【名师导学】高考物理第一轮总复习 14.1波粒二象性课件 教科版选修35.ppt

第1节波粒二象性 一 光电效应1 光电效应现象光电效应 在光的照射下金属中的电子从表面逸出的现象 叫做光电效应 发射出来的电子叫做 特别提醒 1 光电效应的实质是光现象转化为电现象 2 定义中的光包括可见光和不可见光 光电子 2 几个名词解释 1 遏止电压 使光电流减小到零时的 2 截止频率 能使某种金属发生光电效应的频率叫做该种金属的截止频率 又叫极限频率 不同的金属对应着不同的极限频率 3 逸出功 电子从金属中逸出所需做功的 叫做该金属的逸出功 反向电压uc 最小 最小值 3 光电效应规律 1 每种金属都有一个极限频率 入射光的频率必须极限频率才能产生光电效应 2 光电子的与入射光的强度无关 只随入射光频率的增大而 3 只要入射光的频率大于金属的极限频率 照到金属表面时 光电子的发射几乎是 一般不超过10 9s 与光的强度关 4 当入射光的频率大于金属的极限频率时 饱和光电流的强度与入射光的强度成比 大于 最大初动能 增大 瞬时的 无 正 4 爱因斯坦光电效应方程 1 光子说 空间传播的光的能量是不连续的 是一份一份的 每一份叫做一个光子 光子的能量为e 其中h是普朗克常量 其值为6 63 10 34j s 是光的频率 2 光电效应方程 其中h 为入射光子的能量 ek为光电子的最大初动能 w是金属的逸出功 二 光的波粒二象性1 光的干涉 衍射 偏振现象证明光具有性 2 光电效应和康普顿效应说明光具有性 h ek h w 波动 粒子 3 光既具有波动性 又具有粒子性 称为光的性 三 物质波 又叫德布罗意波 1 物质波 任何一个运动着的物体 小到微观粒子大到宏观物体都有一种波与它对应 其波长 p为运动物体的动量 h为普朗克常量 2 物质波是概率波 光子和粒子在空间各处出现的概率受波动规律支配 概率大的地方 光子或粒子出现的 反之就少 不要以宏观观点中的波来理解德布罗意波 波粒二象 次数多 例1关于光电效应 下列说法正确的是 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 题型一 光电效应规律的理解 思路点拨 弄清光电效应发生的条件 光电子的最大初动能和光电子的的决定因素是解答本题的关键 答案 a 方法与知识感悟 光电效应规律的解释 题型二 光电效应方程的应用例2如图所示 当电键s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 合上电键 调节滑动变阻器 发现当电压表读数小于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 1 求此时光电子的最大初动能的大小 2 求该阴极材料的逸出功 解析 设用光子能量为2 5ev的光照射时 光电子的最大初动能为ekm 阴极材料逸出功为w0 当反向电压达到u 0 60v以后 具有最大初动能的光电子也达不到阳极 因此eu ek由光电效应方程 ek h w0由以上二式 ek 0 60ev w0 1 9ev 答案 1 0 60ev 2 1 9ev 方法与知识感悟 1 光电效应现象中射出的光电子具有一定动能 因此易与电场 磁场相结合命制综合性较强的试题 射出的光电子的动能是解决这类问题的重要条件 可由爱因斯坦光电效应方程求得 2 由爱因斯坦光电效应方程可得ekm 曲线 如图 由图象可以得到的物理量 极限频率 图线与 轴交点的横坐标 0 逸出功 图线与ekm轴交点的纵坐标的绝对值e w0 普朗克常量 图线的斜率k h 题型三 光的波粒二象性例3关于物质的波粒二象性 下列说法中不正确的是 a 不仅光子具有波粒二象性 一切运动的微粒都具有波粒二象性b 运动的微观粒子与光子一样 当它们通过一个小孔时 都没有特定的运动轨道c 波动性和粒子性 在宏观现象中是矛盾的 对立的 但在微观高速运动的现象中是统一的d 实物的运动有特定的轨道 所以实物不具有波粒二象性 解析 光具有波粒二象性是微观世界具有的特殊规律 大量光子运动的规律表现出光的波动性 而单个光子的运动表现出光的粒子性 光的波长越长 波动性越明显 光的频率越高 粒子性越明显 而宏观物体的德布罗意波的波长太小 实际很难观察到波动性 不是不具有波粒二象性 d项合题意 答案 d 方法与知识感悟 1 对光的波粒二象性的理解光既有波动性 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 1 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 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 贯穿本领越强 3 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 2 德布罗意波假说是光的波粒二象性的一种推广 使之包含了物质粒子 即光子和实物粒子都具有粒子性 又都具有波动性 与光子对应的波是电磁波 与实物粒子对应的波是德布罗意波 1 有关光的本性的说法正确的是 a 关于光的本性 牛顿提出了 微粒说 惠更斯提出了 波动说 爱因斯坦提出了 光子说 它们都圆满地说明了光的本性b 光具有波粒二象性是指 既可以把光看成宏观概念上的波 也可以看成宏观概念上的粒子c 光的干涉 衍射现象说明光具有波动性 