第15章 第41讲 波粒二象性-【名师大课堂】2025年高考物理艺术生总复习必备（word教师用书）

第41讲　波粒二象性 一、光电效应 1．光电效应现象 (1)定义：在光的照射下金属中的__电子__从表面逸出的现象，叫作光电效应，发射出来的电子叫作__光电子__． (2)几个名词解释 ①遏止电压：使光电流减小到0的__反向__电压，用Uc表示． ②截止频率：能使某种金属发生光电效应的__最小__频率叫作该种金属的截止频率(又叫极限频率)，用νc表示，不同的金属对应着不同的截止频率． ③最大初动能：发生光电效应时，金属表面的电子吸收光子后克服原子核的引力逸出时所具有的动能的__最大值__． 2．光电效应规律 (1)每种金属都有一个截止频率，入射光的频率__低于__截止频率时不发生光电效应． (2)光电子的__最大初动能__与入射光的强度无关，只随入射光频率的增大而__增大__． (3)只要入射光的频率大于金属的截止频率，照到金属表面时，光电子的发射几乎是__瞬时的__，一般不超过10-9s，与光的强度__无__关． (4)当入射光的频率大于金属的截止频率时，饱和光电流的强度与入射光的强度成__正__比． 二、爱因斯坦光电效应方程 1．光子说：在空间传播的光不是连续的，而是一份一份的，每一份叫作一个__光子__，光子的能量ε＝__hν__． 2．逸出功W0：电子从金属中逸出所需做功的__最小值__． 3．爱因斯坦光电效应方程 (1)表达式：hν＝Ek＋W0或Ek＝__hν－W0__． (2)物理意义：金属表面的电子吸收一个光子获得的能量是hν，这些能量的一部分用来克服金属的逸出功W0，剩下的表现为逸出后电子的__最大初动能__． 三、光的波粒二象性与物质波 1．光的波粒二象性 (1)光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有__波动__性． (2)光电效应说明光具有__粒子__性． (3)光既具有波动性，又具有粒子性，称为光的__波粒二象__性． 2．物质波 (1)概率波：光的干涉现象是大量光子的运动遵守波动规律的表现，亮条纹是光子到达概率__大__的地方，暗条纹是光子到达概率__小__的地方，因此光波又叫概率波． (2)物质波：任何一个运动着的物体，小到微观粒子，大到宏观物体，都有一种波与它对应．其波长λ＝，p为运动物体的动量，h为普朗克常量． 考点一　光电效应的规律 1．与光电效应有关的五组概念对比 (1)光子与光电子：光子指光在空间传播时的每一份能量，光子不带电；光电子是金属表面受到光照射时发射出来的电子，其本质是电子．光子是因，光电子是果． (2)光电子的动能与光电子的最大初动能：只有金属表面的电子直接向外飞出时，只需克服原子核的引力做功的情况，才具有最大初动能． (3)光电流和饱和光电流：金属板飞出的光电子到达阳极，回路中便产生光电流，随着所加正向电压的增大，光电流趋于一个饱和值，这个饱和值是饱和光电流，在一定的光照条件下，饱和光电流与所加电压大小无关． (4)入射光强度与光子能量：入射光强度指单位时间内照射到金属表面单位面积上的总能量． (5)光的强度与饱和光电流：频率相同的光照射金属产生光电效应，入射光越强，饱和光电流越大，但不是简单的正比关系． 2．光电效应的研究思路 (1)两条线索 (2)两条对应关系 入射光强度大→光子数目多→发射光电子多→光电流大； 光子频率高→光子能量大→光电子的最大初动能大． 3．三个关系式 (1)爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0. hν：光电子的能量． W0：逸出功，即从金属表面直接飞出的光电子克服正电荷引力所做的功． Ek：光电子的最大初动能． (2)光电子的最大初动能Ek可以利用光电管实验的方法测得，即Ek＝eUc，其中Uc是遏止电压． (3)逸出功W0与极限频率νc的关系是W0＝hνc. 　