1、慎而思之慎而思之 勤而行之勤而行之 波粒二象性17.1 能量量子化能量量子化17.2 光的粒子性光的粒子性慎而思之慎而思之 勤而行之勤而行之 17世紀明確形成了兩大對立學說牛頓牛頓惠更斯惠更斯微粒說波動說19世紀初證明了波動說的正確性由于波動說沒有數(shù)學基礎(chǔ)以及牛頓的威望使得微粒說一直占上風19世紀末光電效應(yīng)現(xiàn)象使得愛因斯坦在20世紀初提出了光子說：光具有粒子性對光學的研究從很早就開始了 慎而思之慎而思之 勤而行之勤而行之 1、黑體與黑體輻射、黑體與黑體輻射熱輻射熱輻射 固體或液體，在任何溫度下都在發(fā)射各種波固體或液體，在任何溫度下都在發(fā)射各種波長的電磁波，這種由于物體中的分子、原子受到長的電磁

2、波，這種由于物體中的分子、原子受到激發(fā)而發(fā)射電磁波的現(xiàn)象稱為激發(fā)而發(fā)射電磁波的現(xiàn)象稱為熱輻射熱輻射。所輻射電。所輻射電磁波的特征與磁波的特征與溫度溫度有關(guān)。有關(guān)。固體在溫度升高時顏色的變化固體在溫度升高時顏色的變化1400K800K1000K1200K能量量子化：物理學的新紀元慎而思之慎而思之 勤而行之勤而行之 能全部吸收各種波長的輻射能而不發(fā)生反能全部吸收各種波長的輻射能而不發(fā)生反射，折射和透射的物體稱為射，折射和透射的物體稱為絕對黑體絕對黑體。簡稱黑。簡稱黑體體 不透明的材料制成帶小孔的的空腔不透明的材料制成帶小孔的的空腔, ,可近似看可近似看作作黑體黑體。黑體模型黑體模型 研究黑體輻射的

3、研究黑體輻射的規(guī)律是了解一般物體規(guī)律是了解一般物體熱輻射性質(zhì)的基礎(chǔ)。熱輻射性質(zhì)的基礎(chǔ)。2. 黑體輻射實驗規(guī)律黑體輻射實驗規(guī)律能量量子化：物理學的新紀元慎而思之慎而思之 勤而行之勤而行之 0 1 2 3 4 5 6(m)1700K1500K1300K1100K實驗結(jié)果實驗結(jié)果能量量子化：物理學的新紀元),(0Te慎而思之慎而思之 勤而行之勤而行之 o/m12345678輻射強度維恩維恩瑞利、金斯瑞利、金斯紫外災(zāi)難紫外災(zāi)難普朗克普朗克能量量子化：物理學的新紀元慎而思之慎而思之 勤而行之勤而行之 3.3.能量子能量子 超越牛頓的發(fā)現(xiàn)超越牛頓的發(fā)現(xiàn)=h輻射黑體分子、原子的振動可看作諧振子，這些諧振輻射

4、黑體分子、原子的振動可看作諧振子，這些諧振子可以發(fā)射和吸收輻射能。但是這些諧振子只能處于子可以發(fā)射和吸收輻射能。但是這些諧振子只能處于某些分立的狀態(tài)，在這些狀態(tài)中，諧振子的能量并不某些分立的狀態(tài)，在這些狀態(tài)中，諧振子的能量并不象經(jīng)典物理學所允許的可具有任意值。相應(yīng)的能量是象經(jīng)典物理學所允許的可具有任意值。相應(yīng)的能量是某一最小能量某一最小能量（稱為能量子（稱為能量子）的整數(shù)倍，即：）的整數(shù)倍，即：, 1 , 2 , 3 , . n . n為正整數(shù)，稱為為正整數(shù)，稱為量子數(shù)。量子數(shù)。能量能量量子量子經(jīng)典經(jīng)典h=6.62610-34J.s能量量子化：物理學的新紀元慎而思之慎而思之 勤而行之勤而行之

