j.Co M
2012届高三物理一轮复习导学案
十七、波粒二象性
【课题】波粒二象性
【目标】
1、理解光电效应现象，掌握光电效应规律
2、了解黑体、黑体辐射、光的波粒二象性和德布罗意波
【导入】
一、黑体与黑体辐射
1．热辐射：周围的一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与温度有关。
2．黑体：能完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射，这种物体称为绝对黑体。简称黑体。
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温度有关。随着温度的升高，一方面，各种波长的辐射强度都有增加；另一方面，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。
4.能量子：普朗克认为，振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量ε（称为能量子）的整数倍，即：ε, 1ε, 2, 3ε, ... nε. n为正整数，这个不可再分的最小能量值ε称为能量子。能量子的表达式：ε=hν（其中普朗克常量h=6.62610-34J?S）
二、光电效应：
1．内容：在光（包括不可见光）的照射下从物体表面发射出电子（光电子）的现象叫光电效应，光电子是物体表面的电子吸收光子能量产生的。
2．光电效应的规律：
（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这个极限频率，才能产生光电效应；低于这个频率的光不能产生光电效应。
（2）光电子最大初动能与入射光的强度无关；只随着入射光的频率的增大而增大。
（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）当入射光的频率大于极限频率时，光电流的强度与入射光的强度成正比。
3．光子说：爱因斯坦提出，在空间传播的光不是连续的，而是一份一份的，每一份称为一个光子，光子的能量与其频率成正比，即E＝hγ.
4．光子说对光电效应的解释（见课本P31-34）
5．爱因斯坦光电方程：Ek=hγ一w ；其中γ为入射光子的频率，W为逸出功，Ek表示光电子所具有的最大初动能．
三、光的波粒二象性
光的干涉，衍射等现象充分表明光是波，而光电效应现象和康普顿效应又无可辩驳地证明了光是粒子。事实上，光具有波动和粒子二重特性。俗称光的波粒二象性。
光在传播时更多地表现为波动特性，在与物质微粒发生作用时更多地表现为粒子特征；波长越长的光波动性越显著，频率越高的光粒子性越显著；大量光子的整体行为表现为波动性，少量光子的个别行为表现为粒子性。
光是一种概率波，一切微观粒子都有波粒二象性
四、概率波、物质波：
法国物理学家德布罗意提出：任何一个运动物体，都有一种波和它对应，波长为λ，这种波叫做物质波。P=h/λ，其中p是运动物体的动量，h是普朗克恒量。
【导研】
[例1]（2007年江苏卷8、）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、微波是指波长在10-3m到10m之间的电磁波
Ｂ、微波和声波一样都只能在介质中传播
Ｃ、黑体的热辐射实际上是电磁辐射
Ｄ、普朗克在研究黑体的热辐射问题中提出了能量子假说
[例2]某金属在一束黄光照射下，恰好有电子逸出，在下述情况中，正确的是（ ）
A．增大光强度而不改变光的频率，光电子最大初动能不变
B．用一束强度更大的红光代替黄光，仍可发生光电效应
C．用强度相同的紫光代替黄光，单位时间内逸出的电子数减少
D．当入射光频率增为原来的两倍时，光电子的最大初动能也增为原来的两倍
[例3]如图所示是用光照射某种金属时逸出的光电子的最大初动能随入射光频率的变化图线，由图可知 （ ）
A．该金属的极限频率为4.27×1014 Ｈz
B．该金属的极限频率为5.5×1014 Ｈz
C．该图线的斜率表示普朗克常量
D．该金属的逸出功为0.5eV
[例4]（ 2010?天津?8）用同一光管研究a、b两种单色光产生的光电效应，得到光电流I与光电管两极间所加电压U的关系如图。则这两种光（ ）
A照射该光电管时a光使其逸出的光电子最大初动能大
B.从同种玻璃射入空气发生全反射时，a光的临界角大
C.通过同一装置发生双缝干涉，a光的相邻条纹间距大
D.通过同一玻璃三棱镜时，a光的偏折程度大
[例5] 现用电子显微镜观测线度为d的某生物大分子的结构。为满足测量要求，将显微镜工作时电子的德布罗意波长设定为d/n，其中 。已知普朗克常量h、电子质量m和电子电荷量e，电子的初速度不计，则显微镜工作时电子的加速电压应为（ ）
A． B． C． D．
【导练】
