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1、光的波粒二象性第1页，本讲稿共18页1.1.光电效应光电效应（1 1）定义：照射到金属表面的光，能使金属）定义：照射到金属表面的光，能使金属中的中的电子电子从从 表面表面逸出，这种现象称为逸出，这种现象称为光电效应光电效应.（2 2）规律：）规律：存在存在饱和饱和电流电流.在光照条件在光照条件不变的情况下，随着所加电压增大，光不变的情况下，随着所加电压增大，光电流趋于一个电流趋于一个饱和饱和值值.入射光越强，单位入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多时间内发射的光电子数越多.第2页，本讲稿共18页存在存在遏止遏止电压和电压和截止截止频率频率.a.使光电流减小到使光电流减小到零零的的反向反向电
2、压电压U c称为遏称为遏止电压止电压.b.当入射光的频率减小到某一数值当入射光的频率减小到某一数值c时，即时，即使不施加反向电压也没有使不施加反向电压也没有光电流光电流，这表明已，这表明已经没有经没有光电子光电子了，了，c称为截止频率或极限频称为截止频率或极限频率率.c.光电子的能量只与入射光的光电子的能量只与入射光的频率频率有关，当有关，当入射光的频率入射光的频率低于低于截止频率时不能发生光电截止频率时不能发生光电效应效应.光电效应具有光电效应具有瞬时瞬时性性.第3页，本讲稿共18页2.2.逸出功逸出功 使电子脱离某种金属所做功的使电子脱离某种金属所做功的最小值最小值，叫做，叫做这种金属的逸
3、出功，用这种金属的逸出功，用W W0 0表示表示.3.3.爱因斯坦的光电效应方程爱因斯坦的光电效应方程（1 1）光子：光本身就是由一个个不可分割）光子：光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，频率为的能量子组成的，频率为的光的能量子的光的能量子为为hh，h h为为普朗克常量普朗克常量，这些能量子被称，这些能量子被称为光子为光子.（2 2）光电效应方程：）光电效应方程：E Ek k=h hW W0 0.其中其中E Ek k为光为光电子的电子的最大初动能最大初动能，W W0 0表示金属的逸出功表示金属的逸出功.第4页，本讲稿共18页爱因斯坦方程表明，光电子的最大初动能爱因斯坦方程表明，光电子的最
4、大初动能E Ek k与入射光的频率与入射光的频率有关，而与光的强弱有关，而与光的强弱无关无关.只有当只有当hh W W0 0时，才有光电子逸出，时，才有光电子逸出，c c=就是光电效应的截止频率就是光电效应的截止频率.电子一次性吸收光子的全部能量，不需要积电子一次性吸收光子的全部能量，不需要积累能量的时间，光电流自然几乎是瞬时产生累能量的时间，光电流自然几乎是瞬时产生的的.光较强时，包含的光子数较多，照射金属光较强时，包含的光子数较多，照射金属时产生的光电子较多，因而饱和电流较大时产生的光电子较多，因而饱和电流较大.第5页，本讲稿共18页 4.4.康普顿效应康普顿效应 在研究电子对在研究电子对
5、X X射线的散射时发现：有射线的散射时发现：有些散射波的波长比入射波的波长略些散射波的波长比入射波的波长略大大.康康普顿认为这是因为光子不仅有能量，也普顿认为这是因为光子不仅有能量，也具有具有动量动量.实验结果证明这个设想是正确实验结果证明这个设想是正确的的.因此康普顿效应也证明了光具有粒子性因此康普顿效应也证明了光具有粒子性.第6页，本讲稿共18页 5.5.光的波粒二象性光的波粒二象性 光的干涉和衍射现象证明了光的光的干涉和衍射现象证明了光的波动性波动性的的一面一面.光电效应表明光具有光电效应表明光具有能量能量，康普顿效，康普顿效应表明光具有应表明光具有动量动量.此二效应揭示了光的此二效应揭
6、示了光的粒子性粒子性的一面，由此可知光具有波粒二象的一面，由此可知光具有波粒二象性性.第7页，本讲稿共18页 6.6.德布罗意波德布罗意波 德布罗意提出，实物粒子也具有德布罗意提出，实物粒子也具有波动性波动性，该波后来被称为该波后来被称为德布罗意德布罗意波，也称为波，也称为物质物质波波.第8页，本讲稿共18页7.7.概率波概率波 光波和物质波都是概率波，单个光子或粒光波和物质波都是概率波，单个光子或粒子的位置是子的位置是不确定的不确定的，但在某点附近出现的，但在某点附近出现的概率大小可以由波动的规律确定概率大小可以由波动的规律确定.8.8.不确定关系不确定关系 以以x x表示粒子位置的不确定量
7、，以表示粒子位置的不确定量，以p p表表示粒子在示粒子在x x方向上动量的不确定量，那么方向上动量的不确定量，那么x xp p ，式中，式中h h为普朗克常量为普朗克常量第9页，本讲稿共18页类型一.光电效应现象【例例1 1】对爱因斯坦光电效应方程对爱因斯坦光电效应方程E Ek k=hhW W0 0，下面的理解正确的有（，下面的理解正确的有（）A.A.只要是用同种频率的光照射同一种金属，只要是用同种频率的光照射同一种金属，那么从金属中逸出的所有光电子都会具有那么从金属中逸出的所有光电子都会具有同样的初动能同样的初动能E Ek kB.B.式中的式中的W W0 0表示每个光电子从金属中飞出过表示每
