变答案 D解析因紫外线的频率比可见光的频率高，所以用紫外线照射时，电流表中一定有电流通过，选项A错误；因不知阴极K的极限频率，所以用红光照射时，不一定发生光电效应，所以选项B错误；即使U AK＝0，电流表中也有电流，所以选项C错误；当滑动触头向B端滑动时，U AK增大，阳极A吸收光电子的能力增强，光电流会增大，当所有光电子都到达阳极A时，电流达到最大，即饱和电流．若在滑动前，电流已经达到饱和电流，那么即使增大U AK，光电流也不会增大，所以选项D正确．针对训练2 入射光照射到某金属表面上发生光电效应，若入射光的强度减弱，而频率保持不变，那么( )A．从光照至金属表面上到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将减小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 发生光电效应几乎是瞬时的，选项A 错误；入射光的强度减弱，说明单位时间内的入射光子数目减少，频率不变，逸出的光电子的最大初动能也就不变，选项B 错误；光电流随入射光强度的减小而减小，逸出的光电子数目也随入射光强度的减小而减少，故选项C 正确；入射光照射到某金属上发生光电效应，说明入射光频率不低于这种金属的极限频率，入射光的强度减弱而频率不变，同样能发生光电效应，故选项D 错误．三、经典电磁理论与光电效应的矛盾在光的照射下，物体内部的电子受到电磁波的作用做受迫振动.A ．入射光的频率必须大于被照射金属的极限频率时才能产生光电效应B ．光电子的最大初动能与入射光强度无关，只随入射光频率的增大而增大C ．入射光照射到金属上时，光电子的发射几乎是瞬时的，一般不超过10－9sD ．当入射光频率大于极限频率时，光电子数目随入射光强度的增大而增多答案 D光电效应现象1．当用一束紫外线照射锌板时，产生了光电效应，这时( )A．锌板带负电B．有正离子从锌板逸出C．有电子从锌板逸出D．锌板会吸附空气中的正离子答案 C解析当用一束紫外线照射锌板时，产生了光电效应，有电子从锌板逸出，锌板带正电，选项C正确，A、B、D错误．2．在做光电效应演示实验时，把某金属板连在验电器上，第一次用弧光灯直接照射金属板，验电器的指针张开一个角度，第二次在弧光灯和金属板之间插入一块普通玻璃，再用弧光灯照射，验电器的指针不张开．由此可判定，使金属板产生光电效应的是弧光灯中的( ) A．可见光成分B．红外线成分C．无线电波成分D．紫外线成分答案 D解析因为玻璃不能挡住可见光，且红外线与无线电波频率都比可见光小，故D对．光电效应规律3．(多选)现用某一光电管进行光电效应实验，当用某一频率的光入射时，有光电流产生．下列说法正确的是( )A．保持入射光的频率不变，入射光的光强变大，饱和光电流变大B．入射光的频率变高，饱和光电流变大C．入射光的频率变高，光电子的最大初动能变大D．保持入射光的光强不变，不断减小入射光的频率，始终有光电流产生答案AC解析根据光电效应规律，保持入射光的频率不变，入射光的光强变大，则饱和光电流变大，选项A正确；由爱因斯坦光电效应方程知，入射光的频率变高，产生的光电子最大初动能变大，而饱和光电流与入射光的频率和光强都有关，选项B错误，C正确；保持入射光的光强不变，不断减小入射光的频率，当入射光的频率小于极限频率时，就不能发生光电效应，没有光电流产生，选项D错误．4．某单色光照射某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．增大光的强度C．换用波长较短的光照射D．换用频率较低的光照射答案 C解析光照射金属时能否产生光电效应，取决于入射光的频率是否大于金属的极限频率，与入射光的强度和照射时间无关，故选项A、B、D均错误；又因ν＝cλ，所以选项C正确．(时间：60分钟)题组一光电效应现象及实验1．(多选)当用一束紫外线照射装在原不带电的验电器金属球上的锌板时，发生了光电效应，这时发生的现象是( )A．验电器内的金属箔带正电B．有电子从锌板上飞出来C．有正离子从锌板上飞出来D．锌板吸收空气中的正离子答案AB2．(多选)在演示光电效应的实验中，原来不带电的一块锌板与灵敏静电计相连，用弧光灯(紫外线)照射锌板时，静电计的指针就张开一个角度，如图1所示，这时( )图1A．锌板带正电，指针带负电B．锌板带正电，指针带正电C．若用黄光照射锌板，则可能不发生光电效应现象D．若用红光照射锌板，则锌板能发射光电子答案BC解析锌板在紫外线照射下，发生光电效应现象，有光电子飞出，故锌板带正电，指针上的部分电子被吸引到锌板上发生中和，使指针带正电，B对、A错；红光和黄光的频率都小于紫外线的频率，都可能不产生光电效应，C对、D错．3．(多选)用紫光照射某金属恰可发生光电效应，现改用较弱的太阳光照射该金属，则( ) A．可能不发生光电效应B．逸出光电子的时间明显变长C．逸出光电子的最大初动能不变D．单位时间逸出光电子的数目变小答案CD解析由于太阳光含有紫光，所以照射金属时发生光电效应且逸出光电子的最大初动能不变，又因为光强变弱，所以单位时间逸出光电子的数目变小，C、D正确，A错误；产生光电效应的时间几乎是瞬时的，B错误．4．用一束紫外线照射某金属时不能产生光电效应，可能使该金属产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解析金属发生光电效应必须使光的频率大于极限频率，X射线的频率大于紫外线的频率．题组二光电效应的规律5．(多选)关于光电效应的规律，下列说法中正确的是( )A．只有入射光的波长大于该金属的极限波长，光电效应才能发生B．光电子的最大初动能可以通过遏止电压来确定C．发生光电效应的时间一般都大于10－7 sD．发生光电效应时，单位时间内从金属内逸出的光电子数与入射光的强度成正比答案BD解析由ε＝hν＝h cλ知，当入射光波长大于极限波长时，不能发生光电效应，故A错；发生光电效应的时间一般不超过10－9 s，故C错．6. (多选)如图2所示，电路中所有元件完好，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2A．入射光太弱B．入射光波长太长C．光照时间太短D．电源正负极接反答案BD解析金属存在极限频率，大于极限频率的光照射金属才会有光电子射出．发射的光电子的动能随频率的增大而增大，动能小时不能克服反向电压，也不能有光电流．入射光的频率小于极限频率，不能产生光电效应，与光照强弱无关，选项B正确，A错误；电路中电源正、负极接反，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，D正确；光电效应的产生与光照时间无关，C错误．7．(多选)一束绿光照射某金属发生了光电效应，则下列说法正确的是( )A．若增加绿光的照射强度，则逸出的光电子数增加B．若增加绿光的照射强度，则逸出的光电子的最大初动能增加C．若改用紫光照射，则可能不会发生光电效应D．若改用紫光照射，则逸出的光电子的最大初动能增加答案AD解析光电效应的规律表明：入射光的频率决定是否发生光电效应以及发生光电效应时逸出的光电子的最大初动能的大小．当入射光的频率增加后，逸出的光电子的最大初动能也增加，又紫光的频率高于绿光的频率．而增加光的照射强度，会使单位时间内逸出的光电子数增加．故正确选项有A、D.题组三综合应用8．(多选)如图3所示，在研究光电效应的实验中，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，则( )图3A．A光的频率大于B光的频率B．B光的频率大于A光的频率C．用A光照射光电管时流过电流表G的电流方向是由a流向bD．用A光照射光电管时流过电流表G的电流方向是由b流向a答案AC解析根据产生光电效应的条件可知选项A正确、B错误；电流的方向与正电荷的定向移动方向相同，与负电荷定向移动的方向相反，故选项C正确、D错误．9．如图4所示为光电管的使用原理图，已知有波长为λ0的光照射到阴极K上时，电路中有光电流，则( )图4A．若有波长为λ(λ＜λ0)的光照到阴极K上，电路中一定没有光电流B．用波长为λ0的光照射阴极K，保持光电管两极间电压不变，增大该单色光的强度，则光电流增大C ．增加电路中电源电压，电路中的光电流一定增大D ．减弱波长为λ0的光的照射强度，则电路中的光电流减小，最终会为零答案 B解析 通过本实验可知，电路中要有光电流，入射光需达到一定频率，低于这个频率便没有光电流产生，因此A 选项中，λ＜λ0一定有ν＞ν0，故电路中一定有光电流，故A 错误；由实验结论易知，B 正确；若用某光照射时，使光电管发生光电效应，增大正向电压，开始光电流增大，正向电压增大到某值时，可使从阴极逸出的光电子全部到达阳极，此时电路中的光电流达最大值，再增大电压，此后电流不变，故C 错误；减弱入射光的强度，可使光电流减小，但只要能发生光电效应，光电流就不可能减为零，D 错误．应选B.10．利用光电管产生光电流的电路如图5所示．电源的正极应该在________(填“a ”或“b ”)端；若电流表读数为8 μA ，则每秒从光电管阴极发射的光电子至少是________个(已知电子电荷量为1.6×10－19 C)．图5答案 a 5×1013解析 由题意知，电路图为利用光电管产生光电流的实验电路图．光电管的阴极为K ，光电子从K 极发射出来要经高电压加速，所以a 端应该接电源正极，b 端接电源负极．假定从阴极发射出来的光电子全部到达阳极A ，则每秒从光电管阴极发射出来的光电子数目为n ＝Q e＝It e ＝8×10－61.6×10－19个＝5×1013个．。
2017_2018学年高中物理第二章波粒二象性章末总结同步备课课件粤教版选修3_5
其中含有的光子数 n 是多少？ ( 普朗克常量 h ＝ 6.63×10 － 34 J· s ，光速 c ＝
3×108 m/s) 答案 3×10－3 m 4×1017个
解析
答案
二、光电效应的规律和光电效应方程
1.光电效应的实验规律
第二章
章末总结
内容索引
知识网络
题型探究
达标检测
知识网络
吸收光子 光电子 本质：电子― ― ― ― ― → ①存在着饱和电流
光电
效应 光的粒子性 波 粒
规律：
②存在着遏止电压(最大初动能)
③存在着极限频率
④瞬时性
二
象
ห้องสมุดไป่ตู้
性
h 康普顿效应：光子的能量 ε＝hν ，光子的动量 p＝ λ 光的波动性 h 粒子的波动性：物质波波长λ＝ p ，物质波也是概率波 h 不确定性关系： ΔxΔp≥4π
1 爱因斯坦光电效应方程： hν＝2mvmax2＋W0 光子说：光子的能量 ε＝hν ，光具有波粒二象性
题型探究
一、量子论、光子说、光子能量的计算
1.量子论 德国物理学家普朗克提出：电磁波的发射和吸收是不连续的，是一份一 份的，每一份电磁波的能量ε＝hν.
