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高考物理一轮复习第十二单元波粒二象性和原子物理第1讲波粒二象性学案新人教版

波粒二象性

一、考情分析

1．从近几年高考试题来看,高考对本章内容的考查涉及的考点较多,具有不确定性．考题可能根据某一考点命题,也可以同时涉及多个考点,题型为选择题的几率很高,很少出现计算题．

2．从整体命题趋势上看,高考对本部分的命题基本会保持原有命题思路,仍将以光电效应、能级跃迁、核反应方程、核能的分析与计算为命题重点,在复习中应多加关注．

二、知识特点

1．本单元内容是近代物理的基础知识,比较抽象,难于理解,但高考要求以识记为主．2．本单元知识线索:

(1)以光电效应的发现为主线把爱因斯坦的光电效应方程、光的波粒二象性、物质波等内容串联起来．

(2)以汤姆孙发现电子为主线把原子的核式结构、玻尔的原子理论、能级等内容串联起来．

(3)以天然放射性现象的发现为主线把原子核的组成、衰变、探测射线的方法、放射性的应用与防护、核反应、核能、裂变、轻核的聚变等内容串联起来．

三、复习方法

1．全面复习．根据考纲要求,全面复习本单元的知识点,做到不遗漏考点．

2．重点突出．对重点知识如光电效应、能级跃迁、衰变、质量亏损、结合能等要深入理解,加强练习,熟练解决各种问题．

第1讲波粒二象性

知识点一光电效应

1．光电效应现象:在光的照射下金属中的电子从金属表面逸出的现象,称为光电效应,发射出来的电子称为光电子．

2．光电效应的四个规律 (1)每种金属都有一个极限频率．

(2)光子的最大初动能与入射光的强度无关,只随入射光的频率增大而增大． (3)光照射到金属表面时,光电子的发射几乎是瞬时的． (4)光电流的强度与入射光的强度成正比．

知识点二爱因斯坦光电效应方程

1．光子说

在空间传播的光是不连续的,而是一份一份的,每一份叫做一个光的能量子,简称光子,光子的能量ε＝hν.其中h ＝6.63×10

－34

J·s.(称为普朗克常量)

2．逸出功W 0

使电子脱离某种金属所做功的最小值． 3．最大初动能

发生光电效应时,金属表面上的电子吸收光子后克服原子核的引力逸出时所具有的动能的最大值．

4．爱因斯坦光电效应方程 (1)表达式:E k ＝hν－W 0.

(2)物理意义:金属表面的电子吸收一个光子获得的能量是hν,这些能量的一部分用来克服金属的逸出功W 0,剩下的表现为逸出后光电子的最大初动能E k ＝12

m e v 2

知识点三光的波粒二象性与物质波

1．光的波粒二象性

(1)光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有波动性． (2)光电效应说明光具有粒子性．

(3)光既具有波动性,又具有粒子性,称为光的波粒二象性．

2．物质波

(1)概率波

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．

(2)物质波

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λ＝h

,p为运动物体的动量,h为普朗克常量．

1．思考判断

(1)只要光照射的时间足够长,任何金属都能产生光电效应．( ×)

(2)光电子就是光子．( ×)

(3)极限频率越大的金属材料逸出功越大．( √)

(4)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．( ×)

(5)入射光的频率越大,逸出功越大．( ×)

(6)光电效应说明了光具有粒子性,证明光的波动说是错误的．( ×)

2.(多选)如图所示,用导线把验电器与锌板相连接,当用紫外线照射锌板时,发生的现象是( BC )

A．有光子从锌板逸出

B．有电子从锌板逸出

C．验电器指针张开一个角度

D．锌板带负电

解析:用紫外线照射锌板是能够发生光电效应的,锌板上的电子吸收紫外线的能量从锌板表面逸出,称之为光电子,故选项A错误,B正确；锌板与验电器相连,带有相同电性的电荷,锌板失去电子应该带正电,且失去电子越多,带正电的电荷量越多,验电器指针张角越大,故选项C正确,D错误．

3．(多选)在光电效应实验中,用频率为ν的光照射光电管阴极,发生了光电效应,下列说法正确的是( AD )

A ．增大入射光的强度,光电流增大

B ．减小入射光的强度,光电效应现象消失

C ．改用频率小于ν的光照射,一定不发生光电效应

D ．改用频率大于ν的光照射,光电子的最大初动能变大

解析:增大入射光强度,单位时间内照射到单位面积上的光子数增加,则光电流将增大,故选项A 正确；光电效应是否发生取决于入射光的频率,而与入射光强度无关,故选项B 错误；用频率为ν的光照射光电管阴极,发生光电效应,用频率小于ν的光照射时,若光的频率仍大于极限频率,则仍会发生光电效应,选项C 错误；根据hν－W 逸＝12mv 2

可知,增大入射光频率,

光电子的最大初动能也增大,故选项D 正确．

4．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( B )

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

解析:同一种单色光照射不同的金属,入射光的频率和光子能量一定相同,金属逸出功不同,根据光电效应方程E km ＝hν－W 0知,最大初动能不同,则遏止电压不同；同一种单色光照射,入射光的强度相同,所以饱和光电流相同．故选项B 正确．

5．(多选)下列对光的波粒二象性的说法正确的是( ABD ) A ．光子不仅具有能量,也具有动量

B ．光的波粒二象性指光有时表现为波动性,有时表现为粒子性

C ．运动的实物粒子也有波动性,波长与粒子动量的关系为λ＝p h

D ．光波和物质波,本质上都是概率波

解析:光电效应表明光子具有能量,康普顿效应表明光子除了具有能量之外还具有动量,选项A 正确；波粒二象性指光有时表现为波动性,有时表现为粒子性,选项B 正确；物质波的波长与粒子动量的关系应为λ＝h p

,选项C 错误；光波中的光子和物质波中的实物粒子在空间出现的概率满足波动规律,因此二者均为概率波,选项D 正确．

考点1 光电效应现象及规律

1．光电效应的概念和规律

(1)爱因斯坦光电效应方程E k＝hν－W0.

