课件31张PPT。第十六章波粒二象性章 末 小 结知 识 结 构规 律 方 法(2)应用光电效应规律解题应当明确
①光电效应规律中“光电流的强度”指的是光电流的饱和值(对应从阴极发射出的电子全部被拉向阳极的状态)。因为光电流未达到饱和值之前，其大小不仅与入射光的强度有关，还与光电管两极间的电压有关，只有在光电流达到饱和值以后才和入射光的强度成正比。
②明确两个决定关系
a．逸出功W0一定时，入射光的频率决定着能否产生光电效应以及光电子的最大初动能。
b．入射光的频率一定时，入射光的强度决定着单位时间内发射出来的光电子数。 (多选)(湖北武钢三中、武汉三中、省实验中学2015～2016学年高二下学期联考)用如图甲所示的电路研究光电效应中光电流强度与照射光的强弱、频率等物理量的关系。图中A、K两极间的电压大小可调，直流电源的正负极也可以对调。分别用a、b、c三束单色光照射，调节A、K间的电压U，得到光电流I与电压U的关系如图乙所示。由图可知 ( )典例 1ABC
A．单色光b的频率大于a的频率
B．单色光a和c的光子能量相同，但a光强度更强些
C．单色光a的遏止电压小于单色光b的遏止电压
D．随着电压的增大，光电流不断增大
解题指导：两条线索：(1)通过频率分析：光子频率高→光子能量大→产生光电子的最大初动能大。(2)通过光的强度分析：入射光强度大→光子数目多→产生的光电子多→光电流大。
解析：由图乙可知，单色光b照射后遏止电压较大，根据Ekm＝eUc知，b光照射后产生的光电子最大初动能较大，根据光电效应方程Ekm＝hν－W0得，b光的频率大于a光的频率，故A正确，C正确；a、c两光照射后遏止电压相同，知产生的光电子最大初动能相等，可知a、c两光的频率相等，光子能量相等，由于a光的饱和电流较大，则a光的强度较大，故B正确；随着正向电压的增大，光电流增大，增大到一定程度，电流达到饱和，不再增大，故D错误。故选A、B、C。
二、光的波粒二象性
1．大量光子产生的效果显示出波动性，比如干涉、衍射现象中，如果用强光照射，在光屏上立刻出现了干涉、衍射条纹，波动性体现了出来；个别光子产生的效果显示出粒子性。如果用微弱的光照射，在屏上就只能观察到一些分布毫无规律的光点，粒子性充分体现；但是如果微弱的光在照射时间加长的情况下，在感光底片上的光点分布又会出现一定的规律性，倾向于干涉、衍射的分布规律。这些实验为人们认识光的波粒二象性提供了良好的依据。
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。
3．光子的能量与其对应的频率成正比，而频率是波动性特征的物理量，因此E＝hν，揭示了光的粒子性和波动性之间的密切联系。
4．对不同频率的光，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。
5．光在传播时体现出波动性，在与其他物质相互作用时体现出粒子性。处理光的波粒二象性问题的关键是正确理解其二象性，搞清光波是一种概率波。 (多选)下列叙述的情况正确的是 ( )
A．光的粒子性说明每个光子就像一个极小的球体
B．光波是与橡皮绳形成的绳波相似的波
C．光具有粒子性，它和其他物质作用是“一份一份”进行的
D．光子在空间各点出现的可能性大小(概率)，可以用波动的规律来描述
解题指导：光具有波粒二象性，但不是宏观的粒子和波，在相互作用时表现的粒子性显著，在传播时表现的波动性显著。
典例 2CD
解析：光具有粒子性，但是不同于宏观的物体，即说明每个光子不像一个极小的球体，所以A错误；光具有波动性，但是光波不同于橡皮绳形成的绳波，即B错误；光具有粒子性，它和其他物质作用是“一份一份”进行的，即C正确；光在传播的过程中，光子在空间各点出现的可能性大小(概率)，可以用波动的规律来描述，即D正确。触 及 高 考从历年高考试题看，有关本章内容的考题多以选择、填空的形式出现，难度不大，均属基本题。其中命题率较高的知识点是光电效应。 (2018·全国卷Ⅱ，17)用波长为300nm的光照射锌板，电子逸出锌板表面的最大初动能为1.28×10－19J。已知普朗克常量为6.63×10－34J·s，真空中的光速为3.00×108m·s－1。能使锌产生光电效应的单色光的最低频率约为 ( )
A．1×1014Hz B．8×1014Hz
C．2×1015Hz D．8×1015Hz例 题B 一、考题探析一、选择题(1题为单选题，2题为多选题)
1．(2017·北京卷，18)2017年年初，我国研制的“大连光源”——极紫外自由电子激光装置，发出了波长在100 nm(1 nm＝10－9 m)附近连续可调的世界上最强的极紫外激光脉冲，“大连光源”因其光子的能量大、密度高，可在能源利用、光刻技术、雾霾治理等领域的研究中发挥重要作用。二、临场练兵 一个处于极紫外波段的光子所具有的能量可以电离一个分子，但又不会把分子打碎。据此判断，能够电离一个分子的能量约为(取普朗克常量h＝6.6×10－34 J·s，真空光速c＝3×108 m/s) ( )
