波粒二象性专题讲练1
《波粒二象性》专题讲练
专题一：能量量子化
1、热辐射现象：固体或液体，在任何温度下都在发射各种波长的电磁波，这种由于物体中的分子、原子受到激发而发射电磁波的现象称为热辐射。所辐射电磁波的特征与温度有关。
2、黑体：除了热辐射之外，物体表面还会吸收和反射外界射来的电磁波。不同的物体吸收和反射电磁波的能力是不一样的。能全部吸收各种波长的电磁波而不发生反射的物体，称为绝对黑体，简称黑体。
3、黑体辐射的实验规律
（1）一般材料的物体，辐射电磁波的情况除了和温度有关外，还与
材料种类及表面状况有关。黑体辐射的电磁波的强度随波长的分布情况只和温度有关。 （2）黑体辐射的实验规律
黑体热辐射的强度与波长的关系：随着温度的升高，一方面，各种波长的辐射强度都有增加，另一方面，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。
（3）在新的理论诞生之前，人们很自然地要依据热力学和电磁学规律来解释。德国物理学家维恩和英国物理学家瑞利分别提出了辐射强度按波长分布的理论公式。结果导致理论与实验规律不符，甚至得出了非常荒谬的结论，当时被称为“紫外灾难”。 4、能量量子化
（1）1900年，德国物理学家普朗克提出能量量子化假说：辐射黑体分子、原子的振动可看作谐振子，这些谐振子可以发射和吸收辐射能。但是这些谐振子只能处于某些分立的状态，在这些状态中，谐振子的能量并不象经典物理学所允许的可具有任意值。相应的能量是某一最小能量ε（称为能量子）的整数倍，即：ε， 1ε，2ε，3ε，... n ε，n 为正整数，称为量子数。对于频率为ν的谐振子最小能量为
这个最小能量值，就叫做能量子。
（2）Planck 抛弃了经典物理中的能量可连续变化、物体辐射或吸收的能量可以为任意值的旧观点，提出了能量子、物体辐射或吸收能量只能一份一份地按不连续的方式进行的新观点。这不仅成功地解决了热辐射中的难题，而且开创物理学研究新局面，
标志着人类对自然
黑体模型
0 1 2 3 4 5
6
(μm)
1700K
1500K λ 1300K
1100K
)
,(0T e λ实验结果
ν
εh =s
J 10
55.634
??=-h
规律的认识已经从从宏观领域进入微观领域，为量子力学的诞生奠定了基础。 (3)黑体只能一份一份地按不连续方式辐射或吸收能量
【巩固练习题】
1、对黑体辐射电磁波的波长分布有影响的是 ( )
A ．温度
B ．材料
C ．表面状况
D ．质量
2、已知某单色光的波长为λ，在真空中的传播速度为c ，普朗克常量为h ，则该电磁波辐射的能量子的值为( ) A ．
λhc
B ．
c
h λ C ．
λ
h
D ．hc λ
3、某激光器能发射波长为λ的激光，发射功率为P ，真空中光速为c ，普朗克常量为h ，则该激光器每秒发射的光量子数为 ( )
A ．hc P λ
B ．c hP λ
C ．h P c λ
D ．c
P h λ
4、一束红光从空气射入折射率为1.5的玻璃，则这束红光的能量将 ( )
A ．增大
B ．减小
C ．不变
D ．无法确定 5、单色光从真空射入某介质时， ( )
A ．波长变长，速度变小，光量子能量变小
B ．波长变长，速度变大，光量子能量不变
C ．波长变短，速度变小，光量子能量不变
D ．波长变短，速度变小，光量子能量变大 专题二：光的粒子性
1、光电效应：在光(包括不可见光)的照射下，从物体发射电子的现象叫做光电效应。发射出来的电子叫做光电子。
2、光电效应的实验规律
（1）对于每种金属材料，都相应的有一确定的截止频率νc 。
当入射光频率ν>νc 时，电子才能逸出金属表面；当入射光频率ν <νc 时，无论光强多大也无电子逸出金属表面。
（2）在单位时间里从金属极板中发射出的光电子数跟入射光的强度成正比； （3）发射出的光电子的最大初动能与入射光强度无关，只随入射光频率的增大而增大；
（4）只要入射光的频率高于金属极板的极限频率，无论其强度如何，光电子的产生都几乎是瞬时的，不超过10—9s.
3、饱和电流和遏止电压
（1）饱和电流：如右图的光电管电路：在光照强度一定的条件下，电路中的光电流会随着电压的增大而增大，但当电流增大到一定值以后，
电压再增
能量
量子
经典 λ(μm
)
1 2 3 5 6 8 947普朗克
实验值
)
,(0T e λ
大，电流也不会再增大了。此电流叫做饱和电流。
实验表明：在入射光的频率一定的条件下，光照强度越大，饱和电流越大。可见，入射光强度越大，单位时间内发射的光电子越多。
（2）遏止电压
如上电路图，将换向开关反接，电场反向，则光电子离开阴极后将受反向电场阻碍作用。
当 K 、A 间加反向电压，光电子克服电场力作功，当电压达到某一值 U c 时，光电流恰为0。 U c 称遏止电压。根据动能定理，有：
实验表明：在光的频率一定时，无论光强弱如何，遏止电压都是一样的。光的频率改变，遏
止电压也随着改变。可见，光电子的能量只和光的频率有关，与光强无关。 4、光子说与爱因斯坦光电效应方程
（1）光子说
⑴光子：在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光量子，简称光子。
⑵光子的能量：ν=h E
h 为普朗克常量。h=6.63×10-34J ·s 每个光子的能量只决定于光的频率。 ⑶光强
同样频率的光，光的强弱的不同则反映了单位时间内射到单位面积的光子数的多少． （2） 光子说对光电效应的解释 光子照射到金属上时，光子一次只能将其全部能量传递给一个电子，一个电子一次只能获取一个光子的能量，它们之间存在着一对一的关系．电子吸收光子后，能量增加，如果能量足够大，就能摆脱金属中正电荷对其的束缚，从金属表面逸出，成为光电子．
如果光子的能量较小(频率较低)，电子吸收光子后的能量不足以克服金属中正电荷对其的束缚，则立即会将其转化为系统的内能，而不能从金属中逸出，这就是入射光的频率较低时，尽管照射时间足够长，也不能发生光电效应的原因．
每一种金属，正电荷对电子的束缚能力都不同，因此，电子逸出所需做的最小功也不一样．光子频率小于该频率，无论如何都不会发生光电效应，这就是每一种金属都存在极限频率的原因．
金属中的电子对于光子的吸收是十分迅速的，电子一次性获得的能量足够时，逸出也是十分迅速的，这就是光电效应具有瞬时效应的原因． （3）爱因斯坦光电效应方程
爱因斯坦光电效应方程在光电效应中金属中的电子吸收了光子的能量，一部分消耗在电子逸出功W 0，另一部分变为光电子逸出后的动能 E k 。由能量守恒可得出：
W 0为电子逸出金属表面所需做的功，称为逸出功W k
为光电子的最大初动能。
2
2
1
c e v m c eU =0
W E h k +=ν
爱因斯坦对光电效应的解释：
①光强大，光子数多，释放的光电子也多，所以光电流也大。
②电子只要吸收一个光子就可以从金属表面逸出，所以不需时间的累积。 ③从方程可以看出光电子初动能和照射光的频率成线性关系 ④从光电效应方程中，当初动能为零时，可得截止频率：h
W c 0=
ν
爱因斯坦光子假说圆满解释了光电效应，但当时并未被物理学家们广泛承认，因为它完全违背了光的波动理论。
5、光电效应理论的验证
美国物理学家密立根，花了十年时间做了“光电效应”实验，结果在1915年证实了爱因斯坦光电效应方程，h 的值与理论值完全一致，又一次证明了“光量子”理论的正确。
由于爱因斯坦提出的光子假说成功地说明了光电效应的实验规律，荣获1921年诺贝尔物理学奖。密立根由于研究基本电荷和光电效应，特别是通过著名的油滴实验，证明电荷有最小单位。获得1923年诺贝尔物理学奖。 总结：光电效应表明了光具有粒子性。 6、康普顿效应
（1）光的散射
光在介质中与物质微粒相互作用，因而传播方向发生改变，这种现象叫做光的散射。 （2）康普顿效应1923年康普顿在做 X 射线通过物质散射的实验时，发现散射线中除有与入射线波长相同的射线外，还有比入射线波长更长的射线，其波长的改变量与散射角有关，而与入射线波长 和散射物质都无关。
（3）康普顿散射的实验装置与规律：
按经典电磁理论：如果入射X 光是某种波长的电磁波，散射光的波长是不会改变的！
散射中出现0λλ≠的现象，称为康普顿散射。
康普顿散射曲线的特点：① 除原波长0λ外出现了移向长波方向的新的散射波长λ
② 新波长λ随散射角的增大而增大。 波长的偏移为0λλλ-=?