(2)光电子的最大初动能E k可以利用光电管用实验的方法测得,即E k＝eU c,其中U c是遏止电压．

(3)光电效应方程中的W0为逸出功,它与极限频率νc的关系是W0＝hνc.

2．对光电效应实验规律的解释

对应规律对规律的产生的解释

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

光电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,动能立刻增大,不需要能量积累的过程

光较强时饱和电流大

光较强时,包含的光子数较多,照射金属时产

生的光电子较多,因而饱和电流较大(2019·北京卷)光电管是一种利用光照射产生电流的装置,当入射

光照在管中金属板上时,可能形成光电流．表中给出了6次实验的结果.

组次

入射光子

的能量/eV

相对光强

光电流

大小/mA

逸出光电子的

最大动能/eV

第一组1

4.0

4．0

弱

中

强

0.9

0．9

第二组

6.0

6．0

弱

中

强

2.9

2．9

2．9 A．两组实验采用了不同频率的入射光

B．两组实验所用的金属板材质不同

C．若入射光子的能量为5.0 eV,逸出光电子的最大动能为1.9 eV

D．若入射光子的能量为5.0 eV,相对光强越强,光电流越大

【解析】本题考查光电效应问题．入射光子的能量E＝hν,其中h为普朗克常量,ν为入射光子的频率．由图表数据可知,两组实验入射光子的能量E不同,所以入射光子的频率ν不相同,故A正确；爱因斯坦的光电效应方程为E km＝hν－W0,其中W0为被照射金属的逸出功,其大小取决于金属的材质．由第一组数据可知0.9 eV＝4.0 eV－W1,解得W1＝3.1 eV；由第二组数据可知2.9 eV＝6.0 eV－W2,解得W2＝3.1 eV,由于W1＝W2,所以两组实验所用的金属板的性质相同,即金属板的材质相同,故B错误；根据光电效应方程E km＝hν－W0可知,若入射光子的能量为5.0 eV,则逸出光电子的最大动能为E km＝5.0 eV－3.1 eV＝1.9 eV,故C正确；光电流的大小取决于相对光强,相对光强越强,光电流越大,故D正确．本题选不正确的,故B符合题意．

【答案】 B

高分技法

光电效应的两条线索:

1．用光电管进行光电效应实验时,分别用频率不同的单色光照射到同种金属上．下列说法正确的是( C )

A．频率较小的入射光,需要经过足够长的时间照射才能发生光电效应

B．入射光的频率越大,金属的极限频率就越大

C．入射光的频率越大,遏止电压就越大

D．入射光的强度越大,光电子的最大初动能就越大

解析:本题考查光电效应的规律和特点．只要入射光的频率低于金属的极限频率,无论照射时间多长,无论光的强度多大,都不会发生光电效应,故A错误；金属材料的极限频率与金属本身有关,与入射光的频率无关,故B错误；根据eU c＝hν－W0可知,入射光的频率越大,遏止电

压就越大,故C正确；根据爱因斯坦光电效应方程E k＝hν－W0可知,光电子的最大初动能随照射光的频率增大而增大,与光照强度无关,故D错误．

2．用光子能量为2.49 eV的蓝光分别照射甲、乙两种金属表面,甲金属的逸出功W1＝1.90 eV,乙金属的逸出功W2＝2.25 eV.由实验可以测得两种金属相应的遏止电压．则( C ) A．甲金属的截止频率比乙金属的大

B．甲金属逸出的光电子最大初动能比乙的小

C．甲的遏止电压比乙的大

D．用紫光分别照射到甲、乙两种金属表面上,不会有光电子逸出

解析:本题考查光电效应方程的应用．由于W1

考点2 光电效应的图象

图象名称图线形状由图线直接(间接)得到的物

理量

最大初动能E k与入射光频率ν的关系图线①极限频率:图线与ν轴交点的横坐标νc

②逸出功:图线与E k轴交点的纵坐标的值的绝对值W0＝|－E|＝E

③普朗克常量:图线的斜率k ＝h

颜色相同、强度不同的光,光电流与电压的关系①遏止电压U c:图线与横轴的交点的横坐标

②饱和光电流I m:光电流的最大值

③最大初动能:E k＝eU c

颜色不同时,光电流与电压的

关系①遏止电压U c1、U c2

②饱和光电流

③最大初动能E k1＝eU c1,E k2＝

eU c2

遏止电压U c与入射光频率ν

的关系图线

①极限频率νc:图线与横轴

的交点的横坐标

②遏止电压U c:随入射光频率

的增大而增大

③普朗克常量h:等于图线的

斜率与电子电荷量的乘积,即

h＝ke(注:此时两极之间接反

向电压)

题型1 E k-ν图象

在研究甲、乙两种金属发生光电效应现象的实验中,光电子的最大初动能E k与入射光频率ν的关系如图所示,则下列说法正确的是( )

