高中物理第2章波和粒子2.3光是波还是粒子导学案沪科版选修3_5
高中物理第2章波和粒子2.1拨开黑体辐射的疑云2.2涅盘凤凰再飞翔导学案沪科版选修3-5
1．光电效应实质：光现象转化为,电现象．
2．光电效应中光包括不可见光与可见光．
3．金属都存在一个极限频率，只有入射光频率高于该金属极限频率时，光电效应才能发生．
图2
例1 如图2所示，用弧光灯照射锌板，验电器指针张开一个角度，那么以下说法中正确是()
A．用紫外线照射锌板，验电器指针会发生偏转
4．能量子
(1)定义：黑体空腔壁是由大量振子组成，其能量E只能是某一最小能量值hν整数倍，即E＝nhν(n＝1,2,3，…)．这样一份最小能量hν叫做能量子，ν是振子频率，h叫做普朗克常量．
(2)能量量子化：在微观世界中能量不能连续变化，只能取分立值．
5．光电效应
(1)光电效应：在光照射下物体发射电子现象叫做光电效应，发射出来电子叫光电子．
4．(2021·广东·18)在光电效应实验中，用频率为ν光照射光电管阴极，发生了光电效应，以下说法正确是()
A．增大入射光强度，光电流增大
B．减小入射光强度，光电效应现象消失
C．改用频率小于ν光照射，一定不发生光电效应
D．改用频率大于ν光照射，光电子最大初动能变大
答案AD
解析 增大入射光强度，单位时间内照射到单位面积光电子数增加，那么光电流将增大，应选项A正确；光电效应是否发生取决于照射光频率，而与照射强度无关，应选项B错误．用频率为ν光照射光电管阴极，发生光电效应，用频率较小光照射时，假设光频率仍大于极限频率，那么仍会发生光电效应，选项C错误；根据hν－W逸＝ mv2可知，增加照射光频率，光电子最大初动能也增大，应选项D正确.
例3 如图6所示，当电键K断开时，用光子能量为2.5 eV一束光照射阴极P，发现电流表读数不为零．合上电键，调节滑动变阻器，发现当电压表读数小于0.60 V时，电流表读数仍不为零．当电压表读数大于或等于0.60 V时，电流表读数为零．由此可知阴极材料逸出功为()
2018_2019版高中物理第2章波和粒子2.4实物是粒子还是波课件沪科版选修3_5
(3)我们之所以看不到宏观物体的波动性，是因为宏观物体的动量太 大 ，德 布罗意波长太 小 的缘故.
2.物质波的实验验证 则在一定条件下，也应该发生 干涉 或衍射现象. 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， E 德布罗意给出的ν＝ 和λ＝ h 关系同样正确. h p ②物质波也是一种概率波.
解析
答案
例2
质量为10 g、速度为300 m/s在空中飞行的子弹，其德布罗意波长是
多少？为什么我们无法观察到其波动性？
答案 2.21×10－34 m 由于子弹的德布罗意波长极短，无法观察到其波
动性
解析
－34 6.63 × 10 h －34 由德布罗意波长公式可得 λ＝p＝ m ＝ 2.21 × 10 m. －3 10×10 ×300
(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，
(2)实验验证：1927年戴维孙和汤姆生分别利用晶体做了电子束衍射的实验，
[即学即用] 判断下列说法的正误.
(1)一切宏观物体都伴随一种波，即物质波.( × )
(2)湖面上的水波就是物质波.( × )
(3)电子的衍射现象证实了实物粒子具有波动性.( √ )
3. 德布罗意假说是光子的波粒二象性的一种推广，使之包括了所有的物
质粒子，即光子与实物粒子都具有粒子性，又都具有波动性，与光子对
应的波是电磁波，与实物粒子对应的波是物质波.
例1 (多选)关于物质波，下列认识中正确的是 A.任何运动的物体(质点)都伴随一种波，这种波叫物质波 √ B.X射线的衍射实验，证实了物质波假设是正确的 C.电子的衍射实验，证实了物质波假设是正确的 √ D.宏观物体尽管可以看做物质波，但它们不具有干涉、衍射等现象
高中物理 第2章 波和粒子 章末总结学案 沪科版选修35
学案5 章末总结一、光子能量的计算1．一个光子的能量E ＝hν，其中h 是普朗克常量，ν是光的频率．2．一束光的能量E ＝nhν，n 为光子数目．3．频率与波长的关系：ν＝c λ. 例1 激光器是一个特殊的光源，它发出的光便是激光，红宝石激光器发射的激光是不连续的一道一道的闪光，每道闪光称为一个光脉冲，现有一红宝石激光器，发射功率为1.0×1010 W ，所发射的每个光脉冲持续的时间Δt 为1.0×10－11 s ，波长为793.4 nm.问每列光脉冲的长度l 是多少？其中含有的光子数n 是多少？解析 以Δt 、l 和c 分别表示光脉冲的持续时间、长度和光在真空中的传播速度，由题意可知l ＝cΔt ①以P 和E 表示红宝石激光器发射的功率和光脉冲的能量，则有：E ＝PΔt ②以λ和ν表示红宝石激光的波长和频率，则有ν＝c λ，因此就得到每个红宝石激光光子的能量hν＝hc λ③ 由②③式得到该列光脉冲含有的光子数n ＝E hν＝λPΔt hc④ 将数据代入①④式，就得到该列光脉冲的长度，含有的光子数分别为l ＝3.0×10－3 m ＝3.0 mm ，n ＝4.0×1017个．答案 3.0 mm 4.0×1017个二、光电效应规律及光电效应方程1．产生条件：入射光频率大于被照射金属的极限频率．2．入射光频率→决定每个光子的能量E ＝hν→决定光电子逸出后的最大动能．3．入射光强度→决定每秒钟逸出的光电子数→决定光电流的大小．4．爱因斯坦光电效应方程Ekm ＝hν－W.W 表示金属的逸出功，又ν0表示金属的极限频率，则W ＝hν0.例2 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 ．从金属表面出来的光电子的最大动能越大，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解析 由爱因斯坦光电效应方程可知Ekm ＝hν－W ，所以极限频率越大，逸出功越大，A 正确．