【名師導(dǎo)學(xué)】高考物理第一輪總復(fù)習(xí) 14.1波粒二象性課件 教科選修35

第1節(jié)波粒二象性一、光電效應(yīng)1．光電效應(yīng)現(xiàn)象光電效應(yīng)：在光的照射下金屬中的電子從表面逸出的現(xiàn)象，叫做光電效應(yīng)，發(fā)射出來的電子叫做

．特別提醒：(1)光電效應(yīng)的實(shí)質(zhì)是光現(xiàn)象轉(zhuǎn)化為電現(xiàn)象．(2)定義中的光包括可見光和不可見光．光電子2．幾個(gè)名詞解釋(1)遏止電壓：使光電流減小到零時(shí)的

.(2)截止頻率：能使某種金屬發(fā)生光電效應(yīng)的

頻率叫做該種金屬的截止頻率(又叫極限頻率)．不同的金屬對(duì)應(yīng)著不同的極限頻率．(3)逸出功：電子從金屬中逸出所需做功的

，叫做該金屬的逸出功．反向電壓UC最小最小值3．光電效應(yīng)規(guī)律(1)每種金屬都有一個(gè)極限頻率，入射光的頻率必須

極限頻率才能產(chǎn)生光電效應(yīng)．(2)光電子的

與入射光的強(qiáng)度無關(guān)，只隨入射光頻率的增大而

．(3)只要入射光的頻率大于金屬的極限頻率，照到金屬表面時(shí)，光電子的發(fā)射幾乎是

，一般不超過10－9s，與光的強(qiáng)度

關(guān)．(4)當(dāng)入射光的頻率大于金屬的極限頻率時(shí)，飽和光電流的強(qiáng)度與入射光的強(qiáng)度成

比．大于最大初動(dòng)能增大瞬時(shí)的無正4．愛因斯坦光電效應(yīng)方程(1)光子說：空間傳播的光的能量是不連續(xù)的，是一份一份的，每一份叫做一個(gè)光子．光子的能量為E＝

，其中h是普朗克常量，其值為6.63×10－34J·s，ν是光的頻率．(2)光電效應(yīng)方程：

其中hν為入射光子的能量，Ek為光電子的最大初動(dòng)能，W是金屬的逸出功．二、光的波粒二象性1．光的干涉、衍射、偏振現(xiàn)象證明光具有

性．2．光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)說明光具有

性．hνEk＝hν－W波動(dòng)粒子3．光既具有波動(dòng)性，又具有粒子性，稱為光的

性．三、物質(zhì)波(又叫德布羅意波)1．物質(zhì)波：任何一個(gè)運(yùn)動(dòng)著的物體，小到微觀粒子大到宏觀物體都有一種波與它對(duì)應(yīng)，其波長(zhǎng)λ＝,p為運(yùn)動(dòng)物體的動(dòng)量，h為普朗克常量．2.物質(zhì)波是概率波.光子和粒子在空間各處出現(xiàn)的概率受波動(dòng)規(guī)律支配，概率大的地方，光子或粒子出現(xiàn)的

，反之就少.不要以宏觀觀點(diǎn)中的波來理解德布羅意波.

波粒二象次數(shù)多例1關(guān)于光電效應(yīng)，下列說法正確的是()A．極限頻率越大的金屬材料逸出功越大B．只要光照射的時(shí)間足夠長(zhǎng)，任何金屬都能產(chǎn)生光電效應(yīng)C．從金屬表面出來的光電子的最大初動(dòng)能越大，這種金屬的逸出功越小D．入射光的光強(qiáng)一定時(shí)，頻率越高，單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子數(shù)就越多