A．10－21 J B．10－18 J
C．10－15 J D．10－12 J
B 2．(2017·全国卷Ⅲ，19)在光电效应实验中，分别用频率为νa、νb的单色光a、b照射到同种金属上，测得相应的遏止电压分别为Ua和Ub、光电子的最大初动能分别为Eka和Ekb。h为普朗克常量。下列说法正确的是 ( )
A．若νa>νb，则一定有UaB．若νa>νb，则一定有Eka>Ekb
C．若UaD．若νa>νb，则一定有hνa－Eka>hνb－Ekb
BC
解析：光电效应中遏止电压与最大初动能之间的关系为eU＝Ek，根据光电效应方程可知Ek＝hν－W0
若 νa>νb，则Eka>Ekb，Ua>Ub，选项A错误，选项B正确；
若Ua由光电效应方程可得W0＝hν－Ek，则hνa－Eka＝hνb－Ekb，选项D错误。1∶2
4．(2016·全国卷Ⅰ，35)现用某一光电管进行光电效应的实验，当用某一频率的光入射时，有光电流产生。下列说法正确的是_______
A．保持入射光的频率不变，入射光的光强变大，饱和光电流变大
B．入射光的频率变高，饱和光电流变大
C．入射光的频率变高，光电子的最大初动能变大
D．保持入射光的光强不变，不断减小入射光的频率，始终有光电流产生
E．遏止电压的大小与入射光的频率有关，与入射光的光强无关ACE
解析：根据光电效应规律，保持入射光的频率不变，入射光的光强变大，则饱和光电流变大，选项A正确；由爱因斯坦光电效应方程知，入射光的频率变高，产生的光电子最大初动能变大，而饱和光电流与入射光的频率和光强都有关，选项B错误，C正确；保持入射光的光强不变，不断减小入射光的频率，当入射光的频率小于极限频率时，就不能产生光电效应，没有光电流产生，选项D错误；遏止电压与产生的光电子的最大初动能有关，光电子的最大初动能与入射光的频率有关，与入射光的光强无关，选项E正确。
课件59张PPT。第十七章波粒二象性〔情 景 切 入〕
1990年，德国物理学家普朗克提出了一个大胆的假设：粒子的能量只能是某一最小能量值的整数倍。这一假说不仅解决了热辐射问题，同时也改变了人们对微观世界的认识。
光在爱因斯坦的眼里成了“粒子”，电子、质子等在德布罗意看来具有了波动性……
光到底是什么？实物粒子真的具有波动性吗？让我们一起进入这种神奇的微观世界，去揭开微观世界的奥秘吧。〔知 识 导 航〕
本章内容涉及微观世界中的量子化现象。首先从黑体和黑体辐射出发，提出了能量的量子化观点，进而通过实验研究光电效应现象，用爱因斯坦的光子说对光电效应的实验规律做出合理解释，明确了光具有波粒二象性，进而将波粒二象性推广到运动的实物粒子，提出了德布罗意波的概念，经分析和研究得出光波和德布罗意波都是概率波以及不确定性关系的结论。
本章内容可分为三个单元：(第一～二节)主要介绍了能量量子化和光的粒子性；第二单元(第三节)介绍了粒子的波动性；第三单元(第四～五节)介绍了概率波和不确定性关系。
本章的重点是：普朗克的能量量子化假设、光电效应、光电效应方程、德布罗意波。本章的难点是：光电效应的实验规律和波粒二象性。〔学 法 指 导〕
1．重视本章实验的理解。本章知识理论性很强，涉及的新概念较多，也比较抽象，但它们作为物理量都有其实验事实基础，所以在学习时要结合实验来理解它们，就不会觉得那么抽象。
2．注意体会人类认识微观粒子本性的历史进程。人类认识微观粒子本性的进程是波浪形的，在曲折中前进，旧的理论总是被新发现、新的实验事实否定，为解释新实验事实又提出新的理论。光电效应和康普顿效应证明了光是一种粒子，但光的干涉和衍射又证明了光是一种波，因此光是一种波——电磁波，同时光也是一种粒子——光子。也就是说光具有波粒二象性。光在空间各点出现的概率是受波动规律支配的，因此光是一种概率波。
3．学习本章知识会用到以前学过的知识，如光的干涉、衍射，弹性碰撞、动量定理和动能定理等，因此可以有针对性地复习过去的这些知识，对顺利学习本章内容会有帮助。第一节 能量量子化
第二节 光的粒子性 学 习 目 标 知 识 导 图课 前 预 习1．热辐射
(1)定义：我们周围的一切物体都在辐射__________，这种辐射与物体的________有关，所以叫热辐射。
(2)特征：热辐射强度按波长的分布情况随物体的________而有所不同。
2．黑体
(1)定义：如果某种物体在任何温度下能够完全吸收入射的____________ __________而不发生反射，这种物体就是绝对黑体，简称黑体。
(2)黑体辐射的特征：黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的________有关。知识点 1黑体与黑体辐射电磁波 温度 温度 各种波长的 电磁波 温度 3．黑体辐射的实验规律
黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的________有关，如图所示。