A．两条图线与横轴的夹角α和β一定不相等

B．若增大入射光频率ν,则所需的遏止电压U c将增大

C．某一频率的光可以使乙金属发生光电效应,则不一定能使甲金属发生光电效应

D．若不改变入射光频率ν,而增加入射光的强度,则光电子的最大初动能E k将增大

【解析】根据爱因斯坦光电效应方程E k＝hν－W0,可知光电子的最大初动能E k与入射光频率ν的关系图象的斜率k＝h,所以两条图线的斜率一定相等,α和β一定相等,选项A 错误；由E k＝hν－W0可知,若增大入射光的频率ν,则产生的光电子的最大初动能增大．由eU c ＝E k,可知若增大入射光频率ν,则所需的遏止电压U c将增大,选项B正确；光电子的最大初动能E k与入射光频率ν的关系图象与横轴的截距等于金属的逸出功W0与普朗克常量h的比值,由图象可知甲的逸出功较小,因此某一频率的光可以使乙金属发生光电效应,则一定能使甲金属发生光电效应,选项C错误；根据光电效应规律,若不改变入射光频率ν,而增加入射光的强度,则光电子的最大初动能不变,选项D错误．

【答案】 B

题型2 I-U图象

用如图甲所示的电路研究光电效应中光电流强度与照射光的强弱、频率等物理量的关系．图中A、K两极间的电压大小可调,电源的正负极也可以对调,分别用a、b、c三束单色光照射光电管阴极,调节A、K间的电压U,得到光电流I与电压U的关系如图乙所示,由图可知( )

A．单色光a的频率高于单色光c的频率

B．单色光a的频率低于单色光b的频率

C．单色光a和c的频率相同,但a更弱些

D．单色光a和b的频率相同,但a更强些

【解析】本题考查光电效应的图象问题．根据E k＝eU c和光电效应方程E k＝hν－W0可知,eU c＝hν－W0,当a、b、c三束单色光照射光电管阴极时有U c1>U c2,则νb>νa＝νc,又由于a 光照射时的饱和光电流大于c光照射时的饱和光电流,故a光更强些,B正确,A、C、D错误．【答案】 B

题型3 U c-ν图象

从1907年起,密立根就开始测量金属的遏止电压U c(即图1所示的电路中电流表G的读数减小到零时加在电极K、A之间的反向电压)与入射光的频率ν,由此算出普朗克常量h,并与普朗克根据黑体辐射得出的h相比较,以检验爱因斯坦光电效应方程的正确性．按照密立根的方法我们利用图示装置进行实验,得到了某金属的U c－ν图象如图2所示．下列说法正确的是( )

A ．该金属的截止频率约为4.27×1014

Hz B ．该金属的截止频率约为5.50×1014 Hz C ．该图线的斜率为普朗克常量 D ．该图线的斜率为这种金属的逸出功

【解析】光电子的最大初动能E k 与遏止电压U c 的关系是E k ＝eU c ,根据爱因斯坦光电效应方程E k ＝hν－W 0,联立两式可得U c ＝h

e ν－W 0e

,对照某金属的U c －ν图象,可知某金属的U c －

ν图象斜率k ＝h

,选项C 、D 错误；当U c ＝0时,对应的频率νc 即为截止频率,从图象上可看

出,νc ＝4.27×1014

Hz,即金属的截止频率约为4.27×1014

Hz,选项A 正确,B 错误．

【答案】 A

考点3 光的波粒二象性物质波

1．对光的粒子性和波动性的理解:

项目

内容

说明

光的粒子性

(1)当光同物质发生作用时,

这种作用是“一份一份”进行的,表现出粒子性． (2)少量或个别光子容易显示

粒子的含义是“不连续的”“一份一份的”,光的粒子即光子

出光的粒子性

光的

波动性

(1)足够能量的光在传播时,

表现出波动的性质．

(2)光是一种概率波,即光子

在空间各点出现的可能性大

小(概率)可用波动规律来描

述

光的波动性是光子本身的一

种属性,不是光子之间相互作

用产生的,光的波动性不同于

宏观概念的波

波和粒子

的对立与

统一

宏观世界:波和粒子是相互对立的概念

微观世界:波和粒子是统一的．光子说并未否定波动性,光子

能量E＝hν＝

,其中,ν和λ就是描述波的两个物理量

(1)定义:任何运动着的物体都有一种波与之对应,这种波叫做物质波,也叫德布罗意波．

(2)物质波的波长:λ＝

＝

,h是普朗克常量．

(3)德布罗意波也是概率波,衍射图样中的亮圆是电子落点概率大的地方,但概率的大小受波动规律的支配．

1．下列有关光的波粒二象性的说法中,正确的是( C )

A．有的光是波,有的光是粒子

B．光子与电子是同样的一种粒子

C．光的波长越长,其波动性越显著；波长越短,其粒子性越显著

D．大量光子的行为往往显示出粒子性

解析:光既有波动性又有粒子性,故A项错误；光子不带电,没有静止质量,而电子带负电,有质量,故B项错误；光的波长越长,其波动性越显著,波长越短,其粒子性越显著,故C项正确；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,故D项错误．2．(多选)1927年戴维孙和汤姆孙分别完成了电子衍射实验,该实验是荣获诺贝尔奖的近代重大物理实验之一．如图所示是该实验装置的简化图,下列说法正确的是( ABD )

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

3．物理学家做了一个有趣的双缝干涉实验:在光屏处放上照相用的底片,若减弱光的强度,使光子只能一个一个地通过狭缝．实验结果表明,如果曝光时间不太长,底片上只能出现一些不规则的点；如果曝光时间足够长,底片上就会出现规则的干涉条纹,实验底片如下图所示．对这个实验结果有下列认识,其中正确的是( D )

