课件30张PPT。第二章 章末总结内容索引
知识网络
题型探究
达标检测
知识网络波
粒
二
象
性光的粒子性光电
效应本质：电子 光电子规律：①存在着饱和电流
②存在着遏止电压(最大初动能)
③存在着极限频率
④瞬时性爱因斯坦光电效应方程：光子说：光子的能量 ，光具有波粒二象性
康普顿效应：光子的能量 ，光子的动量光的波动性
粒子的波动性：物质波波长λ＝ ，物质波也是概率波
不确定性关系：ε＝hνε＝hν
题型探究一、量子论、光子说、光子能量的计算1.量子论
德国物理学家普朗克提出：电磁波的发射和吸收是不连续的，是一份一份的，每一份电磁波的能量ε＝hν.
2.光子说
爱因斯坦提出：空间传播的光也是不连续的，也是一份一份的，每一份称为一个光子，光子具有的能量与光的频率成正比，即ε＝hν，其中h为普朗克常量，h＝6.63×10－34 J·s.
3.光的频率与波长的关系：ν＝ .例1 激光器是一个特殊的光源，它发出的光便是激光，红宝石激光器发射的激光是不连续的一道一道的闪光，每道闪光称为一个光脉冲，现有一红宝石激光器，发射功率为1.0×1010 W，所发射的每个光脉冲持续的时间Δt为1.0×10－11 s，波长为 793.4 nm.问每列光脉冲的长度l是多少？其中含有的光子数n是多少？(普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，光速c＝3×108 m/s)解析答案答案 3×10－3 m 4×1017个解析 光脉冲的长度是光在一个脉冲时间内传播的距离，设为l.
则l＝cΔt＝3×108×1.0×10－11 m＝3×10－3 m.
根据W＝PΔt可知每列光脉冲能量
W＝PΔt＝1.0×1010×1.0×10－11 J＝0.1 J.
而每个光子能量≈2.507×10－19 J.
故每个光脉冲含有光子数二、光电效应的规律和光电效应方程1.光电效应的实验规律
(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等于这个极限频率，才能发生光电效应.低于极限频率时，无论光照强度多强，都不会发生光电效应.
(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)入射光照射到金属上时，光电子的发射几乎是瞬时的，一般不超过10－9s.
(4)当入射光的频率高于极限频率时，单位时间内从金属表面逸出的光电子数目与入射光的强度成正比.2.爱因斯坦光电效应方程 mvmax2＝hν－W0
W0表示金属的逸出功，ν0表示金属的极限频率，则W0＝hν0.例2 如图1甲所示为研究光电效应的电路图.图1解析答案(1)对于某金属用紫外线照射时，电流表指针发生偏转.将滑动变阻器滑片向右移动的过程中，电流表的示数不可能____(选填“减小”、“增大”).如果改用频率略低的紫光照射，电流表_____(选填“一定”“可能”或“一定没”)有示数.减小可能解析 AK间所加的电压为正向电压，光电子在光电管中加速，滑动变阻器滑片向右移动的过程中，若光电流达到饱和，则电流表示数不变，若光电流没达到饱和电流，则电流表示数增大，所以滑动变阻器滑片向右移动的过程中，电流表的示数不可能减小，紫光照射不一定能发生光电效应，所以电流表可能有示数.图1解析答案(2)当用光子能量为5 eV的光照射到光电管上时，测得电流表上的示数随电压变化的图象如图乙所示.则光电子的最大初动能为_________ J，金属的逸出功为_________ J.3.2×10－194.8×10－19解析 由题图乙可知，当该装置所加的电压为－2 V的反向电压时，电流表示数为0，得光电子的最大初动能为2 eV，根据光电效应方程 mvmax2＝hν－W0得W0＝3 eV＝4.8×10－19 J. 针对训练 关于光电效应，以下说法正确的是
A.光电子的最大初动能与入射光的频率成正比
B.光电子的最大初动能越大，形成的光电流越强
C.能否产生光电效应现象，取决于入射光光子的能量是否大于金属的逸
出功
D.用频率是ν1的绿光照射某金属发生了光电效应，改用频率是ν2的黄光照
射该金属一定不发生光电效应解析答案√解析 由光电效应方程知，光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大，但不是成正比关系，A错.
光电流的强度与入射光的强度成正比，与光电子的最大初动能无关，B错.
用频率是ν1的绿光照射某金属发生了光电效应，改用频率是ν2的黄光照射该金属也可能发生光电效应，能发生光电效应的条件是入射光光子的能量要大于金属的逸出功，D错，C对.三、用图象表示光电效应的规律1.Ek－ν图象
根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0，光电子的最大初动能Ek是入射光频率ν的一次函数，图象如图2所示.其横轴截距为金属的极限频率ν0，纵轴截距是金属的逸出功的负值，斜率为普朗克常量h.图22.I－U图象
光电流强度I随光电管两极间电压U的变化图象如图3所示，图中Im为饱和光电流，U0为遏止电压.利用 mevm2＝eU0可得光电子的最大初动能.图33.U0－ν图象
遏止电压与入射光频率ν的关系图象如图4所示：
图中的横轴截距ν0为截止频率.而遏止电压U0随入射光频率的增大而增大.图4例3 用不同频率的光分别照射钨和锌，产生光电效应，根据实验可画出光电子的最大初动能Ek随入射光频率ν变化的Ek－ν图线.已知钨的逸出功是2.84 eV，锌的逸出功为3.34 eV，若将二者的图线画在同一个Ek－ν坐标系中，则正确的图是 解析答案√解析 根据光电效应方程Ek＝hν－W0可知，Ek－ν图象的斜率为普朗克常量h，因此图中两线应平行，故C、D错误；
图线与横轴的交点表示恰能发生光电效应(光电子动能为零)时的入射光频率即极限频率，由光电效应方程可知，逸出功越大的金属对应的入射光的极限频率越高，所以能使金属锌发生光电效应的极限频率较高，所以A正确，B错误.四、波粒二象性的理解1.光的波粒二象性
(1)光的干涉、衍射、偏振说明光具有波动性，光电效应现象、康普顿效应则证明光具有粒子性，因此，光具有波粒二象性，对于光子这样的微观粒子只有从波粒二象性出发，才能统一说明光的各种行为.
