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?和频率?之间满足：v???。（请注意分清v和?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：
?红＜?橙＜?黄＜?绿＜?青＜?蓝＜?紫。
2．介质对光速的影响
8⑴ 光在真空中的速度：c?3.0?10m/s。
⑵ 光在不同的介质中的速度 n?cv可知，介质的折射率越大，光速越小。
由
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。
n?cv得到，在同一介质中有：v红＞v橙＞v黄＞v绿＞v青＞v蓝＞v紫。
再由
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，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），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）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
?34的频率成正比，即??h?，其中普朗克常量h?6.626?10J?s。
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。
(b) 根据能量守恒定律，逸出光电子的最大初动能：Ek?h??W0。 这就是著名的爱因斯坦光电效应方程，W0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?锦州期末）关于近代物理，下列叙述正确的是（ ） A．卢瑟福通过对α粒子散射实验结果的分析，提出了原子核内有中子存在 B．光电效应揭示了光的粒子性，而康普顿效应从动量方面进一步揭示了光的粒子性
C．镭226变为氡222的半衰期是1620年，随着地球环境的不断变化，半衰期可能变短
D．结合能越大表示原子核中的核子结合得越牢固
【例1.2】（2019春?潮州期末）某单色光照射金属表面时，没有发生光电效应，欲使该金属发生光电效应，应该选择（ ） A．增加照射时间
B．改用波长更长单色光照射 C．增大该单色光的强度
D．改用频率更高的单色光照射
【例1.3】（2019?沈河区校级四模）下列说法正确的是（ ） A．电子的发现使人们认识到原子核是可分的 B．天然放射现象使人们认识到原子是可分的
C．卢瑟福猜想原子核内存在中子，他的学生查德威克通过实验证实了这个猜想 D．光电效应中从金属表面逸出的光电子是从原子核中出射的
高中物理全套讲义选修3-5 第3讲 波粒二象性(拔高版) 学生版讲义
