2024届高考物理一轮复习课件：第三、四和五节 光的波粒二象性、德布罗意波、不确定性关系和原子核式结构的提出

第三、四和五节 光的波粒二象性、德布罗意波和不确定性关系、原子核式结构的提出 第四章 波粒二象性 4.光电效应的实验规律 阳极 阴极 正向电压 反向电压 I Is1 Uc1 O U 黄光(强) 黄光(弱) 遏止电压 饱和电流 蓝光 Uc2 Is2 Is3 光电效应的伏安特性曲线 (1)光强大→光子数目多→发射光电子多→光电流大； (2)频率高→光子能量大→光电子的最大初动能大 →遏止电压大 光强： 4.光电效应的实验规律 【例4—课本P99】在光电效应实验中，某同学用同一光电管在不同实验条件下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线，如图所示.请判断∶ （1）三种光的频率关系. （2）三种光的波长关系. （3）三种光的对应截止频率关系. （4）三次实验中光电子最大初动能的大小关系. 4.光电效应的实验规律 【例5—课本P100】以往我们认识光电效应是单光子光电效应，即一个电子在极短时间内只能吸收到一个光子而从金属表面逸出。强激光的出现丰富人们对于光电效应的认识，用强激光照射金属，由于其光子密度极大，一个电子在极短时间内吸收多个光子成为可能，从而形成多光子光电效应，这已被实验证实。光电效应实验装置示意图如图所示。用频率为ν的普通光源照射阴极K，没有发生光电效应，换用同样频率ν的强激光照射阴极K，则发生了光电效应；此时，若加上反向电压U，即将阴极K接电源正极，阳极A接电源负极，在KA之间就形成了使光电子减速的电场；逐渐增大U，光电流会逐渐减小；当光电流恰好减小到零时，所加反向电压U可能是下列的(其中W为逸出功，h为普朗克常量，e为电子电量) A. B. C. D. 1.光的本性之争 粒子性：粒子具有一定形状、大小、质量、动量、不受外力时是直线前进，能反弹，等都是粒子性。 波动性：通俗的讲，就振动的传播 粒子性 波动性 1.光的本性之争 T /年 波动性 粒子性 1690 惠更斯波动说 1672 牛顿微粒说 1905 爱因斯坦光子说 1864 麦克斯韦电磁说 1909 光的波粒二象性 光 学 发 展 史 2.光的波粒二象性 表现出波动性 物质波粒二象性 波长 l 长 大量粒子行为 传播过程 表现出粒子性 频率v大 个别粒子行为 与物质发生相互作用 实验：光电效应、康普顿效应 实验：（光或电子）干涉和衍射 2.光的波粒二象性 光电效应：光线照射在金属表面时，金属中有电子逸出的现象。 康普顿效应（康普顿散射）：入射光子与原子中电子发生弹性撞碰，碰撞后光子损失能量，改变其运动方向，而电子获得能量从原子中飞出去。 光电效应 康普顿效应 光电效应 2.光的波粒二象性 光的衍射：光绕到障碍物或小孔（狭缝）阴影区域继续传播的现象 光的干涉：两列的光波在空间中发生叠加从而形成新的光波的现象 圆孔衍射 单缝衍射 双缝干涉 2.光的波粒二象性 物理学中把光波看成是一种概率波。干涉条纹是光子在感光片上各点的概率分布映的反映。 （1）概率大的地方落下的光子多，形成亮纹； （2）概率小的地方落下的光子少，形成暗纹。 弱光干涉图样 2.光的波粒二象性 光的波粒二象性 实验事实 粒子性 光电效应、康普顿效应 波动性 光的干涉、光的衍射 光子能量： 光子动量： 3.德布罗意波 一个实物粒子具有以能量 ε 和动量 p 所描述的粒子性，同时也具有以频率v和波长λ 所描述的波动性. 德布罗(De · Broglie) 德布罗意关系： 粒子性 波动性 （具有能量） （具有频率） （具有动量） h h 架起了粒子性与波动性之间的桥梁 （具有波长） 3.德布罗意波 实物粒子：有静止质量的粒子，如电子、质子、中子、原子和分子等 非实物粒子：没有静止质量但有运动质量的粒子，如光子—实际是电磁波。 单晶MnO3的电子衍射图样 多晶Au的电子衍射图样 屏 P 多晶薄膜 高压 栅极 阴极 3.德布罗意波 1961年琼森（Claus Jönsson）将一束电子加速到 50 Kev，让其通过一缝宽为 a = 0.510-6 m，间隔为 d = 2.010-6 m 的双缝，当电子撞击荧光屏时，发现了类似于双缝衍射实验结果。 此后，人们相继证实了原子、分子、中子等都具有波动性。 大量电子一次性的行为 3.德布罗意波 物质波的一个最重要的应用就是电子显微镜的发明。自从发现电子有波动性后，电子束德布罗意波长比光波波长短得多，而且极方便改变电子波的波长，这样就能制造出用电子波代替光波的电子显微镜。 电子显微镜下的 纳米纤维 电子显微镜下的 灰尘 电子显微镜下的蓼属植物花粉 电子显微镜下的红细胞 3.德布罗意波 任何物体，小到电子、质子，大到行星、太阳都存在波动性，我们之