(2)大量光子产生的效果显示出光的波动性，少数光子产生的效果显示出粒子性，且随着光的频率的增大，波动性越来越不显著，而粒子性却越来越显著.2.实物粒子(如：电子、质子等)都有一种波与之对应(物质波的波长λ＝ ，频率ν＝ ).
3.物质波与光波一样都属于概率波.概率波的实质：是指粒子在空间分布的概率是受波动规律支配的.例4 (多选)关于光的波粒二象性，正确的说法是
A.光的频率越高，光子的能量越大，粒子性越显著
B.光的波长越长，光的能量越小，波动性越显著
C.频率高的光子不具有波动性，波长较长的光子不具有粒子性
D.个别光子产生的效果往往显示粒子性，大量光子产生的效果往往显示
波动性解析答案√√√解析 光具有波粒二象性，但在不同情况下表现不同，频率越高，波长越短，粒子性越明显，反之波动性越明显，个别光子易显示粒子性，大量光子易显示波动性，故选项A、B、D正确.
达标检测1.能引起人的眼睛视觉效应的最小能量为10－18 J，已知可见光的平均波长约为0.6 μm，普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，则进入人眼的能量子数至少为
A.1个 B.3个 C.30个 D.300个√解析答案1234解析 可见光的平均频率ν＝ ，能量子的平均能量为ε＝hν，引起视觉效应时E＝nε，联立可得n≈3，B正确.2.(多选)光电效应的实验结论是：对于某种金属
A.无论光强多强，只要光的频率小于极限频率就不能产生光电效应
B.无论光的频率多低，只要光照时间足够长就能产生光电效应
C.频率超过极限频率的入射光，光照强度越弱，所产生的光电子的最大
初动能就越小
D.频率超过极限频率的入射光，频率越高，所产生的光电子的最大初动
能就越大答案解析1234√√解析 根据光电效应规律可知A正确，B错误.
根据光电效应方程知，频率ν越高，光电子的最大初动能就越大，C错误，D正确.3.(多选)现代物理学认为，光和实物粒子都具有波粒二象性，下列事实中突出体现波动性的是
A.一定频率的光照射到锌板上，光的强度越大，单位时间内锌板上发射
的光电子就越多
B.肥皂液是无色的，吹出的肥皂泡却是彩色的
C.质量为10－3 kg、速度为10－2 m/s的小球，其德布罗意波长约为10－28 m，
不过我们能清晰地观测到小球运动的轨迹
D.人们常利用热中子研究晶体的结构，因为热中子的德布罗意波长与晶
体中原子间距大致相同答案解析1234√√解析 光子照到锌板上，发生光电效应，说明光有粒子性，A不正确；
白光在肥皂泡上发生薄膜干涉时，会出现彩色条纹，光的干涉现象说明了光有波动性，B正确；
由于小球的波长很小，波动性不明显，表现为粒子性，C不正确；
用热中子研究晶体结构，其实是通过中子的衍射来“观察”晶体的，是利用中子的波动性，D正确.12344.已知金属铯的极限波长为0.66 μm，用0.50 μm的光照射铯金属表面发射光电子的最大初动能为多少焦耳？铯金属的逸出功为多少焦耳？(普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s)答案解析1234答案 9.6×10－20 J 3×10－19 J解析 金属铯发生光电效应的极限频率1234金属铯的逸出功由光电效应方程课件33张PPT。第二章 第一节 光电效应学习目标
1.了解光电效应，掌握光电效应的实验规律.
2.知道光电流与光的强度和光的频率之间的关系.
3.理解极限频率和遏止电压的概念.内容索引
知识探究
题型探究
达标检测
知识探究一、光电效应与光电流1.如图1所示，取一块锌板，用砂纸将其一面擦一遍，去掉表面的氧化层，连接在验电器上(弧光灯发射紫外线).图1用弧光灯照射锌板，看到的现象为______________
_____，说明_________________________________
____________________________________________
___________.验电器指针偏角张开 锌板带电了.弧光灯发出的紫外线照射到锌板上，在锌板表面发射出光电子，从而使锌板带上了正电答案2.光电流的产生是光照射的结果.如图2所示是用来探究光电流的大小与入射光强度和频率关系的实验装置图.光源强度可以通过改变光罩上出射孔的数目或大小来改变，光的频率可以用不同的滤色片来改变.图2(1)在频率不变(保持蓝光不变)的情况下，改变入射光的强度，光电流的大小如何变化？答案 随着光强的增加，光电流逐渐变大.答案(2)将光的强度保持不变，更换滤色片以改变入射光的频率(蓝光、绿光、红光为例)，光电流有什么变化？这说明什么问题？答案 蓝光和绿光都有光电流产生，而红光照射时没有，即使增强红光的强度依然没有光电流.
这说明对于某种金属只有光的频率足够大，才能发生光电效应.如小于某个频率值，光再强也不能发生光电效应.答案1.光电效应
(1)光电效应
金属在光的照射下发射 的现象.
(2)光电子：光电效应中发射出来的 .
(3)光电流： 定向运动形成的电流.电子电子光电子2.光电流的变化
在正向电压一定的情况下，光电流的变化与入射光的 有关，与入射光的 无关，光源强度可以使光电管 单位时间内发射的 数目变化.
3.极限频率
对于每一种金属，只有当入射光频率 某一频率ν0时，才会产生光电流.我们将ν0称为极限频率.强度频率阴极光电子大于判断下列说法的正误.
(1)用一束紫外线照射锌板时，发生了光电效应，有正离子从锌板上飞出来.( )
(2)只要光足够强，任何频率的光都可以使金属发生光电效应.( )
(3)能否发生光电效应，取决于入射光的频率，与光的强度无关.( )×√×二、遏止电压(1)如图3所示是测量遏止电压的示意图，利用它可测量光电子的最大初动能.
