MSDC[1].高中物理 光的粒子性和波粒二象性 （A级）.学生版-

1、知识点1 光电效应1. 光电效应实验锌板被光照后,验电器带正电,说明从锌板表面上发射出电子.在光(包括不可见光照射下从物体发射出电子(光子的现象叫做光电效应.光的电磁说,使光的理论发展到相当完美的地步,取得了巨大成就,但是并不能解释所有的光现象,光电效应现象的出现,光的电磁说遇到了不可克服的困难.2. 光电效应结论(1任何一种金属,都有一个极限频率,入射光的频率必须大于这个极限频率,才能产生光电效应;低于这个频率的光不能产生光电效应.(2光电子的最大初动能与入射光的强度无关,只随入射光的频率的增大而增大.(3入射光照到金属上时,光电子的发射几乎是瞬时的,一般不超过910s -.(4当入射光的频

2、率大于极限频率时,光电流的强度与入射光的强度成正比.3. 光电效应与光的电磁说的冲突光的电磁说不能解释前三条实验结论.(1按照光的电磁说,光是电磁波,是变化的电场与变化的磁场的传播.入射光照射到金属上时,金属中的自由电子受变化电场的驱动力作用而做受迫振动,增大入射光的强度,光波的振幅增大,当电子做受迫振动的振幅足够大时,总可挣脱金属束缚而逸出,成为光电子,不应存在极限频率.(2按照光的电磁说,光的强度应由光波的振幅决定,因此光电子的最大初动能应与入射光的强度有关.(3按照光的电磁说,光电子的产生需要较长的时间而不是瞬间.4. 光子说1900年德国物理学家普朗克在研究“电磁场辐射的能量分布”时发

3、现,只有认为电磁波的发射和吸收不是连续的,而是一份一份地进行的,每一份的能量等于h ,理论计算的结果才能跟实验事实完全符合.普朗克恒量346.6310J s h -=.爱因斯坦在上述学说的启发下,于1905年提出光的光子说,在空间传播的光也不是连续的,而是一份一份的,每一份叫做一个光子,光子的能量与频率成正比. 光子说对光电效应的解释:光子的能量只与光的频率有关,金属中的电子吸收的光子的频率越大,电知识框架 光的粒子性及波粒二象性 子获得的能量也就越多,当能量足以使电子摆脱金属束缚时就能从金属表面逸出,成为光电子.因而存在一个能使电子获得足够能量的频率,即极限频率.上述解释同样能解释光电效应第

4、二条结论.电子吸收了光子后,动能立刻就增加了,不需要能量的积累过程,因此光电子的发射几乎是瞬时的.根据能量守恒定律: k E W =-(光电方程5. 光电效应的规律(1入射光越强,饱和光电流就越大,也就是单位时间内发射的光电子数越多.即光电流强度与入射光的强度成正比.光电效应规律中“光电流的强度”指的是光电流的饱和值.因为光电流未达到饱和值之前,其大小不仅与入射光的强度有关,还与光电管两极间的电压有关.只有在光电流达到饱和值以后才和入射光的强度成正比.(2射出的光电子存在最大初动能,最大初动能与光强无关,只随光的频率的增大而增大.遏止电压:使光电流减小到零的反向电压C U ,21=2e c e

5、 m v eU ,遏止电压的存在说明光电子具有一定的初速度,遏止电压随入射光的频率改变,与光强无关.(3任何金属都存在截止频率,用超过截止频率的光照射这种金属才能产生光电效应,低于截止频率的光照射,无论光有多强,照射时间有多长,都不会产生光电效应.(4光电效应的瞬时性,产生光电效应的时间不会超过10-9s .知识点2 光的波粒二象性1. 波粒二象性光的干涉、衍射、偏振现象和光的电磁说,证明光具有波动性;光电效应现象和光子说证明光具有粒子性.无法用其中的一种性质解释所有光现象,所以认定光既有粒子性,又有波动性,即具有波粒二象性.2. 波粒二象性的统一不能把光当成宏观概念中的波或粒子,因为宏观世界

6、的波动性与粒子性是对立的,而光的波动性与粒子性是统一在同一客体光子上了.个别光子表现为粒子性,大量光子的行为表现为波动性;频率大的光子粒子性明显,而频率小的光子波动性明显;当光子和其他物质发生相互作用时往往显示粒子性,光在传播过程中往往显示波动性.3. 光波是一种概率波光的干涉、衍射现象等是大量光子的运动遵守波动规律的表现,亮条纹是光子到达概率大的地方,暗条纹是光子到达概率小的地方,因而光波又叫概率波.知识点3 能量的量子化宏观世界的能量是连续的,微观世界里的能量是不连续的,不是任意值,是量子化的,或者说是分立的.1900年,德国物理学家普朗克提出能量量子化假说:振动着的带电微粒的能量只能是某

7、一最小能量的整数倍,最小能量称为能量子h =,普朗克常量:346.62610J s h-= 【例1】 用如图所示的光电管研究光电效应的实验中,用某种频率的单色光a 照射光电管阴极K ,电流计G 的指针发生偏转.而用另一频率的单色光b 照射光电管阴极K时,电流计G 的指针不发生偏转,那么( A .a 光的波长一定大于b 光的波长B .增加b 光的强度可能使电流计G 的指针发生偏转C .用a 光照射光电管阴极K 时通过电流计G 的电流是由d 到cD .只增加a 光的强度可使通过电流计G 的电流增大【例2】 如图,当电键K 断开时,用光子能量为2.5eV 的一束光照射阴极P ,发现电 流表读数不为零

