高中物理必备知识点 波粒二象性

第十六章波粒二象性

一、光电效应

1．定义：在光的照射下从物体发射出电子的现象(发射出的电子称为光电子)．

2．产生条件：入射光的频率大于极限频率．

3．光电效应规律

(1)每种金属都有一个极限频率，入射光的频率必须大于这个极限频率才能产生光电效应．

(2)光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光频率的增大而增大．

(3)光电效应的发生几乎是瞬时的，一般不超过10－9 s.

(4)当入射光的频率大于极限频率时，光电流的强度与入射光的强度成正比．

二、光电效应方程

1．基本物理量

(1)光子的能量：ε＝hν其中h＝6.63×10－34 J·s(称为普朗克常量)．

(2)逸出功：使电子脱离某种金属所做功的最小值．

(3)最大初动能

发生光电效应时，金属表面上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最大值．

2．光电效应方程

爱因斯坦光电效应方程是根据能量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hν和逸出功W之间的关系：E k＝hν－W

三、波粒二象性、物质波

1．光的波粒二象性

(1)光电效应说明光具有粒子性，同时光还具有波动性，即光具有波粒二象性．

(2)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．

(3)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，穿透本领越强．

2．物质波

任何一个运动的物体，小到微观粒子，大到宏观物体，都有一种波与它相对应，

其波长等于

h

mv，也称为德布罗意波、物质波。

特别提示：物质波既不是机械波，也不是电磁波，物质波乃是一种概率波．

四、正确理解光电效应规律中的两个关系

1．光电子的最大初动能与入射光频率的关系

光电子的最大初动能E k，随入射光频率ν的增大而增大；由爱因斯坦光电效应方程知：E k＝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E k与入射光频率ν成一次函数关系，但不是成正比的，函数图象如图15－1－1.

当光照射到金属表面上时，能量为E的光子被电子所

吸收，电子把这个能量的一部分用来克服金属表面对它的

吸引，剩余部分就是电子离开金属表面时的初动能．

(1)由爱因斯坦的光电效应方程可知，只有当光子的能量h

ν≥W时才会有光电效应

讲解：极限频率~~

金属的逸出功不同，因此不同金属对应的极限频率也不

图15－1－1

同．

(2)电子吸收光子后能量立即增大hν，不需要能量的积累过程．因此光电效应的发射几乎是瞬时的．

(3)电子每次只吸收一个光子，从能量守恒可知，光电子的最大初动能E k＝hν－W，且E k随频率的增大而增大，与光的强度无关．

2．光电流的大小跟入射光强度成正比

光电流的大小是由单位时间内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由入射光子的数目决定，而与光子的频率无关．

[例题1].对光电效应的解释正确的是( )

A．金属钠的每个电子可以吸收一个或一个以上的光子，当它积累的动能足够大时，就能逸出金属

B．如果入射光子的能量小于金属表面的电子克服原子核的引力而逸出时所需做的最小功，便不能发生光电效应

C．发生光电效应时，入射光越强，光子的能量就越大，光电子的最大初动能就越大

D．由于不同金属的逸出功是不相同的，因此使不同金属产生光电效应入射光的最低频率也不同

解析：选BD.按照爱因斯坦的光子说，光的能量是由光的频率决定的，与光强无关，入射光的频率越大，发生光电效应时产生的光电子的最大初动能越大．但要使电子离开金属须使电子具有足够的动能，而电子增加的动能只能来源于照射光的光子能量，但电子只能吸收一个光子，不能吸收多个光子．电子从金属逸出时只有从金属表面向外逃出的电子克服原子核的引力所做的功最小．

五、波动性与粒子性的比较（略）

[例题2].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D．实物的运动有特定的轨道，所以实物不具有波粒二象性

解析：选D.光具有波粒二象性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，而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，光的频率越高，粒子性越明显．而宏观物体的德布罗意波的波长太小，实际很难观察到波动性，但不是不具有波粒二象性．D项合题意．

六、感知高考

(2008年高考江苏卷)下列实验中，深入地揭示了光的粒子性一面的有________．

A．X射线被石墨散射后部分波长增大

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

【解析】X射线被石墨散射后部分波长增大(康普顿效应)，说明光子具有粒子性，故选项A 对；对于任何一种金属都存在一个“极限频率”，入射光的频率必须大于这个频率，才能产生光电效应，故选项B对；选项C说明原子的核式结构；选项D说明氢原子的能量是不连续的．

【答案】AB

[例题3]如图15－1－2所示，当电键S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．合上电键，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；当电压表读数大于或等于0.60 V时，电流表读数为零．

(1)求此时光电子的最大初动能的大小；

(2)求该阴极材料的逸出功．