浙江专版2019版高考物理大一轮复习第十二章动量守恒定律波粒二象性原子结构与原子核第2课时波粒二象性学案

1、第二类波粒二象性一、光电效应1.能量之子(1)定义：普朗克认为当带电粒子辐射或吸收能量时，它们只能辐射或吸收某个最小能量值的整数倍，这个不可分的最小能量值称为能量。(2)尺寸：=h ，其中为电磁波频率，h为普朗克常数，h=6.62610-34 _ js(一般情况下，h为6.6310-34 _ Js)。2.光电效应(1)定义：金属中的电子被照射在金属表面的光从表面逃逸的现象。(2)光电子：在光电效应中发射的电子。(3)光电效应定律(1)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。光电子的最大初始动能与入射光强度无关，只是随着入射光

2、频率的增加而增加。光电效应的发生几乎是瞬间的，一般不超过10-9s。当入射光频率大于极限频率时，饱和光电流强度与入射光强度成正比。3.爱因斯坦光电效应方程(1)光子理论：光在空间中传播是不连续的，但被分成几部分，每一部分称为光的能量光子，简称光子，光子的能量等于=h。其中h=6.6310-34js。(称为普朗克常数)(2)功函数W0:使电子脱离某种金属所做的功的最小值。(3)最大初始动能：当光电效应发生时，金属表面的电子吸收光子并在原子核的吸引下逃逸。(4)爱因斯坦光电效应方程表达式：ek=h-w0。物理意义：金属表面电子吸收光子获得的能量为h，其中一部分用于克服金属的功函数W0，其余部分表示

3、为光电子逃逸后的最大初始动能ek=mev2。第二，光的波粒二象性1.光的波粒二象性(1)光具有挥发性和粒子性，即具有波粒二象性。(2)光子的能量=H，动量P=1。左边的物理量和P描述光的粒子性质，右边的物理量和描述光的波动性质。普朗克常数在粒子性质和波动性质之间架起了一座桥梁。2.粒子波动(1)每一个运动的粒子都与相应的波相关联，这种波被称为德布罗意波和物质波。(2)物质波的波长与频率的关系波长：=，频率：=。3.概率波(1)光波是一种概率波光的波动不是光子之间相互作用的结果，而是光子本身的结果内在属性，光子在空间出现的概率可以由波动规律决定，所以光波是一种概率波。(2)物质波也是概率波对于电

4、子和其他微观粒子来说，单个粒子的位置是不确定的，但是在某一点出现的概率可以由涨落定律来确定，而对于大量粒子来说，这种概率分布导致某些宏观结果，所以物质波也是概率波。4.不确定关系(1)定义：在经典物理学中，粒子的位置和动量可以同时测量。在微观物理学中，不可能同时测量微观粒子的位置和动量。这种关系被称为不确定关系。(2)表达式： x p 。其中 x代表粒子位置的不确定性， p代表粒子动量在x方向的不确定性，h是普朗克常数。思考和判断1.光电子是光子()2.只要光线强度足够强，任何金属都可以产生光电效应()3.极限频率越大，金属材料的功函数越大()4.爱因斯坦认为光是一片，每一片都叫做光量子()5

5、.宏对象没有波动性()6.光子和光电子是物理粒子()7.要使金属产生光电效应，入射光子的能量必须大于金属的功函数()8.光电子的最大初始动能与入射光子的频率成正比()9.光的频率越高，光的粒度越明显，但仍有波动性()10 G12.法国物理学家德布罗意大胆预测，物理粒子在一定条件下会表现出波动性()测试点1:能量的量化(-/b)光的特殊性(-/c)关键突破1.光电效应的四个提醒(1)光电效应能否发生不取决于光的强度，而取决于光的频率。(2)光电效应中的“光”不仅指可见光，还包括不可见光。(3)功函数由金属本身决定，与入射光无关。(4)光电子不是光子，而是电子。2.两种对应关系(1)强光更多光子更

