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高中物理公式、 定理、 定律图表
第十五章 波粒二象性
知识网络
概念： 黑体、 能量子、 光子
光电效应
光的粒子性
波粒二象性 现象 康普顿效应
电子衍射 粒子的波动性
光电效应方程： E=hv-W
k 0
规律 物质波： ε=hv， p= h
λ
h
不确定关系： ΔxΔp≥
4π
概述： 1． 本章依据科学发展的历史脉络， 展示人们认识微观粒子波粒二象性的过程.
2. 通过实验了解光电效应， 知道爱因斯坦光电效应方程及其意义； 了解康普顿效应.
3. 了解微观世界的量子化现象， 确认一切实物粒子都具有波粒二象性.
146第十五章 波粒二象性
一、 物理学的新纪元： 能量量子化
一、 知识图解
热辐射黑体： 这种辐射与物体温度有关
黑体与黑体辐射
辐射强度
黑体辐射规律
主要知识点
极大值
普朗克能量量子化假说
能量量子化
ε=hv
能量子
普朗克常量： h=6.63×10-34J·s
二、 重点知识剖析
1． 一般物体与黑体辐射规律的区别： 一般物体与温度、 材料种类、 表现状况都有关， 而黑体只
与温度有关.
2. 黑体辐射与波长存在着这样的关系， 第一温度升高时， 各波长辐射强度均增加， 另一方面辐
射强度的极大值向短波段移动.
三、 学习方法引导
例题 下列叙述正确的是 （ ）
A. 一切物体都在辐射电磁波
B. 一般物体辐射电磁波的情况只与温度有关
C. 黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关 小贴士： 准确掌握热
D. 黑体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波
辐射、 黑体和黑体辐
射等基本概念， 是解
解析：根据热辐射的定义， A 正确. 根据热辐射和黑体辐射的特点
决此类问题的前提.
和一般物体辐射电磁波的情况， 除与温度有关外， 还与材料种类和
表面状况有关， 而黑体辐射只与黑体的温度有关， B错误， C正确.
根据黑体的定义知D正确.
答案 ACD
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二、 科学的转折： 光的粒子性
一、 知识图解
光电效应的现象
存在着饱和电流
存在着遏止电压
光电效应 光电效应的实验规律
存在着截止频率
效应的瞬时性
主要知
爱因斯坦光电效应方程： E=hv-W
k 0
识点
康普顿效应
h
光子的动量： p=
λ
二、 重点知识剖析
1. 光的电磁理论在解释光电效应遇到的困难： ①遏止电压 U 与光强无关； ②存在截止频率；
C
③光电效应不需要时间积累.
2. 光子说含义： 发展了普朗克量子论， 爱因斯坦认为， 光本身不连续， 每一份是一个光子.
3. 光电效应中的几个重要概念： ①光电子的最大初动能： 只有从金属表面逸出的光电子才具有
最大初动能； ②饱和电流： 在能发生光电效应的前提下， 决定于入射光的强度和正向电压大小 （所
谓光的强度， 是指单位时间内垂直照射到单位面积上的能量）； ③注意经典电磁理论在解释光电效
应现象时遇到的困难.
三、 学习方法引导
例题 光电效应实验的装置如图所示， 则下面说法中正确的是 （ ）
要点提示: A. 用紫外光照射锌板， 验电器指针会发生偏转
验电器 锌板
锌板上的电子因获 B. 用绿色光照射锌板， 验电器指针不会发生偏转
得光子， 成为光电子从 C. 锌板带的是负电荷
锌板表面逸出.
D. 使验电器指针发生偏转的是正电荷
解析：将擦得很亮的锌板连接验电器， 用弧光灯照射锌板 (弧光灯
发出紫外线)， 验电器指针张开一个角度， 说明锌板带了电. 进一步
研究表明锌板带正电， 这说明在紫外光的照射下， 锌板中有一部分
自由电子从表面飞出来， 锌板中缺少电子， 于是带正电， A、 D 选
项正确， 绿光不能使锌板发生光电效应.
148第十五章 波粒二象性
四、 高考回眸
1． （2013北京） 以往我们认识的光电效应是单光子光电效应， 即
一个电子在短时间内能吸收到一个光子而从金属表面逸出. 强激光的出
现丰富了人们对于光电效应的认识， 用强激光照射金属， 由于其光子
密度极大， 一个电子在短时间内吸收多个光子成为可能， 从而形成多
G
光子电效应， 这已被实验证实.
