1 能量量子化
[目标定位] 1.了解黑体辐射和能量子的概念.2.了解黑体辐射的实验规律.3.知道普朗克提出的能量子假说．
一、黑体与黑体辐射
1．热辐射
(1)定义：周围的一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与物体的温度有关，所以叫热辐射．
(2)特点：热辐射强度按波长的分布情况随物体的温度不同而有所不同．
2．黑体
(1)定义：某种物体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射，这种物体就是绝对黑体，简称黑体．
(2)黑体辐射特点：黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关．
【深度思考】
任何物体都能辐射红外线，辐射强度与温度有关．那辐射强度和颜色又有什么关系？将铁块投在火炉中，铁块的颜色会随着温度的升高而发生哪些变化？
答案 热辐射的强度与温度之间有着密切的关系，也就是辐
射的波长与温度有关，波长与颜色有关．铁块在火炉中的颜色随温度的升高而变化．依次是暗红、赤红、橘红、黄白．
【例1】 近年来军事行动中，士兵都配带“红外夜视仪”，在夜间也能清楚地看清目标，主要是因为( )
A．“红外夜视仪”发射出强大的红外线，照射被视物体
B．一切物体均在不停地辐射红外线
C．一切高温物体均在不停地辐射红外线
D．“红外夜视仪”发射出X射线，被射物体受到激发而发出红外线
解析 一切物体都在不停地向外辐射红外线，不同物体辐射出来的红外线不同，采用“红外夜视仪”可以清楚地分辨出物体的形状、大小和位置，不受白天和夜晚的影响，即可确认出目标从而采取有效的行动．故只有B正确．
答案 B
二、黑体辐射的实验规律
1．随着温度的升高，各种波长的辐射强度都增加．
2．随着温度的升高，辐射强度的极大值向着波长较短的方向移动．如图1所示．
图1
【深度思考】
黑体就是绝对不发光的物体，看上去一定是黑色的，这句话对吗？
答案 不对．黑体是理想化的模型，在低温时所辐射的各种波长的电磁波中强度最大的是红外线，这时看起来是黑色的；当黑体达到高温时，辐射的各种波长的电磁波强度均增加，其中强度最大的为可见光，这时黑体是明亮的．
【例2】 (多选)在实验室或工厂的高温炉子上开一小孔，小孔可看作黑体，由小孔的热辐射特性就可以确定炉内的温度．如图2所示，就是黑体的辐射强度与其辐射光波长的关系图象，则下列说法正确的是( )
图2
A．T1>T2
B．T1C．随着温度的升高，黑体的辐射强度都有所降低
D．随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短方向移动
解析 一般材料的物体辐射能量的多少决定于物体的温度(T)、辐射波的波长、时间的长短和发射的面积，而黑体是指在任何温度下，能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不反射的物体，黑体辐射的强度按波长的分布只与温度有关．实验表明，随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有所增加，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动．从题图中可以看出，λ1<λ2，T1>T2，本题正确选项为A、D.
答案 AD
1．理解和熟记辐射强度随波长的变化关系图象是解此类问题的关键．
2．黑体辐射的强度按波长的分布只与温度有关，与材料的种类和表面状况无关．
三、能量子
1．定义
普朗克认为，带电微粒辐射或吸收能量时，只能是辐射或吸收某个最小能量值的整数倍，这个不可再分的最小能量值?叫做能量子．
2．大小
?＝hν，其中ν是电磁波的频率，h是普朗克常量，h＝6.626×10－34_J·s(一般h取6.63×10－34 J·s)．
【例3】 人眼对绿光较为敏感，正常人的眼睛接收到波长为530 nm的绿光时，只要每秒钟有6个绿光的光子射入瞳孔，眼睛就能察觉．普朗克常量为6.63×10－34J·s，光速为3.0×108 m/s，则人眼能察觉到绿光时所接收到的最小功率是( )
A．2.3×10－18W B．3.8×10－19W
C．7.0×10－10W D．1.2×10－18W
解析 因只要每秒有6个绿光的光子射入瞳孔，眼睛就能察觉．所以察觉到绿光所接收的最小功率P＝，式中E＝6ε，又ε＝hν＝h，可解得P＝ W
≈2.3×10－18 W.
答案 A
c＝λν―→光的频率能量子的能量每秒内发射能量子的总能量能量子的个数．解决此类题目的关键是熟练掌握ε＝hν和c＝λν及E＝Pt＝nε等关系式．
针对训练 神光“Ⅱ”装置是我国规模最大，国际上为数不多的高功率固体激光系统，利用它可获得能量为2 400 J、波长λ为0.35 μm的紫外激光，已知普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，则该紫外激光所含光子数为多少个？(保留两位有效数字)
答案 4.2×1021
解析 每个激光光子的能量为ε＝h，该紫外激光中所含光子数为n＝＝个≈4.2×1021个．
1．(对黑体辐射规律的理解)能正确解释黑体辐射实验规律的是( )
A．能量的连续经典理论
B．普朗克提出的能量量子化理论
C．以上两种理论体系任何一种都能解释
D．牛顿提出的能量微粒说
答案 B
解析 根据黑体辐射的实验规律，随着温度的升高，一方面各种波长的辐射强度都增加；另一方面，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，只能用普朗克提出的能量量子化理论才能得到较满意的解释，故B正确．
2．(对黑体辐射规律的理解)(多选)以下关于辐射强度与波长的关系的说法中正确的是( )