2.光子说
爱因斯坦提出：空间传播的光也是不连续的，也是一份一份的，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为
普朗克常量，h＝6.63×10－34 J· s. c 3.光的频率与波长的关系：ν＝ . λ
例1
激光器是一个特殊的光源，它发出的光便是激光，红宝石激光器发
射的激光是不连续的一道一道的闪光，每道闪光称为一个光脉冲，现有
高中物理第二章波粒二象性2.1光电效应教案粤教版选修3_5
2.1 光电效应课堂互动三点剖析一、光电效应实验与规律1.光电效应实验研究光电效应规律的实验装置如图2-1-2所示，其中S 是抽成真空的容器，C 是石英窗口，紫外光和可见光都可以通过它射到容器里的金属板K 上，在K 的对面有另一金属板A ，K 和A 组成一对电极，把K 跟电池组的负极相连，A 跟正极相连.图2-1-2（1）在没有光照射K 时，电压表有示数，电流表没有示数.（2）保持A 、K 间电压一定，灯泡亮度一定，在窗口C 前依次放上红色、橙色、绿色滤光片，观察到红光照射金属板K 时没有光电流，橙光和绿光照射时，有光电流.（3）逐渐减小K 、A 间的正向电压，直到电压为零时，电流表仍有示数，说明光电流依然存在，如果在K 、A 间加一反向电压，则光电流变小，反向电压增大到某一值时，使光电流刚好为零。
（4）给光电管电极K 、A 间加正向电场，以高于极限频率的光入射，保持电压不变，增加入射光的强度，发现光电流的强度增大.二、正确理解光电效应的两个关系及光电效应与经典理论的矛盾1.光电效应规律中的两个关系在光电效应实验规律中，有两个关系：（1）光电子的最大初动能21mv m 2,随入射光频率ν的增大而增大. （2）光电流的强度跟入射光的强度成正比.注意第一个关系中并不是成正比,而第二个关系是成正比,根据爱因斯坦光电效应方程21mv 2=h ν-W.对于某一金属而言，逸出功W 是一定值，普朗克常量h 是一常数，故从上式可以看出，最大初动能21mv m 2与入射光频率ν是成一次函数关系，而不是成正比的.光电流的强度是由从金属表面逸出的光电子数目决定的，而从金属表面逸出的光电子数目是由入射光子的数目决定的，入射光子数目的多少又是由入射光的强度决定的，所以，我们容易推得，光电流的强度跟入射光的强度成正比.2.经典理论与光电效应的矛盾经典波动理论认为，光是一种电磁波，光的强度取决于振幅大小，振幅越大，光就越强.金属在光的照射下，其中的自由电子就会由于光的变化着的电磁场作用而做受迫振动，无论照射光的频率如何，只要光足够强，自由电子受迫振动的幅度就会足够大，这样就可以产生光电效应，而这与实验事实恰恰相反，关于照射时间的问题，波动观点更是陷入了困境，如果光强很微弱，则在从光开始照射到光电子的发射之间应该有一个可测的滞后时间，在这段时间内电子应从光束中不断吸收能量，一直到所积累的能量能够使它逸出金属表面为止，这与光电效应的瞬时性存在严重的矛盾，既然光电效应与传统的波动理论存在如此巨大的矛盾，因此，这个理论不适用于解释微观粒子的运动.各个击破【例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.用弧光灯照射锌板时，验电器的指针就张开一个角度，如图2-1-3所示，这时（）图2-1-3A.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，指针带负电解析：本题应从光电效应，验电器原理来考虑解答。
2017_2018学年高中物理第二章波粒二象性第四节光的波粒二象性教学案粤教版选修3_520180201151正式版
第四节光的波粒二象性对应学生用书页码1．光的干涉和衍射实验表明，光是一种电磁波，具有波动性；光电效应和康普顿效应则表明，光在与物体相互作用时，必须看成是一颗颗光子的形式出现的，具有粒子性。
2．在光的双缝干涉实验中，将光源S的强度降低，使前一个光子已经消失在感光片上，后一个入射光子才从光源出发。
记录很短一段时间，即把感光片冲洗出来，在感光片上呈现杂乱分布的几个亮点。
每个亮点都是一个光子在感光片上留下的记录。
这显示了光的粒子性。
然后换另一感光片记录光子，适当增加记录时间，我们会惊奇地发现，亮点在感光片上形成模糊的亮纹。
光子主要落在感光片的亮纹处，这就是干涉条纹。
记录时间越长，干涉条纹越明显。
干涉条纹再次显示出光的波动性。
3．双缝干涉中每次穿过双缝的只有一个光子，它不可能跟其他光子产生干涉。
但光的干涉还是发生了。
可见，波动性是每一个光子的属性。
光既有粒子性，又有波动性，单独使用波或粒子都无法完整地描述光的所有性质。
4．光既有波动性，又有粒子性，我们把光的这种性质叫做光的波粒二象性。
5．干涉条纹是光子在感光片上各点的概率分布的反映。
这种概率分布就好像波的强度的分布，称光波是一种概率波。
6．在双缝干涉实验中，光子通过双缝后，对某一个光子而言，其运动是不可控制的。
但对大量光子而言，它们落在光屏上的位置又有规律性，即某些区域光子落点多，另一些区域光子落点少，落点多的区域就是亮条纹，落点少的区域就是暗条纹。
对应学生用书页码1.2．对光的波粒二象性的理解(1)光的波动性：①实验基础：光的干涉和衍射现象②具体表现：a ：光经过狭缝后能产生干涉、衍射现象说明光具有波动性。
b ：足够能量的光(大量光子)在传播时，表现出波的性质。
c ：频率低，波长长的光，波动性特征显著。
(2)光的粒子性：①实验基础：光电效应，康普顿效应②具体表现：a ：当光同物质发生作用时，作用是“一份一份”进行的，表现出粒子性。
b ：少量或个别光子易表现出光的粒子性。
2017_2018学年高中物理第二章波粒二象性第一节光电效应教学案粤教版选修3_5
第一节光电效应对应学生用书页码P21 1．光电效应是指物体在光的照射下发射出电子的现象，发射出的电子称为光电子。
2．光电管是利用光电效应制成的一种常见的光电器件，它可以把光信号转变成电信号。
光电管主要是由密封在玻璃壳内的阴极和阳极组成，阴极表面敷有束缚电子能力较弱的碱金属。
3．对于每一种金属，只有当入射光频率大于某一频率ν0时，才会产生光电流，我们称ν0为极限频率，其对应的波长称为极限波长。
4．在强度和频率一定的光照射下，回路中的光电流会随着反向电压的增加而减小。
并且当反向电压达到某一数值时，光电流将会减小到零，我们把这时的电压称为遏止电压，用符号U表示。
5．实验探究遏止电压与光照频率和强度的关系：(1)在蓝光的照射下，给光电效应的实验装置加上反向电压，逐渐增大电压，直至光电流为零，记录遏止电压的值。
改变入射光的强度，重复上述步骤。
发现遏止电压相同。
(2)维持光照强度不变，改变入射光的频率。
先采用蓝光作为入射光，记录遏止电压；再换绿光作为入射光，记录遏止电压。
发现绿光遏止电压较小。
探究结论：遏止电压与入射光的强度无关，与入射光的频率有关，入射光频率越大，遏止电压越大。
遏止电压与入射光的频率有关，说明光电子的最大初动能也与入射光的频率有关，与入射光的强度无关。
对应学生用书页码P221.定义物体在光的照射下发射电子的现象称为光电效应，发射出来的电子称为光电子，光电子形成的电流称为光电流。
2．光电效应的实验探究(1)探究光电流的大小与入射光的强度及其频率的关系：①实验器材：白炽灯、滤光片、光电管、电流表、电压表、电源、电阻等。
原理示意图如图2－1－1所示。
②探究思路：只改变入射光的强度或频率，观察光电流的大小变化情况。
③实验结论：a ：能否产生光电效应与光的频率有关，与光的强度和照射时间的长短无关。
b ：产生光电效应时，电路中电流大小与光的强度有关，光的强度越大，电流越大。
c ：用不同频率的光去照射锌板，发现当频率低于某一值ν0的光，不论强度多大，都不能产生光电子，因此，ν0称为极限频率，对于不同的材料，极限频率不同。
2017-2018学年同步备课套餐之物理粤教版选修3-5讲义：
第二节光子[学习目标]1.知道普朗克的能量量子假说.2.知道爱因斯坦的光子说以及光子能量的表达式.3.知道爱因斯坦的光电效应方程以及对光电效应规律的解释．一、能量量子假说[导学探究](1)在宏观世界里，下列哪些量的取值是连续的；哪些是不连续的？(物体的长度、质量、动能、动量、人的个数、台阶的个数)(2)氢原子中电子的能量只可能取值－13.6 eV、－3.40 eV、－1.51 eV等，这是连续还是分立取值？答案(1)连续的有：物体的长度、质量、动能、动量．不连续的有：人的个数、台阶的个数．(2)分立取值，即氢原子的能量是量子化的．[知识梳理]1．假说内容：物体热辐射所发出的电磁波的能量是不连续的，只能是hν的整数倍．2．能量量子：hν称为一个能量量子，其中ν是辐射频率，h是一个常量，称为普朗克常量，h＝6.63×10－34 J·s.3．假说的意义：能量量子假说能够非常合理地解释某些电磁波的辐射和吸收的实验现象．4．量子化现象：在微观世界里，物理量的取值很多时候是不连续的，只能取一些分立值的现象．[即学即用]判断下列说法的正误．(1)物体热辐射的电磁波的能量是不连续的．(√)(2)电磁波的能量子的能量ε＝hν，ν是电磁波的速度．(×)(3)所谓量子化即物理量的取值是分立的，是不连续的．(√)二、光子假说和光电效应方程[导学探究]用如图1所示的装置研究光电效应现象．所用光子能量为2.75 eV的光照射到光电管上时发生了光电效应，电流表的示数不为零；移动滑动变阻器的滑动触头，发现当电压表的示数大于或等于1.7 V时，电流表示数为0.图1(1)光电子的最大初动能是多少？遏止电压为多少？ (2)光电管阴极的逸出功是多少？