(1)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波长________的方向移动。温度 增加 较短 1．定义
普朗克认为，带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的__________，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____________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．能量子大小
ε＝hν，其中ν是电磁波的频率，h称为__________常量，h＝6.626×10－34J·s(一般取h＝6.63×10－34J·s)。
3．能量的量子化
在微观世界中能量是_________的，或者说微观粒子的能量是_______的。知识点 2能量子整数倍 一份一份 普朗克 量子化 分立 1．光电效应
照射到金属表面的光，能使金属中的________从表面逸出的现象。如图所示。
2．光电子
光电效应中发射出来的________。知识点 3光电效应电子 电子 3．光电效应的实验规律
(1)存在着饱和光电流：在光的颜色不变的情况下，入射光越强，________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____________越多。
(2)存在着遏止电压和截止频率：光电子的最大初动能与入射光的________有关，而与入射光的________无关，当入射光的频率低于____________时不能发生光电效应。
(3)光电效应具有瞬时性：光电效应几乎是________发生的，从光照射到产生光电流的时间不超过________s。饱和 光电子数 频率 强弱 截止频率 瞬时 10－9 1．光子
光不仅在发射和吸收时能量是____________的，而且光本身就是由一个个不可分割的________组成的，频率为ν的光的能量子为hν，h为普朗克常量。这些能量子后来被称为光子。
2．爱因斯坦光电效应方程
在光电效应中，金属中的电子吸收一个光子获得的能量是______，这些能量的一部分用来克服金属的__________W0，剩下的表现为逸出后电子的初动能Ek，即
hν＝__________或Ek＝___________知识点 4爱因斯坦的光电效应方程一份一份 能量子 hν 逸出功 Ek＋W0 hν－W0 1．光的散射
光在介质中与____________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_____________的成分，这个现象称为康普顿效应。知识点 5康普顿效应物质微粒 波长大于λ0 1．表达式
p＝______
2．说明
在康普顿效应中，入射光子与晶体中电子碰撞时，把一部分动量转移给________，光子的动量________，因此，有些光子散射后波长变______。知识点 6光子的动量电子 变小 长 『判一判』
(1)只有高温的物体才会热辐射。 ( )
(2)热辐射的辐射强度按波长的分布情况随温度的变化而有所不同。 ( )
(3)微观粒子的能量只能是能量子的整数倍。 ( )
(4)能量子的能量不是任意的，其大小与电磁波的频率成正比。 ( )
(5)任何频率的光照射到金属表面都可以发生光电效应。 ( )
×
√
√
√
× (6)金属表面是否发生光电效应与入射光的强弱有关。 ( )
(7)入射光照射到金属表面上时，光电子几乎是瞬时发射的。 ( )
(8)光子发生散射时，其动量大小发生变化，但光子的频率不发生变化。 ( )
(9)光子发生散射后，其波长变大。 ( )
×
√
×
√ 『选一选』
(多选)(北京市临川育人学校2017～2018学年高二下学期期中)如图所示，电路中所有元件完好，当光照射到光电管上时，灵敏电流计中没有电流通过，可能的原因是 ( )
A．入射光强度较弱
B．入射光波长太长
C．光照射时间太短
D．电源正负极接反
BD
解析：光电管能否产生光电效应与入射光的强度、光照时间没有关系，当入射光波长小于金属的极限波长时，即入射光频率大于金属的极限频率时，金属才能产生光电效应，A、C错误；若入射光波长大于金属的极限波长时，金属不能产生光电效应，灵敏电流计中没有电流通过，B正确；电源正负极接反时，光电管加上反向电压，光电子做减速运动，可能到达不了阳极，电路中不能形成电流，D正确。『想一想』
很多地方用红外热像仪监测人的体温，只要被测者从仪器前走过，便可知道他的体温是多少，你知道其中的道理吗？答案：根据热辐射规律可知，人的体温的高低，直接决定了这个人辐射的红外线的频率和强度。通过监测被测者辐射的红外线的情况就知道这个人的体温。课 内 探 究有经验的炼钢工人，通过观察炼钢炉内的颜色，就可以估计出炉内的大体温度，这是根据什么道理？
提示：黑体辐射与温度有关。探究一 对黑体及黑体辐射的理解 1．对黑体的理解