A．曝光时间不太长时,底片上只能出现一些不规则的点,表现出光的波动性

B．单个光子通过双缝后的落点可以预测

C．只有大量光子的行为才能表现出光的粒子性

D．干涉条纹中明亮的部分是光子到达概率较大的地方

解析:根据爱因斯坦的“光子说”可知,单个光子表现为粒子性,而大量光子表现为波动性,所以曝光时间不太长时,底片上只能出现一些不规则的点,说明了单个光子表现为粒子性,故A错误；光子的粒子性并非宏观实物粒子的粒子性,故单个光子通过双缝后的落点无法预测,故B错误；如果曝光时间足够长,底片上就会出现规则的干涉条纹,说明了大量光子表现为波动性,故C错误；光子到达概率大的区域表现为亮条纹,而光子到达概率小的区域表现为暗条纹,故D正确．

高中物理第十七章波粒二象性 4 概率波学案新人教版选修3-5

4 概率波 1．经典的粒子和经典的波 (1)经典的粒子 ①有一定的空间大小，有一定的质量，有的带有电荷。 ②遵守牛顿运动定律，能确定其在以后任意时刻的位置和速度，能确定在空间的运动轨迹。 (2)经典的波 ①经典的波是在空间弥散开来的，其特征是具有波长和频率，即具有时空的周期性。 ②只是某种运动形式的传播，不具有物质性。【例1】下列说法正确的是( ) A．惠更斯提出的光的波动说与麦克斯韦的光的电磁说都是说光是一种波，其本质是相同的 B．牛顿提出的光的微粒说与爱因斯坦的光子说都是说光是一份一份不连续的，其实质是相同的 C．惠更斯的波动说与牛顿的微粒说也是说光具有波粒二象性 D．爱因斯坦的光子说与麦克斯韦的光的电磁说揭示了光既具有波动性又具有粒子性解析：惠更斯提出的波动说和麦克斯韦的电磁说有着本质的不同，前者仍将光看做机械波，认为光在太空中是借助一种特殊介质“以太”传播的，而后者说光波只是电磁波而不是机械波，可以不借助于任何介质而传播，A选项错误。牛顿提出的微粒说和爱因斯坦的光子说也是有本质区别的，前者认为光是由一个个特殊的实物粒子构成的，而爱因斯坦提出的光子不是像宏观粒子那样有一定形状和体积的实物粒子，它只强调光的不连续性。光是由一份一份组成的，B选项错误。惠更斯的波动说和牛顿的微粒说都是以宏观物体为模型提出的，是对立的、不统一的，C选项错误。据光的波粒二象性知，D选项正确。答案：D 释疑点波粒二象性要正确理解光的波粒二象性的含义，不能把宏观的“波”与“粒子”的概念与微观的“波”与“粒子”的概念混淆，要注意建立微观领域的认识，逐步建立起一个全新的微观世界的模型，从而正确地理解波粒二象性的含义。 2．概率波 (1)光波是一种概率波光的波动性不是光子之间相互作用引起的而是光子自身固有的性质，光子在空间出现的概率可以通过波动的规律来确定，所以光波是一种概率波。 (2)物质波也是概率波电子和其他微观粒子同样具有波粒二象性，所以与它们相联系的物质波也是概率波。【例2】下列说法正确的是( ) A．光波是一种概率波 B．光波是一种电磁波 C．单色光从光密介质进入光疏介质时，光子的能量改变 D．光从光密介质进入光疏介质时，光的波长不变解析：光具有波粒二象性，既具有波动性，又具有粒子性，光在空间各点出现的可能性的大小(概率)，可以用波动规律来描述，因而光是一种概率波，故A选项正确。而由光的电磁说可知光是一种电磁波，故B选项正确。当波从一种介质进入另一种不同折射率的介质中时，光的频率不变，而光子的能量ε＝hν，取决于频率，故C选项错。但由于介质不同，因而光的传播速度就不相同，由波长、波速和频率的关系可知，光波的波长也就相应地发生变化，故D选项错。答案：AB

波粒二象性知识点教学教材

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

(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——

18届高考物理一轮复习专题光电效应波粒二象性导学案2

光电效应波粒二象性知识梳理知识点一、光电效应 1．定义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．光电子光电效应中发射出来的电子。 3．研究光电效应的电路图(如图1)：图1 其中A是阳极。K是阴极。 4．光电效应规律 (1)每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，只随入射光频率的增大而增大。 (3)光电效应的发生几乎是瞬时的，一般不超过10－9s。 (4)当入射光的频率大于极限频率时，饱和光电流的强度与入射光的强度成正比。知识点二、爱因斯坦光电效应方程 1．光子说在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光的能量子，简称光子，光子的能量ε＝hν。其中h＝6.63×10－34J·s。(称为普朗克常量) 2．逸出功W0 使电子脱离某种金属所做功的最小值。 3．最大初动能发生光电效应时，金属表面上的电子吸收光子后克服原子核的引力逸出时所具有的动能的最大值。

4．遏止电压与截止频率 (1)遏止电压：使光电流减小到零的反向电压U c 。 (2)截止频率：能使某种金属发生光电效应的最小频率叫做该种金属的截止频率(又叫极限频率)。不同的金属对应着不同的极限频率。 5．爱因斯坦光电效应方程 (1)表达式：E k ＝h ν－W 0。 (2)物理意义：金属表面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W 0，剩下的表现为逸出后光电子的最大初动能E k ＝12m e v 2。知识点三、光的波粒二象性与物质波 1．光的波粒二象性 (1)光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有波动性。 (2)光电效应说明光具有粒子性。 (3)光既具有波动性，又具有粒子性，称为光的波粒二象性。 2．物质波 (1)概率波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。 (2)物质波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λ＝h p ，p 为运动物体的动量，h 为普朗克常量。考点精练考点一光电效应现象和光电效应方程的应用 1．对光电效应的四点提醒 (1)能否发生光电效应，不取决于光的强度而取决于光的频率。 (2)光电效应中的“光”不是特指可见光，也包括不可见光。 (3)逸出功的大小由金属本身决定，与入射光无关。 (4)光电子不是光子，而是电子。 2．两条对应关系 (1)光强大→光子数目多→发射光电子多→光电流大；

