高中物理第十七章波粒二象性导学案新人教版选修3_5

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1、第十七章波粒二象性一、光子能量的计算1．一个光子的能量ε＝hν，其中h是普朗克常量，ν是光的频率．2．一束光的能量E＝nhν，n为光子数目．3．频率与波长的关系：ν＝.例1　激光器是一个特殊的光源，它发出的光便是激光，红宝石激光器发射的激光是不连续的一道一道的闪光，每道闪光称为一个光脉冲，现有一红宝石激光器，发射功率为1.0×1010W，所发射的每个光脉冲持续的时间Δt为1.0×10－11s，波长为793.4nm.问每列光脉冲的长度l是多少？其中含有的光子数n是多少？解析　以Δt、l和c分别表示光脉冲的持续时间、长度和光在

2、真空中的传播速度，由题意可知l＝cΔt①以P和E表示红宝石激光器发射的功率和一列光脉冲的能量，则有：E＝PΔt②以λ和ν表示红宝石激光器激光的波长和频率，则有ν＝，因此就得到每个光子的能量hν＝③由②③式就得到该列光脉冲含有的光子数n＝＝④将数据代入①④式，就得到该列光脉冲的长度、含有的光子数分别为l＝3×10－3m＝3mm、n＝4.0×1017个．答案　3mm　4.0×1017个二、光电效应的规律和光电效应方程1．光电效应的实验规律(1)任何一种金属都有一个极限频率，入射光的频率必须高于这个极限频率，才能发生光电效应．低

3、于极限频率时，无论光照强度多强，都不会发生光电效应．(2)光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光频率的增大而增大．(3)入射光照射到金属上时，光电子的发射几乎是瞬时的，一般不超过10－9s.(4)当入射光的频率高于极限频率时，单位时间内从金属表面逸出的光电子数目与入射光的强度成正比．2．爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0.W0表示金属的逸出功，νc表示金属的极限频率，则W0＝hνc.例2　用波长为2.0×10－7m的紫外线照射钨的表面，释放出来的光电子中最大的动能是4.7×10－19J．由此可知，钨的极限频率是

4、(普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，光速c＝3.0×108m/s)(　　)A．5.5×1014HzB．7.9×1014HzC．9.8×1014HzD．1.2×1015Hz解析　由爱因斯坦光电效应方程得h＝Ek＋W0，而金属的逸出功W0＝hνc，由以上两式得，钨的极限频率为：νc＝－≈7.9×1014Hz，B项正确．答案　B三、波粒二象性的理解1．光的波粒二象性(1)光的干涉、衍射、偏振说明光具有波动性，光电效应现象、康普顿效应则证明光具有粒子性，因此，光具有波粒二象性，对于光子这样的微观粒子只有从波粒二象性出发，才

5、能统一说明光的各种行为．(2)大量光子产生的效果显示出光的波动性，少数光子产生的效果显示出粒子性，且随着光的频率的增大，波动性越来越不显著，而粒子性却越来越显著．2．实物粒子(如：电子、质子等)都有一种波与之对应(物质波的波长λ＝，频率ν＝)．3．物质波与光波一样都属于概率波．概率波的实质：是指粒子在空间分布的概率是受波动规律支配的．例3　关于光的波粒二象性，下列说法中不正确的是(　　)A．波粒二象性指光有时表现为波动性，有时表现为粒子性B．光波频率越高，粒子性越明显C．能量越大的光子其波动性越显著D．个别光子易表现出粒子

6、性，大量光子易表现出波动性解析　光的波粒二象性指光有时候表现的粒子性较明显，有时候表现出的波动性较明显，或者说在某种场合下光的粒子性表现明显，在另外某种场合下光的波动性表现明显；个别光子易表现出粒子性，大量光子易表现出波动性，A、D正确．光的频率越高，能量越大，粒子性相对波动性越明显，B正确，C错误．答案　C1．(光子能量的计算)能引起人的眼睛视觉效应的最小能量为10－18J，已知可见光的平均波长约为0.6μm，普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，则进入人眼的能量子数至少为(　　)A．1个B．3个C．30个D．300

7、个答案　B解析　可见光的平均频率ν＝，能量子的平均能量为ε＝hν，引起视觉效应时E＝nε，联立可得n≈3，B正确．2．(光电效应规律及应用)100多年前的1905年是爱因斯坦的“奇迹”之年，这一年他先后发表了三篇具有划时代意义的论文，成功地解释了光电效应现象．关于光电效应，下列说法正确的是(　　)A．当入射光的频率低于极限频率时，不能发生光电效应B．光电子的最大初动能与入射光的频率成正比C．光电子的最大初动能与入射光的强度成正比D．某单色光照射一金属时不发生光电效应，改用波长较短的光照射该金属可能发生光电效应答案　AD解析

8、　根据光电效应现象的实验规律，只有入射光频率大于极限频率时才能发生光电效应，故A、D正确．根据光电效应方程，最大初动能与入射光频率为线性关系，但非正比关系，B错．根据光电效应现象的实验规律，光电子的最大初动能与入射光强度无关，C错．3．(光电效应的规律及应用)已知金属锌发生光电效应时产生的光电子的最大初