高二物理讲义7波粒二象性(学生版)
17.2光的粒子性(学生版)2017-2018学年高二物理人教选修3-5
第十七章波粒二象性第2节光的粒子性1．下列关于光的说法中正确的是A．在真空中红光波长比紫光波长短B．红光光子能量比紫光光子能量小C．红光和紫光相遇时产生干涉现象D．红光照射某金属时有电子向外发射，紫光照射该金属时一定也有电子向外发射2．关于光电效应，下列说法中正确的是A．光电子的最大初动能随着入射光的强度增大而增大B．只要入射光的强度足够强，照射时间足够长，就一定能产生光电效应C．在光电效应中，饱和电流的大小与入射光的频率无关D．任何一种金属都有一个极限频率，低于这个频率的光不能使它发生光电效应3．某种金属逸出功为2.3电子伏，这意味着A．在这种金属内部的电子，克服原子核引力做2.3电子伏的功即可脱离表面B．在这种金属表层的电子，克服原子核引力至少做2.3电子伏的功即可脱离表面C．要使这种金属有电子逸出，入射光子的能量必须大于2.3电子伏D．这种金属受到光照时若有电子逸出，则电子离开金属表面时的动能至少等于2.3电子伏。
4．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5．在单缝衍射实验中，中央亮纹的光强占从单缝射入的整个光强的95%以上。
假设现在只让一个光子通过单缝，那么该光子A．一定落在中央亮纹处B．一定落在亮纹处C．可能落在暗纹处D．落在中央亮纹处的可能性最大6．强度不同的两束绿光分别去照射两种不同的金属，结果均发生了光电效应，则A．强度大的绿光照射的金属，逸出的光电子的初动能一定大B．两种金属逸出光电子的最大初动能一定相同C．改为用蓝光照射这两种金属肯定还可以发生光电效应现象D．在相同时间内，强度较大的绿光照射的金属逸出的光电子数较多7．如图所示，用频率为ν0的光照射某金属能够使验电器指针张开，当用频率为2ν0的单色光照射该金属时A．一定能发生光电效应B．验电器指针带负电C．金属的逸出功增大D．逸出电子的最大初动能变为原来的2倍8．研究光电效应的电路如图所示。
高二物理竞波粒二象性课件
5）光的波粒二象性： 干涉、衍射和偏振显示了光的波动性， 光电效应和康普顿效应显示了光的粒子性。 光波也是几率波，光波的干涉是 几率波之间的干涉。 光的波动性是指具有可叠加性， 光的粒子性是指具有可分割性， 这就是我们所说的光的波粒二象性。
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6）光波粒子性的可观察性与光波频率的关系 波长较长时，个别光子不易显示出 可观的效应，此时，光波显示的是 大量光子的统计行为，即光的波动性。 波长越短波，个别光子的粒子性就 越明显。 X射线在康普顿散射中显示的粒子性 相当明显。
波动是电子本身的固有属性， 每个电子通过一个单缝的几率各占50%， 干涉正是发生在这两部分的“几率波”之间，
实物粒子ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ是几率波。
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光子与实物粒子的不同之处 （1）实物粒子具有静止质量，
光子没有静止质量。 （2）实物粒子的速度取小于光速的任意值，
光子的速度只能为 c 。
（3）实物粒子的运动可以用确定的轨道 来描述，光子没有确定的轨道。
因此，随 增大越来越多。
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（4）同一散射角，0 强度随原子序数增大 而增大、强度随N增大减小的原因是:
随N增大，被原子核束缚形成 原子实的电子越来越多， 光子与自由电子碰撞的机会越来越少， 与原子实碰撞的机会越来越多。 因此，散射光中原波长的成分就 越来越强、新波长的成分越来越弱。
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3）电子的杨氏双缝实验显示的波动性 （1）装置和强度分布
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玻尔原子模型与爱因斯坦辐射理论
1．原子结构经典理论的困难
1）原子结构的经典理论 原子是由带正电的原子核和带负电的电子组成， 它们之间存在着服从平方反比律的静电吸引力。
按照牛顿三定律，必然得到如下结论： （1）电子绕核沿圆或椭圆轨道不断旋转
高二物理《波粒二象性》知识点波粒二象性知识点总结
高二物理《波粒二象性》知识点波粒二象性知识点
总结