波长的偏移只与散射角?有关，而与散射物质种类及入射的X 射线的波长0λ无关，
)cos 1(0?λλλλ-=-=?c c λ = 0.0241?=2.41×10-3nm （实验值）称为电子的
Compton 波长只有当入射波长0λ与c λ可比拟时，康普顿效应才显著，因此要用X 射线才能观察到康普顿散射，用可见光观察不到康普顿散射。
（4）经典电磁理论在解释康普顿效应时遇到的困难①根据经典电磁波理论，当电磁波通过物质时，物质中带电粒子将作受迫振动，其频率等于入射光频率，所以它所发射的散射光频率应等于入射光频率。②无法解释波长改变和散射角的关系。
（5）光子理论对康普顿效应的解释
①若光子和外层电子相碰撞，光子有一部分能量传给电子，散射光子的能量减少，于是散射光的波长大于入射光的波长。 ②若光子和束缚很紧的内层电子相碰撞，光子将与整个原子交换能量，由于光子质量远小于原子质量，根据碰撞理论， 碰撞前后光子能量几乎不变，波长不变。③因为碰撞中交换的能量和碰撞的角度有关，所以波长改变和散射角有关。
（6）康普顿散射实验的意义①有力地支持了爱因斯坦“光量子”假设； ②首次在实验上证实了“光子具有动量”的假设；
③证实了在微观世界的单个碰撞事件中，动量和能量守恒定律仍然是成立的。 7、光子的动量和能量
动量能量是描述粒子的，频率和波长则是用来描述波的
【巩固练习题】
1、光电效应实验装置如图1所示，则下列说法中正确的是（ ）
A .用紫外线照射锌板，验电器指针会发生偏转
B .用红色光照射锌板，验电器指针会发生偏转
C .锌板带的是负电
D .使验电器指针发生偏转的是正电荷
2、关于光电效应，有如下几种陈述，其中正确的是（ ） A ．金属电子的逸出功与入射光的频率成正比 B ．光电流的强度与入射光的强度无关
2
c
h m ν=
∴2
mc
E = ν
h E =λ
ννh
c
h c c
h mc P =
=
?=
=
∴2
C ．用不可见光照射金属一定比用可见光照射同种金属产生的光电子的初动能要大
D ．对于任何一种金属都存在一个“最大波长”，入射光的波长必须小于这个波长，才能产生光电效应
3、如图所示，电路中所有元件完好，光照射到阴极上时，灵敏电流计中没有电流通过，其原因可能是（ ） A. 入射光太弱； B. 入射光波长太长；
C. 光照时间短；
D. 电源正负极接反。
4、用某一频率的绿光照射某金属时恰好能产生光电效应，则改用强度相同的蓝光和紫光分别照射该金属，下列说法正确的是 ( ) A ．用蓝光照射时，光电子的最大初动能比用紫光照射时小 B ．用蓝光和紫光照射时，在相同时间内逸出的电子数相同 C ．用蓝光照射时，在同样时间内逸出的电子数目较多 D ．用紫光照射时，在同样时间内逸出的电子数目较多
5、（全国高考题）下表给出了一些金属材料的逸出功。
现用波长为400nm 的单色光照射上述材料，能产生光电效应的材料最多有几种？（ ） (普朗克常量h = 6.6×10-34J·s ，光速c = 3.00×108m/s)
A ．2种
B ．3种
C ．4种
D ．5种
6、（全国高考题）如图所示，已知用光子能量为2.82eV 的紫光照射光电管中的金属涂层时，毫安表的指针发生了偏转。若将电路中的滑动变阻器的滑头P 向右移动到某一位置时，毫安表的读数恰好减小到零，电压表读数为1V ，则该金属涂层的逸出功约为（ ） A. 2. 9×10-19J B. 4.5×10-19J C. 2. 9×10-26
J D. 4. 5×10-26
J
7、（09·宁夏·36）关于光电效应，下列说法正确的是_______（填入选项前的字母，有填错的不得分） （ ） 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 ．从金属表面出来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就越多
8、（06.全国Ⅰ.15）红光和紫光相比 （ ） A.红光光子的能量较大；在同一种介质中传播时红光的速度较大 B.红光光子的能量较小；在同一种介质中传播时红光的速度较大 C.红光光子的能量较大；在同一种介质中传播时红光的速度较小 D.红光光子的能量较小；在同一种介质中传播时红光的速度较小
材料
铯 钙 镁 铍 钛 逸
出
功
(10-19J)
3.0
4.3
5.9
6.2
6.6
9、如图所示是用光照射某种金属时逸出的光电子的最
大初动能随入射光频率的变化图线，由图可知 （ ）
A.该金属的极限频率为4.27×1014 Ｈz
B.该金属的极限频率为5.5×1014
Ｈz
C.该图线的斜率表示普朗克常量
D.该金属的逸出功为0.5Ev 10、光子有能量，也有动量p =
λ
h
，它也遵守有关动量的规律.如图所示，真空中有一“∞”
字形装置可绕通过横杆中点的竖直轴O O 在水平面内灵活地转动，其中左边是圆形黑纸片，右边是和左边大小、质量均相同的圆形白纸片.当用平行白光垂直照射这两个圆面时，关于
此装置开始时转动情况（俯视）的下列说法中正确的是 （ ） A.顺时针方向转动
B.逆时针方向转动
C.都有可能
D.不会转动
11、如图所示为一光电管的工作原理图，当用波长为λ的光照射阴极
K 时，电路中有光电流，则 （ ）
A.换用波长为1λ(1λ＞λ)的光照射阴极K 时，电路中一定没有光电流
B.换用波长为2λ (2λ＜λ)的光照射阴极K 时，电路中一定有光电流
C.增加电路中电源的路端电压，电路中的光电流一定增大
D.将电路中电源的极性反接，电路中可能还有光电流
12、在某种介质中，某单色光的波长为λ，已知该色光光子能量为E ，光在真空中的速度为c ，则该介质对这种色光的折射率为 .
13、康普顿效应证实了光子不仅具有能量，也有动量，下图给出了光子与静止电子碰撞后，电子的运动方向，则碰后光子可能沿方向
运动，并且波长
（填“不变”“变
小”或“变长”）.
14、为引起人眼的视觉，进入人眼的绿光的能量至少为每秒E =10-16 J.假设在漆黑的夜晚，在距人s =100 m 远处点亮一只绿光小灯泡，为使人看到它的光线，小灯泡的功率至少为多大？（人用一只眼看，瞳孔直径为4 mm ）
15、光如图2所示，一光电管P 的阴极K 用极限波长50000=λ0
A 的钠制成，用波长3000=λ0
A 的紫外线照射阴极K ，光电管阴极K 和阳极A 之间的电势差V U 1.2=，饱和
光电流的值（当阴极K 发射的电子全部到达阳极A 时，电路中的电流达到最大值，称为饱和电流值）A I μ56.0=。
⑴求每秒钟内阴极K 发射的光电子数目； ⑵求电子达到阳极A 时的最大动能；
⑶如果电势差U 不变，而照射光的强度增大到原值的3倍，此时电子达到阳极A 时的最大动能。
专题三：物质波
1、光的波粒二象性的联系 （1）、E=h ν 光子说不否定波动性
光具有能量动量，表明光具有粒子性。光又具有波长、频率，表明光具有波动性。且由E=h ν，光子说中E=h ν，ν是表示波的物理量，可见光子说不否定波动说。 （2）、光子的动量和光子能量的比较：p=
λ
h
与ε=h ν Ｐ与ε是描述粒子性的，λ、ν是描述波动性的，h 则是连接粒子和波动的桥梁 波粒二象性对光子来讲是统一的。 2、德布罗意波（物质波）
（1）德布罗意波
De . Broglie 1924年发表了题为“波和粒子”的论文，提出了物质波的概念。 他提出：一切实物粒子都有具有波粒二象性。即每一个运动的粒子都与一个对应的波相联系。
能量为E 、动量为p 的粒子与频率为v 、波长为λ的波相联系，并遵从以下关系：E=mc 2=hv p=mv=λ
h
其中p ：运动物体的动量 h ：普朗克常量
这种和实物粒子相联系的波称为德布罗意波(物质波或概率波),其波长λ称为德布罗意波长。
（2）一切实物粒子都有波动性。
后来，大量实验都证实了：质子、中子和原子、分子等实物微观粒子都具有波动性，并都满足德布罗意关系。
一颗子弹、一个足球有没有波动性呢？
【例1】试估算一个中学生在跑百米时的德布罗意波的波长。
解：估计一个中学生的质量m ≈50kg ，百米跑时速度v ≈7m/s ，则
λ=
p
h =1.9×10－36m
计算结果表明，子弹的波长小到实验难以测量的程度，宏观物体的物质波波长非常小，所以很难表现出其波动性。
所以，宏观物体只表现出粒子性。
可见，只有微观粒子的波动性较显著；而宏观粒子(如子弹)的波动性根本测不出来。 德布罗意公式成为揭示微观粒子波－粒二象性的统一性的基本公式，1929年，De Broglie 因发现电子波而荣获Nobel 物理学奖。 3、物质波的实验验证
G .P .汤姆孙电子衍射实验
1927年汤姆孙观察了电子束透过多晶薄片的衍射现象.