2019届高中物理第十七章波粒二象性第3节粒子的波动性讲义含解析

粒子的波动性 1．光的波粒二象性光既具有波动性，又具有粒子性，即光具有波粒二象性。2．光子的能量和动量 (1)能量：ε＝hν。 (2)动量：p＝h λ 。 (3)意义：能量ε和动量p是描述物质的粒子性的重要物理量；波长λ和频率ν是描述物质的波动性的典型物理量。因此ε＝hν和p＝h λ 揭示了光的粒子性和波动性之间的密切关系，普朗克常量h架起了粒子性与波动性之间的桥梁。 [辨是非](对的划“√”，错的划“×”) 1．光既具有粒子性，又具有波动性。(√) 2．光的干涉说明光具有波动性，光的多普勒效应说明光具有粒子性。(√) [释疑难·对点练] 对光的波粒二象性的理解 (1)光既表现出波动性又表现出粒子性，要从微观的角度建立光的行为图案，认识光的波粒二象性。

(2)大量光子易显示波动性，而少量光子易显示出粒子性；波长长(频率低)的光波动性强，而波长短(频率高)的光粒子性强。 (3)要明确光的波动性和粒子性在不同现象中的分析方法。 [试身手] 1．(多选)对光的认识，以下说法中正确的是( ) A ．个别光子的行为易表现为粒子性，大量光子的行为易表现为波动性 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，就不具有粒子性了，光表现出粒子性时，就不具有波动性了 D ．光的波粒二象性应理解为：在某种场合下光的波动性表现明显，在另外某种场合下，光的粒子性表现明显解析：选ABD 个别光子的行为易表现为粒子性，大量光子的行为易表现为波动性。光与物质相互作用，表现为粒子性，光的传播表现为波动性，光的波动性与粒子性都是光的本质属性，故A 、B 、D 正确。 1．粒子的波动性 (1)德布罗意波：每一个运动的粒子都与一个对应的波相联系，这种与实物粒子相联系的波称为德布罗意波，也叫物质波。 (2)物质波的波长、频率关系式：波长：λ＝h p ；频率：ν＝ε h 。 2．物质波的实验验证 (1)实验探究思路：干涉、衍射是波特有的现象，如果实物粒子具有波动性，则在一定条件下，也应该发生干涉或衍射现象。 (2)实验验证： 1927年戴维孙和汤姆孙分别利用晶体做了电子束衍射实验，得到了电子的衍射图样，证实了电子的波动性。 (3)说明： ①人们陆续证实了质子、中子以及原子、分子的波动性，对于这些粒子，德布罗意给出的ν＝εh 和λ＝h p 关系同样正确； ②宏观物体的质量比微观粒子的质量大得多，运动时的动量很大，对应的德布罗意波的

第二章波粒二象性第五节德布罗意波学案

第二章波粒二象性第五节德布罗意波学案〖学习目标〗 1、知道什么是德布罗意波，了解德布罗意波长与实物粒子的动量的关系； 2、知道实物粒子和光子一样具有波粒二象性； 3、了解不确定性关系. 〖学习难点〗对德布罗意波的理解〖自主学习〗一、德布罗意波假说及实验验证 1、德布罗意波任何一个实物粒子都和一个相对应，这种与实物粒子相联系的波称为德布罗意波，也叫做。 2、物质波的波长、频率关系式：λ= 和v= 3、实验验证：1927年带戴维孙和汤姆生分别利用晶体做了的实验，得到了电子的，证实了电子的波动性。二、不确定性关系以△x 表示微观粒子位置的，以△p 表示微观粒子的不确定性，那么△x △p ≥h/4π，式中h 式普朗克常量。【重难点阐释】一、说明：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=λh 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。二、德布罗意波（物质波）德布罗意(due de Broglie, 1892-1960)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=λh 其中p ：运动物体的动量 h ：普朗克常量 1、德布罗意波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。

人教版高中物理选修3-5第17章《光的波粒二象性》知识点总结

第十七章：波粒二象性一、黑体辐射规律 1、黑体：只吸收外来电磁波而不反射的理想物体 2、黑体辐射的特点黑体的辐射强度按波长分布只与温度有关，与物体的材料和表面形状无关（一般物体的辐射强度按波长分布除与温度有关外，还与物体的材料、表面形状有关）； 3、黑体辐射规律： ① 随着温度的升高，任意波长的辐射强度都加强 ② 随着温度的升高，辐射强度的极大值向着波长减小的方向进行； 4、普朗克的量子说：透过黑体辐射规律，普朗克认为：电磁皮的辐射和吸收，是不连续的，而是一份一份地进行的，每份叫一个能量子，能量为γεh =。爱因斯坦受其启发，提出了光子说：光的传播和吸收也是一份一份地进行的，每一份叫一个光子，其能量为νεh = 二、光电效应：说明了光具有粒子性，同时说明了光子具有能量 1、光电效应现象紫外光照射锌板，锌板的电子获得足够的光子能量，挣脱金属正离子引力，脱离锌板成为光电子；锌板因失去电子而带上正电，于是与锌板相连的验电器也带上正电，金属箔张开。 2、实验原理电路图