波粒二象性是指光和物质粒子既可以表现出波动性，也可以表现出粒子性的特征。
光的波动性：
1. 光可以传播并产生干涉、衍射、反射和折射等现象。
2. 光的波长和频率与其能量和颜色有关。
3. 光的波长越短，频率越高，能量越大。
光的粒子性（光子）：
1. 光的能量以离散的量子形式存在，称为光子。
2. 光子的能量由其频率确定，E = hf，其中h为普朗克常数。
3. 光子具有动量，p = hf/c，其中c为光速。
4. 光子与物质粒子之间可以发生相互作用。
物质粒子的波动性：
1. 物质粒子（如电子、中子和质子等）具有波动性，其波长由物质粒子的动量确定，λ= h/p。
2. 物质粒子的波长越短，动量越大，能量越高。
物质粒子的粒子性：
1. 物质粒子具有质量和电荷等属性，可在空间中定位并与其他粒子相互作用。
2. 物质粒子的运动具有定向性和速率，可以经历加速、碰撞、反弹和传递动量等过程。
波粒二象性的实验验证：
1. 双缝干涉实验：将光束通过双缝，观察在屏幕上出现的干涉条纹。
2. 非弹性散射实验：通过向物质粒子轰击金属原子等，观察其与原子发生相互作用的现象。
3. 康普顿散射实验：观察到X射线与物质粒子碰撞后发生能量和动量的转移。
波粒二象性的意义：
波粒二象性的发现和理解深化了我们对物质和能量本质的认识。
它为解释光电效应、康普顿散射以及粒子的衍射和干涉等现象提供了理论基础，并在量子力学的发展中起到了重要的作用。
光的波粒二象性实物粒子的波粒二象性
一、康普顿效应•1923年康普顿用如图所示的装置做X射线通过物质散射的实验。
X射线源R发射出一束X射线，打在石墨晶体C上，用摄谱仪S探测不同方向上散射射线的波长和强度。
1.康普顿散射实验一、康普顿效应2.实验现象•除原波长λ0外，发现了波长λ随散射角的增大而增大的谱线。
•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。
（吴有训测试了多种物质对X射线的散射，证实了现象的普遍性。
）•X射线经物质散射后波长变长的现象，称为康普顿效应（Compton effect）。
一、康普顿效应3.经典电磁理论在解释康普顿效应时遇到的困难•经典电磁理论认为：当X射线通过石墨时，石墨中的带电粒子在射线的照射下做受迫振动，振动着的带电粒子向外辐射电磁波的频率应当与入射波频率相同，其波长与入射波的波长也应当一样，即X射线经物质散射后不会出现波长的改变。
•无法解释波长改变和散射角的关系。
一、康普顿效应4.光子理论对康普顿效应的解释•康普顿把光的散射看成是单个光子与单个电子发生弹性碰撞的过程，在碰撞过程中能量和动量都是守恒的。
•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。
•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。
•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。
一、康普顿效应5.光子的动量质能方程2E mc=h εν=光子能量2h m c ν=p mc =光子动量光子质量h λ=2h h c c cνν=⋅=波速=波长×频率pc=一、康普顿效应6.康普顿散射理论的意义•进一步证实了爱因斯坦光量子理论；•首次在实验上证实了“光子具有动量”的假设；•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。
密立根光电效应实验光学发展史1672牛顿微粒说t /年惠更斯波动说1690麦克斯韦电磁说18641905爱因斯坦光子说波动性1801托马斯·杨双缝干涉实验1814菲涅耳衍射实验赫兹电磁波实验1888赫兹发现光电效应19161923康普顿效应微粒说占主导地位波动说渐成真理粒子性1887。
高二物理波粒二象性知识点总结
高二物理波粒二象性知识点总结高二物理课本中，粒二象性是量子力学中非常重要的概念之一，学生要掌握相关知识点，下面给大家带来高二物理波粒二象性知识点，希望对你有帮助。
高二物理波粒二象性知识点一、量子论1.创立标志：1900年普朗克在德国的《物理年刊》上发表《论正常光谱能量分布定律》的论文，标志着量子论的诞生。
2.量子论的主要内容①普朗克认为物质的辐射能量并不是无限可分的，其最小的、不可分的能量单元即能量子或称量子，也就是说组成能量的单元是量子。
②物质的辐射能量不是连续的，而是以量子的整数倍跳跃式变化的。
3.量子论的发展①1905年，爱因斯坦奖量子概念推广到光的传播中，提出了光量子论。