1、（2008年上海市高三物理质量抽查卷）．热辐射是指所有物体在一定的温度下都要向外辐射电磁波的现象。辐射强度指垂直于电磁波方向的单位面积在单位时间内所接收到的辐射能量。在研究同一物体于不同温度下向外辐射的电磁波的波长与其辐射强度的关系时，得到如图所示的图线：图中横轴λ表示电磁波的波长，纵轴Mλ表示物体在不同温度下辐射电磁的强度，则由Mλ λ图线可知，同一物体在不同温度下，将（ ）
A．向外辐射相同波长的电磁波的辐射强度相同。
B．向外辐射的电磁波的波长范围是相同的。
C．向外辐射的最大辐射强度随温度升高而减小。
D．向外辐射的最大辐射强度电磁波的波长向短波方向偏移。
2、关于黑体和黑体辐射，下列说法正确的是（ ）
A．普朗克根据能量子假说的观点得出黑体辐射的强度按波长分布的公式，且公式与实验非常吻合，揭示了微观世界量子化的观点。
B．实验表明，对于一般的物体，辐射电磁波的情况除与温度有关外，还与材料的种类及表面状况有关，而黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关。
C．虽然我们用肉眼看不见黑暗中的人，但此人也向外发出热辐射，我们可用红外摄像拍摄到此人
D．黑体辐射的实验规律中，维恩公式在短波区与实验非常接近。
3、下列四个实验示意图中，能揭示光的粒子性的是( )
4、下列说法正确的是（ ）
A．电子的衍射现象说明粒子的波动性，电子流通过狭缝是电子间相互作用产生的。
B．用质子流工作的显微镜比用相同速度的电子流工作的显微镜分辨率高
C．光电效应深入地揭示了光的粒子性的一面。光电效应表明光子具有能量。
D．物质波既是一种电磁波，又是一种概率波，在微观物理学中可以用“轨迹”来描述粒子的运动
5、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．单缝宽度越小，可以更准确地确定粒子的位置，但是粒子的动量的不确定量更大
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
6．（2010?江苏物理?12C）(1)研究光电效应电路如图所示，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 的关系图象中，正确的是（ ）
（2）钠金属中的电子吸收光子的能量，从金属表面逸出，这就是光电子。光电子从金属表面逸出的过程中，其动量的大小______(选填“增大、“减小”或“不变”)， 原因是_______。
（3）已知氢原子处在第一、第二激发态的能级分别为-3.4eV和-1.51eV， 金属钠的截止频率为 Hz, 普朗克常量h= J s.请通过计算判断，氢原子从第二激发态跃迁到第一激发态过程中发出的光照射金属钠板，能否发生光电效应。
2012届高三物理一轮复习导学案
十七、波粒二象性
【课题】波粒二象性
【目标】
1、理解光电效应现象，掌握光电效应规律
2、了解黑体、黑体辐射、光的波粒二象性和德布罗意波
【导入】
一、黑体与黑体辐射
1．热辐射：周围的一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与温度有关。
2．黑体：能完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射，这种物体称为绝对黑体。简称黑体。
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温度有关。随着温度的升高，一方面，各种波长的辐射强度都有增加；另一方面，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。
4.能量子：普朗克认为，振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量ε（称为能量子）的整数倍，即：ε, 1ε, 2, 3ε, ... nε. n为正整数，这个不可再分的最小能量值ε称为能量子。能量子的表达式：ε=hν（其中普朗克常量h=6.62610-34J?S）
二、光电效应：
1．内容：在光（包括不可见光）的照射下从物体表面发射出电子（光电子）的现象叫光电效应，光电子是物体表面的电子吸收光子能量产生的。
2．光电效应的规律：
（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这个极限频率，才能产生光电效应；低于这个频率的光不能产生光电效应。
（2）光电子最大初动能与入射光的强度无关；只随着入射光的频率的增大而增大。
（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）当入射光的频率大于极限频率时，光电流的强度与入射光的强度成正比。
3．光子说：爱因斯坦提出，在空间传播的光不是连续的，而是一份一份的，每一份称为一个光子，光子的能量与其频率成正比，即E＝hγ.