低于极限频率的光，无论强度多大，照射时间多长，都不可能产生光电效应，B 错误．光电子的最大动能还与入射光光子的频率有关，C 错误．光强I ＝nhν，光强一定时，当频率变大时，光子数反而变少，光电子数变少，D 错误．答案 A例3 用波长为2.0×10－7 m 的紫外线照射钨的表面，释放出来的光电子中的最大动能是4.7×10－19 J ．由此可知，钨的极限频率是(普朗克常量h ＝6.63×10－34 J·s ，光速c ＝3.0×108 m/s ，结果取两位有效数字)( )A ．5.5×1014 HzB ．7.9×1014 HzC ．9.8×1014 HzD ．1.2×1015 Hz解析 由爱因斯坦光电效应方程得h c λ＝Ekm ＋W ，而金属的逸出功W ＝hν0，由以上两式得，钨的极限频率为：ν0＝c λ－Ekm h＝7.9×1014 Hz ，B 项正确． 答案 B三、图像在光电效应规律中的应用1．Ekm －ν图像根据爱因斯坦光电效应方程Ekm ＝hν－W ，光电子的最大初动能Ekm 是入射光频率ν的一次函数，图像如图1所示．图1其横轴截距为金属的极限频率ν0，纵轴截距是金属的逸出功的负值；斜率为普朗克常量h.2．I －U 图像光电流强度I 随光电管两极间电压U 的变化图像．图2中Im 为饱和光电流，U0为遏止电压．利用12mev2m ＝eU0可得光电子的最大动能．图2例4 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，可得到光电子的最大动能Ekm 随入射光频率ν变化的Ekm —ν图像．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坐标图中，以实线表示钨，虚线表示锌，如图所示，则正确反映这一过程的图像是( )解析 根据Ekm ＝hν－W 知，图像斜率代表普朗克常量h ，所以两条线应平行；横轴截距代表了极限频率ν0，ν0＝W h ，因此锌的ν0大些． 答案 A例5 在光电效应实验中，飞飞同学用同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曲线(甲光、乙光、丙光)，如图3所示．则可判断出( )图3A ．甲光的频率大于乙光的频率B ．乙光的波长大于丙光的波长C ．乙光对应的极限频率大于丙光的极限频率D ．甲光对应的光电子最大动能大于丙光的光电子最大动能解析 由题图可知，甲、乙两光对应的反向截止电压均为U02，由爱因斯坦光电效应方程Ekm ＝hν－W 及－eU02＝0－Ekm 可知甲、乙两光频率相同，且均小于丙光频率，选项A 、C 均错；甲光频率小，则甲光对应的光电子最大动能小于丙光的光电子最大动能，选项D 错误；乙光频率小于丙光频率，故乙光的波长大于丙光的波长，选项B 正确．答案 B1．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答案BD2．能引起人的眼睛视觉效应的最小能量为10－18 J，已知可见光的平均波长约为0.6 μm，普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，则进入人眼的能量子数至少为()A．1个B．3个C．30个D．300个答案 B解析可见光的平均频率ν＝cλ，能量子的平均能量为E＝hν，引起视觉效应时En＝nE，联立可得n＝3，B正确．3．根据不确定关系Δx·Δpx≥h4π，判断下列说法正确的是()A．采取办法提高测量Δx精度时，Δpx的精度下降B．采取办法提高测量Δx精度时，Δpx的精度上升C．Δx与Δpx测量精度与测量仪器及测量方法是否完备有关D．Δx与Δpx测量精度与测量仪器及测量方法是否完备无关答案AD解析不确定关系表明无论采用什么方法试图确定坐标和相应动量中的一个，必然引起另一个较大的不确定性，这样的结果与测量仪器及测量方法是否完备无关，无论怎样改善测量仪器和测量方法，都不可能逾越不确定关系所给出的限度．故A、D正确．图44.利用光电管研究光电效应实验如图4所示，用极限频率为ν0的可见光照射阴极K，电流表中有电流通过，则()A．用紫外线照射，电流表中不一定有电流通过B．用紫外线照射，电流表中一定有电流通过C．用频率为ν0的可见光照射K，当滑动变阻器的滑动触头移到C端，电流表中一定无电流通过D．用频率为ν0的可见光照射K，当滑动变阻器的滑动触头向B端滑动时，电流表示数可能不变答案BD解析紫外线的频率大于可见光的频率，故一定能产生光电效应．故A错，B对；尽管P 滑到C端但仍有少量电子能从金属板逸出到达阳极A，即有微弱电流，故C错．当光电流强度达到饱和时，既使增加正向电压光电流也不再增大，D对．5．已知金属钠产生光电效应的极限频率是6.00×1014 Hz(1)求金属钠的电子逸出功；(2)如果用某种单色光照射金属钠，发射的光电子的最大初动能是1.14 eV，求这种单色光的波长．答案(1)2.49 eV(2)3.42×10－7 m解析(1)W＝hν0＝6.63×10－34×6.00×1014 J＝3.98×10－19 J＝2.49 eV.(2)由爱因斯坦光电效应方程hν－W＝Ekm，得h cλ＝W＋Ekm＝(2.49＋1.14) eV＝3.63 eV，所以λ＝hcEkm＋W＝6.63×10－34×3×1083.63×1.6×10－19m＝3.42×10－7 m.。
高中物理 第2章 波和粒子 2.4 实物是粒子还是波课件
针对训练 (多选)下列说法中正确的是
√A.物质波也叫德布罗意波 √B.物质波也是概率波 √C.光波是一种概率波
D.光波也是物质波
解析 物质波，又称德布罗意波，是概率波，指空间中某点某时刻可能 出现的几率，其中概率的大小受波动规律的支配，故A、B正确. 光波具有波粒二象性，波动性表明光波是一种概率波，故C正确. 由于光子的特殊性，其静止质量为零，所以光不是物质波，故D错误.