②1913年，英国物理学家玻尔把量子概念推广到原子内部的能量状态，提出了一种量子化的原子结构模型，丰富了量子论。
③到1925年左右，量子力学最终建立。
二、黑体和黑体辐射1.热辐射现象任何物体在任何温度下都要发射各种波长的电磁波，并且其辐射能量的大小及辐射能量按波长的分布都与温度有关。
这种由于物质中的分子、原子受到热激发而发射电磁波的现象称为热辐射。
①物体在任何温度下都会辐射能量。
②物体既会辐射能量，也会吸收能量。
物体在某个频率范围内发射电磁波能力越大，则它吸收该频率范围内电磁波能力也越大。
辐射和吸收的能量恰相等时称为热平衡。
此时温度恒定不变。
实验表明：物体辐射能多少决定于物体的温度(T)、辐射的波长、时间的长短和发射的面积。
2.黑体物体具有向四周辐射能量的本领，又有吸收外界辐射来的能量的本领。
黑体是指在任何温度下，全部吸收任何波长的辐射的物体。
3.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。
三、光电效应1.光电效应在光(包括不可见光)的照射下，从物体发射出电子的现象称为光电效应。
⑵光电效应的实验规律：①任何一种金属都有一个极限频率，入射光的频率必须大于这个极限频率才能发生光电效应，低于极限频率的光不能发生光电效应。
高二物理 选修3-5 第十七章 波粒二象性
高二物理选修3－5 第十七章波粒二象性新课标要求1．内容标准（1）了解微观世界中的量子化现象。
比较宏观物体和微观粒子的能量变化特点。
体会量子论的建立深化了人们对于物质世界的认识。
（2）通过实验了解光电效应。
知道爱因斯坦光电效应方程以及意义。
（3）了解康普顿效应。
（4）根据实验说明光的波粒二象性。
知道光是一种概率波。
（5）知道实物粒子具有波动性。
知道电子云。
初步了解不确定性关系。
（6）通过典型事例了解人类直接经验的局限性。
体会人类对世界的探究是不断深入的。
例 1 通过电子衍射实验，初步了解微观粒子的波粒二象性，体会人类对于物质世界认识的不断深入。
2．活动建议阅读有关微观世界的科普读物，写出读书体会。
新课程学习17．2 科学的转折：光的粒子性★新课标要求（一）知识与技能1．通过实验了解光电效应的实验规律。
2．知道爱因斯坦光电效应方程以及意义。
3．了解康普顿效应，了解光子的动量（二）过程与方法经历科学探究过程，认识科学探究的意义，尝试应用科学探究的方法研究物理问题，验证物理规律。
（三）情感、态度与价值观领略自然界的奇妙与和谐，发展对科学的好奇心与求知欲，乐于探究自然界的奥秘，能体验探索自然规律的艰辛与喜悦。
★教学重点光电效应的实验规律★教学难点爱因斯坦光电效应方程以及意义★教学方法教师启发、引导，学生讨论、交流。
★教学用具：投影片，多媒体辅助教学设备★课时安排2 课时★教学过程（一）引入新课提问：回顾前面的学习，总结人类对光的本性的认识的发展过程？（多媒体投影，见课件。
）学生回顾、思考，并回答。
教师倾听、点评。
光的干涉、衍射现象说明光是电磁波，光的偏振现象进一步说明光还是横波。
19世纪60年代，麦克斯韦又从理论上确定了光的电磁波本质。
然而，出人意料的是，正当人们以为光的波动理论似乎非常完美的时候，又发现了用波动说无法解释的新现象——光电效应现象。
对这一现象及其他相关问题的研究，使得人们对光的又一本质性认识得到了发展。
高二物理《波粒二象性》知识点
高二物理《波粒二象性》知识点波粒二象性是量子力学的基要概念，是专门针对经典概念无法完整描述量子物体的物理行为而提出的假说。
以下是店铺为您整理的关于高二物理《波粒二象性》知识点总结的相关资料，希望对您有所帮助。
高二物理《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：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。
高二物理课件 波粒二象性
后来的实验证明原子、分子、中子等微观粒子也具有波动性。
德布罗意公式成为揭示微观粒子波粒二象性统一性的基本公式， 1929年，De Broglie荣获Nobel 物理学奖。
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＝h P
四、电子显微镜
阅读课本42页科学漫步回 答问题。
§17.4概率波
一、经典的粒子和经典的波
1、经典物理学中粒子运动的基本特征： 任意时刻具有确定的位置和速度。
h 6.6261034 焦 秒 M.Planck 德国人 1858－1947
物理难题：