①光电管两极加的是什么电压？有何作用？
②当反向电压增大时，光电流怎么变？
图3答案 减小答案答案 反向电压 使光电子减速③怎样求得光电子的最大初动能？图3答案答案 当图中光电流为零，所加的反向电压为
U0时，有eU0＝ mv max2成立.eU0就是光电子的最
大初动能.(2)在图3中，利用蓝光照射，加反向电压，逐渐增大电压，直至光电流为零，记录遏止电压的值.改变入射光强度，记录的遏止电压的值有什么特点？答案 不变.(3)维持光源强度不变，改变入射光的频率.先采用蓝光作为入射光，记录遏止电压值；再换绿光作为入射光，记录遏止电压值.有什么现象？答案答案 绿光时较小.(4)综合上面的分析，关于光电子的最大初动能与入射光频率，能得出什么结论？答案 遏止电压只与入射光的频率有关，而与入射光的强弱无关.而遏止电压对应光电子的最大初动能，也就是说其最大初动能也只与入射光的频率有关.遏止电压
1.定义：在强度和频率一定的光照射下，回路中的光电流会随着反向电压的增加而 ，并且当反向电压达到某一数值时，光电流将会减小到零，这时的电压称为遏止电压，用符号U0表示，光电子到达阳极要克服反向电场力做的功W＝ .光电子最大初动能 mv max2＝ .
2.光电子的最大初动能只与入射光的 有关.减小eU0eU0频率判断下列说法的正误.
(1)遏止电压是反向电压，其作用是阻碍电子的运动.( )
(2)光电管加反向电压时，电压越小，光电流也越小.( )
(3)遏止电压与入射光的强度有关，与入射光的频率无关.( )×√×
题型探究一、光电效应现象1.光电效应的实质：光现象 电现象.
2.光电效应中的光包括不可见光和可见光.
3.光电子：光电效应中发射出来的电子，其本质还是电子.例1 一验电器与锌板相连(如图4所示)，用一紫外线灯照射锌板，关灯后，验电器指针保持一定偏角.
(1)现用一带负电的金属小球与锌板接触，
则验电器指针偏角将_____(填“增大”、
“减小”或“不变”).解析答案解析 当用紫外线灯照射锌板时，锌板发生光电效应，锌板放出光电子而带上正电，此时与锌板连在一起的验电器也带上了正电，故指针发生了偏转.当带负电的小球与锌板接触后，中和了一部分正电荷，从而使验电器的指针偏角减小.图4减小(2)使验电器指针回到零，再用相同强度的钠灯发出的黄光照射锌板，验电器指针无偏转.那么，若改用强度更大的红外线灯照射锌板，可观察到验电器指针___(填“有”或“无”)偏转.解析答案解析 使验电器指针回到零，用钠灯发出的黄光照射锌板，验电器指针无偏转，说明钠灯发出的黄光的频率小于锌的极限频率，而红外线比黄光的频率还要低，更不可能使锌板发生光电效应.能否发生光电效应与入射光的强弱无关.无针对训练1 (多选)如图5所示，用弧光灯照射锌板，验电器指针张开一个角度，则下列说法中正确的是
A.用紫外光照射锌板，验电器指针会发生偏转
B.用绿色光照射锌板，验电器指针会发生偏转
C.锌板带的是负电荷
D.使验电器指针发生偏转的是正电荷答案图5√√二、光电效应的实验规律1.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.
2.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.
3.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.
遏止电压随入射光频率的增大而增大，与光强无关.
4.随着反向电压的增大，光电流逐渐减小，说明金属中逸出的光电子的初动能是不同的，而光电子的最大初动能与遏止电压是对应的.
5.光电效应几乎是瞬时的，发生时间一般不超过10－9 s.例2 利用光电管研究光电效应实验如图6所示，用频率为ν的可见光照射阴极K，电流表中有电流通过，则
A.用紫外线照射，电流表不一定有电流通过
B.用红光照射，电流表一定无电流通过
C.用频率为ν的可见光照射K，当滑动变阻器的滑
动触头移到A端时，电流表中一定无电流通过
D.用频率为ν的可见光照射K，当滑动变阻器的滑
动触头向B端滑动时，电流表示数可能不变图6√解析答案解析 因紫外线的频率比可见光的频率高，所以用紫外线照射时，电流表中一定有电流通过，选项A错误；
因不知阴极K的极限频率，所以用红光照射时，不一定发生光电效应，所以选项B错误；
即使UAK＝0，电流表中也有电流，所以选项C错误；
当滑动触头向B端滑动时，UAK增大，阳极A吸收光电子的能力增强，光电流会增大，当所有光电子都到达阳极A时，电流达到最大，即饱和电流.若在滑动前，电流已经达到饱和电流，那么即使增大UAK，光电流也不会增大，所以选项D正确.针对训练2 入射光照射到某金属表面上发生光电效应，若入射光的强度减弱，而频率保持不变，那么
A.从光照至金属表面上到发射出光电子之间的时间间隔将明显增加
B.逸出的光电子的最大初动能将减小
C.单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将减少
D.有可能不发生光电效应√解析答案解析 发生光电效应几乎是瞬时的，选项A错误；
入射光的强度减弱，说明单位时间内的入射光子数目减少，频率不变，逸出的光电子的最大初动能也就不变，选项B错误；
光电流随入射光强度的减小而减小，逸出的光电子数目也随入射光强度的减小而减少，故选项C正确；
入射光照射到某金属上发生光电效应，说明入射光频率不低于这种金属的极限频率，入射光的强度减弱而频率不变，同样能发生光电效应，故选项D错误.三、经典电磁理论解释的局限性在光的照射下，物体内部的电子受到电磁波的作用做受迫振动.例3 在光电效应的规律中，经典电磁理论能解释的有
A.入射光的频率必须大于被照射金属的极限频率时才能产生光电效应
B.光电子的最大初动能与入射光强度无关，只随入射光频率的增大而增大
C.入射光照射到金属上时，光电子的发射几乎是瞬时的，一般不超过10－9s
D.当入射光频率大于极限频率时，光电子数目随入射光强度的增大而增多√答案
达标检测1.当用一束紫外线照射锌板时，产生了光电效应，这时
A.锌板带负电
B.有正离子从锌板逸出
C.有电子从锌板逸出
D.锌板会吸附空气中的正离子解析答案√解析 当用一束紫外线照射锌板时，产生了光电效应，有电子从锌板逸出，锌板带正电，选项C正确，A、B、D错误.12342.在做光电效应演示实验时，把某金属板连在验电器上，第一次用弧光灯直接照射金属板， 验电器的指针张开一个角度，第二次在弧光灯和金属板之间插入一块普通玻璃，再用弧光灯照射，验电器的指针不张开.由此可判定，使金属板产生光电效应的是弧光灯中的
A.可见光成分 B.红外线成分
C.无线电波成分 D.紫外线成分答案√解析解析 因为玻璃不能挡住可见光，且红外线与无线电波频率都比可见光小，故D对.12343.用某种单色光照射某种金属表面，发生光电效应.现将该单色光的光强减弱，则下列说法中正确的是
①光电子的最大初动能不变
②光电子的最大初动能减小
③单位时间内产生的光电子数减少
④可能不发生光电效应
A.①③ B.②③ C.①② D.③④√答案12344.某单色光照射某金属时不能产生光电效应，则下述措施中可能使该金属产生光电效应的是
A.延长光照时间 B.增大光的强度
C.换用波长较短的光照射 D.换用频率较低的光照射√答案解析1234解析 光照射金属时能否产生光电效应，取决于入射光的频率是否大于金属的极限频率，与入射光的强度和照射时间无关，故选项A、B、D均错误；
又因ν＝ ，所以选项C正确.课件33张PPT。第二章 第三节 康普顿效应及其解释
第四节 光的波粒二象性学习目标
1.了解康普顿效应及其意义.