图2 (1)如果狭缝变窄，粒子的衍射图样中，中央亮条纹变宽.这说明当粒子的 位置不确定量减小时，动量的不确定量如何变化？ 答案 变大
答案
(2)通过狭缝后，单个粒子的运动情况能否预知？粒子出现在屏上的位置 遵循什么规律？ 答案 不能 粒子出现在屏上的位置遵循统计规律 (3)粒子位置的不确定量Δx与动量的不确定量Δp有什么关系？ 答案 遵循不遵守 牛顿运动 定律，不可能同时准确
地知道粒子的 位置 和 动量 ，不可能用“轨迹”来描述粒子的运动，微
观粒子的运动状态只能通过 概率 做统计性的描述.
题型探究
一、对德布罗意波的理解
1.任何物体，小到电子、质子，大到行星、太阳都存在波动性，我们之 所以观察不到宏观物体的波动性，是因为宏观物体对应的波长太小. 2.物质波是一种概率波，粒子在空间各处出现的概率受波动规律支配， 不能以宏观观点中的波来理解德布罗意波. 3.德布罗意假说是光子的波粒二象性的一种推广，使之包括了所有的物 质粒子，即光子与实物粒子都具有粒子性，又都具有波动性，与光子对 应的波是电磁波，与实物粒子对应的波是物质波.
德布罗意给出的ν＝
E h
和λ＝ h p
关系同样正确.
②物质波也是一种概率波.
[即学即用] 判断下列说法的正误. (1)一切宏观物体都伴随一种波，即物质波.( × ) (2)湖面上的水波就是物质波.( × ) (3)电子的衍射现象证实了实物粒子具有波动性.( √ )
2.3光是波还是粒子 每课一练(高中物理沪科版选修3-5)
训练3光是波还是粒子[基础题]1．下列说法中正确的是() A．光的波粒二象性学说就是牛顿的微粒说加上惠更斯的波动说组成的B．光的波粒二象性彻底推翻了麦克斯韦的电磁理论C．光子说并没有否定电磁说，在光子的能量E＝hν中，ν表示波的特性，E表示粒子的特性D．光波不同于宏观观念中那种连续的波，它是表明大量光子运动规律的一种概率波2．关于光的性质，下列叙述中正确的是() A．在其他同等条件下，光的频率越高，衍射现象越容易看到B．频率越高的光，粒子性越显著；频率越低的光，波动性越显著C．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D．如果让光子一个一个地通过狭缝时，它们将严格按照相同的轨道和方向做极有规则的匀速直线运动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上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4．有关光的本性的说法正确的是() A．关于光的本性，牛顿提出了“微粒说”，惠更斯提出了“波动说”，爱因斯坦提出了“光子说”，它们都圆满地说明了光的本性B．光具有波粒二象性是指：既可以把光看成宏观概念上的波，也可以看成微观概念上的粒子C．光的干涉、衍射现象说明光具有波动性，光电效应说明光具有粒子性D．在光的双缝干涉实验中，如果有光通过双缝则显出波动性5．关于光的波粒二象性的下列说法中，不正确的是() A．光既有波动性，又有粒子性B．光的波粒二象性彻底推翻了光的电磁说C．光的波粒二象性学说是把牛顿的光微粒说和惠更斯的光波动说相加得出的结论D．光的波粒二象性是一切微观粒子所普遍具有的二象性中的一个具体例子[能力题]6．光通过各种不同的障碍物后会产生各种不同的衍射条纹，衍射条纹的图样与障碍物的形状相对应，这一现象说明() A．光是电磁波B．光具有波动性C．光可以携带信息D．光具有波粒二象性7．下列列举的是人类对光的本性的认识：A．牛顿的微粒说和惠更斯的波动说B．光的干涉、衍射现象证明波动说是正确的C．光电效应现象的发现为爱因斯坦的光子说诞生奠定了基础D．光波的传播介质问题是麦克斯韦电磁说诞生的基础E．一切微观粒子都具有波粒二象性F．光具有波粒二象性G．微观世界波粒二象性的统一，使人们认识到光的波动性实际是光子运动规律的概率波请按人类的认识发展进程将字母按顺序排列起来：____________.答案1．CD2．BC3．AD 4．C5．BC6．BC7．ABDCFEG。
高中物理 第二章 波和粒子 2.4 实物是粒子还是波课件 沪科版选修35
学习·探究区
学案4
[要点提炼]
1．任何运动着的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳，
都有一种波与之相伴随，这种波称为物质波．物质波波长
h
本 学
的计算公式为 λ＝ p .
