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2019-2020年高三物理一輪復(fù)習(xí) 波粒二象性學(xué)案 【基礎(chǔ)知識(shí)回顧與要點(diǎn)講解】 一、量子理論的建立 黑體和黑體輻射 1、量子理論的建立：1900年德國(guó)物理學(xué)家普朗克提出振動(dòng)著的帶電微粒的能量只能是某個(gè)最小能量值ε的整數(shù)倍，這個(gè)不可再分的能量值ε叫做 ε= hν。h為普朗克常數(shù)（6.6310-34J.S） 2、黑體：如果某種物體能夠 ，這種物體就是絕對(duì)黑體，簡(jiǎn)稱黑體。 3、黑體輻射：黑體輻射的規(guī)律為： ，同時(shí)， 。（普朗克的能量子理論很好的解釋了這一現(xiàn)象） 二、光電效應(yīng) 光子說(shuō) 光電效應(yīng)方程 1、光電效應(yīng)（表明光子具有能量） （1）光的電磁說(shuō)使光的波動(dòng)理論發(fā)展到相當(dāng)完美的地步，但是它并不能解釋光電效應(yīng)的現(xiàn)象。在光（包括不可見光）的照射下從物體發(fā)射出電子的現(xiàn)象叫做光電效應(yīng)，發(fā)射出來(lái)的電子叫 。（實(shí)驗(yàn)圖在課本） （2）光電效應(yīng)的研究結(jié)果： 新教材：①存在飽和電流，這表明入射光越強(qiáng)，單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)越多；②存在遏止電壓： ；③截止頻率：光電子的能量與入射光的頻率有關(guān)，而與入射光的強(qiáng)弱無(wú)關(guān)，當(dāng)入射光的頻率低于截止頻率時(shí)不能發(fā)生光電效應(yīng)；④效應(yīng)具有瞬時(shí)性：光電子的發(fā)射幾乎是瞬時(shí)的，一般不超過(guò)10-9s。 （3）光電管的玻璃泡的內(nèi)半壁涂有堿金屬作為陰極K（與電源負(fù)極相連），是因?yàn)閴A金屬有較小的逸出功。 2、光子說(shuō)：光本身就是由一個(gè)個(gè)不可分割的能量子組成的，頻率為ν的光的能量子為hν。這些能量子被成為光子。 3、光電效應(yīng)方程： （掌握Ek/Uc—ν圖象的物理意義）同時(shí)，h截止 = WO（Ek是光電子的最大初動(dòng)能；W是逸出功，即從金屬表面直接飛出的光電子克服正電荷引力所做的功。） 三、康普頓效應(yīng)（表明光子具有動(dòng)量） 1、1918-1922年康普頓（美）在研究石墨對(duì)X射線的散射時(shí)發(fā)現(xiàn)：光子在介質(zhì)中和物質(zhì)微粒相互作用，可以使光的傳播方向發(fā)生改變，這種現(xiàn)象叫光的散射。 2、在光的散射過(guò)程中，有些散射光的波長(zhǎng)比入射光的波長(zhǎng)略大，這種現(xiàn)象叫康普頓效應(yīng)。 3、光子的動(dòng)量： 四、光的波粒二象性 物質(zhì)波 概率波 不確定關(guān)系 1、光的波粒二象性：干涉、衍射和偏振以無(wú)可辯駁的事實(shí)表明光是一種波；光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)又用無(wú)可辯駁的事實(shí)表明光是一種粒子，由于光既有波動(dòng)性，又有粒子性，只能認(rèn)為光具有波粒二象性。但不可把光當(dāng)成宏觀觀念中的波，也不可把光當(dāng)成宏觀觀念中的粒子。少量的光子表現(xiàn)出粒子性，大量光子運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)為波動(dòng)性；光在傳播時(shí)顯示波動(dòng)性，與物質(zhì)發(fā)生作用時(shí)，往往顯示粒子性；頻率小波長(zhǎng)大的波動(dòng)性顯著，頻率大波長(zhǎng)小的粒子性顯著。