V
光电效应实验装置示意如图. 用频率为自 的普通光源照射阴极 k，
电源
没有发生光电效应， 换同样频率为自的强激光照射阴极k， 则发生了光
电效应； 此时， 若加上反向电压U， 即将阴极k接电源正极， 阳极 A
接电源负极， 在kA之间就形成了使光电子减速的电场， 逐渐增大U， 光电流会逐渐减小； 当光电流
恰好减小到零时， 所加反向电压U可能是下列的 （其中W为逸出功， h为普朗克常量， e为电子电
量） （ ）
h自 W 2h自 W 5h自 W
A.U= - B.U= - C.U=2h自-W D.U= -
e e e e 2e e
答案： B
解析： 由题意可知， 用强激光照射发生光电效应时有E=nh自-W （n=2， 3， 4， 5， 6…）， 在kA
k
nh自 W
之间逐渐增大U， 当光电流恰好减小到零时， 由动能定理可得-eU=0-E， 联立可得U= - （n=
k e e
2， 3， 4， 5， 6…）， 对比各选项可知选B.
2. （2013上海） 当用一束紫外线照射锌板时， 产生了光电效应， 这时 （ ）
A. 锌板带负电 B. 有正离子从锌板逸出
C. 有电子从锌板逸出 D. 锌板会吸附空气中的正离子
答案： C
解析： 当用一束紫外线照射锌板时， 产生了光电效应， 有电子从锌板逸出， 锌板带正电， 选项C
正确， ABD错误.
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三、 崭新的一页： 粒子的波动性
一、 知识图解
ε
v=
h
物质波
h
λ=
主要知识点 p
物质波的实验验证 电子衍射
二、 重点知识剖析
1. 物质波： 德布罗意在普朗克和爱因斯坦基础上纯粹以类比方法提出.
2. 关于物质波的确认： ①成功观测到电子的衍射图样； ②体会实验技术在物理学发展中的作
用.
3. 通过学习， 要知道宏观物体只是因为尺度过大， 波动性不易观察.
三、 学习方法引导
例题 一质量为450 g的足球以10 m/s的速度在空中飞行； 一个初
名师经验谈：先计算
速度为零的电子， 通过电压为100 V的加速电场， 试分别计算它们
出足球和电子的动量
的德布罗意波波长.
h
p， 再根据 λ= 计算
p 解析：物体的动量p=mv， 其德布罗意波波长λ= h = h
物质波的波长. p mv
h
足球的波长： λ= =1.47×10-34m
1 mv
1 1
1
电子经电场加速后， 速度增加为v， 根据动能定理 m2v2=eU， p=
2 2 2 2
h h
mv=姨2meU ， 该电子的德布罗意波波长 λ= = =1.2×
2 2 2 2 p 2 姨2m 2 eU
10-10m.
150第十五章 波粒二象性
四、 概率波 不确定性关系
一、 知识图解
光波
概率波
物质波
主要知识点
h
不确定性关系： ΔxΔp≥
4π
二、 重要知识剖析
1. 概率波： （1） 少量粒子短时间内的行为表现为粒子性； （2） 大量粒子长时间的行为表现为
波动性.
2. 对不确定关系的理解： 有别于宏观物体不能同时确定微观粒子的位置和动量.
三、 学习方法引导
例题 在用单缝衍射实验验证光的波粒二象性实验中， 下列说法正
名师经验谈：单个光
确的是 （ ） 子的位置是不确定的，
A. 使光子一个一个地通过狭缝， 如果时间足够长， 底片上将会显 大量光子遵从波动规
示衍射图样 律， 亮条纹处光子出
现的概率大， 暗条纹
B. 单个光子通过狭缝后， 底片上会出现完整的衍射图样
处光子出现的概率小，
C. 光子通过狭缝的运动路线是直线
即光是概率波.
D. 光的波动性是大量光子运动的规律
解析：个别或少数光子表现出光的粒子性， 大量光子表现出光的波
动性. 如果时间足够长， 通过狭缝的光子数也就足够多， 光子的分
布遵从波动规律， 底片上将会显示出衍射图样， A、 D 选项正确，
单个光子通过狭缝后， 路径是随机的， 底片上也不会出现完整的衍
射图样， B、 C选项错.
答案 AD
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