2012届高考一轮复习教案：12..3波粒二象性.pdf

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1、1/11 第 3 课时波粒二象性基础知识归纳1.光的本性学说的发展史(1牛顿的微粒说：认为光是高速粒子流，它能解释光的直进、光的反射现象，不能解释光的干涉、衍射现象.FzVCrlDrGb(2惠更斯的波动说：认为光是某种振动，以波的形式向四周传播，它能解释光的干涉、衍射现象，不能解释光电效应、光的直进.FzVCrlDrGb(3麦克斯韦的电磁说：认为光是电磁波，实验依据是电火花实验，证明了光与电磁波在真空中传播速度相等，且都为横波，能够解释光在真空中的传播、光的干涉、衍射，不能解释光电效应.FzVCrlDrGb(4爱因斯坦的光子说：认为光的传播是一份一份的，每一份叫做光子，其能量与频率成正比，即E

2、h，能够解释光电效应、光的直进、光的反射，不能解释光的干涉、衍射.FzVCrlDrGb(5德布罗意的波粒二象性：认为光既有粒子性，又有波动性，个别光子表现粒子性，大量光子表现波动性；光子频率大的粒子性明显，频率小的波动性明显.能够解释所有光现象.FzVCrlDrGb 2.光的电磁说(1内容：光的本质是电磁波.(2意义：光的电磁说说明了光的电磁本质，使人们认识到光波与机械波的本质不同，把光学和电磁学统一起来.FzVCrlDrGb(3依据：光和电磁波的传播都不需要介质；光和电磁波在真空中的传播速度相同，即c3 108 m/s.3.光电效应(1现象：在光的照射下，物体发射电子的现象，叫做光电效应.(

3、2光电效应的规律：任何一种金属都有发生光电效应的极限频率，2/11 入射光的频率必须大于这个频率才能产生光电效应；光电子的最大初动能与入射光的强度无关，随入射光的频率增大而增大；光电效应的产生几乎是瞬时的，一般不超过109s；当入射光的频率大于金属极限频率时，光电流强度与入射光的强度成正比.FzVCrlDrGb(3光子说：在空间传播的光不是连续的，而是一份一份的，每一份称为一个光子，光子的能量与其频率成正比，即Eh.FzVCrlDrGb(4光电效应方程：逸出功：使电子脱离某种金属所做功的最小值，即Wh0；光电效应方程：Ek hW.FzVCrlDrGb 4.康普顿效应(1康普顿效应：即当射线或

4、X 射线打在物质上，与物质中原子的核外电子发生相互作用，作用后产生散射光子和反冲电子的效应；其作用过程为：当入射X(光子和原子内一个轨道电子发生相互作用时，光子损失一部分能量，并改变运动方向(散射光子，电子获得能量而脱离原子(反冲电子，此种作用过程称为康普顿效应.其结果是：产生了次级电子，反冲电子继而将发生电子与物质的相互作用.FzVCrlDrGb(2意义：康普顿效应是验证光的波粒二象性的重要物理实验之一.爱因斯坦光子理论圆满解释了光电效应的实验规律，而康普顿对康普顿效应进行了成功的解释，使光量子说得到了实验的证明，更有力地证明了爱因斯坦光子理论的正确性.FzVCrlDrGb(3康普顿效应的解

5、释：经典解释(电磁波的解释：单色电磁波作用于比波长尺寸小的带电粒子上时，引起受迫振动，向各方向辐射同频率的电磁波.经典理论解释频率不变的一般散射可以，但对康普顿效应不能做出合理解释；光子理论的解释：光子不仅有能量h，而且有动量h/；模型：X 射线光子与静止的自由电子发生弹性碰撞；在碰撞过程中能量、动量守恒.FzVCrlDrGb(4康普顿效应进一步证实了光的粒子性.文档编码:CT7N10G3M10M8 HD4P4T3G2P7 ZP5W10U10F7K4文档编码:CT7N10G3M10M8 HD4P4T3G2P7 ZP5W10U10F7K4文档编码:CT7N10G3M10M8 HD4P4T3G2P

