高中物理 第四章 波粒二象性课件 教科版选修35.ppt

章末整合 能量的量子化光的离子性粒子的波动性不确定性关系 波粒二象性 一 量子论与光子说1 量子论 德国物理学家普朗克提出 电磁波的发射和吸收是不连续的 而是一份一份的 每一份电磁波的能量e h 2 光子说 爱因斯坦提出 空间传播的光也是不连续的 而是一份一份的 每一份称为一个光子 光子具有的能量与光的频率成正比 即e h 其中h为普朗克常量 h 6 63 10 34j s 例1 下列对光子的认识 正确的是 a 光子说 中的光子就是牛顿在微粒说中所说的 微粒 b 光子说 中的光子就是光电效应的光电子c 在空间传播的光是不连续的 而是一份一份的 每一份叫做一个光量子 简称光子d 光子的能量跟光的频率成正比答案cd 解析根据光子说 在空间传播的光是不连续的 而是一份一份的 每一份叫做一个光量子 简称光子 而牛顿的 微粒说 中的微粒指宏观世界的微小颗粒 光电效应中 金属内的电子吸收光子后克服原子核的库仑引力等束缚 逸出金属表面 成为光电子 故a b选项错误 c选项正确 由 h 知 光子能量 与其频率 成正比 故d选项正确 例2 已知 功率为100w的灯泡消耗的电能的5 转化为所发出的可见光的能量 光速c 3 0 108m s 普朗克常量h 6 63 10 34j s 假定所发出的可见光的波长都是560nm 计算灯泡每秒内发出的光子数 答案1 4 1019个 二 光电效应的规律和光电效应方程1 光电效应规律 1 任何一种金属都对应一个极限 截止 频率 入射光频率必须大于极限频率才会产生光电效应 2 光电子的最大初动能与入射光的强度无关 只随着入射光频率的增大而增大 3 当入射光频率大于极限频率时 保持频率不变 光电流的强度与入射光的强度成正比 4 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10 9s 2 爱因斯坦光电效应方程ek h a a表示金属的逸出功 c表示金属的极限频率 则a h c 例3 用波长为2 0 10 7m的紫外线照射钨的表面 释放出来的光电子中最大的动能是4 7 10 19j 由此可知 钨的极限频率是 普朗克常量h 6 63 10 34j s 光速c 3 0 108m s 结果取两位有效数字 a 5 5 1014hzb 7 9 1014hzc 9 8 1014hzd 1 2 1015hz答案b 针对训练 2014 江苏卷 已知钙和钾的截止频率分别为7 73 1014hz和5 44 1014hz 在某种单色光的照射下两种金属均发生光电效应 比较它们表面逸出的具有最大初动能的光电子 钙逸出的光电子具有较大的 a 波长b 频率c 能量d 动量答案a 三 用图象表示光电效应的规律1 ek 图象根据爱因斯坦光电效应方程ek h a 光电子的最大初动能ek是入射光频率 的一次函数 图象如图1所示 其横轴截距为金属的极限频率 c 纵轴截距是金属的逸出功的负值 斜率为普朗克常量h 图1 2 i u图象 图2 例4 1 研究光电效应的电路如图3所示 用频率相同 强度不同的光分别照射密封真空管的钠极板 阴极k 钠极板发射出的光电子被阳极a吸收 在电路中形成光电流 下列光电流i与a k之间的电压uak的关系图像中 正确的是 图3 2 钠金属中的电子吸收光子的能量 从金属表面逸出 这就是光电子 光电子从金属表面逸出的过程中 其动量的大小 选填 增大 减小 或 不变 原因是 答案 1 c 2 减小光电子受到金属表面层中力的阻碍作用 或需要克服逸出功 四 光的波粒二象性 物质波1 光的干涉 衍射 光的偏振说明光具有波动性 光电效应 康普顿效应则证明光具有粒子性 因此 光具有波粒二象性 对于光子这样的微观粒子只有从波粒二象性出发 才能统一说明光的各种行为 2 电子的衍射实验 说明了一些物质微粒也像光子一样具有波粒二象性 例5 现代物理学认为 光和实物粒子都具有波粒二象性 下列事实中突出体现波动性的是 a 一定频率的光照射到锌板上 光的强度越大 单位时间内锌板上发射的光电子就越多b 肥皂液是无色的 吹出的肥皂泡却是彩色的c 质量为10 3kg 速度为10 2m s的小球 其德布罗意波长约为10 23m 不过我们能清晰地观测到小球运动的轨迹d 人们常利用热中子研究晶体的结构 因为热中子的德布罗意波长与晶体中原子间距大致相同 答案bd解析光子照到锌板上 发生光电效应 说明光有粒子性 a不正确 白光在肥皂泡上发生薄膜干涉时 会出现彩色条纹 光的