人教版高中物理选修3-5第17章《光的波粒二象性》知识点总结

第十七章：波粒二象性

一、黑体辐射规律

1、黑体：只吸收外来电磁波而不反射的理想物体

2、黑体辐射的特点

黑体的辐射强度按波长分布只与温度有关，与物体的材料和表面形

状无关（一般物体的辐射强度按波长分布除与温度有关外，还与物

体的材料、表面形状有关）；

3、黑体辐射规律：

① 随着温度的升高，任意波长的辐射强度都加强

② 随着温度的升高，辐射强度的极大值向着波长减小的方向进行；

4、普朗克的量子说：

透过黑体辐射规律，普朗克认为：电磁皮的辐射和吸收，是不连续的，而是一份一份地进行的，每份叫一个能量子，能量为γεh =。爱因斯坦受其启发，提出了光子说：光的传播和吸收也是一份一份地进行的，每一份叫一个光子，其能量为νεh =

二、光电效应：说明了光具有粒子性，同时说明了光子具有能量

1、光电效应现象

紫外光照射锌板，锌板的电子获得足够的光子能量，挣脱金

属正离子引力，脱离锌板成为光电子；锌板因失去电子而带上

正电，于是与锌板相连的验电器也带上正电，金属箔张开。

2、实验原理电路图

3、规律：

① 存在饱和电流

饱和电流：在光电管两端加正向电压时，单位时间到达阳极A 的光

电子数增多，光电流越大；但当逸出的光电子全部到达阳极后，再

增加正向电压，光电流就达到最大饱和值，称为饱和电流。

② 存在遏止电压

在光电管两端加反向电压时，单位时间内到达阳极A 的光电子数减少，光电流减小；当反射电压达到某一值U C 时，光电流减小为零，U C 就叫“遏止电压”。

③ 存在截止频率

a 、 截止频率的定义：任何一种金属都有一个极限频率ν0，入射光的频率低于 “极限频率”ν0时，无论入射光多强，都不能发生光电效应，这个极限频率称为 截止频率。

b 、“逸出功”定义：电子从金属表面脱离金属所需克服金属正离子的引力所做的最小功。

要发生光电效应，入射光的能量（h ν）要大于 “逸出功（W ）” 即： 00W hv =

④ 光电效应的“瞬时性”——因光电效应发生的时间，即为一个光子与一个电子能量交换 的时间，所以不管光强度如何，发生光电效应的时间极短，不超过10-9

s 。

4、爱因斯坦的光电效应方程： 光电子的最大初动能等于入射光光子的能量减逸出功 即：W h E K -=ν

可见“光电子的最大初动能”与入射光的强度无关，只与入射光频率有关，图象如下图

5、光电效应现象所用到的公式如下：

0W E hv k += c k eU E = 00νh W =

6、光电效应方程对光电效应现象的解释如下

①在入射光频率一定的情况下，饱和光电流的大小与入射光的强度成正比，也就是 单位时间内被击出的光电子数与入射光的强度成正比。

②光电子的最大初动能与入射光的强度无关，而只与入射光的频率有关。频率越高， 光电子的能量就越大。

③入射光的频率低于的光，无论光的强度如何，照射时间多长，都没有光电子发射。 ④光的照射和光电子的释放几乎是同时的

例题：铝的逸出功是4.2eV ，现在将波长200nm 的光照射铝的表面。

（1）求光电子的最大初动能

（2）求遏制电压

（3）求铝的截止频率

三、康普顿效应：

1、光子与石墨中的电子发生碰撞后，成分中出现

波长变长光子的现象。

2、对康普顿效应的解释：光子与石墨中的电子发生碰撞后，把一部分能量和动量传递给了电子。因此，光子的能量和动量都要减小；又λνεC h

h == 所以在散射后光子成分中出现波长变长的光子。

3、意义：说明了光具有粒子性，同时说明了光子具有能量和动量。

四、光的波粒二象性

1、光子数目少时，易表现出粒子性；光子数目多时，易表现出波动性

2、波长越长，越易表现出波动性；波长越短，越易表现出粒子性

3、光子的能量νεh =、光子的动量λh P =

五、实物粒子的波粒二象性——实物粒子的波动性

1、德布罗意波（物质波）：

任何运动的实物粒子都有一种波长与之对应：P h =λ 任何粒子都有一种频率与之对应：h ε

ν=

2、实物粒子（电子、质子、中子、分子等）波动性和实验验证

科学家在实验室里，用晶体做了电子束衍射（波的特性）实验，

得到了电子束的衍射图样，从而证明了实物粒子也具有波动性。（如图）

六、概率波：光波和物质波都是概率波

实验规律：

用光和实物粒子做干涉实验，减小入射强度，让光子或粒子一个一个地通过双缝，照射时间较短时（入射光子或粒子数较少）得到甲图的干涉图样（光子或粒子打到屏上的位置没有规律，充分说明了粒子数少时易表现出粒子性）；当照射时间逐渐增加，图象由乙逐渐变成丙图（出现了近波动特征的明暗相间的条纹，充分说明了粒子数多时易表现出波动性） 说明：

1、并非所有光子或粒子只打到亮条纹处，也有打到暗纹处的，只是打到亮纹处的粒子概率 较大——光波和实物波都是概率波。

2、光（或实物粒子）的波动性，是光子（或粒子）本身的属性，不是由光子（或粒子）间 的作用引起的

七、不确定性关系

粒子的位置与动量不可同时被确定，位置的不确定性与动量的不确定性遵守

不等式π4h ≥∆•∆p x ,其中h 为普朗克常量。