课件23张PPT。第一节 光电效应目标导航预习导引目标导航预习导引二三一四一、光电效应与光电流
在光(包括不可见光)的照射下物体发射出电子(光电子)的现象叫光电效应.利用光电效应可制成光电管.
阴极发出的光电子被阳极收集,在回路中会形成电流,称为光电流.目标导航二三一四预习导引二、极限频率
1.每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.
2.光电子的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.目标导航二三一四预习导引在光电效应实验中如果入射光的频率一定而强度增加,将会产生什么结果?如果入射光的频率增加,又将会产生什么结果?
答案:当入射光频率高于金属的极限频率时,光强增加,发射的光电子数增多;当入射光频率低于金属的极限频率时,无论光强怎么增加,都不会有光电子发射出来.入射光的频率增加,发射的光电子最大初动能增大.目标导航二三一四预习导引三、遏止电压
在强度和频率一定的光的照射下,回路中的光电流会随着反向电压的增大而减小,并且当反向电压达到某一数值时,光电流将会减小到零,我们把这时的电压称为遏止电压.目标导航二一三四预习导引四、电磁理论解释的困难
1.比较容易解释
随着光源强度的增加,光电流增大.
2.无法解释
每种金属都对应有一个不同的极限频率,而且遏止电压与光的频率有关,与光的强度无关.
光电效应现象说明光具有粒子性,根据光的粒子性可以解释光电效应现象.知识精要思考探究迁移应用一二典题例解一、光电效应的实验规律1.实验规律之一——存在饱和电流
在光照条件不变的情况下,随着所加电压的增大,光电流存在一个饱和值.也就是在电流较小时随着电压的增大而增大,当电流增大到一定值之后,即使电压再增大,电流也不会增大了.
实验表明入射光越强,单位时间内发射的光电子数越多.
2.实验规律之二——存在着遏止电压和截止频率
对光电管加反向电压,光电流可以减小到零,使光电流恰好减小为零的反向电压称为遏止电压.不同频率的光照射金属产生的光电效应,遏止电压是不同的.知识精要思考探究迁移应用一典题例解遏止电压与光电子的初速度的关系:
当入射光的频率减小到某一数值νc时,即使不加反向电压,也没有光电流产生,表明没有光电子了,νc称为截止频率.
实验表明:光电子的能量与入射光的频率有关,而与入射光的强弱无关,当入射光的频率低于截止频率时,不能发生光电效应.
3.实验规律之三——光电效应具有瞬时性
当入射光的频率超过截止频率时,无论入射光强度怎么样,立刻就能产生光电效应.精确测量表明,产生光电流的时间不超过10-9 s.二一知识精要思考探究迁移应用典题例解入射光的频率和光强对光电效应实验有哪些影响?
答案:每种金属都有一定的极限频率,当入射光的频率低于极限频率时不管入射光的强度多大、照射时间多长都不会产生光电子,一旦入射光的频率超过极限频率,则不管光有多么弱都会产生光电效应,发出光电子.
在发生光电效应的条件下,光电流的大小或单位时间内逸出的光电子数目由光的强度决定.
光电子的最大初动能与入射光的强度无关,只与入射光的频率有关.遏止电压随光的频率的增大而增大,与光的强度无关.二一知识精要思考探究迁移应用典题例解【例1】 (多选)如图为光电管的工作原理图.当用绿光照射光
电管阴极K时,可以发生光电效应,电路中有光电流.则以下说
法中正确的是( )
A.增大绿光照射强度,光电子最大初动能增大
B.增大绿光照射强度,电路中的光电流可能会增大
C.改用比绿光波长大的光照射光电管阴极K时,电路中一定有光电流
D.改用比绿光频率大的光照射光电管阴极K时,电路中一定有光电流二一知识精要思考探究迁移应用典题例解思路分析:本题考查光电效应中光的频率及光强对实验现象的影响,解答本题必须掌握光电效应的实验规律.光强的定义为垂直于光的传播方向上单位面积上单位时间内通过的光的能量,其单位是J/(m2·s),光强的大小只有在发生了光电效应时才对光电流起作用.光的频率决定光子能量的大小,当光子的频率达到一定数值时,光子的能量被电子吸收,使电子足以克服金属原子的束缚而成为光电子并被发射出去,由此可以看出,光的频率决定了是否能够发生光电效应.