案 栏
2．德布罗意假说是光的波粒二象性的推广，即光子和实物粒
目
子都既具有粒子性，又具有 波动性 ，即具有波粒二象性．与
开 关
光子对应的波是 电磁 波，与实物粒子对应的波是 物质 波．
关
和 康普顿效应 表明光具有粒子性．
3．光在传播过程中表现出 波动 性，在和其它物质作用 的过程中表现出 粒子 性．光在传播过程中，在空间各
点出现的可能性的大小(概率)，由 波动 性起主导作用，
光是一种概率波．
知识·储备区
学案4
4．德布罗意波
(1)德布罗意波：任何一个 运动 着的物体，都有一种波与
实物质波的存在，B 项错．只有 C 项正确．
学习·探究区
学案4
例 2 如果一个中子和一个质量为 10 g 的子弹都以 103 m/s
的速度运动，则它们的德布罗意波的波长分别是多大？
本 学
(中子的质量为 1.67×10－27 kg)
案
栏 目
解析 中子的动量为 p1＝m1v
开 关
子弹的动量为 p2＝m2v
关
答案 4.0×10－10 m 6.63×10－35 m
学案4
学习·探究区
学案4
二、不确定关系
[问题设计]
在经典物理学中，物体的位置和动量是可以同时精确测
Hale Waihona Puke 本 学定的，对于微观粒子，它的位置和动量能同时被精确测
案 栏
2017-2018学年高中物理 第2章 波和粒子 2.4 实物是粒子还是波 沪科版选修3-5
题型探究
一、对德布罗意波的理解
1.德布罗意假说是光的波粒二象性的推广，即光子和实物粒子都既具有粒 子性，又具有波动性，即具有波粒二象性.与光子对应的波是电磁波，与实 物粒子对应的波是物质波. 2.德布罗意波是一种概率波，粒子在空间各处出现的概率受波动规律支配， 不要以宏观观点中的波来理解德布罗意波.
12 3 4
解析 答案
3.电子经电势差为U＝200 V的电场加速，电子质量m0＝9.1×10－31 kg， 求此电子的德布罗意波长. 答案 8.69×10－2 nm
12 3 4
解析 答案
4.已知4hπ ＝5.3×10－35 J·s，试求下列情况中速度测定的不确定量，并根 据计算结果，讨论在宏观和微观世界中进行测量的不同情况.
1.单缝衍射现象中，粒子在挡板左侧的位置是完全不确定的，即通过挡板
前粒子的位置具有不确定性.
2.单缝衍射现象中，粒子通过狭缝后，在垂直原来运动方向的动量是不确
定的，即通过挡板后粒子的动量具有不确定性.
3.微观粒子运动的位置不确定量Δx和动量的不确定量Δpx的关系式ΔxΔpx≥
h 4π
，其中h是普朗克常量，这个关系式叫不确定关系.
解析 答案
针对训练 (多选)下列说法中正确的是
√A.物质波也叫德布罗意波 √B.物质波也是概率波 √C.光波是一种概率波
D.光波也是物质波
解析 物质波，又称德布罗意波，是概率波，指空间中某点某时刻可能出 现的几率，其中概率的大小受波动规律的支配，故A、B正确. 光波具有波粒二象性，波动性表明光波是一种概率波，故C正确. 由于光子的特殊性，其静止质量为零，所以光不是物质波，故D错误.
B.采取办法提高测量Δx精度时，Δpx的精度上升 C.Δx与Δpx测量精度与测量仪器及测量方法是否完备有关
高中物理第2章波和粒子学案沪科版选修
第2章 波和粒子一、光子能量的计算1．一个光子的能量E ＝h ν，其中h 是普朗克常量，ν是光的频率． 2．一束光的能量E ＝nh ν，n 为光子数目． 3．频率与波长的关系：ν＝cλ.例1 激光器是一个特殊的光源，它发出的光便是激光，红宝石激光器发射的激光是不连续的一道一道的闪光，每道闪光称为一个光脉冲，现有一红宝石激光器，发射功率为1.0×1010W ，所发射的每个光脉冲持续的时间Δt 为1.0×10－11s ，波长为793.4 nm.问每列光脉冲的长度l 是多少？其中含有的光子数n 是多少？解析 以Δt 、l 和c 分别表示光脉冲的持续时间、长度和光在真空中的传播速度，由题意可知l ＝c Δt ①以P 和E 表示红宝石激光器发射的功率和光脉冲的能量，则有：E ＝P Δt ②以λ和ν表示红宝石激光的波长和频率，则有ν＝cλ，因此就得到每个红宝石激光光子的能量h ν＝hcλ③由②③式得到该列光脉冲含有的光子数n ＝E h ν＝λP Δt hc④将数据代入①④式，就得到该列光脉冲的长度，含有的光子数分别为l＝3.0×10－3m＝3.0 mm，n＝4.0×1017个．答案 3.0 mm 4.0×1017个二、光电效应规律及光电效应方程1．产生条件：入射光频率大于被照射金属的极限频率．2．入射光频率→决定每个光子的能量E＝hν→决定光电子逸出后的最大动能．3．入射光强度→决定每秒钟逸出的光电子数→决定光电流的大小．4．爱因斯坦光电效应方程E km＝hν－W.W表示金属的逸出功，又ν0表示金属的极限频率，则W＝hν0.例2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．从金属表面出来的光电子的最大动能越大，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解析由爱因斯坦光电效应方程可知E km＝hν－W，所以极限频率越大，逸出功越大，A正确．低于极限频率的光，无论强度多大，照射时间多长，都不可能产生光电效应，B错误．光电子的最大动能还与入射光光子的频率有关，C错误．光强I＝nhν，光强一定时，当频率变大时，光子数反而变少，光电子数变少，D错误．答案 A例3用波长为 2.0×10－7 m的紫外线照射钨的表面，释放出来的光电子中的最大动能是4.7×10－19J．由此可知，钨的极限频率是(普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，光速c＝3.0×108 m/s，结果取两位有效数字)( )A．