1961年,C.约恩孙让电子束通过单缝、多缝的衍射图样.
【巩固练习题】
1、（05·天津·20）现用电子显微镜观测线度为d 的某生物大分子的结构。为满足测量要求，将显微镜工作时电子的德布罗意波长设定为d /n ，其中n >1。已知普朗克常量h 、电子质量m 和电子电荷量e ，电子的初速度不计，则显微镜工作时电子的加速电压应为 （ ）
A.
2
22
med
h n B.3
1
322
2???
? ?
?
e n h
md C.2
222men h d D.
2
222med
h n
如如速度v =5.0?102m /s 飞行的子弹，质量为m =10-2K g ，对应的德布罗意波长为：
nm
m v
h 25
103.1-?==
λ电子m =9.1?10-31K g ，速度v =5.0?107m /s, 对应的德布罗意波长为：
nm
m v
h 2
10
4.1-?==
λ太小测不到！X 射线波段
K
D
M
P
2、为了观察到纳米级的微小结构，需要用到分辨率比光学显微镜更高的电子显微镜。下列说法中正确的是（ ）
A.电子显微镜所利用电子物质波的波长可以比可见光短，因此不容易发生明显衍射
B.电子显微镜所利用电子物质波的波长可以比可见光长，因此不容易发生明显衍射
C.电子显微镜所利用电子物质波的波长可以比可见光短，因此更容易发生明显衍射
D.电子显微镜所利用电子物质波的波长可以比可见光长，因此更容易发生明显衍射
专题四：对波粒二象性的正确认识
（1）光的波粒二象性：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）个别粒子显示出粒子性，大量光子显示出波动性，频率越低波动性越显著，频率越高粒子性越显著
（3）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。
①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。
②ν高的光子容易表现出粒子性；ν低的光子容易表现出波动性。
③光在传播过程中往往表现出波动性；在与物质发生作用时往往表现为粒子性。 ④由光子的能量E=h ν，光子的动量λ
h
p
=表示式也可以看出，光的波动性和粒子性并
不矛盾：表示粒子性的粒子能量和动量的计算式中都含有表示波的特征的物理量——频率ν和波长λ。
（4）由光的波粒二象性的思想推广到微观粒子和任何运动着的物体上去，得出物质波（德布罗意波）的概念：任何一个运动着的物体都有一种波与它对应，该波的波长λ=p
h 。
【巩固练习题】
1、下列说法正确的是（ ）
A ．光的频率越高，衍射现象越容易看到
B ．光的频率越高粒子性越显著
C ．大量光子产生的效果往往显示波动性
D ．让光子一个一个通过狭缝，每个光子都会在相同轨道上作匀速直线运动 2、下列说法正确的是( )
A ．光的粒子性说明每个光子就象一个极小的球体
B ．光是波，与机械波相似
C ．在光的干涉条纹中，明条纹是光子到达概率大的地方
D ．波动性和粒子性在宏观领域是对立的，在微观领域是可以统一的
3、在验证光的波粒二象性的实验中，下列说法正确的是 （ ） A.使光子一个一个地通过单缝，如果时间足够长，底片上会出现衍射图样 B.单个光子通过单缝后，底片上会出现完整的衍射图样 C.光子通过单缝的运动路线像水波一样起伏
D.单个光子通过单缝后打在底片的情况呈现出随机性，大量光子通过单缝后打在底片上的情况呈现出规律性
专题五：不确定性关系（仅作为了解内容）
1、不确定性关系（uncertainty relatoin ）
经典力学：运动物体有完全确定的位置、动量、能量等。
微观粒子：位置、动量等具有不确定量（概率） 2、电子衍射中的不确定度
如图所示，一束电子以速度 v 沿 oy 轴射向狭缝。 电子在中央主极大区域出现的几率最大。
在经典力学中，粒子（质点）的运动状态用位置坐标和动量来描述，而且这两个量都可以同时准确地予以测定。然而，对于具有二象性的微观粒子来说，是否也能用确定的坐标和确定的动量来描述呢？
下面我们以电子通过单缝衍射为例来进行讨论。设有一束电子沿oy 轴射向屏AB 上缝宽为a 的狭缝，于是，在照相底片CD 上，可以观察到如下图所示的衍射图样。如果我们仍用坐标x 和动量p 来描述这一电子的运动状态，那么，我们不禁要问：一个电子通过狭缝的瞬时，它是从缝上哪一点通过的呢?也就是说，电子通过狭缝的瞬时，其坐标x 为多少?显然，这一问题，我们无法准确地回答，因为此时该电子究竟在缝上哪一点通过是无法确定的，即我们不能准确地确定该电子通过狭缝时的坐标。研究
表明：对于第一衍射极小，a
λ
θ=1sin
式中λ为电子的德布罗意波长。电子的位置和动量分别用x 和p 来表示。电子通过狭缝的瞬间，其位置在 x 方向上的不确定量为a x =?
同一时刻，由于衍射效应，粒子的速度方向有了改变，缝越小，动量的分量 p x 变化越大。
分析计算可得：
π
4h p x ≥
??
式中h 为普朗克常量。这就是著名的不确定性关系，简称不确定关系。上式表明： ①许多相同粒子在相同条件下实验，粒子在同一时刻并不处在同一位置。 ②用单个粒子重复，粒子也不在同一位置出现。 3、微观粒子和宏观物体的特性对比
宏观物体
微观粒子
具有确定的坐标和动量，可用牛顿力学描
述。 没有确定的坐标和动量，需用量子力学描
述。
有连续可测的运动轨道，可追踪各个物体的运动轨迹。
有概率分布特性，不可能分辨出各个粒子的
轨迹。
体系能量可以为任意的、连续变化的数值。
能量量子化 。 不确定度关系无实际意义
遵循不确定度关系
4、不确定关系的物理意义和微观本质 （1）物理意义：
微观粒子不可能同时具有确定的位置和动量。粒子位置的不确定量x ?越小，动量的不确定量x p ?就越大，反之亦然。（2） 微观本质：是微观粒子的波粒二象性及粒子空间分布遵从统计规律的必然结果。
不确定关系式表明：
① 微观粒子的坐标测得愈准确(0→?x ) ，动量就愈不准确(∞→?x p ) ； 微观粒子的动量测得愈准确(0→?x p ) ，坐标就愈不准确(∞→?x ) 。
但这里要注意，不确定关系不是说微观粒子的坐标测不准；也不是说微观粒子的动量测不准；更不是说微观粒子的坐标和动量都测不准；而是说微观粒子的坐标和动量不能同时测准。
② 为什么微观粒子的坐标和动量不能同时测准?