二一知识精要思考探究迁移应用典题例解解析:光电管的阴极K涂有金属材料,与阴极相对应的是阳极A,当光照射到阴极K时,如果入射光的频率大于阴极材料的极限频率,就会发生光电效应现象.有光电子从阴极K发出,由于A、K之间存在加速电场,光电子在电场的作用下由K运动到A,于是在回路中形成电流(光电流).本题在绿光照射下已经产生了光电流,增大光照的强度,有可能影响光电流的大小,不能改变光电子出射时的最大初动能,所以A错误,B正确.换用其他频率或波长的光照射时,若其他光的频率比绿光的大,则肯定可以产生光电流,若用比绿光波长大的光照射,则可能出现两种情况,若此光的频率仍然大于这种阴极材料的极限频率,是可以产生光电流的,反之则无光电流产生,所以C错误,D正确.
答案:BD二一知识精要思考探究迁移应用典题例解二一知识精要思考探究迁移应用典题例解 (多选)如图所示,电路中所有元件完好,但光照射到光电管上,灵敏电流计中没有电流通过,其原因可能是( )
A.入射光太弱
B.入射光波长太长
C.光照时间短
D.电源正负极接反
答案:BD
解析:入射光的波长太长,频率低于截止频率,不能产生光电效应,选项B正确;电路中电源接反,对光电管加了反向电压,若该电压超过了遏止电压,也没有光电流产生,选项D正确.二一二知识精要典题例解迁移应用思考探究二、经典电磁理论与光电效应的矛盾实验结果表明,每种金属都对应有一个不同的极限频率,而且遏止电压与光的频率有关,却与光的强度无关.由此可见,经典物理学里光的电磁理论在解释光电效应实验时遇到了根本性的困难.一二知识精要典题例解迁移应用思考探究光的波动理论能否解释光电效应现象?对照光电效应的实验规律,指出电磁理论解释的局限性表现在哪些方面.
答案:不能.电磁理论解释的局限性表现如下:一二知识精要典题例解迁移应用思考探究一二知识精要典题例解迁移应用思考探究一二知识精要典题例解迁移应用思考探究【例2】 下列光电效应的规律中,用波动说能解释的是( )
A.入射光的频率必须大于被照金属的极限频率才能产生光电效应
B.发生光电效应时,光电流的强度随入射光强度的增大而增大
C.光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大
D.光电效应发生的时间极短,一般不超过10-9 s
解析:按照波动说,入射光只要足够强就能发生光电效应,A、C
错误;入射光越强,光电流越强,B正确;按照波动说,入射光较弱
时,只要照射足够长时间,就能发生光电效应,D错误.
答案:B一二知识精要典题例解迁移应用思考探究一二知识精要典题例解迁移应用思考探究光电效应中,从同一金属逸出的电子的动能的最大值( )
A.只跟入射光的频率有关
B.只跟入射光的强度有关
C.跟入射光的频率和强度都有关
D.除跟入射光的频率和强度有关外,还和光照时间有关
答案:A
解析:根据光电效应的规律知,光电子的最大初动能只取决于入射光的频率,故A选项正确.课件30张PPT。第二节 光子目标导航预习导引目标导航预习导引二一答案:每一份能量量子很小(微观量),温度计示数变化1 ℃对应变化的能量很大(宏观量),由于温度计的精度不够,所以观察到的温度计温度不是一份一份地变化的.四三目标导航二一预习导引 二、光子假说
1.内容:光的能量是不连续的,而是一份一份的,每一份叫做一个光子,一个光子的能量ε=hν,式中h是普朗克常量,ν是光的频率.