1888年，霍瓦(Hallwachs)发现金属板被紫外光照射会放电。近10年以后（因为1897年， J.Thomson才发现电子）人们认识到那就是从金属表面射出的电子，这些电子被称作光 电子(photoelectron)，相应的效应叫做光电效应。
一、光电效应现象
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。
二、光电效应的实验规律
光线经石英窗照在阴极 阳 A 上，便有电子逸出---- 极
光电子。
光电子在电场作用下
形成光电流。
V
K阴
极
G
1、每种金属都存在截止频率（极限频率）γc ；
•当入射光频率 > c 时，电子才能逸出金属表面； •当入射光频率 < c时，无论光强多大也无电子逸出金属表面。
频率为γ（高于铯的极限频率）的单色光照射阴极K，会
发现电流表指针有偏转。这时，若在a、b间接入直流电
源，a接正极，b接负极，并使a、b间电压从零开始逐渐
增大，发现当电压表的示数增大到2.1V时，电流表的示
数刚好减小到零。求：
单色光
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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
3
对于红、绿、蓝三种单色光，下列表述正确的是（4
发光二极管，也就是
普朗克的课堂
首先在入射光的强度和频率不变的情况下，实验图像如上。
如上图，用不同频率的光去照射阴极，结果是：频率越高，遏止电压
如上图所示：不同金属的逸出功不同，使得截止频率也不相同；5
在光电效应实验中，用频率为
6
已经发生了光电效应的条件下，下列说法正确的是（
7
关于光电效应，下列说法正确的是（
8
用绿光照射金属钾时恰能发生光电效应，在下列情况下仍能发生光电效应的是（
9
用波长为
10
如图所示，把一块不带电的锌板连接在验电器上．当用紫外线照射锌板时，发现验电器指针偏转
分别用11美国物理学家密立根利用光电管对光电效应现象进行研究，得到金属的遏止电压12的入射光需要照射一定的时间才能使金属发生光电效应某种金属在光的照射下产生光电效应，其遏止电压
与入射光频率的关系图像如图所示，则由
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对于同种金属，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
在光电效应实验中，飞飞同学用一光电管在不同实验条件下得到了三条光电流与电压之间的关系
14用某单色光照射金属钛表面，发生光电效应．从钛表面放出光电子的最大初动能与入射光频率的
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D.
如图甲所示，合上开关，用光子能量为
16赌徒爱因斯坦
有一次物理大咖们开会，考虑到大咖们的休闲时光，会议定在拉斯维加斯。
大家发现爱因斯坦竟然疯狂我真没想到爱因斯坦是个赌博成性的人，仿佛明天就是世界末我担心的就是这个，我总觉得他的确是知道了会
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科学研究证明，光子有能量也有动量，当光子与静止的电子碰撞时，光子的一些能量转移给了电
实验说明：
（1）当光源很弱时，感光底片上的亮点显示出于光与感光底片的作用是量子化的，光是作为一个个粒子18
下列物理实验中，能说明粒子具有波动性的是（
下列关于光的本性的说法中，正确的是（
19有关光的本性的说法正确的是（20 A.图象表明光具有粒子性
B.图象表明光具有波动性
C.用紫外光观察不到类似的图象
D.实验表明光是一种概率波
用极微弱的可见光做双缝干涉实验，随着时间的增加，在屏上先后出现如图21
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对光的认识，下列说法正确的是（
德布罗意的一页纸论文
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法国物理学家德布罗意认为，任何一个运动着的物体，小到电子、质子、大到行星、太阳、都有24
光通过单缝说发生的现象，用位置和动量的不确定关系的观点加以解释，下列叙述正确的是（25
下列说法正确的是（
与二战胜利擦肩而过的德国
26
用某种频率的光照射锌板可以发生光电效应．则下列说法正确的是（27
分别用波长为
对光电效应的解释，以下说法正确的是（28 B.，两束光的频率相同D.光束光子的动量最大用图甲所示实验装置研究光电效应现象，分别用29。