沪教版高中物理选修3-5第5讲：波粒二象性 （教师版）——公主坟陈亚光.doc

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1、波粒二象性____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________1.理解波的波动性和粒子性。2.学会光电效应和双缝实验并能够解决相关问题。波粒二象性1.光既具有波动性，又具有粒子性，即光具有波粒二象性.2.光电效应（1）照射到金属表面的光

2、，能使金属中的电子从表面逸出，这种现象称为光电效应．（2）用如图所示的电路研究光电效应中光电流与照射光的关系①存在饱和电流.在光照条件不变的情况下，随着所加电压增大，光电流趋于一个饱和值.实验还表明，入射光越强，饱和电流越大，这说明入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多.②存在遏止电压和截止频率.施加反向电压，在光电管两极间形成使电子减速的电场，使光电流减小到零的反向电压称为遏止电压.设光电子的初速度上限为，则.当入射光的频率减小到某一数值时，不再产生光电子，则12称为截止频率或极限频率.实验表明，当入射

3、光的频率低于截止频率时不能发生光电效应；不同金属的截止频率不同.③效应具有瞬时性.光电效应几乎是瞬时的，即几乎在光照射到金属时就产生光电流.（3）爱因斯坦光电效应方程①光子说：光本身是由一个个不可分割的能量子组成的，频率为的光的能量子为，为普朗克常量，其值为，这些能量子称光子.②爱因斯坦光电效应方程在光电效应中，金属中的电子吸收一个光子获得的能量是，这些能量的一部分用来克服金属的逸出功，剩下的表现为逸出后电子的初动能，即，式中可见，光电效应的截止频率；光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随着入射光频率的

4、增大而增大．方法解析1．由于物质发光的特殊性，任何两个独立的光源发出的光相叠加均不能产生干涉现象．只有采用特殊的方法从同一光源分离出两列频率相同的光波相叠加，才可能发生干涉现象．双缝干涉、薄膜干涉等都是采用这种“分光”方法而获得相干光源的．2．在光的薄膜干涉中，前、后表面反射光的路程差由膜的厚度决定，所以薄膜干涉中同一明条纹或同一暗条纹应出现在膜的厚度相同的地方．由于光波波长极短，因此做薄膜干涉所用介质膜应足够薄，才能观察到干涉条纹．3．光的干涉条纹和衍射条纹都是光波叠加的结果，但存在明显的区别：双

5、缝干涉条纹是等间距、等亮度的，而单缝衍射条纹除中央明条纹最宽最亮外，两侧条纹亮度、宽度逐渐减小．4．麦克斯韦认为光是一种电磁波，其实验依据为：（1）光波与电磁波的传播都可以不需要介质．（2）光波与电磁波在真空中的传播速度相同，都为3.00×108m／s．（3）光波和电磁波都是横波．5．光电效应是金属中的自由电子吸收了光子的能量后，其动能大到足以克服金属离子的引力而逃逸出金属表面，成为光电子．对一定的金属来说，逸出功是一定的．照射光的频率越大，光子的能量越大，从金属中逸出的光电子的初动能就越大．如果

6、入射光子的频率较低，它的能量小于金属的逸出功，就不能产生光电效应，这就是存在极限频率的原因．6．光电效应规律中“光电流的强度”指的是光电流的饱和值（对应从阴极发射出的电子全部被拉向阳极的状态）．因为光电流未达到饱和值之前，其大小不仅与入射光的强度有关，还与光电管两极间的电压有关．只有在光电流达到饱和值以后才和入射光的强度成正比．7．对光的波粒二象性，可作如下理解：（1）既不可把光当成宏观观念中的波，也不可把光当成宏观观念中的粒子．（2）大量光子产生的效果往往显示出波动性，个别光子产生的效果往往显示出

7、粒子性；频率越低的光波动性越明显，频率越高的光粒子性越明显．12类型一：光电效应电场综合问题例1．如图为X射线管的结构示意图，E为灯丝电源．要使射线管发出X射线，须在K、A两电极间加上几万伏的直流高压（）A．高压电源正极应接在P点，X射线从K极发出B．高压电源正极应接在P点，X射线从A极发出C．高压电源正极应接在Q点，X射线从K极发出D．高压电源正极应接在Q点，X射线从A极发出解析:灯丝电源对灯丝加热，灯丝放出电子，电子速度很小，要使电子到达对阴极A，并高速撞击A，使原子内层电子受到激发才能发出X

8、射线，因此K、A之间应有电子加速的电场，故Q应接高压电源正极．答案:D类型二:光子能量计算例2．在X射线管中，由阴极发射的电子被加速后打到阳极，会产生包括x光在内的各种能量的光子，其中光子能量的最大值等于电子的动能．已知阳极与阴极之间的电势差U、普朗克常数h、电子电量e和光速c，则可知该X射线管发出的x光的（）A．最短波长为B．最长波长为hC．最小频率为D．最大频率为解析:由动能定理知加速电场对电子所做的功