2.意义:利用光子假说,可以完美地解释光电效应的各种特征.四三目标导航三一预习导引?答案:不同.四二目标导航四一预习导引?三二目标导航预习导引答案:只有电子吸收了足够的能量后才能摆脱原子核的吸引而逃逸出原子.四一三二一一、普朗克能量量子化假设1.能量子:超越牛顿的发现
(1)普朗克的量子化假设:
①能量子:振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整数倍.例如,可能是ε或2ε、3ε、…,当带电微粒辐射或吸收能量时,也是以这个最小能量值为单位一份一份地辐射或吸收的.这个不可再分的最小能量值ε叫做能量子;②能量子公式:ε=hν,ν是电磁波的频率,h是一个常量,称为普朗克常量,其值h=6.63×10-34 J·s;③能量的量子化:在微观世界中能量不能连续变化,只能取分立值,这种现象叫做能量的量子化.迁移应用典题例解知识精要思考探究二一(3)普朗克的能量子假说的意义:普朗克的能量子假说,使人类对微观世界的本质有了全新的认识,对现代物理学的发现产生了革命性的影响.迁移应用典题例解知识精要思考探究二一2.能量的量子化
微观粒子的能量与宏观世界的能量的认识不同.例如,一个宏观的弹簧振子,把小球推离平衡位置后开始振动,能量为E.第二次我们可以把它推得稍远一些,使它振动的能量稍多一些,例如1.2E或1.3E.推得更远,能量更大.弹簧振子的能量不是某一个最小值的整数倍.只要在弹性限度内,我们可以把小球推到任何位置,其能量可以是任何值.即对弹簧振子的能量,我们说能量值是连续的;而普朗克的假说则认为,微观粒子的能量是量子化的,或说微观粒子的能量是分立的迁移应用典题例解知识精要思考探究二知识精要迁移应用一思考探究在一杯开水中放入一支温度计,开水静置室内,可以看到开水的温度是逐渐降低的,既然从微观的角度来看能量是一份一份向外辐射的,为什么它的温度不是一段一段地降低?答案:温度是一个宏观物理量,宏观物理量基本是以人的感官来定义的,受限制于人的观察精度,我们说各种物理量是连续的.基本上讲,宏观的物理学是一种近似的科学,是微观物理量变化的统计学结果.另外时间、空间也并非是连续的,也有最小的不可分割的量,所以基本物理量都是非连续的.从这个角度说,温度的测量实际上也是不连续的.典题例解二知识精要典题例解思考探究一【例1】 氦氖激光器发射波长为632.8 nm的单色光,试计算这种光的一个光子的能量是多少.若该激光器的发光功率为18 mW,则每秒发射多少个光子??答案:3.14×10-19 J 5.73×1016个迁移应用二一知识精要典题例解思考探究迁移应用二知识精要迁移应用思考探究一二?答案:A?典题例解迁移应用思考探究知识精要一二二、光电效应现象的解释1.逸出功和截止频率均由金属本身决定,与其他因素无关,两者的关系是W0=hν0;
2.光的强度决定了单位时间内逸出的光电子数目;
3.逸出的光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大,但不是正比关系.典题例解知识精要迁移应用思考探究一典题例解二一知识精要迁移应用思考探究典题例解二思考探究典题例解迁移应用 现用波长为400 nm的单色光照射上述材料,能产生光电效应的材料最多有(普朗克常量 h=6.63×10-34 J·s,光速c=3.0×108 m/s)( )A.2种 B.3种 C.4种 D.5种知识精要一二解析:本题考查发生光电效应的条件,光子的能量及光的波长、波速与频率的关系.