绝对的黑体实际上是不存在的，但可以用某装置近似地代替。如图所示，如果在一个空腔壁上开一个小孔，那么射入小孔的电磁波在空腔内表面会发生多次反射和吸收，最终不能从空腔射出，这个小孔就成了一个绝对黑体。特别提醒：(1)热辐射不一定要高温，任何温度的物体都发出一定的热辐射，只是温度低时辐射弱，温度高时辐射强。
(2)黑体是一个理想化的物理模型，实际不存在。
(3)黑体看上去不是一定是黑的，只有当自身辐射的可见光非常微弱时看上去才是黑的；有些可看作黑体的物体由于有较强的辐射，看起来还会很明亮，例如：炼钢炉口上的小孔。一些发光的物体(如太阳、白炽灯灯丝)也被看作黑体来处理。 关于对黑体的认识，下列说法正确的是 ( )
A．黑体只吸收电磁波，不反射电磁波，看上去是黑的
B．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布除与温度有关外，还与材料的种类及表面状况有关
C．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温度有关，与材料的种类及表面状况无关
D．如果在一个空腔壁上开一个很小的孔，射入小孔的电磁波在空腔内表面经多次反射和吸收，最终不能从小孔射出，这个空腔就成了一个黑体典例 1C
解题指导：黑体完全吸收电磁波而不反射，同时其本身也辐射电磁波；黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温度有关，与其他因素无关。
解析：黑体自身辐射电磁波，不一定是黑的，A错误；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，B错误，C正确；小孔只吸收电磁波，不反射电磁波，因此小孔成了一个黑体，而不是空腔，D错误。
〔对点训练1〕 关于黑体辐射的强度与波长的关系，下图正确的是 ( )B 解析：根据黑体辐射的实验规律：随温度升高，各种波长的辐射强度都有增加，故图线不会有交点，选项C、D错误；另一方面，辐射强度的极大值会向波长较短方向移动，选项A错误，B正确。由能量量子化假说可知，能量是一份一份的，而不是连续的，在宏观概念中，举一些我们周围不连续的实例。
提示：人的个数，自然数，汽车等。探究二 能量量子化 1．能量子
物体热辐射所发出的电磁波是通过内部的带电谐振子向外辐射的，谐振子的能量是不连续的，只能是hν的整数倍，hν称为一个能量量子，其中ν是谐振子的振动频率，h是一个常数，称为普朗克常量。
2．普朗克常量
h＝6.63×10－34J·s
3．意义
可以非常合理地解释某些电磁波的辐射和吸收的实验现象。
4．量子化现象
在微观世界中物理量分立取值的现象称为量子化现象。
5．量子化假设的意义
普朗克的能量子假设，使人类对微观世界的本质有了全新的认识，对现代物理学的发展产生了革命性的影响。普朗克常量h是自然界中最基本的常量之一，它体现了微观世界的基本特征。 氦氖激光器发射波长为6328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18mW，则每秒钟发射多少个光子？
解题指导：求解本题的关键有两点：一是能根据已知条件求得每一个光子的能量，另外必须明确激光器发射的能量由这些光子能量的总和组成。
答案：3.14×10－19J 5.73×1016个典例 2〔对点训练2〕 人眼对绿光最为敏感，正常人的眼睛接收到波长为530nm的绿光时，只要每秒有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3.0×108m /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．1.2×10－18WA 如图所示，把一块锌板连接在验电器上，用紫外线灯照射锌板，观察到验电器的指针发生了变化，这说明锌板带了电。你知道锌板是怎样带上电的吗？
提示：锌板在紫外线灯的照射下发生了光电效应，发射出光电子，因此锌板会显示正电性，验电器会因带正电荷而使金属箔片张开一定角度。探究三 光电效应 4．截止频率νc
方程Ek＝hν－W0表明，光电子的最大初动能Ek与入射光的频率ν存在线性关系(如图所示)，与光强有关。图中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，图线的斜率为普朗克常量。 5．逸出功
方程Ek＝hν－W0中的逸出功W0为从金属表面逸出的电子克服束缚而消耗的最少能量，不同金属的逸出功是不同的。6．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。特别提醒：(1)逸出功和截止频率均由金属本身决定，与其他因素无关。
(2)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。 (多选)在做光电效应的实验时，某金属被光照射发生了光电效应，实验测得光电子的最大初动能Ek与入射光的频率ν的关系如图所示，由实验图线可求出 ( )
