15章：光的波动性和粒子性
第十五章光的波动性和粒子性
◆【三年高考】
一、选择题
1．原书P126第1题
2．原书P126第5题
3．原书P126第2题
4．原书P126第4题
5．原书P126第3题
6．原书P127第9题
7．原书P126第8题
8．原书P126第6题
9．原书P126第7题
10．原书P127第10题
11．原书P127第11题
12．原书P127第12题
13．原书P127第13题
14．原书P127第14题
15．原书P127第15题
16．原书P128第20题
17．原书P127第18题
18．原书P128第21题
19．原书P128第19题
20．原书P128第22题
二．非选择题
◆【规律点睛】
考点突破：
本专题内容是属于现代物理学内容，高考中光的波动性、粒子性、波尔理论均有所考查，但难度不大，从近五年高考试题看，有关本章内容的考题难度也不大，均属基本题，其中命题频率较高的是光电效应和玻尔理论，其次是波的干涉、电磁波性质等等，考查的面相当广泛，常见题型基本为选择．分析近几年高考对本章的考查，一是难度不大，大多是直接判断题；二是考查细节，三是体现时代气息，用新名词包装试题，比如像2000年全国卷中出现的“超重无素岛、双电荷交换反应”、2000年江苏理科综合卷中出现的“光子动量、弱相互作用中宇称不守恒”，且这种趋势只会增多，不会变少；四是开始注意知识的联系，体现学科综合性．
方法攻略：
本章内容学习的过程中应抓住基本的知识、基本规律、基本的方法实现能力的提高特别提示：
本章内容在历年高考试题中，有关题目多以选择题或者填空题形式出现，在所有的知识点中，命题率较高的是光的干涉、光电效，波长和波速频率的关系，有时还与几何光学
中的知识结合起来进行考查。
◆【两年模拟】
一、选择题
1．（2005年南京二模）下列有关光现象的应用技术中，正确的说法是（ ）
A ．无影灯是应用光的衍射现象
B ．增透膜是应用光的干涉现象
C ．分光镜是应用光的色散现象
D ．光导纤维是应用光的全反射现象
2．（2005年启东一模）抽制高强度纤维细丝时可用激光监控其粗细，如图所示，观察激光束经过细丝时在光屏上所产生的条纹即可判断细丝粗细的变化．下列说法正确的是（ ）
A ．这主要是光的干涉现象
B ．这主要是光的衍射现象
C ．如果屏上条纹变宽，表明抽制的丝变粗
D ．如果屏上条纹变宽，表明抽制的丝变细
3．（2005年湖北一模）白光通过双缝在屏上观察到干涉条纹，
除中央为白色明纹外，两侧还出现彩色条纹，它的原因是
（ ）
A ．各色光的波长不同
B ．各色光的速度不同
C ．各色光的色散不同
D ．各色光的强度不同
4．（2005年山东一模）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
法是让电子通过电场加速，然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 ，电量为e ，初速度为O ，加速电压为u ，普朗克常量为h ，则下述说法中正确的是（ ）
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的波长为meU h
2=λ
C ．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
5．（2005年黄冈二模）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不变，则下列说法正确的是（ ）
A ．有可能不发生光电效应
B ．从光照射到金属表面上到发生光电效应的时间间隔将增加
C ．光电子的最大初动能将减少
D ．单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将减少
6．（2005年湖南一模）氢原子的能级是氢原子处于各个定态时的能量值，它包括氢原子系统的电势能和电子在轨道上运动的动能。氢原子的电子由半径为r a 的轨道跃迁到半径为
r b的轨道时(r a>r b)，下列说法正确的是（）
A．氢原子吸收某种频率的光子，电子的动能增加
B．氢原子放出某种频率的光子，电子的动能增加
C．氢原子吸收某种频率的光子，电子的动能减少
D．氢原子放出某种频率的光子，电子的动能减少
7．（2005年湖北一模）A和B两种单色光均垂直照射到同一条直光纤的端面上，A光穿过光纤的时间比B光穿过的时间长，现用A和B两种光照射同种金属，都能发生光电效应，则下列说法正确的是（）
A．光纤对B光的折射率大
B．A光打出的光电子的最大初动能一定比B光的大
C．A光在单位时间内打出的电子数一定比B光的多
D．B光的波动性一定比A光显著
8．（2005年河南一模）关于光的波动性与粒子性，下列说法正确的是（）
A．大量光子的行为能明显地表现出波动性，而个别光子的行为往往表现出粒子性
B．频率越低、波长越长的光子波动性明显，而频率越高波长越短光子的粒子性明显C．光在传播时往往表现出波动性，而光在与物质相互作用时往往显示粒子性
D．据光子说，光子的能量是与频率成正比的，这说明了光的波动性与光的粒子性是统一的
9．（2005年长沙二模）下面有关光的干涉、衍射现象及光的本性的描述中，正确的是（）A．在光的双缝干涉实验中，将入射光由绿光改为紫光，则条纹间隔变宽
B．白光经肥皂膜前后表面反射后，反射光发生干涉形成彩色条纹
C．著名的泊松亮斑是光的衍射现象
D．光的干涉、衍射现象说明光具有波动性，光电效应说明光具有粒子性；大量光子表现出波动性，少量光子表现出粒子性
10．（2005年广东一模）a、b两种色光以相同的入射角从某种介质射向真空，光路如图所示，则以下描述错误的是（）
A．a光的频率大于b光的频率
B．a光在真空中的波长大于b光在真空中的波长
C．a光在介质中的传播速度大于b光在介质中的传播速度
D．如果a光能使某种金属发生光电效应，b光也一定能使该金属发生
光电效应
11．（2005年上海二模）如图所示，一验电器与锌板相连，现用一弧光灯照射锌板一段时间，关灯后，指针保持一定偏角（）
A．用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．用一带负电的金属小球与锌板接触，则验电器指针偏角将
减小
C．使验电器指针回到零，改用强度更大的弧光灯照射锌板相
同的时间，验电器指针偏角将增大
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12．（2005年南通二模）根据玻尔理论，氢原子的电子由外层轨道跃迁到内层轨道后() A．原子的能量增加，电子的动能减小
B．原子的能量增加，电于的动能增加
C．原子的能量减小，电子的动能减小
D．原子的能量减小，电子的动能增加
二．非选择题
13．（2005年广东二模）如图给出氢原子最低的四个能级，氢
原子在这些能级之间跃迁所辐射的光子的频率最多有
种，其中最小的频率等于Hz．(保留两位有效数字)
14．（2005年杭州一模）某同学在做双缝干涉实验中，测得红
光的波长为0.75μm，红光的频率是H Z
15．（2005年河北一模）电磁波在日常生活和生产中已经被大量应用了．下面列举的应用中，各是利用了哪一种电磁波：
(1)控制电视、空调等家用电器用的遥控器；