（P41 電子干涉條紋對(duì)概率波的驗(yàn)證） 2、光子的能量E=hν，光子的動(dòng)量p=h/λ表示式也可以看出，光的波動(dòng)性和粒子性并不矛盾：表示粒子性的粒子能量和動(dòng)量的計(jì)算式中都含有表示波的特征的物理量——頻率ν和波長(zhǎng)λ。由以上兩式和波速公式c=λν還可以得出：E = p c。 3、物質(zhì)波：1924年德布羅意（法）提出，實(shí)物粒子和光子一樣具有波動(dòng)性，任何一個(gè)運(yùn)動(dòng)著的物體都有一種與之對(duì)應(yīng)的波，波長(zhǎng)λ=h / p，這種波叫物質(zhì)波，也叫德布羅意波。（P38 電子的衍射圖樣；電子顯微鏡的分辨率為何遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于光學(xué)顯微鏡） 4、概率波：從光子的概念上看，光波是一種概率波。 5、不確定關(guān)系： ，△x表示粒子位置的不確定量，△p表示粒子在x方向上的動(dòng)量的不確定量。 （為何粒子位置的不確定量△x越小，粒子動(dòng)量的不確定量△p越大，用單縫衍射進(jìn)行解釋？） 強(qiáng)化練習(xí)： 1、關(guān)于光的波粒二象性的理解正確的是（ ） A．大量光子的效果往往表現(xiàn)出波動(dòng)性，個(gè)別光子的行為往往表現(xiàn)出粒子性 B．光在傳播時(shí)是波，而與物質(zhì)相互作用時(shí)就轉(zhuǎn)變成粒子 C．高頻光是粒子，低頻光是波 D．波粒二象性是光的根本屬性，有時(shí)它的波動(dòng)性顯著，有時(shí)它的粒子性顯著 2、關(guān)于光的本性，下列說(shuō)法中正確的是（ ） A．光電效應(yīng)反映光的粒子性 B．光子的能量由光的強(qiáng)度所決定 C．光子的能量與光的頻率成正比 D．光在空間傳播時(shí)，是不連續(xù)的，是一份一份的，每一份光叫做一個(gè)光子 3、關(guān)于光的波粒二象性，下列說(shuō)法中不正確的是（ ） A．波粒二象性指光有時(shí)表現(xiàn)為波動(dòng)性，有時(shí)表現(xiàn)為粒子性。 B．光波頻率越高，粒子性越明顯。 C．能量較大的光子其波動(dòng)性越顯著。 D．個(gè)別光子易表現(xiàn)出粒子性，大量光子易表現(xiàn)出顯示波動(dòng)性。 4、下列說(shuō)法中正確的是（ ） A．電子的衍射實(shí)驗(yàn)證實(shí)了物質(zhì)波的假設(shè)是正確的。 B．光的波粒二象性應(yīng)理解為，在某種場(chǎng)合下光的粒子性表現(xiàn)明顯，在另外某種場(chǎng)合下，光的波動(dòng)性表現(xiàn)明顯。 C．任一運(yùn)動(dòng)的物體都有一種波和它對(duì)應(yīng)，這就是物質(zhì)波。 D．宏觀物體盡管可以看作物質(zhì)波，但他們不具有干涉、衍射等現(xiàn)象。 5、下列關(guān)于光電效應(yīng)的說(shuō)法正確的是（ ） A光電效應(yīng)揭示了光的粒子性，而康普頓效應(yīng)則反映了光的波動(dòng)性 B．光電子的初速度和照射光的頻率成正比 C．光電子的最大初動(dòng)能和照射光的頻率成正比 D．光電子的最大初動(dòng)能隨照射光頻率的增大而增大 6、.當(dāng)具有5.0 eV能量的光子照射到某金屬表面后，從金屬表面逸出的電子具有最大的初動(dòng)能是1.5 eV.