(3)当滑动触头向a 端滑动时，光电流变大还是变小？(4)当入射光的频率增大时，光电子最大初动能如何变化？遏止电压呢？ 答案 (1)1.7 eV 1.7 V(2)W 0＝hν－12m v max 2＝2.75 eV －1.7 eV ＝1.05 eV(3)变大 (4)变大 变大 [知识梳理] 1．光子说(1)光不仅具有波动性，还有粒子性，爱因斯坦把能量子概念推广到光电效应中，提出光量子概念，简称光子．(2)光子假说：爱因斯坦指出，光的能量不是连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光子，一个光子的能量为ε＝hν. 2．光电效应方程(1)表达式：hν＝12m v max 2＋W 0或12m v max 2＝hν－W 0.(2)对光电效应方程的理解：必须对内部电子做功，电子才能脱离离子的束缚而逸出表面，这个功称为金属的逸出功，用符号W 0表示．根据能量守恒定律，入射光子的能量等于出射光电子的最大初动能与逸出功之和． [即学即用] 判断下列说法的正误．(1)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．( × ) (2)光电子的最大初动能与入射光的频率成正比．( × )(3)入射光若能使某金属发生光电效应，则入射光的强度越大，照射出的光电子越多．( √ ) (4)用同一种色光照同一种金属 ，发出的所有光电子的初动能都相同．( × ) 三、光电效应的解释[导学探究] (1)根据光电效应方程hν＝12m v max 2＋W 0可知，12m v max 2＝hν－W 0，那么要发生光电效应，对光的频率有什么要求？(2)如果光电子的最大初能为12m v max 2，那么它对应的遏止电压为多少？(3)遏止电压与光的频率有什么关系？与光的强度有什么关系？答案 (1)根据12m v max 2＝hν－W 0，只有hν≥W 0才能发生光电效应，即ν≥W 0h 才可发生．(2)因为eU 0＝12m v max 2所以U 0＝m v 2max 2e(3)因为eU 0＝12m v max 2，而12m v max 2＝hν－W 0，所以eU 0＝hν－W 0，所以U 0＝hνe －W 0e ，即光的频率越高，U 0越大，与光的强度无关． [知识梳理] 光电效应的解释1．光电效应方程说明了产生光电效应的条件．若有光电子逸出，则光电子的最大初动能必须大于或至少等于零，即12m v max 2＝hν－W 0≥0，亦即hν≥W 0，ν≥W 0h ＝ν0，而ν0＝W 0h 恰好是光电效应的极限频率．2．对遏止电压与入射光的频率有关，而与入射光的强度无关的解释遏止电压对应光电子的最大初动能，即：eU 0＝12m v max 2，对应爱因斯坦的光电效应方程可得：hν＝eU 0＋W 0，可见，对某种金属而言，遏止电压只由入射光频率决定，与光的强弱无关． [即用即用] 判断下列说法的正误．(1)只要光的频率小于极限频率，无论光多强，都不会发生光电效应．( √ ) (2)增加入射光的强度，遏止电压变大．( × )(3)发生光电效应的条件是入射光的频率大于金属的截止频率，与入射光的强度无关．( √ )一、对光子概念的理解1．光子不是光电子：光子指光在空间传播时的每一份能量，光子不带电；光电子是金属表面受到光照射时发射出来的电子，其本质是电子，光子是光电效应的因，光电子是果． 2．光子的能量由光的频率决定：ε＝hν.3．光的强度与光子的能量的关系：入射光的强度指单位时间内照射到金属表面单位面积上的总能量，入射光的强度等于单位时间内光子能量与入射光子数的乘积．例1 氦氖激光器发射波长为6.328×10－7 m 的单色光，试计算这种光的一个光子的能量为多少？若该激光器的发光功率为18 mW ，则每秒钟发射多少个光子？(h ＝6.63×10－34J·s)答案 3.14×10－19J 5.73×1016个解析 根据爱因斯坦光子学说，光子能量ε＝hν， 而λν＝c ，所以ε＝hc λ＝6.63×10－34×3×1086.328×10－7J ＝3.14×10－19 J 因为发光功率已知，所以1 s 内发射的光子数为n ＝P ·t ε＝18×10－3×13.14×10－19个＝5.73×1016个．1.光速c ＝3.0×108 m/s 对真空中任何光都成立.2.真空中任何光都有c ＝λν，λ是光的波长. 二、光电效应方程的理解与应用1．光电效应方程实质上是能量守恒方程．(1)能量为ε＝hν的光子被电子所吸收，电子把这些能量的一部分用来克服金属表面对它的吸引，另一部分就是电子离开金属表面时的动能．(2)如果克服吸引力做功最少为W 0，则电子离开金属表面时动能最大为12m v max 2，根据能量守恒定律可知：12m v max 2＝hν－W 0.2．光电效应规律中的两条线索、两个关系： (1)两条线索：(2)两个关系：光强→光子数目多→发射光电子多→光电流大； 光子频率高→光子能量大→产生光电子的最大初动能大． 3．E km －ν曲线如图2所示是光电子最大初动能E km 随入射光频率ν的变化曲线．这里，横轴上的截距是极限频率，纵轴上的截距是逸出功的负值，斜率为普朗克常量．图2例2 如图3所示，当开关K 断开时，用光子能量为2.5 eV 的一束光照射阴极P ，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0.6 V 时，电流表读数仍不为零．当电压表读数大于或等于0.6 V 时，电流表读数为零．由此可知阴极材料的逸出功为( )图3A ．1.9 eVB ．0.6 eVC ．2.5 eVD ．3.1 eV答案 A解析 由题意知光电子的最大初动能为 12m v max 2＝eU 0＝0.6 eV 所以根据光电效应方程12m v max 2＝hν－W 0可得W 0＝hν－12m v max 2＝(2.5－0.6) eV ＝1.9 eV .例3 在光电效应实验中，某金属的截止频率相应的波长为λ0，该金属的逸出功为______．若用波长为λ(λ<λ0)的单色光做该实验，则其遏止电压为______．已知电子的电荷量、真空中的光速和普朗克常量分别为e 、c 和h . 答案hc λ0 hc (λ0－λ)eλ0λ解析 由光电效应方程知，光电子的最大初动能E k ＝hν－W 0，其中金属的逸出功W 0＝hν0，又由c ＝λν知W 0＝hc λ0，用波长为λ的单色光照射时，E k ＝hc λ－hcλ0＝hc λ0－λλ0λ.又因为eU 0＝E k ，所以遏止电压U 0＝E k e ＝hc (λ0－λ)eλ0λ.例4 在某次光电效应实验中，得到的遏止电压U 0与入射光的频率ν的关系如图4所示．若该直线的斜率和纵截距分别为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4答案 ek －eb解析 光电效应中，入射光子能量hν，克服逸出功W 0后多余的能量转换为电子的最大初动能，eU 0＝hν－W 0，整理得U 0＝h e ν－W 0e ，斜率即he ＝k ，所以普朗克常量h ＝ek ，纵截距为b ，即eb ＝－W 0，所以逸出功W 0＝－eb .针对训练1 (多选)一单色光照到某金属表面时，有光电子从金属表面逸出，下列说法中正确的是( )A ．只增大入射光的频率，金属逸出功将减小B ．只延长入射光照射时间，光电子的最大初动能将不变C ．只增大入射光的频率，光电子的最大初动能将增大D ．只增大入射光的频率，光电子逸出所经历的时间将缩短 答案 BC解析 金属的逸出功由金属本身决定，与入射光的频率无关，选项A 错误；根据爱因斯坦光电效应方程12m v max 2＝hν－W 0可知，当金属的极限频率确定时，光电子的最大初动能取决于入射光的频率，与光照强度、照射时间、光子数目无关，选项B 、C 正确，D 错误． 针对训练2 如图5所示是某金属在光的照射下，光电子最大初动能E k 与入射光频率ν的关系图象，由图象可知( )图5A ．该金属的逸出功等于EB ．该金属的逸出功等于hν0C ．入射光的频率为ν0时，产生的光电子的最大初动能为ED ．入射光的频率为2ν0时，产生的光电子的最大初动能为2E 答案 AB解析 题中图象反映了光电子的最大初动能E k 与入射光频率ν的关系，根据爱因斯坦光电效应方程知E k ＝hν－W 0，知当入射光的频率恰为该金属的极限频率ν0时，光电子的最大初动能E k ＝0，此时有hν0＝W 0，即该金属的逸出功等于hν0，选项B 正确；根据图线的物理意义，有W 0＝E ，故选项A 正确，而选项C 、D 错误．1．逸出功W 0对应着某一极限频率ν0，即W 0＝hν0，只有入射光的频率ν≥ν0时才有光电子逸出，即才能发生光电效应．2．对于某一金属(ν0一定)，入射光的频率决定着能否产生光电效应及光电子的最大初动能，而与入射光的强度无关．3．逸出功和极限频率均由金属本身决定，与其他因素无关．1．(多选)下列对光子的认识，正确的是( ) A ．光子说中的光子就是牛顿在微粒说中所说的微粒 B ．光子说中的光子就是光电效应的光电子C ．在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光量子，简称光子D ．光子的能量跟光的频率成正比 答案 CD解析 根据光子说，在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光量子，简称光子．而牛顿的“微粒说”中的微粒指宏观世界的微小颗粒．