这是因为微观粒子的坐标和动量本来就不同时具有确定量。这本质上是微观粒子具有波粒二象性的必然反映。
由以上讨论可知，不确定关系是自然界的一条客观规律，不是测量技术和主观能力的问题。
③ 不确定关系提供了一个判据：
当不确定关系施加的限制可以忽略时，则可以用经典理论来研究粒子的运动。 当不确定关系施加的限制不可以忽略时，那只能用量子力学理论来处理问题。
【高中物理】《波粒二象性》测试题
《波粒二象性》测试题 本试卷分为第Ⅰ卷(选择题)和第Ⅱ卷(非选择题)两部分,满分100,考试时间60分钟. 第Ⅰ卷(选择题共40分) 一、选择题(本题共10小题,每小题4分,共40分.在每小题给出的四个选项中,有的只有一个选项正确,有的有多个选项正确,全部选对的得4分,选对但不全的得2分,有选错或不选的得0分.) 1．在下列各组的两个现象中都表现出光具有波动性的是() A．光的折射现象、色散现象 B．光的反射现象、干涉现象 C．光的衍射现象、偏振现象 D．光的直线传播现象、光电效应现象 解析：因为色散现象说明的是白光是由各种单色光组成的复色光,故A错；由于反射现象并非波动所独有的性质,故B错；直线传播并非波动所独有,且光电效应说明光具有粒子性,故D错；只有衍射现象和偏振现象为波动所独有的性质,所以C正确. 答案：C 2．下列说法中正确的是() A．光的干涉和衍射现象说明光具有波动性 B．光的频率越大,波长越长 C．光的波长越大,光子的能量越大 D．光在真空中的传播速度为3.0×108 m/s 解析：干涉和衍射现象是波的特性,说明光具有波动性,A对；光的频率越大,波长越短,光子能量越大,故B、C错；光真空中的速度为3.0×108 m/s,故D对. 答案：A、D 3．现代科技中常利用中子衍射技术研究晶体的结构,因为热中子的德布罗意波长与晶体中原子间距相近.已知中子质量m＝1.67×10－27 kg,可以估算德布罗意波长λ＝1.82×10－10 m 的热中子动能的数量级为() A．10－17 J B．10－19 J C．10－21 J D．10－24 J
解析：由p ＝h λ及E k ＝p 22m 得,E k ＝h 2 2mλ2＝ 6.6262×10－682×1.67×10－27×1.822×10－20 J ≈4×10－21 J,C 正确. 答案：C 4．下列关于光电效应的说法中,正确的是( ) A ．金属的逸出功与入射光的频率成正比 B ．光电流的大小与入射光的强度无关 C ．用不可见光照射金属一定比用可见光照射同种金属产生的光电子的最大初动能大 D ．对于任何一种金属都存在一个“最大波长”,入射光的波长大于此波长时,就不能产生光电效应 解析：逸出功与入射光无关,反映的是金属材料对电子的束缚能力；A 错误；光强越大,单位时间内入射的光子数越多,逸出的电子数也越多,光电流越大,B 错误；红外线的频率比可见光小,紫外线的频率比可见光大,由E k ＝hν－W 0知,C 错误；由产生光电效应的条件知,D 正确. 答案：D 5．下列有关光的说法中正确的是( ) A ．光电效应表明在一定条件下,光子可以转化为电子 B ．大量光子易表现出波动性,少量光子易表现出粒子性 C ．光有时是波,有时是粒子 D ．康普顿效应表明光子和电子、质子等实物粒子一样也具有能量和动量 解析：光电效应中,光子把能量转移给电子,而不是转化为电子,A 错误；由光的性质可知,B 正确；波动性和粒子性是光的两个固有属性,只是在不同情况下一种属性起主要作用,C 错误；康普顿效应表明光具有能量和动量,能量ε＝hν,动量p ＝h λ ,D 正确. 答案：B 、D 6．一激光器发光功率为P ,发出的激光在折射率为n 的介质中波长为λ,若在真空中速度为c ,普朗克常量为h ,则下列叙述正确的是( ) A ．该激光在真空中的波长为nλ B ．该激光的频率为c λ C ．该激光器在t s 内辐射的能量子数为Ptnλ hc
(完整版)波粒二象性
关于波粒二象性的理解与展望 摘要：本文从光电效应出发，阐述了波粒二象性的提出及近些年来对波粒二象性的一些实验等方面进行叙述，以求对波粒二象性的认识。 关键词：波粒二象性 Which—Way实验波粒二象性的同时观察 正文： 光学是一门古老的基础学科，人们对光本性的认识经历了漫长而曲折的过程。一方而人们通过光的衍射、干涉等现象认识到光具有波动性，另一方而人们在对光电效应及黑体辐射等实验现象的解释中发现又必需把光当成一种粒子。从经典物理的角度来看，光的这两种不同的特性属于两个完全不同的概念。然而，爱因斯坦却把光的波动性和粒子性统一了起来，提出了光的波粒二象性。 1.波粒二象性的提出 1887年，光电效应被德国物理学家赫兹发现，这种特殊的光效应令波动说与粒子说都陷入了一种尴尬的境地。首先，虽然光的波动说在当时已经成为主流，但波动说完全无法解释光电效应现象。另一方面，一直以来都能解释波动说无法解释的光学现象的粒子说也只能对光电效应做出部分解释，虽然根据粒子说理论，可以认为光电效应中的电子是被光的粒子撞击出去的，但为什么蓝光可以引发光电效应而红光不能，这点连粒子说也无法解释。可以说，光电效应令两派学说同时面临瓶颈。 1905年为了解释光电效应，爱因斯坦受到普朗克能量子假说的启发，提出了光量子的假说。他在著名论文《关于光的产生和转化的一个试探性的观点》一文中总结分析了在光学发展中“微粒说”和“波动说”长期争论的历史，指出了经典理论存在的困难，他认为只有把光的能量也看成是不连续分布，而是一份一份地集中在一起，就能对光电效应做出合理的解释说明。这样爱因斯坦发展了普朗克的能量子的概念，创造性地提出了光量子（即光子）的概念，并把它用之于光的发射和转化上，光子的能量为E=hν，其中ν为光的频率，这样能很合理地解释光电效应等现象。 在1917年，爱因斯坦又指出光子不仅有能量，而且还具有动量，其中动量 p=h 或者p=hk 式中波矢k=2π λ ，这样就把标志波动性质的频率ν和波长λ通过一个普适常量——
高考物理近代物理知识点之波粒二象性专项训练
高考物理近代物理知识点之波粒二象性专项训练 一、选择题 1．如图为氢原子的能级示意图，大量处于激发态（n＝4）的氢原子，当向低能级跃迁过程中辐射出N种不同频率的光子，用这些光子照射逸出功为2.29eV的金属钠，下列说法正确的是（） A．N＝5 B．其中从n＝4跃迁到n＝3所发出的光子频率最高 C．N种频率的光子中，共有4种光子能使金属钠发生光电效应 D．金属钠表面逸出的光电子最大初动能为11.31eV 2．在光电效应实验中，用同一光电管在不同实验条件下得到了甲、乙、丙三条光电流与电压之间的关系曲线．下列判断正确的是（） A．甲光的频率大于乙光的频率 B．乙光的波长小于丙光的波长 C．乙光的强度低于甲光的强度 D．甲光对应的光电子最大初动能大于丙光的光电子最大初动能 3．用如图所示的装置研究光电效应现象，用光子能量为 2.5eV的某种光照射到光电管上时，电流表G示数不为零；移动变阻器的触点C，当电压表的示数大于或等于0.7V时，电流表示数为零．以下说法正确的是 A．电子光电管阴极的逸出功为0.7eV
B．光电管阴极的逸出功为1.8eV C．光电子的最大初动能与入射光的频率成正比 D．当电压表示数大于0.7V时，如果把入射光的强度增大到一定程度，电流表可能会有示数 4．如图所示是氢原子的能级图,a、b、c为原子跃迁所发出的三种频率的光。用这三种频率的光分别照射同种金属,都发生了光电效应,则关于这种金属发生光电效应时光电子的最大初动能Ek随入射光频率v变化的图象,以及这三种频率的光产生的光电子最大初动能的大小关系,下列四个图象中描绘正确的是 A．B． C．D． 5．下列说法中正确的是 A．阳光下肥皂泡上的彩色条纹和雨后彩虹的形成原理是相同的 B．只有大量光子才具有波动性，少量光子只具有粒子性 C．电子的衍射现象说明其具有波动性，这种波不同于机械波，它属于概率波 D．电子显微镜比光学显微镜的分辨率更高，是因为电子穿过样品时发生了更明显的衍射6．三种不同的入射光线甲、乙、丙分别照射在三种不同的金属a、b、c上，均恰能使金属中逸出光电子。已知三种光线的波长λ甲>λ乙>λ丙，则() A．用入射光甲照射金属b，可能发生光电效应 B．用入射光乙照射金属c，一定发生光电效应 C．用入射光甲和乙同时照射金属c，可能发生光电效应 D．用入射光乙和丙同时照射金属a，一定发生光电效应 7．如图所示为光电管的示意图，光照时两极间可产生的最大电压为0.5V。若光的波长约为6×10－7m，普朗克常量为h，光在真空中的传播速度为c，取hc=2×10－25J·m，电子的电
1、波粒二象性