題型一：光電效應(yīng)規(guī)律的理解【思路點(diǎn)撥】弄清光電效應(yīng)發(fā)生的條件、光電子的最大初動(dòng)能和光電子的的決定因素是解答本題的關(guān)鍵．【答案】A【方法與知識(shí)感悟】光電效應(yīng)規(guī)律的解釋題型二：光電效應(yīng)方程的應(yīng)用例2如圖所示，當(dāng)電鍵S斷開時(shí)，用光子能量為2.5eV的一束光照射陰極P，發(fā)現(xiàn)電流表讀數(shù)不為零．合上電鍵，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，發(fā)現(xiàn)當(dāng)電壓表讀數(shù)小于0.60V時(shí)，電流表讀數(shù)仍不為零；當(dāng)電壓表讀數(shù)大于或等于0.60V時(shí)，電流表讀數(shù)為零．(1)求此時(shí)光電子的最大初動(dòng)能的大?。?2)求該陰極材料的逸出功．【解析】設(shè)用光子能能量為2.5eV的光照射射時(shí)，光電電子的最大大初動(dòng)能為為Ekm，陰極材料料逸出功為為W0，當(dāng)反向電壓壓達(dá)到U＝0.60V以后后，具有最最大初動(dòng)能能的光電子子也達(dá)不到到陽極，因因此eU＝Ek由光電效應(yīng)應(yīng)方程：Ek＝hν－W0由以上二式式：Ek＝0.60eV，，W0＝1.9eV.【答案】(1)0.60eV(2)1.9eV【方法與知知識(shí)感悟】】1.光電效效應(yīng)現(xiàn)象中中射出的光光電子具有有一定動(dòng)能能，因此易易與電場(chǎng)、、磁場(chǎng)相結(jié)結(jié)合命制綜綜合性較強(qiáng)強(qiáng)的試題.射出的的光電子的的動(dòng)能是解解決這類問問題的重要要條件，可可由愛因斯斯坦光電效效應(yīng)方程求求得.2．由愛因因斯坦光電電效應(yīng)方程程可得Ekm－ν曲線(如圖圖)由圖象象可以得到的物物理量：①極限頻率：：圖線與ν軸交點(diǎn)的橫坐標(biāo)ν0.②逸出功：圖圖線與Ekm軸交點(diǎn)的縱縱坐標(biāo)的絕絕對(duì)值E＝W0.③普朗克常量量：圖線的的斜率k＝h.題型三：光光的波粒二二象性例3關(guān)關(guān)于物物質(zhì)的波粒粒二象性，，下列說法法中不正確確的是()A．．不不僅僅光光子子具具有有波波粒粒二二象象性性，，一一切切運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)的的微微粒粒都都具具有有波波粒粒二二象象性性B．．運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)的的微微觀觀粒粒子子與與光光子子一一樣樣，，當(dāng)當(dāng)它它們們通通過過一一個(gè)個(gè)小小孔孔時(shí)時(shí)，，都都沒沒有有特特定定的的運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)軌軌道道C．．波波動(dòng)動(dòng)性性和和粒粒子子性性，，在在宏宏觀觀現(xiàn)現(xiàn)象象中中是是矛矛盾盾的的、、對(duì)對(duì)立立的的，，但但在在微微觀觀高高速速運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)的的現(xiàn)現(xiàn)象象中中是是統(tǒng)統(tǒng)一一的的D．．