■湖南省汨羅市一中 蔣 緯

波粒二象性知識總結(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

知識總結(jié)：光的干涉、衍射、偏振現(xiàn)象證明光具有波動性。光電效應(yīng)說明光具有粒子性。光既具有波動性,又具有粒子性,因此光具有波粒二象性。實物粒子也具有波粒二象性,與實物粒子相聯(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,下列說法中正確的是( )。

A.不僅光子具有波粒二象性,一切運動的微粒都具有波粒二象性

B.運動的微觀粒子與光子一樣,當(dāng)它們通過一個小孔時,都沒有特定的運動軌道

C.波動性和粒子性在宏觀現(xiàn)象中是矛盾的、對立的,但在微觀高速運動的現(xiàn)象中是統(tǒng)一的

D.實物的運動有特定的軌道,所以實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,大量光子運動的規(guī)律表現(xiàn)出光的波動性,而單個光子的運動表現(xiàn)出光的粒子性。光的波長越長,波動性越明顯,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太小,很難觀察到波動性,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”問題。第一,個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)為波動性,光的干涉現(xiàn)象是大量光子的運動遵守波動規(guī)律的表現(xiàn),亮條紋是光子到達概率大的地方,暗條紋是光子到達概率小的地方,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。第三,任何一個運動著的物體,小到微觀粒子大到宏觀物體都有一種波與它對應(yīng),其波長為運動物體的動量,h為普朗克常量,因此與實物粒子相聯(lián)系的波又叫物質(zhì)波。

二、光電效應(yīng)的實驗規(guī)律

知識總結(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)射出來的電子叫光電子。不同的金屬對應(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.只要光照射的時間足夠長,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能越大,這種金屬的逸出功越小

D.入射光的光強一定時,頻率越高,單位時間內(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A正確。低于極限頻率的光,無論強度多大,照射時間多長,都不可能產(chǎn)生光電效應(yīng),選項B錯誤。光電子的最大初動能還與照射光的頻率有關(guān),選項C錯誤。單位時間內(nèi)逸出的光電子個數(shù)與照射光的強度成正比,與照射光的頻率無關(guān),選項D錯誤。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能相同,由可知,兩種情況下遏止電壓相同,故圖像A、B錯誤。光電流的強度與入射光的強度成正比,所以強光的光電流比弱光的光電流大,故圖像C正確, D錯誤。答案為C。

解題指導(dǎo)：光電效應(yīng)的實驗規(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能;第二,入射光強度單位時間內(nèi)接收的光子數(shù)單位時間內(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,需要看光的強度;光電子最大初動能的大小,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光子獲得的能量是h ν,這些能量的一部分用來克服金屬的逸出功W0,剩下的表現(xiàn)為光電子的最大初動能光電效應(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光電子的最大初動能隨入射光頻率的變化圖像(直線與橫軸的交點坐標為4.2 7,與縱軸的交點坐標為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A正確,B錯誤。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C正確。該金屬的逸出功W0=h νc=選項D錯誤。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軸的交點坐標νc)、逸出功(圖像與Ek軸的交點坐標E=W0)、普朗克常量(圖像的斜率k=h)。

1.下列對光的認識中正確的是( )。

A.個別光子的行為表現(xiàn)出粒子性,大量光子的行為表現(xiàn)出波動性

B.光的波動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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