A．该金属的极限频率和极限波长
B．普朗克常量
C．该金属的逸出功
D．单位时间内逸出的光电子数典例 3ABC 解题指导：分析、推导得出图像的斜率及在图像横、纵坐标轴上的截距所对应的物理量，从而理解它们的物理意义，才能有效提高自身应用数学知识解决物理问题的能力。
〔对点训练3〕 (黑龙江绥化市肇东一中2015～2016学年高二下学期期中)如图所示，用绿光照射一光电管，能产生光电效应。欲使光电子从阴极逸出时的初动能增大，应该 ( )
A．改用红光照射
B．改用紫光照射
C．增大光电管上的加速电压
D．增大绿光的强度B 解析：由Ek＝hν－W逸出知增加最大初动能，只要入射光的频率变大就行了。红光的频率比绿光小，故A错误；紫光的频率比绿光的大，故B正确。增大光电管的加速电压，不影响阴极逸出时的初动能，故C错误；增加绿光照射强度只是增大了光电流强度，D错误。故选B。
太阳光从小孔射入室内时，我们从侧面可以看到这束光；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？
提示：在地球上光发生了散射；太空中没有悬浮颗粒，光不能发生散射。探究四 康普顿效应 1．光子说对康普顿效应的解释
(1)假定X射线光子与电子发生弹性碰撞。光子和电子相碰撞时，光子有一部分能量传给电子，散射光子的能量减少，于是散射光的波长大于入射光的波长。
(2)康普顿效应进一步揭示了光的粒子性，也再次证明了爱因斯坦光子说的正确性。
2．光电效应与康普顿效应的对比
(1)光电效应与康普顿效应都说明了光具有粒子性。
(2)波长较短的X射线或γ射线产生康普顿效应，波长较长的可见光或紫外光产生光电效应。 科学研究证明，光子有能量也有动量，当光子与电子碰撞时，光子的一些能量转移给了电子。假设光子与电子碰撞前的波长为λ，碰撞后的波长为λ′，则碰撞过程中 ( )
A．能量守恒，动量守恒，且λ＝λ′
B．能量不守恒，动量不守恒，且λ＝λ′
C．能量守恒，动量守恒，且λ＜λ′
D．能量守恒，动量守恒，且λ＞λ′
解题指导：能量守恒和动量守恒是自然界的普遍规律，适用于宏观世界也适用于微观世界。典例 4C 〔对点训练4〕 康普顿效应证实了光子不仅具有能量，也有动量。下图给出了光子与静止电子碰撞后，电子的运动方向，则碰后光子可能沿方向_____运动，并且波长________(填“不变”、“变短”或“变长”)。
解析：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光子碰前动量的方向一致，可见碰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，能量减少，由E＝hν知，频率变小，再根据c＝λν知，波长变长。1 变长 素 养 提 升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，光子是光电效应的因，光电子是果。
2．光电子的动能与光电子的最大初动能
光照射到金属表面时， 光子的能量全部被电子吸收，电子吸收光子的能量，可能向各个方向运动，需克服原子核和其他原子的阻碍而损失一部分能量，剩余部分为光电子的初动能；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，才具有最大初动能。光电子的初动能小于等于光电子的最大初动能。光电效应中几个易混淆的概念3．光子的能量与入射光的强度
光子的能量即每个光子的能量，其值为E＝hν(ν为光子的频率)，其大小由光的频率决定。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。
4．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。 用同一束单色光，在同一条件下，先后照射锌片和银片，都能产生光电效应，这两个过程中，对下列四个量，一定相同的是_____，可能相同的是_____，一定不相同的是______。
A．光子的能量 B．金属的逸出功
C．光电子动能 D．光电子最大初动能
案 例A C BD
解析：光子的能量由光的频率决定，同一束单色光频率相同，因而光子能量相同，逸出功等于电子脱离原子核束缚需要做的最小的功，因此只由材料决定，锌片和银片的逸出功一定不相同。由Ek＝hν－W，照射光子能量hν相同，逸出功W不同，则电子最大初动能也不同，由于光电子吸收光子后到达金属表面的路径不同，途中损失的能量也不同，因而脱离金属时的动能可能分布在零到最大初动能之间，所以，两个不同光电效应的光电子中，动能是可能相等的。课件34张PPT。第十七章波粒二象性第三节 粒子的波动性 学 习 目 标 知 识 导 图课 前 预 习1．光的本性
(1)19世纪初托马斯·杨、菲涅耳、马吕斯等分别观察到了光的________、________和偏振现象。