2.知道光的波粒二象性并会分析有关现象.
3.了解什么是概率波，知道光也是一种概率波.内容索引
知识探究
题型探究
达标检测
知识探究一、康普顿效应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；宇航员在太空中会发现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 在地球上存在着大气，太阳光经大气中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.答案1.光的散射
光在介质中与物质微粒相互作用，因而传播方向发生改变，这种现象叫做光的散射.
2.康普顿效应
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 λ0的成分，这个现象称为康普顿效应.大于3.康普顿效应的意义
康普顿效应表明光子除了具有能量之外，还具有动量，深入揭示了光的 的一面.
4.光子的动量
(1)表达式：p＝ .
(2)说明：在康普顿效应中，入射光子与物质中电子碰撞时，把一部分动量转移给电子，光子的动量变小.因此，有些光子散射后波长变大.粒子性判断以下说法的正误.
(1)光子的动量与波长成反比.( )
(2)光子发生散射后，其动量大小发生变化，但光子的频率不发生变化.( )
(3)有些光子发生散射后，其波长变大.( )√×√二、光的波粒二象性的本质人类对光的本性的认识的过程中先后进行了一系列实验，比如：
光的单缝衍射实验(图A)光的双孔干涉实验(图B)光电效应实验(图C)光的康普顿效应实验(图D)康普顿效应实验等等.(1)在以上实验中哪些体现了光的波动性？哪些体现了光的粒子性？答案 单缝衍射、双孔干涉体现了光的波动性.
光电效应和康普顿效应体现了光的粒子性.(2)光的波动性和光的粒子性是否矛盾？答案 不矛盾.大量光子在传播过程中显示出波动性，比如干涉和衍射.当光与物质发生作用时，显示出粒子性，如光电效应、康普顿效应.光具有波粒二象性.答案1.对光的波粒二象性2.光子的能量ε＝hν和动量p＝ ，说明了光具有波粒二象性.普朗克常量h把描述粒子性的 和 ，与描述波动性的 、 紧密联系在一起.能量ε动量p频率ν波长λ判断下列说法的正误.
(1)光的干涉、衍射、偏振现象说明光具有波动性.( )
(2)光子数量越大，其粒子性越明显.( )
(3)光具有粒子性，但光子又不同于宏观观念的粒子.( )
(4)光在传播过程中，有的光是波，有的光是粒子.( )√×√×三、概率波双缝干涉实验中(如图1甲所示)，在光屏处放置感光片，并设法减弱光的强度，使光子只能是一个一个地通过狭缝.
曝光时间短时，可看到感光片上出现一些无规则分布的亮点，如图乙所示.曝光时间足够长，有大量光子通过狭缝，感光片上出现了规则的干涉条纹，如图丁所示.
如何解释曝光时间较短时的亮点和曝
光时间较长时的干涉图样呢？图1答案答案 图片上的亮点表明，光表现出粒子性，也看到光子的运动与宏观现象中质点的运动不同，没有一定的轨道.图丙和图丁图样说明，光的波动性是大量光子表现出来的现象.在干涉条纹中，那些光波强的地方是光子到达机会多的地方或是到达几率大的地方，光波弱的地方是光子到达机会少的地方，光子在空间出现的概率可以通过波动的规律确定，所以光波是一种概率波.1.单个粒子运动的偶然性：我们可以知道粒子落在某点的 ，但不能预言粒子落在什么位置，即粒子到达什么位置是 的，是预先不能确定的.
2.大量粒子运动的统计规律：光在传播过程中，光子在空间出现的_____ 可以通过波动规律确定，所以光波是一种 波.概率随机概率概率判断下列说法的正误.
(1)光子通过狭缝后落在屏上的位置是可以确定的.( )
(2)光子通过狭缝后落在屏上亮条纹处的概率大些.( )
(3)电子通过狭缝后运动的轨迹是确定的.( )√××
题型探究一、对康普顿效应的理解1.光电效应揭示出光的粒子性，每个光子携带的能量为ε＝hν，爱因斯坦进一步提出光子的动量应为p＝ ，式中λ为光波的波长.