如图所示，在研究光电效应的实验中，保持P的位置不变，用单色光a照射阴极K，电流计G的指针不发生偏转；改用另一频率的单色光b照射K，电流计的指针发生偏转，那么(　C　) A．增加a的强度一定能使电流计的指针发生偏转 B．用b照射时通过电流计的电流由d到c C．只增加b的强度一定能使通过电流计的电流增大 D．a的波长一定小于b的波长 解析：用单色光a照射阴极K，电流计G的指针不发生偏转，说明a光的频率小于阴极K的截止频率，增加a的强度也无法使电流计的指针发生偏转，A错误；电子运动方向从d到c，电流方向从c到d，B错误；只增加b的强度可以使光电流增大，使通过电流计的电流增大，C正确；b光能使阴极K发生光电效应，b光的频率大于阴极K的截止频率也就大于a光的频率，b的波长一定小于a的波长，D错误． 考点二　光电效应的图像分析 四类图像 图像名称 图线形状 读取信息 最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图线 ①截止频率(极限频率)：横轴截距 ②逸出功：纵轴截距是金属逸出功的负值 ③普朗克常量：图线的斜率k＝h 遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图线 ①截止频率νc：横轴截距 ②遏止电压Uc：随入射光频率的增大而增大 ③普朗克常量h：等于图线的斜率与电子电荷量的乘积，即h＝ke 颜色相同、强度不同的光照射金属，光电流与电压的关系 ①遏止电压Uc：横轴截距 ②饱和电流Im：电流的最大值 ③最大初动能：Ek＝eUc 颜色不同时，光电流与电压的关系 ①遏止电压Uc1、Uc2 ②饱和电流Im1、Im2 ③最大初动能Ek1＝eUc1，Ek2＝eUc2 　(Uc­v图像)利用如图甲所示的实验装置研究光电效应，测得某种金属的遏止电压Uc与入射光频率ν之间的关系图线如图乙所示，则(　A　) A．图线在横轴上的截距的物理意义是该金属的截止频率 B．由图线可知普朗克常量h＝ C．入射光频率增大，逸出功也增大 D．要测得金属的遏止电压，电源的右端应为负极 解析：由题图乙可知，当入射光的频率小于ν1时，无需加遏止电压就没有光电流，说明ν1为该金属的截止频率，故A正确；根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0及动能定理－eUc＝0－Ek得Uc＝ν－，则＝，得h＝，故B错误；金属的逸出功与入射光的频率无关，由金属本身决定，故C错误；要测得金属的遏止电压，电源的左端应为负极，故D错误． 考点三　光的波粒二象性(物质波) 1．光既具有波动性，又具有粒子性，两者不是孤立的，而是有机的统一体，其表现规律为： (1)从数量上看：个别光子的作用效果往往表现为粒子性；大量光子的作用效果往往表现为波动性． (2)从频率上看：频率越低，波动性越显著，越容易看到光的干涉和衍射现象；频率越高，粒子性越显著，贯穿本领越强，越不容易看到光的干涉和衍射现象． (3)从传播与作用上看：光在传播过程中往往表现出波动性；在与物质发生作用时往往表现出粒子性． (4)波动性与粒子性的统一：由光子的能量E＝hν、光子的动量表达式p＝也可以看出，光的波动性和粒子性并不矛盾：表示粒子性的能量和动量的计算式中都含有表示波的特征的物理量——频率ν和波长λ. 2．德布罗意波(物质波)：波长λ与动量p的关系符合德布罗意公式λ＝(h为普朗克常量)的波叫德布罗意波，简称物质波，德布罗意波假说是光的波粒二象性的一种推广，使之包含了物质粒子，即光子和实物粒子都具有粒子性，又都具有波动性．与光子对应的波是电磁波，与实物粒子对应的波是德布罗意波． 　(光的波粒二象性)关于光的波粒二象性，下列说法正确的是(　D　) A．光既具有波动性，又具有粒子性，这是互相矛盾和对立的 B．光的波动性类似于机械波，光的粒子性类似于质点 C．大量光子才具有波动性，个别光子只具有粒子性 D．由于光既具有波动性，又具有粒子性，无法只用其中一种去说明光的一切行为，只能认为光具有波粒二象性 学科网（北京）股份有限公司 $$