(2)19世纪60年代和80年代，麦克斯韦和赫兹先后从理论上和实验上确认了光的__________本质。
(3)光电效应和康普顿效应揭示了光的__________。知识点 1光的波粒二象性干涉 衍射 电磁波 粒子性 波动性 衍射 粒子性 光电效应 粒子性 波动性 波粒二象性
2．光子的能量和动量
(1)能量：ε＝______；
(2)动量：p＝______。
3．意义hν 粒子 波动 hν 能量ε和动量p是描述物质的________性的重要物理量；波长λ和频率ν是描述物质的________性的典型物理量。因此ε＝______和p＝______揭示了光的粒子性和波动性之间的密切关系。1．德布罗意波
任何一种实物粒子都和一个波相联系，这种波被称为德布罗意波，也叫________波。
2．物质波的波长和频率
波长公式λ＝______，频率公式ν＝______。知识点 2粒子的波动性物质 3．物质波的实验验证
(1)实验探究思路
干涉、衍射是______特有的现象，如果实物粒子具有波动性，则在一定条件下，也应该发生________或________现象。
(2)实验验证1927年戴维孙和G.P.汤姆孙分别利用晶体做了______________的实验，得到了类似右图的________图样，从而证实了电子的波动性。他们为此获得了1937年的诺贝尔物理学奖。波 干涉 衍射 电子束衍射 衍射 『判一判』
(1)光的干涉、洐射、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)一切宏观物体都具有波动性，即物质波。 ( )
(5)湖面上的水波就是物质波。 ( )
(6)电子的衍射现象证实了实物粒子具有波动性。 ( )√
×
√
√
×
√ 『选一选』
(多选)(河北正定中学2015～2016学年高二下学期检测)波粒二象性是微观世界的基本特征，以下说法正确的有 ( )
A．光电效应现象揭示了光的粒子性
B．热中子束射到晶体上产生衍射图样说明中子具有波动性
C．黑体辐射的实验规律可用光的波动性解释
D．动能相等的质子和电子，它们的德布罗意波长也相等AB 『想一想』
2018年6月30日，中国运动员苏炳添在2018钻石联赛巴黎站比赛中，以9.91s的成绩再次追平了男子100m亚洲记录。设苏炳添的质量约为75kg，请计算他在100m比赛时的德布罗意波长，并说明其波动性是否明显。
答案：8.76×10－37m，波动性很不明显课 内 探 究曾有一位记者向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。”那么光的本性到底是什么呢？你是如何理解的？
探究一 对光的本性的认识
提示：光具有波粒二象性。
光既不同于宏观观念的粒子，也不同于宏观观念的波，但光既具有粒子性又具有波动性，粒子性和波动性都是光本身的属性。1．光学发展史2．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显示出粒子性
解题指导：在宏观现象中，波与粒子是对立的概念，而在微观世界中，波与粒子可以统一。光具有波粒二象性是指光在传播过程中和同其他物质作用时分别表现出波和粒子的特性。典例 1C
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，光的有些行为(如光电效应)表现出粒子性，所以，不能说有的光是波，有的光是粒子。
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，不能说光子与电子是同样的一种粒子。
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，衍射性越好，即波动性越显著，光的波长越短，其光子能量越大，个别或少数光子的作用就足以引起光接收装置的反应，所以其粒子性就很显著，故选项C正确，A、B、D错误。
〔对点训练1〕 人类对光的本性认识的过程中先后进行了一系列实验，如图所示的四个示意图所表示的实验说明光具有波动性的是_______，说明光具有粒子性的是_____。
ABD C 解析：C为光电效应实验，证明了光的粒子性；其余的三个实验均证明了光的波动性。
德布罗意认为任何运动着的物体均有波动性，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，谈谈自己的认识。探究二 对物质波的理解 提示：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(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，而微观粒子如电子、质子、中子以及原子、分子的波动性为宏观物体具有波动性奠定了事实基础。
2．对德布罗意物质波的理解