A．物体在某一温度下只能辐射某一固定波长的电磁波
B．当铁块呈现黑色时，说明它的温度不太高
C．当铁块的温度较高时会呈现赤红色，说明此时辐射的电磁波中该颜色的光强度最强
D．早、晚时分太阳呈现红色，而中午时分呈现白色，说明中午时分太阳温度最高
答案 BC
解析 由辐射强度随波长变化关系图知：随着温度的升高各种波长的波的辐射强度都增加，而热辐射不是仅辐射一种波长的电磁波．故B、C项正确．
3．(能量子的理解及ε＝hν的应用)(多选)关于普朗克“能量量子化”的假设，下列说法正确的是( )
A．认为带电微粒辐射或吸收能量时，是一份一份的
B．认为能量值是连续的
C．认为微观粒子的能量是量子化的、连续的
D．认为微观粒子的能量是分立的
答案 AD
解析 普朗克的理论认为带电微粒辐射或吸收能量时，是一份一份的，微观粒子的能量是量子化的，是分立的，故A、D正确．
4．(能量量子化理解及ε＝hν的应用)红宝石激光器发射的激光是不连续的一道道的闪光，每道闪光称为一个脉冲．现有一红宝石激光器，发射功率为P＝1.0×106 W，所发射的光脉冲持续时间Δt＝1.0×10－11s，波长为693.4 nm(1 nm＝10－9 m)，求：
(1)每个光脉冲的长度．
(2)每个光脉冲含有的光子数．(已知h＝6.63×10－34 J·s，结果保留两位有效数字)
答案 (1)3.0×10－3 m (2)3.5×1013个
解析 (1)光脉冲的长度即光在一个脉冲时间内传播的距离，根据s＝ct可知每个光脉冲的长度
s＝cΔt＝3×108×1.0×10－11 m＝3.0×10－3 m
(2)根据E＝Pt可知每个光脉冲含有的能量为E＝1.0×106×1.0×10－11 J＝10－5 J
而每个光子的能量ε＝hν＝h
故每个光脉冲含有的光子数n＝≈3.5×1013个．
题组一 黑体辐射的理解和应用
1．关于对热辐射的认识，下列说法中正确的是( )
A．热的物体向外辐射电磁波，冷的物体只吸收电磁波
B．温度越高，物体辐射的电磁波越强
C．辐射强度按波长的分布情况只与物体的温度有关，与材料种类及表面状况无关
D．常温下我们看到的物体的颜色就是物体辐射电磁波的颜色
答案 B
解析 一切物体都不停地向外辐射电磁波，且温度越高，辐射的电磁波越强，对于一般材料的物体，辐射强度按波长的分布除与物体的温度有关外，还与材料的种类和表面状况有关；常温下看到的物体的颜色是反射光的颜色．
2．对黑体辐射电磁波的波长分布的影响因素是( )
A．温度 B．材料
C．表面状况 D．以上都正确
答案 A
解析 根据黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关，A对．
3．下列描绘两种温度下黑体辐射强度与波长关系的图中，符合黑体辐射实验规律的是( )
答案 A
解析 随着温度的升高，辐射强度增加，辐射强度的极大值向着波长较短的方向移动，A正确，B、C、D错误．
4．(多选)2006年度诺贝尔物理学奖授予了两名美国科学家，以表彰他们发现了宇宙微波背景辐射的黑体谱形状及其温度在不同方向上的微小变化．他们的出色工作被誉为是宇宙学研究进入精密科学时代的起点．下列与宇宙微波背景辐射黑体谱相关的说法中正确的是( )
A．微波和声波一样都只能在介质中传播
B．一般物体辐射电磁波的情况只与黑体温度有关
C．黑体的热辐射实质上是电磁辐射
D．普朗克在研究黑体的热辐射问题中提出了能量子假说
答案 CD
解析 微波是一种电磁波，传播不需要介质；一般物体辐射电磁波的情况除与温度有关外，还与材料种类和表面状况有关，而黑体辐射只与黑体温度有关；黑体辐射本质上是电磁辐射，普朗克最早提出了能量子假说，他认为能量是一份一份的，每一份是一个能量子．
题组二 能量子的理解及ε＝hν的应用
5．对于带电微粒的辐射和吸收能量时的特点，以下说法正确的是( )
A．以某一个最小能量值一份一份地辐射或吸收
B．辐射和吸收的能量可以不是某一最小值的整数倍
C．吸收的能量可以是连续的
D．辐射和吸收的能量都可以是连续的
答案 A
解析 带电微粒辐射和吸收能量时是以最小能量值——能量子ε的整数倍一份一份地辐射或吸收的，是不连续的．故选项A正确，选项B、C、D均错．
6．硅光电池是将光辐射的能量转化为电能．若有N个波长为λ0的光子打在光电池极板上，这些光子的总能量为(h为普朗克常量)( )
A．h B．Nh
C．Nhλ0 D．2Nhλ0
答案 B
解析 一个光电子的能量ε＝hν＝h，则N个光子的总能量E＝Nh，选项B正确．
7．某激光器能发射波长为λ的激光，发射功率为P，c表示光速，h为普朗克常量，则激光器每秒发射的光量子数为( )
A. B.
C. D．λPhc
答案 A
解析 每个光量子的能量ε＝hν＝，每秒钟发射的总能量为P，则n＝＝.
题组三 综合应用
8．40瓦的白炽灯，有5%的能量转化为可见光．设所发射的可见光的平均波长为580 nm，那么该白炽灯每秒钟辐射的光子数为多少？(普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，光速c＝3.0×108 m/s)
答案 5.8×1018个
解析 波长为λ的光子能量为：ε＝hν＝h①
设灯泡每秒内发出的光子数为n，灯泡电功率为P，则：
n＝②
式中，η＝5%是灯泡的发光效率．联立①②式得：n＝
代入题给数据得：n≈5.8×1018(个)
9．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60 μm，普朗克常量为6.63×10－34 J·s，则进入人眼的光子数至少为多少个？
答案 302个
解析 根据ε＝hν＝h求出可见光光子的平均能量，从而求出能引起人的视觉反应时，进入人眼的光子数．进入人眼的光子数至少为n＝≈302.