光电效应说明光具有粒子性d 在光的双缝干涉实验中 如果光通过双缝时显出波动性 如果光只通过一个缝时显出粒子性 c 解析 牛顿主张的微粒说中的微粒与实物粒子一样 惠更斯主张的波动说中的波动与宏观机械波等同 这两种观点是相互对立的 都不能说明光的本性 所以a b错 c正确 在双缝干涉实验中 双缝干涉出现明暗均匀的条纹 单缝出现中央亮而宽 周围暗而窄的条纹 都说明光的波动性 当让光子一个一个地通过单缝时 曝光时间短时表现出粒子性 曝光时间长时显出波动性 因此d错误 2 2011广东 光电效应实验中 下列表述正确的是 a 光照时间越长光电流越大b 入射光足够强就可以有光电流c 遏止电压与入射光的频率有关d 入射光频率大于极限频率才能产生光电子 cd 解析 光电流的大小只与到达阳极的光电子个数有关 a错 由h w ek和uq ek知 cd正确 3 在光电效应实验中 飞飞同学用同一光电管在不同实验条件下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线 甲光 乙光 丙光 如图所示 则可判断出 a 甲光的频率大于乙光的频率b 乙光的波长大于丙光的波长c 乙光对应的截止频率大于丙光的截止频率d 甲光对应的光电子最大初动能大于丙光的光电子最大初动能 b 解析 由题图可知 甲 乙两光对应的反向截止电压均为uc2 由爱因斯坦光电效应方程ekm h w0及 euc2 0 ekm可知甲 乙两光频率相同 且均小于丙光频率 选项a c均错 甲光频率小 则甲光对应光电子最大初动能小于丙光的光电子最大初动能 选项d错误 乙光频率小于丙光频率 故乙光的波长大于丙光的波长 选项b正确 夯实基础 1 2006年度诺贝尔物理学奖授予了两名美国科学家 以表彰他们发现了宇宙微波背景辐射的黑体谱形状及其温度在不同方向上的微小变化 他们的出色工作被誉为是宇宙学研究进入精密科学时代的起点 下列与宇宙微波背景辐射黑体谱相关的说法中正确的是 a 微波是指波长在10 3m到10m之间的电磁波b 微波和声波一样都只能在介质中传播c 黑体的热辐射实际上是电磁辐射d 普朗克在研究黑体的热辐射问题中提出了能量子假说 acd 2 光电效应的实验结论是 对于某种金属 a 无论光强多强 只要光的频率小于极限频率就不能产生光电效应b 无论光的频率多低 只要光照时间足够长就能产生光电效应c 超过极限频率的入射光强度越弱 所产生的光电子的最大初动能就越小d 超过极限频率的入射光频率越高 所产生的光电子的最大初动能就越大 ad 3 在单缝衍射实验中 中央亮纹的光强占整个从单缝射入的光强的95 以上 假设现在只让一个光子通过单缝 那么该光子 a 一定落在中央亮纹处b 一定落在亮纹处c 可能落在暗纹处d 落在中央亮纹处的可能性最大 cd 解析 大量光子的行为显示出波动性 当大量光子通过单缝时光子落在亮纹处的概率较大 尤其是中央亮纹处 依题将有95 以上的光子落在中央亮纹处 落在其他亮处相对少一些 落在暗纹处光子最少 注意的是暗纹处不是没有光子落在上面 只是很少而已 只让一个光子通过单缝 这个光子落在哪一位置是不可确定的 可以落在亮纹处 也可以落在暗纹处 只是落在中央亮纹的机会更大 有95 以上 4 在演示光电效应的实验中 原来不带电的一块锌板与灵敏验电器相连 用弧光灯照射锌板时 验电器的指针张开一个角度 如图所示 这时锌板带电 指针带电 正 正 解析 在光电效应实验中 锌板因逸出电子带正电 验电器由于与锌板接触也带正电 其指针也带正电 能力提升 5 在中子衍射技术中 常利用热中子研究晶体的结构 因为热中子的德布罗意波波长与晶体中原子间距相近 已知中子质量m 1 67 10 27kg 普朗克常量h 6 63 10 34j s 可以估算出德布罗意波波长 1 82 10 10m的热中子的动量的数量级可能是 a 10 17b 10 18c 10 20d 10 24 d 6 下表给出了一些金属材料的逸出功 现用波长为400nm的单色光照射上述材料 能产生光电效应的材料最多有几种 普朗克常量h 6 63 10 34j s 光速c 3 0 108m s a 2种b 3种c 4种d 5种 a 7 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 b 8 研究光电效应的电路如图所示 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的关系图象中 正确的是 c 解析 虽然入射光强度不同 但光的频率相同 所以截止电压相同 又因当入射光强时 单位时间逸出的光电子多 饱和光电流大 所以选c 开拓视野 9 阅读如下资料并回答问题 自然界中的物体由于具有一定的温度 会不断向外辐射电磁波 这种辐射因与温度有关 称为热辐射 热辐射具有如下特点 辐射的能量中包含各种波长的电磁波 物体温度越高 单位时间从物体表面上辐射的能量越大 在辐射的总能量中 各种波长所占的百分比不同 处于一定温度的物体在向外辐射电磁能量的同时 也要吸收由其他物体辐射的电磁能量 如果它处在平衡状态 则能量保持不变 若不考虑物体表面性质对辐射与吸收的影响 我们定义一种理想的物体 它能100 地吸收射到其表面的电磁辐射 这样的物体称为黑体 单位时间内从黑体表面单位面积辐射的电磁波的总能量与黑体绝对温度的四次方成正比 即有p0 t4 其中 5 67 10 8w m2 k4 在下面