5、(m)1 2 3 5 6 8 947普朗克普朗克實驗值實驗值),(0Te慎而思之慎而思之 勤而行之勤而行之 第3步例證典例印證，思維深化(多選)(2014山東實驗中學高二檢測)下列敘述正確的是()A一切物體都在輻射電磁波B一般物體輻射電磁波的情況只與溫度有關(guān)C黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體溫度有關(guān)D黑體能夠完全吸收入射的各種波長的電磁波【答案】ACD慎而思之慎而思之 勤而行之勤而行之 第4步巧練精選習題，落實強化1關(guān)于黑體的認識，下列說法正確的是()A黑體只吸收電磁波，不反射電磁波，看上去是黑的B黑體輻射電磁波的強度按波長的分布除與溫度有關(guān)外，還與材料的種類及表面狀況有關(guān)C黑體輻射電

6、磁波的強度按波長的分布只與溫度有關(guān)，與材料的種類及表面狀況無關(guān)D如果在一個空腔壁上開一個很小的孔，射入小孔的電磁波在空腔內(nèi)表面經(jīng)多次反射和吸收，最終不能從小孔射出，這個空腔就成了一個黑體【答案】C慎而思之慎而思之 勤而行之勤而行之 2如圖17-1-3所示為t1、t2溫度時的黑體輻射強度與波長的關(guān)系，則兩溫度的關(guān)系為()At1t2Bt1t2Ct1t2 D無法確定【答案】B慎而思之慎而思之 勤而行之勤而行之 這些電子被稱作光電這些電子被稱作光電子子(photoelectron)，相相應(yīng)的現(xiàn)象叫做應(yīng)的現(xiàn)象叫做光電效光電效應(yīng)應(yīng)。科學的轉(zhuǎn)折：光的粒子性鋅板在射線照射下失去電子而帶正電.慎而思之慎而思之

7、勤而行之勤而行之 AKGV陽陽極極陰陰極極W石英窗石英窗光電效應(yīng)的實驗規(guī)律光電效應(yīng)伏安特性曲線光電效應(yīng)伏安特性曲線UcIOU遏止電壓遏止電壓221cevmceU黃光（強）黃光（強）光電子的能量只與入射光頻率有關(guān)。光電子的能量只與入射光頻率有關(guān)。黃光（弱）黃光（弱）藍光藍光 入射光頻率低于某一頻率入射光頻率低于某一頻率c 時不發(fā)生光電效應(yīng)時不發(fā)生光電效應(yīng)c 。稱為該。稱為該金屬的金屬的截止頻率截止頻率（或極限頻率）。不同金屬截止頻率不同。（或極限頻率）。不同金屬截止頻率不同。光電效應(yīng)的產(chǎn)生時間極短。光電效應(yīng)的產(chǎn)生時間極短。慎而思之慎而思之 勤而行之勤而行之 1.1.內(nèi)容內(nèi)容 光不僅在發(fā)射和吸收時

8、以能量為光不僅在發(fā)射和吸收時以能量為h 的微粒形式出的微粒形式出現(xiàn)，而且在空間傳播時也是如此。也就是說，現(xiàn)，而且在空間傳播時也是如此。也就是說，頻率為頻率為 的的光是由大量能量為光是由大量能量為 =h 光子組成的粒子流光子組成的粒子流，這，這些光子沿光的傳播方向以光速些光子沿光的傳播方向以光速 c 運動。運動。0WEhk 在光電效應(yīng)中金屬中的電子吸收了光子的能量，一在光電效應(yīng)中金屬中的電子吸收了光子的能量，一部分消耗在電子逸出功部分消耗在電子逸出功A，另一部分變?yōu)楣怆娮右莩龊螅硪徊糠肿優(yōu)楣怆娮右莩龊蟮膭幽艿膭幽?Ek 。由能量守恒可得出：。由能量守恒可得出：2.2.愛因斯坦愛因斯坦光光電效應(yīng)

9、方程電效應(yīng)方程為電子逸出金屬表面所需做的功，稱為逸出功；為電子逸出金屬表面所需做的功，稱為逸出功； 221vmEek0W為光電子的最大初動能。為光電子的最大初動能。愛因斯坦的光量子假設(shè)chW0慎而思之慎而思之 勤而行之勤而行之 AKGV陽陽極極陰陰極極W石英窗石英窗光電效應(yīng)伏安特性曲線光電效應(yīng)伏安特性曲線UcIOU黃光（強）黃光（強）黃光（弱）黃光（弱）藍光藍光愛因斯坦的光量子假設(shè) 愛因斯坦對光電效應(yīng)的解釋：愛因斯坦對光電效應(yīng)的解釋： 1. 1. 光強大，光子數(shù)多，釋放的光電子也光強大，光子數(shù)多，釋放的光電子也多，所以光電流也大。多，所以光電流也大。 2. 2. 電子只要吸收一個光子就可以從金

