第四章 波粒二象性 讲义 -2022-2023学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第三册

( 波粒二象性 ) ( 知识讲解 ) 知识点1 相对论 1. 狭义相对论的基本假设 （1）狭义相对性原理：在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的． （2）光速不变原理：真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的，光速与光源、观察者间的相对运动没有关系． 2. 质速关系 （1）物体以速度运动时质量与静止时的质量之间有如下关系：． （2），故，微观粒子的运动速度很高时，其质量会明显大于静止质量． 3. 质能方程：（是物体的质量，是它具有的能量） 知识点2 光电效应 1． 光电效应实验 光的电磁说，使光的理论发展到相当完美的地步，取得了巨大成就，但是并不能解释所有的光现象，光电效应现象的出现，光的电磁说遇到了不可克服的困难． 演示光电效应实验： 锌板被光照后，验电器带正电，说明从锌板表面上发射出电子． 在光（包括不可见光）照射下从物体发射出电子（光子）的现象叫做光电效应． 2． 光电效应结论 （1）任何一种金属，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． （2）光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光的频率的增大而增大． （3）入射光照到金属上时，光电子的发射几乎是瞬时的，一般不超过． （4）当入射光的频率大于极限频率时，光电流的强度与入射光的强度成正比． 3． 光电效应与光的电磁说的冲突 光的电磁说不能解释前三条实验结论． （1）按照光的电磁说，光是电磁波，是变化的电场与变化的磁场的传播．入射光照射到金属上时，金属中的自由电子受变化电场的驱动力作用而做受迫振动，增大入射光的强度，光波的振幅增大，当电子做受迫振动的振幅足够大时，总可挣脱金属束缚而逸出，成为光电子，不应存在极限频率． （2）按照光的电磁说，光的强度应由光波的振幅决定，因此光电子的最大初动能应与入射光的强度有关． （3）按照光的电磁说，光电子的产生需要较长的时间而不是瞬间． 4． 光子说 年德国物理学家普朗克在研究“电磁场辐射的能量分布”时发现，只有认为电磁波的发射和吸收不是连续的，而是一份一份地进行的，每一份的能量等于 ，理论计算的结果才能跟实验事实完全符合． 普朗克恒量．爱因斯坦在上述学说的启发下，于年提出光的光子说，在空间传播的光也不是连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光子，光子的能量与频率成正比． 光子说对光电效应的解释：光子的能量只与光的频率有关，金属中的电子吸收的光子的频率越大，电子获得的能量也就越多，当能量足以使电子摆脱金属束缚时就能从金属表面逸出，成为光电子．因而存在一个能使电子获得足够能量的频率，即极限频率． 上述解释同样能解释光电效应第二条结论． 电子吸收了光子后，动能立刻就增加了，不需要能量的积累过程，因此光电子的发射几乎是瞬时的． 根据能量守恒定律： (光电方程) 5． 光电效应的应用 （1）将光能量转化成其它能量，将太阳能转化为化学能——太阳能电池． （2）用来检查光信号 （3）光电管 光电管：如图所示．光电管是利用光电效应把光信号转化为电信号的器件．为抽成真空的光电管，是石英窗口，光线可通过它照射到金属板上，金属板和组成一对电极与外部电路相连接．光源为白炽灯，在光源和石英窗口之间插入不同颜色的滤光片可以改变入射光的频率，光源的亮度可以通过另一套装置调节． 制成光电管，可将光信号转化为声音信号．如电影，以前需一边放一边配音，现在则不用了，直接得声音信号． （4）自动化装置、无线电传真和光纤通信技术中． ( 随堂练习 ) 【例1】 在光电效应实验中，下述结论中错误的是（ ） A．发生光电效应时，使入射光的强度增大，单位时间内产生的光电子数也随之增加 B．发生光电效应时，使入射光的波长减小，有可能不产生光电子 C．紫光照射能产生光电子，则射线照射一定能产生光电子 D．发生光电效应时，使入射光的频率增大，产生的光电子最大初动能也一定增大 【例2】 关于光电效应，下列说法正确的是(　　) A．光电子的最大初动能与入射光的频率成正比 B．光电子的动能越大，光电子形成的电流强度就越大 C．用不可见光照射金属一定比用可见光照射同种金属产生的光电子的初动能大 D．对于任何一种金属，都存在一个“最大波长”，入射光的波长必须小于这个波长，才能产生光电效应 【例3】 在光电效应实验中，用频率为ν的光照射光电管阴极，发生了光电效应。下列说法正确的是(　　) A．增大入射光的强度，光电流增大 B．减小入射光的强度，光电效应现象消失 C．改用频率小于ν的光照射，一定不发生光电效应 D．改用频率大于ν的光照射，光电子的最大初动能变大 【例4】 用绿光照射一光电管，能产生光电效应，欲使光电子从阴极逸出时最大初动能增大，应（ ） A．改