2012屆高三物理一輪復習導學案
十七、波粒二象性
【課題】波粒二象性
【目標】
1、理解光電效應現(xiàn)象，掌握光電效應規(guī)律
2、了解黑體、黑體輻射、光的波粒二象性和德布羅意波
【導入】
一、黑體與黑體輻射
1．熱輻射：周圍的一切物體都在輻射電磁波，這種輻射與溫度有關(guān)。
2．黑體：能完全吸收入射的各種波長的電磁波而不發(fā)生反射，這種物體稱為絕對黑體。簡稱黑體。
3．黑體輻射的實驗規(guī)律：黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體的溫度有關(guān)。隨著溫度的升高，一方面，各種波長的輻射強度都有增加；另一方面，輻射強度的極大值向波長較短的方向移動。
4.能量子：普朗克認為，振動著的帶電微粒的能量只能是某一最小能量ε（稱為能量子）的整數(shù)倍，即：ε, 1ε, 2, 3ε, ... nε. n為正整數(shù)，這個不可再分的最小能量值ε稱為能量子。能量子的表達式：ε=hν（其中普朗克常量h=6.62610-34J?S）
二、光電效應：
1．內(nèi)容：在光（包括不可見光）的照射下從物體表面發(fā)射出電子（光電子）的現(xiàn)象叫光電效應，光電子是物體表面的電子吸收光子能量產(chǎn)生的。
2．光電效應的規(guī)律：
（1）任何一種金屬都有一個極限頻率，入射光的頻率必須大于這個極限頻率，才能產(chǎn)生光電效應；低于這個頻率的光不能產(chǎn)生光電效應。
（2）光電子最大初動能與入射光的強度無關(guān)；只隨著入射光的頻率的增大而增大。
（3）入射光照射到金屬上時，光電子的發(fā)射幾乎是瞬時的，一般不超過10-9s。
（4）當入射光的頻率大于極限頻率時，光電流的強度與入射光的強度成正比。
3．光子說：愛因斯坦提出，在空間傳播的光不是連續(xù)的，而是一份一份的，每一份稱為一個光子，光子的能量與其頻率成正比，即E＝hγ.
4．光子說對光電效應的解釋（見課本P31-34）
5．愛因斯坦光電方程：Ek=hγ一w ；其中γ為入射光子的頻率，W為逸出功，Ek表示光電子所具有的最大初動能．
三、光的波粒二象性
光的干涉，衍射等現(xiàn)象充分表明光是波，而光電效應現(xiàn)象和康普頓效應又無可辯駁地證明了光是粒子。事實上，光具有波動和粒子二重特性。俗稱光的波粒二象性。
光在傳播時更多地表現(xiàn)為波動特性，在與物質(zhì)微粒發(fā)生作用時更多地表現(xiàn)為粒子特征；波長越長的光波動性越顯著，頻率越高的光粒子性越顯著；大量光子的整體行為表現(xiàn)為波動性，少量光子的個別行為表現(xiàn)為粒子性。
光是一種概率波，一切微觀粒子都有波粒二象性
四、概率波、物質(zhì)波：
法國物理學家德布羅意提出：任何一個運動物體，都有一種波和它對應，波長為λ，這種波叫做物質(zhì)波。P=h/λ，其中p是運動物體的動量，h是普朗克恒量。
【導研】
[例1]（2007年江蘇卷8、）2006年度諾貝爾物理學獎授予了兩名美國科學家，以表彰他們發(fā)現(xiàn)了宇宙微波背景輻射的黑體譜形狀及其溫度在不同方向上的微小變化。他們的出色工作被譽為是宇宙學研究進入精密科學時代的起點，下列與宇宙微波背景輻射黑體譜相關(guān)的說法中正確的是（ ）
A、微波是指波長在10-3m到10m之間的電磁波
Ｂ、微波和聲波一樣都只能在介質(zhì)中傳播
Ｃ、黑體的熱輻射實際上是電磁輻射
Ｄ、普朗克在研究黑體的熱輻射問題中提出了能量子假說
[例2]某金屬在一束黃光照射下，恰好有電子逸出，在下述情況中，正確的是（ ）
A．增大光強度而不改變光的頻率，光電子最大初動能不變
B．用一束強度更大的紅光代替黃光，仍可發(fā)生光電效應
C．用強度相同的紫光代替黃光，單位時間內(nèi)逸出的電子數(shù)減少
D．當入射光頻率增為原來的兩倍時，光電子的最大初動能也增為原來的兩倍
[例3]如圖所示是用光照射某種金屬時逸出的光電子的最大初動能隨入射光頻率的變化圖線，由圖可知 （ ）
A．該金屬的極限頻率為4.27×1014 Ｈz
B．該金屬的極限頻率為5.5×1014 Ｈz
C．該圖線的斜率表示普朗克常量