10、屬電子只要吸收一個光子就可以從金屬表面逸出，所以不需時間的累積。表面逸出，所以不需時間的累積。 3. 3. 從方程可以看出光電子初動能和照射光的頻率成線性關(guān)系從方程可以看出光電子初動能和照射光的頻率成線性關(guān)系 4.4.從光電效應(yīng)方程中，當初動能為零時，可得極極限頻率：從光電效應(yīng)方程中，當初動能為零時，可得極極限頻率：0WEhkchW0慎而思之慎而思之 勤而行之勤而行之 由于愛因斯坦提出的光子假說成功地說明了光電由于愛因斯坦提出的光子假說成功地說明了光電效應(yīng)的實驗規(guī)律效應(yīng)的實驗規(guī)律, ,榮獲榮獲19211921年諾貝爾物理學獎年諾貝爾物理學獎。 愛因斯坦光子假說圓滿解釋了光電效應(yīng)，但當時愛因斯坦

11、光子假說圓滿解釋了光電效應(yīng)，但當時并未被物理學家們廣泛承認，因為它完全違背了光的并未被物理學家們廣泛承認，因為它完全違背了光的波動理論。波動理論。4.4.光電效應(yīng)理論的驗證光電效應(yīng)理論的驗證 美國物理學家密立根，花了十年時間做了美國物理學家密立根，花了十年時間做了“光電效光電效應(yīng)應(yīng)”實驗，結(jié)果在實驗，結(jié)果在1915年證實了愛因斯坦方程，年證實了愛因斯坦方程，h 的的值與理論值完全一致，又一次證明了值與理論值完全一致，又一次證明了“光量子光量子”理論理論的正確。的正確。愛因斯坦的光量子假設(shè)慎而思之慎而思之 勤而行之勤而行之 愛因斯坦由于愛因斯坦由于對對光電效光電效應(yīng)應(yīng)的理論解釋和對的理論解釋和對

12、理論理論物理學物理學的貢獻的貢獻獲得獲得1921年諾貝爾物理學獎年諾貝爾物理學獎密立根由于密立根由于研究基本電荷和研究基本電荷和光電效應(yīng)光電效應(yīng)，特別是通過著名，特別是通過著名的油滴實驗，證明電荷有最的油滴實驗，證明電荷有最小單位。小單位。獲得獲得19231923年諾貝年諾貝爾物理學獎爾物理學獎。愛因斯坦的光量子假設(shè)慎而思之慎而思之 勤而行之勤而行之 放大器放大器控制機構(gòu)控制機構(gòu) 可以用于自動控可以用于自動控制，自動計數(shù)、自動制，自動計數(shù)、自動報警、自動跟蹤等。報警、自動跟蹤等。光電效應(yīng)在近代技術(shù)中的應(yīng)用光電效應(yīng)在近代技術(shù)中的應(yīng)用1.1.光控繼電器光控繼電器K1K2K3K4K5KA可對微弱光線

13、進行放可對微弱光線進行放大，可使光電流放大大，可使光電流放大105 108 倍，靈敏度倍，靈敏度高，用在工程、天文、高，用在工程、天文、科研、軍事等方面。科研、軍事等方面。2.2.光電倍增管光電倍增管慎而思之慎而思之 勤而行之勤而行之 (多選)(2015衡水高二檢測)對光電效應(yīng)的理解正確的是()A金屬鈉的每個電子可以吸收一個或一個以上的光子，當它積累的動能足夠大時，就能逸出金屬B如果入射光子的能量小于金屬表面的電子克服原子核的引力而逸出時所需要做的最小功，便不能發(fā)生光電效應(yīng)C發(fā)生光電效應(yīng)時，入射光越強，光子的能量就越大，光電子的最大初動能就越大D由于不同金屬的逸出功是不相同的，因此使不同金屬產(chǎn)