10．小灯泡的功率P＝1 W，设其发出的光向四周均匀辐射，平均波长λ＝10－6 m，求在距离d＝1.0×104 m处，每秒钟落在垂直于光线方向、面积为1 cm2的球面上的光子数是多少？(h＝6.63×10－34 J·s，结果保留三位有效数字)
答案 3.98×105个
解析 每秒钟小灯泡发出的能量为E＝Pt＝1 J
1个光子的能量：
ε＝hν＝＝ J＝1.989×10－19 J
小灯泡每秒钟辐射的光子数：
n＝＝≈5×1018(个)
距离小灯泡d的球面面积为：
S＝4πd2＝4π×(1.0×104)2 m2＝1.256×109 m2＝1.256×1013 cm2
每秒钟射到1 cm2的球面上的光子数为：
N＝＝≈3.98×105(个)．
课件18张PPT。[目标定位] 1.了解黑体辐射和能量子的概念.2.了解黑体辐射的实验规律.3.知道普朗克提出的能量子假说．1．热辐射
(1)定义：周围的一切物体都在辐射 ，这种辐射
与 有关，所以叫热辐射．
(2)特点：热辐射强度按波长的分布情况随物体的 不
同而有所不同．电磁波物体的温度温度2．黑体
(1)定义：某种物体能够 入射的各种波长的电磁
波而不发生 ，这种物体就是绝对黑体，简称黑体．
(2)黑体辐射特点：黑体辐射电磁波的强度按波长的分布
只与黑体的 有关．完全吸收反射温度【深度思考】
任何物体都能辐射红外线，辐射强度与温度有关．那辐射强度和颜色又有什么关系？将铁块投在火炉中，铁块的颜色会随着温度的升高而发生哪些变化？
答案 热辐射的强度与温度之间有着密切的关系，也就是辐射的波长与温度有关，波长与颜色有关．铁块在火炉中的颜色随温度的升高而变化．依次是暗红、赤红、橘红、黄白．解析 一切物体都在不停地向外辐射红外线，不同物体辐射出来的红外线不同，采用“红外夜视仪”可以清楚地分辨出物体的形状、大小和位置，不受白天和夜晚的影响，即可确认出目标从而采取有效的行动．故只有B正确．
答案 B1．随着温度的升高，各种波长的辐射强度都 ．
2．随着温度的升高，辐射强度的极大值向着波长 的
方向移动．如图1所示．增加较短图1【深度思考】
黑体就是绝对不发光的物体，看上去一定是黑色的，这句话对吗？
答案 不对．黑体是理想化的模型，在低温时所辐射的各种波长的电磁波中强度最大的是红外线，这时看起来是黑色的；当黑体达到高温时，辐射的各种波长的电磁波强度均增加，其中强度最大的为可见光，这时黑体是明亮的．图2解析 一般材料的物体辐射能量的多少决定于物体的温度(T)、辐射波的波长、时间的长短和发射的面积，而黑体是指在任何温度下，能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不反射的物体，黑体辐射的强度按波长的分布只与温度有关．实验表明，随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有所增加，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动．从题图中可以看出，λ1<λ2，T1>T2，本题正确选项为A、D.
答案 AD1．定义
普朗克认为，带电微粒辐射或吸收能量时，只能是辐射或吸收某个最小能量值的 ，这个不可再分的最小
能量值?叫做能量子．
2．大小
?＝hν，其中ν是 ，h是 ，
h＝ (一般h取6.63×10－34 J·s)．整数倍电磁波的频率普朗克常量6.626×10－34 J·s答案 A2 光的粒子性
[目标定位] 1.了解光电效应及其实验规律.2.知道爱因斯坦光电效应方程及其应用.3.了解康普顿效应及其意义．
一、光电效应
1．光电效应
照射到金属表面的光，能使金属中的电子从表面逸出的现象．
2．光电子：光电效应中发射出来的电子．
【深度思考】
如图1，把一块锌板连接在验电器上，并使锌板带负电，验电器指针张开．用紫外线灯照射锌板，这时，验电器指针有什么变化，这个现象说明了什么？若开始锌板不带电，用紫外线灯照射时，验电器指针又会有什么变化？
图1
答案 可以看到验电器指针张开的角度变小，说明锌板失去了电子．光电效应的本质是逸出了电子，所以当锌板不带电，用紫外线灯照射时，可看到验电器指针张开一个角度，这时锌板和验电器都带正电．
【例1】 (多选)如图2所示，用弧光灯照射擦得很亮的锌板，验电器指针张开一个角度，则下列说法中正确的是( )
图2
A．用紫外线照射锌板，验电器指针会发生偏转
B．用红光照射锌板，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
解析 将擦得很亮的锌板与验电器连接，用弧光灯照射锌板(弧光灯发出紫外线)，验电器指针张开一个角度，说明锌板带了电，进一步研究表明锌板带正电．这说明在紫外线的照射下，锌板中有一部分自由电子从表面飞出，锌板带正电，选项A、D正确．红光不能使锌板发生光电效应．
答案 AD
能否发生光电效应取决于入射光的频率是否大于或等于极限频率，与入射光的强度无关．
二、光电效应的实验规律
1．存在着饱和电流：在光的颜色不变的情况下，入射光越强，饱和电流越大．这表明对于一定颜色的光，入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多．
2．存在着遏止电压和截止频率：光电子的能量只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．光电效应具有瞬时性：光电效应中产生电流的时间不超过10－9 s.
【深度思考】
如图3是光电效应实验中得到的光电流与电压的关系图象，从图象中可以得到哪些结论？
图3
答案 (1)饱和电流和入射光强度的关系．入射光越强，饱和电流越大．因为光越强，包含的光子数越多，照射金属时形成的光电子越多，形成的饱和电流就越大．
(2)遏止电压(或截止频率)与入射光的频率有关，而与入射光的强度无关．入射光的频率越大，遏止电压越大，光电子逸出时的最大初动能越大．
【例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 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，说明光子能量不变，逸出的光电子的最大初动能也就不变，选项B错误．入射光子的数目减少，逸出的光电子数目也减少，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．
答案 C
1．能不能发生光电效应由入射光的频率决定，与入射光的强度无关．
2．发生光电效应时，产生的光电子数与入射光的频率无关，与入射光的强度有关．
3．逸出功对应金属的极限频率，由波速公式可知，逸出功还对应极限波长．
针对训练1 (多选)如图4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( )
图4
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 光电管能否产生光电效应与入射光的强度没有关系；若入射光波长太长，频率低于截止频率，不能产生光电效应，B正确；光电管能否产生光电效应与光照时间没有关系；电源正负极接反时，光电管加上反向电压，若电压超过了遏止电压，也没有光电流．
三、爱因斯坦的光电效应方程
1．光子说
光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，这些能量子被称为光子，频率为ν的光的能量子为 hν.
2．爱因斯坦光电效应方程的表达式
hν＝Ek＋W0或Ek＝hν－W0.