5.5×1014 Hz B．7.9×1014 HzC．9.8×1014 Hz D．1.2×1015 Hz解析由爱因斯坦光电效应方程得h cλ＝E km＋W，而金属的逸出功W＝hν0，由以上两式得，钨的极限频率为：ν0＝cλ－E kmh＝7.9×1014 Hz，B项正确．答案 B三、图像在光电效应规律中的应用1．E km－ν图像根据爱因斯坦光电效应方程E km ＝h ν－W ，光电子的最大初动能E km 是入射光频率ν的一次函数，图像如图1所示．图1其横轴截距为金属的极限频率ν0，纵轴截距是金属的逸出功的负值；斜率为普朗克常量h . 2．I －U 图像光电流强度I 随光电管两极间电压U 的变化图像．图2中I m 为饱和光电流，U 0为遏止电压．利用12m e v 2m ＝eU 0可得光电子的最大动能．图2例4 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，可得到光电子的最大动能E km 随入射光频率ν变化的E km —ν图像．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坐标图中，以实线表示钨，虚线表示锌，如图所示，则正确反映这一过程的图像是( )解析 根据E km ＝h ν－W 知，图像斜率代表普朗克常量h ，所以两条线应平行；横轴截距代表了极限频率ν0，ν0＝Wh，因此锌的ν0大些． 答案 A例5 在光电效应实验中，飞飞同学用同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曲线(甲光、乙光、丙光)，如图3所示．则可判断出( )图3A．甲光的频率大于乙光的频率B．乙光的波长大于丙光的波长C．乙光对应的极限频率大于丙光的极限频率D．甲光对应的光电子最大动能大于丙光的光电子最大动能解析由题图可知，甲、乙两光对应的反向截止电压均为U02，由爱因斯坦光电效应方程E km ＝hν－W及－eU02＝0－E km可知甲、乙两光频率相同，且均小于丙光频率，选项A、C均错；甲光频率小，则甲光对应的光电子最大动能小于丙光的光电子最大动能，选项D错误；乙光频率小于丙光频率，故乙光的波长大于丙光的波长，选项B正确．答案 B1．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答案BD2．能引起人的眼睛视觉效应的最小能量为10－18 J，已知可见光的平均波长约为0.6 μm，普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，则进入人眼的能量子数至少为( )A．1个 B．3个 C．30个 D．300个答案 B解析可见光的平均频率ν＝cλ，能量子的平均能量为E＝hν，引起视觉效应时E n＝nE，联立可得n＝3，B正确．3．根据不确定关系Δx·Δp x≥h4π，判断下列说法正确的是( ) A．采取办法提高测量Δx精度时，Δp x的精度下降B．采取办法提高测量Δx精度时，Δp x的精度上升C．Δx与Δp x测量精度与测量仪器及测量方法是否完备有关D．Δx与Δp x测量精度与测量仪器及测量方法是否完备无关答案AD解析不确定关系表明无论采用什么方法试图确定坐标和相应动量中的一个，必然引起另一个较大的不确定性，这样的结果与测量仪器及测量方法是否完备无关，无论怎样改善测量仪器和测量方法，都不可能逾越不确定关系所给出的限度．故A、D正确．图44.利用光电管研究光电效应实验如图4所示，用极限频率为ν0的可见光照射阴极K，电流表中有电流通过，则( )A．用紫外线照射，电流表中不一定有电流通过B．用紫外线照射，电流表中一定有电流通过C．用频率为ν0的可见光照射K，当滑动变阻器的滑动触头移到C端，电流表中一定无电流通过D．用频率为ν0的可见光照射K，当滑动变阻器的滑动触头向B端滑动时，电流表示数可能不变答案BD解析紫外线的频率大于可见光的频率，故一定能产生光电效应．故A错，B对；尽管P滑到C端但仍有少量电子能从金属板逸出到达阳极A，即有微弱电流，故C错．当光电流强度达到饱和时，既使增加正向电压光电流也不再增大，D对．5．已知金属钠产生光电效应的极限频率是6.00×1014 Hz(1)求金属钠的电子逸出功；(2)如果用某种单色光照射金属钠，发射的光电子的最大初动能是1.14 eV，求这种单色光的波长．答案(1)2.49 eV (2)3.42×10－7 m解析(1)W＝hν0＝6.63×10－34×6.00×1014 J＝3.98×10－19 J＝2.49 eV.(2)由爱因斯坦光电效应方程hν－W＝E km，得h cλ＝W＋E km＝(2.49＋1.14) eV＝3.63 eV，所以λ＝hcE km＋W＝6.63×10－34×3×1083.63×1.6×10－19m＝3.42×10－7 m.。
2019-2020学年高中物理 第2章 波和粒子 3 光是波还是粒子精练(含解析)沪教版3-5
2．3 光是波还是粒子1.知道光具有波粒二象性．（重点) 2。
了解概率波的含义，知道光是一种概率波．（难点）[学生用书P28]一、光的波粒二象性1．波粒二象性:光既具有波动性，又具有粒子性．2．光子的能量和动量：光子的能量E和动量p可分别表示为:E ＝hν，p＝错误!。