2.康普顿效应不仅有力地验证了光子理论，而且证实了微观领域的现象也严格遵循能量守恒和动量守恒.康普顿效应揭示出光具有粒子性的一面.例1 康普顿效应证实了光子不仅具有能量，也有动量.如图2给出了光子与静止电子碰撞后电子的运动方向，则碰撞后光子可能沿方向___运动，并且波长_____(填“不变”“变短”或“变长”).解析答案图21变长解析 由于光子不仅具有能量，它还具有动量，因此我们可以根据能量和动量的相关规律进行分析和解答.因光子与电子的碰撞过程动量守恒，所以碰撞之后光子和电子的总动量的方向与碰撞前光子动量的方向一致，可见碰撞后光子运动的方向可能沿1方向，不可能沿2或3方向；通过碰撞，光子将一部分能量转移给电子，光子的能量减少，由ε＝hν知，频率变小，再根据c＝λν知，波长变长.二、对光的波粒二象性的认识1.大量光子产生的效果显示出波动性；个别光子产生的效果显示出粒子性.
2.光子和电子、质子等实物粒子一样，具有能量和动量.和其他物质相互作用时，粒子性起主导作用；在光的传播过程中，光子在空间各点出现的可能性的大小(概率)由波动性起主导作用，因此称光波为概率波.
3.频率低、波长长的光，波动性特征显著，而频率高、波长短的光，粒子性特征显著.
4.光子的能量与其对应的频率成正比，而频率是描述波动性特征的物理量，因此ε＝hν揭示了光的粒子性和波动性之间的密切联系.例2 (多选)对光的认识，以下说法中正确的是
A.个别光子的行为表现出粒子性，大量光子的行为表现出波动性
B.高频光是粒子，低频光是波
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，就不再
具有波动性了
D.光的波粒二象性应理解为：在某种场合下光的波动性表现得明显，在
另外某种场合下，光的粒子性表现得明显解析答案√√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；光与物质相互作用，表现为粒子性，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，频率高的光粒子性强，频率低的光波动性强，光的粒子性表现明显时仍具有波动性，因为大量粒子的个别行为呈现出波动规律，故正确选项为A、D.三、对光的概率波的理解1.单个粒子运动的偶然性：我们可以知道粒子落在某点的概率，但不能预言粒子落在什么位置，即粒子到达什么位置是随机的，是预先不能确定的.
2.大量粒子运动的统计规律：光在传播过程中，光子在空间出现的概率可以通过波动规律确定，所以光波是一种概率波.例3 (多选)在单缝衍射实验中，中央亮纹的光强占从单缝射入的整个光强的95%以上，假设现在只让一个光子通过单缝，那么该光子
A.一定落在中央亮纹处
B.一定落在亮纹处
C.可能落在暗纹处
D.落在中央亮纹处的可能性最大解析答案√√解析 根据光波是概率波的概念，对于一个光子通过单缝落在何处，是不可确定的，但概率最大的是落在中央亮纹处.当然也可能落在其他亮纹处，还可能落在暗纹处，不过，落在暗纹处的概率很小，故C、D选项正确.
达标检测1.一个沿着一定方向运动的光子和一个原来静止的自由电子相互碰撞，碰撞之后电子向某一方向运动，而光子沿着另一方向散射出去，则这个散射光子跟原来入射时相比
A.能量减少 B.动量增加
C.频率增大 D.波长减小答案√1232.下列有关光的波粒二象性的说法中，正确的是
A.有的光是波，有的光是粒子
B.光子与电子是同样的一种粒子
C.光的波长越长，其波动性越显著；光的波长越短，其粒子性越显著
D.大量光子的行为往往表现出粒子性答案√解析123解析 一切光都具有波粒二象性，光的有些行为(如干涉、衍射)表现出波动性，有些行为(如光电效应)表现出粒子性，A错误.
虽然光子与电子都是微观粒子，但电子是实物粒子，有静止质量，光子不是实物粒子，没有静止质量，电子是以实物形式存在的物质，光子是以场形式存在的物质，所以B错误.
光的波粒二象性的理论和实验表明，大量光子的行为表现出波动性，个别光子的行为表现出粒子性.光的波长越长，衍射性越好，即波动性越显著；光的波长越短，其粒子性越显著，故选项C正确，D错误.1233.关于光的本性，下列说法中正确的是
A.关于光的本性，牛顿提出“微粒说”，惠更斯提出“波动说”，爱因
斯坦提出“光子说”，它们都说明了光的本性
B.光具有波粒二象性是指：既可以把光看成宏观概念上的波，也可以看
成微观概念上的粒子
C.光的干涉、衍射现象说明光具有波动性，光电效应说明光具有粒子性
D.光的波粒二象性是将牛顿的粒子说和惠更斯的波动说真正有机地统一
起来答案123√课件40张PPT。第二章 第二节 光 子学习目标
1.知道普朗克的能量量子假说.
2.知道爱因斯坦的光子说以及光子能量的表达式.
3.知道爱因斯坦的光电效应方程以及对光电效应规律的解释.内容索引
知识探究
题型探究
达标检测
知识探究一、能量量子假说(1)在宏观世界里，下列哪些量的取值是连续的；哪些是不连续的？(物体的长度、质量、动能、动量、人的个数、台阶的个数)答案答案 连续的有：物体的长度、质量、动能、动量.
不连续的有：人的个数、台阶的个数.答案(2)氢原子中电子的能量只可能取值－13.6 eV、－3.40 eV、－1.51 eV等，这是连续还是分立取值？答案 分立取值，即氢原子的能量是量子化的.1.假说内容：物体热辐射所发出的电磁波的能量是 ，只能是hν的 .
2.能量量子： 称为一个能量量子，其中ν是辐射频率，h是一个常量，称为普朗克常量，h＝6.63×10－34 J·s.
3.假说的意义：能量量子假说能够非常合理地解释某些电磁波的 和、
的实验现象.
4.量子化现象：在微观世界里，物理量的取值很多时候是不连续的，只能取一些分立值的现象.不连续的整数倍hν辐射吸收判断下列说法的正误.
(1)物体热辐射的电磁波的能量是不连续的. ( )
(2)电磁波的能量子的能量ε＝hν，ν是电磁波的速度. ( )
(3)所谓量子化即物理量的取值是分立的，是不连续的. ( )√×√二、光子假说和光电效应方程用如图1所示的装置研究光电效应现象.所用光子能量为2.75 eV的光照射到光电管上时发生了光电效应，电流表的示数不为零；移动滑动变阻器的滑动触头，发现当电压表的示数大于或等于1.7 V时，电流表示数为0.