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13、 以光 波 是 一 种概 率波.FzVCrlDrGb 6.光的波粒二象性(1光既具有波动性，又有粒子性；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.FzVCrlDrGb(2光子和电子、质子等实物粒子一样，具有能量和动量.与其他物质相互作用时，粒子性起主导作用；在光的传播过程中，光子在空间各点出现的可能性的多少(概率，由波动性起主导作用.FzVCrlDrGb(3对不同频率的光，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.FzVCrlDrGb 7.不确定关系式4hpx，其中 x 表示粒子位置的不确定量，p 表示粒子在 x方向上的动量的不确定量.不确

14、定关系式表明：(1微观粒子的坐标测得愈准确(x0，动量就愈不准确(p；(2微观粒子的动量测得愈准确(p0，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.FzVCrlDrGb 重点难点突破一、光电效应“光电效应”是光的粒子性的一个重要体现，也是光的本性中一个高考热点，因此在复习过程中：文档编码:CT7N10G3M10M8 HD4P4T3G2P7 ZP5W10U10F7K4文档编码:CT7N10G3M10M8 HD4P4T3G2P7 ZP5W10U10F7K4文档编

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21、4文档编码:CT7N10G3M10M8 HD4P4T3G2P7 ZP5W10U10F7K4文档编码:CT7N10G3M10M8 HD4P4T3G2P7 ZP5W10U10F7K4文档编码:CT7N10G3M10M8 HD4P4T3G2P7 ZP5W10U10F7K4文档编码:CT7N10G3M10M8 HD4P4T3G2P7 ZP5W10U10F7K4文档编码:CT7N10G3M10M8 HD4P4T3G2P7 ZP5W10U10F7K44/11 1.要澄清一些易混淆的概念，如“光子”、“光电子”、“光子的能量”与“光电子的最大初动能”等，这对理解光电效应的规律具有重要意义.FzVCrlDrG

22、b(1“光子”与“光电子”光子 是指光在空间传播时的每一份能量(即能量是不连续的，光子不带电，是微观领域中的一种粒子；而光电子是金属表面受到光照时发射出来的电子，因此其本质就是电子.FzVCrlDrGb(2“光子的能量”与“入射光的强度”光子的能量是一份一份的，每一份的能量为Eh，其大小由光的频率决定；而入射光的强度是指单位时间内入射光中包含光子数的多少，入射光的强度可表示为 Pnh，其中 n 为单位时间内的光子数.FzVCrlDrGb(3“光电子的最大初动能”与“光电子的动能”光照射到金属表面时，电子吸收光子的能量，就可能向各个方向运动，运动过程中要克服原子核和其他原子的阻碍而损失一部分能量

23、，剩余部分能量转化为光电子的初动能.所以金属表面的电子，只需克服原子核的引力做功就能从金属表面逸出，那么这些光电子具有最大初动能，其值为Ekmh W(式中 W为金属的逸出功.而不从金属表面发射的光电子，在逸出的过程中损失的能量会更多，所以此时光电子的动能Ek光波有一定的频率和波长，光子有一定的能量(Eh 和动量(ph/，是个矛盾对立的统一体，彼此含有对方的成分，共存于光的统一体中.Ehhc，phch.事实上，不仅光具有波粒二象性，一切运动的物体都具有波粒二象性，其波长 ph(德布罗意波长.宏观物体的德布罗意波长非常小，很难观察到它们的波动性.FzVCrlDrGb(2只有一个差异：在一定条件下波

24、动性显著，在另一条件下粒子性显著，即我们观察到这对矛盾的主要方面.具体地说就是：光在传播过程中波动性显著，光在与物质作用时粒子性表现显著；大量光子产生的效果显示出波动性，个别光子产生的效果则显示出粒子性.FzVCrlDrGb 频率越低的光，波动性越显著；频率越高的光，粒子性越显著.典例精析1.对光的波粒二象性的正确理解【例 1】关于光的波粒二象性，下列说法正确的是(文档编码:CT7N10G3M10M8 HD4P4T3G2P7 ZP5W10U10F7K4文档编码:CT7N10G3M10M8 HD4P4T3G2P7 ZP5W10U10F7K4文档编码:CT7N10G3M10M8 HD4P4T3G2