(2)银行和商店用来鉴别大额钞票真伪的验钞机；
(3)手机通话使用的电磁波；
(4)汽车厂生产出的新车喷漆后进入烘干车间烘干；
(5)机场、车站用来检查旅客行李包的透视仪．
16．（2005年北京二模）一光电管的阴极用极限波长λ0=5000×10m的钠制成。用波长
λ=3000×10-8 m的紫外线照射阴极，光电管阳极A和阴极K之间的电势差U=2.1V,光电流的饱和值I=0.56μA。
（1）求每秒内由K极发射的电子数；
（2）求电子到达A极时的最大动能；
（3）如果电势差U不变, 而照射光的强度增到原值的3倍，此时电子到达A极时的最大动能是多大?(普朗克常量h=6.63×10－34J·s,电子电量e=1.60×10－19C,真空中的光速c=3.00×108m/s)
17．（2005年山西二模）已知每秒钟从太阳辐射到地球表面上垂直于太阳光方向的每平方米面积上的辐射能为1.4×103J，其中可见光部分约占45％．假设可见光的波长均为O.55μm，太阳向各个方向的辐射是均匀的，日地间距离胆 1.5×1011m，取普朗克常量为h=6.6×10-34J．S，由此估算太阳每秒钟辐射出的可见光光子数约为多少个？(答案保留2位有效数字)
18（创新题）．如图所示，相距d 的A 、B 两平行金属板足够大，板间电压为U ，一束波长为λ的激光照射到B 板中央，光斑的半径为r ．B 板发生光电效应，其逸出功为W ．已知电子质量为m ，电荷量e ，求：
（1）B 板中射出的光电子的最大初速度的大小；
（2）光电子所能到达A 板区域的面积．
◆【3·2看吧】
光量子美容仪简介
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【答案与解析】
1．答案：BCD
解析：根据光的直线传播规律和光的波动理论，选项A 是利用光的直线传播原理，所以选项A 错误；增透膜是利用薄膜干涉的原理，所以选项B 正确；分光镜是应用光的折射而产生色散的原理，所以选项C 正确；选项D 是应用光的全反射原理，所以，综上所述，本题的正确选项为BCD 。
2．答案：BD
解析：由题意知：激光束经过细丝时在光屏上所产生的条纹，所以本装置是光的衍射，选项A 错误；选项B 正确；根据衍射规律得：细丝越细，会使条纹更宽，所以选项C 错误；选项D 正确；所以，综上所述，本题的正确选项为BD 。
3．答案：A
解析：根据又缝干涉的的条纹间距规律l s d
λ?=，得到波长越长，间距越大，白光中的七种单色光波长不同，所以间距不同，所以本题的正确选项为A 。
4．答案：AB
解析：由题意知：观察到电子的衍射图样，所以该实验说明了电子具有波动性，所以选项A 正确；根据德布罗意波的波长h p
λ=
，再由p ==，代入得到：meU h
2=λ，所以选项B 正确；如果加速电压越大，则电子波长越小，
衍射就越不明显，
A
所以选项C 错误；同理选项D 错误，所以综上所述，本题的正确选项为AB 。
5．答案：D
解析：根据光电效应的规律得：能否发生光电效应是取决于入射光的频率，而不是光的强度，所以选项A 错误；同理选项B 也错误；则光电效应方程k E h W ν=-，光电子的最大初动能只与入射光的频率有关，所以选项C 错误；当能产生光电效应时，单位时间内跑出来的光电子数目与入射光的强度成正比，所以选项D 正确，综上所述，本题正确选项为D 。
6．答案：B
解析：因为轨道r a >r b ，所以氢原子的电子是由高能轨道向低能轨道跃迁，引力做正功，电势能减小，动能增加，同时放出光子，选项A 、C 、D 错误，选项B 正确。
7．答案：BD
解析：因为A 光穿过光纤的时间比B 光穿过的时间长，所以A 光在光纤中的传播速度小，根据折射率c n v
=，所以光纤对A 光的折射率大，选项A 错误；A 光的频率比B 光大，再由光电效应规律：k E h W ν=-，所以A 光打出的光电子的最大初动能一定比B 光的大，选项B 正确，因为光电子的数目与光的强度有关，所以选项C 错误；B 光的波长比A 光长，所以B 光的波动性一定比A 光显著，选项D 正确，综上所述，本题的正确选项为BD 。
8．答案：ABCD
解析：由光的波粒两象性知识得本题的四个选项都是正确的。
9．答案：BCD
解析：光的又缝干涉实验中，条纹间距也波长成正比，所以在光的双缝干涉实验中，将入射光由绿光改为紫光，绿光波长长，则条纹间隔将变窄，选项A 错误；选项B 是发生薄膜干涉，形成彩色条纹，所以选项B 正确；易知选项C 和选项D 也是正确的，综上所述，本题的正确选项应该为BCD 。
10．答案：A
解析：由题意a 、b 两种色光以相同的入射角入射，折射角越大的b 光的频率越大，所以选项A 是错误的，再由波长与频率、光电效电规律判断出BCD 三个选项都是正确的，所以综上所述，本题的正确选项为A 。
11．答案：BC
解析：由光电效应知识得：跑出了光电子，锌板带正电，当关灯后，锌板和验电器带正电，所以用一带负电的金属小球与锌板接触，验电器的指针偏角将减小，所以选项A 错误；选项B 正确；再由光电流与光的强度有关，所以改用强度更大的弧光灯照射锌板相同的时间，跑出的光电子更多，验电器指针偏角将增大，所以选项C 正确；因为红外线的频率小，所以不一定能让锌板发生光电效应，所以选项D 错误，综上所述，本题的正确选项为BC 。
12．答案：D
解析：由玻尔理论12
1E n E n =，因E 1=-13.6ev ，所以n 减小，E n 减小，由F e =F 向得：22n r ke ，
化简得：E ｋｎ＝22
1n mv ＝n r ke 22，n 减小，r n 减小，E ｋｎ增大，所以选项ABC 正确；选项D 正确。
13．答案：6，1.6×1014
解析：氢原子最低4个能级的辐射跃迁共有6种，其中从n ＝4跃迁到n ＝3能级时原子辐射能量最小，光子频率最小，由玻尔理论：γ＝
h E E 34-＝1.6×1014Hz ． 14．答案：8．4×104
解析：根据c f λ=，得到c
f λ=，代入数据计算得：f=8．4×104Hz 。
15．答案：红外线、紫外线、无线电波、红外线、伦琴射线
解析：由不同电磁波的性质可以分析得到。
16．答案：（1）3.5×1015；（2）3.38×10－19；（3）3.38×10－19。
解析：（1）根据电流q I t =nq t
=，It n q =，代入数据得：3.5×1015。 （2）根据爱因斯坦的光电效应方程：k E h W ν=-，得0W h ν=，所以代入数据计算得：E k =3.38×10－
19J 。
（3）因为最大初动能只与逸出功和入射光的频率有关，与其它条件无关，所以即使照射
光的强度增到原值的3倍，此时电子到达A 极时的最大动能仍然是3.38×10－19。
17．答案：4.9×1044 解析：设地球上每秒钟单位面积上得到的光子数目为N ，45%C p Nh
λ?=，所以得到太阳每秒钟辐射出的可见光光子数24n N r π=?，代入数据计算得：4.9×1044。
18．答案：（1） 2 ( hc - λW ) λW ；（2）S=π(2d 2 ( hc - λW ) λW
+r)2。 解析：（1）根据爱因斯坦光电效应方程 1 2 mυ2=hv –W ， v = c λ ，解得：v=
2 ( hc - λW ) λW
