波粒二象性知识总结与解题指导

■湖南省汨罗市一中 蒋 纬

波粒二象性知识总结与解题指导

■湖南省汨罗市一中 蒋 纬

一、波粒二象性的基本概念

知识总结：光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有波动性。光电效应说明光具有粒子性。光既具有波动性,又具有粒子性,因此光具有波粒二象性。实物粒子也具有波粒二象性,与实物粒子相联系的波(德布罗意波,也叫物质波)是一种概率波。

关于波粒二象性,下列说法中正确的是( )。

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。宏观物体的德布罗意波的波长太小,很难观察到波动性,并不是不具有波粒二象性。答案为A B C。

解题指导：分析波粒二象性应注意“三个”问题。第一,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,光的干涉现象是大量光子的运动遵守波动规律的表现,亮条纹是光子到达概率大的地方,暗条纹是光子到达概率小的地方,因此光波又叫概率波。第二,光的频率越低,波动性越显著,越容易看到光的干涉和衍射现象;光的频率越高,粒子性越显著,越不容易看到光的干涉和衍射现象,而光的贯穿本领越强。第三,任何一个运动着的物体,小到微观粒子大到宏观物体都有一种波与它对应,其波长为运动物体的动量,h为普朗克常量,因此与实物粒子相联系的波又叫物质波。

二、光电效应的实验规律

知识总结：在光的照射下金属中的电子从金属表面逸出的现象,叫光电效应,发射出来的电子叫光电子。不同的金属对应着不同的极限频率(也叫截止频率,用νc表示),电子从金属中逸出所需做功的最小值,叫该金属的逸出功,且W0=h νc。

关于光电效应,下列说法中正确的是( )。

A.极限频率越大的金属材料逸出功越大

B.只要光照射的时间足够长,任何金属都能产生光电效应

C.从金属表面逸出的光电子的最大初动能越大,这种金属的逸出功越小

D.入射光的光强一定时,频率越高,单位时间内逸出的光电子数越多

解析：由W0=h νc可知,极限频率越大,逸出功越大,选项A正确。低于极限频率的光,无论强度多大,照射时间多长,都不可能产生光电效应,选项B错误。光电子的最大初动能还与照射光的频率有关,选项C错误。单位时间内逸出的光电子个数与照射光的强度成正比,与照射光的频率无关,选项D错误。答案为A。

研究光电效应的电路如图1所示。用频率相同、强度不同的光分别照射密封真空管中的钠极板(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。如图2所示的光电流I与A、K两极间的电压UAK的关系图像中,正确的是( )。

图1

图2

解析：入射光的频率相同,则光电子的最大初动能相同,由可知,两种情况下遏止电压相同,故图像A、B错误。光电流的强度与入射光的强度成正比,所以强光的光电流比弱光的光电流大,故图像C正确, D错误。答案为C。

解题指导：光电效应的实验规律存在两条决定关系。第一,入射光频率光子能量光电子最大初动能;第二,入射光强度单位时间内接收的光子数单位时间内发射的光电子数。因此放不放出光电子,需要看入射光的最低频率;放出多少光电子,需要看光的强度;光电子最大初动能的大小,需要看入射光的频率。

三、光电效应方程及曲线

知识总结：光电效应方程Ek=h ν-W0,其物理意义为金属中的电子吸收一个光子获得的能量是h ν,这些能量的一部分用来克服金属的逸出功W0,剩下的表现为光电子的最大初动能光电效应的Ek-ν图像如图3所示。

图3

如图4所示是用光照射某种金属时光电子的最大初动能随入射光频率的变化图像(直线与横轴的交点坐标为4.2 7,与纵轴的交点坐标为0.5)。由图像可知( )。

图4

A.该金属的截止频率为4.2 7×1 014H z

B.该金属的截止频率为5.5×1 014H z

C.该图像的斜率表示普朗克常量

D.该金属的逸出功为0.5e V

解析：图像在横轴上的截距为截止频率,选项A正确,B错误。由光电效应方程Ek= h ν-W0可知,图像的斜率为普朗克常量,选项C正确。该金属的逸出功W0=h νc=选项D错误。答案为A C。

解题指导：由图像可以得到的物理量有极限频率(图像与ν轴的交点坐标νc)、逸出功(图像与Ek轴的交点坐标E=W0)、普朗克常量(图像的斜率k=h)。

1.下列对光的认识中正确的是( )。

A.个别光子的行为表现出粒子性,大量光子的行为表现出波动性

B.光的波动性是光子本身的一种属性,不是光子之间的相互作用引起的

(下转第3 4页)