高考物理 波粒二象性复习2.ppt

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 2 大小 其中 是电磁波的频率 h称为普朗克常量 h 6 626 10 34J s 一般h取6 63 10 34J s 1 能量子 能量子 h 1 光电效应 在光 包括不可见光 的照射下从物体上发射出的现象叫光电效应 发射出来的电子叫 这一现象是由赫兹首先发现的 2 光电效应的规律 每种金属都有一个 入射光的频率必须这个极限频率才能产生光电效应 光电子的最大初动能与入射光的无关 只随入射光频率的增大而 2 光电效应 电子 光电子 极限频率 大于 强度 增大 光电效应的发生几乎是瞬时的 一般不超过10 9s 当入射光的频率极限频率时 光电流的强度与入射光的强度成正比 3 光子说光是一份一份的不连续传播的 每一份叫做一个光子 光子的能量跟它的频率成正比 即 E h为普朗克常量 大于 h W为逸出功 使电子脱离金属所要做功的最小值 对不同金属 各不相同 光电子的最大初动能 h 入射光子的能量 三个量单位可均用eV 也可均用J 但必须统一 3 爱因斯坦光电效应方程 h 1 康普顿效应 用X射线照射物体时 散射出来的X射线的波长会变长的现象 2 爱因斯坦提出光子的动量为P 式中 为光波的波长 4 康普顿效应及其解释 3 康普顿的解释 散射后的X射线波长改变 是X射线光子和物质中的电子发生碰撞的结果 相对X射线光子的能量而言 物质中电子的动能是很小的 电子可以近似看作是静止的 碰撞前后光子与电子的总能量守恒 总动量也守恒 电子碰撞前为静止 碰撞后获得了一定的能量和动量 减小了光子原来的能量和动量 这样 散射光的波长也就变长了 光既具有波动性 又具有粒子性 即光具有波粒二象性 光子的能量 和动量p可以表示为它们是描述光的性质的基本关系式 能量 和动量p是描述物质的粒子性的重要物理量 波长 或频率 是描述物质的波动性的典型物理量 两式左侧的物理量 和p描述光的粒子性 右侧的物理量 和 描述光的波动性 它们通过普朗克常量h联系在一起 5 光的波粒二象性 1 德布罗意波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 而且粒子的能量 和动量p跟它所对应的波的频率 和波长 之间 也像光子跟光波一样 遵从如下关系 6 德布罗意波 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 物质波的实验验证判定一种假说是否正确的只能是实验 1927年 戴维孙和G P 汤姆孙分别利用晶体做了电子束衍射的实验 得到了衍射图样 从而证实了电子的波动性 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 但它们可以处于档板左侧的任何位置 也就是说 粒子在档板左侧的位置是完全不确定的 7 不确定关系 2 粒子动量的不确定性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 这些粒子具有了与其原来运动方向垂直的动量 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 3 位置和动量的不确定性的关系 x p 由 x p 可以知道 在微观领域 要准确地测定粒子的位置 动量的不确定性就更大 反之 要准确确定粒子的动量 那么位置的不确定性就更大 如将狭缝变成宽缝 粒子的动量能被精确测定 可认为此时不发生衍射 但粒子通过缝的位置的不确定性却增大了 反之取狭缝 x 0 粒子的位置测定精确了 但衍射范围会随 x的减小而增大 这时动量的测定就更加不准确了 关于光电效应 下列说法正确的是 A 光电子的最大初动能与入射光的频率成正比B 光电子的动能越大 光电子形成的电流强度就越大C 用不可见光照射金属一定比用可见光照射同种金属产生的光电子的初动能要大 1 光电效应及应用 D 对于任何一种金属都存在一个 最大波长 