(1)光电子的最大初动能是多少？遏止电压为多少？图1答案 1.7 eV 1.7 V答案(2)光电管阴极的逸出功是多少？答案答案 W0＝hν－ mv max2＝2.75 eV－1.7 eV＝1.05 eV(3)当滑动触头向a端滑动时，光电流变大还是变小？答案 变大(4)当入射光的频率增大时，光电子最大初动能如何变化？遏止电压呢？答案 变大 变大1.光子说
(1)光不仅具有 性，还有 性，爱因斯坦把能量子概念推广到光电效应中，提出 概念，简称光子.
(2)光子假说：爱因斯坦指出，光的能量不是连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个 ，一个 的能量为ε＝ .波动粒子光量子光子光子hν2.光电效应方程
(1)表达式： 或
(2)对光电效应方程的理解：必须对内部电子做功，电子才能脱离离子的束缚而逸出表面，这个功称为金属的 ，用符号W0表示.根据能量守恒定律，入射光子的能量等于出射光电子的最大初动能与逸出功之和..逸出功判断下列说法的正误.
(1)从金属表面出来的光电子的最大初动能越大，这种金属的逸出功越小.( )
(2)光电子的最大初动能与入射光的频率成正比.( )
(3)入射光若能使某金属发生光电效应，则入射光的强度越大，照射出的光电子越多.( )
(4)用同一种色光照同一种金属 ，发出的所有光电子的初动能都相同.
( )×√××三、光电效应的解释(1)根据光电效应方程hν＝ mvmax2＋W0可知， mvmax2＝hν－W0，那么要发生光电效应，对光的频率有什么要求？(2)如果光电子的最大初能为 mvmax2，那么它对应的遏止电压为多少？答案(3)遏止电压与光的频率有什么关系？与光的强度有什么关系？答案光电效应的解释
1.光电效应方程说明了产生光电效应的条件.
若有光电子逸出，则光电子的最大初动能必须大于或至少等于零，即
mvmax2＝hν－W0≥0，亦即hν≥ ，ν≥ ＝ν0，而ν0＝ 恰好是光电效应的极限频率.W02.对遏止电压与入射光的频率有关，而与入射光的强度无关的解释
遏止电压对应光电子的最大初动能，即：eU0＝ mv max2，对应爱因斯坦的光电效应方程可得：hν＝eU0＋W0，可见，对某种金属而言，遏止电压只由入射光 决定，与光的 无关.频率强弱判断下列说法的正误.
(1)只要光的频率小于极限频率，无论光多强，都不会发生光电效应.
( )
(2)增加入射光的强度，遏止电压变大.( )
(3)发生光电效应的条件是入射光的频率大于金属的截止频率，与入射光的强度无关.( )×√√
题型探究一、对光子概念的理解1.光子不是光电子：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，光子是光电效应的因，光电子是果.
2.光子的能量由光的频率决定：ε＝hν.
3.光的强度与光子的能量的关系：入射光的强度指单位时间内照射到金属表面单位面积上的总能量，入射光的强度等于单位时间内光子能量与入射光子数的乘积.例1 氦氖激光器发射波长为6.328×10－7 m的单色光，试计算这种光的一个光子的能量为多少？若该激光器的发光功率为18 mW，则每秒钟发射多少个光子？(h＝6.63×10－34 J·s)解析答案解析 根据爱因斯坦光子学说，光子能量ε＝hν，
而λν＝c，答案 3.14×10－19 J 5.73×1016个因为发光功率已知，所以1 s内发射的光子数为1.光速c＝3.0×108 m/s对真空中任何光都成立.
2.真空中任何光都有c＝λν，λ是光的波长.二、光电效应方程的理解与应用1.光电效应方程实质上是能量守恒方程.
(1)能量为ε＝hν的光子被电子所吸收，电子把这些能量的一部分用来克服金属表面对它的吸引，另一部分就是电子离开金属表面时的动能.
(2)如果克服吸引力做功最少为W0，则电子离开金属表面时动能最大为
mv max2，根据能量守恒定律可知： mv max2＝hν－W0.2.光电效应规律中的两条线索、两个关系：
(1)两条线索：(2)两个关系：
光强→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→产生光电子的最大初动能大.3.Ekm－ν曲线
如图2所示是光电子最大初动能Ekm随入射光频率ν的变化曲线.这里，横轴上的截距是极限频率，纵轴上的截距是逸出功的负值，斜率为普朗克常量.图2例2 如图3所示，当开关K断开时，用光子能量为2.5 eV的一束光照射阴极P，发现电流表读数不为零.合上开关，调节滑动变阻器，发现当电压表读数小于0.6 V时，电流表读数仍不为零.当电压表读数大于或等于0.6 V时，电流表读数为零.由此可知阴极材料的逸出功为
A.1.9 eV B.0.6 eV
C.2.5 eV D.3.1 eV图3√解析答案解析 由题意知光电子的最大初动能为例3 在光电效应实验中，某金属的截止频率相应的波长为λ0，该金属的
逸出功为___.若用波长为λ(λ<λ0)的单色光做该实验，则其遏止电压为
_________.已知电子的电荷量、真空中的光速和普朗克常量分别为e、c和h.解析答案例4 在某次光电效应实验中，得到的遏止电压U0与入射光的频率ν的关系如图4所示.若该直线的斜率和纵截距分别为k和b，电子电荷量的绝对值为e，则普朗克常量可表示为___，所用材料的逸出功可表示为______.解析答案图4ek－eb针对训练1 (多选)一单色光照到某金属表面时，有光电子从金属表面逸出，下列说法中正确的是
A.只增大入射光的频率，金属逸出功将减小
B.只延长入射光照射时间，光电子的最大初动能将不变
C.只增大入射光的频率，光电子的最大初动能将增大
D.只增大入射光的频率，光电子逸出所经历的时间将缩短√√解析 金属的逸出功由金属本身决定，与入射光的频率无关，选项A错误；
根据爱因斯坦光电效应方程 mvmax2＝hν－W0可知，当金属的极限频率确定时，光电子的最大初动能取决于入射光的频率，与光照强度、照射时间、光子数目无关，选项B、C正确，D错误.解析答案针对训练2 如图5所示是某金属在光的照射下，光电子最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图象，由图象可知
A.该金属的逸出功等于E
B.该金属的逸出功等于hν0
C.入射光的频率为ν0时，产生的光电子的最大初动能
为E
D.入射光的频率为2ν0时，产生的光电子的最大初动能为2E√√图5解析答案解析 题中图象反映了光电子的最大初动能Ek与入射光频率ν的关系，根据爱因斯坦光电效应方程知Ek＝hν－W0，知当入射光的频率恰为该金属的极限频率ν0时，光电子的最大初动能Ek＝0，此时有hν0＝W0，即该金属的逸出功等于hν0，选项B正确；
根据图线的物理意义，有W0＝E，故选项A正确，而选项C、D错误.1.逸出功W0对应着某一极限频率ν0，即W0＝hν0，只有入射光的频率ν≥ν0时才有光电子逸出，即才能发生光电效应.