能量E和动量p是描述物质粒子性的重要物理量，频率ν和波长λ是描述物质波动性的重要物理量．普朗克常量h架起了粒子性与波动性之间的桥梁．3．现象与本质：光的干涉和衍射现象表明光是一种波，光电效应和康普顿效应表明光同时也是一种粒子．光的波动性与粒子性是统一的．只有承认光的波粒二象性，才是对光的本性最全面的认识．1．(1）光的干涉、洐射、偏振现象说明光具有波动性．( )(2)光子数量越大，其粒子性越明显．（)（3)光具有粒子性，但光子又不同于宏观观念的粒子．（）提示：(1)√（2)×（3)√二、再探光的双缝干涉实验1．光是一种概率波．光的波动性不是光子之间的相互作用的结果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规律确定，所以光波是一种概率波．2．个别光子的行为无法预测，表现出粒子性．大量光子的行为表现出波动性，在干涉中暗纹处光子到达的概率小，明纹处光子到达的概率大．2．(1)光波既是一种电磁波，又是一种概率波．( ）(2)双缝干涉说明光具有粒子性．( )(3）概率波和机械波都能发生干涉和衍射现象，所以本质是一样的．( )提示:(1）√（2）×（3)×人类对光的本性的认识历程［学生用书P29]光的本性是什么？从牛顿的光的微粒说,到托马斯·杨和菲涅耳的光的波动说，从麦克斯韦的光的电磁说，到爱因斯坦的光子说，人类对光的认识构成了一部科学史诗．性关于光的本性，下列说法中正确的是( )A．关于光的本性，牛顿提出微粒说，惠更斯提出波动说，爱因斯坦提出光子说，它们都说明了光的本性B．光具有波粒二象性是指：既可以把光看成宏观概念上的波，也可以看成微观概念上的粒子C．光的干涉、衍射现象说明光具有波动性，光电效应说明光具有粒子性D．光的波粒二象性是将牛顿的粒子说和惠更斯的波动说真正有机地统一起来[解析] 光的波动性指大量光子在空间各点出现的可能性的大小可以用波动规律来描述，不是惠更斯的波动说中宏观意义下的机械波，光的粒子性是指光的能量是一份一份的，每一份是一个光子,不是牛顿微粒说中的经典微粒．某现象说明光具有波动性,是指波动理论能解释这一现象；某现象说明光具有粒子性,是指能用粒子说解释这个现象．要区分说法和物理史实与波粒二象性之间的关系．选项C正确、选项A、B、D错误．[答案］C对光的波粒二象性的理解［学生用书P29］实验基础表现说明光的波动性干涉和衍射（1)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;（2）足够数量的光子在传播时，表现出波的性质（1)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;(2)光的波动性不同于宏观观念的波光的粒子性光电效应、康普顿效应(1)当光同物质发生作用时，这种作用是“一份一份”进行的,表现出粒子的性质；(1）粒子的含义是“不连续”“一份一份"的；（2）光子不同于宏观观念的粒子（2）少量或个别光子清楚地显示出光的粒子性光的波粒二象性(1）大量光子易显示波动性，而少量光子易显示粒子性；（2)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（1）光子说并未否定波动性，E＝hν＝错误!中，ν和λ就是波的概念；(2)波和粒子在宏观世界是不能统一的，而在微观世界却是统一的光的干涉和衍射及偏振说明光具有波动性,而光电效应和康普顿效应是光具有粒子性的例证．下列有关光的波粒二象性的说法中，正确的是（）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[思路点拨] 解答本题时应把握以下三点：(1）光具有波粒二象性，电子是实物粒子．(2）光的波长越长，波动性越强，波长越短，粒子性越强．（3）个别光子易显示粒子性，大量光子易显示波动性．[解析］一切光都具有波粒二象性,光的有些行为（如干涉、衍射）表现出波动性，光的有些行为(如光电效应)表现出粒子性，所以，不能说有的光是波，有的光是粒子．虽然光子与电子都是微观粒子，都具有波粒二象性，但电子是实物粒子，有静止质量，光子不是实物粒子，没有静止质量，电子是以实物形式存在的物质，光子是以场形式存在的物质，所以,不能说光子与电子是同样的一种粒子．光的波粒二象性的理论和实验表明，大量光子的行为表现出波动性,个别光子的行为表现出粒子性．光的波长越长,衍射性越好，即波动性越显著，光的波长越短,其光子能量越大，个别或少数光子的作用就足以引起光接收装置的反应,所以其粒子性就很显著．综上所述，本题正确答案为选项C.[答案] C错误!把微粒与波对立是由于人们对自然界认识的局限，现代物理学对自然的认识，已经打破了这种局限，光既是波又是粒子，只是在不同环境条件下，它们显现的程度不同．对概率波的理解［学生用书P30］1．单个粒子运动的偶然性：我们可以知道粒子落在某点的概率，但不能预言粒子落在什么位置,即粒子到达什么位置是随机的，是预先不确定的．2．大量粒子运动的必然性：由波动规律，我们可以准确地知道，大量粒子运动时的统计规律，因此我们可以对宏观现象进行预言．3．概率波体现了波粒二象性的和谐统一：概率波的主体是光子等，体现了粒子性的一面;同时粒子在某一位置出现的概率受波动规律支配，体现了波动性的一面，所以说，概率波将波动性和粒子性统一在一起．（1）波粒二象性中的“粒子”不是宏观概念上的粒子．光具有粒子性是说光的能量是不连续的．（2)波粒二象性中的“波”也不是宏观概念上的波，它是一种概率波．由于大量粒子在空间上的分布规律符合经典波动规律,因此才称之为波．（多选)物理学家做了一个有趣的实验：在双缝干涉实验中,光屏处放上照相底片，若减弱光波的强度，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，对这个实验结果下列认识正确的是( ）A．曝光时间不长时，光子的能量太小，底片上的条纹看不清楚,故出现不规则的点B．单个光子的运动没有确定的轨道C．干涉条纹中明亮的部分是光子到达概率较大的地方D．只有大量光子的行为才能表现出波动性［解析］光波是概率波,单个光子没有确定的轨道，其到达某点的概率受波动规律支配，少数光子落点不确定体现粒子性，大量光子的行为符合统计规律，受波动规律支配，才表现出波动性,出现干涉中的亮纹或暗纹，故A错误,B、D正确,干涉中的亮纹处是光子到达概率较大的地方，暗纹处是光子到达概率较小的地方，但也有光子到达．故C正确．［答案］BCD错误!(1)在双缝干涉和单缝衍射的暗条纹处也有光子到达，只是光子数量“特别少",很难呈现出“光感”．(2)要理解统计规律，对统计规律的认识是理解概率波的前提．［随堂检测］［学生用书P30]1．下列各组现象能说明光具有波粒二象性的是（）A．光的色散和光的干涉B．光的干涉和光的衍射C．泊松亮斑和光电效应D．光的反射和光电效应解析:选C。
