波粒二象性知識點(diǎn)和練習(xí)

1、波粒二象性知識點(diǎn)和練習(xí)一、光電效應(yīng)現(xiàn)象1、光電效應(yīng)：光電效應(yīng)：物體在光（包括不可見光）的照射下發(fā)射電子的現(xiàn)象稱為光電效應(yīng)。2、光電效應(yīng)的研究結(jié)論：任何一種金屬，都有一個極限頻率，入射光的頻率必須大于這個極限頻率，才能產(chǎn)生光電效應(yīng)；低于這個頻率的光不能產(chǎn)生光電效應(yīng)。光電子的最大初動能與入射光的強(qiáng)度無關(guān)，只隨著入射光頻率的增大而增大。注意：從金屬出來的電子速度會有差異，這里說的是從金屬表面直接飛出來的光電子。入射光照到金屬上時(shí)，光電子的發(fā)射幾乎是瞬時(shí)的，一般不超過10-9s；當(dāng)入射光的頻率大于極限頻率時(shí)，光電流的強(qiáng)度與入射光的強(qiáng)度成正比。3、 光電效應(yīng)的應(yīng)用：光電管：光電管的陰極表面敷有堿金屬，對

2、電子的束縛能力比較弱，在光的照射下容易發(fā)射電子，陰極發(fā)出的電子被陽極收集，在回路中形成電流，稱為光電流。注意：光電管兩極加上正向電壓，可以增強(qiáng)光電流。光電流的大小跟入射光的強(qiáng)度和正向電壓有關(guān)，與入射光的頻率無關(guān)。入射光的強(qiáng)度越大，光電流越大。遏止電壓U0?；芈分械墓怆娏麟S著反向電壓的增加而減小，當(dāng)反向電壓U0滿足：，光電流將會減小到零，所以遏止電壓與入射光的頻率有關(guān)。4、波動理論無法解釋的現(xiàn)象：不論入射光的頻率多少，只要光強(qiáng)足夠大，總可以使電子獲得足夠多的能量，從而產(chǎn)生光電效應(yīng)，實(shí)際上如果光的頻率小于金屬的極限頻率，無論光強(qiáng)多大，都不能產(chǎn)生光電效應(yīng)。光強(qiáng)越大，電子可獲得更多的能量，光電子的最大

3、初始動能應(yīng)該由入射光的強(qiáng)度來決定，實(shí)際上光電子的最大初始動能與光強(qiáng)無關(guān)，與頻率有關(guān)。光強(qiáng)大時(shí)，電子能量積累的時(shí)間就短，光強(qiáng)小時(shí)，能量積累的時(shí)間就長，實(shí)際上無論光入射的強(qiáng)度怎樣微弱，幾乎在開始照射的一瞬間就產(chǎn)生了光電子.二、光子說1、普朗克常量普郎克在研究電磁波輻射時(shí)，提出能量量子假說：物體熱輻射所發(fā)出的電磁波的能量是不連續(xù)的，只能是的整數(shù)倍，稱為一個能量量子。即能量是一份一份的。其中輻射頻率，是一個常量，稱為普朗克常量。2、光子說在空間中傳播的光的能量不是連續(xù)的，而是一份一份的，每一份叫做一個光子，光子的能量跟光的頻率成正比。，其中：是普朗克常量，v是光的頻率。三、光電效應(yīng)方程1、逸出功W0:

4、電子脫離金屬離子束縛，逸出金屬表面克服離子引力做的功。2、光電效應(yīng)方程：如果入射光子的能量大于逸出功W0，那么有些光電子在脫離金屬表面后還有剩余的動能根據(jù)能量守恒定律，入射光子的能量等于出射光子的最大初動能與逸出功之和，即 其中是指出射光子的最大初動能。3、 光電效應(yīng)的解釋：極限頻率：金屬內(nèi)部的電子一般一次只能吸收一個光子的能量，只有入射光子的能量大于或者等于逸出功W0 即：時(shí)，電子才有可能逸出，這就是光電效應(yīng)存在極限頻率的原因。遏制電壓：由和有：，所以遏制電壓只與入射光頻率有關(guān)，與入射光的強(qiáng)度無關(guān)，這就是光電效應(yīng)存在遏制電壓的原因。四、康普頓效應(yīng)（表明光子具有動量）1、康普頓效應(yīng)：用X射線照