2.对于某一金属(ν0一定)，入射光的频率决定着能否产生光电效应及光电子的最大初动能，而与入射光的强度无关.
3.逸出功和极限频率均由金属本身决定，与其他因素无关.
达标检测1.(多选)下列对光子的认识，正确的是
A.光子说中的光子就是牛顿在微粒说中所说的微粒
B.光子说中的光子就是光电效应的光电子
C.在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光量
子，简称光子
D.光子的能量跟光的频率成正比解析答案√1234√解析 根据光子说，在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光量子，简称光子.而牛顿的“微粒说”中的微粒指宏观世界的微小颗粒.光电效应中，金属内的电子吸收光子后克服原子核的库仑引力等束缚，逸出金属表面，成为光电子，故A、B选项错误，C选项正确；
由E＝hν知，光子能量E与其频率ν成正比，故D选项正确.12342.(多选)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答案√解析1234√解析 增大入射光强度，单位时间内照射到单位面积的光子数增加，则光电流将增大，故选项A正确；
光电效应是否发生取决于入射光的频率与极限频率的关系，而与入射光的强度无关，故选项B错误.
用频率为ν的光照射光电管阴极，发生光电效应，用频率较小的光照射时，若光的频率仍大于极限频率，则仍会发生光电效应，选项C错误；
根据hν－W0＝ mvmax2可知，增加照射光频率，光电子的最大初动能也增大，故选项D正确.12343. (多选)如图6所示是光电效应中光电子的最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图象.从图中可知
A.Ek与ν成正比
B.入射光频率必须大于或等于极限频率ν0时，
才能发生光电效应
C.对同一种金属而言，Ek仅与ν有关
D.Ek与入射光强度成正比√答案1234图6√4.几种金属的逸出功W0见下表：答案解析1234用一束可见光照射上述金属的表面，请通过计算说明哪些能发生光电效应.已知该可见光的波长范围为4.0×10－7～7.6×10－7 m，普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s.答案 钠、钾、铷能发生光电效应解析 光子的能量E＝ ，取λ＝4.0×10－7 m，则E≈5.0×10－19 J，根据E＞W0判断，钠、钾、铷能发生光电效应.课件28张PPT。第一章 第五节 德布罗意波学习目标
1.了解物质波的概念，知道实物粒子具有波粒二象性.
2.了解电子衍射实验及对德布罗意波假说的证明.
3.了解什么是电子云，知道物质波也是一种概率波.
4.了解不确定性关系及对一些现象的解释.内容索引
知识探究
题型探究
达标检测
知识探究答案 波粒二象性是微观粒子的特殊规律，一切微观粒子都存在波动性，宏观物体(如汽车)也存在波动性，只是因为宏观物体质量大，动量大，波长短，难以观测.一、德布罗波假说和电子衍射德布罗意认为任何运动着的物体均具有波动性，可是我们观察运动着的汽车，并未感觉到它的波动性，你如何理解该问题？答案1.粒子的波动性
(1)任何 着的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳，都有一种波与它相对应，这种波叫 ，又叫德布罗意波.
(2)德布罗意波波长、频率的计算公式为λ＝ ，ν＝ .
(3)我们之所以看不到宏观物体的波动性，是因为宏观物体的动量太 ，德布罗意波长太 的缘故.运动物质波大小2.物质波的实验验证：电子衍射
(1)实验探究思路： 、衍射是波特有的现象，如果实物粒子具有波动性，则在一定条件下，也能够发生 或衍射现象.
(2)实验验证：1927年戴维孙和汤姆生分别利用晶体做了电子束衍射的实验，得到了电子的衍射图样，证实了电子的 .
(3)说明
①人们陆续证实了质子、中子以及原子、分子的 ，对于这些粒子，德布罗意给出的λ＝ 关系同样正确.
②物质波也是一种概率波.干涉干涉波动性波动性判断下列说法的正误.
(1)一切宏观物体都伴随一种波，即物质波.( )
(2)湖面上的水波就是物质波.( )
(3)电子的衍射现象证实了实物粒子具有波动性.( )×√×二、电子云当原子处于稳定状态时，电子会形成一个稳定的 分布， 的地方小圆点密一些， 的地方小圆点疏一些.这样的概率分布图称为电子云.这也说明，德布罗意波是一种概率波.概率概率大概率小三、不确定性关系1.定义：在经典物理学中，可以同时用质点的位置和动量精确描述它的运动，在微观物理学中，要同时测出微观粒子的位置和动量是不太可能的，这种关系叫 关系.
2.表达式： ≥ .
其中以Δx表示微观粒子 的不确定性，以Δp表示微观粒子在x方向上的
的不确定性，h是 .
3.微观粒子运动的基本特征：不再遵守 定律，不可能同时准确地知道粒子的 和 ，不可能用“轨迹”来描述粒子的运动，微观粒子的运动状态只能通过 做统计性的描述.不确定性ΔxΔp位置动量普朗克常量牛顿运动位置动量概率判断下列说法的正误.