。 （2）由对称性可知，光电子到达A 板上的区域是一个圆．该圆的半径由从B 板上光斑边缘，以最大初速度沿平行于极板方向飞出的光电子到达A 板上的位置决定．设光电子在电
场中运动时间为t 沿板方向的运动距离为L ，则其加速度为；a = eU md ，垂直于极板方向；
d= 1 2 a t 2，平行于极板方向；L=υt ，光电子到达且板上区域最大面S = π(L+r)2，解得：S=
π(2d 2 ( hc - λW ) λW +r)2。
光的波动性和粒子性
专题二光的波动性和粒子性 考情动态分析 该专题内容，以对光的本性的认识过程为线索，介绍了近代物理光学的一些初步理论，以及建立这些理论的实验基础和一些重要的物理现象.由于该部分知识和大学物理内容有千丝万缕的联系，且涉及较多物理学的研究方法，因此该部分知识是高考必考内容之一.难度适中.常见的题型是选择题，其中命题率最高的是光的干涉和光电效应，其次是波长、波速和频率.有时与几何光学中的折射现象、原子物理中的玻尔理论相结合，考查学生的分析综合能力.此外对光的偏振降低了要求，不必在知识的深度上去挖掘. 考点核心整合 1.光的波动性 光的干涉、衍射现象说明光具有波动性，光的偏振现象说明光波为横波，光的电磁说则揭示了光波的本质——光是电磁波. （1）光的干涉 ①光的干涉及条件 由频率相同（相差恒定）的两光源——相干光源发出的光在空间相遇，才会发生干涉，形成稳定的干涉图样.由于发光过程的量子特性，任何两个独立的光源发出的光都不可能发生干涉现象.只有采用特殊的“分光”方法——将一束光分为两束，才能获得相干光.如双缝干涉中通过双缝将一束光分为两束，薄膜干涉中通过薄膜两个表面的反射将一束光分为两束而形成相干光. ②双缝干涉 在双缝干涉中，若用单色光，则在屏上形成等间距的、明暗相间的干涉条纹，条纹间距 L Δx和光波的波长λ成正比，和屏到双缝的距离L成正比，和双缝间距d成反比，即Δx= d λ.若用白光做双缝干涉实验，除中央亮条纹为白色外，两侧为彩色条纹，它是不同波长的光干涉条纹的间距不同而形成的. ③薄膜干涉 在薄膜干涉中，薄膜的两个表面反射光的路程差（严格地说应为光程差）与膜的厚度有关，故同一级明条纹（或暗条纹）应出现在膜的厚度相同的地方.利用这一特点可以检测平面的平整度.另外适当调整薄膜厚度.可使反射光干涉相消，增强透射光，即得增透膜. （2）光的衍射 ①条件 光在传播过程中遇到障碍物时，偏离原来的直线传播路径，绕到障碍物后面继续传播的现象叫光的衍射.在任何情况下，光的衍射现象都是存在的，但发生明显的衍射现象的条件应是障碍物或孔的尺寸与光波的波长相差不多. ②特点 在单缝衍射现象中，若入射光为单色光，则中央为亮且宽的条纹，两侧为亮度逐渐衰减的明暗相间条纹；若入射光为白光，则除中央出现亮且宽的白色条纹外，两侧出现亮度逐渐衰减的彩色条纹. （3）光的偏振 在与光波传播方向垂直的平面内，光振动沿各个方向均匀分布的光称为自然光，光振动沿着特定方向的光即为偏振光. 自然光通过偏振片（起偏器）之后就成为偏振光.光以特定的入射角射到两种介质界面上时，反射光和折射光也都是偏振光. 偏振现象是横波特有的现象，所以光的偏振现象表明光波为横波.
光的波动性和微粒性
光的波动性和微粒性 1、光本性学说的发展简史 （1）牛顿的微粒说:认为光是高速粒子流.它能解释光的直进现象，光的反射现象. （2）惠更斯的波动说:认为光是某种振动，以波的形式向周围传播.它能解释光的干涉和衍射现象. 2、光的干涉 光的干涉的条件：有两个振动情况总是相同的波源，即相干波源。（相干波源的频率必须相同）。 形成相干波源的方法有两种： （1） 用激光（因为激光发出的是单色性极好的光）。 （2）设法将同一束光分为两束（这样两束光都来源于同一个光源，因此频率必然相等）。下面4个图分别是利用双缝、利用楔形薄膜、利用空气膜、利用平面镜形成相干光源的示意图。 3、干涉区域内产生的亮、暗纹 亮纹：屏上某点到双缝的光程差等于波长的整数倍，即δ= n λ（n=0，1，2，……） 暗纹：屏上某点到双缝的光程差等于半波长的奇数倍，即δ=)12(2-n λ （n=0，1，2，……） 相邻亮纹（暗纹）间的距离：λλ∝=?d l x （此公式可以测定单色光的波长）。 用白光作双缝干涉实验时，由于白光内各种色光的波长不同，干涉条纹间距不同，所以屏的中央是白色亮纹，两边出现彩色条纹。 4、衍射----光通过很小的孔、缝或障碍物时，会在屏上出现明暗相间的条纹，且中央条纹很亮，越向边缘越暗。 （1）各种不同形状的障碍物都能使光发生衍射。 （2）发生明显衍射的条件是：障碍物（或孔）的尺寸可以跟波长相比，甚至比波长还小。（当障碍物或孔的尺寸小于0.5mm 时，有明显衍射现象。） （3）在发生明显衍射的条件下当窄缝变窄时亮斑的范围变大条纹间距离变大，而亮度变暗。 5、光的偏振现象：通过偏振片的光波，在垂直于传播方向的平面上，只沿着一个特定的方向振动，称为偏振光。光的偏振说明光是横波。 6、光的电磁说 （1）光是电磁波（麦克斯韦预言、赫兹用实验证明了正确性。） （2）电磁波谱。波长从大到小排列顺序为：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X 射线、γ射线。各种电磁波中，除可见光以外，相邻两个波段间都有重叠。 S S b
2019届高中物理第十七章波粒二象性第3节粒子的波动性讲义含解析
粒子的波动性 1．光的波粒二象性 光既具有波动性，又具有粒子性，即光具有波粒二象性。2．光子的能量和动量 (1)能量：ε＝hν。 (2)动量：p＝h λ 。 (3)意义：能量ε和动量p是描述物质的粒子性的重要物理量；波长λ和频率ν是描 述物质的波动性的典型物理量。因此ε＝hν和p＝h λ 揭示了光的粒子性和波动性之间的密切 关系，普朗克常量h架起了粒子性与波动性之间的桥梁。 [辨是非](对的划“√”，错的划“×”) 1．光既具有粒子性，又具有波动性。(√) 2．光的干涉说明光具有波动性，光的多普勒效应说明光具有粒子性。(√) [释疑难·对点练] 对光的波粒二象性的理解 (1)光既表现出波动性又表现出粒子性，要从微观的角度建立光的行为图案，认识光的波粒二象性。
(2)大量光子易显示波动性，而少量光子易显示出粒子性；波长长(频率低)的光波动性强，而波长短(频率高)的光粒子性强。 (3)要明确光的波动性和粒子性在不同现象中的分析方法。 [试身手] 1．(多选)对光的认识，以下说法中正确的是( ) A ．个别光子的行为易表现为粒子性，大量光子的行为易表现为波动性 B ．光的波动性是光子本身的一种属性，不是光子之间的相互作用引起的 C ．光表现出波动性时，就不具有粒子性了，光表现出粒子性时，就不具有波动性了 D ．光的波粒二象性应理解为：在某种场合下光的波动性表现明显，在另外某种场合下，光的粒子性表现明显 解析：选ABD 个别光子的行为易表现为粒子性，大量光子的行为易表现为波动性。光与物质相互作用，表现为粒子性，光的传播表现为波动性，光的波动性与粒子性都是光的本质属性，故A 、B 、D 正确。 1．粒子的波动性 (1)德布罗意波： 每一个运动的粒子都与一个对应的波相联系，这种与实物粒子相联系的波称为德布罗意波，也叫物质波。 (2)物质波的波长、频率关系式： 波长：λ＝h p ；频率：ν＝ε h 。 2．物质波的实验验证 (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，也应该发生干涉或衍射现象。 (2)实验验证： 1927年戴维孙和汤姆孙分别利用晶体做了电子束衍射实验，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ν＝εh 和λ＝h p 关系同样正确； ②宏观物体的质量比微观粒子的质量大得多，运动时的动量很大，对应的德布罗意波的
