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1 第五讲 波粒二象性 【知识框架】 【重难点知识回顾】 一、光的粒子性 1.光电效应现象：照射到金属表面的光，能使金属中的粒子从表面逸出的现象称为光电效应。光电效应发射出 来的电子叫光电子。 2.光电效应方程：𝐸𝑘= ℎ𝑣−𝑊0。𝐸𝑘为光电子的最大初动能，𝑣为入射光的频率，h 为普朗克常数，𝑊0为金属的 逸出功 3.极限频率：只有当h𝑣> 𝑊0时，才有光电子逸出，𝑣𝑐= 𝑊0 ℎ就是光电效应的截止频率和极限频率，每种金属都 有一个极限频率，入射光的频率必须大于这个极限频率才能产生光电效应 4.光电效应的图像 根据𝐸𝑘= ℎ𝑣−𝑊0可知：图线在横轴上的截距在数值上等于金属的极限频率，图线在纵轴上的截距在数值上等 于金属的逸出功，斜率大小等于普朗克常数 5.光子说对光电效应的解释 （1）一个电子只能吸收一个光子 （2）光电子的初动能Ek 只随入射光的频率ν 的增大而增大，与光强无关。 （3）电子一次性吸收光子的全部能量，不需要积累能量的时间，光电效应几乎是瞬时发生的 （4）在入射光的频率大于极限频率的前提下，光强较大时，包含的光子数较多，照射金属时产生的光电子多， 因而饱和电流大 5. 康普顿效应：美国物理学家康普顿在研究石墨对X 射线的散射时，发现在散射的X 射线中除了与入射波长 𝜆0相同的成分外，还有波长大于𝜆0的成分，该现象称为康普顿效应。 6.康普顿效应的意义 （1）证明了爱因斯坦光子说的正确性。 2 （2）揭示了光不仅具有能量，还具有动量。 （3）揭示了光的粒子性的一面。 （4）证实了在微观粒子的单个碰撞事件中动量守恒定律和能量守恒定律仍然成立。 二、光的粒子性 1.光子的动量 根据狭义相对论，一定的质量m 与一定的能量相对应，即质能方程：E = 𝑚𝑐2。一个光子的能量是ε = ℎ𝑣，则 𝑚𝑐2 = ℎ𝑣，所以光子的动量p = mc = ℎ𝑣 𝑐，又因为λ = 𝑐 𝑣，所以p = ℎ λ 2.光的波粒二象性 （1）光的干涉、衍射、偏振现象和光的电磁说证明光具有波动性，光电效应现象和光子说证明光具有粒子性。 所以认定光既有粒子性，又有波动性，即具有波粒二象性。 （2）频率越高的光，粒子性越明显，频率越低的光，波动性越明显。光在传播过程中往往显示出波动性，在与 物质作用时往往显示出粒子性。 3.概率波 （1）物质波：法国物理学家德布罗意把粒子的能力ε和动量p 跟它对应的波的频率𝑣和波长λ之间的关系联系起 来，即𝑣= 𝜀 ℎλ = ℎ 𝑝 （2）光波是一种概率波：光的干涉，衍射现象等是大量光子的运动遵循波动规律的表现。亮条纹是光子到达概 率大的地方，暗条纹是光子到达概率小的地方，因而光波又叫概率波 （3）物质波也是概率波：电子和其他微观粒子同样具有波粒二象性，与它们联系的物质波也是概率波