光电效应中，金属内的电子吸收光子后克服原子核的库仑引力等束缚，逸出金属表面，成为光电子，故A 、B 选项错误，C 选项正确；由E ＝hν知，光子能量E 与其频率ν成正比，故D 选项正确．2．(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与极限频率的关系，而与入射光的强度无关，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，用频率较小的光照射时，若光的频率仍大于极限频率，则仍会发生光电效应，选项C 错误；根据hν－W 0＝12m v max 2可知，增加照射光频率，光电子的最大初动能也增大，故选项D 正确．3. (多选)如图6所示是光电效应中光电子的最大初动能E k 与入射光频率ν的关系图象．从图中可知( )图6A ．E k 与ν成正比B ．入射光频率必须大于或等于极限频率ν0时，才能发生光电效应C ．对同一种金属而言，E k 仅与ν有关D ．E k 与入射光强度成正比 答案 BC4．几种金属的逸出功W 0见下表：波长范围为4.0×10－7～7.6×10－7 m ，普朗克常量h ＝6.63×10－34J·s.答案 钠、钾、铷能发生光电效应解析 光子的能量E ＝hc λ，取λ＝4.0×10－7 m ，则E ≈5.0×10－19 J ，根据E ＞W 0判断，钠、钾、铷能发生光电效应．一、选择题(1～6题为单选题)1．红、橙、黄、绿四种单色光中，光子能量最小的是( ) A ．红光 B ．橙光 C ．黄光 D ．绿光 答案 A解析 由ε＝hν可知，红光的频率最小，其能量子值最小．选A. 2．某金属的逸出功为2.3 eV ，这意味着( )A ．这种金属内部的电子克服原子核引力做2.3 eV 的功即可脱离表面B ．这种金属表层的电子克服原子核引力做2.3 eV 的功即可脱离表面C ．要使这种金属有电子逸出，入射光子的能量可能小于2.3 eVD ．这种金属受到光照时若有电子逸出，则电子离开金属表面时的动能至少等于2.3 eV答案 B3．某种单色光的频率为ν，用它照射某种金属时，在逸出的光电子中动能最大值为E k ，则这种金属的逸出功和极限频率分别是( ) A ．hν－E k ，ν－E khB ．E k －hν，ν＋E khC ．hν＋E k ，ν－hE kD ．E k ＋hν，ν＋hE k答案 A4.在做光电效应的实验时，某种金属被光照射发生了光电效应，实验测得光电子的最大初动能E k 与入射光的频率ν的关系如图1所示，斜率k 已知，由实验图不能求出的是( )图1A ．该金属的极限频率和极限波长B ．普朗克常量C ．该金属的逸出功D ．单位时间内逸出的光电子数 答案 D解析 依据光电效应方程可知E k ＝hν－W 0，当E k ＝0时，ν＝ν0，即图象中横坐标的截距在数值上等于金属的极限频率．图线的斜率k ＝tan θ＝E kν－ν0.可见图线的斜率在数值上等于普朗克常量．据图象，假设图线的延长线与E k 轴的交点为C ，其截距的绝对值为W 0，有tan θ＝W 0ν0，而tan θ＝h ，所以W 0＝hν0.即图象中纵坐标轴的截距在数值上等于金属的逸出功．5．分别用波长为λ和23λ的单色光照射同一金属板，发出的光电子的最大初动能之比为1∶2，以h 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为( ) A.hc 2λ B.3hc 2λ C.3hc 4λ D.2hλc 答案 A解析 根据光电效应方程得E k1＝h cλ－W 0① E k2＝h c23λ－W 0②又E k2＝2E k1③联立①②③得W 0＝hc2λ，A 正确．6．实验得到金属钙的光电子的最大初动能E km 与入射光频率ν的关系如图2所示．下表中列出了几种金属的极限频率和逸出功，参照下表可以确定的是( )图2A.km B ．如用金属钠做实验得到的E km －ν图线也是一条直线，其斜率比图中直线的斜率大 C ．如用金属钠做实验得到的E km －ν图线也是一条直线，设其延长线与纵轴交点的坐标为(0，－E k2)，则E k2＜E k1D ．如用金属钨做实验，当入射光的频率ν＜ν1时，可能会有光电子逸出 答案 C解析 由光电效应方程E km ＝hν－W 0可知E km －ν图线是直线，且斜率相同，A 、B 项错；由表中所列的极限频率和逸出功数据可知C 项正确，D 项错误． 二、非选择题7．(1)研究光电效应的电路如图3所示．用频率相同、强度不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U AK 的关系图象中，正确的是________．图3(2)金属中的电子吸收光子的能量，从金属表面逸出，这就是光电子．光电子从金属表面逸出的过程中，其动量的大小________(选填“增大”“减小”或“不变”)，原因是________________________________________________________________________．答案(1)C(2)减小光电子受到金属表面层中力的阻碍作用(或需要克服逸出功)解析由于光的频率一定，它们的遏止电压相同，A、B不正确．光越强，电流越大，C正确．由于光电子受到金属表面层中力的阻碍作用(或需要克服逸出功)，速度减小，光电子的动量变小．8．小明用金属铷为阴极的光电管观测光电效应现象，实验装置示意图如图4甲所示．已知普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s.图4(1)图甲中电极A为光电管的____________(选填“阴极”或“阳极”)；(2)实验中测得铷的遏止电压U0与入射光频率ν之间的关系如图乙所示，则铷的极限频率ν0＝________Hz，逸出功W0＝________J；(3)如果实验中入射光的频率ν＝7.00×1014 Hz，则产生的光电子的最大初动能E k＝________J. 答案(1)阳极(2)5.15×1014 3.41×10－19(3)1.23×10－19解析(1)在光电效应中，电子向A极运动，故电极A为光电管的阳极．(2)由题图可知，铷的极限频率ν0为5.15×1014 Hz，逸出功W0＝hν0＝6.63×10－34×5.15×1014 J≈3.41×10－19 J．(3)当入射光的频率为ν＝7.00×1014Hz时，由E k＝hν－hν0得，光电子的最大初动能为E k＝6.63×10－34×(7.00－5.15)×1014 J≈1.23×10－19 J.9．铝的逸出功为4.2 eV，现用波长为200 nm的光照射铝的表面．已知h＝6.63×10－34 J·s，求：(1)光电子的最大初动能；(2)遏止电压；(3)铝的极限频率．答案(1)3.225×10－19 J(2)2.016 V(3)1.014×1015 Hz解析 (1)根据光电效应方程E k ＝hν－W 0有E k ＝hc λ－W 0＝6.63×10－34×3.0×108200×10－9 J －4.2×1.6×10－19 J ＝3.225×10－19 J (2)由E k ＝eU 0可得U 0＝E k e ＝3.225×10－191.6×10－19 V ≈2.016 V . (3)由hν0＝W 0知ν0＝W 0h ＝4.2×1.6×10－196.63×10－34 Hz ≈1.014×1015 Hz.。
【教育资料】2017-2018学年高中创新设计物理粤教版选修3-5学案：第二章 波粒二象性 章末整合提升学习精品
章末整合提升一、量子论与光子说量子论：德国物理学家普朗克提出．电磁波的发射和吸收是不连续的，是一份一份的，每一份电磁波的能量E＝hν.光子说：爱因斯坦提出．空间传播的光也是不连续的，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为普朗克常量，h＝6.63×10－34 J·s.【例1】(多选)下列对光子的认识，正确的是()A．“光子说”中的光子就是我们平时所说的“微粒”B．“光子说”中的光子就是光电效应的光电子C．在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光量子，简称光子D．光子的能量跟光的频率成正比答案CD解析根据光子说，在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光量子，简称光子．我们平时所说的微粒指宏观世界的微小颗粒．光电效应中，金属内的电子吸收光子后克服原子核的库仑引力等束缚，逸出金属表面，成为光电子，故A、B选项错误，C选项正确；由ε＝hν知，光子能量ε与其频率ν成正比，故D选项正确．【例2】20世纪20年代，剑桥大学学生泰勒做了一个实验：在一个密闭的箱子里放上小灯泡，烟熏黑的玻璃、狭缝、针尖、照相底板，整个装置如图1所示．小灯泡发出的光通过熏黑的玻璃后变得十分微弱，经过三个月的曝光，在底片上针尖影子周围才出现非常清晰的衍射条纹．泰勒对这照片的平均黑度进行测量，得出每秒到达底片的能量是5×10－13 J(h＝6.63×10－34 J·s)．图1(1)假如起作用的光波波长约为500 nm，计算从一个光子到下一光子到达底片所相隔的平均时间及光束中两邻近光子之间的平均距离；(2)如果当时实验用的箱子长为1.2 m，根据(1)的计算结果，能否找到支持光是概率波的证据？答案 (1)8.0×10－7 s 240 m (2)见解析解析 (1)对于λ＝500 nm 的光子能量为：ε＝hν＝h c λ＝6.63×10－34×3.0×108500×10－9J ＝4.0×10－19 J ，因此每秒到达底片的光子数为：n ＝E ′ε＝5×10－134×10－19个＝1.25×106个， 如果光子是依次到达底片的，则光束中相邻两光子到达底片的时间间隔是：Δt ＝1n s ＝11.25×106 s ＝8.0×10－7 s. 