3.20光电效应 波粒二象性(作业)

光电效应波粒二象性是一个涉及光的波粒二象性的概念。

波粒二象性是指物质的波和粒子的双重性质，即物质既可以表现为波，也可以表现为粒子。

这个概念是由爱因斯坦在1905年提出的，并得到了广泛的接受。

光电效应是指光线在物体表面或某些物质中作用时所产生的电子或电流。

这种效应表明，光具有粒子性质，并且可以被视为质子流或电子流。

这个效应是由波动理论的建立者爱因斯坦预测的，后来被证明是正确的。

光电效应波粒二象性指的是光在物体表面或某些物质中作用时所产生的电子或电流，这个效应表明光具有波粒二象性。

这意味着光既可以表现为波，也可以表现为粒子。

这种效应的存在证明了光的波粒二象性，并为我们对光的性质和行为有更深入的理解。

光电效应波粒二象性的研究对我们理解物质的性质和行为至关重要，因为它为我们提供了一种新的方法来描述和理解物质。

例如，通过研究光电效应波粒二象性，我们可以更好地理解光的性质和行为，进而更好地应用光来探测物质的性质。

例如，光电效应可以用来探测原子的能级结构，或者用来测量物质的电荷分布。

此外，光电效应波粒二象性也为我们提供了一种新的方法来生成和利用电流。

例如，太阳能电池就是利用光电效应来生成电流的一种装置。

太阳能电池利用太阳光照射到特殊材料上时产生的光电效应来生成电流。

光电效应波粒二象性也为我们提供了一种新的方法来研究物质的性质。

例如，我们可以利用光电效应来研究原子的能级结构，或者利用光电效应来研究电荷分布。

光电效应波粒二象性的研究对我们理解物质的性质和行为至关重要，因为它为我们提供了一种新的方法来描述和理解物质。

例如，通过研究光电效应波粒二象性，我们可以更好地理解光的性质和行为，进而更好地应用光来探测物质的性质。

此外，光电效应波粒二象性也为我们提供了一种新的研究目标和方向。

光的波粒二象性在光电效应中的应用光的波粒二象性是物理学中一个重要的概念，它揭示了光既可以表现出波动性，又可以表现出粒子性。

这一概念在光学领域中发挥着巨大的作用，特别是在光电效应的研究中，波粒二象性被广泛运用。

光电效应是指当光照射到某些金属表面时，会激发金属中的自由电子，使它们脱离原子而成为自由电子。

这一过程在经典物理中难以解释，因为根据经典物理的观点，光应该具有连续的能量分布，而不是像实验观测到的那样，按照一定的最小粒子分布。

主要的实验结果是，光电效应中发射出的电子的能量只与入射光的频率有关，而与光的强度无关。

这一实验结果无法通过传统的电磁波理论解释。

然而，当我们将光看作是一束能量量子的粒子时，光电效应可以很好地解释。

根据量子力学理论，光子是光的基本单位，具有能量和动量。

当光子与金属表面的电子发生相互作用时，能量和动量的转移只能以光子的整数倍为单位进行。

这就解释了为什么光电效应中发射电子的最小能量为光子能量的整数倍，而不受光的强度影响。

光的波动性也在光电效应的研究中起着重要作用。

光的波动性可以用来解释光子的干涉和衍射现象。

实验表明，在光电效应中，当光通过狭缝或光栅后照射到金属表面时，发射电子的分布会出现明暗条纹，符合干涉和衍射的规律。

利用光的波动性进行干涉和衍射实验，可以进一步研究光电效应的性质。

例如，可以通过改变狭缝或光栅的尺寸、间距等参数来控制电子的发射分布，从而深入探究光电效应的机理和规律。

此外，光的波动性还可以帮助我们理解光电效应中的能量守恒。

光的电磁波在空间传播时具有能量密度，并且能量是以波的形式传输的。

当光照射到金属表面时，能量可以被电子吸收，从而激发它们脱离原子。

这一过程需要满足能量守恒的原则，光的波动性对于能量守恒的研究提供了重要线索。

在实际应用中，光电效应已经被广泛利用。

最典型的例子就是太阳能电池。

