高中物理 第17章 波粒二象性 第1、2节 能量量子化、光的粒子性课件 新人教版选修35.ppt

成才之路 物理 路漫漫其修远兮吾将上下而求索 人教版 选修3 5 波粒二象性 第十七章 第一节能量量子化第二节光的粒子性 第十七章 如图所示 把一块锌板连接在验电器上 用紫外线灯照射锌板 观察到验电器的指针发生了变化 这说明锌板带了电 你知道锌板是怎样带上电的吗 1 热辐射 1 定义 我们周围的一切物体都在辐射 这种辐射与物体的 有关 所以叫热辐射 2 特征 热辐射强度按波长的分布情况随物体的 而有所不同 黑体与黑体辐射 电磁波 温度 温度 2 黑体 1 定义 如果某种物体在任何温度下能够完全吸收入射的 而不发生反射 这种物体就是绝对黑体 简称黑体 2 黑体辐射的特征 黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的 有关 各种波长的电磁波 温度 3 黑体辐射的实验规律黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的 有关 如图所示 1 随着温度的升高 各种波长的辐射强度都 2 随着温度的升高 辐射强度的极大值向波长 的方向移动 温度 增加 较短 1 定义普朗克认为 带电微粒的能量只能是某一最小能量值 的 当带电微粒辐射或吸收能量时 也是以这个最小能量值为单位 地辐射或吸收的 这个不可再分的最小能量值 叫做能量子 能量子 整数倍 一份一份 2 能量子大小 h 其中 是电磁波的频率 h称为 常量 h 6 626 10 34j s 一般取h 6 63 10 34j s 3 能量的量子化在微观世界中能量是 的 或者说微观粒子的能量是 的 普朗克 量子化 分立 1 光电效应照射到金属表面的光 能使金属中的 从表面逸出的现象 如图所示 2 光电子光电效应中发射出来的 光电效应 电子 电子 3 光电效应的实验规律 1 存在着饱和光电流 在光的颜色不变的情况下 入射光越强 电流越大 这表明对于一定颜色的光 入射光越强 单位时间内发射的 越多 2 存在着遏止电压和截止频率 光电子的最大初动能与入射光的 有关 而与入射光的 无关 当入射光的频率低于 时不能发生光电效应 3 光电效应具有瞬时性 光电效应几乎是 发生的 从光照射到产生光电流的时间不超过 s 饱和 光电子数 频率 强弱 截止频率 瞬时 10 9 1 光子光不仅在发射和吸收时能量是 的 而且光本身就是由一个个不可分割的 组成的 频率为 的光的能量子为h h为普朗克常量 这些能量子后来被称为光子 2 爱因斯坦光电效应方程在光电效应中 金属中的电子吸收一个光子获得的能量是 这些能量的一部分用来克服金属的 w0 剩下的表现为逸出后电子的初动能ek 即h 或ek 爱因斯坦的光电效应方程 一份一份 能量子 h 逸出功 ek w0 h w0 1 光的散射光在介质中与 相互作用 因而传播方向发生改变 这种现象叫做光的散射 2 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 0相同的成分外 还有 的成分 这个现象称为康普顿效应 康普顿效应 物质微粒 波长大于 0 1 表达式p 2 说明在康普顿效应中 入射光子与晶体中电子碰撞时 把一部分动量转移给 光子的动量 因此 有些光子散射后波长变 光子的动量 电子 变小 长 2 一般物体与黑体的比较 特别提醒 1 热辐射不一定要高温 任何温度的物体都发出一定的热辐射 只是温度低时辐射弱 温度高时辐射强 2 黑体是一个理想化的物理模型 实际不存在 3 黑体看上去不是一定是黑的 只有当自身辐射的可见光非常微弱时看上去才是黑的 有些可看作黑体的物体由于有较强的辐射 看起来还会很明亮 例如 炼钢炉口上的小孔 一些发光的物体 如太阳 白炽灯灯丝 也被看作黑体来处理 答案 根据热辐射规律可知 人的体温的高低 直接决定了这个人辐射的红外线的频率和强度 通过监测被测者辐射的红外线的情况就知道这个人的体温 二 能量量子化1 能量子物体热辐射所发出的电磁波是通过内部的带电谐振子向外辐射的 谐振子的能量是不连续的 只能是h 的整数倍 h 称为一个能量量子 其中 是谐振子的振动频率 h是一个常数 称为普朗克常量 2 普朗克常量h 6 63 10 34j s 3 意义可以非常合理地解释某些电磁波的辐射和吸收的实验现象 4 量子化现象在微观世界中物理量分立取值的现象称为量子化现象 5 量子化假设的意义普朗克的能量子假设 使人类对微观世界的本质有了全新的认识 对现代物理学的发展产生了革命性的影响 普朗克常量h是自然界中最基本的常量之一 它体现了微观世界的基本特征 