2020版高考物理一轮复习第12章动量守恒定律波粒二象性原子结构与原子核第2讲波粒二象性课件

第2讲波粒二象性 知识排查 光电效应 1 光电效应现象 在光的照射下金属中的电子从金属表面逸出的现象 称为光电效应 发射出来的电子称为 光电子 2 光电效应的四个规律 1 每种金属都有一个 2 光子的最大初动能与入射光的强度无关 只随入射光的 增大而增大 3 光照射到金属表面时 光电子的发射几乎是 的 4 光电流的强度与入射光的 成正比 3 遏止电压与截止频率 1 遏止电压 使光电流减小到零的反向电压uc 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 极限频率 频率 瞬时 强度 最小 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 其中h 6 63 10 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 3 最大初动能发生光电效应时 金属表面上的 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 爱因斯坦光电效应方程 h 最小值 电子 4 爱因斯坦光电效应方程 1 表达式 ek h 2 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金属的 剩下的表现为逸出后光电子的最大初动能ek w0 逸出功w0 1 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 光电效应说明光具有 性 3 光既具有波动性 又具有粒子性 称为光的 2 物质波 1 概率波光的干涉现象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 的地方 暗条纹是光子到达概率 的地方 因此光波又叫概率波 光的波粒二象性与物质波 波动 粒子 波粒二象 大 小 3 不确定性关系在经典物理学中 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 关系 2 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 不确定性 小题速练 1 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 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 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 2 人教版选修3 5 p30 演示实验改编 多选 如图1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 图1a 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 故选项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 故选项c正确 d错误 答案bc 3 下列说法正确的是 a 实物的运动有特定的轨道 所以实物不具有波粒二象性b 康普顿效应说明光子既有能量又有动量c 光是高速运动的微观粒子 单个光子不具有波粒二象性d 宏观物体的物质波波长非常小 极易观察到它的波动解析由德布罗意理论知 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 但仍具有波粒二象性 选项a d错误 康普顿效应说明光子除了具有能量之外还有动量 选项b正确 波粒二象性是光子的特性 单个光子也具有波粒二象性 选项c错误 答案b 光电效应规律的理解与应用 1 对光电效应的四点提醒 1 能否发生光电效应 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2 图2 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 1 多选 在光电效应实验中 用频率为 的光照射光电管阴极 发生了光电效应 下列说法正确的是 a 增大入射光的强度 光电流增大b 减小入射光的强度 光电效应现象消失c 改用频率小于 的光照射 一定不发生光电效应d 改用频率大于 的光照射 光电子的最大初动能变大 答案ad 2 多选 如图3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 图3a 该金属的截止频率为4 27 1014hzb 该金属的截止频率为5 5 1014hzc 该图线的斜率表示普朗克常量d 该金属的逸出功为0 5ev 答案ac 3 研究光电效应的电路如图4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 图4 解析虽然入射光强度不同 但光的频率相同 所以遏止电压相同 又因当入射光强度大时 单位时间逸出的光电子多 饱和光电流大 所以选项c正确 答案c 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 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 粒子的波动性概率波不确定性关系 1 多选 用极微弱的可见光做双缝干涉实验 随着时间的增加 在屏上先后出现如图5 a b c 所示的图象 则 图5a 图象 a 表明光具有粒子性b 图象 c 表明光具有波动性c 用紫外光观察不到类似的图象d 实验表明光是一种概率波 解析图象 a 只有分散的亮点 表明光具有粒子性 图象 c 呈现干涉条纹 表明光具有波动性 用紫外光也可以观察到类似的图象 实验表明光是一种概率波 选项a b d正确 答案abd 2 多选 实物粒子和光都具有波粒二象性 下列事实中突出体现波动性的是 a 电子束通过双缝实验装置后可以形成干涉图样b 射线在云室中穿过会留下清晰的径迹c 人们利用慢中子衍射来研究晶体的结构d 人们利用电子显微镜观测物质的微观结构 解析电子束通过双缝实验装置后可以形成干涉图样 可以说明电子是一种波 故选项a正确 射线在云室中穿过会留下清晰的径迹 可以说明 射线是一种粒子 故选项b错误 人们利用慢中子衍射来研究晶体的结构 中子衍射说明中子是一种波 故选项c正确 人们利用电子显微镜观测物质的微观结构 利用了电子束的衍射现象 说明电子束是一种波 故选项d正确 答案acd 3 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