D．該金屬的逸出功為0.5eV
[例4]（ 2010?天津?8）用同一光管研究a、b兩種單色光產(chǎn)生的光電效應，得到光電流I與光電管兩極間所加電壓U的關(guān)系如圖。則這兩種光（ ）
A照射該光電管時a光使其逸出的光電子最大初動能大
B.從同種玻璃射入空氣發(fā)生全反射時，a光的臨界角大
C.通過同一裝置發(fā)生雙縫干涉，a光的相鄰條紋間距大
D.通過同一玻璃三棱鏡時，a光的偏折程度大
[例5] 現(xiàn)用電子顯微鏡觀測線度為d的某生物大分子的結(jié)構(gòu)。為滿足測量要求，將顯微鏡工作時電子的德布羅意波長設(shè)定為d/n，其中 。已知普朗克常量h、電子質(zhì)量m和電子電荷量e，電子的初速度不計，則顯微鏡工作時電子的加速電壓應為（ ）
A． B． C． D．
【導練】
1、（2008年上海市高三物理質(zhì)量抽查卷）．熱輻射是指所有物體在一定的溫度下都要向外輻射電磁波的現(xiàn)象。輻射強度指垂直于電磁波方向的單位面積在單位時間內(nèi)所接收到的輻射能量。在研究同一物體于不同溫度下向外輻射的電磁波的波長與其輻射強度的關(guān)系時，得到如圖所示的圖線：圖中橫軸λ表示電磁波的波長，縱軸Mλ表示物體在不同溫度下輻射電磁的強度，則由Mλ―λ圖線可知，同一物體在不同溫度下，將（ ）
A．向外輻射相同波長的電磁波的輻射強度相同。
B．向外輻射的電磁波的波長范圍是相同的。
C．向外輻射的最大輻射強度隨溫度升高而減小。
D．向外輻射的最大輻射強度電磁波的波長向短波方向偏移。
2、關(guān)于黑體和黑體輻射，下列說法正確的是（ ）
A．普朗克根據(jù)能量子假說的觀點得出黑體輻射的強度按波長分布的公式，且公式與實驗非常吻合，揭示了微觀世界量子化的觀點。
B．實驗表明，對于一般的物體，輻射電磁波的情況除與溫度有關(guān)外，還與材料的種類及表面狀況有關(guān)，而黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體溫度有關(guān)。
C．雖然我們用肉眼看不見黑暗中的人，但此人也向外發(fā)出熱輻射，我們可用紅外攝像拍攝到此人
D．黑體輻射的實驗規(guī)律中，維恩公式在短波區(qū)與實驗非常接近。
3、下列四個實驗示意圖中，能揭示光的粒子性的是( )
4、下列說法正確的是（ ）
A．電子的衍射現(xiàn)象說明粒子的波動性，電子流通過狹縫是電子間相互作用產(chǎn)生的。
B．用質(zhì)子流工作的顯微鏡比用相同速度的電子流工作的顯微鏡分辨率高
C．光電效應深入地揭示了光的粒子性的一面。光電效應表明光子具有能量。
D．物質(zhì)波既是一種電磁波，又是一種概率波，在微觀物理學中可以用“軌跡”來描述粒子的運動
5、在驗證光的波粒二象性的實驗中，下列說法正確的是 （ ）
A．使光子一個一個地通過單縫，如果時間足夠長，底片上會出現(xiàn)衍射圖樣
B．單縫寬度越小，可以更準確地確定粒子的位置，但是粒子的動量的不確定量更大
C．光子通過單縫的運動路線像水波一樣起伏
D．單個光子通過單縫后打在底片的情況呈現(xiàn)出隨機性，大量光子通過單縫后打在底片上的情況呈現(xiàn)出規(guī)律性
6．（2010?江蘇物理?12C）(1)研究光電效應電路如圖所示，用頻率相同、強度不同的光分別照射密封真空管的鈉極板（陰極K），鈉極板發(fā)射出的光電子被陽極A吸收，在電路中形成光電流。下列光電流I與A\K之間的電壓 的關(guān)系圖象中，正確的是（ ）
（2）鈉金屬中的電子吸收光子的能量，從金屬表面逸出，這就是光電子。光電子從金屬表面逸出的過程中，其動量的大小______(選填“增大、“減小”或“不變”)， 原因是_______。
（3）已知氫原子處在第一、第二激發(fā)態(tài)的能級分別為-3.4eV和-1.51eV， 金屬鈉的截止頻率為 Hz, 普朗克常量h= J s.請通過計算判斷，氫原子從第二激發(fā)態(tài)躍遷到第一激發(fā)態(tài)過程中發(fā)出的光照射金屬鈉板，能否發(fā)生光電效應。
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