(部编版)2020高中物理第二章波和粒子2.3光是波还是粒子课后训练沪科版选修3_4
光是波还是粒子1．在验证光的波粒二象性的实验中，下列说法正确的是（ ）。
A ．使光子一个一个的通过单缝，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2．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（a ）（b ）（c ）所示的图像，则（ ）。
A ．图像（a ）表明光具有粒子性B ．图像（c ）表明光具有波动性C ．用紫外光观察不到类似的图像D ．实验表明光是一种概率波3．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 、普朗克常量h 、电子电荷量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c eUhB ．最长波长为c h eUC ．最小频率为eU hD ．最大频率为eU h 4．在做双缝干涉实验时，在观察屏的某处是亮纹，则对光子到达观察屏的位置，下列说法正确的是（ ）。
A ．到达亮纹处的概率比到达暗纹处的概率大B ．到达暗纹处的概率比到达亮纹处的概率大C ．该光子可能到达光屏的任何位置D ．以上说法均有可能5．关于光的本性，以下说法中正确的是（ ）。
A ．光的频率越大，光子的能量越小B ．光的波长越长，光的频率也越大C ．光的颜色与光的频率无关D ．光既具有波动性，又具有粒子性6．2002年诺贝尔物理学奖中的一项是奖励美国科学家贾科尼和日本科学家小柴昌俊发现了宇宙X 射线源。
X 射线是一种高频电磁波，若X 射线在真空中的波长为λ，以h 表示普朗克常量，c 表示真空中的光速，以E 和p 分别表示X 射线每个光子的能量和动量，则（ ）。
A ．=h E c λ，p ＝0B ．=h E c λ，2h p cλ= C ．hc E λ=，p ＝0 D ．hc E λ=，h p λ= 7．在双缝干涉实验中，若在像屏处放上照相底片，并使光子流减弱到使光子只能一个一个地通过狭缝，实验结果证明，如果曝光时间不太长，底片上出现________；如果曝光时间足够长，底片上出现__________。
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学案3 光是波还是粒子 [学习目标定位] 1.知道光的波粒二象性，理解其对立统一的关系.2.知道光是一种概率波，知道概率波的统计意义.3.会用光的波粒二象性分析有关问题．
1．光是一种电磁波，具有波动性，具有干涉和衍射等波所特有的性质． 2．光子说：光不仅在发射和吸收时是一份一份的，而且光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，光子的能量E＝hν. 3．光电效应现象和康普顿效应表明，光具有粒子性，不仅具有能量，还具有动量，光子的动量p＝hλ.
4．光的波粒二象性 (1)光是波，同时也是粒子，即光具有波粒二象性． (2)光子的能量E＝hν和动量p＝hλ.左侧的物理量E和p描述光的粒子性，右侧的物理量
ν和λ描述光的波动性，普朗克常量h架起了粒子性与波动性之间的桥梁． 5．光是一种概率波 光的干涉和衍射图样，可以用光子在空间各点出现的概率来解释，明条纹处是光子出现的概率大的区域，暗条纹处是光子出现的概率小的区域，光是一种概率波.
一、对光的波粒二象性的理解 [问题设计] 联系回顾光的波动理论的发展过程，结合现学知识说明：哪些现象说明光具有波动性？哪些现象说明光具有粒子性？人们对光的本性的认识发展史经过哪几个阶段？从理论上如何说明光具有波粒二象性？ 答案 对光的本性的认识史 学说 名称 微粒说 波动说 电磁说 光子说 波粒二 象性 代表 人物 牛顿 惠更斯 麦克斯韦 爱因斯坦 公认
实验 依据 光的直线 传播、光 的反射 光的干 涉、衍射 能在真空中 传播，是横 波，光速等 于电磁波 波速 光电效 应、康普 顿效应 光既有波 动现象， 又有粒子 特征
内容 要点 光是一群 弹性粒子 光是一 种机械 波 光是一种 电磁波 光是由一 份一份光 子组成的 光是一种 概率波 光具有波 粒二象性 [要点提炼] 1．对光的波粒二象性的理解 光的波粒二象性
粒子性
实验依据
光电效应
康普顿效应
表现
个别光子表现出粒子性相互作用时表现出粒子性高频光粒子性显著
波动性
实验依据
干涉
衍射
表现
大量光子表现出波动性光在传播时表现出波动性低频光波动性显著