太阳能电池利用光电效应将光能转化为电能，实现了可持续清洁能源的利用。

另外，光电效应还被应用于光电转换器件、激光技术、光纤通信等领域。

光的波粒二象性与光电效应实验光的波粒二象性和光电效应是物理学中重要的实验现象，对于我们理解光的本质和光与物质相互作用的机制具有重要意义。

本文将对光的波粒二象性和光电效应的实验进行介绍和分析。

首先，光的波粒二象性是指光在某些实验条件下表现出波动性质，而在其他条件下表现出粒子性质。

实验证明，光可以通过干涉、衍射等现象来证明其波动性质，而通过光电效应实验可以证明其粒子性质。

在干涉实验中，光通过一个狭缝后会形成明暗相间的干涉条纹，这是因为光波在两个狭缝间的相互干涉导致的。

这一现象可以用波动理论的叠加原理来解释，即光波通过狭缝后会发生衍射，而在屏幕上出现的干涉条纹是不同衍射波的相干叠加结果。

这一实验结果表明，光具有波动性质。

另一方面，在光电效应实验中，我们观察到当光照射到金属表面时，会产生电流。

根据经典物理学的理论，光的能量应该被均匀分布在金属表面上，而不应该有足够的能量将电子从金属中解离。

然而，实验证明，当光的频率足够高时，光的能量将被局部集中在金属表面的某一小区域，从而可以将电子从金属中解离出来。

这一实验结果表明了光的粒子性质。

进一步的研究表明，光的粒子性质可以用光子模型来解释。

根据光子模型，光可以被看作是由一系列粒子（光子）组成的，每个光子都携带一定量的能量。

光电效应的实验结果可以用光子与金属表面电子的相互作用来解释，当光子的能量足够高时，光子与金属表面的电子发生碰撞，将部分能量传递给电子，使其脱离金属原子而形成电流。

实验中，我们通常使用阴极射线管（CRT）进行光电效应的观察。

CRT中有一个金属阴极和一个光敏物质被合理分离的阳极。

当高压加到CRT中时，光敏物质吸收光子并释放出电子，这些电子会被电场加速并传到阳极，形成电流。

通过测量电流的变化，我们可以了解光电效应与光的频率、强度和电压等因素之间的关系。

总结一下，光的波粒二象性与光电效应实验为我们理解光的本质和光与物质相互作用的机制提供了重要的实验结果。

光电效应与波粒二象性光子与电子的相互作用现象光电效应与波粒二象性：光子与电子的相互作用现象引言:光电效应是20世纪初被广泛研究的一个现象，它揭示了光子和电子之间的相互作用。

光子作为光的基本粒子，在光电效应中发挥着关键作用。

而电子则表现出波粒二象性，在光电效应中既表现为波动性，又表现为粒子性。

本文将重点探讨光电效应与波粒二象性，以及光子与电子之间的相互作用现象。

一、光电效应及其实验观察光电效应是指当金属或半导体受到光照射时，会发生电子的排出现象。

这一现象最早由德国物理学家夏普夫提出并经过实验证实。

实验中，通过照射金属表面的光束，可以观察到电子从金属表面逸出，并产生一个电流。

根据实验观察，光电效应具有以下几个特点：1. 光电效应发生的光频率必须大于或等于某个阈值频率，称为截止频率。

2. 光电效应所产生的电子的动能与光的频率成正比，而与光的强度无关。

3. 光电效应发生时，光子与金属中的自由电子之间发生相互作用，从而使电子逸出金属表面。

二、波粒二象性与光子波粒二象性是指微观粒子既具有粒子性又具有波动性。

光子作为电磁波的量子，也具有波粒二象性。

对于光子而言，它既可以视作传播的电磁波，也可以视作离散的粒子。

这一概念在物理学的发展中起到了重要的指导作用。

三、光子与电子的相互作用现象光电效应实验证明了光与电子之间存在着相互作用。

具体而言，光子与金属中原子的电子之间发生相互作用，导致电子从金属中逸出。

这一相互作用可以通过经典电动力学和量子力学的理论解释：1. 经典电动力学解释：根据经典电动力学，入射光的电场与金属电子之间的相互作用产生驱动力，使电子从金属中逸出。

