波粒二象性__________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________1.理解波的波动性和粒子性。
2.学会光电效应和双缝实验并能够解决相关问题。
波粒二象性1. 光既具有波动性，又具有粒子性，即光具有波粒二象性.2. 光电效应（1）照射到金属表面的光，能使金属中的电子从表面逸出，这种现象称为光电效应． （2）用如图所示的电路研究光电效应中光电流与照射光的关系①存在饱和电流. 在光照条件不变的情况下，随着所加电压增大，光电流趋于一个饱和值. 实验还表明，入射光越强，饱和电流越大，这说明入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多.②存在遏止电压和截止频率. 施加反向电压，在光电管两极间形成使电子减速的电场，使光电流减小到零的反向电压c U 称为遏止电压. 设光电子的初速度上限为c v ，则212e c c m v eU =.当入射光的频率减小到某一数值c ν时，不再产生光电子，则c ν称为截止频率或极限频率.实验表明，当入射光的频率低于截止频率时不能发生光电效应；不同金属的截止频率不同.③效应具有瞬时性. 光电效应几乎是瞬时的，即几乎在光照射到金属时就产生光电流. （3）爱因斯坦光电效应方程①光子说：光本身是由一个个不可分割的能量子组成的，频率为ν的光的能量子为h ν，h 为普朗克常量，其值为346.6310J s -⨯⋅，这些能量子称光子. ②爱因斯坦光电效应方程在光电效应中，金属中的电子吸收一个光子获得的能量是h ν，这些能量的一部分用来克服金属的逸出功0W ，剩下的表现为逸出后电子的初动能k E ，即0k E h W ν=-，式中212k e E m v =可见，光电效应的截止频率0c W hν=；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．方法解析1．由于物质发光的特殊性，任何两个独立的光源发出的光相叠加均不能产生干涉现象．只有采用特殊的方法从同一光源分离出两列频率相同的光波相叠加，才可能发生干涉现象．双缝干涉、薄膜干涉等都是采用这种“分光”方法而获得相干光源的．2．在光的薄膜干涉中，前、后表面反射光的路程差由膜的厚度决定，所以薄膜干涉中同一明条纹或同一暗条纹应出现在膜的厚度相同的地方．由于光波波长极短，因此做薄膜干涉所用介质膜应足够薄，才能观察到干涉条纹．3．光的干涉条纹和衍射条纹都是光波叠加的结果，但存在明显的区别：双缝干涉条纹是等间距、等亮度的，而单缝衍射条纹除中央明条纹最宽最亮外，两侧条纹亮度、宽度逐渐减小． 4．麦克斯韦认为光是一种电磁波，其实验依据为： （1）光波与电磁波的传播都可以不需要介质．（2）光波与电磁波在真空中的传播速度相同，都为3.00×108m ／s ． （3）光波和电磁波都是横波．5．光电效应是金属中的自由电子吸收了光子的能量后，其动能大到足以克服金属离子的引力而逃逸出金属表面，成为光电子．对一定的金属来说，逸出功是一定的．照射光的频率越大，光子的能量越大，从金属中逸出的光电子的初动能就越大．如果入射光子的频率较低，它的能量小于金属的逸出功，就不能产生光电效应，这就是存在极限频率的原因．6．光电效应规律中“光电流的强度”指的是光电流的饱和值（对应从阴极发射出的电子全部被拉向阳极的状态）．因为光电流未达到饱和值之前，其大小不仅与入射光的强度有关，还与光电管两极间的电压有关．只有在光电流达到饱和值以后才和入射光的强度成正比． 7．对光的波粒二象性，可作如下理解：（1）既不可把光当成宏观观念中的波，也不可把光当成宏观观念中的粒子．（2）大量光子产生的效果往往显示出波动性，个别光子产生的效果往往显示出粒子性；频率越低的光波动性越明显，频率越高的光粒子性越明显．类型一：光电效应电场综合问题例1．如图为X 射线管的结构示意图，E 为灯丝电源．要使射线管发出X 射线，须在K 、A 两电极间加上几万伏的直流高压（ ）A ．高压电源正极应接在P 点，X 射线从K 极发出B ．高压电源正极应接在P 点，X 射线从A 极发出C ．高压电源正极应接在Q 点，X 射线从K 极发出D ．高压电源正极应接在Q 点，X 射线从A 极发出解析: 灯丝电源对灯丝加热，灯丝放出电子，电子速度很小，要使电子到达对阴极A ，并高速撞击A ，使原子内层电子受到激发才能发出X 射线，因此K 、A 之间应有电子加速的电场，故Q 应接高压电源正极． 