高中物理光的波动性和微粒性知识点总结
高中物理光的波动性和微粒性知识点总结 高中物理中光的波动性和微粒性是每年高考的必考的知识点，可见其是很重要的，下面为同学们详细的介绍了光本性学说的发展简史、光的电磁说等知识点。 1.光本性学说的发展简史 (1)牛顿的微粒说:认为光是高速粒子流.它能解释光的直进现象，光的反射现象. (2)惠更斯的波动说:认为光是某种振动，以波的形式向周围传播.它能解释光的干涉和衍射现象. 光的干涉的条件是：有两个振动情况总是相同的波源，即相干波源。(相干波源的频率必须相同)。形成相干波源的方法有两种：⑴利用激光(因为激光发出的是单色性极好的光)。 ⑵设法将同一束光分为两束(这样两束光都来源于同一个光源，因此频率必然相等)。下面4个图分别是利用双缝、利用楔形薄膜、利用空气膜、利用平面镜形成相干光源的示意图。 2.干涉区域内产生的亮、暗纹 ⑴亮纹：屏上某点到双缝的光程差等于波长的整数倍，即δ= nλ(n=0，1，2，……) ⑵暗纹：屏上某点到双缝的光程差等于半波长的奇数倍，即
δ= (n=0，1，2，……) 页 1 第 相邻亮纹(暗纹)间的距离。用此公式可以测定单色光的波长。用白光作双缝干涉实验时，由于白光内各种色光的波长不同，干涉条纹间距不同，所以屏的中央是白色亮纹，两边出现彩色条纹。 3.衍射----光通过很小的孔、缝或障碍物时，会在屏上出现明暗相间的条纹，且中央条纹很亮，越向边缘越暗。 ⑴各种不同形状的障碍物都能使光发生衍射。 ⑵发生明显衍射的条件是：障碍物(或孔)的尺寸可以跟波长相比，甚至比波长还小。(当障碍物或孔的尺寸小于0.5mm 时，有明显衍射现象。) ⑶在发生明显衍射的条件下当窄缝变窄时亮斑的范围变大条纹间距离变大，而亮度变暗。 4、光的偏振现象：通过偏振片的光波，在垂直于传播方向的平面上，只沿着一个特定的方向振动，称为偏振光。光的偏振说明光是横波。 光的电磁说5.⑴光是电磁波(麦克斯韦预言、赫兹用实验证 明了正确性。) ⑵电磁波谱。波长从大到小排列顺序为：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线。各种电磁波中，除可见光以外，相邻两个波段间都有重叠。
浅谈光的粒子性
一、浅谈光的粒子性 序 人类的认识往往是在曲折中前进的，对光的认识也是如此。最初，人们对光的本质的认识有两种观点，一种认为光是一种波，而另一种观点认为光是一种粒子，即有光的粒子说和波动说两种说法并存。牛顿认为光是一种匀质硬性小球，这种观点能够较好地解释光的反射、折射及光的直线传播现象。但随着光的干涉、衍射现象的发现，使光的波动说又占了上风；而光电效应的发现，使光的粒子说又重新登上了历史的舞台。但麻烦随之而来，因为光的粒子说无法解释干涉、衍射现象，而光的波动说也无法解释光电效应。于是，有聪明人把波动性和粒子性这两种截然不同的特性揉在一起，创造出了所谓的光的波粒二象性，并且自以为对物质的认识又前进了一大步，这还不算，他们又进而推广认为一切物质都有波粒二象性，这恐怕也是没有办法的办法。就在人们为波粒二象性这种新提法而洋洋自得的时候，殊不知，却丧失了一次认识光子内部结构的极好机会。而此后，人们若要揭示光的本性，就要承受更大的压力，排除更多的干扰，做更多不必要的工作。本文将从光的干涉、衍射现象入手，全面揭示光的本性－－粒子性…… 1、光的本性――粒子性 光的本性是什么？这个问题似乎无需讨论。物理学家会告诉你，光具有波粒二象性，是一种物质波；实际上一切物体都具有波动性，只不过宏观物质的物质波较短，更多时候其表现出粒子性而已。这样
的回答不禁使人想起一个幽默： 有人问：“地球为什么是圆的？” 答曰：“因为它在转” 又问：“地球为什么在转？” 答曰：“因为它是圆的” 光是什么？━━光是一种物质波。 光为什么是物质波？━━因为它有波粒二象性。 光为什么有波粒二象性呢？━━因为它是一种物质波。 我们痛心地发现，这个简单的近乎无聊的逻辑被人滥用到了令人吃惊的程度，在当今物理学中，似乎不谈物质波、相对论就显得落伍、水平不高什么的。那么，物质波是什么东西呢？恐怕只有极少数的聪明人才知道！我从来就认为光是一种粒子。这种观点可以解释光的直线传播、反射等等现象，但是光子说的确“无法解释光的干涉、衍射现象”。长久以来，我一直在思考如何解释这个问题，而光的干涉现象、衍射现象无疑是建立光子说的最大障碍。所以要想建立光子说，必须首先突破干涉现象、衍射现象的瓶颈。如何认识光的干涉现象、衍射现象呢？我们认为需要从两个方面入手，一方面是光子内部结构问题，另一方面是引力场的问题，这两方面要统筹考虑。。牛顿的光子说仅仅把光子看作一种简单的匀质硬性小球，这实际上是对光子的内部复杂结构认识不足，我们认为，光子并不是“匀质硬性小球”，它有极其复杂的内部结构，而光的干涉现象和衍射现象实际上是我们通过引力场认识光子内部结构的极好机会。
第3节 粒子的波动性
第3节 粒子的波动性 [随堂巩固] 1．(光的波动性)下列各组现象能说明光具有波粒二象性的是 A ．光的色散和光的干涉 B ．光的干涉和光的衍射 C ．泊松亮斑和光电效应 D ．光的反射和光电效应 解析 光的干涉、衍射、泊松亮斑是光的波动性的证据，光电效应说明光具有粒子性，光的反射和色散不能说明光具有波动性或粒子性。故选项C 正确。 答案 C 2．(物质波的理解)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，任何一个运动着的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳都具有一种波和它对应，这种波叫作物质波 D ．宏观物体运动时，看不到它的衍射或干涉现象，所以宏观物体运动时不具有波动性 解析 物质波是一切运动着的物体所具有的波，与机械波性质不同，宏观物体也具有波动性，只是干涉、衍射现象不明显，只有选项C 正确。 答案 C 3．(德布罗意波长的计算)电子经电势差为U ＝220 V 的电场加速，在v [限时检测] [限时45分钟] 题组一光的波粒二象性 1．对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．光子与电子是同样一种粒子，光波与机械波是同样一种波 C．光的波动性是由于光子间的相互作用而形成的 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 答案 D 2．(多选)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 和p2＝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 p 项D错误。 答案AB 3．