两相邻光子间平均距离为：x ＝c Δt ＝3.0×108×8.0×10－7 m ＝240 m.(2)由(1)的计算结果可知，两光子间距有240 m ，而箱子长只有1.2 m ，所以在箱子里一般不可能有两个光子同时在运动．这样就排除了光的衍射行为是光子相互作用的可能性．因此，衍射条纹的出现是许多光子各自独立行为积累的结果，衍射条纹的亮区是光子到达可能性较大的区域，而暗区是光子到达可能性较小的区域．这个实验支持了光波是概率波的观点．二、光电效应的规律和光电效应方程1．光电效应规律(1)任何一种金属都对应一个极限频率，入射光的频率低于极限频率不会产生光电效应．(2)光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随着入射光频率的增大而增大．(3)当入射光频率大于极限频率时，保持频率不变，光电流的强度与入射光的强度成正比．(4)入射光照到金属上时，光电子的发射几乎是瞬时的，一般不超过10－9 s.2．爱因斯坦光电效应方程E k ＝hν－W 0.W 0表示金属的逸出功，ν0表示金属的极限频率，则W 0＝hν0.【例3】 用波长为2.0×10－7 m 的紫外线照射钨的表面，释放出来的光电子中最大的动能是4.7×10－19 J ．由此可知，钨的极限频率是(普朗克常量h ＝6.63×10－34 J·s ，光速c ＝3.0×108 m/s ，结果取两位有效数字)( )A ．5.5×1014 HzB ．7.9×1014 HzC ．9.8×1014 HzD ．1.2×1015 Hz 答案 B解析 由爱因斯坦光电效应方程得h c λ＝E k ＋W 0，而金属的逸出功W 0＝hν0，由以上两式得，钨的极限频率为：ν0＝c λ－E k h ≈7.9×1014 Hz ，B 项正确．三、用图象表示光电效应的规律1．E k －ν图象根据爱因斯坦光电效应方程E k ＝hν－W 0，光电子的最大初动能E k 是入射光频率ν的一次函数，图象如图2所示．其横轴截距为金属的极限频率ν0，纵轴截距是金属的逸出功的负值，斜率为普朗克常量h .图22．I －U 图象光电流强度I 随光电管两极间电压U 的变化图象如图3所示，图中I m 为饱和光电流，U 0为遏止电压．利用12m e v 2max ＝eU 0可得光电子的最大初动能．图3【例4】 (1)研究光电效应的电路如图4所示．用频率相同、强度不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U AK 的关系图象中，正确的是( )图4(2)钠金属中的电子吸收光子的能量，从金属表面逸出，这就是光电子．光电子从金属表面逸出的过程中，其动量的大小________(选填“增大”、“减小”或“不变”)，原因是_________________________________________________________________. 答案(1)C(2)减小光电子受到金属表面层中力的阻碍作用解析(1)同一金属的逸出功一定，对于同一频率的光，由eU0＝12m v m2＝hν－W知，遏止电压相等，遏止电压与光的强度无关；光越强，光电流越大，所以C项正确．四、光的波粒二象性、物质波1．光的干涉、衍射、光的偏振说明光具有波动性，光电效应、康普顿效应则证明光具有粒子性，因此，光具有波粒二象性，对于光子这样的微观粒子只有从波粒二象性出发，才能统一说明光的各种行为．2．电子的衍射实验，说明了一些物质微粒也像光子一样具有波粒二象性．3．任何一个运动着的物体，小到电子、质子、大到行星、太阳，都有一种波和它对应，波长(物质波的波长)λ＝hp.物质波和光波一样，也属于概率波，概率波的实质是指粒子在空间分布的概率是符合波动规律的．【例5】(多选)现代物理学认为，光和实物粒子都具有波粒二象性，下列事实中突出体现波动性的是()A．一定频率的光照射到锌板上，光的强度越大，单位时间内锌板上发射的光电子就越多B．肥皂液是无色的，吹出的肥皂泡却是彩色的C．质量为10－3 kg、速度为10－2 m/s的小球，其德布罗意波长约为10－23 m，不过我们能清晰地观测到小球运动的轨迹D．人们常利用热中子研究晶体的结构，因为热中子的德布罗意波长与晶体中原子间距大致相同答案BD解析光子照到锌板上，发生光电效应，说明光有粒子性，A不正确；白光在肥皂泡上发生薄膜干涉时，会出现彩色条纹，光的干涉现象说明了光有波动性，B 正确；由于实物的波长很小，波动性不明显，表现为粒子性，C不正确；用热中子研究晶体结构，其实是通过中子的衍射来“观察”晶体的，是利用中子的波动性，D正确．故选B、D.。
2017_2018学年高中物理第二章波粒二象性第三节康普顿效应及其说明教学案粤教版选修3_5
绿光光子的动量
p＝ ＝ kg·m/s
＝1.25×10－27kg·m/s。
答案：2.25×10－18W 1.25×10－27kg·m/s
7．已知X光子的能量为0.6 MeV，在康普顿散射后，波长转变了20%，求反冲电子的能量。
解析：设入射光子的波长为λ0，那么散射光子的波长应为：
图2
(1)入射时X射线的光子能量、动量各是多少？
(2)经散射后X散射的光子能量和动量别离是多大？
解析：(1)依照光子假说可知，入射时X射线的光子能量为hν，动量为 。
(2)经散射后X射线的光子能量为hν′，动量为 。
答案：(1)hν (2)hν′
6．人眼对绿光最为灵敏。正常人的眼睛接收到波长为530
[答案] D
依照光子理论运用能量守恒和动量守恒说明康普顿效应。理论与实验符合得专门好，不仅有力的验证了光子理论，而且也证明了微观领域的现象也严格遵循能量守恒和动量守恒。
对康普顿现象的明白得，能够类比实物粒子的弹性碰撞，在散射进程中要遵守动量守恒和能量守恒。
光子的动量
[例2] 假设一个光子的能量等于一个电子的静能量，试问该光子的动量和波长是多少？在电磁波谱中它属于何种射线？
3．康普顿效应的光子理论说明
X射线为一些ε＝hν的光子，与自由电子发生完全弹性碰撞，电子取得一部份能量，散射的光子能量减少，频率减小，波长变长。
(1)光的散射是光在介质中与物质微粒的彼此作用，使光的传播方向发生改变的现象。
(2)散射光中也有与入射光有相同波长的射线，这是由于光子与原子碰撞，原子质量专门大，光子碰撞后，能量不变，故散射光频率不变。
λ＝(1＋20%)λ0＝1.2λ0
由ε＝ ⇒ε＝ ε0＝ ＝0.5 MeV
2017_2018学年高中物理第二章波粒二象性第五节德布罗意波教学案粤教版选修3_5
C．微观粒子的动量和坐标不可能同时确信
D．不确信性关系不仅适用于电子和光子等微观粒子，也适用于其他宏观粒子
解析：不确信性关系ΔxΔp≥ 表示确信位置、动量的精度相互制约，此长彼消，当粒子位置不确信性变小时，粒子动量的不确信性变大；粒子位置不确信性变大时，粒子动量的不确信性变小。故不能同时准确确信粒子的动量和坐标，不确信性关系也适用于其他宏观粒子，只是这些不确信量微乎其微。
B．电子轨道只只是是电子显现的概率比较大的位置
C．电子绕核运动时，电子边运动边振动
D．电子在核外的位置是不确信的
解析：微观粒子的运动是不确信的，电子轨道只是电子显现概率比较大的位置，轨道其实没有实际意义，因此选项A、B、D正确。电子在空间显现的概率受波动规律支配，并非是像机械波那样，因此选项C错误。
B．电子显微镜中电子束运动的速度应很小
C．要取得晶体的X射线衍射图样，X射线波长要远小于原子的尺寸
D．中子的物质波的波长能够与原子尺寸相当
解析：由题目所给信息“电子的物质波波长很短，能避免发生明显衍射现象”及发生衍射现象的条件可知，电子的物质波的波长比原子尺寸小得多，A项正确；由信息“利用X射线或中子束取得晶体的衍射图样”及发生衍射现象的条件可知，中子的物质波或X射线的波长与原子尺寸相当，D项正确，C项错。
答案：C
对物质波的理解
[例1] (双选)关于物质波，以下熟悉错误的选项是( )
A．任何运动的物体(质点)都伴随一种波，这种波叫做物质波
B．X射线的衍射实验，证明了物质波假设是正确的
C．电子的衍射实验，证明了物质波假设是正确的
D．宏观物体尽管能够看做为物质波，但它们不具有干与、衍射等现象
[解析] 据德布罗意物质波理论，任何一个运动的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳，都有一种波与之相对应，这种波就叫做物质波，故A选项正确；由于X射线本身确实是一种波，而不是实物粒子，故X射线的衍射现象，并非能证明物质波理论的正确性，故B选项错误，电子是一种实物粒子，电子的衍射现象说明运动着的实物粒子具有波动性，故C选项正确；由电子穿过铝箔的衍射实验知，少量电子穿过铝箔后所落位置是散乱的、无规律的，但大量电子穿过铝箔后所落的位置呈现出衍射图样，即大量电子的行为表现出电子的波动性，干与、衍射是波的特有现象，只若是波，都会发生干与、衍射现象，应选项D错误。
高中物理第二章波粒二象性第四节光的波粒二象性教学案粤教版选修31.doc
第四节光的波粒二象性对应学生用书页码1．光的干涉和衍射实验表明，光是一种电磁波，具有波动性；光电效应和康普顿效应则表明，光在与物体相互作用时，必须看成是一颗颗光子的形式出现的，具有粒子性。
2．在光的双缝干涉实验中，将光源S的强度降低，使前一个光子已经消失在感光片上，后一个入射光子才从光源出发。
记录很短一段时间，即把感光片冲洗出来，在感光片上呈现杂乱分布的几个亮点。