照射光光子的能量大于铯、钙的逸出功,能产生光电效应的材料有2种,故A正确.答案:A 思考探究典题例解迁移应用知识精要一二思考探究典题例解迁移应用知识精要一二思考探究迁移应用典题例解(多选)下列对光电效应的理解正确的是( )
A.金属内的每个电子要吸收一个或一个以上的光子,当它积累的能量足够大时,就能逸出金属
B.如果入射光子的能量小于金属表面的电子克服原子核的引力而逸出时所需做的最小功,便不能发生光电效应
C.发生光电效应时,入射光强度越大,光子的能量就越大,电子的最大初动能就越大
D.由于不同金属的逸出功是不相同的,因此使不同金属产生光电效应的入射光的最小频率也不同答案:BD 知识精要一二解析:按照爱因斯坦的光子说,光子的能量是由光的频率决定的,与光的强度无关.入射光的频率越大,发生光电效应时逸出的光电子的最大初动能越大.但要使电子离开金属,应使电子具有足够的动能,而电子增加的动能只来源于照射光的光子能量,但电子只能吸收一个光子,不能吸收多个光子,因此如果光的频率低,即使照射时间足够长,也不会发生光电效应.电子从金属中逸出时只有从金属表面向外逸出的电子克服原子核的引力所做的功最小,这个功称为逸出功,不同金属的逸出功不同.故B、D正确.思考探究迁移应用典题例解知识精要一二知识链接类题试解光电效应实验与电路知识结合,发生光电效应时,产生的光电子与电学、磁学知识有机结合,构成综合性问题.案例探究案例探究知识链接类题试解如图所示,一光电管的阴极用截止波长λ0=5 000 ?的钠制成.用波长λ=3 000 ?的紫外线照射阴极,光电管阳极A和阴极K之间的电势差U=2.1 V,饱和光电流的值(当阴极K发射的电子全部到达阳极A时,电路中的电流达到最大值,称为饱和光电流)I=0.56 μA.(1)求每秒内由K极发射的光电子数目;
(2)求电子到达A极时的最大动能;(3)如果电势差U不变,而照射光的强度增到原值的3倍,此时电子到达A极时最大动能是多大?(普朗克常量 h=6.626×10-34 J·s)?案例探究知识链接类题试解?答案:(1)3.5×1012个 (2)6.01×10-19 J (3)6.01×10-19 J案例探究知识链接类题试解案例探究知识链接类题试解知识链接案例探究类题试解在旧式彩色电视机的显像管中,从电子枪射出的电子在2万伏的高压下被加速,并且形成1 mA的平均电流.电子束的强弱受图像信号控制,并按一定的规律在荧光屏上扫描,形成电视画面.电视机以每秒显现25张画面的速率进行扫描,由于画面更换迅速和视觉暂留,我们便看到了活动的景象.(1)电子以多大的动能轰击荧光屏?
(2)平均每幅画面有多少个电子打在屏上?
(3)如果轰击屏的能量全部被屏吸收并转化为光能,平均每幅画面射出多少个光子?(以绿光ν=5.5×1014 Hz为平均频率进行计算.普朗克常量h=6.626×10-34 J·s)答案:(1)3.2×10-15 J (2)2.5×1014 个 (3)2.2×1018个
(4)见解析?知识链接案例探究类题试解课件26张PPT。第三节 康普顿效应及其解释
第四节 光的波粒二象性目标导航预习导引目标导航预习导引二一?目标导航预习导引二一4.康普顿效应的意义
再次证明了爱因斯坦光子假说的正确性.不仅证明了光子具有能量,同时证明了光子具有动量.太阳光从小孔射入室内时,我们从侧面可以看到这束光;白天的天空各处都是亮的;宇航员在太空中尽管太阳光耀眼刺目,其他方向的天空却是黑的.为什么?
答案:地球上存在着大气,太阳光经大气中的微粒散射后传向各个方向;而在太空中的真空环境下,光不再散射,只向前传播.目标导航二一预习导引二、光的波粒二象性
1.光的波粒二象性的本质
(1)双缝干涉实验装置如图 (2)条件控制
降低光源S的强度,直到入射光减弱到没有两个光子同时存在的程度.
(3)实验过程
经过短时间、较长时间和长时间让感光片曝光.目标导航二一预习导引 (4)实验结果
①短时间,感光片上呈现杂乱分布的光点.
②较长时间,感光片上呈现模糊的亮纹.
③长时间,感光片上形成清晰的明暗相间的干涉图样.
④实验结论
光既有粒子性,又有波动性,光具有波粒二象性.
2.概率波
(1)对干涉实验中明暗条纹的解释
每个光子按照一定的概率落在感光片上的某一点,概率大的地方落下的光子多,形成亮纹,概率小的地方落下的光子少,形成暗纹.