答案: D类型二:光子能量计算例2．在X 射线管中，由阴极发射的电子被加速后打到阳极，会产生包括x 光在内的各种能量的光子，其中光子能量的最大值等于电子的动能．已知阳极与阴极之间的电势差U 、普朗克常数h 、电子电量e 和光速c ，则可知该X 射线管发出的x 光的（ ）A ．最短波长为eUh cB ．最长波长为heU c C ．最小频率为heUD ．最大频率为heU解析: 由动能定理知加速电场对电子所做的功等于电子动能的增量，由题意知光子的最大能量等于电子的动能，则有：h νm ＝eU ，故X 光的最大频率γm ＝heU ，D 正确，X 光的最小波长为：λ＝γmeuch cm=ν，A 错．因光子的最小能量无法确定，所以x 光子的最小频率和最长波长也无法确定． 答案: D类型三：光的干涉例3．劈尖干涉是一种薄膜干涉，其装置如图14—14a 所示．将一块平板玻璃放置在另一平板玻璃之上，在一端夹入两张纸片，从而在两玻璃表面之间形成一个劈形空气薄膜．当光垂直入射后，从上往下看到的干涉条纹如图所示．干涉条纹有如下特点：（1）任意一条明条纹或暗条纹所在位置下面的薄膜厚度相等；（2）任意相邻明条纹或暗条纹所对应的薄膜厚度差恒定．现若在a 图装置中抽去一张纸片，则当光垂直入射到新的劈形空气薄膜后，从上往下观察到的干涉条纹（ ）a（侧视图） bA．变疏B．变密C．不变D．消失解析: 相邻明（或暗）条纹间对应的光的路程差Δx＝kλ，抽取一张纸片后，空气薄膜厚度减小，将使条纹变疏．答案: A类型四：双缝实验问题例4.在双缝干涉实验中，以白光为光源，在屏幕上观察到了彩色干涉条纹，若在双缝中的一缝前放一红色滤光片（只能透过红光），另一缝前放一绿色滤光片（只能透过绿光），这时（）A．只有红色和绿色的双缝干涉条纹，其他颜色的双缝干涉条纹消失B．红色和绿色的双缝干涉条纹消失，其他颜色的双缝干涉条纹依然存在C．任何颜色的双缝干涉条纹都不存在，但屏上仍有光亮D．屏上无任何光亮解析：在双缝干涉实验的装置中，缝的宽度跟光的波长相差不多．在双缝分别放上红色和绿色滤光片之后，由于红光和绿光的频率不相等，在光屏上不可再出现干涉条纹了．但由于满足产生明显衍射现象的条件，所以在屏上将同时出现红光和绿光的衍射条纹．故正确的选项为C．答案：C基础演练1.一束细平行光经玻璃二棱镜折射后分解为互相分离的三束光,分别照射到相同的金属板a、6、c上,如图所示已知金属板6有电子放出,则可知( )A.板a一定不放出光电子.B.板a一定放出光电子.C.板c一定不放出光电子.D.板c一定放出光电子.答案：D2.用绿光照射一个光电管,能产生光电效应欲使光电子从阴极逸出时的最大初动能增大,应( )A.改用红光照射.B.增大绿光强度.C.增大绿光的照射时间.D.改用紫光照射.答案：D3.如图所示,锌板A与不带电的验电器之间用导线连接,现用一定强度的紫外线照射锌板,验电器内金属箔张开一定的角度,则()A.表明导线上有短暂的光电流通过.B.此时锌板不带电,而验电器带了电.C.用带正电的金属小球接近验电器的金属球,金属箔张角更大.D.用带负电的金属小球接近验电器的金属球,金属箔张角更大. 答案：C4.一束能量为E 的单色光,在某介质中的波长是λ,则此介质对该单色光的折射率是( ) A.h E λ B.hc E λ C.E hc λ D.Eh λ 答案：B5.在演示光电散应的实验中,把某种金属板连着验电器第一次用弧光灯直接照射金属板,验电器的指针就张开一个角度；第二次,在弧光灯和金属板之间插入一块普通的玻璃板,再用弧光灯照射,验电器指针不张开,由此可以判定,金属板产生光电效应的是弧光中的( )A.可见光成分B.紫外光成分C.红外光成分D.无线电波成分 答案：B6.从光的波粒二象性出发,下列说法中正确的是( )A.光子的频率越高,光子的能量越大.B.光子的频率越高,波动性越显著.C.在光的干涉实验中,亮纹处光子到达的概率大.D.大量光子显示波动性,少量光子显示粒子性. 答案：A7.下列说法中,正确的是( )A.爱因斯坦把物理学带进了量子世界.B.光的波粒二象性推翻了麦克斯韦的电磁理论.C.光波与宏观现象中的连续波相同.D.光波是表示大量光子运动规律的一种概率波. 答案：D8.物理学家做了个有趣的实验：在双缝干涉实验中,在光屏处放上照相底片,若减弱光电流的强度,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,底片上只能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.