5、射物體時(shí)，一部分散射出來的X射線的波長會變長，這個現(xiàn)象叫康普頓效應(yīng)?？灯疹D效應(yīng)是驗(yàn)證光的波粒二象性的重要實(shí)驗(yàn)之一。2、康普頓效應(yīng)的意義：證明了愛因斯坦光子假說的正確性，揭示了光子不僅具有能量，還具有動量。光子的動量為3、現(xiàn)象解釋：碰撞前后光子與電子總能量守恒，總動量也守恒。碰撞前，電子可近似視為靜止的，碰撞后，電子獲得一定的能量和動量， X光子的能量和動量減小，所以X射線光子的波長變長。 五、光的波粒二象性 物質(zhì)波 概率波 不確定關(guān)系1、光的波粒二象性：干涉、衍射和偏振以無可辯駁的事實(shí)表明光是一種波；光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)又用無可辯駁的事實(shí)表明光是一種粒子，由于光既有波動性，又有粒子性，只能認(rèn)為

6、光具有波粒二象性。但不可把光當(dāng)成宏觀觀念中的波，也不可把光當(dāng)成宏觀觀念中的粒子。少量的光子表現(xiàn)出粒子性，大量光子運(yùn)動表現(xiàn)為波動性；光在傳播時(shí)顯示波動性，與物質(zhì)發(fā)生作用時(shí)，往往顯示粒子性；頻率小波長大的波動性顯著，頻率大波長小的粒子性顯著。2、光子的能量E=h，光子的動量p=h/表示式也可以看出，光的波動性和粒子性并不矛盾：表示粒子性的粒子能量和動量的計(jì)算式中都含有表示波的特征的物理量頻率和波長。由以上兩式和波速公式c=還可以得出：E = p c。3、物質(zhì)波(德布羅意波)：1924年德布羅意（法）提出，實(shí)物粒子和光子一樣具有波動性，任何一個運(yùn)動著的物體都有一種與之對應(yīng)的波，波長=h / p，這種

7、波叫物質(zhì)波，也叫德布羅意波。4、概率波：從光子的概念上看，光波是一種概率波。光子落在明條紋的概率高，落在暗條紋的概率低。干涉條紋是光子落在感光片上各點(diǎn)的概率分布的反映。注意：亮紋是光子落的概率大，暗紋是概率小，不是光子照不到。5、電子云：原子核外電子的概率分布圖。概率大的地方小圓點(diǎn)密一些，概率小的地方小圓點(diǎn)疏一些。討論微觀粒子的運(yùn)動，軌道的概念毫無意義。6、不確定關(guān)系：微觀粒子的坐標(biāo)和動量不能同時(shí)完全精確地確定。如果用表示微觀粒子位置的不確定性，用表示微觀粒子在方向上動量的不確定性，則有。原因是因?yàn)槲⒂^粒子具有波動性。(1)由不確定性關(guān)系可知，坐標(biāo)和動量，其中一個測量得越準(zhǔn)確，另外一個的不確定

8、性就越大。(2)微觀粒子的波粒二象性和不確定性關(guān)系本質(zhì)是一樣的，導(dǎo)致共同的結(jié)果：微觀粒子的運(yùn)動狀態(tài)，不能通過確定的軌道來描述，只能通過概率波做統(tǒng)計(jì)性的描述。(3)不確定性關(guān)系對宏觀物體沒有意義。頻率高波長短，粒子性明顯 頻率低波長長，波動性明顯傳播時(shí)，波動性明顯 光的產(chǎn)生，與其他物質(zhì)作用，粒子性明顯個別時(shí)，粒子性明顯 大量時(shí)，波動性明顯例題講解例1：用如圖所示的裝置研究光電效應(yīng)現(xiàn)象, 當(dāng)用光子能量為2.5eV的光照射到光電管上時(shí)，電流表G的讀數(shù)為0.2mA。移動變阻器的觸點(diǎn)c，當(dāng)電壓表的示數(shù)大于或等于0.7V時(shí)，電流表讀數(shù)為零。則：()A光電管陰極的逸出功為1.8eV；B電鍵k斷開后, 有電流