波粒二象性 一、选择题(1～8题为单项选择题，9～14题为多项选择题) 1．如图1所示，当弧光灯发出的光经一狭缝后，在锌板上形成明暗相间的条纹，同时与锌板相连的验电器铝箔有张角，则该实验() 图1 A．只能证明光具有波动性 B．只能证明光具有粒子性 C．只能证明光能够发生衍射 D．证明光具有波粒二象性 2．频率为ν的光照射某金属时，产生光电子的最大初动能为E km。改为频率为2ν的光照射同一金属，所产生光电子的最大初动能为(h为普朗克常量)() A．E km－hνB．2E km C．E km＋hνD．E km＋2hν 3．在光电效应实验中，用同一种单色光，先后照射锌和银的表面，都能发生光电效应。对于这两个过程，下列四个物理过程中，一定相同的是() A．遏止电压B．饱和光电流 C．光电子的最大初动能D．逸出功 4．当具有5.0 eV的光子射到一金属表面时，从金属表面逸出的电子具有的最大初动能为1.5 eV，为了使这种金属产生光电效应，入射光子的能量必须不小于() A．1.5 eV B．2.5 eV C．3.5 eV D．5.0 eV 5．关于光电效应，下列说法正确的是() 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就越多 6．用不同频率的紫外线分别照射钨和锌的表面而产生光电效应，可得到光电子最大初动能E k 随入射光频率ν变化的E k－ν图象。已知钨的逸出功是3.28 eV，锌的逸出功是3.34 eV，若将二者的图线画在同一个E k－ν坐标系中，如图所示，用实线表示钨，虚线表示锌，则正确反映这一过程的是() 7．当加在光电管两极间的正向电压足够高时，光电流将达到饱和值，若想增大饱和光电流，应采取的有效办法是()
(完整版)波粒二象性试题汇总
用很弱的光做双缝干涉实验，把入射光减弱到可以认为光源和感光胶片之间不可能同时有两个光子存在，如图所示是不同数量的光子照射到感光胶片上得到的照片。这些照片说明() A．光只有粒子性没有波动性 B．光只有波动性没有粒子性 C．少量光子的运动显示波动性，大量光子的运动显示粒子性D．少量光子的运动显示粒子性，大量光子的运动显示波动性
2．实物粒子也具有波动性，只是因其波长太小，不易观察到，但并不能否定其具有波粒二象性。关于物质的波粒二象性，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
3．电子属于实物粒子，1927年戴维逊和革末完成了电子衍射实验，该实验是荣获诺贝尔奖的重大近代物理实验之一。如图所示是该实验装置的简化图，下列说法正确的是 () A．亮条纹是电子到达概率大的地方 B．该实验说明物质波理论是正确的 C．该实验再次说明光子具有波动性 D．该实验说明实物粒子具有波动性
(2016·宁波期末)一个德布罗意波波长为λ1的中子和另一个德布罗意波波长为λ2的氘核同向正碰后结合成一个氚核，该氚核的德布罗意波波长为 A． λ1λ2 λ1＋λ2B． λ1λ2 λ1－λ2 C ．λ1＋λ2 2D． λ1－λ2 2
1．(多选)为了验证光的波粒二象性，在双缝干涉实验中将光屏换成照相底片，并设法减弱光的强度，下列说法正确的是 A．使光子一个一个地通过双缝干涉实验装置的单缝，如果时间足够长，底片上将出现双缝干涉图样 B．使光子一个一个地通过双缝干涉实验装置的单缝，如果时间很短，底片上将出现不太清晰的双缝干涉图样C．大量光子的运动显示光的波动性 D．光只有波动性没有粒子性
波粒二象性阶段测试题
波粒二象性阶段测试题 (时间：60分钟 满分：100分) 一、选择题(本题共8小题，每小题6分，共48分。1～6小题只有一个选项符合题目要求，7～9小题有多个选项符合题目要求，全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分) 1．爱因斯坦由光电效应的实验规律，猜测光具有粒子性，从而提出光子说，从科学研究的方法来说，这属于( ) A ．等效替代 B ．控制变量 C ．科学假说 D ．数学归纳 2．关于德布罗意波，下列说法正确的是( ) A ．所有物体不论其是否运动，都有对应的德布罗意波 B ．任何一个运动着的物体都有一种波和它对应，这就是德布罗意波 C ．电磁波也是德布罗意波 D ．只有运动着的微观粒子才有德布罗意波，对于宏观物体，不论其是否运动，都没有相对应的德布罗意波 3．关于热辐射，下列说法中正确的是( ) A ．一般物体的热辐射强度只与物体的温度有关 B ．黑体只吸收电磁波，不反射电磁波，所以黑体一定是黑的 C ．一定温度下，黑体辐射强度随波长的分布有一个极大值 D ．温度升高时，黑体辐射强度的极大值向波长增大的方向移动 4．经150 V 电压加速的电子束，沿同一方向射出来，穿过铝箔射到其后的屏上，则( ) A ．所有电子的运动轨迹均相同 B ．所有电子到达屏上的位置坐标均相同 C ．电子到达屏上的位置坐标可用牛顿运动定律确定 D ．电子到达屏上的位置受波动规律支配，无法用确定的坐标来描述它的位置 5.光子有能量，也有动量，动量p ＝h λ ，它也遵守有关动量的规律。如图所示，真空中，有“∞”形装置可绕通过横杆中点的竖直轴OO ′在水平面内灵活地转动，其中左边是圆形黑纸片(吸收光子)，右边是和左边大小、质量相同的圆形白纸片(反射光子)。当用平行白光垂直照射这两个圆面时，关于装置开始时的转动情况(俯视)，下列说法中正确的是( B )
2019年高考人教版高三物理光电效应、光的波粒二象性练习题 (含答案)
2019年高考人教版高三物理光电效应、光的波粒二象性练习题 一、选择题 1．当用一束紫外线照射装在原不带电的验电器金属球上的锌板时，发生了光电效应，这时发生的现象是[ ] A．验电器内的金属箔带正电 B．有电子从锌板上飞出来 C．有正离子从锌板上飞出来 D．锌板吸收空气中的正离子 2．一束绿光照射某金属发生了光电效应，对此，以下说法中正确的是[ ] A．若增加绿光的照射强度，则单位时间内逸出的光电子数目不变 B．若增加绿光的照射强度，则逸出的光电子最大初动能增加 C．若改用紫光照射，则逸出光电子的最大初动能增加 D．若改用紫光照射，则单位时间内逸出的光电子数目一定增加 3．在光电效应实验中，如果需要增大光电子到达阳极时的速度，可采用哪种方法？[ ] A．增加光照时间 B．增大入射光的波长 C．增大入射光的强度 D．增大入射光频率 4．介质中某光子的能量是E，波长是λ，则此介质的折射率是[ ] A．λE/h B．λE/ch C．ch/λ E D．h/λ E
5．光在真空中的波长为λ，速度为c，普朗克常量h，现让光以入射角i由真空射入水中，折射角为r，则[ ] A．r＞i D．每个光子在水中能量为hc/λ 6．光电效应的四条规律中，波动说仅能解释的一条规律是[ ] A．入射光的频率必须大于或等于被照金属的极限频率才能产生光电效应 B．发生光电效应时，光电流的强度与人射光的强度成正比 C．光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大 D．光电效应发生的时间极短，一般不超过10-9s 7．三种不同的入射光A、B、C分别射在三种不同的金属a、b、c表面，均恰能使金属中逸出光电子，若三种入射光的波长λA＞λB＞λC，则[ ] A．用入射光A照射金属b和c，金属b和c均可发出光电效应现象 B．用入射光A和B照射金属c，金属c可发生光电效应现象 C．用入射光C照射金属a与b，金属a、b均可发生光电效应现象 D．用入射光B和C照射金属a，均可使金属a发生光电效应现象 8．下列关于光子的说法中，正确的是[ ] A．在空间传播的光不是连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光子 B．光子的能量由光强决定，光强大，每份光子的能量一定大 C．光子的能量由光频率决定，其能量与它的频率成正比
高考物理二轮选择题专练——光的波粒二象性练习题(共30题,有答案)