(1)在电子衍射中，电子通过狭缝后运动的轨迹是确定的.( )
(2)宏观物体的动量和位置可准确测定.( )
(3)微观粒子的动量和位置不可同时准确测定.( )×√√
题型探究一、对德布罗意波的理解德布罗意波也是概率波：对于电子和其他微观粒子，单个粒子的位置是不确定的，但在某点出现的概率的大小可以由波动的规律确定，而且对于大量粒子，这种概率分布导致确定的宏观结果，所以德布罗意波也是概率波.例1 下列关于德布罗意波的认识，正确的解释是
A.光波是一种物质波
B.X光的衍射证实了物质波的假设是正确的
C.电子的衍射证实了物质波的假设是正确的
D.宏观物体运动时，看不到它的衍射或干涉现象，所以宏观物体不具有
波动性√解析 宏观物体由于动量太大，德布罗意波长太小，所以看不到它的干涉、衍射现象，但仍具有波动性，D项错；
X光是波长极短的电磁波，是光子，它的衍射不能证实物质波的假设是正确的，B项错.只有C项正确.解析答案例2 如果一个中子和一个质量为10 g的子弹都以103 m/s的速度运动，则它们的德布罗意波的波长分别是多大？(中子的质量为1.67×10－27 kg)解析答案答案 3.97×10－10 m 6.63×10－35 m解析 中子的动量为p1＝m1v
子弹的动量为p2＝m2v联立以上各式解得将m1＝1.67×10－27 kg，v＝103 m/s
h＝6.63×10－34 J·s，m2＝10－2 kg
代入上面两式可解得
λ1＝3.97×10－10 m，λ2＝6.63×10－35 m.德布罗意波长的计算
1.首先计算物体的速度，再计算其动量.如果知道物体动能也可以直接用p＝ 计算其动量.
2.再根据λ＝ 计算德布罗意波长.
3.需要注意的是：德布罗意波长一般都很短，比一般的光波波长还要短，可以根据结果的数量级大致判断结果是否合理.二、对不确定性关系的理解理解不确定性关系时应注意的问题：
(1)对子弹这样的宏观物体，不确定量是微不足道的，对测量准确性没有任何限制，但对微观粒子却是不可忽略的.
(2)在微观世界中，粒子质量较小，不能同时精确地测出粒子的位置和动量，也就不能准确地把握粒子的运动状态.例3 (多选)根据不确定性关系ΔxΔp≥ ，判断下列说法正确的是
A.采取办法提高测量Δx精度时，Δp的精度下降
B.采取办法提高测量Δx精度时，Δp的精度上升
C.Δx与Δp测量精度与测量仪器及测量方法是否完备有关
D.Δx与Δp测量精度与测量仪器及测量方法是否完备无关解析答案√√解析 不确定性关系表明，无论采用什么方法试图确定位置坐标和相应动量中的一个，必然引起另一个较大的不确定性，这样的结果与测量仪器及测量方法是否完备无关，无论怎样改善测量仪器和测量方法，都不可能逾越不确定性关系所给出的限度.故A、D正确.例4 质量为10 g的子弹与电子的速率相同，均为500 m/s，测量准确度为0.01%，若位置和速率在同一实验中同时测量，试问它们位置的最小不确定量各为多少？(电子质量为m＝9.1×10－31kg，结果保留三位有效数字)答案 1.06×10－31 m 1.15×10－3 m解析 测量准确度也就是速度的不确定性，故子弹、电子的速度不确定量为Δv＝0.05 m/s，子弹的动量的不确定量Δp1＝5×10－4 kg·m/s，电子动量的不确定量Δp2≈4.6×10－32 kg·m/s，由Δx≥ ，子弹位置的最小
不确定量Δx1＝ m≈1.06×10－31 m，电子位置的最小不
确定量Δx2＝ m≈1.15×10－3 m.解析答案
达标检测1.下列说法中正确的是
A.物质波属于机械波
B.只有像电子、质子、中子这样的微观粒子才具有波动性
C.德布罗意认为任何一个运动的物体，小到电子、质子、中子，大到行
星、太阳都有一种波与之相对应，这种波叫物质波
D.宏观物体运动时，看不到它的衍射和干涉现象，所以宏观物体运动时
不具有波动性√解析答案1234解析 任何一个运动的物体都具有波动性，但因为宏观物体的德布罗意波长很短，所以很难看到它的衍射和干涉现象，所以C项对，B、D项错；
物质波不同于宏观意义上的机械波，故A项错.12342.关于物质波，下列说法正确的是
A.速度相等的电子和质子，电子的波长长
B.动能相等的电子和质子，电子的波长短
C.动量相等的电子和中子，中子的波长短
D.甲电子的速度是乙电子的3倍，甲电子的波长也是乙电子的3倍答案√解析1234解析 由λ＝ 可知，动量大的波长短，电子与质子的速度相等时，电子动量小，波长长，A正确；
电子与质子动能相等时，由动量与动能的关系p＝ 可知，电子的动量小，波长长，B错误；
动量相等的电子和中子，其波长应相等，C错误；
如果甲、乙两电子的速度远小于光速，甲的速度是乙的3倍，甲的动量也是乙的3倍，则甲的波长应是乙的 ，D错误.12343.(多选)关于不确定性关系ΔxΔp≥ 有以下几种理解，正确的是
A.微观粒子的动量不可确定
B.微观粒子的位置坐标不可确定
C.微观粒子的动量和位置不可能同时确定
D.不确定性关系不仅适用于电子和光子等微观粒子，也适用于其他宏观
粒子√答案解析1234√解析 不确定性关系表示位置、动量的精度相互制约，此长彼消，当粒子的位置不确定性更小时，粒子动量的不确定性更大；反之亦然，故不能同时准确确定粒子的位置和动量，不确定性关系是自然界中的普遍规律，对微观世界的影响显著，对宏观世界的影响可忽略，故C、D正确.12344.电子经电势差为U＝200 V的电场加速，电子质量m0＝9.1×10－31 kg，求此电子的德布罗意波长.答案解析答案 8.69×10－2 nm1234把U＝200 V，m0＝9.1×10－31 kg，
代入上式解得λ≈8.69×10－2 nm.