3．逸出功W0：电子从金属中逸出需要克服束缚而消耗的能量的最小值．光电效应中，从金属表面逸出的电子消耗能量最少．
4．光电效应方程的理解
(1)光电效应方程实质上是能量守恒方程
能量为E＝hν的光子被电子吸收，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．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Ek，根据能量守恒定律可知：Ek＝hν－W0.
(2)光电效应方程包含了产生光电效应的条件
若发生光电效应，则光电子的最大初动能必须大于等于零，即Ek＝hν－W0＞0，亦即hν＞W0，ν＞＝νc，而νc＝恰好是光电效应的截止频率．
(3)Ekm－ν曲线
图5
如图5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，横轴上的截距是截止频率或极限频率；纵轴上的截距是逸出功的负值；斜率为普朗克常量．
【深度思考】
光电效应方程给出了光电子的最大初动能Ek与入射光的频率ν的关系，而遏制电压Uc与最大初动能也有关，你能根据所学推导出Uc与ν和W0的关系吗？
答案 由光电效应方程Ek＝hν－W0，而遏制电压Uc与最大初动能的关系为eUc＝Ek，所以得Uc与入射光频率ν的关系是：eUc＝hν－W0，即Uc＝－.
【例3】 如图6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( )
图6
A．1.9 eV B．0.6 eV
C．2.5 eV D．3.1 eV
解析 由题意知光电子的最大初动能为
Ek＝eUc＝0.6 eV
所以根据光电效应方程Ek＝hν－W0可得
W0＝hν－Ek＝(2.5－0.6)eV＝1.9 eV
答案 A
1．逸出功W0对应着某一极限频率νc，即W0＝hνc，只有入射光的频率ν≥νc时才有光电子逸出，即才能发生光电效应．
2．对于某一金属(νc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．
针对训练2 (多选)如图7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( )
图7
A．该金属的逸出功等于E
B．该金属的逸出功等于hνc
C．入射光的频率为νc时，产生的光电子的最大初动能为E
D．入射光的频率为2νc时，产生的光电子的最大初动能为2E
答案 AB
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Ek＝hν－W0，知当入射光的频率恰为该金属的截止频率νc时，光电子的最大初动能Ek＝0，此时有hνc＝W0，即该金属的逸出功等于hνc，选项B正确；根据图线的物理意义，有W0＝E，故选项A正确，选项C、D错误．
四、康普顿效应
1．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，还有波长大于λ0的成分，这个现象称为康普顿效应．
2．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，深刻揭示了光的粒子性的一面．
3．光子的动量表达式：p＝.
1. (光电效应现象)在用如图8所示装置做光电效应实验中，当紫外线照射锌板时，发现原本闭合的验电器指针发生了明显的偏转中，则此时( )
图8
A．验电器的金属球不带电
B．验电器的金属指针带正电
C．锌板被紫外线照射到的一面带负电
D．锌板未被紫外线照射到的一面带负电
答案 B
解析 用弧光灯发出的紫外线照射锌板，锌板失去电子带正电，验电器与锌板相连，则验电器的金属球和金属指针带正电，故B正确，A、C、D错误．
2．(光电效应规律)关于光电效应，下列说法正确的是( )
A．当入射光的频率低于截止频率时，不能发生光电效应
B．只要光照射的时间足够长，任何金属都能产生光电效应
C．光电效应现象中存在极限频率，导致含有光电管的电路存在饱和电流
D．入射光的光强一定时，频率越高，单位时间内逸出的光电子数就越多
答案 A
解析 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，饱和电流的大小与极限频率无关，与入射光的强度有关；入射光的光强一定时，频率越高，光子的能量值越大，入射光中光子的数目越少，单位时间内逸出的光电子数就越少．
3．(光电效应规律)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 C
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截止频率，与入射光的强度和照射时间无关，故选项A、B、D错误；又因ν＝，所以选项C正确．
4．(光电效应方程的理解与应用)(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 AD
解析 增大入射光的强度，单位时间内发射的光电子数增加，则光电流增大，选项A正确；光电效应能否发生与照射光频率有关，与照射光强度无关，选项B错误；改用频率较小的光照射时，如果光的频率仍大于极限频率，则仍会发生光电效应，否则，不能发生光电效应，选项C错误；光电子的最大初动能Ek＝hν－W0，故改用频率大于ν的光照射，光电子的最大初动能变大，选项D正确．
5．分别用波长为λ和λ的单色光照射同一金属板，发出的光电子的最大初动能之比为1∶2，以h表示普朗克常量，c表示真空中的光速，则此金属板的逸出功为( )
A. B. C. D.
答案 A
解析 根据光电效应方程得
Ek1＝h－W0①
Ek2＝h－W0②
又Ek2＝2Ek1③
联立①②③得W0＝，A正确.
题组一 光电效应的现象及规律
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
答案 C
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．
2. (多选)在演示光电效应的实验中，原来不带电的一块锌板与灵敏静电计相连，用弧光灯(紫外线)照射锌板时，静电计的指针就张开一个角度，如图1所示，这时( )
图1
A．锌板带正电，指针带负电
B．锌板带正电，指针带正电
C．若用黄光照射锌板，则可能不产生光电效应现象
D．若用红光照射锌板，则锌板能发射光电子
答案 BC
解析 锌板在紫外线照射下，发生光电效应现象，有光电子飞出，故锌板带正电，指针上的部分电子被吸引到锌板上发生中和，使指针带正电，B对，A错；红光和黄光的频率都小于紫外线的频率，都可能不产生光电效应，C对，D错．
3．用光照射某种金属，有光电子从金属表面逸出，如果光的频率不变，而减弱光的强度，则( )
A．逸出的光电子数减少，光电子的最大初动能不变
B．逸出的光电子数减少，光电子的最大初动能减小
C．逸出的光电子数不变，光电子的最大初动能减小
D．光的强度减弱到某一数值，就没有光电子逸出了
答案 A
解析 光的频率不变，表示光子能量不变，仍会有光电子从该金属表面逸出，逸出的光电子的最大初动能也不变；若再减弱光的强度，逸出的光电子数就会减少，选项A正确．
4．关于光电效应的规律，下列说法中正确的是( )
A．只有入射光的波长大于该金属的极限波长，光电效应才能发生
B．光电子的最大初动能跟入射光的强度成正比
C．发生光电效应的时间一般都大于10－7 s
D．发生光电效应时，单位时间内从金属内逸出的光电子数与入射光的强度成正比
答案 D
解析 由ε＝hν＝h知，当入射光波长大于极限波长时，不能发生光电效应，A错；由Ek＝hν－W0知，最大初动能由入射光频率决定，与入射光的强度无关，B错；发生光电效应的时间一般不超过10－9 s，C错．
5.如图2，用一定频率的单色光照射光电管时，电流表指针会发生偏转，则( )
图2
A．电源右端应为正极
B．流过电流表G的电流大小取决于照射光的频率
C．流过电流表G的电流方向是a流向b
D．普朗克解释了光电效应并提出光子能量E＝hν
答案 C
解析 发生光电效应时，电子从光电管右端运动到左端，电流的方向与电子定向移动的方向相反，所以流过电流表G的电流方向是a流向b；光电管两端可能是正向电压也可能是反向电压，所以电源右端可能为正极，也可能为负极；流过电流表G的电流大小取决于照射光的强度，与光的频率无关；爱因斯坦解释了光电效应并提出光子能量E＝hν.