3、规律： ① 存在饱和电流饱和电流：在光电管两端加正向电压时，单位时间到达阳极A 的光电子数增多，光电流越大；但当逸出的光电子全部到达阳极后，再增加正向电压，光电流就达到最大饱和值，称为饱和电流。 ② 存在遏止电压在光电管两端加反向电压时，单位时间内到达阳极A 的光电子数减少，光电流减小；当反射电压达到某一值U C 时，光电流减小为零，U C 就叫“遏止电压”。 ③ 存在截止频率 a 、截止频率的定义：任何一种金属都有一个极限频率ν0，入射光的频率低于 “极限频率”ν0时，无论入射光多强，都不能发生光电效应，这个极限频率称为截止频率。 b 、“逸出功”定义：电子从金属表面脱离金属所需克服金属正离子的引力所做的最小功。要发生光电效应，入射光的能量（h ν）要大于 “逸出功（W ）” 即： 00W hv = ④ 光电效应的“瞬时性”——因光电效应发生的时间，即为一个光子与一个电子能量交换的时间，所以不管光强度如何，发生光电效应的时间极短，不超过10-9 s 。 4、爱因斯坦的光电效应方程：光电子的最大初动能等于入射光光子的能量减逸出功即：W h E K -=ν 可见“光电子的最大初动能”与入射光的强度无关，只与入射光频率有关，图象如下图

(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

新人教版(新教材)学案：高中第4章原子结构和波粒二象性章末综合提升学案选择性必修3(物理)

[巩固层·知识整合] [提升层·能力强化] 光电效应规律及其应用算。求解光电效应问题的关键在于掌握光电效应规律，明确各概念之间的决定关系，准确把握它们的内在联系。 1．决定关系及联系 2．“光电子的动能”可以是介于0～E km的任意值，只有从金属表面逸出的光电子才具有最大初动能，且随入射光频率增大而增大。 3．光电效应是单个光子和单个电子之间的相互作用产生的，金属中的某个电子只能吸收一个光子的能量，只有当电子吸收的能量足够克服原子核的引力而逸出时，才能产生光电效应。 4．入射光强度指的是单位时间内入射到金属表面单位面积上的光子的总能量，在入射光频率ν不变时，光强正比于单位时间内照到金属表面单位面积上的光子数，但若入射光频率不同，即使光强相同，单位时间内照到金属表面单位面积上的光子数也不相同，因而从金属表面逸出的光电子数也不相同(形成的光电流也不相同)。

【例1】(多选)如图所示是现代化工业生产中部分光电控制设备用到的光控继电器的示意图，它由电源、光电管、放大器等几部分组成。当用绿光照射图中光电管阴极K时，可发生光电效应，则以下说法中正确的是( ) A．增大绿光的照射强度，光电子的最大初动能增大 B．增大绿光的照射强度，电路中的光电流增大 C．改用比绿光波长大的光照射光电管阴极K时，电路中一定有光电流 D．改用比绿光频率大的光照射光电管阴极K时，电路中一定有光电流思路点拨：(1)入射光频率越大，光电子最大初动能越大。 (2)在能够发生光电效应时，光照强弱对应光电流的大小。 BD [光电子的最大初动能由入射光的频率决定，选项A错误；增大绿光的照射强度，单位时间内入射的光子数增多，所以光电流增大，选项B正确；改用比绿光波长更大的光照射时，该光的频率不一定满足发生光电效应的条件，选项C错误；若改用频率比绿光大的光照射，一定能发生光电效应，选项D正确。] [一语通关] (1)某种色光强度的改变决定单位时间入射光子数目改变，光子能量不变。 (2)光电效应中光电子的最大初动能与入射光频率和金属材料有关，与光的强度无关。两个重要的物理思想方法如图所示，人们对原子结构的认识经历了几个不同的阶段，其中有汤姆孙模型、卢瑟福模型、玻尔模型、电子云模型。

高二物理讲义7波粒二象性(学生版)

波粒二象性 18年高考考纲要求：主题内容要求说明光电效应Ⅰ 波粒二象性爱因斯坦光电效应方程Ⅰ Ⅰ.对所列知识要知道其内容及含义，并能在有关问题中识别和直接使用。与课程标准中的“了解” 和“认识”相当。一、能量量子化 1.黑体和黑体辐射 1.热辐射：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。eg：太阳、白炽灯中光的发射注：物体在吸收电磁波的同时会反射电磁波，另外还会向外辐射电磁波。（除光源外，我们所看到的物体的颜色就是反射光所致） 2.黑体：物体可以完全吸收入射到其表面的各种波长的电磁波而不发生反射，这种物体就叫做绝对黑体，简称黑体。 3.理解：（1）热辐射除了与温度有关之外，还与材料的种类以及表面状况有关；黑体的辐射只温度有关。（2）黑体是一个理想模型。比如，在空腔壁上开一个小孔，射入小孔的电磁波在空腔内发生多次反射和吸收，最终不能射出空腔，这个小孔就视为绝对黑体。（3）黑体不一定是黑色的，黑体自身可以有较强的辐射，看起来还会很明亮，如炼钢炉上的小孔。另，太阳、白炽灯丝也可以视为黑体来处理。 4.黑体辐射的实验规律实验装置