8、个光电子从金属中飞出过程中克服金属中正电荷引力所做的功程中克服金属中正电荷引力所做的功 C.C.逸出功逸出功W W0 0和极限频率和极限频率c c之间应满足关系式之间应满足关系式W W0 0=hhc cD.D.光电子的最大初动能和入射光的频率成正光电子的最大初动能和入射光的频率成正比比第10页，本讲稿共18页针对训练1 1：如：如图所示，当开关所示，当开关S S断开断开时，用光子，用光子能量能量为2.5 eV的一束光照射阴极的一束光照射阴极P P，发现电流表流表读数不数不为零零.合上开关，合上开关，调节滑滑线变阻器，阻器，发现当当电压表表读数小于数小于0.6 V时，电流表流表读数仍不数仍不为零
9、；当零；当电压表表读数大于或等于数大于或等于0.6 V时，电流表流表读数数为零零.由由此可知阴极材料的逸出功此可知阴极材料的逸出功为（）A.1.9 eV B.0.6 eV C.2.5 eV D.3.1 eV第11页，本讲稿共18页类型二类型二.光的波粒二象性光的波粒二象性【例例2】下列关于光具有波粒二象性的叙下列关于光具有波粒二象性的叙述中正确的是（述中正确的是（）A.光的波光的波动性与机械波，光的粒子性与性与机械波，光的粒子性与质点点都是等同的都是等同的B.大量光子的效果往往大量光子的效果往往显示出波示出波动性，个性，个别光子光子产生的效果往往生的效果往往显示出粒子性示出粒子性C.光有波光有
10、波动性又有粒子性，是互相矛盾的，性又有粒子性，是互相矛盾的，是不能是不能统一的一的D.光的光的频率越高，波率越高，波动性越性越显著著第12页，本讲稿共18页针对训练2 2：下列有关光的波粒二象性的：下列有关光的波粒二象性的说法法中，正确的是（中，正确的是（）A.有的光是波，有的光是粒子有的光是波，有的光是粒子B.光子与光子与电子是同子是同样的一种粒子的一种粒子C.光的波光的波长越越长，其波，其波动性越性越显著；波著；波长越越短，其粒子性越短，其粒子性越显著著D.大量光子的行大量光子的行为往往往往显示出粒子性示出粒子性第13页，本讲稿共18页类型三类型三.德布罗意波德布罗意波【例例3】某金属晶体
11、中晶格大小某金属晶体中晶格大小为a a.电子子经加速加速电场加速，形成加速，形成电子束，子束，电子束照子束照射射该金属晶体金属晶体时，获得明得明显的衍射的衍射图样.问这个加速个加速电场的的电压约为多少多少?（已知（已知电子的子的电荷量荷量为e e，质量量为m m）第14页，本讲稿共18页针对训练3 3：用：用显微微镜观看看细微微结构构时，由于，由于受到衍射受到衍射现象的影响而象的影响而观察不清，因此察不清，因此观察越察越细小的小的结构，就要求波构，就要求波长越短，波越短，波动性越弱性越弱.在加速在加速电压值相同的情况下，相同的情况下，电子子显微微镜与与质子子显微微镜的分辨本的分辨本领，下列判定
12、正确的是（，下列判定正确的是（）A.电子子显微微镜分辨本分辨本领较强B.质子子显微微镜分辨本分辨本领较强C.两种两种显微微镜分辨本分辨本领相同相同D.两种两种显微微镜分辨本分辨本领不便比不便比较第15页，本讲稿共18页【补充例补充例1 1】如图所示，阴极如图所示，阴极K K用极限波长用极限波长0=0.66 0=0.66 mm的金属铯制成的金属铯制成.用波长用波长=0.50 m=0.50 m的绿光的绿光照射阴极照射阴极K K，调整两个极板间的电压，当，调整两个极板间的电压，当A A板电压板电压比阴极高出比阴极高出2.5 V2.5 V时，光电流达到饱和时，光电流达到饱和.电流表电流表示数为示数为0
13、.64 A.0.64 A.求：求：（1 1）每秒钟阴极发射的光电子数和光电子飞出阴极）每秒钟阴极发射的光电子数和光电子飞出阴极时的最大初动能时的最大初动能.（2 2）如果把照射阴极的绿光）如果把照射阴极的绿光的光强增大为原来的的光强增大为原来的2 2倍倍.每每秒钟阴极发射的光电子数和秒钟阴极发射的光电子数和光电子飞出阴极的最大初动能光电子飞出阴极的最大初动能.第16页，本讲稿共18页【补充例充例2】试估算一个中学生在跑百米估算一个中学生在跑百米时的德布的德布罗意波的波意波的波长.第17页，本讲稿共18页【补充例充例3】为了了观察到察到纳米米级的微小的微小结构，需要构，需要用到分辨率比光学用到分
14、辨率比光学显微微镜更高的更高的电子子显微微镜.下列下列说法中正确的是（法中正确的是（）A.电子子显微微镜所利用所利用电子物子物质波的波波的波长可以比可以比可可见光短，因此不容易光短，因此不容易发生明生明显衍射衍射B.电子子显微微镜所利用所利用电子物子物质波的波波的波长可以比可可以比可见光光长，因此不容易，因此不容易发生明生明显衍射衍射C.电子子显微微镜所利用所利用电子物子物质波的波波的波长可以比可以比可可见光短，因此更容易光短，因此更容易发生明生明显衍射衍射D.电子子显微微镜所利用所利用电子物子物质波的波波的波长可以比可可以比可见光光长，因此更容易，因此更容易发生明生明显衍射衍射第18页，本讲稿共18页