第二章 波粒二象性 考 纲 展 示 高 考 瞭 望 知识点 要求 光电效应 Ⅰ 第二章 波粒二象性 考　纲　展　示 高　考　瞭　望 知识点 要求 光电效应 Ⅰ 1.本章是高考新增内容，考纲要求均为Ⅰ级，学习时注意基本概念的理解和基本规律的简单应用 2.本章的重点是光电效应现象、实验规律和光电效应方程；光的波粒二象性和德布罗意波是理解的难点 爱因斯坦的光电效应方程

一、光电效应 1．光电效应：照射到金属表面的光，能使金属中的电子从表面逸出的现象 2.

3．对光电效应规律的解释 存在极限频率 电子从金属表面逸出，首先须克服金属原子核的引力做功W0，要使入射光子能量不小于W0，对应的频率ν＝ ，即极限频率 光电子的最大初动能随着入射光频率的增大而增大，与入射光强度无关. 电子吸收光子能量后，一部分克服阻碍作用做功，剩余部分转化为光电子的初动能，只有直接从金属表面飞出的光电子才具有最大初动能，对于确定的金属，W0是一定的，故光电子的最大初动能只随入射光的频率增大而增大 效应具有瞬时性 光照射金属时，电子吸收一个光子的能量后，动能立即增大，不需要能量积累的过程

(1)照射光的频率决定着是否发生光电效应及光电子的初动能； (2)光电子是金属表面受光照射出来的电子，与光子不同．

二、光子说 1．量子论：1900年德国物理学家普朗克提出：电磁波的发射和吸收是不连 续的，而是一份一份的，每一份电磁波的能量E＝hν. 2．光子说：1905年爱因斯坦提出：空间传播的光也是不连续的，而是一份 一份的，每一份称为一个光子，光子具有的能量与光的频率成正比，即E ＝hν，其中h为普朗克常量，h＝6.63×10－34 J·s.

光电效应中入射光强度、频率的影响情况 （1） 入射光频率→决定光子能量→决定光电子最大初动能. （2）入射光强度→决定单位时间内接收的光子数→决定单位时间内发射的光电子数

(1)光电效应中的光包括不可见光．如：紫外线等． (2)光电效应的实质:光现象→电现象. Ekm－ν曲线 (3)直线(如图2－1) (4)由图象可以得到的物理量 ①极限频率：图线与ν轴交点的横坐标ν0. ②逸出功：图线与Ekm轴交点的纵坐标的值W0＝E. ③普朗克常量：图线的斜率k＝h.

1．已知能使某金属产生光电效应的极限频率为ν0 ，则(　　) A．当用频率为2ν0的单色光照射该金属时，一定能产生光电子 B．当用频率为2ν0的单色光照射该金属时，所产生的光电子的最大初动能为hν0 C．当照射光的频率ν大于ν0时，若ν增大，则逸出功增大 D．当照射光的频率ν大于ν0时，若ν增大一倍，则光电子的最大初动能也增大一倍 解析：由光电效应方程hν＝hν0＋Ekm知，当入射光频率为2ν0时，一定能产生光电子，其最大初动能Ekm＝hν－hν0＝2hν0－hν0＝hν0，故A、B正确，D错误；逸出功与金属材料有关，与入射光频率无关，故C错． 答案：AB

一、光的波粒二象性 1．干涉、衍射和偏振以无可辩驳的事实表明光是一种波；光电效应和康普 顿效应又用无可辩驳的事实表明光是一种粒子，因此现代物理学认为： 光具有波粒二象性． 2．正确理解波粒二象性：波粒二象性中所说的波是一种概率波，对大量光子才有意义．波粒二象性中所说的粒子，是指其不连续性，是一份能量． 个别光子的作用效果往往表现为粒子性；大量光子的作用效果往往表现为波动性．

2．有关光的本性的说法正确的是(　　) A．关于光的本性，牛顿提出了“微粒说”，惠更斯提出了“波动说”，爱因斯坦提出了“光子说”，它们都圆满地说明了光的本性 B．光具有波粒二象性是指：既可以把光看成宏观概念上的波，也可以看成宏观概念上的粒子 C．光的干涉、衍射现象说明光具有波动性，光电效应说明光具有粒子性 D．在光的双缝干涉实验中，如果光通过双缝时显出波动性，如果光只通过一个缝时显出粒子性

解析：牛顿主张的微粒说中的微粒与实物粒子一样，惠更斯主张的波动说中的波动与宏观机械波等同，这两种观点是相互对立的，都不能说明光的本性，所以A、B错，C正确．在双缝干涉实验中，双缝干涉出现明暗均匀的条纹，单缝出现中央亮而宽，周围暗而窄的条纹，都说明光的波动性．当让光子一个一个地通过单缝时，曝光时间短时表现出粒子性，曝光时间长时显出波动性，因此D错误． 答案：C

【例1】 紫光的波长为4 000 Å，金属钠的逸出功为3.5×10－19 J，求： (1)每个紫光光子的能量为多大？ (2)若用该紫光照射金属钠时，产生的光电子的最大初动能是多大？ 解析：(1)因E＝hν，而 ＝5.0×10－19 J. (2)由爱因斯坦的光电效应方程得：hν＝W＋Ekmax， 所以Ekmax＝hν－W＝5.0×10－19 J－3.5×10－19 J＝1.5×10－19 J. 答案：(1)5.0×10－19 J　(2)1.5×10－19 J.

1－1 某光电管的阴极是用金属钾制成的，它的逸出功为2. 21 eV，用波长为2. 5×10－7 m的紫外线照射阴极，已知真空中光速为3 1－1　某光电管的阴极是用金属钾制成的，它的逸出功为2.21 eV，用波长为2.5×10－7 m的紫外线照射阴极，已知真空中光速为3.0×108 m/s，元电荷为1.6×10－19 C，普朗克常量为6.63×10－34 J·s，求钾的极限频率和该光电管发射的光电子的最大初动能． 解析：W＝hν0，ν0＝ ≈5.3×1014 Hz， 由光电效应方程，hν＝W＋Ekm，Ekm＝hν－W＝h －W＝ 6.63×10－34× －W＝4.4×10－19 J. 答案：5.3×1014 Hz　4.4×10－19 J

【例2】 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 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波的波长太小，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

2－1　在单缝衍射实验中，中央亮纹的光强占整个从单缝射入的光强的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

解析：大量光子的行为显示出波动性，当大量光子通过单缝时光子落在亮纹处的概率较大，尤其是中央亮纹处，依题将有95%以上的光子落在中央亮纹处，落在其他亮处相对少一些，落在暗纹处光子最少，注意的是暗纹处不是没有光子落在上面，只是很少而已．只让一个光子通过单缝，这个光子落在哪一位置是不可确定的，可以落在亮纹处，也可以落在暗纹处，只是落在中央亮纹的机会更大(有95%以上)． 答案：CD 点击此处进入 作业手册