(2)光波是一种概率波,干涉条纹是光子在感光片上各点概率分布的反映.
在宏观世界波和粒子是相互对立的,在微观世界波和粒子是统一的.单个光子运动具有偶然性,大量光子运动符合统计规律,概率波体现了波粒二象性的和谐统一.
?知识精要思考探究迁移应用一二典题例解?三一二知识精要思考探究迁移应用典题例解光子说是如何对康普顿效应进行解释的?答案:假定X射线光子与电子发生完全弹性碰撞,这种碰撞跟台球比赛中的两球碰撞很相似.按照爱因斯坦的光子说,一个X射线光子不仅具有能量 ε=hν,而且还有动量,如图所示.这个光子与静止的电子发生弹性斜碰,光子把部分能量转移给了电子,能量由hν减小为hν',因此频率减小,波长增大.同时,光子还使电子获得一定的动量.三一二知识精要思考探究迁移应用典题例解【例1】 (多选)美国物理学家康普顿在研究石墨对X射线的
散射时,发现在散射的X射线中,除了与入射波长λ0相同的成
分外,还有波长大于λ0的成分,这个现象称为康普顿效应.关于
康普顿效应,以下说法中正确的是( )
A.康普顿效应现象说明光具有波动性
B.康普顿效应现象说明光具有粒子性
C.当光子与晶体中的电子碰撞后,其能量增加
D.当光子与晶体中的电子碰撞后,其能量减少
思路分析:(1)对康普顿现象的理解,可以类比实物粒子的弹性
碰撞,在散射过程中要遵循动量守恒和能量守恒定律.(2)是否发
生光电效应或康普顿效应取决于入射光的波长.当波长较短的
X射线或γ射线入射时,产生康普顿效应;当波长较长的可见光
或紫外光入射时,主要产生光电效应.三一二知识精要思考探究迁移应用典题例解?三一二知识精要思考探究迁移应用典题例解三一二知识精要思考探究迁移应用典题例解白天的天空各处都是亮的,是大气分子对太阳光散射的结果.假设一个运动的光子和一个静止的自由电子碰撞以后,电子向某一个方向运动,光子沿另一方向散射出去,则这个散射光子跟原来的光子相比( )
A.频率变大 B.频率不变
C.光子能量变大 D.波长变长
答案:D
解析;运动的光子和一个静止的自由电子碰撞时,既遵守能量守恒,又遵守动量守恒.碰撞中光子将能量为hν的一部分传递给了电子,光子的能量减少,波长变长,频率减小,D选项正确.三一二知识精要典题例解迁移应用思考探究二、光的波粒二象性?三一二知识精要典题例解迁移应用思考探究三一二知识精要典题例解迁移应用思考探究三一二知识精要典题例解迁移应用思考探究有一位记者曾向英国物理学家、诺贝尔奖获得者布拉格请教:光是波还是粒子?布拉格幽默地答道:“星期一、三、五它是一个波,星期二、四、六它是一个粒子,星期天物理学家休息.”你是如何理解布拉格的回答的?
答案:光既不同于宏观观念的粒子,又不同于宏观观念的波,但光既具有粒子性,又具有波动性.粒子性、波动性都是光本身的属性.三一二知识精要典题例解迁移应用思考探究【例2】 (多选)对光的认识,以下说法正确的是( )
个别光子的行为表现为粒子性,大量光子的行为表现为波动
性
B.光的波动性是由于光子间的相互作用而形成的
C.光表现出波动性时,就不具有粒子性了,光表现出粒子性时,就
不具有波动性了
光的波粒二象性应理解为:在某种场合下光的波动性表现明
显,在另外某种场合下,光的粒子性表现明显
解析;个别光子的行为表现为粒子性,大量光子的行为表现为波
动性,A正确;当光和物质作用时,是“一份一份”的,表现出粒子
性,并不是光子间的相互作用,B错误;光的传播表现为波动性,
光的波动性与粒子性都是光的本质属性,只是表现明显与否,不
容易观察并不说明不具有,C错误,D正确.