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31、T3G2P7 ZP5W10U10F7K4文档编码:CT7N10G3M10M8 HD4P4T3G2P7 ZP5W10U10F7K4文档编码:CT7N10G3M10M8 HD4P4T3G2P7 ZP5W10U10F7K4文档编码:CT7N10G3M10M8 HD4P4T3G2P7 ZP5W10U10F7K4文档编码:CT7N10G3M10M8 HD4P4T3G2P7 ZP5W10U10F7K46/11 A.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粒子性B.光在传播时往往表现出波动性，光跟物质相互作用时往往表现出粒子性C.频率高的光波动性显著，频率低的光粒子性显著D.光既有波

32、动性又有粒子性，说明光既是波又是粒子【解读】光在一定条件下波动性显著，在另一条件下的粒子性显著.大量光子的产生的效果显示波动性，个别光子产生的效果则显示出粒子性，A 对，B对.频率高的光波长短，波动性不明显，C 错.不能将光的波粒二象性理解成光既是波又是粒子，它既不同于宏观概念中的波，也不同于宏观概念的粒子，D错.FzVCrlDrGb【答案】AB【思维提升】波动性和粒子性在宏观领域看起来是相互对立的，但在微观领域，一切微观粒子都具有波粒二象性.【拓展1】如图所示，与锌板相连的验电器的铝箔原来是张开的，现在让弧光灯发出的光经一狭缝后照射到锌板，发现 在 锌板上形成明暗相间的条纹，同时与锌板相连的

33、 验 电器的铝 箔张角 变大，以 上实验 事实 说 明(A FzVCrlDrGb A.光具有波粒二象性B.验电器的铝箔原来带负电C.锌板上亮条纹是平行等宽度的D.若改用激光器发出的红光照射锌板，观察到验电器的铝箔张角则一定会变得更大【解读】当弧光灯发出的紫外线经过狭缝照在锌板上，锌板上形成明暗相间的条纹，发生衍射现象，中心条纹宽度最宽，说明光有波动性；同时与锌板相连的验电器的铝箔张角变大，发生了光电效应，电子飞出，锌板原来带正文档编码:CT7N10G3M10M8 HD4P4T3G2P7 ZP5W10U10F7K4文档编码:CT7N10G3M10M8 HD4P4T3G2P7 ZP5W10U10F

34、7K4文档编码:CT7N10G3M10M8 HD4P4T3G2P7 ZP5W10U10F7K4文档编码:CT7N10G3M10M8 HD4P4T3G2P7 ZP5W10U10F7K4文档编码:CT7N10G3M10M8 HD4P4T3G2P7 ZP5W10U10F7K4文档编码:CT7N10G3M10M8 HD4P4T3G2P7 ZP5W10U10F7K4文档编码:CT7N10G3M10M8 HD4P4T3G2P7 ZP5W10U10F7K4文档编码:CT7N10G3M10M8 HD4P4T3G2P7 ZP5W10U10F7K4文档编码:CT7N10G3M10M8 HD4P4T3G2P7 ZP

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39、档编码:CT7N10G3M10M8 HD4P4T3G2P7 ZP5W10U10F7K4文档编码:CT7N10G3M10M8 HD4P4T3G2P7 ZP5W10U10F7K4文档编码:CT7N10G3M10M8 HD4P4T3G2P7 ZP5W10U10F7K4文档编码:CT7N10G3M10M8 HD4P4T3G2P7 ZP5W10U10F7K4文档编码:CT7N10G3M10M8 HD4P4T3G2P7 ZP5W10U10F7K4文档编码:CT7N10G3M10M8 HD4P4T3G2P7 ZP5W10U10F7K4文档编码:CT7N10G3M10M8 HD4P4T3G2P7 ZP5W10

40、U10F7K4文档编码:CT7N10G3M10M8 HD4P4T3G2P7 ZP5W10U10F7K4文档编码:CT7N10G3M10M8 HD4P4T3G2P7 ZP5W10U10F7K4文档编码:CT7N10G3M10M8 HD4P4T3G2P7 ZP5W10U10F7K4文档编码:CT7N10G3M10M8 HD4P4T3G2P7 ZP5W10U10F7K4文档编码:CT7N10G3M10M8 HD4P4T3G2P7 ZP5W10U10F7K47/11 电，说明光有粒子性.所以 A 正确，B、C 错误.红光的频率小于锌板的极限频率，不能发生光电效应，D 错误.FzVCrlDrGb 2.对