8、;合上电键,调节滑动变阻器,当电压表读数小于0.60V 时,电流表读数仍不为零,当电压表读数大于或等于0.60V 时,电流表读数为零.由此可知阴极材料的逸出功为( A .1.9eVB .0.6eVC .2.5eVD .3.1eV【例3】 在做光电效应的实验时,某金属被光照射发生了光电效应,实验测得光电子的最大初动能k E 与入射光的频率v 的关系如图所示,由实验图线可 求出( A .该金属的极限频率和极限波长B .普朗克常量C .该金属的逸出功D .单位时间逸出的光电子数【例4】 别用波长为2和的单色光照射同一金属板,发出的光电子的最大初动能之比为1:3.以h 表示普朗克常量,c 表示真空中的

9、光速,则此金属板的逸出功为( A .34h c B .23hc C .14hc D .4hc 【例5】 一细束平行光,经玻璃三棱镜折射后分成互相分离的三束光,分别照射到相同的金属板a 、b 、c上,如图所示,已知金属板b 上有光电子逸出,可知( A .板a 上一定有光电子逸出 B .板a 上一定无光电子逸出C .板c 上一定有光电子逸出D .板c 上一定无光电子逸出【例6】 用绿光照射一个光电管,能产生光电效应欲使光电子从阴极逸出时的最大初动能增大,应( 例题精讲A .改用红光照射B .增大绿光强度C .增大绿光的照射时间D .改用紫光照射【例7】 如图所示,光电子最大初动能k E 与入射光频

10、率的关系图象,该图象是研究金属而得到的,那么:A .该金属的逸出功为E B .该金属的逸出功为0h .C .入射光的频率为02时,产生的光电子的最大初动能为E .D .入射光的频率为02时,产生的光电子的最大初动能为/2E【例8】 关于光电效应的规律,下列说法中,不正确的是( A .当某种色光照射金属表面时,能产生光电效应,则入射光的频率越大,产生的光电子的最大初动能越大B .当某种色光照射金属表面时,能产生光电效应,则入射光的强度越大,单位时间内产生的光电子数越多C .同一频率的光照射不同金属,如果都能产生光电效应,则逸出功大的金属产生的光电子的最大初动能也越大D .对于某金属,入射光波长必

11、须小于某一极限波长,才能产生光电效应【例9】 当具有50eV .能量的光子照射到某金属表面后,从金属表面逸出的电子具有最大的初动能是15eV .为了使这种金属产生光电效应,入射光的最低能量为( A .15eV .B .35eV .C .50eV .D .6.5eV【例10】 频率为 的光照射某金属材料,产生光电子的最大初动能为k E .若以频率为2 的光照射同一种金属材料,则光电子的最大初动能为_.【例11】 某金属用频率为1的光照射时产生的光电子的最大初动能是用频率为2的光照射时产生的光电子的最大初动能的2倍,则该金属的逸出功W =_.【例12】 在下列现象中,说明光具有波动性的是( A .

12、光的直线传播B .光的衍射C .光的干涉D .光电效应【例13】 若某光谱线的波长为,则此光谱线中光子的(A .频率为c B .能量为hc C .动量为h D .质量为h c 【例14】 一个德布罗意波长为1的中子和一个德布罗意波长为2的氘核同向正碰后结合成一个氚核该氚核的德布罗意波长为( A .2121+ B .2121-. C .221+ D .221- 【例15】 已知某单色光的波长为,在真空中光速为c ,普朗克常量为h ,则其能量子的值为( A .c h B .hC .h cD .以上均不正确【例16】 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

13、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 .大量光子的行为往往显示出粒子性【例17】 关于光电效应,以下说法正确的是( A .光电子的最大初动能与入射光的频率成正比B .光电子的最大初动能越大,形成的光电流越强C .能否产生光电效应现象,决定于入射光光子的能量是否大于或等于金属的逸出功D .用频率是1的绿光照射某金属发生了光电效应,改用频率是2的黄光照射该金属一定不发生光电效应 1、 用绿光照射一光电管,能产生光电效应,欲使光电子从阴极逸出时最大初动能增大,应( A .改用红光照射B .增大绿光强度C .增大光电管上的加速电压D .改用紫光照射2、 关

14、于光电效应,下列说法正确的是 (填入选项前的字母,有填错的不得分A .极限频率越大的金属材料逸出功越大B .只要光照射的时间足够长,任何金属都能产生光电效应C .从金属表面出来的光电子的最大初动能越大,这种金属的逸出功越小D .入射光的光强一定时,频率越高,单位时间内逸出的光电子数就越多3、 在做双缝干涉实验时,在观察屏的某处是亮纹,则对光子到达观察屏的位置下列说法正确的是:A .到达亮纹处的比率比到达暗纹处的比率大B .到达暗纹处的比率比到达亮纹处的比率大课堂检测C该光子可能到达光屏的任何位置 D以上说法均有可能 4、 单色光从真空射入玻璃时，它的( A波长变长，速度变小，光量子能量变小 B

15、波长变短，速度变大，光量子能量变大 C波长变长，速度变大，光量子能量不变 D波长变短，速度变小，光量子能量不变 【例1】 如图所示，在光滑、固定的水平杆上套着一个光滑的滑环 m ，滑环下通过一根不可伸长的轻绳悬 吊一重物 M ，轻绳长为 L ，将滑环固定在水平杆上，给 M 一个水平冲量作用，使 M 摆动，且恰 好刚碰到水平杆问： （1） M 在摆动过程中，滑环对水平杆的压力的最大值是多少？ （2）若滑环 m 不固定，仍给 M 以同样大小的冲量作用，则 M 摆起的最大高度为多少？ 1 如图所示，质量为 M 的天车静止在光滑水平轨道上，下面用长为 L 的细线悬挂着质量为 m 的沙箱， 一颗质量为 m0 的子弹以 v0 的水平速度射入沙箱，并留在其中，在以后运动过程中，求