答案:AD三一二知识精要典题例解迁移应用思考探究(多选)在验证光的波粒二象性的实验中,下列说法正确的是( )
使光子一个一个地通过单缝,如果时间足够长,底片上会出现
衍射图样
B.单个光子通过单缝后,底片上会出现完整的衍射图样
C.光子通过单缝的运动路线像水波一样起伏
D.单个光子通过单缝后打在底片的情况呈现出随机性,大量光
子通过单缝后打在底片上的情况呈现出规律性
答案:AD
解析;个别光子的行为表现出粒子性.单个光子的运动是随机
的、无规律的.大量光子的行为表现出波动性,大量光子运动符
合统计规律,通过单缝产生衍射图样,故A、D正确,B错误;光
子通过单缝的运动路线是有规律的,故C错误.三一三知识精要典题例解迁移应用思考探究二三、概率波1.单个光子运动的偶然性
用弱光照射双缝,当照射时间很短时,胶片上出现的是散乱的感光点,这一个个感光点表明光在与胶片作用(使其感光)时,是一份一份进行的;同时,感光点的散乱还表明单个光子通过双缝后到达胶片的什么位置是随机的,是预先不能确定的.
2.大量光子运动的必然性
当弱光照射双缝较长一段时间后,有大量光子先后通过双缝落在胶片上,出现大量的感光点,这些感光点形成分隔的一条条感光带,这正是光的双缝干涉条纹.在明条纹(感光强)处光子到达的多,单个光子到达明条纹处的概率大,而在暗条纹(感光弱)处,光子到达的概率小,因此,尽管单个光子通过双缝后落在胶片上何处是随机的,但它到达胶片上某位置处的概率大小却符合波动规律.从这个意义上讲,光是一种概率波.一三知识精要典题例解迁移应用思考探究二3.和谐的统一
概率是一种统计概念,少量光子的行为显示不出概率统计规律,大量光子才显示出这种规律.“概率波”实际上是将光的波动性和粒子性统一起来的一种说法.
4.波动性是光子的属性
从经典物理学的角度上讲,波动应该是质点间相互作用的结果.在这里,光子具有波动性,就应该是光子与光子作用的结果.但人们发现在双缝干涉实验中,即使光很弱,弱到光子一个一个地射向胶片(这时排除了光子间有相互作用),在照射时间足够长时,底片上最终还是形成了干涉图样,这正说明波动性不是由光子间相互作用而引起的,而是光子的固有属性.一三知识精要典题例解迁移应用思考探究二1927年,两位美国物理学家用电子束照射到铝箔的金属晶体上得到了电子束的衍射图案(如图),从而证实了德布罗意的假设.在电子衍射图样中,出现明暗相间的圆环,说明什么?
答案:在电子衍射图样中,出现明暗相间的圆环,说明电子落在“亮圆”上的概率大,落在“暗圆”上的概率小.一三知识精要典题例解迁移应用思考探究二【例3】 (多选)物理学家做了一个有趣的实验:在双缝干涉实
验中,在光屏处放上照相底片,若减弱光的强度,使光子只能一个
一个地通过狭缝,实验结果表明,如果曝光时间不太长,底片上只
出现一些不规则的点子;如果曝光时间足够长,底片上就出现了
规则的干涉条纹.对这个实验结果,下列认识正确的是( )
A.曝光时间不长时,光子的能量太小,底片上的条纹看不清楚,故出现
不规则的点子
B.单个光子的运动没有确定的轨道
C.干涉条纹中明亮的部分是光子到达机会较多的地方
D.只有大量光子的行为才能表现出波动性一三知识精要典题例解迁移应用思考探究二解析:光是一种概率波,对于一个光子通过单缝落在何处,是不
确定的,但概率最大的是中央亮纹处,可达95%以上,还可能落
到暗纹处,不过落在暗纹处的概率最小(注意暗纹处并非无光子
到达).故C、D选项正确.