然而，经典模型无法解释光电效应的特点，如光频率与电子动能的关系。

因此，需要引入量子力学的观念来解释这一现象。

2. 量子力学解释：根据量子力学，光子被解释为具有一定能量的粒子。

当光子与金属中的电子相互作用时，产生的能量转移使电子克服金属表面的势垒，从而逸出金属。

第2讲光电效应波粒二象性一、选择题1.下列实验中,能证实光具有粒子性的是( )A.光电效应实验B.光的双缝干涉实验C.光的圆孔衍射实验D.泊松亮斑实验答案 A 光电效应现象说明光具有粒子性,A项正确;泊松亮斑是光的衍射现象,光的干涉和衍射现象均说明光具有波动性,B、C、D项均错误。

2.硅光电池是利用光电效应将光辐射的能量转化为电能;若有N个频率为ν的光子打在光电池极板上,这些光子的总能量为(h为普朗克常量)( )A.hνB.NhνC.NhνD.2Nhν答案 C 光子能量与频率有关,一个光子能量为ε=h频率,N个光子能量为Nh频率,故C项正确。

3.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 钙的截止频率大,由光电效应方程E k=hν-W0=hν-hν0可知,钙逸出的光电子的最大初动能小,其动量p=,故动量小,由λ=可知,波长较大,则频率较小,选项A正确。

4.(多选)具有相等动能的电子和质子,下列说法中正确的是( )A.电子和质子具有的能量相等B.电子的德布罗意波长较长C.质子的波动性更明显D.分别用上述电子流和质子流通过同一狭缝做单缝衍射实验,电子的衍射现象更明显答案BD 质子质量大于电子质量,根据E=mc2可知,质子具有的能量大于电子具有的能量,故A项错误;根据E k=知,动能相等,质量大,动量大,由λ=得,电子动量小,则电子的德布罗意波长较长,故B项正确;质子的德布罗意波长短,波动性不明显,故C项错误;电子的德布罗意波长长,则电子的衍射现象更明显,故D项正确。

5.下列说法中正确的是( )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.宏观物体的德布罗意波长非常小,极易观察到它的波动答案 B 由德布罗意理论知,宏观物体的德布罗意波长太小,很难观察到波动性,但仍具有波粒二象性,A、D项错误;康普顿效应说明光子除了具有能量之外还有动量,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,C项错误。

光电效应现象支持光具有波粒二象性特性光电效应现象是指当光线照射到金属表面时，金属会放出电子的现象。

这一现象的发现揭示了光的波粒二象性特性，即光既具有波动性质，也具有粒子性质。

在19世纪末和20世纪初，科学家们对光的性质进行了深入研究。

他们发现，光可以像波一样产生干涉、衍射等现象，从而推论光是一种波动。

然而，到了20世纪初，爱因斯坦通过对光电效应的研究提出了光的粒子性质。

光电效应是指当光线照射到金属表面时，金属会放出电子。

这些电子被称为光电子，具有一定的动能。

根据经典电磁波理论，光是一种电磁波，当光线照射到金属表面时，电磁波的能量会转移给金属中的自由电子，使其脱离金属原子束缚。

然而，实验观察到的现象与经典理论的预期不符。

根据经典电磁波理论，无论光的强度有多强，只要频率足够低，金属表面的自由电子都应该被激发并放出。

然而，实验发现，金属表面只有当光足够强、频率足够高时，才会发生光电效应。

这一观察结果无法用波动性质来解释，因为根据经验，波动的幅度高低只与波的强度有关，与频率无关。

因此，这就引出了对光的粒子性质的探究。

爱因斯坦通过对光电效应的研究，提出了光子的概念。

他认为，光是由一连串具有粒子性质的粒子组成的，每个粒子被称为光子，并具有能量和动量。

根据光子的能量公式E = hf（其中E为能量，h为普朗克常量，f为光的频率），可以解释光电效应中观察到的实验现象。

当光的频率足够高时，每个光子携带的能量足够大，可以克服金属中自由电子的束缚力，从而产生光电子。

光电效应的实验结果打破了传统的物理观念，提出了光的粒子性质。

这一发现不仅解释了实验现象，也为后来量子力学的发展奠定了基础。

实际上，波粒二象性成为了量子力学的基本概念之一，用于解释光、电子等微观粒子的行为。

除了光电效应，光的波粒二象性还在其他实验中得到了证实。

例如，干涉实验和衍射实验显示了光的波动性质，而光的量子性质则可以通过光的能量和动量的量子化得到证实。

这些实验结果进一步支持了光具有波粒二象性特性的理论。

专题50 光电效应波粒二象性1．（多选）某半导体激光器发射波长为1.5×10-6m,功率为5。

0×10—3W的连续激光.已知可见光波长的数量级为10-7m,普朗克常量h＝6.63×10-34J·s，该激光器发出的是：（）A．是紫外线B．是红外线C．光子能量约为1。