(多选)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 科学家同时观察到光的粒子性与波动性(图) 上面的想象图演示的是单光子穿过干涉仪时的情景，干涉仪的输出端装有量子分光镜。图中远处可以看到正弦振荡的波形，表示的是单光子干涉，是一种波动现象。而在图片近处，观察不到振荡，说明只表现出粒子的特性。在两种极端之间，单光子的行为连续不断地从波的形式向粒子形式转变，图中显示了这两种状态 的重叠。 受艺术家毛里茨·科内利斯·埃舍尔作品的启发绘制的艺术图，显示了光在粒子态和波形态之间的连续变 化。 受艺术家毛里茨·科内利斯·埃舍尔作品的启发绘制的艺术图，显示了光在粒子态和波形态之间的连续变 化。 阿尔贝托·佩鲁佐(左)和彼得·夏伯特(右)，研究论文的并列第一作者。 实验中用以检测波粒二象性的量子光子芯片。单光子通过光纤进入环路，在输出端被极其敏感的探测器检测到。 新浪科技讯北京时间11月8日消息，长久以来，人们都知道光既可以表现出粒子的形式，也可以呈现波动的特征，这取决于光子实验测定时的方法。但就在不久之前，光还从未同时表现出这两种状态。 关于光是粒子还是波的争论由来已久，甚至可以追溯到科学最初萌芽的时候。艾萨克·牛顿提出了光的粒子理论，而詹姆斯·克拉克·麦克斯韦的电磁学理论认为光是一种波。到了1905年，争论出现了戏剧性的变化。爱因斯坦提出光是由称为“光子”的粒子组成，借此解释了光电效应。他也因此获得了诺贝尔物理学奖。光电效应的发现对物理学影响深远，并为后来量子力学的发展作出了重大贡献。 量子力学在对微小粒子，如原子和光子的行为预测上，具有惊人的准确性。然而，这些预测非常违反直觉。比如，量子理论认为类似光子的粒子可以同时在不同的地方出现，甚至是同时在无穷多的地方出现，就像波的行为一样。这种被称为“波粒二象性”的概念，也适用于所有的亚原子粒子，如电子、夸克甚至希格斯玻色子等。波粒二象性是量子力学理论系统的基础，诺贝尔奖获得者理查德·费曼将其称为“量子力学中一个真正的奥秘”。 刊于《科学》杂志上的两组独立研究，利用不同的方法对光从波形态向粒子态的转变进行了测定，以揭示光的本质面貌。两组研究都来源于理论物理学家约翰·惠勒于上个世纪80年代进行 2019届高三物理二轮复习光的粒子性题型归纳 类型一、光的本性的认识 例1、关于光的本性，下列说法中正确的是（） A、关于光的本性，牛顿提出微粒说，惠更斯提出波动说，爱因斯坦提出光子说，它们 都说明了光的本性 B、光具有波粒二象性是指：既可以把光看成宏观概念上的波，也可以看成微观概念上 的粒子 C、光的干涉、衍射现象说明光具有波动性，光电效应说明光具有粒子性 D、光的波粒二象性是将牛顿的波动说和惠更斯的粒子说真正有机地统一起来 【思路点拨】理解光的本性，波动性的特征及代表人物，粒子性的特征及代表人物。 【答案】C 【解析】光具有波粒二象性，这是现代物理学关于光的本性的认识，光的波粒二象性不同于牛顿提出的微粒说和惠更斯的波动说，是爱因斯坦的光子说和麦克斯韦的电磁说的统一。光的干涉、衍射现象说明光具有波动性，光电效应说明光具有粒子性，故ABD错误，C对。【总结升华】光既有波动性，又具有粒子性，即光具有波粒二象性，这就是光的本性。 举一反三 【变式1】根据爱因斯坦的“光子说”可知（） A. “光子说”本质就是牛顿的“微粒说” B. 光的波长越大，光子的能量越小 C. 一束单色光的能量可以连续变化 D. 只有光子数很多时，光才具有粒子性 【答案】B 【解析】爱因斯坦的“光子说”与牛顿的“微粒说”本质不同，选项A错误。由 c E h λ =可 知选项B正确。一束单色光的能量不能是连续变化，只能是单个光子能量的整数倍，选项C 错误。光子不但具有波动性，而且具有粒子性，选项D错误。 【变式2】关于光的波粒二象性的说法中，正确的是（） A. 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 C. 光的波长越长，其波动性就越显著；波长越短，其粒子性就越显著 D. 光子的数量越少波动性就越显著；光子的数量越多粒子性就越显著 龙文教育学科教师辅导讲义 教师：______ 学生：______ 时间:_____年_____月____日____段 1929年，德布罗意因对实物粒子波动性的揭示而获得诺贝尔物理学奖.在授奖仪式上，瑞典物理学家卡尔·乌辛把德布罗意介绍给全体与会者，并发表了如下的讲话： “有一首每个瑞典人都很熟悉的诗是这样开头的：‘我的生活——就是波’.诗人也可以这样来表达他的思想：‘我——就是波’.他最好这样表达，这样，他的诗句也将包含着对物质性质最深刻认识的先觉.从现在起，这样的认识已是我们都能接受的了……” 3年高考平台 一、选择题 1.研究光电效应规律的实验装置如图16-1所示,以频率为ν的光照射光电管阴极K 时,有光电子产生.由于光电管K 、A 间加的是反向电压,光电子从阴极K 发射后将向阳极A 作减速运动.光电流i 由图中电流计G 测出,反向电压U 由电压表V 测出.当电流计的示数恰好为零时,电压表的示数称为反向截止电压U 0.在下列表示光电效应实验规律的图像中,错误的是（ ） 图16-1 图16-2 答案:B 2.现有a 、b 、c 三束单色光，其波长关系为λa ＞λb ＞λc .用b 光束照射某种金属时，恰能发生光电效应.若分别用a 光束和c 光束照射该金属，则可以断定（ ） A.a 光束照射时，不能发生光电效应 B.c 光束照射时，不能发生光电效应 C.a 光束照射时，释放出的光电子数目最多 D.c 光束照射时，释放出的光电子的最大初动能最小 答案：A 二、非选择题 3.（1）人们发现光电效应具有瞬时性和对各种金属都存在极限频率的规律.请问谁提出了何种学说很好地解释了上述规律？已知锌的逸出功为3.34 eV ，用某单色紫外线照射锌板时，逸出光电子的最大速度为106 m/s ，求该紫外线的波长λ（电子质量m e =9.11×10-31 kg ，普朗克常量h=6.63×10-34 J ·s,1 eV=1.60×10-19 J ）. （2）风力发电是一种环保的电能获取方式.图16-3为某风力发电站外观图.设计每台风力发电机的功率为40 kW.实验测得风的动能转化为电能的效率约为20%，空气的密度是1.29 kg/m 3，当地水平风速约为10 m/s ，问风力发电机的叶片长度约为多少才能满足设计要求？ 粒子的波动性学案 1．利用光子说对光电效应的解释，下列说法正确的是( ) A．金属表面的一个电子只能吸收一个光子 B．电子吸收光子后一定能从金属表面逸出，成为光电子 C．金属表面的一个电子吸收若干个光子，积累了足够的能量才能从金属表面逸出 D．无论光子能量大小如何，电子吸收光子并积累了能量后，总能逸出成为光电子 2．光电效应的规律中，经典波动理论不能解释的有 ( ) 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的强度无关，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—9s D．当入射光频率大于极限频率时，光电子数目与入射光强度成正比 3．如图所示，电路中所有元件完好，但光照射到光电管上，灵敏电流计中没有电流通过，其原因可能是 ( ) A。入射光太弱 B．入射光波长太长 C．光照时间短 D。电源正负极接反 4．