每个亮点都是一个光子在感光片上留下的记录。
这显示了光的粒子性。
然后换另一感光片记录光子，适当增加记录时间，我们会惊奇地发现，亮点在感光片上形成模糊的亮纹。
光子主要落在感光片的亮纹处，这就是干涉条纹。
记录时间越长，干涉条纹越明显。
干涉条纹再次显示出光的波动性。
3．双缝干涉中每次穿过双缝的只有一个光子，它不可能跟其他光子产生干涉。
但光的干涉还是发生了。
可见，波动性是每一个光子的属性。
光既有粒子性，又有波动性，单独使用波或粒子都无法完整地描述光的所有性质。
4．光既有波动性，又有粒子性，我们把光的这种性质叫做光的波粒二象性。
5．干涉条纹是光子在感光片上各点的概率分布的反映。
这种概率分布就好像波的强度的分布，称光波是一种概率波。
6．在双缝干涉实验中，光子通过双缝后，对某一个光子而言，其运动是不可控制的。
但对大量光子而言，它们落在光屏上的位置又有规律性，即某些区域光子落点多，另一些区域光子落点少，落点多的区域就是亮条纹，落点少的区域就是暗条纹。
对应学生用书页码1.2．对光的波粒二象性的理解(1)光的波动性：①实验基础：光的干涉和衍射现象②具体表现：a ：光经过狭缝后能产生干涉、衍射现象说明光具有波动性。
b ：足够能量的光(大量光子)在传播时，表现出波的性质。
c ：频率低，波长长的光，波动性特征显著。
(2)光的粒子性：①实验基础：光电效应，康普顿效应②具体表现：a ：当光同物质发生作用时，作用是“一份一份”进行的，表现出粒子性。
b ：少量或个别光子易表现出光的粒子性。
2017_2018学年高中物理第二章波粒二象性章末盘点教学案粤教版选修3_5
第二章 波粒二象性对应学生用书页码P33波粒二象性错误!考点一 光电效应的规律和爱因斯坦光电效应方程另一方面是应用光电效应方程进行简单的计算，处理该类问题关键是掌握光电效应的规律，明确各概念之间的决定关系。
1．光电效应的规律(1)极限频率ν0是能使金属发生光电效应的最低频率，这也是判断能否发生光电效应的依据。
若ν≤ν0，无论多强的光照射时，都不能发生光电效应；(2)最大初动能E k ，与入射光的频率和金属的逸出功有关，与光强无关；(3)饱和光电流与光的强度有关，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。
2．光电子的最大初动能光电子的最大初动能跟入射光的能量hν、金属逸出功W 0的关系为光电效应方程，表达式为12mv 2max ＝hν0－W 0，反映了光电效应现象中的能量转化和守恒定律。
[例1] (广东高考)(双选)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[解析] 根据光电效应规律可知，增大入射光的强度，光电流增大，A 项正确；减小入射光的强度，光电流减小，光电效应现象并不消失，B项错误；改用小于ν的入射光照射，如果入射光的频率仍然大于光电管阴极材料的极限频率，仍能发生光电效应，C项错误；由爱因斯坦光电效应方程可知，增大入射光的频率，光电子的最大初动能增大，D项正确。
[答案] AD(1)光具有粒子性，因此，光具有波粒二象性，对于光子这样的微观粒子只有从波粒二象性出发，才能统一说明光的各种行为。
(2)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，底片上出现了有规律的干涉条纹。
可见，光的波动性是大量光子表现出来的现象。
高中物理第二章波粒二象性章末复习导学案粤教选修
第二章《波粒二象性》章末复习 班级 姓名 学号【复习目标】1. 能判断光电效应现象2. 能运用光电效应方程进行计算3. 进一步理解光的波粒二象性【知识梳理】【能力提升】一、光子能量的计算1．一个光子的能量ε＝hν，其中h 是普朗克常量，ν是光的频率．2．一束光的能量E ＝nhν，n 为光子数目．3．频率与波长的关系：ν＝c λ. 【例题1】(单选)能引起人的眼睛视觉效应的最小能量为10－18 J ，已知可见光的平均波长约为0.6 μm，普朗克常量h ＝6.63×10－34 J·s，则进入人眼的能量子数至少为 ( ) A ．1个 B ．3个C ．30个D ．300个 二、光电效应的规律1．两个决定关系照射光⎩⎪⎨⎪⎧ 强度→决定光电流的强弱→每秒钟发射的光电子数频率→每个光子的能量ε＝hν→光电子的最大初动能12m e v 22．“光电子的动能”可以是介于0～E k 的任意值，只有从金属表面逸出的光电子才具有最大初动能，且随波 粒 二 象 性入射光频率的增大而增大．3．爱因斯坦光电效应方程hν＝12mv 2max ＋W 0. W 0表示金属的逸出功，ν0表示金属的极限频率，则W 0＝hν0.4．方法总结：熟记光电效应规律：(1)存在极限频率ν0，只有ν＞ν0时，才能发生光电效应；(2)最大初始动能E k ＝hν－W 0，E k 与入射光频率ν和金属的逸出功有关，而与光强无关；(3)饱和光电流与光强有关．【例题2】(单选)关于光电效应，下列说法正确的是 ( )A ．光电流随入射光频率的增大而增大B ．光电子的初动能越大，光电流就越大C ．光子本身所具有的能量取决于光子本身的频率D ．用频率是ν1的绿光照射某金属发生了光电效应，则改用频率是ν2的红光照射该金属就一定不发生光电效应【例题3】(单选)用波长为2.0×10－7 m 的紫外线照射钨的表面，释放出来的光电子中最大的动能是4.7×10－19 J ．由此可知，钨的极限频率是(普朗克常量h ＝6.63×10－34 J·s，光速c ＝3.0×108m/s ，结果取两位有效数字)( )A ．5.5×1014 HzB ．7.9×1014Hz C ．9.8×1014 Hz D ．1.2×1015 Hz 三、用图象表示光电效应的规律1．E k －ν图象根据爱因斯坦光电效应方程E k ＝hν－W 0，光电子的最大初动能E k 是入射光频率ν的一次函数，图象如图所示．其横轴截距为金属的极限频率ν0，纵轴截距是金属的逸出功的负值；斜率为普朗克常量h.2．I －U 图象光电流强度I 随光电管两极间电压U 的变化图象如图所示，图中I max 为饱和光电流，U 0为遏止电压．利用12mv 2max ＝eU 0可得光电子的最大初动能．【例题4】(单选)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3所示．则可判断出 ( )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．乙光的频率大于丙光的频率D．甲光对应的光电子最大始初动能大于丙光的光电子最大初始动能【强化巩固】1．(双选)下列有关光的说法中正确的是 ( )A．光电效应表明在一定条件下，光子可以转化为电子B．大量光子易表现出波动性，少量光子易表现出粒子性C．光有时是波，有时是粒子D．康普顿效应表明光子和电子、质子等实物粒子一样也具有能量和动量2．(双选)100多年前的1905年是爱因斯坦的“奇迹”之年，这一年他先后发表了三篇具有划时代意义的论文，其中成功地解释了光电效应现象．关于光电效应，下列说法正确的是( )A．当入射光的频率低于极限频率时，不能发生光电效应B．光电子的最大初始动能与入射光的频率成正比C．光电子的最大初始动能与入射光的强度成正比D．某单色光照射一金属时不发生光电效应，改用波长较短的光照射该金属可能发生光电效应3．(单选)关于光电效应，下列说法正确的是 ( )A．极限频率越大的金属材料逸出功越大B．只要光照射的时间足够长，任何金属都能产生光电效应C．某种金属的逸出功越小，从该金属表面出来的光电子的最大初始动能越大D．入射光的光强一定时，频率越高，单位时间内逸出的光电子数就越多4．关于光的波粒二象性的说法中，正确的是( )A．一束传播的光，有的光是波，有的光是粒子B．光子与电子是同样的一种粒子，光波与机械波是同样的一种波C．频率高的光具有粒子性，频率低的光具有波动性D．光是一种波，同时也是一种粒子，光子说并未否定电磁说，在光子能量ε＝hν中，频率ν仍表示的是波的特性5．(单选)已知金属锌发生光电效应时产生的光电子的最大初动能E k跟入射光的频率ν的关系图象如图中的直线1所示．某种单色光照射到金属锌的表面时，产生的光电子的最大初始动能为E1.若该单色光照射到另一金属表面时产生的光电子的最大初始动能为E2，E2<E1，关于这种金属的最大初始动能E k跟入射光的频率ν的关系图象应是图中的 ( )A．a B．bC． c D．上述三条图线都不正确6．已知金属钠产生光电效应的极限频率是6.00×1014 Hz(1)求金属钠的电子逸出功；(2)如果用某种单色光照射金属钠，发射的光电子的最大初动能是1.14 eV，求这种单色光的波长．高考理综物理模拟试卷注意事项：1. 答题前，考生先将自己的姓名、准考证号填写清楚，将条形码准确粘贴在考生信息条形码粘贴区。
2017-2018学年同步备课一体资料之物理粤教版选修3-5讲义：第二章 波粒二象性 2-5 Word版含答案