题组二 光电效应方程的应用相关图象问题
6．某金属的逸出功为2.3 eV，这意味着( )
A．这种金属内部的电子克服原子核引力做2.3 eV的功即可脱离金属表面
B．这种金属表层的电子克服原子核引力做2.3 eV的功即可脱离金属表面
C．要使这种金属有电子逸出，入射光子的能量必须大于2.3 eV
D．这种金属受到光照时若有电子逸出，则电子离开金属表面时的动能至少等于2.3 eV
答案 B
解析 逸出功是指原子的最外层电子脱离原子核克服引力所做的功．
7．(多选)已知能使某金属产生光电效应的极限频率为νc，则( )
A．当用频率为2νc的单色光照射该金属时，一定能产生光电子
B．当用频率为2νc的单色光照射该金属时，所产生的光电子的最大初动能为hνc
C．当入射光的频率ν大于νc时，若ν增大，则逸出功增大
D．当入射光的频率ν大于νc时，若ν增大一倍，则光电子的最大初动能也增大一倍
答案 AB
解析 因入射光的频率大于极限频率时会产生光电效应，所以A正确；因为金属的极限频率为νc，所以逸出功W0＝hνc，再由Ek＝hν－W0得，Ek＝2hνc－hνc＝hνc，B正确；因为逸出功是光电子恰好逸出时需要做的功，对于同种金属是恒定的，故C错误；由Ek＝hν－W0＝hν－hνc＝h(ν－νc)可得，当ν增大一倍时：＝≠2，故D错误．
8.研究光电效应的电路如图3所示．用频率相同、强度不同的光分别照射密封真空管的钠极板(阴极K)，钠极板发射出的光电子被阳极A吸收，在电路中形成光电流．下列光电流I与A、K之间的电压UAK的关系图象中，正确的是( )
图3
答案 C
解析 用频率相同的光照射同一金属时，发射出的光电子的最大初动能相同，所以遏止电压相同；饱和电流与光的强度有关，光的强度越大，饱和电流越大，故选项C正确．
9．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3.28 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( )
答案 A
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频率越高，所以能使金属锌发生光电效应的极限频率更高，所以A正确，B错误．
10. (多选)金属在光的照射下产生光电效应，其遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图象如图4所示．则由图象可知( )
图4
A．该金属的逸出功等于hνc
B．入射光的频率发生变化时，遏止电压不变
C．若已知电子电荷量e，就可以求出普朗克常量h
D．入射光的频率为3νc时，产生的光电子的最大初动能为2hνc
答案 ACD
解析 当遏止电压为零时，最大初动能为零，W0＝hνc.根据光电效应方程Ekm＝hν－W0和eUc＝Ekm得，Uc＝－，当入射光的频率大于极限频率时，遏止电压与入射光的频率成线性关系．由Uc＝－，知图线的斜率等于，从图象上可以得出斜率的大小，已知电子电量，可以求出普朗克常量；从图象上可知，逸出功W0＝hνc.根据光电效应方程，Ekm＝hν－W0＝hν－hνc.若入射光的频率为3νc时，产生的光电子的最大初动能为2hνc.
题组三 综合应用
11．(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粒子
B．光子说中的光子就是光电效应中的光电子
C．在空间中传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫作一个光量子，简称光子
D．光子的能量跟光的频率成正比
答案 CD
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，每一份叫作一个光量子，简称光子，而牛顿的微粒说中的微粒指的是宏观世界的微小颗粒，光电效应中的光电子指的是金属内的电子吸收光子后克服原子核的库仑引力等束缚，逸出金属表面的粒子，故A、B选项错误，C选项正确；由ε＝hν知，光子能量ε与其频率ν成正比，故D选项正确．
12．如图5甲所示为研究光电效应的电路图．
甲 乙
图5
(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”或“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．
(2)当用光子能量为5 eV的光照射时，测得电流计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.
答案 (1)减小 可能 (2)3.2×10－19 4.8×10－19
解析 (1)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．紫光的频率小于紫外线，紫外线照射能发生光电效应，紫光照射不一定能发生光电效应．所以电流表可能有示数．(2)由题图乙可知，当该装置所加的电压为反向电压，当电压是－2 V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Ekm＝hν－W0得W0＝3 eV＝4.8×10－19 J.
13．铝的逸出功为4.2 eV，现用波长为200 nm的光照射铝的表面．已知h＝6.63×10－34 J·s，求：
(1)光电子的最大初动能；
(2)遏止电压；
(3)铝的截止频率．
答案 (1)3.225×10－19 J (2)2.016 V
(3)1.014×1015 Hz
解析 (1)根据光电效应方程Ek＝hν－W0有
Ek＝－W0＝ J－4.2×1.6×10－19 J＝3.225×10－19 J
(2)由Ek＝eUc可得Uc＝＝ V≈2.016 V.
(3)hνc＝W0知νc＝＝ Hz≈1.014×1015 Hz.