用不同频率的紫外线分别照射钨和锌的表面而产生光电效应，可得到光电子最大初动能Ek 随入射光频率v变化的E k—v图象，已知钨的逸出功是3．28eV，锌的逸出功是3．34eV，若将两者的图象分别用实线与虚线画在同一个E k—v图上，则下图中正确的是 ( ) 5．用绿光照射金属钾时恰能发生光电效应，在下列情况下仍能发生光电效应的是( ) A。用红光照射金属钾，而且不断增加光的强度 B．用较弱的紫外线照射金属钾 C。用黄光照射金属钾，且照射时间很长 D。只要入射光的波长小于绿光的波长，就可发生光电效应 6．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。由此可以判定，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 7．下表给出了一些金属材料的逸出功。 现用波长为400nm的单色光照射上述材料，能产生光电效应的材料最多有几种(普朗克常量h=6．6x10—34j·s，光速c=3．0x108m／s) ( ) A．2种 B．3种 C．4种 D．5种 8．用绿光照射一光电管，能产生光电效应，欲使光电子从阴极射出时的最大初动能增大，[ ] A．改用红光照射 B．增大绿光的强度 C．增大光电管的加速电压 D．改用紫光照射 9．已知金属铯的逸出功为1．9eV，在光电效应实验中，要使铯表面发出的光电子的最大动能为1．0eV，则入射光的波长应为 m。 10．已知某金属表面接受波长为λ和2λ的单色光照射时，释放出光电子的最大初动能分别为30eV 和10eV，求能使此种金属表面产生光电效应的入射光的极限波长为 多少? 11．如图所示，阴极K用极限波长λ。=0．66 μm的金属铯制成的， 用波长λ=0．50μm的绿光照射阴极K，调整两个极板电压，当A 板电压比阴极高出2．5V时，光电流达到饱和，电流表示数为0．64 μA，求： (1)每秒钟阴极发射的光电子数和光电子飞出阴极时的最大初 动能； (2)如果把照射阴极绿光的光强增大为原来的2倍，每秒钟阴极发射的光电子数和光电子飞出阴极的最大初动能。 第1页共2页第2页共2页 A.光的折射现象、色散现象 B.光的反射现象、干涉现象 C.光的衍射现象、偏振现象 D.光的直线传播现象、光电效应现象 （2006）19．已知能使某金属产生光电效应的极限频率为υ0， A 当用频率为2υ0的单色光照射该金属时，一定能产生光电子 B 当用频率为2υ0的单色光照射该金属时，所产生的光电子的最大初动能为hυ0 C 当照射光的频率υ大于υ0时，若υ增大，则逸出功增大 D 当照射光的频率υ大于υ0时，若υ增大一倍，则光电子的最大初动能也增大一倍（2006）利用图中装置研究双缝干涉现象时，有下面几种说法：ABD A.将屏移近双缝，干涉条纹间距变窄 B.将滤光片由蓝色的换成红色的，干涉条纹间距变宽 C.将单缝向双缝移动一小段距离后，干涉条纹间距变宽 D.换一个两缝之间距离较大的双缝，干涉条纹间距变窄 E.去掉滤光片后，干涉现象消失 其中正确的是。 (2008年天津)16.下列有关光现象的说法正确的是A A.在光的双缝干涉实验中，若仅将入射光由紫光改为红光，则条纹间距一定变大 B.以相同入射角从水中射向空气，紫光能发生全反射，红光也一定能发生全反射 C.紫光照射某金属时有电子向外发射，红光照射该金属时也一定有电子向外发射 D.拍摄玻璃橱窗内的物品时，往往在镜头前加装一个偏振片以增加透射光的强度（2009 天津）7.已知某玻璃对蓝光的折射率比对红光的折射率大，则两种光C A.在该玻璃中传播时，蓝光的速度较大 B.以相同的入射角从空气斜射入该玻璃中，蓝光折射角较大 C.从该玻璃中射入空气发生反射时，红光临界角较大 D.用同一装置进行双缝干涉实验，蓝光的相邻条纹间距较大 (2009 重庆)21.用a、b、c、d表示四种单色光，若A ①a、b从同种玻璃射向空气，a的临界角小于b的临界角； ②用b、c和d在相同条件下分别做双缝干涉实验，c的条纹间距最大 ③用b、d照射某金属表面，只有b能使其发射电子。 则可推断a、b、c、d可能分别是 A.紫光、蓝光、红光、橙光 B. 蓝光、紫光、红光、橙光 C.紫光、蓝光、橙光、红光 D. 紫光、橙光、红光、蓝光 （2010 北京）１４．对于红、黄、绿、蓝四种单色光，下列表述正确的是C Ａ．在相同介质中，绿光的折射率最大Ｂ．红光的频率最高 Ｃ．在相同介质中，蓝光的波长最短Ｄ．黄光光子的能量最小 17.2 光的粒子性 学习目标： 1、知道光电效应及其实验规律，感受以实验为基础的科学研究方法 2、知道爱因斯坦光电效应方程及其意义，感受科学家在面对科学疑难时的创新精神 3、知道康普顿效应及其意义。 重点：爱因斯坦光电效应方程及其意义 难点：光电效应及其实验规律 一、问题导学： （一）光电效应及实验规律 1.在光(包括不可见光)的照射下，从物体发射的现象叫做光电效应。发射出来的电子叫做． 2.光电效应的实验规律 (1) 存在着电流 在一定的光照条件下，随着所加电压的增大，光电流趋于一个饱和值，入射光越强，饱和电流越大，即，单位时间内发射的光电子数目越多． (2) 存在着电压和频率． 只有施加反向电压且达到某一值时才会使光电流为零，这一电压称为遏止电压，遏止电压的存在说明光电子具有一定的。 光电子的能量只与入射光的有关，而与入射光的无关．刚好不能发生光电效应时，入射光的频率称为频率． (3) 光电效应具有 当入射光频率超过截止频率v c 时，无论光怎样微弱，产生光电流的时间不超过10-9s，光电效应几乎是瞬时的． 3. 逸出功：电子从金属中逸出所需做功的，不同金属的逸出功． (二)爱因斯坦的光电效应方程 1．光子说：光不仅在发射和吸收时能量是一份一份的，而且光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，这些能量子被称为，频率为v 的光的能量子为. 我的收获 我的疑问 2．光电效应方程 (1) 表达式 ． (2) 物理意义：金属中电子吸收一个光子获得的能量是 ，这些能量一部分用于克服金属的逸出功 ，剩下的表现为逸出后电子的最大初动能 ． (三)康普顿效应和光子的动量 1．光的散射：光在介质中与物质微粒的相互作用，使光的传播方向 的现象。 2. 康普顿效应：在光的散射中，除了与入射波长 0 的成分外，还有波长大于0 的成分，这个现 象称为 。康普顿的学生，中国留学生 测试了多种物质对 X 射线的散射，证实了康普顿 效应的普遍性。 3. 康普顿效应的意义：康普顿效应表明光子除了具有 之外，还具有 ，深入揭示了光的性的一面． 4. 光子的动量： ． 二、合作探究 例 1．对光电效应做出合理解释的物理学家是( ) A.爱因斯坦 B.玻尔 C.查德威克 D.德布罗意 例 2. 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)，如下图所示．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 ．乙光对应的截止频率大于丙光的截止频率 3粒子的波动性 基础巩固 1.(多选)说明光具有粒子性的现象是() A.光电效应 B.光的干涉 C.光的衍射 D.康普顿效应 答案AD 2.(多选)为了验证光的波粒二象性,在双缝干涉实验中将光屏换成照相底片,并设法减弱光的强度,下列说法正确的是() A.