高中物理全套讲义选修3-5 第3讲 波粒二象性(中档版) 教师版讲义

高中物理全套讲义\选修3-5(7讲)

波粒二象性

一、光的电磁理论

1．光是一种电磁波

⑴ 光具有波的特性，在同一介质中光速v 、波长λ和频率ν之间满足：v λν=。（请注意分清v 和ν这两个易混的字母）

⑵ 在可见光中，各色光频率的大小关系是：ννννννν红绿橙黄青蓝紫＜＜＜＜＜＜。

典例精讲

【例1.1】（2019春•南关区校级月考）光的 干涉 现象和光的 衍射 现象证明光是一种波，光的 偏振 现象证明光是横波。

【分析】光的干涉、衍射说明光具有波动性，光的偏振现象说明光是一种横波，电子的衍射说明实物粒子具有波动性。

【解答】解：光的衍射和光的干涉现象说明光具有波动性。光的偏振现象说明光是横波。 故答案为：干涉，衍射，偏振。

2．介质对光速的影响

⑴ 光在真空中的速度：83.010m/s c =⨯。

⑵ 光在不同的介质中的速度

由

c

n v =可知，介质的折射率越大，光速越小。 ⑶ 不同色光在同一介质中的速度

由三棱镜光的色散实验可知，同一介质对紫光的折射率最大，红光的最小。

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再由c

n v =得到，在同一介质中有：v v v v v v v 红绿橙黄青蓝紫＞＞＞＞＞＞。

二、光的粒子

1．光电效应

如图所示，把一块锌板连接在验电器上，手触锌板使验电器指示归零。用紫外线照射锌板，发现验电器的指针张开。

物理学家赫兹（德国）、勒纳德（德国）、汤姆孙（英国）等相继进行了实验研究，证实了这样一个现象：照射到金属表面的光，能使金属表面的电子从表面逸出。这个现象称为光电效应，这种电子常被称为光电子。

⑴ 光电效应实验规律

① 任何一种金属，都有一个截止频率c ν，也称极限频率。入射光的频率低于截止频率时不发生光电效应。

② 逸出光电子的动能只与入射光的频率有关，而与入射光的强弱无关。入射光的频率越大，逸出光电子的动能就越大。

③ 对于一定颜色的光（c νν>），入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多。 ④ 无论入射光（c νν>）怎样微弱，光电效应几乎是瞬时发生的。

⑵ 光电效应与经典电磁理论的冲突

① 按照光的电磁理论，光是电磁波，是变化的电场与变化的磁场的传播。入射光照射到金属上时，金属中的自由电子受变化电场的驱动力作用而做受迫振动，增大入射光的强度，光波的振幅增大，当电子做受迫振动的振幅足够大时，总可以挣脱金属束缚而逸出，

成为光电

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子，不应存在极限频率。

② 按照光的电磁理论，光越强，光子的初动能应该越大。

③ 按照光的电磁理论，光电子的产生需要较长的时间而不是瞬间。

⑶ 光子说

① 在空间传播的光不是连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光子，光子的能量与光

的频率成正比，即h εν=，其中普朗克常量346.62610J s h -=⨯⋅。

② 光子说对光电效应的解释：

(a) 光子的能量只与光的频率有关，电子吸收到光子的频率越大，获得的能量也就越多。当能量足以使电子摆脱金属的束缚时，它就从金属表面逸出，成为光电子，因而存在一个截止频率c ν。

(b) 根据能量守恒定律，逸出光电子的最大初动能：k 0E h W ν=-。

这就是著名的爱因斯坦光电效应方程，0W 为金属的逸出功。

(c) 入射光越强，单位体积内的光子数就越多。光子数越多，单位时间内从金属表面逸出的光电子数也就越多。

(d) 电子一次性吸收光子的全部能量，不需要积累能量的时间，因此光电效应几乎是瞬时发生的。

典例精讲

【例1.1】（2019春•沙雅县校级期中）科学家 爱因斯坦 提出光子说，很好地解释了光电效应实验；光电效应说明光具有 粒子 性。

【分析】因斯坦为解释光电效应现象：提出了光的光子说，光电效应现象说明光具有粒子性，从而即可求解。

【解答】解：爱因斯坦为解释光电效应现象提出了光子说，

光电效应说明了光具有粒子性。

故答案为：爱因斯坦，粒子。

【例1.2】（2019春•芮城县期末）用图所示的光电管研究光电效应的实验中，用某种频率的单色光a 照射光电管阴极K ，电流计G 的指针发生偏转。而用另一频率的单色光b 照射光电管阴极K 时，电流计G 的指针不发生偏转，那么（ ）

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A．a光的频率一定小于b光的频率

B．增加b光的强度可能使电流计G的指针发生偏转

C．用a光照射光电管阴极K时通过电流计G的电流是由d到c

D．只增加a光的强度可使通过电流计G的电流增大

【分析】发生光电效应的条件是入射光的频率大于金属的极限频率，光的强度影响单位时间内发出光电子的数目，即影响光电流的大小。

【解答】解：A、用某种频率的单色光a照射光电管阴极K，电流计G的指针发生偏转，知a光频率大于金属的极限频率。用另一频率的单色光b照射光电管阴极K时，电流计G的指针不发生偏转，知b光的频率小于金属的极限频率，所以a光的频率一定大于b光的频率。故A错误。

B、增加b光的强度，仍然不能 …… 此处隐藏：1081字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……