為了使這種金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)，入射光的最低能量為（ ） A.1.5 eV B.3.5 eV C.5.0 eV D.6.5 eV 7、關(guān)于光電效應(yīng)，以下說(shuō)法正確的是（ ） A.光電子的最大初動(dòng)能與入射光的頻率成正比 B.光電子的最大初動(dòng)能越大，形成的光電流越強(qiáng) C.能否產(chǎn)生光電效應(yīng)現(xiàn)象，決定于入射光光子的能量是否大于或等于金屬的逸出功 D.用頻率是的綠光照射某金屬發(fā)生了光電效應(yīng)，改用頻率是的黃光照射該金屬一定不發(fā)生光電效應(yīng) 8、下列關(guān)于光電效應(yīng)的說(shuō)法正確的是（ ） A.光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)說(shuō)明光具有波粒二象性。 B.若用某種色光去照射金屬而沒能發(fā)生光電效應(yīng)，則說(shuō)明改色光的波長(zhǎng)太長(zhǎng)。 C.若用某種色光去照射金屬而沒能發(fā)生光電效應(yīng)，若增加光照時(shí)間有可能使該金屬發(fā)生光電效應(yīng)。 D.逸出的光電子的最大初動(dòng)能與入射光的強(qiáng)度有關(guān)。 9、用光照射某種金屬，有光電子從金屬表面逸出，如果光的頻率變，而減弱光的強(qiáng)度，則（ ） A．逸出的光電子數(shù)減少，光電子的最大初動(dòng)能不變 B．逸出的光電子數(shù)減少，光電子的最大初動(dòng)能減小 C．逸出的光電子數(shù)木變，光電子的最大初動(dòng)能減小 D．光的強(qiáng)度減弱到某一數(shù)值，就沒有光電子選出了 10、用如圖所示的裝置演示光電效應(yīng)現(xiàn)象．當(dāng)用某種頻率的光照射到光電管上時(shí)，電流表G的讀數(shù)為．若改用更高頻率的光照射，此時(shí)（ ） A．將電池正的極性反轉(zhuǎn)，則光電管中沒有 光電子產(chǎn)生 B．將電鍵S斷開，則有電流流過(guò)電流表G C．將變阻器的觸點(diǎn)向移動(dòng)，光電子到達(dá) 陽(yáng)極時(shí)的速度必將變小 D．只要電源的電動(dòng)勢(shì)足夠大，將變阻器的觸 點(diǎn)向端移動(dòng)，電流表G的讀數(shù)必將變大 V A P K 11 如圖，當(dāng)電鍵K斷開時(shí)，用光子能量為2.5eV的一束光照射陰極P，發(fā)現(xiàn)電流表讀數(shù)不為零。合上電鍵，調(diào)節(jié)滑線變阻器，發(fā)現(xiàn)當(dāng)電壓表讀數(shù)小于0.60V時(shí)，電流表讀數(shù)仍不為零；當(dāng)電壓表讀數(shù)大于或等于0.60V時(shí)，電流表讀數(shù)為零。由此可知陰極材料的逸出功為： A 1.9eV B 0.6eV C 2.5eV D 3.1eV 二、填空題 12、一臺(tái)激光器發(fā)光功率為，發(fā)出的激光在折射率為的介質(zhì)中波長(zhǎng)為，若真空中的光速為，普朗克恒量為，則該激光器在秒內(nèi)輻射的光子數(shù)是________． 13．如圖6所示，一靜電計(jì)與鋅板相連，在A處用一紫外燈照射鋅板，關(guān)燈后，指針保持一定偏角. (1)現(xiàn)用一帶負(fù)電的金屬小球與鋅板接觸，則靜電計(jì)指針偏角將_____________.(填增大，減小或不變) (2)使靜電計(jì)指針回到零，再用相同強(qiáng)度的鈉燈發(fā)出的黃光照射鋅板，靜電計(jì)指針無(wú)偏轉(zhuǎn). 圖6 圖5 那么，若改用強(qiáng)度更大的紅外線照射鋅板，可觀察到靜電計(jì)指針________(填有或無(wú))偏轉(zhuǎn)