17.1 17.2 光的粒子性

17 1能量量子化17 2光的粒子性 热辐射 1 热辐射 1 定义 物体在任何温度下 都会发射电磁波 温度不同 所发射的电磁波的频率和强度也不同 物理学中把这种现象叫做热辐射 2 特点 热辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同例如 在室温下 大多数物体辐射不可见的红外线 但当物体被加热到500 左右时 开始发出暗红色的可见光 随着温度的不断上升 辉光逐渐亮起来 而且波长较短的辐射越来越多 大约在1500 时就变成明亮的白炽光 这说明同一物体在一定温度下所辐射的能量 在不同光谱区域的分布是不均匀的 而且温度越高光谱中能量最大的辐射相对应的频率也最高 到一定温度下 不同物体所辐射的光谱成分有显著的不同 例如 将钢加热到约800 时 就可以观察到明亮的红光 但在同一温度下 熔化的水晶却不辐射可见光 必须注意 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 黑体与黑体辐射 1 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各种波长的电磁波而不发生反射 这种物体就是黑体 2 说明 实际上黑体只是一种理想情况 如在一个空腔壁上开一个很小的孔 那么入射小孔的电磁波在空腔内表面发生多次反射和吸收 最终不能从空腔射出 这个小孔就形成一个绝对黑体 3 特点 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 向远处观察打开的窗子近似黑体 辐射规律 1 每一条曲线都有一个极大值2 随着温度的升高 黑体的辐射强度迅速增大3 并且辐射强度的极大值向波长较短的方向移动 能量量子化 1 能量子振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值 的整数倍 例如可能是 2 或3 当带电微粒辐射和吸收能量时 也是以这个最小能量值为单位一份一份地辐射或吸收的 这个不可再分的最小能量值 叫做能量子2 大小 h 其中 是频率 h是普朗克常量 h 6 63 10 34J s3 能量的量子化在微观世界中能量不能连续变化 只能取分立值 这种现象叫做能量的量子化 能量 宏观 微观 电磁波谱 波长 增大 频率 减小 能量 减小 巩固应用 红 橙 黄 绿四种单色光中 能量最小的是 A 红光B 橙光C 黄光D 绿光注意 红橙黄绿青蓝紫 波长逐渐减小 频率逐渐增大 A 巩固应用 对于带电微粒的辐射和吸收能量时的特点 以下说法正确的是A 以某一个最少能量值一份一份地辐射和吸收B 辐射和吸收的能量是某一最小值的整数倍C 吸收的能量可以是连续的D 辐射和吸收的能量是量子化的 ABD 巩固应用 神光 装置是我国最大规模 国际上也是为数不多的高功率固体激光系统 利用它可获得2400J 波长为0 35 m的紫外激光 已知普朗克常量h 6 63 10 34J s 则该紫外激光所含光子个数为多少 保留两位有效数字 光速c 3 0 108m s 光电效应 1 光电效应在光的照射下物体发射出电子的现象 叫做光电效应2 光电子发射出来的电子称为光电子3 光电流光电子定向移动形成的电流叫光电流4 逸出功 金属表面上的电子逸出时要克服金属原子核的引力所做功的最小值 不同金属 其逸出功不同 石英窗 光电效应的实验规律 1 截止频率对于每种金属 都相应确定的截止频率 c 1 当入射光频率 c时 电子才能逸出金属表面 2 当入射光频率 c时 无论光强多大也无电子逸出金属表面2 饱和电流定义 光照不变 增大U A表中电流增大到某一值后 即使再增大U 光电流也不再增大 即达到饱和值 光电效应的实验规律 3 遏止电压U 