41、光电效应遵循的规律的理解及应用【例 2】对于光电效应的解释，下列选项正确的是(A.金属内每个电子可以吸收一个或一个以上的光子，当它积累的动能足够大时，就能从金属表面逸出B.如果入射光子的能量小于金属表面电子克服原子核的引力逸出时需做的最小功，光电效应便不能发生C.发生光电效应时，入射光越强，光子的能量就越大，光电子的最大初动能也就越大D.由于不同金属的逸出功不同，因此，使不同金属产生光电效应的入射光的最低频率也不相同【解读】同一个电子是不可能实现双光子吸收的，因同一个电子接收两个光子的时间间隔相当长，而金属内电子的碰撞又是极其频繁的.两次碰撞的时间间隔只有1015 s 左右.所以一个电子接收一

42、个光子后如不能立即逃逸出金属表面，它来不及吸收第二个光子，原来吸收的能量就早已消耗殆尽了.可见电子吸收光子的能量不能累加，则A 错.FzVCrlDrGb 不同金属内原子核对电子的束缚程度是不同的，因此电子逃逸出来克服原子束缚力做功不同，若光子的能量Eh小于使金属表面电子克服原子核引力逸出时所做功的最小值，那就不会有光电子逸出，即不会发生光电效应.可见要使某金属发生光电效应，入射光子能量有一个最小值E0h0，这就对应了一个极限频率，则B 对.同时注意到不同的金属逸出功不同，则其产生光电效应的最低频率(即极限频率 不同，则 D 对.FzVCrlDrGb 如果光照射某金属能发生光电效应，那么入射光线

43、越强说明每秒照射到金属表面单位面积上的光子数越多，这时产生的光电子数就越多，光电流就越大，但由于光子的能量是由光的频率决定的，Eh与光子数的多少无关，所文档编码:CT7N10G3M10M8 HD4P4T3G2P7 ZP5W10U10F7K4文档编码:CT7N10G3M10M8 HD4P4T3G2P7 ZP5W10U10F7K4文档编码:CT7N10G3M10M8 HD4P4T3G2P7 ZP5W10U10F7K4文档编码:CT7N10G3M10M8 HD4P4T3G2P7 ZP5W10U10F7K4文档编码:CT7N10G3M10M8 HD4P4T3G2P7 ZP5W10U10F7K4文档编码

44、:CT7N10G3M10M8 HD4P4T3G2P7 ZP5W10U10F7K4文档编码:CT7N10G3M10M8 HD4P4T3G2P7 ZP5W10U10F7K4文档编码:CT7N10G3M10M8 HD4P4T3G2P7 ZP5W10U10F7K4文档编码:CT7N10G3M10M8 HD4P4T3G2P7 ZP5W10U10F7K4文档编码:CT7N10G3M10M8 HD4P4T3G2P7 ZP5W10U10F7K4文档编码:CT7N10G3M10M8 HD4P4T3G2P7 ZP5W10U10F7K4文档编码:CT7N10G3M10M8 HD4P4T3G2P7 ZP5W10U10

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50、文档编码:CT7N10G3M10M8 HD4P4T3G2P7 ZP5W10U10F7K4文档编码:CT7N10G3M10M8 HD4P4T3G2P7 ZP5W10U10F7K48/11 以入射光的强度增大，但其频率不改变时，光子的能量也不会改变，这时每个电子吸收光子的能量也不会增加，逸出的光电子的最大初动能就不会改变，故C 错.FzVCrlDrGb【答案】BD【思维提升】本题涉及光电效应现象及其规律，旨在考查学生对基本概念和基本规律的理解和掌握程度.同学们往往容易把光强、光子能量、光电流强度混淆.因此，同学们应特别注意两条对应关系线.解答本题的关键是找好对应关系，只要掌握了这两条对应关系线，就