第五节德布罗意波[目标定位] 1.了解德布罗意假说的内容，知道德布罗意波的波长和粒子动量的关系.2.知道粒子和光一样具有波粒二象性，了解电子波动性的实验验证.3.初步了解不确定性关系的内容，感受数学工具在物理学发展过程中的作用．一、德布罗意波假说1．任何一个实物粒子都和一个波相对应，这种波后来被称为物质波，也称为德布罗意波．2．物质波的波长、频率关系式：λ＝h p二、电子衍射1．美国工程师戴维孙做了电子束在晶体表面上散射的实验，观察到了和X射线衍射类似的电子衍射现象，首次证实了电子的波动性．2．汤姆生做电子束穿过多晶薄膜的衍射实验，也证实了电子的波动性．三、电子云1．定义：用点的多少表示电子出现的概率分布图．2．电子的分布：某一空间范围内电子出现概率大的地方点多，电子出现概率小的地方点少．电子云反映了原子核外电子位置的不确定性，说明电子对应的波也是一种概率波．四、不确定性关系1．定义：在经典物理学中，一个质点的位置和动量是可以同时测定的，在微观物理学中，要同时测出微观粒子的位置和动量是不太可能的，这种关系叫不确定性关系．2．表达式：ΔxΔp≥h4π.其中以Δx表示粒子位置的不确定性，以Δp表示粒子在x方向上的动量的不确定性，h是普朗克常量．预习完成后，请把你疑惑的问题记录在下面的表格中一、对物质波的理解1．任何物体，小到电子、质子，大到行星、太阳都存在波动性，我们之所以观察不到宏观物体的波动性，是因为宏观物体对应的波长太小的缘故．2．物质波波长的计算公式为λ＝hp，频率公式为ν＝εh.3．德布罗意假说是光子的波粒二象性的一种推广，包括了所有的物质粒子，即光子与实物粒子都具有粒子性，又都具有波动性，与光子对应的波是电磁波，与实物粒子对应的波是物质波．4．德布罗意波是一种概率波，粒子在空间各处出现的概率是符合波动规律的，不要以宏观概念中的波来理解德布罗意波．【例1】(多选)下列关于德布罗意波的认识，正确的解释是()A．任何一个实物粒子都和一个波相对应B．X光的衍射证实了物质波的假设是正确的C．电子的衍射证实了物质波的假设是正确的D．宏观物体运动时，看不到它的衍射或干涉现象，所以宏观物体不具有波动性答案AC解析宏观物体由于动量太大，德布罗意波长太小，所以看不到它的干涉、衍射现象，但仍具有波动性，D项错；X光是波长极短的电磁波，是光子，它的衍射不能证实物质波的存在，B项错；只有A、C项正确．【例2】已知光速为c，普朗克常量为h，则频率为ν的光子的动量为____________．用该频率的光垂直照射平面镜，光被镜面全部垂直反射回去，则光子在反射前后动量改变量的大小为____________．答案hνc2hνc解析因为光速c＝λν，则λ＝cν，所以光子的动量p ＝h λ＝hνc ，由于动量是矢量，因此若以射向平面镜时光子的动量方向为正方向， 即p 1＝hνc ， 反射后p 2＝－hνc ，动量的变化量Δp ＝p 2－p 1＝－hνc －hνc ＝－2hνc ， 则光子在反射前后动量改变量的大小为2hνc . 二、对不确定性关系的理解1．单缝衍射现象中，粒子在挡板左侧的位置是完全不确定的，即通过挡板前粒子的位置具有不确定性．2．单缝衍射现象中，粒子通过狭缝后，在垂直原来运动方向的动量是不确定的，即通过挡板后粒子的动量具有不确定性．3．微观粒子运动的位置不确定量Δx 和动量的不确定量Δp 的关系式为Δx Δp ≥h4π，其中h 是普朗克常量，这个关系式叫不确定性关系．4．不确定性关系告诉我们，如果要更准确地确定粒子的位置(即Δx 更小)，那么动量的测量一定会更不准确(即Δp 更大)，也就是说，不可能同时准确地知道粒子的位置和动量，也不可能用“轨迹”来描述粒子的运动．【例3】 在单缝衍射实验中，若单缝宽度是1.0×10－9 m ，那么光子经过单缝发生衍射，动量不确定量是多少？ 答案 Δp ≥5.3×10－26 kg·m/s解析 由题意可知光子位置的不确定量 Δx ＝1.0×10－9 m ，解答本题需利用不确定性关系．单缝宽度是光子经过狭缝的位置不确定量， 即Δx ＝1.0×10－9 m ，由Δx Δp ≥h 4π有：1.0×10－9 m·Δp ≥6.63×10－34 J·s 4π. 得Δp ≥5.3×10－26 kg·m/s.针对训练 一颗质量为10 g 的子弹，具有200 m/s 的速率，若其动量的不确定范围为其动量的0.01%(这在宏观范围是十分精确的)，则该子弹位置的不确定量范围为多大？答案 Δx ≥2.6×10－31 m解析 子弹的动量p ＝m v ＝0.01×200 kg·m/s ＝2 kg·m/s ， 动量的不确定范围Δp x ＝0.01 %×p ＝2×10－4 kg·m/s ； 由不确定关系Δx Δp x ≥h 4π， 得子弹位置的不确定范围Δx ≥h 4πΔp x ＝ 6.63×10－344×3.14×2×10－4m ≈2.6×10－31 m.对物质波的理解1．一颗质量为10 g 的子弹，以200 m/s 的速度运动着，则由德布罗意理论计算，要使这颗子弹发生明显的衍射现象，那么障碍物的尺寸为( ) A ．3.0×10－10 m B ．1.8×10－11 m C ．3.0×10－34 m D ．无法确定答案 C解析 λ＝h p ＝hm v ＝ 6.63×10－3410×10－3×200 m≈3.32×10－34 m ，故能发生明显衍射的障碍物尺寸应为选项C. 2．下列说法中正确的是( )A ．物质波属于机械波B ．只有像电子、质子、中子这样的微观粒子才具有波动性C ．德布罗意认为任何一个运动的物体，小到电子、质子、中子，大到行星、太阳都有一种波与之相对应，这种波叫物质波D ．宏观物体运动时，看不到它的衍射和干涉现象，所以宏观物体运动时不具有波动性 答案 C解析 任何一个运动的物体都具有波动性，但因为宏观物体的德布罗意波波长很短，所以很难看到它的衍射和干涉现象，所以C 项对，B 、D 项错；物质波不同于宏观意义上的波，故A 项错．3．已知钙和钾的截止频率分别为7.73×1014Hz 和5.44×1014Hz ，在某种单色光的照射下两种金属均发生光电效应，比较它们表面逸出的具有最大初动能的光电子，钙逸出的光电子具有较大的( ) A ．波长 B ．频率 C ．能量 D ．动量答案 A解析 两种金属的截止频率不同，则它们的逸出功也不同，由W 0＝hν0可知截止频率大的，逸出功也大．由E k ＝hν－W 可知，用同样的单色光照射，钙逸出的光电子的最大初动能较小，由p ＝2mE k 知，其动量也较小，根据物质波p ＝h λ知，其波长较长．对不确定性关系的理解4．(多选)根据不确定性关系Δx Δp ≥h4π，判断下列说法正确的是( ) A ．采取办法提高测量Δx 精度时，Δp 的精度下降 B ．采取办法提高测量Δx 精度时，Δp 的精度上升 C ．Δx 与Δp 测量精度与测量仪器及测量方法是否完备有关 D ．Δx 与Δp 测量精度与测量仪器及测量方法是否完备无关答案 AD解析 不确定关系表明，无论采用什么方法试图确定坐标和相应动量中的一个，必然引起另一个较大的不确定性，这样的结果与测量仪器及测量方法是否完备无关，无论怎样改善测量仪器和测量方法，都不可能逾越不确定关系所给出的限度．故A 、D 正确．(时间：60分钟)题组一 对物质波的理解1．(多选)关于物质波，以下说法正确的是( ) A ．任何运动物体都具有波动性 B ．湖面上形成的水波就是物质波 C ．通常情况下，质子比电子的波长长 D ．核外电子绕核运动时，并没有确定的轨道 答案 AD解析 任何运动物体都具有波动性，选项A 正确；湖面上形成的水波是机械波而不是物质波，选项B 错误；电子的动量比质子的动量往往要小一些，由λ＝h p 知，电子的德布罗意波波长要长，选项C 错误；由于电子的波动性，核外电子绕核运动不可能有确定的轨道，选项D 正确．2．在历史上，最早证明了德布罗意波存在的实验是( ) A ．弱光衍射实验B ．电子束在晶体上的衍射实验C ．弱光干涉实验D ．以上都不正确 答案 B3．下列关于物质波的说法中正确的是( )A ．实物粒子具有粒子性，在任何条件下都不可能表现出波动性B．宏观物体不存在对应波的波长C．电子在任何条件下都能表现出波动性D．微观粒子在一定条件下能表现出波动性答案 D4．下列说法中正确的是()A．质量大的物体，其德布罗意波长短B．速度大的物体，其德布罗意波长短C．动量大的物体，其德布罗意波长短D．动能大的物体，其德布罗意波长短答案 C解析由物质波的波长λ＝hp，得其只与物体的动量有关，动量越大其波长越短．5．一个电子被加速后，以极高的速度在空间运动，关于它的运动，下列说法中正确的是()A．电子在空间做匀速直线运动B．电子上下左右颤动着前进C．电子运动轨迹是正弦曲线D．无法预言它的路径答案 D解析根据概率波的知识可知，某个电子在空间中运动的路径我们无法确定，只能根据统计规律确定大量电子的运动区域．故选项D正确．6．关于物质的波粒二象性，下列说法中不正确的是()A．不仅光子具有波粒二象性，一切运动的微粒也具有波粒二象性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相同的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答案 C解析不能将微观粒子的波动性和粒子性看成宏观概念中的波和粒子，它们在本质上是不相同的．7．(多选)利用金属晶格(大小约10－10m)作为障碍物观察电子的衍射图样，方法是使电子通过电场加速后，让电子束照射到金属晶格上，从而得到电子的衍射图样．已知电子质量为m，电荷量为e，初速度为0，加速电压为U，普朗克常量为h，则下列说法中正确的是()A．该实验说明了电子具有波动性B．实验中电子束的德布罗意波长为λ＝h2meUC．加速电压U越大，电子的衍射现象越明显D．若用相同动能的质子替代电子，衍射现象将更加明显答案AB解析得到电子的衍射图样，说明电子具有波动性，A正确；由德布罗意波长公式λ＝h p而动量p＝2mE k＝2meU两式联立得λ＝h2meU，B正确；由公式λ＝h2meU可知，加速电压越大，电子的波长越小，衍射现象越不明显；用相同动能的质子替代电子，质子的波长小，其衍射现象不如电子的衍射现象明显．故C、D错误．题组二对不确定性关系的理解8．