使光子一个一个地通过双缝干涉实验装置的单缝,如果时间足够长,底片上将出现双缝干涉图样 B.使光子一个一个地通过双缝干涉实验装置的单缝,如果时间很短,底片上将出现不太清晰的双缝干涉图样 C.大量光子的运动显示光的波动性 D.个别光子的运动显示光的粒子性,光只有波动性,没有粒子性 解析光的波动性是统计规律的结果,对于个别光子,我们无法判断它落到哪个位置;大量光子遵循统计规律,即大量光子的运动或曝光时间足够长,显示出光的波动性。 答案AC 3.(多选)下列物理实验中,能说明粒子具有波动性的是() A.通过研究金属的遏止电压与入射光频率的关系,证明了爱因斯坦光电效应方程的正确性 B.通过测试多种物质对X射线的散射,发现散射射线中有波长变大的成分 C.通过电子双缝实验,发现电子的干涉现象 D.利用晶体做电子束衍射实验,证实了电子的波动性 解析干涉和衍射是波特有的现象,由于X射线本身就是一种波,而不是实物粒子,故X射线散射中有波长变大的成分,并不能证实物质波理论的正确性,即A、B不能说明粒子的波动性,证明粒子的波动性只能是C、D。答案CD 4.下列关于物质波的说法正确的是() 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D 5.下列说法正确的是() 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 解析由物质波的波长λ=,得其只与物体的动量有关,动量越大其波长越短。 答案C 6.(多选)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,普郎克常量为h,则下列说法正确的是() A.该实验说明了电子具有波动性 光的波动性和粒子性练习题 一、选择题 1．红、橙、黄、绿四种单色光子，光子能量最小的是 [] A．红光 B．橙光 C．黄光 D．绿光 2．太阳光谱中有许多暗线，它们是对应着某些元素的特征谱线，产生这些暗线是由于 [ ] A．太阳表面大气层中缺少相应的元素 B．太阳内部缺少相应的元素 C．太阳表面大气层中存在着相应的元素 D．太阳内部存在着相应的元素 3．用绿光照射一光电管，能产生光电效应，欲使光电子从阴极射出时的最大初动能增大，应 [ ] A．改用红光照射 B．增大绿光的强度 C．增大光电管的加速电压 D．改用紫光照射 4．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4-4-3所示，这时 [ ] A．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 5．设λ1、λ2是两种单色光1、2在真空中的波长，若λ1＞λ2，则这两种单色光线相比 [ ] A．单色光1的频率较小 B．玻璃对单色光1的折射率较大 C．在玻璃中，单色光1的传播速度较大 D．单色光1的光子能量较大 6．两种单色光A、B分别由垂直水平方向从水面射向水底，它们经历的时间t A＞t B，下列判断正确的是 [ ] A．A色光的波长比B色光的波长大 B．A色光的波长比B色光的波长小 C．A色光的光子能量比B色光的光子能量大 D．A色光的光子能量比B色光的光子能量小 二、计算题 7．一单色光照在金属钠的表面上时有光电子射出，当所加反向电压为3V时，光电流恰好为零，已知钠的极限频率为5000Hz，求：该单色光的频率． 8．有一功率为500W的红外线电热器，如果它辐射的红外线的频率为3.0×1014Hz，求：（1）每秒发出的光子数；（2）在距离电热器2m远处，垂直于红外线传播方向的1cm2的面积上每分钟能接收到多少个光子？ 第3节粒子的波动性 一、光的波粒二象性 1．波粒二象性：光既具有波动性，又具有粒子性． 2．光子的能量和动量：光子的能量ε和动量p 可分别表示为：ε＝hν，p ＝h λ.能量ε和动 量p 是描述物质粒子性的重要物理量；波长λ和频率ν是描述物质波动性的典型物理量．普朗克常量h 架起了粒子性与波动性之间的桥梁． 二、粒子的波动性及物质波的实验验证 1．粒子的波动性 (1)德布罗意波：每一个运动的粒子都与一个对应的波相联系，这种与实物粒子相联系的波称为德布罗意波，也叫物质波． (2)物质波的波长、频率关系式： 波长：λ＝h p ，频率：ν＝ε h . 2．物质波的实验验证 (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，也应该发生干涉或衍射现象． (2)实验验证：1927年戴维孙和汤姆孙分别利用晶体做了电子束衍射实验，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ν＝εh 和λ＝h p 关系同样正确． ②宏观物体的质量比微观粒子的质量大得多，运动时的动量很大，对应的德布罗意波的波长很小，根本无法观察到它的波动性． 判一判 (1)光的干涉、洐射、偏振现象说明光具有波动性．( ) (2)光子数量越大，其粒子性越明显．( ) (3)光具有粒子性，但光子又不同于宏观观念的粒子．( ) (4)湖面上的水波就是物质波．( ) (5)电子的衍射现象证实了实物粒子具有波动性．( ) 提示：(1)√ (2)× (3)√ (4)× (5)√ 做一做 (多选)对光的认识，下列说法中正确的是( ) A ．个别光子的行为表现为粒子性，大量光子的行为表现为波动性 B ．光的波动性是光子本身的一种属性，不是光子之间的相互作用引起的 C ．光表现出波动性时，就不具有粒子性了；光表现出粒子性时，就不具有波动性了 D ．光的波粒二象性应理解为：在某种场合下光的波动性表现明显，在另外某种场合下，光的粒子性表现明显 提示：选ABD.个别光子的行为表现为粒子性，大量光子的行为表现为波动性；光与物质相互作用，表现为粒子性，光的传播表现为波动性；光的波动性与粒子性都是光的本质属性，因为波动性表现为粒子分布概率，光的粒子性表现明显时仍具有波动性，因为大量粒子的个别行为呈现出波动规律，故正确选项有A 、B 、 D. 对光的波粒二象性的理解 (多选)下列有关光的波粒二象性的说法中，正确的是 ( ) A ．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 C ．光的波长越长，其波动性越显著；波长越短，其粒子性越显著 D ．康普顿效应表明光具有粒子性 物理：17.2《科学的转折：光的粒子性》教案 三维教学目标 1、知识与技能 （1）通过实验了解光电效应的实验规律。 （2）知道爱因斯坦光电效应方程以及意义。 （3）了解康普顿效应，了解光子的动量 2、过程与方法：经历科学探究过程，认识科学探究的意义，尝试应用科学探究的方法研究物理问题，验证物理规律。 3、情感、态度与价值观：领略自然界的奇妙与和谐，发展对科学的好奇心与求知欲，乐于探究自然界的奥秘，能体验探索自然规律的艰辛与喜悦。 教学重点：光电效应的实验规律 教学难点：爱因斯坦光电效应方程以及意义 教学方法：教师启发、引导，学生讨论、交流。 教学用具：投影片，多媒体辅助教学设备 教学过程： 第一节科学的转折：光的粒子性 （一）引入新课 回顾前面的学习，总结人类对光的本性的认识的发展过程？ （多媒体投影，见课件。）光的干涉、衍射现象说明光是电磁波，光的偏振现象进一步说明光还是横波。