2．光子的能量E＝hν和动量p＝hλ 普朗克常量h把描述粒子性的能量E和动量p，与描述波动性的频率ν、波长λ紧密联系在一起，生动地说明光具有波粒二象性． 例1 有关光的本性，下列说法正确的是( ) A．光既具有波动性，又具有粒子性，这是互相矛盾和对立的 B．光的波动性类似于机械波，光的粒子性类似于质点 C．大量光子才具有波动性，个别光子只具有粒子性 D．由于光既具有波动性，又具有粒子性，无法只用其中一种去说明光的一切行为，只能认为光具有波粒二象性 解析 19世纪初，人们成功地在实验中观察到了光的干涉、衍射现象，这属于波的特征，微粒说无法解释．但到了19世纪末又发现了光的新现象——光电效应，这种现象波动说不能解释，证实光具有粒子性．因此，光既具有波动性，又具有粒子性，但不同于宏观的机械波和粒子．波动性和粒子性是光在不同的情况下的不同表现，是同一客观事物的两个不同侧面、不同属性，我们无法用其中一种去说明光的一切行为，只能认为光具有波粒二象性．故选项D正确． 答案 D 针对训练 对光的认识，下列说法中正确的是( ) A．光具有波粒二象性是指：既可以把光看成宏观概念上的波，也可以看成微观概念上的粒子 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，光表现出粒子性时，就不具有波动性 D．光的波粒二象性应理解为：在某种情况下光的波动性表现明显，在另外某种情况下光的粒子性表现明显 答案 BD 解析 光与其他物质相互作用时表现为粒子性，光在传播时表现为波动性．光的波动性与粒子性都是光的本质属性．故正确答案为B、D. 二、再探光的双缝干涉实验 [问题设计] 双缝干涉实验中(如图1甲所示)，在光屏处放置照相底片，并设法减弱光的强度，使光子只能是一个一个地通过狭缝． 图1 如图乙所示，曝光时间短时，可看到底片上出现一些不规则分布的亮点，如图丙所示，延长曝光时间，底片上出现的亮点更多了，曝光时间足够长，有大量光子通过狭缝，底片上出现了规则的干涉条纹，如图丁所示． 如何解释曝光时间较短时的亮点和曝光时间较长时的干涉图样呢？ 答案 图片上的亮点表明，光表现出粒子性，也看到光子的运动与宏观现象中质点的运动不同，没有一定的轨道．图丙和丁的图样说明，光的波动性是大量光子表现出来的现象， 在干涉条纹中，那些光波强的地方是光子到达机会多的地方或是到达几率大的地方，光波弱的地方是光子到达机会少的地方．光子在空间出现的概率可以通过波动的规律确定，所以光波是一种概率波． [要点提炼] 1．单个粒子运动的偶然性：我们可以知道粒子落在某点的概率，但不能预言粒子落在什么位置，即粒子到达什么位置是随机的，是预先不能确定的． 2．大量粒子运动的统计规律：光在传播过程中，光子在空间出现的概率可以通过波动规律确定，所以光波是一种概率波． 例2 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．个别光子的运动显示光的粒子性，光只有波动性没有粒子性 解析 光的波动性是统计规律的结果，对个别光子我们无法判断它落到哪个位置；对于大量光子遵循统计规律即对大量光子的运动或曝光时间足够长，显示出光的波动性． 答案 AC 例3 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 解析 根据光波是概率波的概念，对于一个光子通过单缝落在何处，是不确定的，但概率最大的是落在中央亮纹处．当然也可能落在其他亮纹处，还可能落在暗纹处，不过，落在暗纹处的概率很小，故C、D选项正确． 答案 CD
光是波还是粒子 光具有波粒二象性 波动性 干涉衍射粒子性 光电效应康普顿效应光是一种概率波 1．下列实验中，能证实光具有粒子性的是( ) A．光电效应实验 B．光的双缝干涉实验 C．光的圆孔衍射实验 D．泊松亮斑实验 答案 A 解析 光的双缝干涉、圆孔衍射、泊松亮斑实验都说明光具有波动性． 2．在下列现象中说明光具有波动性的是( ) A．光的直线传播 B．光的衍射 C．光的干涉 D．光电效应 答案 BC 3．在双缝干涉实验中，若在光屏处放上照相底片，并使光子流减弱到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，底片上出现__________；如果曝光时间足够长，底片上出现__________． 答案 不规则分布的点 干涉图样 解析 在双缝干涉实验中，如果能使光子一个一个地通过狭缝，则曝光时间短时，底片上只出现一些不规则分布的点，不形成干涉特有的明暗相间的条纹，表现出光的粒子性．点的分布看似不规则，但点在底片上各处出现的概率却遵从双缝干涉实验中光强分布的规律，若曝光时间足够长，底片上就出现如同强光短时间曝光一样规则的干涉条纹．在干涉条纹中光波强度大的地方，也就是光子到达机会多的地方，所以，从这种意义上，可以把显示波动性的光看做表明光子运动规律的一种概率波． 4．下列有关光的波粒二象性的说法中，正确的是( ) 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表现出粒子性 答案 C 解析 一切光都具有波粒二象性，光的有些行为(如干涉、衍射)表现出波动性，光的有些行为(如光电效应)表现出粒子性，所以，不能说有的光是波，有的光是粒子，故A选项错误． 虽然光子与电子都是微观粒子，都具有波粒二象性，但电子是实物粒子，有静止质量，光子不是实物粒子，没有静止质量，电子是以实物形式存在的物质，光子是以场形式存在的物质，所以，不能说光子与电子是同样的一种粒子，故B选项错误． 光的波粒二象性的理论和实验表明，大量光子的行为表现出波动性，个别光子的行为表现出粒子性，故D选项错误．光的波长越长，衍射性越好，即波动性越显著；光的波长越短，其光子能量越大，个别或少数光子的作用就足以引起光接收装置的反应，所以其粒子性就很显著．故选项C正确，A、B、D错误．
[基础题] 1．下列说法中正确的是( ) A．光的波粒二象性学说就是牛顿的微粒说加上惠更斯的波动说组成的 B．光的波粒二象性彻底推翻了麦克斯韦的电磁理论 C．光子说并没有否定电磁说，在光子的能量E＝hν中，ν表示波的特性，E表示粒子的特