波粒二象性(教案)

波粒二象性

波粒二象性⎩⎪⎪⎪⎪⎪

⎪⎪⎨⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎧光的波粒二象性⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎪⎪⎪⎪⎪⎧光的粒子性⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎪⎪⎪⎪⎧光电效应⎩⎪⎪⎪⎨⎪⎪⎪⎧现象：光现象――→转化电现象本质：电子――→吸收光子光电子规律⎩⎪⎨⎪⎧①极限频率②遏止电压③光电流强度

结论⎩⎪⎨⎪⎧①光具有粒子性——光子②光具有波粒二象性能量量子假说光子说：光子能量ε＝hν光电效应方程：hν＝12m v 2max ＋W 0康普顿效应⎩⎪⎨⎪⎧光子的动量：p ＝h λ理论解释光的波动性⎩

⎪⎨⎪⎧光的双缝干涉光波是概率波粒子的波粒二象性⎩⎪⎨⎪⎧德布罗意假说⎩⎪⎨⎪⎧内容：λ＝h p 实验验证：电子衍射物质波是概率波电子云不确定性关系：Δx Δp ≥h 4π 【知识点一】光电效应的规律和爱因斯坦光电效应方程

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12m v 2max

＝hν0－W 0，反映了光电效应现象中的能量转化和守恒定律。

【知识点二】光的波粒二象性、物质波

(1)光的干涉、衍射、偏振说明光具有波动性，光电效应现象、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)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。

(3)在干涉条纹中，光强大的地方，光子到达的机会多，或者说光子出现的概率大。光强小的地方，光子到达的概率小。

(4)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。

(5)要综合理解各种频率的电磁波，就必须综合地运用波动和粒子两种观点。从发现光的波粒二象性起，才使人们认识到微观世界具有特殊的规律。

后来人们观察到电子的衍射图像，这些说明一些物质微粒也像光子一样具有波粒二象性。

(6)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λ＝h/p，人们把这种波叫作物质波。

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受波动规律支配的。

[例1](上海高考)在光电效应的实验结果中，与光的波动理论不矛盾的是()

A．光电效应是瞬时发生的

B．所有金属都存在极限频率

C．光电流随着入射光增强而变大

D．入射光频率越大，光电子最大初动能越大

[解析]光具有波粒二象性，既具有波动性又具有粒子性，光电效应证实了光的粒子性。因为光子的能量是一份一份的，不能积累，所以光电效应具有瞬时性，这与光的波动性矛盾，A项错误；同理，因为光子的能量不能积累，所以只有当光子的频率大于金属的极限频率时，才会发生光电效应，B项错误；光强增大时，光子数量增多，所以光电流会增大，这与波动性无关，C项正确；一个光电子只能吸收一个光子，所以入射光的频率增大，光电子吸收的能量变大，所以最大初动能变大，D项错误。

[答案] C

[例2] [多选](江苏高考)波粒二象性是微观世界的基本特征，以下说法正确的有( )

A ．光电效应现象揭示了光的粒子性

B ．热中子束射到晶体上产生衍射图样说明中子具有波动性

C ．黑体辐射的实验规律可用光的波动性解释

D ．动能相等的质子和电子，它们的德布罗意波长也相等

[解析] 光电效应现象、黑体辐射的实验规律都可以用光的粒子性解释，选项A 正确，选项C 错误；热中子束射到晶体上产生衍射图样说明中子具有波动性，选项B 正确；由德

布罗意波长公式λ＝h p

和p 2＝2m ·E k 知动能相等的质子和电子动量不同，德布罗意波长不相等，选项D 错误。

[答案] AB

【例3】 (多选)从光的波粒二象性出发，下列说法正确的是( )

A ．光是高速运动的微观粒子，每个光子都具有波粒二象性

B ．光的频率越高，光子的能量越大

C ．在光的干涉中，暗条纹的地方是光子不会到达的地方

D ．在光的干涉中，亮条纹的地方是光子到达概率最大的地方

BD [一个光子谈不上波动性，A 错误；暗条纹是光子到达概率小的地方，C 错误；光的频率越高，光子的能量E ＝hν越大，在光的干涉现象中，光子到达的概率大小决定光屏上出现明、暗条纹，故B 、D 选项正确．]

[一语通关]

波粒二象性的两种表现

1．从数量上看：个别光子往往表现为粒子性；大量光子往往表现为波动性．

2．从频率上看：频率越低波动性越显著，越容易看到光的干涉和衍射现象；频率越高粒子性越显著，越不容易看到光的干涉和衍射现象．

【例4】．(多选)下列关于波粒二象性的说法正确的是( )

A ．光电效应揭示了光的波动性，光的衍射和干涉揭示了光的粒子性

B ．随着电磁波频率的增大，其波动性越不显著，粒子性越显著

C ．大量光子的行为显示波动性，个别光子的行为显示粒子性

D ．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

BCD [光电效应揭示了光的粒子性，衍射和干涉是波特有的性质，光的衍射和干涉揭示了光的波动性，A 错误；电磁波频率越高，波长越短，衍射和干涉