19世纪60年代，麦克斯韦又从理论上确定了光的电磁波本质。然而，出人意料的是，正当人们以为光的波动理论似乎非常完美的时候，又发现了用波动说无法解释的新现象一光电效应现象。对这一现象及其他相关问题的研究，使得人们对光的又一本质性认识得到了发展。 （二）进行新课 1、光电效应 实验演示1：（课件辅助讲述）用弧光灯照射擦得很亮的锌板，（注意用导线与不带电的验电器相连），使验电器张角增大到约为30度时，再用与丝绸磨擦过的玻璃棒去靠近锌板，则验电器的指针张角会变大。上述实验说明了什么？（表明锌板在射线照射下失去电子而带正 电） 概念：在光（包括不可见光）的照射下，从物体发射电子的现象叫做光电效应。发射出来的电 子叫做光电子。 2,光电效应的实验规律 （1）光电效应实验 如图所示，光线经石英窗照在阴极上，便有电子逸出一一光电子。光电子在电场作用下形成光电流。 概念：遏止电压，将换向开关反接，电场反向，则光电子离开阴极后将受反向电场阻碍作用。当K、A间加反向电压，光电子克服电场力作功，当电压达到某一值Uc时，光电流恰为0。Uc称遏止电压。 根据动能定理，有：丄叫匕2 =eu （2）光电效应实验规律2 ①光电流与光强的关系：饱和光电流强度与入射光强度成正比。 ②截止频率V。——极限频率，对于每种金属材料，都相应的有一确定的截止频率V。，当入射光频率V>v°时，电子才能逸出金属表面；当入射光频率V〈V。时，无论光强多大也无电子逸出金属表面。 ③光电效应是瞬时的。从光开始照射到光电子逸出所需时间〈102。 ：光电效应伏安特性曲线 第三节 粒子的波动性 学 习 目 标 ※ 理解光的波粒二象性 知 识 导 图 知识点1 光的波粒二象性 1．光的本性 (1)19世纪初托马斯·杨、菲涅耳、马吕斯等分别观察到了光的__干涉__、__衍射__和偏振现象。 (2)19世纪60年代和80年代，麦克斯韦和赫兹先后从理论上和实验上确认了光的__电磁波__本质。 (3)光电效应和康普顿效应揭示了光的__粒子性__。 (4)光的本性2．光子的能量和动量 (1)能量：ε＝__hν__； (2)动量：p ＝__h λ__。 3．意义 能量ε和动量p 是描述物质的__粒子__性的重要物理量；波长λ和频率ν是描述物质的__波动__性的典型物理量。因此ε＝__hν__和p ＝__h λ__揭示了光的粒子性和波动性之间的密 切关系。 知识点2 粒子的波动性 1．德布罗意波 任何一种实物粒子都和一个波相联系，这种波被称为德布罗意波，也叫__物质__波。 2．物质波的波长和频率 波长公式λ＝__h p __，频率公式ν＝__ε h __。 3．物质波的实验验证 (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，也应该发生__干涉__或__衍射__现象。 (2)实验验证 1927年戴维孙和G.P.汤姆孙分别利用晶体做了__电子束衍射__的实验，得到了类似下图的__衍射__图样，从而证实了电子的波动性。他们为此获得了1937年的诺贝尔物理学奖。 预习反馈 『判一判』 (1)光的干涉、洐射、偏振现象说明光具有波动性。(√) (2)光子数量越大，其粒子性越明显。(×) (3)光具有粒子性，但光子又不同于宏观观念的粒子。(√) (4)一切宏观物体都具有波动性，即物质波。(√) (5)湖面上的水波就是物质波。(×) (6)电子的衍射现象证实了实物粒子具有波动性。(√) 『选一选』 (多选)(河北正定中学2019～2019学年高二下学期检测)波粒二象性是微观世界的基本特征，以下说法正确的有( AB ) 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：黑体辐射是光的反射问题，选项C 错误；动能相等的质子和电子，质子的动量大，由德布罗意波长公式λ＝h p 知，质子的波长小，选项D 错误。 『想一想』 2019年6月30日，中国运动员苏炳添在2019钻石联赛巴黎站比赛中，以9.91s 的成绩再次追平了男子100m 亚洲记录。设苏炳添的质量约为75kg ，请计算他在100m 比赛时的德布罗意波长，并说明其波动性是否明显。 答案：8.76×10 －37 m ，波动性很不明显 解析：苏炳添100m 跑时对应的德布罗意波波长为 光的波动性和光的粒子性 【教学结构】 光的波动性： 一.讲述人类对光的本性的认识过程。有益掌握教材内容的层次和系统，学生主动学习。 二. 光的干涉 1.复习机械波的叠加，干涉现象，干涉产生条件，干涉现象的成因。 2.做好双缝干涉实验，注意向学生介绍实验装置，观察实验现象。 3.光的干涉现象：用太阳光实验时光屏上有彩色条纹，中间为白色光，两侧由紫到红，用单色光实验时，屏上呈明暗相间条纹，中间为亮纹。干涉现象是波特有的现象，光的干涉现象说明光是波，但不是机械波。光的频率、波长、波速是描述光的特征量。 4.光的干涉条件：必须是相干光源产生的光叠加时才能出现 干涉现象。 杨氏相干光源：如图1所示，光线入射单缝S ，S 为光源， 双缝S 1、S 2相距很近且距离S 等距离，S 光源的光传播到S 1、 S 2时，S 1、S 2成为两个完全相同的光源，它们具有相同频率，恒 定相差。 5.光的干涉现象的成因：如图2所示。O 点距S 1、S 2距离相等，两束光到O 点时“振动”情况完全相同，叠加时互相加强， 应为明纹或白光。屏上任意一点A ，距S 1、S 2分别为L 1、 L 2，?L =L 1－L 2，?L 为光传播路程之差。 当?L n =λ时，两束光应相互加强，为明纹，n 为1、2、 3……，λ为波长。?L n =+())212λ时，两束光应相互减弱为暗纹。n 为0、1、2……。 6.薄膜干涉 演示实验：金属丝圆环蘸一下肥皂液，形成一层肥皂膜，用单色光照射肥皂膜，圆环肥皂膜上就产生明暗相间的干涉条纹。如何用光的干涉知识解释这一现象，是教学过程中的关键问题。(1)实验装置的特点，肥皂膜在重力作用下而成上薄下厚的楔形，我们虽然不能明显观察到上薄下厚，但是这样微小的厚度之差与光的波长相比还是相当大的。(2)前后膜对入射光线的反射的两列光波同频率。相差恒定满足光产生干涉的条件。(3)前后膜反射两列光波的路程不同，后膜反射光的路程与前膜反射光路之差正好为入射处膜厚度的2倍，对于不同的入射处膜厚度不同，某处膜厚度的2倍正好为波长整数倍时，该处两列光波互相加强，出现明纹，若正好半个波长的奇数倍，互相减弱则为暗纹。 薄膜干射的应用：检查精密零件表面质量，增透膜。认真阅读教科书，掌握书上的知识就可以了。关于增透膜的理解问题：只要从能量角度去分析即可顺当理解，两列反射光波互相低消，但不是能量消失，而减少反射光线，增加透过光的强度。 三.光的衍射科学家同时观察到光的粒子性与波动性
2019届高三物理二轮复习光的粒子性题型归纳
讲义 - 光的波动性和粒子性
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高中物理《光的粒子性》优质课教案、教学设计
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第3节 粒子的波动性(教师版)
172《科学的转折：光的粒子性》教案(新人教版选修3-5).docx
第三节粒子的波动性
光的波动性和粒子性