3×10—18J D．光子数约为每秒3。

8×1016个【答案】BD【名师点睛】解决本题的关键熟悉电磁波谱中波长的大小关系，以及掌握光子能量与波长的大小关系cE hλ=.2．（多选）研究光电效应规律的实验装置如图所示，以频率为v的光照射光电管电极K时，有光电子产生。

光电管K、A极间所加的电压U可由图中的电压表测出，光电流I由图中电流计测出，下列关于光电效应实验规律的说法中,正确的是：（ )A．降低入射光的频率有可能光电管电极K上无光电子放出B．当滑片P位于P′右端时,电极K、A间所加电压使从电极K发出的光电子加速C．保持入射光频率不变，当增大入射光光强时，图中电流计示数不变D．保持入射光频率、光强不变，若只增大光电管K、A极间所加的加速电压，光电流会趋于一个饱和值【答案】AD【名师点睛】本题考查了光电效应的应用，涉及到的知识点也较多，要仔细分析，注意理解光电子在电场中加速还是减速是解题的关键3．（多选)黑体辐射的实验规律如图所示，由图可知： （ )A ．随温度升高,各种波长的辐射强度都增加B ．随温度降低,各种波长的辐射强度都增加C ．随温度升高,辐射强度的极大值向波长较短的方向移动D ．随温度降低,辐射强度的极大值向波长较长的方向移动 【答案】ACD【解析】由图可知，随着温度的升高,各种波动的辐射强度都有增加,且随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动．故A 、C 、D 正确,B 错误.【名师点睛】根据黑体辐射的实验规律图分析辐射强度与温度的关系，以及辐射确定的极大值随着温度变化的关系。

第二节 光电效应 波粒二象性[知识要点]（一）基本概念（1）光电效应：金属及其化合物在光（包括不可见光）的照射下，释放电子的现象叫做光电效应。

（2）光电子：在光电效应现象中释放出的电子叫做光电子。

（3）光电流：在光电效应现象中释放出的光电子在外电路中运动形成的电流叫做光电流。

（二）光电效应的规律（斯托列托夫）（1）任何一种金属，都有一个极限频率（又叫红限，以0表示），入射光的频率低于这个频率就不能发生光电效应。

（2）光电子的最大初动能（E km =212m mv ）跟入射光的强度无关，只随入射光的频率的增大而增大。

（3）从光开始照射，到释放出光电子，整个过程所需时间小于3×10-9s 。

（4）当发生光电效应时，单位时间、单位面积上发射出的光电子数跟入射光的频率无关，跟入射光的强度成正比。

（三）光子说（爱因斯坦）在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光子。

每个光子所具有的能量跟它的频率成正比，写作为E hv =或 cE h λ=式中 ——光的频率；——光的波长；C ——光在真空中的速度；h ——普朗克恒量，等于6.63×10-34J ·S 。

（四）实验和应用（1）如图13-10所示，紫外线（或弧光灯的弧光中的紫外线）照射表面洁净的锌板，使锌板释放电子，从而使锌板、验电器带正电、验电器的指针发生偏转。

（2）光电管。

如图13-11所示，光电管是光电效应在技术上的一种应用。

它可以把光信号转变为电信号。

（五）光的本性的认识（1）光的本性的认识过程。

17世纪的两种对立学说：牛顿的微粒说——光是实物粒子惠更斯的波动说——光是机械波19世纪的两种学说：麦克斯韦（理论上）、赫兹（实验证实）——光是电磁波、光的波动理论。

