波粒二象性知識(shí)總結(jié)與解題指導(dǎo)

■湖南省汨羅市一中 蔣 緯

波粒二象性知識(shí)總結(jié)與解題指導(dǎo)

■湖南省汨羅市一中 蔣 緯

一、波粒二象性的基本概念

知識(shí)總結(jié)：光的干涉、衍射、偏振現(xiàn)象證明光具有波動(dòng)性。光電效應(yīng)說(shuō)明光具有粒子性。光既具有波動(dòng)性,又具有粒子性,因此光具有波粒二象性。實(shí)物粒子也具有波粒二象性,與實(shí)物粒子相聯(lián)系的波(德布羅意波,也叫物質(zhì)波)是一種概率波。

關(guān)于波粒二象性,下列說(shuō)法中正確的是( )。

A.不僅光子具有波粒二象性,一切運(yùn)動(dòng)的微粒都具有波粒二象性

B.運(yùn)動(dòng)的微觀粒子與光子一樣,當(dāng)它們通過(guò)一個(gè)小孔時(shí),都沒(méi)有特定的運(yùn)動(dòng)軌道

C.波動(dòng)性和粒子性在宏觀現(xiàn)象中是矛盾的、對(duì)立的,但在微觀高速運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象中是統(tǒng)一的

D.實(shí)物的運(yùn)動(dòng)有特定的軌道,所以實(shí)物不具有波粒二象性

解析：光具有波粒二象性是微觀世界具有的特殊規(guī)律,大量光子運(yùn)動(dòng)的規(guī)律表現(xiàn)出光的波動(dòng)性,而單個(gè)光子的運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)出光的粒子性。光的波長(zhǎng)越長(zhǎng),波動(dòng)性越明顯,光的頻率越高,粒子性越明顯。宏觀物體的德布羅意波的波長(zhǎng)太小,很難觀察到波動(dòng)性,并不是不具有波粒二象性。答案為A B C。

解題指導(dǎo)：分析波粒二象性應(yīng)注意“三個(gè)”問(wèn)題。第一,個(gè)別光子的作用效果往往表現(xiàn)為粒子性,大量光子的作用效果往往表現(xiàn)為波動(dòng)性,光的干涉現(xiàn)象是大量光子的運(yùn)動(dòng)遵守波動(dòng)規(guī)律的表現(xiàn),亮條紋是光子到達(dá)概率大的地方,暗條紋是光子到達(dá)概率小的地方,因此光波又叫概率波。第二,光的頻率越低,波動(dòng)性越顯著,越容易看到光的干涉和衍射現(xiàn)象;光的頻率越高,粒子性越顯著,越不容易看到光的干涉和衍射現(xiàn)象,而光的貫穿本領(lǐng)越強(qiáng)。第三,任何一個(gè)運(yùn)動(dòng)著的物體,小到微觀粒子大到宏觀物體都有一種波與它對(duì)應(yīng),其波長(zhǎng)為運(yùn)動(dòng)物體的動(dòng)量,h為普朗克常量,因此與實(shí)物粒子相聯(lián)系的波又叫物質(zhì)波。

二、光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律

知識(shí)總結(jié)：在光的照射下金屬中的電子從金屬表面逸出的現(xiàn)象,叫光電效應(yīng),發(fā)射出來(lái)的電子叫光電子。不同的金屬對(duì)應(yīng)著不同的極限頻率(也叫截止頻率,用νc表示),電子從金屬中逸出所需做功的最小值,叫該金屬的逸出功,且W0=h νc。

關(guān)于光電效應(yīng),下列說(shuō)法中正確的是( )。

A.極限頻率越大的金屬材料逸出功越大

B.只要光照射的時(shí)間足夠長(zhǎng),任何金屬都能產(chǎn)生光電效應(yīng)

C.從金屬表面逸出的光電子的最大初動(dòng)能越大,這種金屬的逸出功越小

D.入射光的光強(qiáng)一定時(shí),頻率越高,單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子數(shù)越多

解析：由W0=h νc可知,極限頻率越大,逸出功越大,選項(xiàng)A正確。低于極限頻率的光,無(wú)論強(qiáng)度多大,照射時(shí)間多長(zhǎng),都不可能產(chǎn)生光電效應(yīng),選項(xiàng)B錯(cuò)誤。光電子的最大初動(dòng)能還與照射光的頻率有關(guān),選項(xiàng)C錯(cuò)誤。單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子個(gè)數(shù)與照射光的強(qiáng)度成正比,與照射光的頻率無(wú)關(guān),選項(xiàng)D錯(cuò)誤。答案為A。

研究光電效應(yīng)的電路如圖1所示。用頻率相同、強(qiáng)度不同的光分別照射密封真空管中的鈉極板(陰極K),鈉極板發(fā)射出的光電子被陽(yáng)極A吸收,在電路中形成光電流。如圖2所示的光電流I與A、K兩極間的電壓UAK的關(guān)系圖像中,正確的是( )。

圖1

圖2

解析：入射光的頻率相同,則光電子的最大初動(dòng)能相同,由可知,兩種情況下遏止電壓相同,故圖像A、B錯(cuò)誤。光電流的強(qiáng)度與入射光的強(qiáng)度成正比,所以強(qiáng)光的光電流比弱光的光電流大,故圖像C正確, D錯(cuò)誤。答案為C。

解題指導(dǎo)：光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律存在兩條決定關(guān)系。第一,入射光頻率光子能量光電子最大初動(dòng)能;第二,入射光強(qiáng)度單位時(shí)間內(nèi)接收的光子數(shù)單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)。因此放不放出光電子,需要看入射光的最低頻率;放出多少光電子,需要看光的強(qiáng)度;光電子最大初動(dòng)能的大小,需要看入射光的頻率。

三、光電效應(yīng)方程及曲線

知識(shí)總結(jié)：光電效應(yīng)方程Ek=h ν-W0,其物理意義為金屬中的電子吸收一個(gè)光子獲得的能量是h ν,這些能量的一部分用來(lái)克服金屬的逸出功W0,剩下的表現(xiàn)為光電子的最大初動(dòng)能光電效應(yīng)的Ek-ν圖像如圖3所示。

圖3

如圖4所示是用光照射某種金屬時(shí)光電子的最大初動(dòng)能隨入射光頻率的變化圖像(直線與橫軸的交點(diǎn)坐標(biāo)為4.2 7,與縱軸的交點(diǎn)坐標(biāo)為0.5)。由圖像可知( )。

圖4

A.該金屬的截止頻率為4.2 7×1 014H z

B.該金屬的截止頻率為5.5×1 014H z

C.該圖像的斜率表示普朗克常量

D.該金屬的逸出功為0.5e V

解析：圖像在橫軸上的截距為截止頻率,選項(xiàng)A正確,B錯(cuò)誤。由光電效應(yīng)方程Ek= h ν-W0可知,圖像的斜率為普朗克常量,選項(xiàng)C正確。該金屬的逸出功W0=h νc=選項(xiàng)D錯(cuò)誤。答案為A C。

解題指導(dǎo)：由圖像可以得到的物理量有極限頻率(圖像與ν軸的交點(diǎn)坐標(biāo)νc)、逸出功(圖像與Ek軸的交點(diǎn)坐標(biāo)E=W0)、普朗克常量(圖像的斜率k=h)。

1.下列對(duì)光的認(rèn)識(shí)中正確的是( )。

A.個(gè)別光子的行為表現(xiàn)出粒子性,大量光子的行為表現(xiàn)出波動(dòng)性

B.光的波動(dòng)性是光子本身的一種屬性,不是光子之間的相互作用引起的

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