实验中将开有小孔的空腔视为黑体，使其恒温，测量从小孔中辐射出来的电磁波强度按波长的分布情况。实验规律： 1）随着温度的升高，黑体的辐射强度都有增加； 2 ）随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短方向移动。实验经历： 1 ）维恩根据经典热力学得出一个半经验公式：维恩公式维恩公式在短波部分与实验结果吻合得很好，但长波却不行2）瑞利和琼斯用能量均分定理和电磁理论得出瑞利—琼斯公式瑞利—琼斯公式在长波部分与实验结果比较吻合。但在紫外区竟算得单色辐射度为无穷大—所谓的“紫外灾难” 3）1900年德国物理学家普朗克在维恩位移定律和瑞利--琼斯公式之间用内插法建立了一个普遍公式——普朗克公式 A.黑体只吸收电磁波，不反射电磁波，看上去是黑的 B.黑体辐射电磁波的强度按波长的分布除与黑体的温度有关外，还与材料的种类及表面状况有关 C.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，与材料的种类及表面状况无关 D.如果在一个空腔壁上开一个很小的孔，射入小孔的电磁波在空腔内表面经多次反射和吸收，最终不能从小孔射出，这个空腔就成了一个黑体对黑体的认识，下列说法正确的是（） 1 A. B. C. D.下列描绘两种温度下黑体辐射强度与波长关系的图中，符合黑体辐射实验规律的是（） 2

高中物理教科版选修3-5 4.3 光的波粒二象性学案

3光的波粒二象性一、康普顿效应 1．光的散射光子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．康普顿效应美国物理学家康普顿在研究石墨对X射线的散射时，发现在散射的X射线中，除了与入射波长λ0相同的成分外，还有波长大于λ0的成分，这个现象称为康普顿效应． 3．康普顿效应的意义康普顿效应表明光子除了具有能量之外，还具有动量，深入揭示了光的粒子性的一面． 4．光子的动量 (1)表达式：p＝h λ. (2)说明：在康普顿效应中，入射光子与晶体中电子碰撞时，把一部分动量转移给电子，光子的动量变小．因此，有些光子散射后波

长变大．二、光的波粒二象性 1．光的波粒二象性 (1)光的干涉和衍射现象说明光具有波动性，光电效应和康普顿效应说明光具有粒子性． (2)光子的能量ε＝hν，光子的动量p＝h λ. (3)光子既有粒子的特征，又有波的特征；即光具有波粒二象性． 2．对光的波粒二象性的理解 (1)大量光子产生的效果显示出波动性；个别光子产生的效果显示出粒子性． (2)光子的能量与其对应的频率成正比，而频率是描述波动性特征的物理量，因此ε＝hν揭示了光的粒子性和波动性之间的密切联系． (3)频率低、波长长的光，波动性特征显著，而频率高、波长短的光，粒子性特征显著． (4)光在传播时体现出波动性，在与其他物质相互作用时体现出粒子性．光的粒子性和波动性组成一个有机的统一体．三、光是一种概率波在双缝干涉实验中，屏上亮纹的地方，是光子到达概率大的地方，暗纹的地方是光子到达概率小的地方．所以光波是一种概率波．即光波在某处的强度代表着光子在该处出现概率的大小．在生活中我们会拍很多照片，通常我们都认为，这是由人和景物发出或反射的光波经过照相机的镜头聚焦在底片上形成的．实际上照片上的图像也是由光子撞击底片，使上面的感光材料发生化学反应形成的．下图是用不同曝光量洗印的照片，请你根据自己对光的理解作出说明．

第十七章波粒二象性复习教案

第十七章波粒二象性复习教案 17.1 能量量子化知识与技能（1）了解什么是热辐射及热辐射的特性，了解黑体与黑体辐射。（2）了解黑体辐射的实验规律，了解黑体热辐射的强度与波长的关系。（3）了解能量子的概念。教学重点：能量子的概念教学难点：黑体辐射的实验规律教学过程： 1、黑体与黑体辐射（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）黑体概念：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。 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。提出1：怎样解释黑体辐射的实验规律呢？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”。（瑞利--金斯线，） 3、能量子： 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： 0 1 2 3 4 6 (μ e 实验结果

量子力学讲义

量子力学的通俗讲座一、粒子和波动我们对粒子和波动的概念来自直接的经验。和粒子有关的经验对象：小到石子大到天上的星星等；和波动有关的经验对象：最常见的例子是水波，还有拨动的琴弦等。但这些还不是物理中所说的模型，物理中所谓粒子和波动是理想化的模型，是我们头脑中抽象的对象。 1.1 粒子的图像在经典物理中，粒子的概念可进一步抽象为：大小可忽略不计的具有质量的对象，即所谓质点。质量在这里是新概念，我们可将其定义为包含物质量的多少，一个西瓜，比西瓜仔的质量大，因为西瓜里包含的物质的量更大。为叙述的简介，我们现在可把粒子等同于质点。要描述一个质点的运动状态，我们需要知道其位置和质量（x,m ），这是一个抽象的数学表达。但我们漏掉了时间，时间也是一个直观的概念，这里我们可把时间描述为一个时钟，我们会发现当指针指到不同位置时，质点的位置可能不同，于是指针的位置就定义了时刻t 。有了时刻 t ，我们对质点的描述就变成了（x,t,m ），由此可定义速度v ，现在我们对质点运动状态的描述是（x,v,t,m ）。在日常经验中我们还有相互作用或所谓力的概念，我们在地球上拎起不同质量物体时肌肉的紧张程度是不同的，或者说弹簧秤拎起不同质量物体时弹簧的拉伸程度是不同的。以上我们对质量、时间、力等的定义都是直观的，是可以操作的。按照以上思路进行研究，最终诞生了牛顿的经典力学。这里我们可简单地用两个公式：F=ma （牛顿第二定律）和 2 GMm F x （万有引力公式）来代表牛顿力学。前者是质点的运动方程，用数学的语言说是一个关于位置x 的二阶微分方程，所以只需要知道初始时刻t=0时的位置x 和速度v 即可求出以后任意时刻t 质点所处的位置，即x(t)，我们称之为轨迹。需要强调的是一旦我们知道t=0时x 和v 的精确值（没任何误差），x(t)的取值也是精确的，即我们得到是对质点未来演化的精确预测，并且这个求解对t<0也精确成立，这意味着我们还可精确地反演质点的历史。这些结论都是由数学理论严格保证的，即轨迹是一根理想的线。经典的多粒子系统