14、生光電效應(yīng)，入射光的最低頻率也不同【答案】BD愛因斯坦的光電效應(yīng)方程 Ek=hv-W0慎而思之慎而思之 勤而行之勤而行之 第4步巧練精選習題，落實強化1(多選)下列對于光子的認識，正確的是()A“光子說”中的光子就是牛頓在微粒說中所說的“微粒”B“光子說”中的光子就是光電效應(yīng)中的光電子C在空間傳播的光是不連續(xù)的，而是一份一份的，每一份叫作一個光量子，簡稱光子D光子的能量跟光的頻率成正比【答案】CD慎而思之慎而思之 勤而行之勤而行之 2用同一束單色光，在同一條件下，先后照射鋅片和銀片，都能產(chǎn)生光電效應(yīng)在這兩個過程中，對下列四個量，一定相同的是_，可能相同的是_，一定不相同的是_A光子的能量B金屬

15、的逸出功C光電子初動能 D光電子最大初動能ACB、D愛因斯坦的光電效應(yīng)方程 Ek=hv-W0慎而思之慎而思之 勤而行之勤而行之 如圖17-1-5所示，一光電管的陰極用極限波長05 000 的鈉制成用波長3 000 的紫外線照射陰極，光電管陽極A和陰極K之間的電勢差U2.1 V，飽和光電流(當陰極K發(fā)射的電子全部到達陽極A時，電路中的電流達到最大值，稱為飽和光電流)的值I0.56 A.(1)求每秒內(nèi)由陰極K發(fā)射的光電子數(shù)目；(2)求電子到達陽極A時的最大動能；(3)如果電勢差U不變，而照射光的強度增到原值的三倍，此時電子到達陽極A時最大動能是多少？(普朗克常量h6.631034Js)愛因斯坦的光

16、電效應(yīng)方程 Ek=hv-W0慎而思之慎而思之 勤而行之勤而行之 【解析】因為飽和光電流的值I與每秒陰極發(fā)射的電子數(shù)的關(guān)系是qneIt.電子從陰極K飛出的最大初動能EkhW0.電子從陰極K飛向A極時，還會被電場加速，使其動能進一步增大(1)設(shè)每秒內(nèi)發(fā)射的電子數(shù)為n，則愛因斯坦的光電效應(yīng)方程 Ek=hv-W0慎而思之慎而思之 勤而行之勤而行之 愛因斯坦的光電效應(yīng)方程 Ek=hv-W0慎而思之慎而思之 勤而行之勤而行之 (3)根據(jù)光電效應(yīng)規(guī)律，光電子的最大初動能與入射光的強度無關(guān)，如果電壓U不變，則電子到達陽極A的最大動能不會變即6.0121019 J.【答案】(1)3.51012(個)(2)6.0

17、121019 J(3)6.0121019 J愛因斯坦的光電效應(yīng)方程 Ek=hv-W0慎而思之慎而思之 勤而行之勤而行之 第4步巧練精選習題，落實強化1(多選)(2014廣東高考)在光電效應(yīng)實驗中，用頻率為的光照射光電管陰極，發(fā)生了光電效應(yīng)，下列說法正確的是()A增大入射光的強度，光電流增大B減小入射光的強度，光電效應(yīng)現(xiàn)象消失C改用頻率小于的光照射，一定不發(fā)生光電效應(yīng)D改用頻率大于的光照射，光電子的最大初動能變大【答案】AD愛因斯坦的光電效應(yīng)方程 Ek=hv-W0慎而思之慎而思之 勤而行之勤而行之 2(2014重慶模擬)如圖17-1-6所示，當開關(guān)S斷開時，用光子能量為2.5 eV的一束光照射陰

18、極，發(fā)現(xiàn)電流表讀數(shù)不為零合上開關(guān)，調(diào)節(jié)滑動變阻器，發(fā)現(xiàn)當電壓表讀數(shù)小于0.60 V時，電流表讀數(shù)仍不為零當電壓表讀數(shù)大于或等于0.60 V時，電流表讀數(shù)為零由此可知陰極材料的逸出功為()A1.9 eV B0.6 eVC2.5 eV D3.1 eV【答案】A愛因斯坦的光電效應(yīng)方程 Ek=hv-W0慎而思之慎而思之 勤而行之勤而行之 1.光的散射光的散射光在介質(zhì)中與物質(zhì)微粒相互作用光在介質(zhì)中與物質(zhì)微粒相互作用,因而傳播方向發(fā)生改變因而傳播方向發(fā)生改變,這種現(xiàn)象叫做這種現(xiàn)象叫做光的散射光的散射2.2.康普頓效應(yīng)康普頓效應(yīng) 1923年康普頓在做年康普頓在做 X 射線通過物質(zhì)散射的實驗時，射線通過物質(zhì)散