课件27张PPT。[目标定位] 1.了解光电效应及其实验规律.2.知道爱因斯坦光电效应方程及其应用.3.了解康普顿效应及其意义．电子电子【深度思考】
如图1，把一块锌板连接在验电器上，并使锌板带负电，验电器指针张开．用紫外线灯照射锌板，这时，验电器指针有什么变化，这个现象说明了什么？若开始锌板不带电，用紫外线灯照射时，验电器指针又会有什么变化？图1答案 可以看到验电器指针张开的角度变小，说明锌板失去了电子．光电效应的本质是逸出了电子，所以当锌板不带电，用紫外线灯照射时，可看到验电器指针张开一个角度，这时锌板和验电器都带正电．图2 能否发生光电效应取决于入射光的频率是否大于或等于极限频率，与入射光的强度无关．1．存在着 电流：在光的颜色不变的情况下，入射光越
强，饱和电流 ．这表明对于一定颜色的光，入射光
越强，单位时间内发射的光电子数越 ．
2．存在着遏止电压和 频率：光电子的能量只与入射光
的 有关，而与入射光的 无关．当入射光的频率
截止频率时不能发生光电效应．
3．光电效应具有 性：光电效应中产生电流的时间不
超过10－9 s.饱和越大多截止频率强弱低于瞬时【深度思考】
如图3是光电效应实验中得到的光电流与电压的关系图象，从图象中可以得到哪些结论？图3答案 (1)饱和电流和入射光强度的关系．入射光越强，饱和电流越大．因为光越强，包含的光子数越多，照射金属时形成的光电子越多，形成的饱和电流就越大．
(2)遏止电压(或截止频率)与入射光的频率有关，而与入射光的强度无关．入射光的频率越大，遏止电压越大，光电子逸出时的最大初动能越大．针对训练1 (多选)如图4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
( )图4 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 光电管能否产生光电效应与入射光的强度没有关系；若入射光波长太长，频率低于截止频率，不能产生光电效应，B正确；光电管能否产生光电效应与光照时间没有关系；电源正负极接反时，光电管加上反向电压，若电压超过了遏止电压，也没有光电流．1．光子说
光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，这些能
量子被称为 ，频率为ν的光的能量子为 .
2．爱因斯坦光电效应方程的表达式
＝Ek＋W0或Ek＝ －W0.
3．逸出功W0：电子从金属中逸出需要克服束缚而消耗的能量的 ．光电效应中，从金属表面逸出的电子消耗
能量最少．光子hνhνhν最小值图6图7大于动量粒子性3 粒子的波动性 4 概率波 5 不确定性关系
[目标定位] 1.知道光的波粒二象性，并会分析有关现象.2.理解德布罗意波和概率波的统计规律.3.了解经典的粒子和经典的波的基本特征.4.初步了解不确定性关系的内容．
一、粒子的波动性
1．光的波粒二象性
(1)光的本性
①大量光子产生的效果显示出波动性，比如干涉、衍射、偏振现象表明光在传播过程中具有波动性．
②个别光子产生的效果往往显示出粒子性．比如光电效应、康普顿效应都体现了光的粒子性．
③光既具有波动性又具有粒子性，光具有波粒二象性．
(2)光子的能量和动量
光子的能量ε＝hν和动量p＝.两式左侧的物理量ε和p描述光的粒子性，右侧的物理量ν和λ描述光的波动性，普朗克常量h架起了粒子性与波动性之间的桥梁．
2．粒子的波动性
(1)每一个运动的粒子都与一个对应的波相联系，这种与实物粒子相联系的波称为德布罗意波，也叫做物质波．
(2)物质波的波长、频率关系式
波长：λ＝，频率：ν＝.
3．物质波的实验验证
(1)1927年戴维孙和G.P.汤姆孙分别利用晶体做了电子束衍射实验，得到了电子的衍射图样，证实了电子的波动性．
(2)人们陆续证实了质子、中子以及原子、分子的波动性，对于这些粒子，德布罗意给出的ν＝和λ＝关系同样正确．
【深度思考】
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？布拉格幽默地回答道：“星期一、三、五它是一个波，星期二、四、六它是一个粒子．”能看出光的本性到底是什么吗？
答案 光具有波粒二象性是指光既具有波动性，又具有粒子性，有时波动性明显，有时粒子性更明显，但是，波动性和粒子性是不可分割的，是从不同角度所观察到的不同性质．
【例1】 (多选)关于光的波粒二象性，下列说法中正确的是( )
A．波粒二象性指光有时表现为波动性，有时表现为粒子性
B．光波频率越高，粒子性越明显
C．能量较大的光子其波动性较显著
D．个别光子易表现出粒子性，大量光子易表现出波动性
解析 光的波粒二象性是指光波同时具有波和粒子的双重性质，有时表现为波动性，有时表现为粒子性．大量的光子波动性比较明显，个别光子粒子性比较明显．不同频率的光，频率越高，粒子性越显著，频率越低，波动性越显著．
答案 ABD
对于不同频率的光，频率越高，光的粒子性越强；频率越低，光的波动性越强．
【例2】 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存在，B项错，只有C项正确．
答案 C
【例3】 电子经电势差为U＝200 V的电场加速，电子质量m0＝9.1×10－31kg，求此电子的德布罗意波长．
解析 已知m0v2＝Ek＝eU
p＝
Ek＝
所以λ＝＝
把U＝200 V，m0＝9.1×10－31 kg，
代入上式解得λ≈8.69×10－2 nm.