9、流過電流表G；C光電子的最大初動能為0.7eV；D改用能量為1.5eV的光子照射，電流表G也有電流，但電流較??；例2：關(guān)于不確定關(guān)系，下列說法中正確的是：A不確定關(guān)系表明：想要同時(shí)準(zhǔn)確測量一個粒子的位置和動量，這是不可能的；B不確定關(guān)系表明：想要同時(shí)準(zhǔn)確測量一顆子彈的位置和動量，這是不可能的；C由于不確定關(guān)系，所以測量粒子的位置已經(jīng)沒有意義了；D如果將來實(shí)驗(yàn)技術(shù)進(jìn)步了，同時(shí)準(zhǔn)確測量一個粒子的位置和動量是有可能的；例3：已知鈉發(fā)生光電效應(yīng)的極限波長為05×107m，現(xiàn)用波長為4×107m的光照射用鈉作陰極的光電管求：(1)鈉的逸出功W0；(2)為使光電管中的光電流為零，在光電

10、管上所加反向電壓至少多大？針對練習(xí)1下列關(guān)于光的波粒二象性的說法中，正確的是()A有的光是波，有的光是粒子B光子與電子是同樣的一種粒子C光的波長越長，其波動性越顯著，波長越短，其粒子性越顯著D大量光子產(chǎn)生的效果往往顯示粒子性2在做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)時(shí)，在觀察屏的某處是亮紋，則對光子到達(dá)觀察屏的位置，下列說法正確的是()A到達(dá)亮條紋處的概率比到達(dá)暗條紋處的概率大B到達(dá)暗條紋處的概率比到達(dá)亮條紋處的概率大C該光子可能到達(dá)觀察屏的任意位置D以上說法均不正確3對光的認(rèn)識，以下說法正確的是()A個別光子的行為表現(xiàn)為粒子性，大量光子的行為表現(xiàn)為波動性B光的波動性是光子本身的一種屬性，不是光子之間的相互作用引起的

11、C光表現(xiàn)出波動性時(shí)，就不具有粒子性了，光表現(xiàn)出粒子性時(shí)， 就不具有波動性了D光的波粒二象性應(yīng)理解為：在某種場合下光的波動性表現(xiàn)明顯，在另外某種場合下，光的粒子性表現(xiàn)明顯4如圖所示，電路中所有元件完好，光照射到光電管上，靈敏電流計(jì)中沒有電流通過，其原因可能是()A入射光太弱B入射光波長太長C光照時(shí)間太短 D電源正負(fù)極接反5頻率為的光照射某種金屬材料，產(chǎn)生光電子的最大初動能為Ek，若以頻率為2的光照射同一金屬材料，則光電子的最大初動能是()A2EkBEkhCEkhDEk2h6一個質(zhì)量為m、電荷量為q的帶電粒子，由靜止開始經(jīng)加速電場加速后(加速電壓為U)，該粒子的德布羅意波長為()A.B.C.D.7

12、.A、B兩束不同頻率的光波均能使某金屬發(fā)生光電效應(yīng), 如果產(chǎn)生光電流的最大值分別為IA、IB , 且IA<IB , 則下列關(guān)系正確的是 ( )A.照射光的波長A>B B.照射光的光子能量EA<EBC.單位時(shí)間內(nèi)照射到金屬板的光子數(shù)NA<NB D.照射光的頻率A<B8頻率為的光子，具有的能量為h、動量為.將這個光子打在處于靜止?fàn)顟B(tài)的電子上，光子將偏離原運(yùn)動方向，這種現(xiàn)象稱光子的散射下列關(guān)于光子散射說法中正確的是()A光子改變原來的運(yùn)動方向，且傳播速度變小B光子由于在與電子碰撞中獲得能量，因而頻率增大C由于受到電子碰撞，散射后的光子波長小于入射光子的波長D由于受到電子