19、射的實驗時，發(fā)發(fā)現(xiàn)散射線中除有與入射線波長相同的射線外，還有比入射現(xiàn)散射線中除有與入射線波長相同的射線外，還有比入射線波長更長的射線線波長更長的射線，其波長的改變量與散射角，其波長的改變量與散射角有關(guān)，而與有關(guān)，而與入射線波長和散射物質(zhì)都無關(guān)入射線波長和散射物質(zhì)都無關(guān)。康普頓效應(yīng)康普頓效應(yīng)康普頓康普頓,1927年獲諾貝爾物理學獎年獲諾貝爾物理學獎慎而思之慎而思之 勤而行之勤而行之 康普頓散射的實驗裝置與規(guī)律：康普頓散射的實驗裝置與規(guī)律：晶體晶體 光闌光闌X 射線管射線管探探測測器器X 射線譜儀射線譜儀 石墨體石墨體(散射物質(zhì)散射物質(zhì))j 0散射波長散射波長 康普頓效應(yīng)康普頓效應(yīng)慎而思之慎而思之

20、 勤而行之勤而行之 康普頓散射曲線的特點：康普頓散射曲線的特點： 1.除原波長除原波長 0外出現(xiàn)了移向外出現(xiàn)了移向長波方向的新的散射波長長波方向的新的散射波長 。 2.新波長新波長 隨散射角的增大隨散射角的增大而增大。而增大。 散射中出現(xiàn)散射中出現(xiàn) 0 的現(xiàn)象，稱的現(xiàn)象，稱為為康普頓散射。康普頓散射。波長的偏移為波長的偏移為=0Oj=45Oj=90Oj=135Oj. . . . . . . . . .o（A）0.7000.750波長波長. . 0 0康普頓效應(yīng)康普頓效應(yīng)慎而思之慎而思之 勤而行之勤而行之 光子理論對康普頓效應(yīng)的解釋 康普頓效應(yīng)是光子和電子作彈性碰撞的結(jié)果，康普頓效應(yīng)是光子和電子

21、作彈性碰撞的結(jié)果，具體解釋如下：具體解釋如下： 2. 若光子和束縛很緊的內(nèi)層電子相碰撞，光子將與整個原子交換若光子和束縛很緊的內(nèi)層電子相碰撞，光子將與整個原子交換能量能量,由于光子質(zhì)量遠小于原子質(zhì)量，根據(jù)碰撞理論，由于光子質(zhì)量遠小于原子質(zhì)量，根據(jù)碰撞理論， 碰撞前后光碰撞前后光子能量幾乎不變，波長不變。子能量幾乎不變，波長不變。 因為碰撞中交換的能量和碰撞的角度因為碰撞中交換的能量和碰撞的角度有關(guān)，所以波長改變和有關(guān)，所以波長改變和散射角有關(guān)。散射角有關(guān)。1. 若若光子和外層電子相碰撞，光子有一部分能量傳給電子光子和外層電子相碰撞，光子有一部分能量傳給電子,散散射光子的能量減少，于是散射光的波

22、長大于入射光的波長射光子的能量減少，于是散射光的波長大于入射光的波長。 慎而思之慎而思之 勤而行之勤而行之 康普頓散射實驗的意義康普頓散射實驗的意義（1 1）有力地支持了愛因斯坦）有力地支持了愛因斯坦“光量子光量子”假設(shè)；假設(shè)； （2 2）首次在實驗上證實了）首次在實驗上證實了“光子具有動量光子具有動量” 的假設(shè)；的假設(shè)；（3 3）證實了）證實了在微觀世界的單個碰撞事件中，在微觀世界的單個碰撞事件中， 動量和能量守恒定律仍然是成立的。動量和能量守恒定律仍然是成立的。康普頓的成功也不是一帆風順的，在他早期的康普頓的成功也不是一帆風順的，在他早期的幾篇論文中，一直認為散射光頻率的改變是由于幾篇論文中，一直認為散射光頻率的改變是由于“混進來了某種熒光輻射混進來了某種熒光輻射”；在計算中起先只；在計