答案 8.69×10－2 nm
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．
二、概率波
1．经典的粒子和经典的波
(1)经典的粒子
①粒子有一定的空间大小，有一定的质量，有的还具有电荷量，遵循牛顿运动定律．
②运动的基本特征：任意时刻有确定的位置和速度，以及时空中有确定的轨道．
(2)经典的波
基本特征是：具有确定的频率和波长，即具有时空的周期性．
2．概率波
(1)光波是一种概率波
光的波动性不是光子之间相互作用引起的，而是光子自身固有的性质，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．
(2)物质波也是一种概率波
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．对于大量粒子，这种概率分布导致确定的宏观结果，所以物质波也是概率波．
【例4】 物理学家做了一个有趣的双缝干涉实验：在光屏处放上照相用的底片，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，底片上只能出现一些不规则的点子；如果曝光时间足够长，底片上就会出现规则的干涉条纹．对这个实验结果有下列认识，其中正确的是( )
A．曝光时间不太长时，底片上只能出现一些不规则的点子，表现出光的波动性
B．单个光子通过双缝后的落点可以预测
C．只有大量光子的行为才能表现出光的粒子性
D．干涉条纹中明亮的部分是光子到达机会较多的地方
解析 曝光时间不太长时，底片上只能出现一些不规则的点子，表现出光的粒子性，选项A错误；单个光子通过双缝后的落点不可以预测，在某一位置出现的概率受波动规律支配，选项B错误；大量光子的行为才能表现出光的波动性，干涉条纹中明亮的部分是光子到达机会较多的地方，选项C错误，D正确．
答案 D
解答本类型题时应把握以下两点：
(1)光具有波粒二象性，光波是一种概率波．
(2)单个光子的落点位置是不确定的，大量光子的落点位置服从概率分布规律．
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，这种关系叫不确定性关系．
2．表达式
ΔxΔp≥.其中以Δx表示粒子位置的不确定量，以Δp表示粒子在x方向上的动量的不确定量，h是普朗克常量．
【例5】 (多选)关于不确定性关系ΔxΔp≥有以下几种理解，其中正确的是( )
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
解析 不确定性关系表示确定位置、动量的精度相互制约，此长彼消，当粒子的位置不确定性小时，粒子动量的不确定性大；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．
答案 CD
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.
1．(对光的波粒二象性的理解)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；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 C
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，都具有波粒二象性，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．
2．(对物质波的理解)关于物质波，以下说法正确的是( )
A．实物粒子具有粒子性，在任何条件下都不可能表现出波动性
B．宏观物体不存在对应波的波长
C．电子在任何条件下都能表现出波动性
D．微观粒子在一定条件下能表现出波动性
答案 D
解析 一切运动的粒子，包括宏观及微观粒子，都具有波动性．
3．(对物质波的理解)一颗质量为10 g的子弹，以200 m/s的速度运动着，则由德布罗意理论计算，要使这颗子弹发生明显的衍射现象，那么障碍物的尺寸为( )
A．3.0×10－10 m B．1.8×10－11 m
C．3.0×10－34 m D．无法确定
答案 C
解析 λ＝＝＝ m≈3.32×10－34 m，故能发生明显衍射的障碍物尺寸应为选项C.
4．(对概念波的理解)(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能通过单缝，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
答案 CD
解析 根据光的概率波的概念，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，可达95%以上．当然也可能落在其他亮纹处，还可能落在暗纹处，只不过落在暗处的概率很小而已，故只有C、D正确．
5．(对不确定性关系的理解)(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
答案 AD
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.
题组一 对光的波粒二象性的理解
1．(多选)说明光具有粒子性的现象是( )
A．光电效应 B．光的干涉
C．光的衍射 D．康普顿效应
答案 AD
2．(多选)关于光的波粒二象性，下列说法正确的是( )
A．光的双缝干涉实验显示了光具有波动性
B．光电效应现象说明光具有粒子性
C．频率高的光只具有粒子性，不具有波动性
D．无线电波只具有波动性，不具有粒子性
答案 AB
解析 光电效应、康普顿效应能说明光具有粒子性；光的干涉、衍射现象能说明光具有波动性；频率高的光粒子性明显，但也具有波动性；无线电波是电磁波，既具有波动性也具有粒子性．
3．(多选)在验证光的波粒二象性的实验中，下列说法正确的是( )
A．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上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
4.如图1所示，当弧光灯发出的光经一狭缝后，在锌板上形成明暗相间的条纹，同时与锌板相连的验电器铝箔有张角，则该实验( )
图1
A．只能证明光具有波动性
B．只能证明光具有粒子性
C．只能证明光能够发生衍射
D．证明光具有波粒二象性
答案 D
解析 弧光灯发出的光经一狭缝后，在锌板上形成明暗相间的条纹，这是光的衍射，证明了光具有波动性，验电器铝箔有张角，说明锌板发生了光电效应现象，则证明光具有粒子性，所以该实验证明了光具有波粒二象性，D正确．
题组二 对物质波的理解
5．下列说法中正确的是( )
A．质量大的物体，其德布罗意波长短
B．速度大的物体，其德布罗意波长短
C．动量大的物体，其德布罗意波长短
D．动能大的物体，其德布罗意波长短
答案 C
解析 由物质波的波长λ＝，得其只与物体的动量有关，动量越大其波长越短．
6．(多选)下列物理实验中，能说明粒子具有波动性的是( )
A．通过研究金属的遏止电压与入射光频率的关系，证明了爱因斯坦光电效应方程的正确性
B．通过测试多种物质对X射线的散射，发现散射射线中有波长变大的成分
C．通过电子双缝实验，发现电子的干涉现象