6、多光电子大光电流。(2)光子频率高光子能量大光电子初始动能大。3.定量分析应把握三个关系(1)爱因斯坦光电效应方程：ek=h-w0。(2)最大初始动能和抑制电压之间的关系：ek=euc。(3)功函数与极限频率的关系：W0=H 0。4.用图像表示光电效应方程(1)最大初始动能Ek和入射光频率v之间的关系如图所示。(2)可以从曲线获得的物理量：极限频率：图线与轴交点的横坐标c。功函数：曲线图线与Ek轴交点的纵坐标值w0=e。普朗克常数：图线k=h的斜率。典型案例分析示例(多项选择)在光电效应实验中，当光照射金属时会产生光电效应。光电子的最大初始动能Ek和入射光的频率之间的关系如图所示(对应于图线上

7、每个点的坐标是已知的，但没有标记)，这可以从实验图线()中获得A.金属的极限频率B.普朗克常数C.金属的功函数D.每单位时间逃逸的光电子数根据光电效应方程ek=h-w0，当ek=0时，=c，即图形线的横向截距在数值上等于金属的极限频率。图线的斜率k=h，也就是说，图线的斜率在数值上等于普朗克常数。当=0时，ek=-w0，即图线纵向截距的绝对值等于金属的功函数。回答作业成本法用于培训1.(多种选择)如图所示，用电线将验电器与锌板连接起来。当用紫外线照射锌板时，出现的现象是()A.光子从锌板中逸出B.电子从锌板中逸出C.验电器指针以一定角度打开D.锌板带负电分析了用紫外线照射锌板会产生光电效应。锌

8、板上的电子吸收紫外线的能量，从锌板表面逃逸出来，这叫光电子，所以A是错的，B是对的；锌板与验电器连接，验电器具有相同的电荷。如果锌板失去电子，它应该带正电，失去的电子越多，带正电的电荷就越多，验电器的指针角度就越大，所以C是正确的，D是错误的。回答BC2.(多选)如图所示，光照射金属时逃逸的光电子的最大初始动能随入射光的频率而变化(直线与横轴的交点坐标为4.27，与纵轴的交点坐标为0.5)。从图中可以看出()A.金属的截止频率为4.271014赫兹B.金属的截止频率为5.51014赫兹C.曲线图的斜率代表普朗克常数D.这种金属的功函数是0.5电子伏特水平轴上分析图的截距是截止频率，a是正确的，

9、b是错误的；根据光电效应方程ek=h-w0，图线的斜率是普朗克常数，c是正确的。金属的功函数是W0=h 0=ev=1.77ev，d误差。回答交流测试场地中两个粒子的起伏(-/c)概率波(-/b)不确定关系(-/b)关键突破光具有波动性和粒度，它们不是孤立的，而是一个有机的统一体，其表现规律如下：(1)就数量而言，单个光子的效果通常以粒子为特征；大量光子的效应通常被表征(4)波动性和粒子性质的统一性：从光子能量e=h和光子动量p=的表达式可以看出，光的波动性和粒子性质之间没有矛盾，粒子能量和动量的计算公式都包含物理量频率和波长，它们代表了波的特性。E=PC也可以从上述两个公式和波速公式c= 中得

10、到。典型案例分析例1可以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.光的衍射和光的散射C.光的折射和透镜成像D.光的干涉和康普顿效应分析光的干涉和衍射现象证明了光的易变性，光电效应和康普顿效应证明了光的粒子性。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，将一张摄影胶片放在光屏上。如果光强减弱，光子只能一个接一个地穿过狭缝。实验结果表明，如果曝光时间不太长，胶片上只会出现一些不规则的想法；如果曝光时间足够长，负片上会出现规则的干涉条纹。对这个实验结果的正确理解是()A.当曝光时间不长时，出现不规则的想法，显示光的波动B.可以预测单个光子穿过双缝后的撞击点C.干涉条纹的

11、明亮部分是光子有更多机会到达的地方D.只有大量光子的行为才能显示光的粒子性质因为光波是概率波，所以选项c是正确的；A中的现象显示了光的粒子属性，单个光子的行为通常显示粒子属性，因此选项A和D是错误的。答案三用于培训1.如果一个电子的德布罗意波长等于一个中子的德布罗意波长，它们的哪个物理量也等于()A.速度b .动能C.d .总能量根据德布罗意波长公式=，选项C是正确的。答案三2.用很弱的光做双缝干涉实验，入射光被减弱到两个光子不可能同时存在于光源和照相胶片之间的程度。如图所示，这是一张通过在摄影胶片上照射不同数量的光子而获得的照片。这些照片说明了()A.光只有粒子性质，没有波动B.光只有挥发性