(1)任何一个运动的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳都具有波动性。由于宏观物体的波长太小，其波动性不易观察到。
(2)物质波是一种概率波，粒子在空间各处出现的概率服从波动规律。不要以宏观观点中的波来理解德布罗意波。
(3)德布罗意假说是光的波粒二象性的推动，实物粒子和光子都既具有粒子性，又具有波动性。与光子对应的波是电磁波，与实物粒子对应的是物质波。
质量为10g，速度为300m/s在空中飞行的子弹，其德布罗意波波长是多少？为什么我们无法观察出其波动性？如果能够用特殊的方法观察子弹的波动性，我们是否能看到子弹上下或左右颤动着前进，在空间中描绘出正弦曲线或其他周期性曲线？为什么？
典例 2
解题指导：认为运动物体将做曲线运动是容易出现的错误，以宏观观念的波来理解德布罗意波是错误的根源，德布罗意波是一种概率波，在一般情况下不能用确定的坐标描述粒子的位置，无法用轨迹描述粒子的运动，但是粒子在空间各处出现的概率受波动规律支配，不是粒子将做曲线运动，不能将物质波与宏观意义上的机械波相混淆，物质波的实质是指粒子在空间的分布的概率是受波动规律支配的，它与机械波有着本质的区别，更不能将粒子的运动轨迹与波动性联系在一起。〔对点训练2〕 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，任何一个运动着的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳，都有一种波和它对应，这种波叫物质波
D．宏观物体运动时，看不到它的衍射或干涉现象，所以宏观物体运动时不具有波动性
解析：物质波是一切运动着的物体所具有的波，与机械波性质不同，宏观物体也具有波动性，只是干涉、衍射现象不明显而已，故只有C对。C 素 养 提 升易错点：不能正确认识运动物体的波动性 一位战士在实战训练时子弹脱靶，在分析脱靶的原因时，突然想起德布罗意波长公式后，确认未击中的原因可能与子弹的波动性有关，这是失误的理由吗？
易错分析：只知实物粒子具有波动性，不会具体问题具体分析。对于宏观物体子弹来说，物质波波长仅为10－34m左右，因为波长越长衍射现象越显著，动量大的子弹的波动性忽略不计仍沿确定的轨道运动，所以未沿击中靶的抛物线运动，原因是未瞄准。案 例正确答案：不是课件33张PPT。第十七章波粒二象性第四节 概率波
第五节 不确定性关系 学 习 目 标 知 识 导 图课 前 预 习1．经典的粒子
在经典物理学的概念中， 粒子有一定的________大小，有一定的________，有的还有电荷。其运动的基本特征是：任意时刻有确定________和________以及在空间的确定________。
2．经典的波
经典的波在空间中是弥散开来的，其特征是具有________和________，也就是具有________的周期性。知识点 1经典的粒子和经典的波空间 质量 位置 速度 轨道 频率 波长 时空 1．光波是概率波
光子落在各点的概率是不一样的，即光子落在明纹处的概率______，落在暗纹处的概率______。这就是说，光子在空间出现的概率可以通过波动的规律确定。所以，从光子的概念上看，光波是一种__________。
2．物质波也是概率波
对于电子和其他微观粒子，单个粒子的位置是__________的，但在某点附近出现的概率的大小可以由________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__________。知识点 2概率波大 小 概率波 不确定 波动 概率波 1．概念
在经典力学中，一个质点的位置和动量是可以同时____________的，在量子理论建立之后，要同时测出微观粒子的________和________，是不太可能的。我们把这种关系叫做不确定性关系。
2．表达式
利用数学方法对微观粒子的运动进行分析可以知道，如果以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，那么
ΔxΔp≥______
式中h 是普朗克常量。这就是著名的不确定性关系，简称不确定关系。知识点 3不确定性关系精确测定 位置 动量 『判一判』
(1)经典的粒子的运动适用牛顿第二定律。 ( )
(2)经典的波在空间传播具有周期性。 ( )
(3)经典的粒子和经典的波研究对象相同。 ( )
(4)光子通过狭缝后落在屏上的位置是可以确定的。 ( )
(5)光子通过狭缝后落在屏上明纹处的概率大些。 ( )
(6)电子通过狭缝后运动的轨迹是确定的。 ( )√
√
×
×
√
× CD
『想一想』
在双缝干涉实验中，某光子打在光屏上的落点能预测吗？大量的光子打在光屏上的落点是否有规律？请用概率波的观点解释双缝干涉图样的形成。
