1、【 精品教育资源文库 】 第 2 课时 波粒二象性 一、光电效应 1.能量子 (1)定义：普朗克认为 ， 带电微粒辐射或吸收能量时 ， 只能是辐射或吸收某个最小能量值的整数倍 ， 这个不可再分的最小能量值 叫做能量子。 (2)大小： h ， 其中 是 电磁波的频率 ， h 是 普朗克常量 ， 数值 h 6.62610 34_J s(一般 h 取 6.6310 34 J s)。 2.光电效应 (1)定义：照射到金属表面的光 ， 能使金属中的 电子 从表面逸出的现象。 (2)光电子： 光电效应 中发射出来的电子。 (3)光电效应规律 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
2、限频率才能产生光电效应。低于这个频率的光不能产生光电效应。 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 。 光电效应的发生 几乎瞬时 的 ， 一般不超过 10 9s。 当入射光的频率大于极限频率时 ， 饱和光电流的强度与入射光的强度成 正比 。 3.爱因斯坦光电效应方程 (1)光子说：在空间传播的光是不连续的 ， 而是一份一份的 ， 每一份叫做一个光的能量子 ，简称光子 ， 光子的能量 h 。其中 h 6.6310 34J s。 (称为普朗克常量 ) (2)逸出功 W0：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
3、 电子 吸收光子后克服原子核的引力逸出时所具有的动能的最大值。 (4)爱因斯坦光电效应方程 表达式： Ek h W0。 物理意义：金属表面的电子吸收一个光子获得的能量是 h ， 这些能量的一部分用来克服【 精品教育资源文库 】 金属的 逸出功 W0， 剩下的表现为逸出后光电子的最大初动能 Ek 12mev2。 二、光的波粒二象性 1.光的波粒二象性 (1)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 h 和动量 p h 。两式左侧的 物理量 和 p 描述光的 粒子 性 ， 右侧的物理量 和 描述光的 波动 性 ， 普朗克常量 h 架起了粒子性与波动性之间的
4、桥梁。 2.粒子的波动性 (1)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 ， 也叫做 物质波 。 (2)物质波的波长、频率关系式 波长： hp， 频率： h 。 3.概率波 (1)光波是一种概率波 光的波动性不是光子之间相互作用的结果而是光子自身 固有的性质 ， 光子在空间出现的概率可以通过 波动规律 确定 ， 所以 ， 光波是一种 概率波 。 (2)物质波 也是一种概率波 对于电子和其他微观粒子 ， 单个粒子的位置是 不确 定的 ， 但在某点出现的概率的大小可以由波动规律 确定 ， 而且对于大量粒子 ， 这种概率分布导致确定的宏观结果 ， 所
5、以物质波也是概率波。 4.不确定性关系 (1)定义：在经典物理学中 ， 一个质点的位置和动量是可以同时测定的 ， 在微观物理学中 ，要同时测出微观粒子的位置和动量是不太可能的 ， 这种关系叫 不确定性 关系。 (2)表达式： x p h4 。其中以 x 表示粒子位置的不确定量 ， 以 p 表示粒子在 x 方向上的动量的不确定量 ， h 是普朗克常量。 【思考判断】 1.光电子就是光子 ( ) 2.只要光强度足够强 ， 任何金属都能发生光电效应 ( ) 【 精品教育资源文库 】 3.极限频率越大的金属材料逸出功越大 ( ) 4.爱因斯坦认为光是一份一份的 ， 每一份叫光量子 ( ) 5.宏观物
6、体不具有波动性 ( ) 6.光子和光电子都是实物粒子 ( ) 7.要使某金属发生光电效应 ， 入射光子的能 量必须大于金属的逸出功 ( ) 8.光电子的最大初动能与入射光子的频率成正比 ( ) 9.光的频率越高 ， 光的粒子性越明显 ， 但仍具有波动性 ( ) 10 德国物理学家普朗克提出了量子假说 ， 成功地解释 了光电效应规律 ( ) 11.美国物理学家康普顿发现了康普顿效应 ， 证实了光的粒子性 ( ) 12.法国物理学家德布罗意大胆预言了实物粒子在一定条件下会表现为波动性 ( ) 考点一 能量量子化 ( /b) 光的粒子性 ( /c) 要点突破 1.对光电效应的四点提醒 (1)能否发生
7、光电效应 ， 不取决于光的强度而取决于光的频率。 (2)光电效应中的 “ 光 ” 不是特指可见光 ， 也包括不可见光。 (3)逸出功的大小由金属本身决定 ， 与入射光无关。 (4)光电子不是光子 ，而是电子。 2.两条对应关系 (1)光强大 光子 数目多 发射光电子多 光电流大。 (2)光子频率高 光子能量大 光电子的最大初动能大。 3.定量分析时应抓住三个关系式 (1)爱因斯坦光电效应方程： Ek h W0。 (2)最大初动能与遏止电压的关系： Ek eUc。 (3)逸出功与极限频率的关系： W0 h 0。 4.用图象表示光电效应方程 (1)最大初动能 Ek与入射光频率 的关系图线如图。 【