12、，没有粒子C.少数光子的运动显示波动性，而大量光子的运动显示粒度D.少数光子的运动表现出粒子性质，而大量光子的运动则表现出波动性分析光具有波粒二象性。这些照片显示，少量光子的运动显示出粒度，而大量光子的运动显示出波动性，所以D是正确的。答案D3.在进行双缝干涉实验时，发现10 000个光子中有9 600个穿过双缝后击中了观察屏上的B，所以B是()A.亮线B.黑线C.它可以是明亮的，也可以是黑暗的D.所有上述情况都是可能的这种分析是由光子根据波的概率分布特征来判断的。由于大部分光子落在B点，所以B点一定是亮线，选项A是正确的。回答一1.(多选)在光电效应实验中，光电效应发生在光电管阴极被频率为的

13、光照射时。以下说法是正确的()A.增加入射光的强度会增加光电流B.降低入射光的强度，光电效应消失C.当频率小于时，光电效应不会发生D.当频率大于时，光电子的最大初始动能增加从解析上讲，增加入射光的强度会增加单位时间内逃逸的光电子数量，因此光电流会增加，选项A是正确的；光电效应能否发生与照射光的频率有关，但与强度无关。选项B是错误的；当照射光的频率小于，但仍大于极限频率时，就会发生光电效应，选项C是错误的；随着ekm=h-w和照射光频率的增加，光电子的最大初始动能变大，选项d是正确的。Answ分析光具有波粒二象性，但在不同条件下表现不同。频率越高，波长越短，粒子特性越强。相反，波动是显而易见的。

14、单个光子很容易表现出粒子特性，大量光子表现出波动性，因此选项A、B和D是正确的。回答ABD3.(多选)对不确定关系 x p 有以下理解，其中正确的是()A.不可能确定微观粒子的动量B.不可能确定微观粒子的坐标C.微观粒子的动量和坐标不能同时确定D.不确定性关系不仅适用于微观粒子，如电子和光子，也适用于其他宏观粒子解析不确定度关系 x p 表示位置和动量的确定精度是相互制约的，粒子位置的不确定度越小，粒子动量的不确定度越大；当粒子位置的不确定性变大时，粒子动量的不确定性变小，因此不可能同时准确地确定粒子的动量和坐标。不确定性关系也适用于其他宏观粒子，但这些不确定性非常小。选项c和d是正确的。应答

15、光盘4.已知钙和钾的截止频率分别为7.731014赫兹和5.441014赫兹。在某种单色光的照射下，两种金属都有光电效应。与从表面逃逸的初始动能最大的光电子相比，从钙逃逸的光电子具有更大的()A.波长b .频率C.能量动量光电子的最大初始动能mv=h-h 0可以从爱因斯坦光电效应方程h=w0 mv和w0=h 0得到。由于钙的截止频率大于钾的截止频率，光电子从钙中逃逸的最大初始动能较小，因此它的能量、频率和动量较小，b、c和d是错误的。从c= 可以看出，当光电子频率较小时，波长较大，A是正确的。回答一5.在光电效应实验中，抑制电压Uc和入射光的频率之间的关系如图所示。如果直线的斜率和截距分别为k

16、和b，电子电荷的绝对值为e，那么普朗克常数可以表示为_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _根据爱因斯坦的光电效应方程，ekm=h-w0，并且因为Ekm=eUc，UC=-，所以k=k，h=ek-=b，W0=-eb .回答ek -eb基本通行证1.历史上，证明德布罗意波存在的最早实验是()A.弱光衍射实验B.电子束在晶体上的衍射实验C.弱光干涉实验D.以上都不正确德布罗意波假说的第一个证明是电子束在晶体上的衍射实验，所以项B是正确的。回答乙2.(多选)(2016年4月在浙江选出)在光电效应实验中，使用了极限频率 c=5.51014 Hz的钠阴极，已知普朗克常数h=6.610-34 JS，电子质量m=9.110-31 kg。用频率=7.51014赫兹的紫光照射钠阴极产生光电子()A.动能的数量级是10-19焦耳B.这个速度的数量级是108米/秒C.