高考物理二轮选择题专练——光的波粒二象性练习题（共30题，有答案） 1．2019年10月31日，重庆半导体光电科技产业同正式开工建设，标志着我国对光电效应的研究转型为自主研发，下列有关光电效应的说法正确的是（） A.某种单色光照射到金属表面时，只要光足够强就能发生光电效应，与频率无关 B.任何金属都存在截止频率，入射光的频率必须大于该金属的截止频率时才能发生光电效应 C.若某单色光照在金属表面已发生光电效应，不改变光强的条件下增大入射光的频率，形成的饱和光电流将随之增大 D.发生光电效应时，入射光的频率越大，要使具有最大初动能的光电子的动能减为零所需反向电压就越小 2．硅光电池是一种直接把光能转换成电能的半导体器件，它的工作原理与光电效应类似：当光照射硅光电池，回路里就会产生电流。关于光电效应，下列说法正确的是（） A.任意频率的光照射到金属上，只要光照时间足够长就能产生光电流 B.只要吸收了光子能量，电子一定能从金属表面逸出 C.逸出的光电子的最大初动能与入射光的频率有关 D.超过截止频率的入射光光强越强，所产生的光电子的最大初动能就越大 3．光电效应是物理学中一个重要而神奇的现象。在高于某特定频率的电磁波照射下，某些金属内部的电子会被光子激发出来而形成光电子。下列关于光电效应的说法正确的是（） A.光电效应是原子核吸收光子后向外释放电子的现象 B.光电子的最大初动能Ek与入射光的强度无关 C.相同强度的黄光和绿光照射同种金属材料时相同时间内逸出的光电子数相等 D.入射光的频率为原来的一半时，逸出的光电子数一定减半 4．某同学研究光电效应的实验电路如图所示，用不同的光分别照射密封管真空管的钠阴极（阴极K），钠阴极发射出的光电子被阳极A吸收，在电路中形成光电流，实验得到了三条光电流与电压之间的关系曲线（为甲光.乙光.丙光），如图所示，则以下说法正确的是（） A.甲光的强度小于乙光的强度 B.乙光的频率小于丙光的频率 C.乙光对应的截止频率大于丙光的截止频率 D.甲光对应的光电子最大初速度大于乙光的光电子的最大初动能 5．光电效应实验的装置如图所示，用A.B两种不同频率的单色光分别照射锌板，A光能使验电器的指针发生偏转，B光则不能使验电器的指针发生偏转，下列说法正确的是（）
波粒二象性介绍
波粒二象性 波粒二象性示意圖說明，從不同角度觀察同樣一件物體，可以看到兩種迥然不同的圖樣。 在量子力學裏，微观粒子有时會显示出波动性（这时粒子性較不显著），有时又會显示出粒子性（这时波动性較不显著），在不同条件下分别表现出波动或粒子的性质。這種量子行為稱為波粒二象性（英语：wave-particle duality），是微观粒子的基本属性之一。[1]:105-106 波粒二象性指的是微觀粒子顯示出的波動性與粒子性。這是量子力學的基要概念，是專門針對古典概念無法完整描述量子物體的物理行為而提出的假說。標準的量子力學詮釋將這佯謬解釋為宇宙的基礎性質，而其它種詮釋可能會有標新立異的論述。本條目主要採用的是學術界廣泛認可的哥本哈根詮釋來解釋量子行為。採用這種詮釋，波粒二象性是更廣義的互補性概念的一方面，即量子現象可以用一種方法或另外一種共軛方法來觀察，但不能同時用兩種相互共軛的方法來觀察。[2]:242, 375-376 目录 1 理論概述 2 “波”和“粒子”的数学关系 3 历史 4 發展里程碑 4.1 惠更斯、牛顿 4.2 杨、费涅尔、麦克斯韦、赫茲 4.3 普朗克黑體輻射定律 4.4 爱因斯坦與光子 4.5 德布羅意與物質波 4.6 海森堡不確定性原理 5 大尺寸物體的波動行為 6 應用 7 參閱 8 註釋 9 參考文獻
理論概述 在古典力学裏，研究对象总是被明确区分为「纯」粒子和「纯」波动。前者组成了我们常说的「物质」，後者的典型例子則是光波。波粒二象性解决了这个「纯」粒子和「纯」波动的困扰。它提供了一个理论框架，使得任何物质有時能够表现出粒子性质，有時又能够表现出波動性质。量子力学认为自然界所有的粒子，如光子、电子或是原子，都能用一个微分方程，如薛定谔方程来描述。这个方程的解即为波函数，它描述了粒子的状态。波函数具有叠加性，它们能够像波一样互相干涉。同时，波函数也被解释为描述粒子出现在特定位置的机率幅。这样，粒子性和波动性就统一在同一个解释中。[註 1] 之所以在日常生活中观察不到物体的波动性，是因为他們皆质量太大，导致德布罗意波长比可观察的極限尺寸要小很多，因此可能发生波动性质的尺寸在日常生活经验范围之外。这也是为什么经典力学能够令人满意地解释“自然现象”。反之，对于基本粒子来说，它们的质量和尺寸局限於量子力学所描述的範圍之內，因而与我们所习惯的图景相差甚远。 “波”和“粒子”的数学关系 物质的粒子性由能量和动量刻画，波的特徵则由频率和波长表达，这两组物理量由普 朗克常数联系在一起： 历史 托马斯·杨做雙縫實驗得到的干涉圖樣。 在十九世纪後期，日臻成熟的原子论逐渐盛行，根据原子理论的看法，物质都是由微小的粒子——原子构成，例如，約瑟夫·汤姆孙的阴极射线实验证實，電流是由被称为电子的粒子所组成。在那時，物理學者認为大多数的物质是由粒子所组成。与此同时，波动论已经被相当深入地研究，包括干涉和衍射等现象。由於光波在楊氏雙縫實驗、夫琅禾费衍射實驗中所展现出的特性，明显地说明它是一种波动。 不过在二十世纪来临之时，这些观点面临了一些挑战。1905年，阿爾伯特·愛因斯坦對於光 电效应用光子的概念來解释，物理學者开始意识到光波具有波動和粒子的双重性质。1924年，路易·德布羅意提出“物质波”假说，他主張，「一切物质」都具有波粒二象性，即具有波動和粒子的双重性质。根据德布罗意假说，电子是應該会具有干涉和衍射等波动现象。1927年，
(完整版)波粒二象性知识点和练习
波粒二象性知识点和练习 一、光电效应现象 1、光电效应： 光电效应：物体在光（包括不可见光）的照射下发射电子的现象称为光电效应。 2、光电效应的研究结论： ①任何一种金属，都有一个极限频率，入射光的频率必须大于这个极限频率．．．．．．．．．．．．．．．．，才能产生光电效应；低于这个频率的光不能产生光电效应。②光电子的最大初动能与入射光的强度无关．．．．．．．．．．．．．．．．．．，只随着入射光频率的增大．．而增大．． 。注意：从金属出来的电子速度会有差异，这里说的是从金属表面直接飞出来的光电子。③入射光照到金属上时，光电子的发射几乎是瞬时的．．．．．．．．．．．． ，一般不超过10-9 s ；④当入射光的频率大于极限频率时，光电流的强度与入射光的强度成正比。 3、 光电效应的应用： 光电管：光电管的阴极表面敷有碱金属，对电子的束缚能力比较弱，在光的照射下容易发射电子，阴极发出的电子被阳极收集，在回路中形成电流，称为光电流。 注意：①光电管两极加上正向电压，可以增强光电流。②光电流的大小跟入射光的强度和正向电压有关，与入射光的频率无关。入射光的强度越大，光电流越大。③遏止电压U 0。回路中的 光电流随着反向电压的增加而减小，当反向电压U 0满足：02 max 2 1eU mv =，光电流将会减小到零， 所以遏止电压与入射光的频率有关。 4、波动理论无法解释的现象： ①不论入射光的频率多少，只要光强足够大，总可以使电子获得足够多的能量，从而产生光电效应，实际上如果光的频率小于金属的极限频率，无论光强多大，都不能产生光电效应。 ②光强越大，电子可获得更多的能量，光电子的最大初始动能应该由入射光的强度来决定，实际上光电子的最大初始动能与光强无关，与频率有关。 ③光强大时，电子能量积累的时间就短，光强小时，能量积累的时间就长，实际上无论光入射的强度怎样微弱，几乎在开始照射的一瞬间就产生了光电子. 二、光子说 1、普朗克常量 普郎克在研究电磁波辐射时，提出能量量子假说：物体热辐射所发出的电磁波的能量是不连续的，只能是hv 的整数倍，hv 称为一个能量量子。即能量是一份一份的。其中v 辐射频率，h 是一个常量，称为普朗克常量。 2、光子说 在空间中传播的光的能量不是连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光子，光子的能量ε跟光的频率ν成正比。hv =ε，其中：h 是普朗克常量，v 是光的频率。 三、光电效应方程 1、逸出功W 0: 电子脱离金属离子束缚，逸出金属表面克服离子引力做的功。 2、光电效应方程：如果入射光子的能量hv 大于逸出功W 0，那么有些光电子在脱离金属表面后还有剩余的动能——根据能量守恒定律，入射光子的能量hv 等于出射光子的最大初动能与逸出功之和，即 02 max 21W mv hv += 其中2max 2 1mv 是指出射光子的最大初动能。 3、 光电效应的解释：
高中物理-波粒二象性测试题
