物理“光的粒子性”与“粒子的波动性”.doc

用心爱心专心115号编辑“光的粒子性”与“粒子的波动性”—’08备考综合热身辅导系列山东平原一中魏德田253100我们知道光是由许多光子组成的具有波粒二象性。而大量、低频光子的行为反映出明显的波动性而少量、高频光子的行为则反映出明显的粒子性。光的波动性前已提及光的粒子性则集中反映于光电效应以及胶片被少数光子感光的实验当中。而且任何运动物体小到电子、质子大到行星、太阳皆有一种波与之对应即所谓德布罗意波。本文拟对此问题的解决作一初步探讨。一、破解依据欲解决上述“两类”问题试归纳以下几条“依据”：㈠光电效应的规律：⑴条件：；⑵——光电效应方程；⑶瞬时性：（10-9s）；⑷.㈡光子说：光子能量；其动量；其质量。㈢光速、波长和波长的关系：。㈣物质波：即德布罗意波其波长为。二、解题示例为解释光电效应现象爱因斯坦提出光子说。下面我们先应用光子说和光电效应的规律来分析和解决关于“光子”、“光电效应”的一些例题。[例题1]（’04天津）人眼对绿光最为敏感。正常人的眼睛接收到波长为530nm的绿光时只要每秒有6个绿光的光子射入瞳孔眼睛就能察觉。普朗克常量为光速为则人眼能察觉到绿光时所接收到的最小功率是（）A.WB.WC.WD.W[解析]首先易知人眼能察觉到绿光时所接收到的最小功率为式中为单个光子的能量。显然再由①②式代入已知数据即可求出因此本题答案为：A。[点拨]由例1解析可见解答此类问题常用光子的能量公式和光速-频率和波长的关系。[例题2]（’04全国）下表给出了一些金属材料的逸出功。现用波长为400nm的单色光照射上述材料能产生光电效应的材料最多有几种?（）(普朗克常量h=6.6×10-34J·s光速c=3.00×108m/s)A．2种B．3种C．4种D．5种[解析]首先欲使该金属材料发生光电效应必须满足光子能量大于其逸出功。从而由光子说可得然后以之与上述材料的逸出功比较可知最多有镁、铍、钛三种材料。因此本题答案为：B。图—1[例题3]（’05全国Ⅱ）图—1中画出了氢原子的4个能级并注明了相应的能量E。处在n=4的能级的一群氢原子向低能级跃迁时能够发出若干种不同频率的光子波。已知金属钾的逸出功为2.22eV。在这些光波中能够从金属钾的表面打出光电子的总共有（）A．二种B．三种C．四种D．五种[解析]我们先求出一群氢原子由n=4的能级向低能级跃迁时发出的所有光子的能量类似例3以之与钾的逸出功2.22eV比较可知能从钾的表面打出光电子的光波总共有4种。因此本题答案为：C。[点拨]应该指出产生光电效应的条件亦可表述为：入射光子的能量必须大于金属的逸出功。与例3略有不同此例实际解题时各能级差除外皆可大致求解再予以比较即可。[例题4]（’03全国）如图—2当电键K断开时用光子能量为2.5eV的一束光照射阴极P发现电流表读数不为零。合上电键调节滑线变阻器发现当电压表读数小于0.60V时电流表读数仍不为零；当电压表读数大于或等于0.60V时电流表读数为零。由此可知阴极材料的逸出功为（）A1.9eVB0.6eVC2.5eVD3.1eV图—2[解析]首先分析可知当电流表读数为零时由动能定理可知光电子的最大初动能恰好等于克服该电场力做的功。从而可得然后由光电效应方程可得最后联立①②式代入已知数据即可求出因此本题答案为：A。[点拨]应该强调对电场中的光电子而言其“最大反向截止电压”对应于最大初动能。[例题5]（’05天津）某光电管的阴极是用金属钾制成的它的逸出功为2.21eV用波长为2.5×10-7m的紫外线照射阴极已知真空中的光速为3.0×108m/s元电荷为1.6×10-19C普朗克常量为6.63×10-34J·s求得钾的极限频率和该光电管发射的光电子的最大动能应分别是（）A.5.3×1014Hz2.2JB.5.3×1014Hz4.4×10-19JC.3.3×1033Hz2.2JD.3.3×1033Hz4.4×10-19J[解析]首先由光电效应自身规律极限频率对应于）可得钾的极限频率然后再由光电效应方程得出下式因此本题答案为：B。[点拨]应该强调极限频率对应于逸出功即逸出功等于普