實(shí)實(shí)物物的的運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)有有特特定定的的軌軌道道，，所所以以實(shí)實(shí)物物不不具具有有波波粒粒二二象象性性【解解析析】】光具具有有波波粒粒二二象象性性是是微微觀觀世世界界具具有有的的特特殊殊規(guī)規(guī)律律，，大大量量光光子子運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)的的規(guī)規(guī)律律表表現(xiàn)現(xiàn)出出光光的的波波動(dòng)動(dòng)性性，，而而單單個(gè)個(gè)光光子子的的運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)表表現(xiàn)現(xiàn)出出光光的的粒粒子子性性．．光光的的波波長(zhǎng)長(zhǎng)越越長(zhǎng)長(zhǎng)，，波波動(dòng)動(dòng)性性越越明明顯顯，，光光的的頻頻率率越越高高，，粒粒子子性性越越明明顯顯．．而而宏宏觀觀物物體體的的德德布布羅羅意意波波的的波波長(zhǎng)長(zhǎng)太太小小，，實(shí)實(shí)際際很很難難觀觀察察到到波波動(dòng)動(dòng)性性，，不不是是不不具具有有波波粒粒二二象象性性．．D項(xiàng)項(xiàng)合合題題意意．．【答案】D【方法與知識(shí)識(shí)感悟】1．對(duì)光的波波粒二象性的的理解光既有波動(dòng)性性，又有粒子子性，兩者不不是孤立的，，而是有機(jī)的的統(tǒng)一體，其其表現(xiàn)規(guī)律為為：(1)個(gè)別光光子的作用效效果往往表現(xiàn)現(xiàn)為粒子性；；大量光子的的作用效果往往往表現(xiàn)為波波動(dòng)性．(2)頻率越越低波動(dòng)性越越顯著，越容容易看到光的的干涉和衍射射現(xiàn)象；頻率率越高粒子性性越顯著，越越不容易看到到光的干涉和和衍射現(xiàn)象，，貫穿本領(lǐng)越越強(qiáng)．(3)光在傳傳播過程中往往往表現(xiàn)出波波動(dòng)性；在與與物質(zhì)發(fā)生作作用時(shí)，往往往表現(xiàn)為粒子子性．2.德布羅羅意波假說是是光的波粒二二象性的一種種推廣，使之之包含了物質(zhì)質(zhì)粒子，即光光子和實(shí)物粒粒子都具有粒粒子性，又都都具有波動(dòng)性性，與光子對(duì)對(duì)應(yīng)的波是電電磁波，與實(shí)實(shí)物粒子對(duì)應(yīng)應(yīng)的波是德布布羅意波.1．有關(guān)光的的本性的說法法正確的是()A．關(guān)于光的的本性，牛頓頓提出了“微粒說”，惠更斯提出出了“波動(dòng)說”，愛因斯坦提提出了“光子說”，它們都圓滿滿地說明了光光的本性B．光具有波波粒二象性是是指：既可以以把光看成宏宏觀概念上的的波，也可以以看成宏觀概概念上的粒子子C．光的干涉涉、衍射現(xiàn)象象說明光具有有波動(dòng)性，光光電效應(yīng)說明明光具有粒子子性D．在光的雙雙縫干涉實(shí)驗(yàn)驗(yàn)中，如果光光通過雙縫時(shí)時(shí)顯出波動(dòng)性性，如果光只只通過一個(gè)縫縫時(shí)顯出粒子子性C【解析】牛頓主張的微微粒說中的微微粒與實(shí)物粒粒子一樣，惠惠更斯主張的的波動(dòng)說中的的波動(dòng)與宏觀觀機(jī)械波等同同，這兩種觀觀點(diǎn)是相互對(duì)對(duì)立的，都不不能說明光的的本性，所以以A、B錯(cuò)，，C正確．在在雙縫干涉實(shí)實(shí)驗(yàn)中，雙縫縫干涉出現(xiàn)明明暗均勻的條條紋，單縫出出現(xiàn)中央亮而而寬，周圍暗暗而窄的條紋紋，都說明光光的波動(dòng)性．．當(dāng)讓光子一一個(gè)一個(gè)地通通過單縫時(shí)，，曝光時(shí)間短短時(shí)表現(xiàn)出粒粒子性，曝光光時(shí)間長(zhǎng)時(shí)顯顯出波動(dòng)性，，因此D錯(cuò)誤誤．