(多选)由不确定性关系可以得出的结论是()A．如果动量的不确定范围越小，则与它对应位置坐标的不确定范围也越小B．如果位置坐标的不确定范围越小，则动量的不确定范围就越大C．动量和位置坐标的不确定范围之间的关系不是反比例函数D ．动量和位置坐标的不确定范围之间有唯一的确定关系 答案 BC9．(多选)关于不确定性关系Δx Δp ≥h4π有以下几种理解，其中正确的是( ) A ．微观粒子的动量不可确定 B ．微观粒子的位置坐标不可确定 C ．微观粒子的动量和位置不可能同时确定D ．不确定性关系不仅适用于电子和光子等微观粒子，也适用于其他宏观粒子 答案 CD解析 本题主要考查对不确定性关系Δx Δp ≥h4π的理解，不确定性关系表示确定位置、动量的精度相互制约，此长彼消，当粒子的位置不确定性小时，粒子动量的不确定性大，反之亦然，故不能同时准确确定粒子的位置和动量．不确定性关系是自然界中的普遍规律，对微观世界的影响显著，对宏观世界的影响可忽略．故C 、D 正确．10．经150 V 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动规律支配，无法用确定的坐标来描述它的位置 答案 D解析 电子被加速后其德布罗意波长 λ＝hp ＝1×10－10 m ，穿过铝箔时发生衍射．11．已知h4π＝5.3×10－35 J·s ，试求下列情况中速度测定的不确定量，并根据计算结果，讨论在宏观和微观世界中进行测量的不同情况． (1)一个球的质量m ＝1.0 kg ，测定其位置的不确定量为10－6 m ；(2)电子的质量m e＝9.1×10－31 kg，测定其位置的不确定量为10－10 m. 答案见解析解析(1)球的速度测定的不确定量Δv1≥h4πmΔx1＝5.3×10－351.0×10－6m/s＝5.3×10－29 m/s这个速度不确定量在宏观世界中微不足道，可认为球的速度是确定的，其运动遵从经典物理学理论．(2)原子中电子的速度测定的不确定量Δv2≥h4πm eΔx2＝5.3×10－359.1×10－31×10－10m/s≈5.8×105 m/s这个速度不确定量不可忽略，不能认为原子中的电子具有确定的速度，其运动不遵从经典物理学理论．。
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第二章波粒二象性
章末整合提升
一、量子论与光子说
量子论：德国物理学家普朗克提出．电磁波的发射和吸收是不连续的，是一份一份的，每一份电磁波的能量E＝hν.
光子说：爱因斯坦提出．空间传播的光也是不连续的，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为普朗克常量，h＝6.63×10－34J·s.【例1】(多选)下列对光子的认识，正确的是( )
A．“光子说”中的光子就是我们平时所说的“微粒”
B．“光子说”中的光子就是光电效应的光电子
C．在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光量子，简称光子D．光子的能量跟光的频率成正比
答案CD
解析根据光子说，在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光量子，简称光子．我们平时所说的微粒指宏观世界的微小颗粒．光电效应中，金属内的电子吸收光子后克服原子核的库仑引力等束缚，逸出金属表面，成为光电子，故A、B选项错误，C选项正确；由ε＝hν知，光子能量ε与其频率ν成正比，故D选项正确．
【例2】20世纪20年代，剑桥大学学生泰勒做了一个实验：在一个密闭的箱子里放上小
灯泡，烟熏黑的玻璃、狭缝、针尖、照相底板，整个装置如图1所示．小灯泡发出的光通过熏黑的玻璃后变得十分微弱，经过三个月的曝光，在底片上针尖影子周围才出现非常清晰的衍射条纹．泰勒对这照片的平均黑度进行测量，得出每秒到达底片的能量是5×10－13
J(h ＝
6.63×10
－34
J·s)．
图1
(1)假如起作用的光波波长约为500 nm ，计算从一个光子到下一光子到达底片所相隔的平均时间及光束中两邻近光子之间的平均距离；
(2)如果当时实验用的箱子长为1.2 m ，根据(1)的计算结果，能否找到支持光是概率波的证据？
答案 (1)8.0×10－7
s 240 m (2)见解析 解析 (1)对于λ＝500 nm 的光子能量为： ε＝h ν＝h c
λ＝6.63×10
－34
×3.0×108
500×10
J ＝4.0×10
－19
J ，
因此每秒到达底片的光子数为：
n ＝
E ′ε＝5×10－13
4×10
－19
个＝1.25×106
个，
如果光子是依次到达底片的，则光束中相邻两光子到达底片的时间间隔是： Δt ＝1
n
s ＝
11.25×10
6 s ＝8.0×10－7
s.
两相邻光子间平均距离为：
x ＝c Δt ＝3.0×108×8.0×10－7 m ＝240 m.
(2)由(1)的计算结果可知，两光子间距有240 m ，而箱子长只有1.2 m ，所以在箱子里一般不可能有两个光子同时在运动．这样就排除了光的衍射行为是光子相互作用的可能性．因此，衍射条纹的出现是许多光子各自独立行为积累的结果，衍射条纹的亮区是光子到达可能性较大的区域，而暗区是光子到达可能性较小的区域．这个实验支持了光波是概率波的观点． 二、光电效应的规律和光电效应方程 1．光电效应规律
(1)任何一种金属都对应一个极限频率，入射光的频率低于极限频率不会产生光电效应． (2)光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随着入射光频率的增大而增大． (3)当入射光频率大于极限频率时，保持频率不变，光电流的强度与入射光的强度成正比． (4)入射光照到金属上时，光电子的发射几乎是瞬时的，一般不超过10－9
s.
2．爱因斯坦光电效应方程E k ＝h ν－W 0.
W 0表示金属的逸出功，ν0表示金属的极限频率，则W 0＝h ν0.
【例3】 用波长为2.0×10－7
m 的紫外线照射钨的表面，释放出来的光电子中最大的动能是4.7×10
－19
J ．由此可知，钨的极限频率是(普朗克常量h ＝6.63×10
－34
J·s，光速c ＝
3.0×108
m/s ，结果取两位有效数字)( ) A ．5.5×1014
Hz B ．7.9×1014
Hz C ．9.8×1014 Hz D ．1.2×1015
Hz
答案 B
解析 由爱因斯坦光电效应方程得h c
λ＝E k ＋W 0，而金属的逸出功W 0＝h ν0，由以上两式得，
钨的极限频率为：ν0＝c λ－E k
h ≈7.9×1014
Hz ，B 项正确．
三、用图象表示光电效应的规律 1．E k －ν图象
根据爱因斯坦光电效应方程E k ＝h ν－W 0，光电子的最大初动能E k 是入射光频率ν的一次函数，图象如图2所示．其横轴截距为金属的极限频率ν0，纵轴截距是金属的逸出功的负值，斜率为普朗克常量h .
图2
2．I －U 图象
光电流强度I 随光电管两极间电压U 的变化图象如图3所示，图中I m 为饱和光电流，U 0为遏止电压．利用12
m e v 2
max ＝eU 0可得光电子的最大初动能．
图3
【例4】 (1)研究光电效应的电路如图4所示．用频率相同、强度不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U AK 的关系图象中，正确的是( )
图4
(2)钠金属中的电子吸收光子的能量，从金属表面逸出，这就是光电子．光电子从金属表面逸出的过程中，其动量的大小________(选填“增大”、“减小”或“不变”)，原因是 _________________________________________________________________. 答案 (1)C
(2)减小 光电子受到金属表面层中力的阻碍作用 解析 (1)同一金属的逸出功一定， 对于同一频率的光， 由eU 0＝12
mv m 2
＝h ν－W 0知，
遏止电压相等，遏止电压与光的强度无关；光越强，光电流越大，所以C 项正确． 四、光的波粒二象性、物质波
1．光的干涉、衍射、光的偏振说明光具有波动性，光电效应、康普顿效应则证明光具有粒子性，因此，光具有波粒二象性，对于光子这样的微观粒子只有从波粒二象性出发，才能统一说明光的各种行为．
2．电子的衍射实验，说明了一些物质微粒也像光子一样具有波粒二象性．
3．任何一个运动着的物体，小到电子、质子、大到行星、太阳，都有一种波和它对应，波长(物质波的波长)λ＝h
p
.物质波和光波一样，也属于概率波，概率波的实质是指粒子在空间分布的概率是符合波动规律的．
【例5】 (多选)现代物理学认为，光和实物粒子都具有波粒二象性，下列事实中突出体现波动性的是( )
A ．一定频率的光照射到锌板上，光的强度越大，单位时间内锌板上发射的光电子就越多
B．肥皂液是无色的，吹出的肥皂泡却是彩色的
C．质量为10－3 kg、速度为10－2 m/s的小球，其德布罗意波长约为10－23 m，不过我们能清晰地观测到小球运动的轨迹
D．人们常利用热中子研究晶体的结构，因为热中子的德布罗意波长与晶体中原子间距大致相同
答案BD
解析光子照到锌板上，发生光电效应，说明光有粒子性，A不正确；白光在肥皂泡上发生薄膜干涉时，会出现彩色条纹，光的干涉现象说明了光有波动性，B正确；由于实物的波长很小，波动性不明显，表现为粒子性，C不正确；用热中子研究晶体结构，其实是通过中子的衍射来“观察”晶体的，是利用中子的波动性，D正确．故选B、D.。