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第十七章 波粒二象性
第一节 能量量子化：物理学的新纪元
1．黑体与黑体辐射 2．黑体辐射的实验规律 3．能量子??h??hc? h?6.55?10?34J?s
1．以下宏观概念，哪些是“量子化”的 ( ) A．木棒的长度 B．物体的质量 C．物体的动量 D．学生的个数
2．红、橙、黄、绿四种单色光中，光子能量最小的是 ( ) A．红光 B．橙光 C．黄光 D．绿光
3、2006年度诺贝尔物理学奖授予了两名美国科学家，以表彰他们发现了宇宙微波背景辐射的黑体谱形状及其温度在不同方向上的微小变化。他们的出色工作被誉为是宇宙学研究进入精密科学时代的起点。下列与宇宙微波背景辐射黑体谱相关的说法中正确的是 ( ) A．微波是指波长在10-3m到10m之间的电磁波 B．微波和声波一样都只能在介质中传播 C．黑体的热辐射实际上是电磁辐射
D．普朗克在研究黑体的热辐射问题中提出了能量子假说
—
4．能引起人的眼睛视觉效应的最小能量为1018J，已知可见光的平均波长约为60 μm，普
—
朗克常量丸：6．63 x1034J·s，则进人人眼的光子数至少为 ( ) A．1个 B．3个
C .30个 D．300个
5．黑体辐射的实验规律如图所示，由图可知 ( ) A．随温度升高，各种波长的辐射强度都有增加 B．随温度降低，各种波长的辐射强度都有增加
C．随温度升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动
D．随温度降低，辐射强度的极大值向波长较长的方向移动
7．某广播电台发射功率为10kW，在空气中波长为187．5 m的电磁波，试求： (1)该电台每秒钟从天线发射多少个光子?
(2)若发射的光子四面八方视为均匀的，求在离天线2．5km处，直径为2m的环状天线每秒接收的光子个数以及接收功率?
解：(1)每个能量子的能量E=hν=hc/λ=6.63×10-34×3×108/187.5 J≈1.06×10-27 J 则每秒钟电台发射上述波长的光子数N=P·t/E=104×1/1.06×10-27≈1031（个）
(2)设环状天线每秒接收光子数为n个，以电台发射天线为球心，则半径为R的球面积S=4πR2，而环状天线的面积S'=πr2 所以接收功率
（个）
第二节 科学的转折：光的粒子性
1、爱因斯坦光电效应方程
Ek?h??W0 W0为电子逸出金属表面所需做的功
遏止电压Uc Ek?eUC 阻止光电子达到对阴极 截止频率：?c?W0 达到截止频率才能打出光电子 hh2、光子的能量和动量 能量E?h? 动量P??
1．利用光子说对光电效应的解释，下列说法正确的是( )
A．金属表面的一个电子只能吸收一个光子
B．电子吸收光子后一定能从金属表面逸出，成为光电子
C．金属表面的一个电子吸收若干个光子，积累了足够的能量才能从金属表面逸出 D．无论光子能量大小如何，电子吸收光子并积累了能量后，总能逸出成为光电子 2．用不同频率的紫外线分别照射钨和锌的表面而产生光电效应，可得到光电子最大初动能Ek随入射光频率v变化的Ek—v图象，已知钨的逸出功是3．28eV，锌的逸出功是3．34eV，若将两者的图象分别用实线与虚线画在同一个Ek—v图上，则下图中正确的是 ( )
3．已知某金属表面接受波长为λ和2λ的单色光照射时，释放出光电子的最大初动能分别为30eV和10eV，求能使此种金属表面产生光电效应的入射光的极限波长为多少? 若此种金属的逸出功为W0，极限波长为λ0．
答：能使此种金属表面产生光电效应的入射光的极限波长为1.24×10-7m．
4、产生光电效应时，关于逸出光电子的最大初动能Ek，下列说法正确的是 A．对于同种金属，Ek与照射光的强度无关 B．对于同种金属，Ek与照射光的波长成反比 C．对于同种金属，Ek与光照射的时间成正比
D．对于同种金属，Ek与照射光的频率成线性关系
E．对于不同种金属，若照射光频率不变，Ek与金属的逸出功成线性关系
5.在光电效应试验中，某金属的截止频率相应的波长为λ0，该金属的逸出功为______。若用波长为λ（λ<λ0）单色光做实验，则其截止电压为______。已知电子的电荷量，真空中的光速和布朗克常量分别为e，c和h。[来 答案：hc/λ0 hc(λ0-λ)/ eλ0λ
第三节 崭新的一页：粒子的波动性
粒子的波动性（德布罗意波） 物质波波长