答案:CD一三知识精要典题例解迁移应用思考探究二一三知识精要典题例解迁移应用思考探究二(多选)电子的运动受波动性的支配,对于氢原子的核外电子,下列说法正确的是( )
A.氢原子的核外电子可以用确定的坐标描述它们在原子中的位置
B.电子绕核运动时,可以运用牛顿运动定律确定它的轨道
C.电子绕核运动的“轨道”其实是没有意义的
D.电子轨道只不过是电子出现的概率比较大的位置
答案:CD
解析:微观粒子的波动性是一种概率波,对应微观粒子的运动,牛顿运动定律已经不适用了,所以氢原子的核外电子不能用确定的坐标描述它们在原子中的位置,电子的“轨道”其实是没有意义的,电子轨道只不过是电子出现的概率比较大的位置,综上所述C、D正确.课件30张PPT。第五节 德布罗意波 目标导航预习导引目标导航预习导引一、德布罗意波假说
任何一个实物粒子都和一种波相对应,这种波被称为德布罗意波,也称物质波.
预习交流1
射击运动员射击时会因为子弹的波动性而“失准”吗?为什么?根据现实情况下子弹质量、速度大小所对应的德布罗意波波长来做定性说明.
答案:不会.因为宏观的子弹质量和速度较大,动量较大,德布罗意波波长非常小.目标导航预习导引二、电子衍射
电子衍射的发现证明了德布罗意波假说,实验表明,其他一切微观粒子也都具有波动性.
三、电子云
当原子处于稳定状态时,电子会形成一个稳定的概率分布,这种概率分布称为电子云.
四、不确定关系的表达式
实验发现,对光子位置的测量越精确,其动量的不确定性就越大,反之亦然.微观粒子的不确定性关系的表达式为____________.目标导航预习导引预习交流2
“在微观物理学中,由于我们不可能同时准确地知道某个粒子的位置和动量,粒子出现的位置是无规律可循的.”你是如何理解的?
答案:虽然我们不可能同时准确地知道某个粒子的位置和动量,但粒子的运动却有规律可循,那就是统计规律,比如,衍射的亮斑位置就是粒子出现概率大的位置.一迁移应用典题例解知识精要思考探究二一、物质波
1.德布罗意假说的内容
(1)实物粒子也具有波动性,即每一个运动的粒子都与一个对应的波相联系,这种波叫做德布罗意波,也称为物质波.
(2)粒子有能量和动量与对应波的频率和波长的关系为一迁移应用典题例解知识精要思考探究二2.物质波的实验验证
(1)证明思路:观察实物粒子的衍射图样.
由 知,要使λ大,应使m尽可能小,晶体中离子间距为10-10 m,因此可利用晶体作衍射光栅,检验电子的波动性.?
(2)物质波的实验验证
戴维孙和G.P.汤姆生分别利用晶体做了电子束衍射的实验,得到了类似如图所示的衍射图样,从而证实了电子的波动性.一迁移应用典题例解知识精要思考探究二3.对物质波的理解
(1)任何物体,小到电子、质子,大到行星、太阳都存在波动性,我们之所以观察不到宏观物体的波动性,是因为宏观物体对应的波长太小.
(2)德布罗意波是一种概率波,粒子在空间各处出现的概率受波动规律的支配,不要以宏观观点中的波来理解德布罗意波.
(3)德布罗意假说是光子的波粒二象性的一种推广,使之包括了所有的物质粒子,即光子与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物质波.一迁移应用典题例解知识精要思考探究二(4)对于光,先有波动性(即ν和λ),再在量子理论中引入光子的能量ε和动量p来补充它的粒子性.反之,对于实物粒子,则先有粒子概念(即ε和p),再引入德布罗意波(即ν和λ)的概念来补充它的波动性.不过要注意这里所谓的波动和粒子,仍然都是经典物理学的概念,所谓补充仅是形式上的.综上所述,德布罗意的推想基本上是爱因斯坦1905年关于光子的波粒二象性理论(光粒子由波伴随着)的一种推广,使之包括了所有的物质微观粒子.一迁移应用典题例解知识精要思考探究二4.物质波也是概率波
对于电子、实物粒子等其他微观粒子,同样具有波粒二象性,所以与它们相联系的物质波也是概率波.也就是说,单个粒子位置是不确定的,具有偶然性;大量粒子运动具有必然性,遵循统计规律.概率波将波动性与粒子性统一起来.知识精要迁移应用一思考探究典题例解二宏观物体也具有波粒二象性吗?