2．(2011廣廣東)光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)中，下列表表述正確的是是()A．光照時(shí)間間越長(zhǎng)光電流流越大B．入射光足足夠強(qiáng)就可以以有光電流C．遏止電壓壓與入射光的的頻率有關(guān)D．入射光頻頻率大于極限限頻率才能產(chǎn)產(chǎn)生光電子CD【解析】光電流的大小小只與到達(dá)陽陽極的光電子子個(gè)數(shù)有關(guān)，，A錯(cuò)．由hν＝W＋Ek和Uq＝Ek知，CD正確確．3．在光電效效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，，飛飛同學(xué)用同同一光電管在不同實(shí)驗(yàn)條條件下得到了三條光電流流與電壓之間的關(guān)系曲線線(甲光、乙乙光、丙光)，如圖所示示．則可判斷斷出()A．甲光的頻頻率大于乙光光的頻率B．乙光的波波長(zhǎng)大于丙光光的波長(zhǎng)C．乙光對(duì)應(yīng)應(yīng)的截止頻率率大于丙光的的截止頻率D．甲光對(duì)應(yīng)應(yīng)的光電子最最大初動(dòng)能大大于丙光的光光電子最大初初動(dòng)能B【解析】由題圖可知，，甲、乙兩光光對(duì)應(yīng)的反向向截止電壓均均為Uc2，由愛因斯坦坦光電效應(yīng)方方程Ekm＝hν－W0及－eUc2＝0－Ekm可知甲、乙兩兩光頻率相同同，且均小于于丙光頻率，，選項(xiàng)A、C均錯(cuò)；甲光光頻率小，則則甲光對(duì)應(yīng)光光電子最大初初動(dòng)能小于丙丙光的光電子子最大初動(dòng)能能，選項(xiàng)D錯(cuò)錯(cuò)誤；乙光頻頻率小于丙光光頻率，故乙乙光的波長(zhǎng)大大于丙光的波波長(zhǎng)，選項(xiàng)B正確．【夯實(shí)基礎(chǔ)】】1．2006年度諾貝爾爾物理學(xué)獎(jiǎng)授授予了兩名美美國科學(xué)家，，以表彰他們們發(fā)現(xiàn)了宇宙宙微波背景輻輻射的黑體譜譜形狀及其溫溫度在不同方方向上的微小小變化．他們們的出色工作作被譽(yù)為是宇宇宙學(xué)研究進(jìn)進(jìn)入精密科學(xué)學(xué)時(shí)代的起點(diǎn)點(diǎn)，下列與宇宇宙微波背景景輻射黑體譜譜相關(guān)的說法法中正確的是是()A．微波是指指波長(zhǎng)在10－3m到10m之間的電磁磁波B．微波和聲聲波一樣都只只能在介質(zhì)中中傳播C．黑體的熱熱輻射實(shí)際上上是電磁輻射射D．普朗克在在研究黑體的的熱輻射問題題中提出了能能量子假說ACD2．光電效應(yīng)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)論論是：對(duì)于某某種金屬()A．無論光強(qiáng)強(qiáng)多強(qiáng)，只要要光的頻率小小于極限頻率率就不能產(chǎn)生生光電效應(yīng)B．無論光的的頻率多低，，只要光照時(shí)時(shí)間足夠長(zhǎng)就就能產(chǎn)生光電電效應(yīng)C．超過極限限頻率的入射射光強(qiáng)度越弱弱，所產(chǎn)生的的光電子的最最大初動(dòng)能就就越小D．超過極限限頻率的入射射光頻率越高高，所產(chǎn)生的的光電子的最最大初動(dòng)能就就越大AD3．在單縫衍衍射實(shí)驗(yàn)中，，中央亮紋的的光強(qiáng)占整個(gè)個(gè)從單縫射入入的光強(qiáng)的95%以上，，假設(shè)現(xiàn)在只只讓一個(gè)光子子通過單縫，，那么該光子子()A．一定落在在中央亮紋處處B．一定落在在亮紋處C．可能落在在暗紋處D．