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1．在历史上，最早证明了德布罗意波存在的实验是 ( ) A。弱光衍射实验
B．电予束在晶体上的衍射实验 C．弱光干涉实验 D．以上都不正确
2．关于物质波以下说法正确的是 ( )
A。实物粒子具有粒子性，在任何条件下都不可能表现出波动性
B．宏观物体不存在对应波的波长
C．电子在任何条件下都能表现出波动性 D．微观粒子在一定条件下能表现出波动性
3．对光的认识，下列说法中正确的是 ( )
A。个别光子的行为表现出粒子性，大量光子的行为表现出波动性
B．光的波动性是光子本身的一种属性，不是光子之间的相互作用引起的
C。光表现出波动性时，就不具有粒子性了；光表现出粒子性时，就不再具有波动性了 D．光的波粒二象性应理解为：在某种场合下光的波动性表现得明显，在另外的某种场合下，光的粒子性表现得明显
4．现用电子显微镜观测线度为d的某生物大分子的结构。为满足测量要求，将显微镜工作时电子的德布罗意波长设定为d/n，其中n>1。已知普朗克常量h、电子质量m和电子电荷量e，电子的初速度不计，则显微镜工作时电子的加速电压应为 ( )
A. n2h2/med2 B. (md2h2/n2e3)1/3 C. d2h2/2men2 D.n2h2/2med2
5．关于光的波动性与粒子性以下说法正确的是 ( ) A。爱因斯坦的光子说否定了光的电磁说 B．光电效应现象说明了光的粒子性 C。光波不同于机械波，它是一种概率波
D．光的波动性和粒子性是相互矛盾的，无法统一
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6．金属晶体中晶格大小的数量级是10lOm。电子经加速电场加速，形成一电子束，电子束照射该金属晶体时，获得明显的衍射图样。问这个加速电场的电压约为多少? (已知电子的电荷量为e=1．6×10-19C，质量为m=0．90×10—30kg)
[来源学。科。网Z。X。X。K]
第四节 概 率 波
1、光的波粒二象性
大量光子行为显示波动性；个别光子行为显示粒子性； 光的波长越长，波动性越强；光的波长越短，粒子性越强 2、光波是概率波 单个光子----无法预测
大量光子----统计规律
1．根据爱因斯坦的“光子说”可知 [来源:学科
（A）“光子说”本质就是牛顿的“微粒说” （B）光的波长越大，光子的能量越小 （C）一束单色光的能量可以连续变化 （D）只有光子数很多时，光才具有粒子性
2．用电子做双缝干涉实验时，少量电子在屏上看不到分布规律，体现了电子的_________
____性，但大量电子通过双缝时，在屏上就得到了清晰的干涉条纹，体现了电子的_____________性。
3．在做双缝干涉实验时，在观察屏的某处是亮纹，则对光子到达观察屏的位置，下列说法
正确的是 （ ） A．到达亮条纹处的概率比到达暗条纹处的概率大 B．到达暗条纹处的概率比到达亮条纹处的概率大 C．该光子可能到达观察屏的任意位置 D．以上说法均不可能
4．在单缝衍射实验中，中央亮条纹的光强占入射光光强的95%以上，假设现在只让一个光
子通过单缝，则该光子 （ ） A．一定落在中央亮条纹上 B．一定落在亮条纹处 C．可能落在暗条纹处
D．落在中央亮条纹处的可能性最大
5、已知每秒从太阳射到地球上垂直于太阳光的每平方米截面上的辐射能为1.4×103J，其中可见光部分约占45%，假设认为可见光的波长均为0.55μm，太阳向各个方向的辐射是均匀的，日地之间距离为R=1.5×1011m，估算出太阳每秒辐射出的可见光的光子数。（保留两位有效数字）
解答：此题并不是“日地间距离看做太阳的半径”,而是假设一个以太阳为球心,以日地间距离为半径的大球面积包围着太阳,大球面接受的光子数即等于太阳辐射的全部光子数. n = E ×4πR^2 ×45% / ε = E ×4πR^2 ×45% ×λ/hc
= [1.4×10^3×4π×(1.5×10^11)^2 ×0.45 ×0.55 ×10^(- 6)] / 6.6 ×10^(-34) ×3 × 10^8 ≈ 4.9×10^44 注:^是乘方的意思
第五节 不确定性关系
1位置和动量的测不准关系ΔxΔp≥h/4π，光的衍射实验。 2.能量和时间的测不准关系ΔEΔt≥h/4π，原子光谱。 宏观物体 微观粒子 具有确定的坐标和动量，可用牛顿力学描述。 没有确定的坐标和动量，需用量子力学描述。 有连续可测的运动轨道，可追踪各个物体的运动轨迹。 有概率分布特性，不可能分辨出各个粒子的轨迹。
人教版高中物理选修3-5第十七章 波粒二象性