爱因斯坦（光子说）、密立根（实验证实）——光是光子、光具有粒子性。

（2）光的波粒二象性。

光既具有粒子性又具有波动性，两种相互矛盾的性质在光子身上得到了统一。

2023年高考物理热点复习：光电效应波粒二象性【2023高考课标解读】一、光电效应波粒二象性1．光电效应(1)定义：在光的照射下从金属表面发射出电子的现象(发射出的电子称为光电子)。

(2)产生条件：入射光的频率大于金属极限频率。

(3)光电效应规律①存在着饱和电流：对于一定颜色的光，入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多。

②存在着遏止电压和截止频率：光电子的能量只与入射光的频率有关，而与入射光的强弱无关。

当入射光的频率低于截止频率时不发生光电效应。

③光电效应具有瞬时性：当频率超过截止频率时，无论入射光怎样微弱，几乎在照到金属时立即产生光电流，时间不超过10－9s。

2．光电效应方程(1)基本物理量①光子的能量ε＝hν，其中h＝6.626×10－34J·s(称为普朗克常量)。

②逸出功：使电子脱离某种金属所做功的最小值。

③最大初动能：发生光电效应时，金属表面上的电子吸收光子后克服原子核的引力逸出时所具有动能的最大值。

(2)光电效应方程：E k＝hν－W0。

【知识拓展】与光电效应有关的五组概念对比1．光子与光电子：光子指光在空间传播时的每一份能量，光子不带电；光电子是金属表面受到光照射时发射出来的电子，其本质是电子。

光子是光电效应的因，光电子是果。

2．光电子的动能与光电子的最大初动能：光照射到金属表面时，电子吸收光子的全部能量，可能向各个方向运动，需克服原子核和其他原子的阻碍而损失一部分能量，剩余部分为光电子的初动能；只有金属表面的电子直接向外飞出时，只需克服原子核的引力做功的情况，才具有最大初动能。

光电子的初动能小于或等于光电子的最大初动能。

3．光电流与饱和光电流：金属板飞出的光电子到达阳极，回路中便产生光电流，随着所加正向电压的增大，光电流趋于一个饱和值，这个饱和值是饱和光电流，在一定的光照条件下，饱和光电流与所加电压大小无关。

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第一讲 光电效应 波粒二象性➢ 知识梳理一、光电效应及其规律 1．光电效应现象照射到金属表面的光，能使金属中的电子从表面逸出的现象称为光电效应，发射出来的电子叫光电子。

2．光电效应的产生条件入射光的频率大于或等于金属的截止(极限)频率。

3．光电效应规律(1)每种金属都有一个截止频率，入射光的频率必须大于或等于这个截止频率才能产生光电效应。

(2)光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光频率的增大而增大。

(3)光电效应的发生几乎是瞬时的，一般不超过10－9 s 。

(4)当入射光的频率大于截止频率时，饱和光电流的大小与入射光的强度成正比。

二、爱因斯坦光电效应方程1．光子说：在空间传播的光不是连续的，而是一份一份的，每一份叫作一个光子，光子的能量ε＝hν。

2．逸出功W 0：电子从金属中逸出所需做功的最小值。

3．最大初动能：发生光电效应时，金属表面上的电子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。

4．光电效应方程(1)表达式：hν＝E k ＋W 0或E k ＝hν－W 0。

(2)物理意义：金属表面的电子吸收一个光子获得的能量是hν，这些能量的一部分用来克服金属的逸出功W 0，剩下的表现为逸出后电子的最大初动能。

三、光的波粒二象性1．光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有波动性。

2．光电效应、康普顿效应说明光具有粒子性。

3．光既具有波动性，又具有粒子性，称为光的波粒二象性。

四、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λ＝hp ，p 为运动物体的动量，h 为普朗克常量。

考点一、光电效应规律的理解 1．对光电效应规律的解释对应规律对规律的解释存在截止频率νc电子从金属表面逸出，必须克服金属的逸出功W 0，则入射光子的能量不能小于W 0，对应的频率必须不小于νc ＝W 0h，即截止频率光电子的最大初动能随着入射光频率的增大而增大，与入射光的强度无关电子吸收光子能量后，一部分用来克服金属的逸出功，剩余部分表现为光电子的初动能，只有直接从金属表面飞出的光电子才具有最大初动能。