落在中央央亮紋處的可可能性最大CD【解析】大量光子的行行為顯示出波波動(dòng)性，當(dāng)大大量光子通過過單縫時(shí)光子子落在亮紋處處的概率較大大，尤其是中中央亮紋處，，依題將有95%以上的的光子落在中中央亮紋處，，落在其他亮亮處相對(duì)少一一些，落在暗暗紋處光子最最少，注意的的是暗紋處不不是沒有光子子落在上面，，只是很少而而已．只讓一一個(gè)光子通過過單縫，這個(gè)個(gè)光子落在哪哪一位置是不不可確定的，，可以落在亮亮紋處，也可可以落在暗紋紋處，只是落落在中央亮紋紋的機(jī)會(huì)更大大(有95%以上)．4．在演示光光電效應(yīng)的實(shí)實(shí)驗(yàn)中，原來來不帶電的一一塊鋅板與靈靈敏驗(yàn)電器相相連，用弧光光燈照射鋅板板時(shí)，驗(yàn)電器器的指針張開開一個(gè)角度，，如圖所示，，這時(shí)鋅板帶帶電電，指針帶帶電.正正【解析】在光電效應(yīng)實(shí)實(shí)驗(yàn)中，鋅板板因逸出電子子帶正電，驗(yàn)驗(yàn)電器由于與與鋅板接觸也也帶正電，其其指針也帶正正電.【能力提升】】5．在中子衍衍射技術(shù)中，，常利用熱中中子研究晶體體的結(jié)構(gòu)，因因?yàn)闊嶂凶拥牡牡虏剂_意波波波長(zhǎng)與晶體體中原子間距距相近，已知知中子質(zhì)量m＝1.67×10－27kg，普朗克克常量h＝6.63×10－34J·s，可以以估算出德布布羅意波波長(zhǎng)長(zhǎng)λ＝1.82×10－10m的熱中子的的動(dòng)量的數(shù)量量級(jí)可能是()A．10－17B．10－18C．10－20D．10－24D6．下下表給給出了了一些些金屬屬材料料的逸逸出功功.材料銫鈣鎂鈹鈦逸出功(×10－19J)3.04.35.96.26.6現(xiàn)用波波長(zhǎng)為為400nm的單單色光光照射射上述述材料料，能能產(chǎn)生生光電電效應(yīng)應(yīng)的材材料最最多有有幾種種(普普朗克克常量量h＝6.63×10－34J·s，光光速c＝3.0×108m/s)()A．2種B．3種C．4種D．5種A7．用用波長(zhǎng)長(zhǎng)為2.0×10－7m的紫紫外線線照射射鎢的的表面面，釋釋放出出來的的光電電子中中最大大的動(dòng)動(dòng)能是是4.7×10－19J．由由此可可知，，鎢的的極限限頻率率是(普朗朗克常常量h＝6.63×10－34J·s，光光速c＝3.0×108m/s，結(jié)結(jié)果取取兩位位有效效數(shù)字字)()A．5.5×1014HzB．．7.9×1014HzC．9.8×1014HzD．．1.2×1015HzB8．研研究光光電效效應(yīng)的的電路路如圖圖所示示．用頻率率相同同、強(qiáng)強(qiáng)度不不同的的光分分別照照射密封封真空空管的的鈉極極板(陰極極K)，鈉鈉極板發(fā)發(fā)射出出的光光電子子被陽陽極A吸收，，在電路路中形形成光光電流流．下下列光光電流流I與A、K之間的的電壓壓UAK的關(guān)系系圖象象中，，正確確的是是()C【解析析】雖然入入射光光強(qiáng)度度不同同，但但光的的頻率率相同同，所所以截截止電電壓相相同；；又因因當(dāng)入入射光光強(qiáng)時(shí)時(shí)，單單位時(shí)時(shí)間逸逸出的的光電電子多多，飽飽和光光電流流大，，所以以選C.【開拓拓視野野】9．閱閱讀如如下資資料并并回答答問題題：自然界界中的的物體體由于于具有有一定定的溫溫度，，會(huì)不不斷向向外輻輻射電電磁波波，這這種輻輻射因因與溫溫度有有關(guān)，，稱為為熱輻輻射．．熱輻輻射具具有如如下特特點(diǎn)：：①輻射的的能量量中包包含各各種波波長(zhǎng)的的電磁磁波；；②物體溫溫度越越高，，單位位時(shí)間間從物物體表表面上上輻射射的能能量越越大；；③在輻射射的總總能量量中，