入射光的波长必须小于这个波长 才能产生光电效应 答案 D 光电管中有没有光电流 要满足以下条件 照射光的频率大于极限频率 光电管的阴极接电源的负极 光电管的阳极接电源的正极 照射光的频率大于极限频率 光电管的阴极接电源的正极 光电管的阳极接电源的负极时 有eU m 2 关于光电效应的规律 下列说法中正确的是 A 当某种色光照射金属表面时 能产生光电效应 则入射光的频率越高 产生的光电子的最大初动能越大B 当某种色光照射金属表面时 能产生光电效应 则入射光的强度越大 产生的光电子数越多C 同一频率的光照射不同金属 如果都能产生光电效应 则逸出功大的金属产生的光电子的最大初动能也越大 D 对某金属入射光波长必须小于某一极限波长 才能产生光电效应 答案 ABD 假设一个沿着一定方向运动的光子和一个静止的自由电子相互碰撞以后 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 速度变小C 光子能量变大D 波长变长 2 康普顿效应 解析 一个沿着一定方向运动的光子和一个静止的自由电子相互碰撞以后光子的能量减少 根据E h pc 可知碰撞以后光子的频率变小 动量变小 波长变长 答案 D 知道康普顿效应和了解其原理是解题的关键 本章节应注重对概念 原理的识记和理解 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 碰撞后的波长为 如图15 1 1所示 则以下说法中正确的是 A 碰撞过程中能量守恒 动量守恒 且 B 碰撞过程中能量不守恒 动量不守恒 且 C 碰撞过程中能量守恒 动量守恒 且 D 碰撞过程中能量守恒 动量守恒 且 解析 碰撞过程中总动量守恒 但碰后光子能量减小 波长变长 答案 C 关于物质的波粒二象性 下列说法中不正确的是 A 不仅光子具有波粒二象性 一切运动的微粒都具有波粒二象性B 运动的微观粒子与光子一样 当它们通过一个小孔时 都没有特定的运动轨道 3 光的波粒二象性 C 波动性和粒子性 在宏观现象中是矛盾的 对立的 但在微观高速运动的现象中是统一的D 实物的运动有特定的轨道 所以实物不具有波粒二象性 解析 光具有波粒二象性是微观世界具有的特殊规律 大量光子运动的规律表现出光的波动性 而单个光子的运动表现出光的粒子性 光的波长越长 波动性越明显 光的频率越高 粒子性越明显 而宏观物体的德布罗意的波长太小 实际很难观察到波动性 不是不具有波粒二象性 D项合题意 答案 D 粒子和波动是两个对立的事物 但是单用粒子或波动的模型都不能对光的现象作出满意的解释 统一 的方法论原则是将粒子和波统一起来 下列说法中正确的是 A 光的波粒二象性学说就是由牛顿的微粒说与惠更斯的波动说合并而成的B 光的波粒二象性学说并没有否定光的电磁说 在光子能量公式 h 中 频率 显示出波的特征 显示出粒子的特征 C 德布罗意的物质波理论纯粹是他基于自然科学中的对称思想而提出的 并没有得到实验的证实D 只有微观粒子才有波动性 宏观物体是没有波动性的 答案 B 试估算一中学生在跑百米时的德布罗意波的波长 4 物质波 德布罗意波 解析 估计一个中学生的质量m 50kg 百米跑时速度v 7m s 则由计算结果看出 宏观物体的物质波波长非常小 所以很难表现出其波动性 答案 1 9 10 36m 德布罗意假说是求运动的实物粒子波长的依据 有一光子 如果测定此光子波长的不确定量为126nm 求该光子位置的不确定量 A x 6 63 10 28nmB x 5 0nmC x 0D x 10 0nm 答案 D 如图15 1 2所示 使用强度相同的连续光谱中的红光到紫光按顺序照射光电管的阴极 电流表均有示数 在螺线管外悬套一金属线圈 理论上的线圈中能产生感应电流的是 A 用紫光照射时B 用红光照射时C 改变照射光颜色的过程中D 均没有感应电流 解析 使金属线圈中产生感应电流的条件是通电螺线管的磁场发生改变 即螺线管中的电流发生变化 由于光电管形成的电流随照射光的频率变化而变化 而光的颜色由频率决定 故选C 答案 C 。