8、 精品教育资源文库 】 (2)由曲线可以得到的物理量： 极限频率：图线与 轴交点的横坐标 c。 逸出功：图线与 Ek轴交点的纵坐标的值 W0 E。 普朗克常量：图线的斜率 k h。 典例 剖析 【例 】 (多选 )在做光电效应的实验时 ， 某金属被光照射时发生了光电效应 ， 实验测得光电子的最大初动能 Ek与入射光的频率 的关系如图所示 (图线上各点对应的坐标已知 ， 只是未标出 )， 由实验图线可求出 ( ) A.该金属的极限频率 B.普朗克常量 C.该金属的逸出功 D.单位时间内逸出的光电子数 解析 依据光电效应方程 Ek h W0可知 ， 当 Ek 0 时 ， c， 即图线的横截距在数
9、值上等于该金属的极限频率。 图线的斜率 k h， 即图线的斜率在数值上等于普朗克常量。 0 时 ， Ek W0， 即图线的纵截距的绝对 值等于该金属的逸出功。 答案 ABC 针对训练 1.(多选 )如图所示 ， 用导线把验电器与锌板相连接 ， 当用紫外线照射锌板时 ， 发生的现象是( ) 【 精品教育资源文库 】 A.有光子从锌板逸出 B.有电子从锌板逸出 C.验电器指针张开一个角度 D.锌板带负电 解析 用紫外线照射锌板是能够发生光电效应的 ， 锌板上的电子吸收紫外线的能量从锌板表面逸出 ， 称之为光电子 ， 故 A 错误、 B 正确；锌板与验电器相连 ， 带有相同电性的电荷 ， 锌板失去
10、电子应该带正电 ， 且失去电子越多 ， 带正电的电荷量越多 ， 验电器指针张角越大 ， 故C 正确、 D 错误。 答案 BC 2.(多选 )如图所示是用光照射某种金属时逸出的光电子的最大初动能随入射光频率的变化图线 (直线与横轴的交点坐标为 4.27， 与纵轴交点坐标为 0.5)。由图可知 ( ) A.该金属的截止频率为 4.2710 14 Hz B.该金属的截止频率为 5.510 14 Hz C.该图线的斜率表示普朗克常量 D.该金属的逸出功为 0.5 eV 解析 图线在横 轴上的截距为截止频率 ， A 正确 ， B 错误；由光电效应方程 Ek h W0可知图线的斜率为普朗克常量 ， C 正
11、确；金属的逸出功为 W0 h 0 6.63 10 34 4.27 10141.6 10 19 eV 1.77 eV， D 错误。 答案 AC 考点二 粒子的波动性 ( /c) 概率波 ( /b) 不确定性关系 ( /b) 要点突破 光既有波动性 ， 又有粒子性 ， 两者不是孤立的 ， 而是有机的统一体 ， 其表现规律为： 【 精品教育资源文库 】 (1)从数量上看：个别光子的作用效果往往表现为粒子性；大量光子的作用效果往往表现为波动性。 (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 ， 贯穿本领越
12、强。 (3)从传播与作用上看：光在 传播过程中往往表现出波动性；在与物质发生作用 时往往表现为粒子性。 (4)波动性与粒子性的统一：由光子的能量 E h ， 光子的动量 p h 表达式也可以看出 ，光的波动性和粒子性并不矛盾 ， 表示粒子性的粒子能量和动量的计算式中都含有表示波的特征的物理量 频率 和波长 。由以上两式和波速公式 c 还可以得出 E pc。 典例剖析 【例 1】 能够证明光具有波粒二象 性的现象是 ( ) A.光电效应和康普顿效应 B.光的衍射和光的色散 C.光的折射和透镜成像 D.光的干涉和康普顿效应 解析 光的干涉 、光的衍射现象证明了光的波动性 ， 光电效应和康普顿效应证
13、明了光的粒子性。 答案 D 【例 2】 物理学家做了一个有趣的实验：在双缝干涉实验中 ， 在光屏处放上照相底片 ， 若减弱光的强度 ， 使光子只能一个一个地通过狭缝 ， 实验结果表明 ， 如果曝光时间不太长 ，底片上只出现一些不规则的点子；如果曝光时间足够长，底片上就会出现规则的干涉条纹，对这个实验结果认识正确的是 ( ) A.曝光时间不长时 ， 出现不规则的点子 ， 表现出光的波动性 B.单个光子通过双缝后的落点可以预测 C.干涉条纹中明亮的部分是光子到达机会较多的地方 D.只有大量 光子的行为才能表现出光的粒子性 解析 由于光波是一种概率波 ， 故 选项 C 正确； A 中的现象说明了光的
14、粒子性 ， 个别光子的行为通常表现出粒子性 ， 故选项 A、 D 错误。 【 精品教育资源文库 】 答案 C 针对训练 1.如果一个电子的德布罗意波长和一个中子的相等 ， 则它们的哪个物理量也相等 ( ) A.速度 B.动能 C.动量 D.总能量 解析 根据德布罗意波长公式 hp， 选项 C 正确。 答案 C 2.用很弱的光做双缝干涉实验 ， 把入射光减弱到可以认为光源和感光胶片之间不可能同时有两个光子存在 ， 如图所示是不同数量的光子照 射到感光胶片上得到的照片。这些照片说明( ) A.光只有粒子性没有波动性 B.光只有波动性没有粒子性 C.少量光子的运动显示波动性 ， 大量光子的运动显示粒子性 D.少量光子的运动显示粒子性 ， 大量光子的运动显示波动性 解析 光具有波粒二
