滬教版高中物理選修3-5第5講：波粒二象性（

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1、波粒二象性奧彭大腦體操），匕教學(xué)目標(biāo)〕1.理解波的波動(dòng)性和粒了性。2?牛會(huì)光電效應(yīng)和雙縫實(shí)驗(yàn)并能夠解決相關(guān)問題。趣味引入）心知識(shí)梳理）波粒二象性1.光既具有—性，又具有—性，即光具有性.2.光電效應(yīng)（1）,這種現(xiàn)象稱為光電效應(yīng).（2）用如圖所示的電路研究光電效應(yīng)屮光電流與照射光的關(guān)系①存在飽和電流.在光照條件不變的情況下，隨著所加電壓增大，光電流趨于一個(gè)飽和值.實(shí)驗(yàn)還表明，入射光越強(qiáng)，飽和電流越大，這說明入射光越強(qiáng)，單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)越多.②存在遏止電壓和截止頻率.施加反向電壓，在光電管兩極間形成使電子減速的電場(chǎng),使光電流減小到零的反向電壓/稱為遏止電壓.設(shè)光電子

2、的初速度上限為匕，則.當(dāng)入射光的頻率減小到某一數(shù)值匕時(shí)，不再產(chǎn)生光電子，則匕稱為截止頻率或極限頻率.實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)入射光的頻率低于截止頻率時(shí)不能發(fā)生光電效應(yīng)；不同金屬的截上頻率不同.③效應(yīng)具有瞬時(shí)性.光電效應(yīng)幾乎是瞬時(shí)的，即幾乎在光照射到金屬時(shí)就產(chǎn)生光電流.（3）愛因斯坦光電效應(yīng)方程①光子說：光本身是由一個(gè)個(gè)不可分割的能量子組成的，頻率為V的光的能量子為加，力為普朗克常量，其值為6.63xlO-34Js,這些能量子稱光子.②愛因斯坦光電效應(yīng)方程在光電效應(yīng)中，金屬中的電子吸收一個(gè)光子獲得的能量是加，這些能量的一部分用來克服金屬的逸ill功肌，剩下的表現(xiàn)為逸出后電子的初動(dòng)能爆

3、，即Ek=hv-W（｝9式中Ek=

4、w,v2可見，光電效應(yīng)的截止頻率;光電子的最大初動(dòng)能與入射光的強(qiáng)度無關(guān)，只隨著入射光頻率的增大而增大.方法解析1.由于物質(zhì)發(fā)光的特殊性，任何兩個(gè)獨(dú)立的光源發(fā)出的光相殼加均不能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象.只有采用特殊的方法從同一光源分離出兩列頻率相同的光波相殼加，才可能發(fā)生干涉現(xiàn)象.雙縫干涉、薄膜干涉等都是采用這種“分光”方法而獲得相干光源的.2.在光的薄膜干涉屮，前、后表而反射光的路程差由膜的厚度決定，所以薄膜干涉中同一明條紋或同一暗條紋應(yīng)出現(xiàn)在膜的厚度相同的地方.由于光波波反極短，因此做薄膜干涉所用介質(zhì)膜應(yīng)足夠薄，才能觀察到干涉條紋.3.光的干涉

5、條紋和衍射條紋都是光波疊加的結(jié)果，但存在明顯的區(qū)別：雙縫干涉條紋是等間距、等亮度的，而單縫衍射條紋除中央明條紋最寬最亮外，兩側(cè)條紋亮度、寬度逐漸減小.4.麥克斯韋認(rèn)為光是-?種電磁波，其實(shí)驗(yàn)依據(jù)為：（1）光波與電磁波的傳播都可以不需要介質(zhì).（2）光波與電磁波在真空中的傳播速度相同，都為?（3）光波和電磁波都是橫波.5.光電效應(yīng)是金屬中的自由電子吸收了光子的能量后，英動(dòng)能大到足以克服金屬離子的引力而逃逸出金屬表面，成為光電子.對(duì)一定的金屬來說，逸出功是一定的.照射光的頻率越大，光子的能量越大，從金屬中逸出的光電子的初動(dòng)能就越大.如果入射光子的頻率較低，它的能量小于金屬的逸

6、出功，就不能產(chǎn)生光電效應(yīng)，這就是存在極限頻率的原因.6.光電效應(yīng)規(guī)律中“光電流的強(qiáng)度”指的是光電流的飽和值（對(duì)應(yīng)從陰極發(fā)射出的電子全部被拉向陽極的狀態(tài)）.因?yàn)楣怆娏魑催_(dá)到飽和值之前，其大小不僅與入射光的強(qiáng)度有關(guān)，還與光電管兩極間的電壓有關(guān).只有在光電流達(dá)到飽和值以后才和入射光的強(qiáng)度成正比.7.對(duì)光的波粒二象性，可作如下理解：（1）既不可把光當(dāng)成宏觀觀念中的波，也不可把光當(dāng)成宏觀觀念中的粒子.（2）大量光子產(chǎn)生的效果往往顯示出波動(dòng)性，個(gè)別光子產(chǎn)生的效果往往顯示111粒子性；頻率越低的光波動(dòng)性越明顯，頻率越高的光粒子性越明顯.卻彭特色講解〕類型一：光電效應(yīng)電場(chǎng)綜合問題例I.

7、如圖為X射線管的結(jié)構(gòu)示意圖，E為燈絲電源.要使射線管發(fā)出X射線，須在乳昇兩電極間加上幾萬伏的直流高壓（pQA.高壓電源正極應(yīng)接在戶點(diǎn)，B.高壓電源正極應(yīng)接在戶點(diǎn)，C.高壓電源正極應(yīng)接在。點(diǎn)，D.高壓電源正極應(yīng)接在。點(diǎn)，X射線從《極發(fā)出X射線從/極發(fā)出X射線從《極發(fā)出X射線從力極發(fā)出解析：燈絲電源對(duì)燈絲加熱，燈絲放出電子，電子速度很小，要使電子到達(dá)對(duì)陰極并高速撞擊兒使原子內(nèi)層電子受到激發(fā)才能發(fā)出X射線，因此《、昇之間應(yīng)有電子加速的電場(chǎng)，故0應(yīng)接高壓電源正極.答案:D類型二:光子能量計(jì)算例2?在X射線管中，由陰極發(fā)射的電子被加速后打到陽極，會(huì)產(chǎn)生包括/光在內(nèi)的各種能量的光子

8、，其中光子能量的最大值等于電子的動(dòng)能.已知陽極與陰極之間的電勢(shì)差從普朗克常數(shù)h、電子電量e和光速g則可知該X射線管發(fā)出的x光的（）A.最短波長(zhǎng)為幺必B.最長(zhǎng)波長(zhǎng)為/弋卩eUeUC.最小頻率為hD.最大頻率為h解析：由動(dòng)能定理知加速電場(chǎng)對(duì)電子所做的功等于電子動(dòng)能的增量，由題意知光子的最大能量等于eU_電子的動(dòng)能，則有：hv.=eU,故X光的最大頻率八=h,D正確，X光的最小波長(zhǎng)為：=yc_chZ-eu.A錯(cuò).因光子的最小能量無法確定，所以廿光子的最小頻率和最長(zhǎng)波長(zhǎng)也無法確定.答案：D類型三：光的干涉例3.劈尖干涉是一種薄膜干涉，其裝置如圖