D．利用晶体做电子束衍射实验，证实了电子的波动性
答案 CD
解析 干涉和衍射是波特有的现象，由于X射线本身就是一种波，而不是实物粒子，故X射线散射中有波长变大的成分，并不能证实物质波理论的正确性，即A、B不能说明粒子的波动性．
7．(多选)下表列出了几种不同物体在某种速度下的德布罗意波长和频率为1 MHz的无线电波的波长，根据表中数据可知( )
质量/kg
速度/m·s－1
波长/m
弹子球
2.0×10－2
1.0×10－2
3.3×10－30
电子(100 eV)
9.1×10－31
5.0×106
1.2×10－10
无线电波(1 MHz)
3.0×108
3.0×102
A．要检测弹子球的波动性几乎不可能
B．无线电波通常只能表现出波动性
C．电子照射到金属晶体上能观察到它的波动性
D．只有可见光才有波粒二象性
答案 ABC
解析 弹子球的波长相对太小，所以检测其波动性几乎不可能，A正确；无线电波波长较长，所以通常表现为波动性，B正确；电子波长与金属晶体尺度差不多，所以能利用金属晶体观察电子的波动性，C正确；由物质波理论知D错误．
8．(多选)利用金属晶格(大小约10－10 m)作为障碍物观察电子的衍射图样，方法是使电子通过电场加速后，让电子束照射到金属晶格上，从而得到电子的衍射图样．已知电子质量为m，电荷量为e，初速度为0，加速电压为U，普朗克常量为h，则下列说法中正确的是( )
A．该实验说明了电子具有波动性
B．实验中电子束的德布罗意波长为λ＝
C．加速电压U越大，电子的衍射现象越明显
D．若用相同动能的质子替代电子，衍射现象将更加明显
答案 AB
解析 得到了电子的衍射图样，说明电子具有波动性，A正确；
由德布罗意波长公式得λ＝
而动量p＝＝
两式联立得λ＝，B正确；
由λ＝可知，加速电压越大，电子的波长越小，衍射现象越不明显，C错误；用相同动能的质子替代电子，质子的波长小，其衍射现象不如电子的衍射现象明显，故D错误．
题组三 对概率波的理解
9．(多选)下列各种波是概率波的是( )
A．声波 B．无线电波
C．光波 D．物质波
答案 CD
解析 声波是机械波，A错；电磁波是一种能量波，B错；由概率波的概念和光波以及物质波的特点分析可以得知光波和物质波均为概率波，故C、D正确．
10．(多选)以下说法中正确的是( )
A．光波和物质波都是概率波
B．实物粒子不具有波动性
C．光的波动性是光子之间相互作用引起的
D．光通过狭缝后在屏上形成明暗相间的条纹，光子在空间出现的概率可以通过波动规律确定
答案 AD
解析 光波和物质波都是概率波，可通过波动规律来确定，故A、D正确，B错误；光的波动性是光的属性，不是光子间相互作用引起的，C错误．
11．(多选)1927年戴维逊和革末完成了电子衍射实验，该实验是荣获诺贝尔奖的重大近代物理实验之一．如图2所示的是该实验装置的简化图．下列说法正确的是( )
图2
A．亮条纹是电子到达概率大的地方
B．该实验说明物质波理论是正确的
C．该实验说明了光子具有波动性
D．该实验说明实物粒子具有波动性
答案 ABD
解析 该实验说明物质波理论是正确的，实物粒子也具有波动性，亮条纹是电子到达概率大的地方，不能说明光子具有波动性，故A、B、D正确，C错误．
题组四 对不确定性关系的理解
12．(多选)由不确定性关系可以得出的结论是( )
A．如果动量的不确定范围越小，则与它对应位置坐标的不确定范围就越大
B．如果位置坐标的不确定范围越小，则动量的不确定范围就越大
C．动量和位置坐标的不确定范围之间的关系不是反比例函数
D．动量和位置坐标的不确定范围之间有唯一的确定关系
答案 ABC
13．(多选)在单缝衍射实验中，从微观粒子运动的不确定性关系可知( )
A．缝越窄，粒子位置的不确定性越大
B．缝越宽，粒子位置的不确定性越大
C．缝越窄，粒子动量的不确定性越大
D．缝越宽，粒子动量的不确定性越大
答案 BC
解析 由不确定性关系ΔxΔp≥知缝宽时，位置不确定性越大，则动量的不确定性越小，反之亦然，因此选项B、C正确．
课件23张PPT。[目标定位] 1.知道光的波粒二象性，并会分析有关现象.2.理解德布罗意波和概率波的统计规律.3.了解经典的粒子和经典的波的基本特征.4.初步了解不确定性关系的内容．1．光的波粒二象性
(1)光的本性
①大量光子产生的效果显示出 ，比如 、 、
现象表明光在传播过程中具有波动性．
②个别光子产生的效果往往显示出 ．比如 、
都体现了光的粒子性．
③光既具有 又具有 ，光具有 ．波动性干涉衍射偏振粒子性光电效应康普顿效应波动性粒子性波粒二象性hν 粒子 波动 普朗克常量h 运动实物粒子物质波电子束电子电子波动性【深度思考】
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？布拉格幽默地回答道：“星期一、三、五它是一个波，星期二、四、六它是一个粒子．”能看出光的本性到底是什么吗？
答案 光具有波粒二象性是指光既具有波动性，又具有粒子性，有时波动性明显，有时粒子性更明显，但是，波动性和粒子性是不可分割的，是从不同角度所观察到的不同性质．【例1】 (多选)关于光的波粒二象性，下列说法中正确的是
( )
A．波粒二象性指光有时表现为波动性，有时表现为粒子性
B．光波频率越高，粒子性越明显
C．能量较大的光子其波动性较显著
D．个别光子易表现出粒子性，大量光子易表现出波动性解析 光的波粒二象性是指光波同时具有波和粒子的双重性质，有时表现为波动性，有时表现为粒子性．大量的光子波动性比较明显，个别光子粒子性比较明显．不同频率的光，频率越高，粒子性越显著，频率越低，波动性越显著．
答案 ABD1．经典的粒子和经典的波
(1)经典的粒子
①粒子有一定的 ，有一定的 ，有的还具有
电荷量，遵循牛顿运动定律．
②运动的基本特征：任意时刻有确定的 和 ，以
及时空中有确定的 ．
(2)经典的波
基本特征是：具有确定的 和 ，即具有时空的
．空间大小质量位置速度轨道频率波长周期性2．概率波
(1)光波是一种概率波
光的波动性不是光子之间相互作用引起的，而是光子自身固有的性质，光子在空间出现的概率可以通过 确
定，所以，光波是一种 ．
(2)物质波也是一种概率波
对于电子和其他微观粒子，单个粒子的位置是 ，但
在某点出现的概率的大小可以由 确定．对于大量
粒子，这种概率分布导致确定的宏观结果，所以物质波也是
概率波．波动的规律概率波不确定的波动的规律A．曝光时间不太长时，底片上只能出现一些不规则的点子，表现出光的波动性
B．单个光子通过双缝后的落点可以预测
C．只有大量光子的行为才能表现出光的粒子性
D．干涉条纹中明亮的部分是光子到达机会较多的地方
解析 曝光时间不太长时，底片上只能出现一些不规则的点子，表现出光的粒子性，选项A错误；单个光子通过双缝后的落点不可以预测，在某一位置出现的概率受波动规律支配，选项B错误；大量光子的行为才能表现出光的波动性，干涉条纹中明亮的部分是光子到达机会较多的地方，选项C错误，D正确．
答案 D1．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．不确定性ΔxΔp 解析 不确定性关系表示确定位置、动量的精度相互制约，此长彼消，当粒子的位置不确定性小时，粒子动量的不确定性大；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．
答案 CD