对这个实验结果有下列认识,其中正确的是( )A.曝光时间不长时,光的能量太小,底片上的条纹看不清楚,故出现不规则的点子.B.单个光子的运动没有确定的轨道.C.干涉条纹中明亮的部分是光子到达机会较多的地方.D.只有大量光子的行为才表现出波动性. 答案：BCD9.若某光谱线的波长为λ,则此光谱线中光子的( )A.频率为λ/cB.能量为λhcC.动量为h/λD.质量为λc h答案：BCD10.光在真空中的波长为λ,速度为c,普朗克常量为h 现在以入射角α由真空射入水中,折射角为r,则( )A.r>αB.光在水中的波长为sinrsin αλC.每个光子在水中的能量为αλsin hcsinrD.每个光子在水中的能量为λhc答案：D11.科学研究表明：能最守恒和动量守恒是自然界的普遍规律从科学实践的角度来看,迄今为止,人们还没有发现这些守恒定律有任何例外相反,每当在实验中观察到似乎是违反守恒定律的现象时,物理学家们就会提出新的假设来补救,最后总是以有新的发现而胜利告终如人们发现,在两个运动着微观粒子的电磁相互作用下,两个粒子的动量的矢量和似乎是不守恒的这时物理学家又把动量的概念推广到了电磁场,把电磁场的动量也考虑进去,总动量就又守恒了.现将沿一定方向运动的光子与一个原来静止的自由电子发生碰撞,碰后自由电子向某一方向运动,而光子沿另一方向散射出去这个散射出去的光子与入射前相比较( ) A.速率增大 B.波长增大 C.频率增大 D.能量增大 答案：B巩固提高1.照相胶片上溴化银分子吸收光子的能量离解成为原子时,胶片就感光了.已知使一个演化银分于离解的光子能量至少为1.04eV,下列电磁辐射中不能使溴化银胶片感光的是( )A.波长为400nm 的紫光.B.波长为750nm 的红光.C.萤火虫发出的微弱的可见光.D.功率为5x104W 的电视台发射的1.0x108Hz 的电磁波. 答案：D2.下列用光子说解释光电效应规律的说法中,不正确的有( )A.存在极限频率是因为各种金属都有一定的逸出功.B.光的频率越高,电子得到光子的能量越大,克服逸出功后飞离金属的最大初动能越大.C.电子吸收光子的能量后动能立即增加,成为光电子不需要时间.D.光的强度越大,单位时间内入射光子数越多,光电子数越多,光电流越大. 答案：C3.如图所示,光电子最大初动能E k 与入射光频率ν的关系图象,该图象是研究金属而得到的,那么( ) A.该金属的逸出功为E. B.该金属的逸出功为hν0.C.入射光的频率为2ν0时,产生的光电子的最大初动能为E.D.入射光的频率为2v 0时,产生的光电子的最大初动能为E/2. 答案：ABC4.用同一频率的光照射a 、b 两种不同的金属,产生的光电子垂直进入同一匀强磁场中,作半径不同的匀速圆周运动,最大轨道半径之比R a ：R b =2：1,则( )A.两种光电子的最大初动能之比为2：1.B.两种金属的逸出功之比为4：1.C.两种光电子的最大速率之比为2：1.D.上述说法都不正确. 答案：C5.已知某种金属在频率为ν1的入射光照射下,发射的光电子的最大初动能为E k 1,在频率为2(ν2>ν1)的入射光照射下.发射的光电子的最大初动能为E k 2,则余属逸出功的表达式为( )A.12k1k2E E νν--.B.122k11k2E E νννν--.C.21k2K1E E νν++.D.k2k12k11k2E E E E --νν.答案：B6.（2015顺义一模）两种单色光束a 、b 分别照射在同一套双缝干涉演示实验装置时，得到的干涉图样如图(a )、（b ）所示，则（ ） A ．a 光的波长大于b 光的波长 B ．a 光的光子能量大于b 光的光子能量 C ．a 光在真空中的速度大于b 光在真空中的速度 D. 同一种介质对a 光的折射率大于对b 光的折射率 答案：A7．（2015房山一模）关于红光和紫光下列说法中正确的是（ ） A ．红光的频率大于紫光的频率B ．在同一种玻璃中红光的传播速度小于紫光的传播速度C ．用同一双缝干涉装置做实验，红光的干涉条纹间距大于紫光的干涉条纹间距D ．当红光和紫光以相同入射角从玻璃射入空气时，若紫光刚好能发生全反射，则红光也一定能发生全反射 答案：C8．(2015西城二模)下列关于光的本性的说法正确的是（ ）A ．光电效应现象说明光具有粒子性B ．光电效应现象说明光具有波动性C ．光的干涉、衍射现象说明光是横波D ．光的干涉、衍射现象说明光是纵波答案：A9．(2015东城二模)用单色光照射某种金属表面发生光电效应。