答案 人的个数 自然数 汽车等 三 光电效应中几个易混淆的概念1 光子与光电子光子指光在空间传播时的每一份能量 光子不带电 光电子是金属表面受到光照射时发射出来的电子 其本质是电子 光子是光电效应的因 光电子是果 2 光电子的动能与光电子的最大初动能光照射到金属表面时 光子的能量全部被电子吸收 电子吸收光子的能量 可能向各个方向运动 需克服原子核和其他原子的阻碍而损失一部分能量 剩余部分为光电子的初动能 只有金属表面的电子直接向外飞出时 只需克服原子核的引力做功 才具有最大初动能 光电子的初动能小于等于光电子的最大初动能 3 光子的能量与入射光的强度光子的能量即每个光子的能量 其值为e h 为光子的频率 其大小由光的频率决定 入射光的强度指单位时间内照射到金属表面单位面积上的总能量 入射光的强度等于单位时间内光子能量与入射光子数的乘积 4 光电流和饱和光电流金属板飞出的光电子到达阳极 回路中便产生光电流 随着所加正向电压的增大 光电流趋于一个饱和值 这个饱和值是饱和光电流 在一定的光照条件下 饱和光电流与所加电压大小无关 特别提醒 1 光电效应的实质是光现象转化为电现象 2 发生光电效应时 饱和光电流与入射光的强度有关 要明确不同频率的光 不同金属与光电流的对应关系 四 对光电效应方程的理解1 光电子的动能方程ek h w0中 ek为光电子的最大初动能 就某个光电子而言 其离开金属时的动能大小可以是零到最大值范围内的任何数值 2 方程实质方程ek h w0实质上是能量守恒方程 特别提醒 1 逸出功和截止频率均由金属本身决定 与其他因素无关 2 光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大 但不是正比关系 1 当变阻器的滑片p向 滑动时 填 左 或 右 通过电流表的电流将会减小 2 由乙图i u图象可知光电子的最大初动能为 3 如果不改变入射光的频率 而减小入射光的强度 则光电子的最大初动能 填 增加 减小 或 不变 答案 1 右 2 2ev或3 2 10 19j 3 不变 解析 1 将滑片p向右滑动时 反向电压增大 通过电流表的电流会减小 2 由乙图可知截止电压为2v 所以光电子的最大初动能ekm 2ev 3 光电子的最大初动能与入射光的强度无关 五 康普顿效应1 光子说对康普顿效应的解释 1 假定x射线光子与电子发生弹性碰撞 光子和电子相碰撞时 光子有一部分能量传给电子 散射光子的能量减少 于是散射光的波长大于入射光的波长 2 康普顿效应进一步揭示了光的粒子性 也再次证明了爱因斯坦光子说的正确性 2 光电效应与康普顿效应的对比 1 光电效应与康普顿效应都说明了光具有粒子性 2 波长较短的x射线或 射线产生康普顿效应 波长较长的可见光或紫外光产生光电效应 答案 1变长 解析 因光子与电子的碰撞过程动量守恒 所以碰撞之后光子和电子的总动量的方向与光子碰前动量的方向一致 可见碰后光子运动的方向可能沿1方向 不可能沿2或3方向 通过碰撞 光子将一部分能量转移给电子 能量减少 由e h 知 频率变小 再根据c 知 波长变长 黑体与黑体辐射 解析 黑体自身辐射电磁波 不一定是黑的 a错误 黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关 b错误 c正确 小孔只吸收电磁波 不反射电磁波 因此小孔成了一个黑体 而不是空腔 d错误 答案 c点评 黑体完全吸收电磁波而不反射 同时其本身也辐射电磁波 黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温度有关 与其他因素无关 a 向外辐射同一波长的电磁波的辐射强度相同b 辐射强度的极大值随温度升高而向短波方向移动c 向外辐射的电磁波的总能量随温度升高而减小d 向外辐射的电磁波的波长范围是相同的答案 bd 解析 从图中可以看出 温度越高 向外辐射同一波长的电磁波的辐射强度越大 故a错误 从图中可以看出 辐射强度的极大值随温度升高而向短波方向移动 故b正确 从图中可以看出 向外辐射的电磁波的总能量随温度升高而增强 故c错误 从图中可以看出 黑体可以辐射出任何频率的电磁波 故向外辐射的电磁波的波长范围是相同的 故d正确 故选b d 普朗克能量子假说 答案 3 14 10 19j5 73 1016个点评 求解本题的关键有两点 一是能根据已知条件求得每一个光子的能量 另外必须明确激光器发射的能量由这些光子能量的总和组成 答案 c 解析 红 黄 绿 蓝四种单色光的频率依次增大 光从真空进入介质 频率不变 b错 由色散现象 同一介质对频率大的光有大的折射率 a错 频