4．光子说对光电效应的解释（见课本P31-34）
5．爱因斯坦光电方程：Ek=hγ一w ；其中γ为入射光子的频率，W为逸出功，Ek表示光电子所具有的最大初动能．
三、光的波粒二象性
光的干涉，衍射等现象充分表明光是波，而光电效应现象和康普顿效应又无可辩驳地证明了光是粒子。事实上，光具有波动和粒子二重特性。俗称光的波粒二象性。
光在传播时更多地表现为波动特性，在与物质微粒发生作用时更多地表现为粒子特征；波长越长的光波动性越显著，频率越高的光粒子性越显著；大量光子的整体行为表现为波动性，少量光子的个别行为表现为粒子性。
光是一种概率波，一切微观粒子都有波粒二象性
四、概率波、物质波：
法国物理学家德布罗意提出：任何一个运动物体，都有一种波和它对应，波长为λ，这种波叫做物质波。P=h/λ，其中p是运动物体的动量，h是普朗克恒量。
【导研】
[例1]（2007年江苏卷8、）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、微波是指波长在10-3m到10m之间的电磁波
Ｂ、微波和声波一样都只能在介质中传播
Ｃ、黑体的热辐射实际上是电磁辐射
Ｄ、普朗克在研究黑体的热辐射问题中提出了能量子假说
[例2]某金属在一束黄光照射下，恰好有电子逸出，在下述情况中，正确的是（ ）
A．增大光强度而不改变光的频率，光电子最大初动能不变
B．用一束强度更大的红光代替黄光，仍可发生光电效应
C．用强度相同的紫光代替黄光，单位时间内逸出的电子数减少
D．当入射光频率增为原来的两倍时，光电子的最大初动能也增为原来的两倍
[例3]如图所示是用光照射某种金属时逸出的光电子的最大初动能随入射光频率的变化图线，由图可知 （ ）
A．该金属的极限频率为4.27×1014 Ｈz
B．该金属的极限频率为5.5×1014 Ｈz
C．该图线的斜率表示普朗克常量
D．该金属的逸出功为0.5eV
[例4]（ 2010?天津?8）用同一光管研究a、b两种单色光产生的光电效应，得到光电流I与光电管两极间所加电压U的关系如图。则这两种光（ ）
A照射该光电管时a光使其逸出的光电子最大初动能大
B.从同种玻璃射入空气发生全反射时，a光的临界角大
C.通过同一装置发生双缝干涉，a光的相邻条纹间距大
D.通过同一玻璃三棱镜时，a光的偏折程度大
[例5] 现用电子显微镜观测线度为d的某生物大分子的结构。为满足测量要求，将显微镜工作时电子的德布罗意波长设定为d/n，其中 。已知普朗克常量h、电子质量m和电子电荷量e，电子的初速度不计，则显微镜工作时电子的加速电压应为（ ）
A． B． C． D．
【导练】
1、（2008年上海市高三物理质量抽查卷）．热辐射是指所有物体在一定的温度下都要向外辐射电磁波的现象。辐射强度指垂直于电磁波方向的单位面积在单位时间内所接收到的辐射能量。在研究同一物体于不同温度下向外辐射的电磁波的波长与其辐射强度的关系时，得到如图所示的图线：图中横轴λ表示电磁波的波长，纵轴Mλ表示物体在不同温度下辐射电磁的强度，则由Mλ λ图线可知，同一物体在不同温度下，将（ ）
A．向外辐射相同波长的电磁波的辐射强度相同。
B．向外辐射的电磁波的波长范围是相同的。
C．向外辐射的最大辐射强度随温度升高而减小。
D．向外辐射的最大辐射强度电磁波的波长向短波方向偏移。
2、关于黑体和黑体辐射，下列说法正确的是（ ）
A．普朗克根据能量子假说的观点得出黑体辐射的强度按波长分布的公式，且公式与实验非常吻合，揭示了微观世界量子化的观点。
B．实验表明，对于一般的物体，辐射电磁波的情况除与温度有关外，还与材料的种类及表面状况有关，而黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关。
C．虽然我们用肉眼看不见黑暗中的人，但此人也向外发出热辐射，我们可用红外摄像拍摄到此人
D．黑体辐射的实验规律中，维恩公式在短波区与实验非常接近。
3、下列四个实验示意图中，能揭示光的粒子性的是( )
4、下列说法正确的是（ ）
A．电子的衍射现象说明粒子的波动性，电子流通过狭缝是电子间相互作用产生的。
B．用质子流工作的显微镜比用相同速度的电子流工作的显微镜分辨率高
C．光电效应深入地揭示了光的粒子性的一面。光电效应表明光子具有能量。
D．物质波既是一种电磁波，又是一种概率波，在微观物理学中可以用“轨迹”来描述粒子的运动
5、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．单缝宽度越小，可以更准确地确定粒子的位置，但是粒子的动量的不确定量更大
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
6．（2010?江苏物理?12C）(1)研究光电效应电路如图所示，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 的关系图象中，正确的是（ ）
（2）钠金属中的电子吸收光子的能量，从金属表面逸出，这就是光电子。光电子从金属表面逸出的过程中，其动量的大小______(选填“增大、“减小”或“不变”)， 原因是_______。
（3）已知氢原子处在第一、第二激发态的能级分别为-3.4eV和-1.51eV， 金属钠的截止频率为 Hz, 普朗克常量h= J s.请通过计算判断，氢原子从第二激发态跃迁到第一激发态过程中发出的光照射金属钠板，能否发生光电效应。