13、碰撞，散射后的光子頻率小于入射光子的頻率9.激光的主要特點(diǎn)之一是它的瞬時(shí)功率很大, 設(shè)P表示激光功率, 表示激光波長, 則激光器每秒射出的光子數(shù)( ) A. B. C. D. Phc10.三種不同的入射光A、B、C分別射在三種不同的金屬a、b、c表面, 均恰可使金屬逸出光電子, 若入射光的波長A>B>C , 則( ) A.用入射光A照射金屬b或c , 金屬b、c均可發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象B.用入射光A、B同時(shí)照射金屬c , 金屬c可發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象C.用入射光C照射a或b, 金屬a、b均可發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象D.用入射光B或C照射金屬a , 均可使金屬a發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象11如圖所示是光電管的

14、原理圖，已知當(dāng)有波長為0的光照到陰極K時(shí)，電路中有光電流，則()A若換用波長為1(1>0)的光照射陰極K時(shí)，電路一定沒有光電流B若換用波長為2(2<0) 的光照射陰極K時(shí)，電路中光電流一定增大C若將變阻器滑動頭P從圖示位置向右滑一些，仍用波長0的光照射，則電路中光電流一定增大D若將變阻器滑動頭P從圖示位置向左滑過中心O點(diǎn)時(shí)，其他條件不變，則電路中仍可能有光電流12人類對光的本性認(rèn)識的過程中先后進(jìn)行了一系列實(shí)驗(yàn)，如圖所示的四個示意圖所示表示的實(shí)驗(yàn)?zāi)苷f明光具有波動性的是()13用波長為的單色光照射某光電管陰極時(shí)，測得光電子的最大動能為；用波長為的單色光照射時(shí)，測得光電子的最大動能為。若

15、，則。（填）14入射的X射線光子的能量為0.60 MeV，被自由電子散射后波長變化了20%，則反沖電子的動能為MeV。15二氧化碳能強(qiáng)烈吸收紅外長波輻射，這種長波輻射的波長范圍是1.4×1031.6×103m，相應(yīng)的頻率范圍是_，相應(yīng)的光子能量的范圍是_，“溫室效應(yīng)”使空氣全年的平均溫度升高，空氣溫度升高， 從微觀上看就是空氣中分子的_(已知普朗克恒量h6.6×1034J·s，真空中的光速c3.0×108m/s，結(jié)果取兩位有效數(shù)字)16鋁的逸出功是4.2eV，現(xiàn)在用波長200nm的光照射鋁的表面(1)光電子的最大初動能是_；(2)遏止電壓是_；

16、(3)鋁的極限頻率是_17如圖所示，一靜電計(jì)與鋅板相連，在A處用一紫光燈照射鋅板，關(guān)燈后，指針保持一定偏角(1)現(xiàn)用一帶負(fù)電的金屬小球與鋅板接觸，則靜電計(jì)指針偏角將_(填“增大”、“減小”或“不變”)(2)使靜電計(jì)指針回到零，再用相同強(qiáng)度的鈉燈發(fā)出的黃光照射鋅板，靜電計(jì)指針無偏轉(zhuǎn)，那么，若改用強(qiáng)度更大的紅外線照射鋅板，可觀察到靜電計(jì)指針_(填“有”或“無”)偏轉(zhuǎn)18如圖所示為證實(shí)電子波存在的實(shí)驗(yàn)裝置，從F上漂出的熱電子可認(rèn)為初速度為零，所加加速電壓U104V，電子質(zhì)量為m0.91×1030kg.電子被加速后通過小孔K1和K2后入射到薄的金膜上，發(fā)生衍射，結(jié)果在照相底片上形成同心圓明暗條紋試計(jì)算電子的德布羅意波長19具有波長0.71的倫琴射線使金箔發(fā)射光電子，電子在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場區(qū)域內(nèi)做最大半徑為r的勻速圓周運(yùn)動，已知rB1.88×104m·T，試求：(1)光電子的最