答案:宏观物体由于运动动量较大,根据德布罗意波波长与动量的关系 ,波长非常非常小,尽管不容易观察到它们的干涉、衍射等波的现象,但它们仍然具有波动性,因此宏观物体也具有波粒二象性.知识精要典题例解思考探究一迁移应用二【例1】 照相底片上的感光物质中的AgBr分子在光照射下能分解,经冲洗后就被记录下来(这种现象称为“光化效应”,与光电效应类似,只有入射光光子的能量大于某一数值,才能发生).已知分解一个AgBr分子所需的最小能量约为1.0×10-19 J,h=6.63×10-34 J·s,试探究分析这种照相底片感光的截止波长(即它能记录的光的最大波长值).
解析:ε=hν,而c=λν,答案:2.0×10-6 m 一知识精要典题例解思考探究迁移应用二知识精要迁移应用思考探究一二典题例解一质量为450 g的足球以10 m/s的速度在空中飞行;一个初速度为零的电子,通过电压为100 V的加速电场.试分别计算它们的德布罗意波波长.(已知me=9.1×10-31 kg,e=1.6×10-19 C,h=6.63×10-34 J·s)
答案:1.47×10-34 m 1.23×10-10 m
解析:物体的动量p=mv,迁移应用思考探究知识精要一二典题例解迁移应用思考探究知识精要一二典题例解迁移应用思考探究知识精要一二典题例解迁移应用思考探究知识精要一二典题例解知识精要迁移应用思考探究一典题例解二思考探究典题例解迁移应用知识精要一二思考探究典题例解迁移应用知识精要一二思考探究典题例解迁移应用知识精要一二思考探究迁移应用典题例解知识精要一二思考探究迁移应用典题例解知识精要一二知识链接类题试解案例探究物质波与显微镜
当被观察物太小时,衍射现象不能忽略,这样物体的像就模糊了,影响了显微镜的分辨本领.
电子显微镜是使用电子束工作的.电子束也是一种波,如果把它加速,电子动量很大,它的德布罗意波长就很短,衍射现象的影响就很小.案例探究知识链接类题试解影响显微镜分辨率本领的一个因素是衍射,衍射现象越明显,分辨本领越低.使用电子束工作的电子显微镜有较高的分辨本领,它利用高压对电子束加速,最后打在感光胶片上来观察显微图像.以下说法正确的是( )
A.加速电压越高,电子的波长越长,分辨本领越强
B.加速电压越高,电子的波长越短,衍射现象越明显
C.如果加速电压相同,则用质子流工作的显微镜比用电子流工作的显微镜分辨本领强
D.如果加速电压相同,则用质子流工作的显微镜比用电子流工作的显微镜分辨本领弱案例探究知识链接类题试解解析:设加速电压为U,电子电荷量为e,质量为m,对电子来说,加速电压越高,λ越小,衍射现象越不明显,故选项A、B错误;电子与质子比较,因质子质量比电子质量大得多,可知质子加速后的波长要小得多,衍射现象不明显,分辨本领强,故选项C正确,选项D错误.
答案:C案例探究知识链接类题试解知识链接案例探究类题试解电子和光一样具有波粒二象性,它表现出波动性,就像X射线穿过晶体时会产生衍射一样,这一类实物粒子的波动叫德布罗意波.质量为m的电子以速度v运动时,这种德布罗意波的波长可表示为 .已知电子质量m=9.1×10-31 kg,电子电荷量e=1.6×10-19 C,普朗克常量h=6.63×10-34 J·s.
(1)计算具有100 eV动能的电子的动量p和波长λ;
(2)若一个静止的电子经2 500 V电压加速,求能量和这个电子动能相同的光子的波长及该光子的波长和这个电子的波长之比.
答案:(1)5.4×10-24 kg·m/s 1.2×10-10 m
(2)5.0×10-10 m 20知识链接案例探究类题试解解析:(1)电子的动量