高中物理-波粒二象性测试题 一、选择题 1、入射光照射到金属表面上发生了光电效应,若入射光的强度减弱,但频率保持不变,那么以下说法正确的是（） A．从光照射到金属表面到发射出光电子之间的时间间隔明显增加 B．逸出的光电子的最大初动能减小 C．单位时间内从金属表面逸出的光电子的数目减少 D．有可能不再产生光电效应 2、爱因斯坦由光电效应的实验规律,猜测光具有粒子性,从而提出光子说。从科学研究的方法来说这属于（） A．等效代替B．控制变量 C．科学假说D．数学归纳 3、如图1所示,画出了四种温度下黑体辐射的强度与波长的关系图象,从图象可以看出,随着温度的升高,则（） A．各种波长的辐射强度都有增加 B．只有波长短的辐射强度增加 C．辐射强度的极大值向波长较短的方向移动 D．辐射电磁波的波长先增大后减小 4、对光的认识,以下说法正确的是（） 图1 A．个别光子的行为表现为粒子性,大量光子的行为表现为波动性 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 C．光表现出波动性时,不具有粒子性；光表现出粒子性时,不具有波动性D．光的波粒二象性应理解为：在某些场合下光的波动性表现明显,在另外一些场合下,光的粒子性表现明显 5、光子打在处于静止状态的电子上,光子将偏离原来的方向而发生散射,康普顿对散射的解释为（） A．虽然改变原来的运动方向,但频率保持不变 B．光子从电子处获得能量,因而频率增大 C．入射光引起物质内电子做受迫振动,而从入射光中吸收能量后再释放,释
放出的散射光频率不变 D ．由于电子受碰撞后得到动量,散射后的光子频率低于入射光的频率 6、一束绿光照射某金属发生了光电效应,则下列说法正确的是（ ） A ．若增加绿光的照射强度,则逸出的光电子数增加 B ．若增加绿光的照射强度,则逸出的光电子最大初动能增加 C ．若改用紫光照射,则可能不会发生光电效应 D ．若改用紫光照射,则逸出的光电子的最大初动能增加 7、用波长为λ1和λ2的单色光1和2分别照射金属1和2的表面。色光1照射 金属1和2的表面时都有光电子射出,色光2照射金属1时有光电子射出,照射金属2时没有光电子射出。设金属1和2的逸出功为W 1和W 2,则有（ ） A ．λ1>λ2,W 1>W 2 B ．λ1>λ2,W 1 第十七章 波粒二象性 检 测 题 一、选择题（每小题4分，共48分。在每小题给出的四个选项中有一个或多个选项正确。全部选对的得 4分，选对但不全的得2分，有选错的或不答的得0分。） 1．下列关于光电效应的说法正确的是（ ） A ．若某材料的逸出功是W ，则它的极限频率h W v 0 B ．光电子的初速度和照射光的频率成正比 C ．光电子的最大初动能和照射光的频率成正比 D ．光电子的最大初动能随照射光频率的增大而增大 2．在下列各组所说的两个现象中，都表现出光具有粒子性的是（ ） A ．光的折射现象、偏振现象 B ．光的反射现象、干涉现象 C ．光的衍射现象、色散现象 D ．光电效应现象、康普顿效应 3．关于光的波粒二象性的理解正确的是 （ ） A ．大量光子的效果往往表现出波动性，个别光子的行为往往表现出粒子性 B ．光在传播时是波，而与物质相互作用时就转变成粒子 C ．高频光是粒子，低频光是波 D ．波粒二象性是光的根本属性，有时它的波动性显著，有时它的粒子性显著 4．当具有5.0 eV 能量的光子照射到某金属表面后，从金属表面逸出的电子具有最大的初动能是1.5 eV ．为了使这种金属产生光电效应，入射光的最低能量为（ ） A ．1.5 eV B ．3.5 eV C ．5.0 eV D ．6.5 eV 5．紫外线光子的动量为 c hv ．一个静止的3O 吸收了一个紫外线光子后（ ） A ．仍然静止 B ．沿着光子原来运动的方向运动 C ．沿光子运动相反方向运动 D ．可能向任何方向运动 6．关于光电效应，以下说法正确的是（ ） A ．光电子的最大初动能与入射光的频率成正比 B ．光电子的最大初动能越大，形成的光电流越强 C ．能否产生光电效应现象，决定于入射光光子的能量是否大于或等于金属的逸出功 D ．用频率是1v 的绿光照射某金属发生了光电效应，改用频率是2v 的黄光照射该金属一定不发生光电效应 7．在验证光的波粒二象性的实验中，下列说法正确的是（ ） A ．使光子一个一个地通过单缝，如果时间足够长，底片上会出现衍射图样 B ．单个光子通过单缝后，底片上会出现完整的衍射图样 C ．光子通过单缝的运动路线像水波一样起伏 D ．单个光子通过单缝后打在底片的情况呈现出随机性，大量光子通过单缝后打在底片上的情况呈现出规律性 8．用波长为1λ和2λ的单色光A 和B 分别照射两种金属C 和D 的表面．单色光A 照射两种金属时都 第十五单元光学波粒二象性 回顾经典： 1. 已知某玻璃对蓝光的折射率比对红光的折射率大，则两种光（） A.在该玻璃中传播时，蓝光的速度较大 B.以相同的入射角从空气斜射入该玻璃中，蓝光折射角较大 C.从该玻璃中射入空气发生反射时，红光临界角较大 D.用同一装置进行双缝干涉实验，蓝光的相邻条纹间距较大 解析：由可知，蓝光在玻璃中的折射率大，蓝光的速度较小，A 错；以相同的入射角从空气中斜射入玻璃中，蓝光的折射率大，向法线靠拢偏折得多，折射角应较小，B错。从玻璃射入空气发生全反射时的临界角由公式可知，红光的折射率小，临界角大，C正确；用同一装置进行双缝干涉实验，由公式可知蓝光的波长短，相邻条纹间距小，D错。 答案：Ｃ ２.如图为双缝干涉的实验示意图，若要使干涉条纹的间距变大可改用长更___________（填长、短）的单色光，或是使双缝与光屏间的距离___________（填增大、减小）。 解析：依据双缝干涉条纹间距规律，可知要使干涉条纹的间距变大，需要改用波长更长的单色光，应将增大双缝与屏之间的距离L。 答案：长，增大。 ３. 光电效应的实验结论是：对于某种金属（） A．无论光强多强，只要光的频率小于极限频率就不能产生光电效应B．无论光的频率多低，只要光照时间足够长就能产生光电效应C．超过极限频率的入射光强度越弱，所产生的光电子的最大初动能就越小 D．超过极限频率的入射光频率越高，所产生的光电子的最大初动能就越大 解析：每种金属都有它的极限频率，只有入射光子的频率大于极限频率时，才会发生光电效应，且入射光的强度越大则产生的光子数越多，光电流越强；由光电效应方程，可知入射光子的频率越大，产生的光电子的最大初动能也越大，与入射光的强度无关，所以AD 正确。 答案：ＡＤ 光的波粒二象性 作为被列入世界上十大经典物理实验之一的双缝实验，让很多物理学家和科学家们伤透脑筋。双缝实验是一种光学实验，大家一起往下看吧。 在量子力学里，双缝实验是一种演示光子或电子等等微观物体的波动性与粒子性的实验。双缝实验是一种“双路径实验”。在这种更广义的实验里，微观物体可以同时通过两条路径或通过其中任意一条路径，从初始点抵达最终点。 这两条路径的程差促使描述微观物体物理行为的量子态发生相移，因此产生干涉现象。另一种常见的双路径实验是马赫-曾德尔干涉仪实验。双缝实验还被列入了世界十大经典物理实验之中，但是有人却认为双缝实验十分的难以理解。如果电子是互不干涉地运动，穿过双缝落到黑板上是两道痕迹。如果电子是以波的形式运动，由于波之间存在干涉，穿过双缝落到黑板上是一道道痕迹。一开始实验表明电子以波的形式运动。即使一个个电子发射，黑板上还是一道道痕迹。于是科学家想知道为什么一个个电子发射也会有波的现象，于是将高速摄像机对准双缝以便观察。重点来了：当想进一步观察时，粒子却是是互不干涉地运动，穿过双缝落到黑板上是两道痕迹!!!双缝实验，著名光学实验，在1807年，托马斯·杨总结出版了他的《自然哲学讲义》，里面综合整理了他在光学方面的工作，并在里面第一次描述了双缝实验：把一支蜡烛放在一张开了一个小孔的纸前面，这样就形成了一个点光源(从一个点发出的光源)。现在在纸后面再放一张纸，不同的是第二张纸上开了两道平行的狭缝。从小孔中射出的光穿过两道狭缝投到屏幕上，就会形成一系列明、暗交替的条纹，这就是现在众人皆知的双缝干涉条纹。 试验本身没什么问题，证明了光有波粒二象性，但是科学家们想观察清楚如何会这样，于是他们在微观层面上来观察，架设高速摄像机，观察光子是如何一个一个通过缝隙形成波干涉的，这时候神奇的事情出现了，光子波的特性消失了!又变成人类最容易理解的粒子，只出现了两条条纹。这才引出了超级可怕和诡异的电子双缝干涉实验和后来石破天惊的的“延迟选择实验”，给整个人类带来了前所未有的思想冲击。单光子双缝干涉实验现在有一种仪器，每次只发射出一个光子，这时如果遮板上仍然有两个缝隙A和B(遮板与上述传统实验一样)。依照传统理论，该光子每次有且仅有以下三种情况中的一种：被遮板挡住、通过A缝、通过B缝。 因为要观察投射面的光斑分布，所以不必考虑第一种情况。也就是说，只要光子通过了遮板，要么从A缝通过，要么从B缝通过。按照这种传统理论推导，在投射面会形 波粒二象性知识点总结 一：黑体与黑体辐射 1．热辐射 (1)定义：我们周围的一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与物体的温度有关，所以叫热辐射。 (2)特点：热辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同。 2．黑体 (1)定义：在热辐射的同时，物体表面还会吸收和反射外界射来的电磁波。如果一些物体能够完全吸收投射到其表面的各种波长的电磁波而不发生反射，这种物 体就是绝对黑体，简称黑体。 (2)黑体辐射特点：黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑 体的温度有关。 注意：一般物体的热辐射除与温度有关外，还与材料的种类及 表面状况有关。 二：黑体辐射的实验规律 如图所示，随着温度的升高，一方面，各种波长的辐射强度都 有增加；另—方面，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。 三：能量子 1．能量子：带电微粒辐射或吸收能量时，只能是辐射或吸收某 个最小能量值的整数倍，这个不可再分的最小能量值E叫做能量子。 2．大小：E=hν。 其中ν是电磁波的频率，h称为普朗克常量，h=6．626x10—34J·s(—般h=6.63x10—34J·s)。四：拓展： 1、对热辐射的理解 （1）．在任何温度下，任何物体都会发射电磁波，并且其辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同，这是热辐射的一种特性。 在室温下，大多数物体辐射不可见的红外光；但当物体被加热到5000C左右时，开始发出暗红色的可见光。随着温度的不断上升，辉光逐渐亮起来，而且波长较短的辐射越来越 多，大约在1 5000C时变成明亮的白炽光。这说明同一物体在一定温度下所辐射的能量在不同光谱区域的分布是不均匀的，而且温度越高光谱中与能量最大的辐射相对应的频率也越高。 （2）．在一定温度下，不同物体所辐射的光谱成分有显著的不同。例如，将钢加热到约800℃时，就可观察到明亮的红色光，但在同一温度下，熔化的水晶却不辐射可见光。 （3）热辐射不需要高温，任何温度下物体都会发出一定的热辐射，只是温度低时辐射弱，温度高时辐射强。2、2.什么样的物体可以看做黑体（1）．黑体是一个理想化的物理模型。 (2）．如图所示，如果在一个空腔壁上开—个很小的孔，那么射人 小孔的电磁波在空腔内表面会发生多次反射和吸收，最终不能从空腔 射出。这个空腔近似看成一个绝对黑体。 注意：黑体看上去不一定是黑色的，有些可看做黑体的物体由于 自身有较强的辐射，看起来还会很明亮。如炼钢炉口上的小孔。 3、普朗克能量量子化假说 （1）．如图所示，假设与实验结果“令人满意地相符”， 图中小圆点表示实验值，曲线是根据普朗克公式作出的。 （2）．能量子假说的意义 普朗克的能量子假说，使人类对微观世界的本质有了全 新的认识，对现代物理学的发展产生了革命性的影响。普朗 克常量h 是自然界最基本的常量之一，它体现了微观世界的 基本特征，架起了电磁波的波动性与粒子性的桥梁。 注意：物体在发射或接收能量的时候，只能从某一状态“飞跃”地过渡到另一状态，而不可能停留在不符合这些能量的任何一个中间状态。 二、光电效应现象 量子力学 题目: 专题理解：波粒二象性 学生姓名 专业 学号 班级 指导教师 成绩 工程技术学院 2016 年 1 月 专题理解：波粒二象性 前言： 波粒二象性（wave-particle duality）是指某物质同时具备波的特质及粒子的特质。波粒二象性是量子力学中的一个重要概念。在量子力学里，微观粒子有时会显示出波动性（这时粒子性较不显著），有时又会显示出粒子性（这时波动性较不显著），在不同条件下分别表现出波动或粒子的性质。这种量子行为称为波粒二象性，是微观粒子的基本属性之一。但从经典物理学的观点来看，“微粒”和“波”是相互排斥的概念，或者说“波”与“微粒”是两种截然对立的存在。一个东西要么是波，要么是微粒，即“非此即彼”。那么究竟自由理解波粒二象性呢？通过对量子力学课程的学习以及查阅相关资料，我对其有了更深的理解并做了以下整理与总结。 一、波粒二象性理论的发展简述 较为完全的光理论最早是由克里斯蒂安·惠更斯发展成型，他提出了一种光波动说。稍后，艾萨克·牛顿提出了光微粒说。光的波动性与粒子性的争论从未平息。十九世纪早期，托马斯·杨完成的双缝实验确切地证实了光的波动性质。到了十九世纪中期，光波动说开始主导科学思潮，因为它能够说明偏振现象的机制，这是光微粒说所不能够的。同世纪后期，詹姆斯·麦克斯韦将电磁学的理论加以整合，提出麦克斯韦方程组。应用电磁波方程计算获得的电磁波波速等于做实验测量到的光波速度。麦克斯韦于是猜测光波就是电磁波。1888年，海因里希·赫兹做实验发射并接收到麦克斯韦预言的电磁波，证实麦克斯韦的猜测正确无误。从这时，光波动说开始被广泛认可。 为了产生光电效应，光频率必须超过金属物质的特征频率，称为其“极限频率”。根据光波动说，光波的辐照度或波幅对应于所携带的能量，因而辐照度很强烈的光束一定能提供更多能量将电子逐出。然而事实与经典理论预期恰巧相反。1905年，爱因斯坦对于光电效应给出解释。他将光束描述为一群离散的量子，现称为光子，而不是连续性波动。从普朗克黑体辐射定律，爱因斯坦推论，组成光束的每一个光子所拥有的能量等于频率乘以一个常数，即普朗克常数，他提出了“爱因斯坦光电效应方程”。1916年，美国物理学者罗伯特·密立根做实验证实了爱因斯坦关于光电效应的理论。物理学者被迫承认，除了波动性质以外，光也具有粒子性质。 在光具有波粒二象性的启发下，法国物理学家德布罗意在1924年提出一个“物质波”假说，指出波粒二象性不只是光子才有，一切微观粒子，包括电子和质子、中子，都有波粒二象性。他把光子的动量与波长的关系式p=h/λ推广到一切微观粒子上，指出：具有质量m 和速度v 的运动粒子也具有波动性，这种波的波长等于普朗克恒量h 跟粒子动量mv 的比，即λ= h/（mv）。这个关系式后来就叫做德布罗意公式。根据德布罗意假说，电子是应该会具有干涉和衍射等波动现象。1927年，克林顿·戴维森与雷斯特·革末设计与完成的戴维森-革末实验成功证实了德布罗意假说。 2015年瑞士洛桑联邦理工学院科学家成功拍摄出光同时表现波粒二象性的照片。 一、光电效应、光的波粒二象性练习题 一、选择题 1．当用一束紫外线照射装在原不带电的验电器金属球上的锌板时，发生了光电效应，这时发生的现象是[] A．验电器内的金属箔带正电 B．有电子从锌板上飞出来 C．有正离子从锌板上飞出来 D．锌板吸收空气中的正离子 2．一束绿光照射某金属发生了光电效应，对此，以下说法中正确的是[] A．若增加绿光的照射强度，则单位时间内逸出的光电子数目不变 B．若增加绿光的照射强度，则逸出的光电子最大初动能增加 C．若改用紫光照射，则逸出光电子的最大初动能增加 D．若改用紫光照射，则单位时间内逸出的光电子数目一定增加 3．在光电效应实验中，如果需要增大光电子到达阳极时的速度，可采用哪种方法？[] A．增加光照时间 B．增大入射光的波长 C．增大入射光的强度 D．增大入射光频率 4．介质中某光子的能量是E，波长是λ，则此介质的折射率是[] A．λE/h B．λE/ch C．ch/λ E D．h/λE 5．光在真空中的波长为λ，速度为c，普朗克常量h，现让光以入射角i由真空射入水中，折射角为r，则[] A．r＞i D．每个光子在水中能量为hc/λ 6．光电效应的四条规律中，波动说仅能解释的一条规律是[] A．入射光的频率必须大于或等于被照金属的极限频率才能产生光电效应 B．发生光电效应时，光电流的强度与人射光的强度成正比 C．光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大 D．光电效应发生的时间极短，一般不超过10-9s 7．三种不同的入射光A、B、C分别射在三种不同的金属a、b、c表面，均恰能使金属中逸出光电子，若三种入射光的波长λA＞λB＞λC，则[] A．用入射光A照射金属b和c，金属b和c均可发出光电效应现象 B．用入射光A和B照射金属c，金属c可发生光电效应现象 C．用入射光C照射金属a与b，金属a、b均可发生光电效应现象 D．用入射光B和C照射金属a，均可使金属a发生光电效应现象 8．下列关于光子的说法中，正确的是[] A．在空间传播的光不是连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光子 B．光子的能量由光强决定，光强大，每份光子的能量一定大 C．光子的能量由光频率决定，其能量与它的频率成正比《波粒二象性》-单元测试题
光学 波粒二象性 练习题
光的波粒二象性
波粒二象性知识点总结讲解
对波粒二象性的理解
光电效应光的波粒二象性练习题