我对波粒二象性的理解

我对波粒二象性的理解基本介绍：波粒二象性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。在经典力学中，研究对象总是被明确区分为两类：波和粒子。前者的典型例子是光，后者则组成了人们常说的“物质”。1905年，爱因斯坦提出了光电效应的光量子解释，人们开始意识到光波同时具有波和粒子的双重性质。 1924年，德布罗意提出“物质波”假说，认为和光一样，一切物质都具有波粒二象性。发展历史：人们认为大多数的物质是由粒子所组成。而与此同时，波被认为是物质的另一种存在方式。波动理论已经被相当深入地研究，包括干涉和衍射等现象。由于光在托马斯·杨的双缝干涉实验中，以及夫琅和费衍射中所展现的特性，明显地说明它是一种波动。不过在二十世纪来临之时，这个观点面临了一些挑战。1905年由阿尔伯特·爱因斯坦研究的光电效应展示了光粒子性的一面。随后，电子衍射被预言和证实了。这又展现了原来被认为是粒子的电子波动性的一面。这个波与粒子的困扰终于在二十世纪初由量子力学的建立所解决，即所谓波粒二象性。它提供了一个理论框架，使得任何物质在一定的环境下都能够表现出这两种性质。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，即，它们能够像波一样互相干涉和衍射。同时，波函数也被解释为描述粒子出现在特定位置的几率幅。这样，粒子性和波动性就统一在同一个解释中。早期理论：最早的综合光理论是由惠更斯所发展的，他提出减了一个光的波动理论，解释了光波如何形成波前，直线传播。该理论也能很好地解释折射现象。但是，该理论在另一些方面遇见了困难。因而它很快就被牛顿的粒子理论所超越。牛顿认为光是由微小粒子所组成，这样他能够很自然地解释反射现象。并且，他也能稍显麻烦地解释透镜的折射现象，以及通过三棱镜将阳光分解为彩虹。由于牛顿无与伦比的学术地位，他的理论在一个多世纪内无人敢于挑战，而惠更斯的理论则渐渐为人淡忘。直到十九世纪初衍射现象被发现，光的波动理论才重新得到承认。而光的波动性与粒子性的争论从未平息。效应方程：由于E=hv，这光照射到原子上，其中电子吸收一份能量，从而克服逸出功，逃出原子。电子所具有的动能Ek=hv-Wo,Wo为电子逃出原子所需的逸出功。这就是爱因斯坦的光电效应方程。德布罗意假设：λ=h/p=h/mv （m：质量v：速度h：普朗克常数）这是对爱因斯坦等式的一般化，因为光子的动量为p = E / c（c为真空中的光速），而λ = c / ν。德布罗意的方程三年后通过两个独立的电子散射实验被证实。根据微观粒子波动性发展起来的电子显微镜、电子衍射技术和中子衍射

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，

高中物理3-5第十七章波粒二象性学案

17、1能量量子化：物理学的新纪元【学习目标】 1、了解什么是热辐射及热辐射的特性，了解黑体与黑体辐射 2、了解黑体辐射的实验规律，了解黑体热辐射的强度与波长的关系 3、了解能量子的概念【自主学习】一、黑体与黑体辐射一、黑体与黑体辐射 1．热辐射：周围的一切物体都在辐射电磁波．这种辐射与物体的_____有关，所以叫做热辐射．2．黑体：某种物体能够______吸收入射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．二、黑体辐射的实验规律 1．一般材料的物体，辐射的电磁波除与______有关外，还与材料的种类及表面状况有关．2．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．随着温度的升高，一方面，各种波长的辐射强度都有________．另一方面，辐射强度的极大值向波长较____的方向移动．三、能量子 1．定义：普朗克认为，带电微粒辐射或者吸收能量时，只能辐射或吸收某个最小能量值的________．即：能的辐射或者吸收只能是一份一份的．这个不可再分的最小能量值ε叫做________． 2．能量子大小：ε＝hν，其中ν是电磁波的频率，h称为普朗克常量．h＝_______________J·s，(一般取h＝6.63×10－34 J·s) 3．能量的量子化：在微观世界中能量是量子化的，或者说微观粒子的能量是分立的．这种现象叫能量的量子化．【基础巩固】 1、关于黑体辐射的实验规律叙述正确的有( ) A．随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有增加 B．随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动 C．黑体热辐射的强度与波长无关 D．黑体辐射无任何实验 2、黑体辐射的实验规律如图所示，由图可知( ) A．随温度升高，各种波长的辐射强度都有增加 B．随温度降低，各种波长的辐射强度都有增加 C．随温度升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动 D．随温度降低，辐射强度的极大值向波长较长的方向移动 3、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60 μm，普朗克常量丸：6．63 x10—34J·s，则进人人眼的光子数至少为( ) A．1个B．3个 C .30个D．300个 3、某广播电台发射功率为10kW，在空气中波长为187．5 m的电磁波，试求： (1)该电台每秒钟从天线发射多少个光子? (2)若发射的光子四面八方视为均匀的，求在离天线2．5km处，直径为2m的环状天线每秒接收的光子个数以及接收功率?

(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：

对波粒二象性的理解

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。