0时 I 0 因为电子有初速度加反向电压光电子所受电场力方向与光电子速度方向相反 光电子作减速运动使光电流减小到零的反向电压即遏止电压则所有光电子都无法到达A极板 光电流I 0 式中UC为遏止电压 一一一一一一 U K A 最大的初动能 光电效应的实验规律 4 瞬时性 光电效应在极短的时间内完成即使入射光的强度非常微弱 只要 c 就能发生光电效应光电子发射所经过的时间不超过10 9秒 这个现象一般称作 光电子的瞬时发射 总结 饱和电流Im的大小与入射光的强度成正比 光电子的最大初动能 或遏止电压 只与入射光的频率有关 频率越高 光电子的最大初动能越大 而与入射光的强度无关 频率低于 c的入射光不能使光电子逸出 无论光的强度多大 照射时间多长 光的照射和光电子的逸出几乎是同时的 10 9s 1 光子说 1905年提出 光不是连续的而是一份一份的 每一份叫做一个光子 光子的能量跟它的频率成正比 爱因斯坦的光电效应方程 频率为 的光的能量子 h h为普朗克常量 2 光电效应方程 Ek h W0 爱因斯坦的光电效应方程 h Ek W0 3 爱因斯坦光电效应方程对实验结论的解释 解释截止频率 解释遏止电压 解释瞬时性 eUc Ek hv W0 vc W0 h 一次性吸收 不积累 解释饱和电流 光强大 光子多 0 hvc W0 Ek h W0 3 爱因斯坦光电效应方程对实验结论的解释 eUc hv W0 光电效应的Ekm 图象 该图线的斜率是普朗克常量 横轴截距是金属的截止频率 纵轴截距是逸出功的负值 W0 Ek h W0 y kx b 由于爱因斯坦提出的光子假说成功地说明了光电效应的实验规律 荣获1921年诺贝尔物理学奖 光电转换器 光电效应在近代技术中的应用 光电倍增管 在演示光电效应的实验中 原来不带电的一块锌板与灵敏验电器相连 用弧光灯照射锌板时 验电器指针张开一个角度 如图所示 这时 A 锌板带正电 指针带负电B 锌板带正电 指针带正电C 锌板带负电 指针带正电D 锌板带负电 指针带负电 B 若用绿光照射某种金属板不能发生光电效应 则下列哪一种方法可能使该金属发生光电效应 A 增大入射光的强度B 增加光的照射时间C 改用黄光照射D 改用紫光照射 D 巩固应用 关于光电效应 下列说法正确的是 A 极限频率越大的金属材料逸出功越大B 只要光照射的时间足够长 任何金属都能产生光电效应C 从金属表面出来的光电子的最大初动能越大 这种金属的逸出功越小D 入射光的光强一定时 频率越高 单位时间内逸出的光电子数就越多 A 巩固应用 如图所示是某金属在光的照射下产生的光电子的最大初动能EK与入射光的频率 的关系图象 由图象可知 A 该金属的逸出功等于EB 该金属的逸出功等于h 0C 入射光的频率为2 0时 产生的光电子的最大初动能为ED 入射光的频率为 0 2时 产生的光电子的最大初动能为E 2 ABC 小结 1 光电效应现象 3 爱因斯坦光电效应方程及其对实验结论的解释 Ek h W0 入射光越强 单位时间中发射的光电子越多 光电子的能量只与入射光的频率有关 入射光的频率低于截止频率 极限频率 时不能发生光电效应 2 光电效应规律 光电效应具有瞬时性 光具有粒子性 康普顿效应 1 光的散射光在介质中与物体微粒相互作用 光的传播方向发生改变的现象叫做光的散射2 康普顿效应在散射的光线中 除了有与入射光波长相同的射线外 还有波长比入射光波长更长的射线 人们把这种波长变化的现象叫做康普顿效应3 意义有力地支持了爱因斯坦 光量子 假设 证实了 光子具有动量 证实了在微观世界的单个碰撞事件中 动量和能量守恒定律仍然是成立的 光子的动量 光子说对康普顿效应的解释 光子与静止的电子发生弹性斜碰 光子的部分能量转移给了电子 由能量h 减小为h 因此频率减小 波长增大 同时 光子还使电子获得