答案：在光的双缝干涉实验中，某个光子打在光屏上的落点根本不能预测，但大量光子打在光屏上将形成明暗相间的干涉条纹，这说明光子落在各点的概率是不一样的，光子落在明条纹处的概率大，落在暗条纹处的概率小，光子在空间出现的概率遵循波动规律，所以光波是一种概率波。课 内 探 究如图所示是双缝干涉的图样，我们如何用光的波粒二象性来解释呢？探究一 对概率波的理解
提示：图a中表示曝光时间很短的情况，在胶片上出现的是随机分布的光点。延长胶片曝光的时间，就会出现如图b所示的图样。从图中可以看出，光子在某些条形区域出现的概率增大，这些区域是光波通过双缝后产生相干振动加强的区域；而落在其他一些条形区域的概率很小，这些区域是光波通过双缝后产生相干振动减弱的区域。曝光的时间越长，图样就越清晰(如c图所示)，这说明，可以用光子在空间各点出现的概率，来解释光的干涉图样，即认为光是一种概率波。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，是预先不确定的。
2．大量粒子运动的必然性
由波动规律，我们可以准确地知道，大量粒子运动时的统计规律，因此我们可以对宏观现象进行预言。3．概率波体现了波粒二象性的和谐统一
概率波的主体是光子、实物粒子，体现了粒子性的一面；同时粒子在某一位置出现的概率受波动规律支配，体现了波动性的一面，所以说，概率波将波动性和粒子性统一在一起。
特别提醒：(1)在双缝干涉和单缝衍射的暗纹处也有光子到达，只是光子数“特别少”。
(2)要理解统计规律，对统计规律的认识是理解概率波的前提。 (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
典例 1CD 解题指导：(1)概率大小只表明事件发生的可能性，实际情况如何，则不确定。
(2)大量光子的行为易表现出光的波动性，少量光子的行为易表现出粒子性。
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。
〔对点训练1〕 下列说法正确的是 ( )
A．概率波就是机械波
B．物质波是一种概率波
C．概率波和机械波的本质是一样的，都能发生干涉和衍射现象
D．在光的双缝干涉实验中，若有一个光子，则能确定这个光子落在哪个点上
解析：概率波与机械波是两个概念，本质不同；物质波是一种概率波，符合概率波的特点；光的双缝干涉实验中，若有一个光子，这个光子的落点是不确定的，但有概率较大的位置。故B正确。 B 对微观粒子的分析能不能用“轨迹”来描述呢？
提示：微观粒子的运动遵循不确定关系，也就是说，要准确确定粒子的位置，动量(或速度)的不确定量就更大；反之，要准确确定粒子的动量(或速度)，位置的不确定量就更大，也就是说不可能同时准确地知道粒子的位置和动量。因而不可能用“轨迹”来描述粒子的运动。探究二 对不确定性关系的理解1．粒子位置的不确定性
单缝衍射现象中，入射的粒子有确定的动量，但它们可以处于挡板左侧的任何位置，也就是说，粒子在挡板左侧的位置是完全不确定的。
2．粒子动量的不确定性
(1)微观粒子具有波动性，会发生衍射。大部分粒子到达狭缝之前沿水平方向运动，而在经过狭缝之后，有些粒子跑到投影位置以外。这些粒子具有与其原来运动方向垂直的动量。
(2)由于哪个粒子到达屏上的哪个位置是完全随机的，所以粒子在垂直方向上的动量也具有不确定性，不确定量的大小可以由中央亮条纹的宽度来衡量。
5．经典物理和微观物理的区别
(1)在经典物理学中，可以同时用位置和动量精确地描述质点的运动，如果知道质点的加速度，还可以预言质点在以后任意时刻的位置和动量，从而描绘它的运动轨迹。
(2)在微观物理学中，不可能同时准确地知道粒子的位置和动量。因而也就不可能用“轨迹”来描述粒子的运动。但是，我们可以准确地知道大量粒子运动时的统计规律。典例 2答案：(1)5.3×10－29m/s (2)5.89×105m/s〔对点训练2〕 (多选)光通过单缝所发生的现象，用位置和动量的不确定关系的观点加以解释，正确的是 ( )
A．单缝越宽，光沿直线传播，是因为单缝越宽，位置不确定量Δx越大，动量不确定量Δp越大的缘故
B．单缝越宽，光沿直线传播，是因为单缝越宽，位置不确定量Δx越大，动量不确定量Δp越小的缘故
C．单缝越窄，中央亮纹越宽，是因为单缝越窄，位置不确定量Δx越小，动量不确定量Δp越小的缘故
D．单缝越窄，中央亮纹越宽，是因为单缝越窄，位置不确定量Δx越小，动量不确定量Δp越大的缘故BD 素 养 提 升易错点：不能正确理解不确定性关系 (多选)以下说法正确的是 ( )
A．微观粒子不能用“轨道”观点来描述粒子的运动
B．微观粒子用“轨道”观点来描述粒子的运动
C．微观粒子位置不能精确确定
D．微观粒子位置能精确确定案 例AC
易错分析：受经典力学规律的影响，没有正确理解不确定性关系。因为在经典力学概念中，一个粒子的位置和动量是可以同时精确测定的，因而错选B、D。
正确解答：微观粒子的动量和位置是不能同时确定的，这也就决定了不能用“轨道”的观点来描述粒子的运动，故A项正确。由微观粒子的波粒二象性可知微观粒子的位置不能精确确定，故C项正确。
