山东省冠县武训高级中学高三物理复习课件：波粒二象性

16.3 波粒二象性zxxk高三总复习 选修3-5一 能量量子化 黑体辐射 （1）热辐射：我们周围的一切物体都在辐射电磁 波，这种辐射与物体的温度与关，所以叫热辐射 。 （2）黑体：能够完全吸收入射的各种波长的电磁 波而不发生反射的物体就是绝对黑体，简称黑体 。不透明的材料制成带小孔的的空腔,可近似看作 黑体。从小孔向外的辐射就是 黑体辐射。黑体模型黑体模型空腔上的小孔炼钢炉上的小洞向远处观察打开 的窗子近似黑体固体在温度升高时颜色的变化1400K800K1000K1200K辐射电磁波的特征与温度有关。室温时辐射主 要成分是波长较长的电磁波，不能引起人的视觉， 温度升高，波长较短的成分越来越强。（3）对于一般材料，辐射电磁波的情况除与温度有 关外，还与材料的种类及表面积有关。（4）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。因此研究黑体辐射的规律是了解一 般物体热辐射性质的基础。 Zxxk实验结果0 1 2 3 4 5 6 (m)1700K1500K1300K 1100K辐射强度1、相同温度下，辐射强度变化，不 与波长成正比，中间有一峰值。2、温度升高，各种波长辐射能 量都增加。3、温度升高，辐射强度 极大值向短波移动2 能量子(1)定义： 普朗克认为，带电微粒辐射或吸收能量时， 只能是辐射或吸收某个最小能量值的整数倍，这个不可 再分的最小能量值叫做能量子(2)大小： h其中是电磁波的频率，h称为普朗克常量，h6.626×1034 J·s(一般h取6.63×1034 J·s)二、光电效应 1、定义：在光(包括不可见光)的照射下从金属表面 上发射出电子的现象叫光电效应发射出来的电子叫光电子这一现象是由赫兹首先发现的（1）存在饱和光电流2 光电效应的实验规律在光照条件不变的的情况下， 随着所加电压的增大，光电流趋于 一个饱和值。在电流较小时，电流随着电压 的增大而增大，但当电流增大到一 定值之后，即使电压在增大，电流 也不会增大。结论：在光的颜色（频率）不变的情况下，入射光 越强，饱和光电流越大。入射光越强，单位时间发射 电子数目越多（2）、存在遏止电压和截止频率当 K、A 间加反向电压达到某一值 Uc 时，光电流恰为0。 Uc称遏止电压遏止电压的存在意味着光电子有一个初速度的上限 现象：对一定频率的光，无论光的强弱如何，遏止电 压一样，光的频率变，遏止电压变。 zxxk结论：对于同种物质，光电子的能量（最大初动能） 只与入射光的频率有关。按经典：光越强，Ek越大，Uc 应于光强有关矛盾（2）存在遏止电压和截止频率入射光的频率小于到某一数 值时，即使不施加反向电压， 也没有光电流（没有光电子）结论： 入射光的频率低于截止频率时不发生光电效应按经典：不管光的频率如何，只要光足够强，电子都 可以获得足够的能量从而逸出表面，不应有截止频率 矛盾（3）光电效应存在瞬时性当入射光的频率超过截止 频率，无论入射光怎样微弱， 几乎在光照射到金属时立即产 生光电效应。结论：产生光电流的时间不超过10-9s按经典：如果光很弱，按经典电磁理论估算，电子需要 几分钟到十几分钟的时间才能获得逸出表面所需的能量 ，这个时间远大于10-9s矛盾3、光子说光是一份一份的不连续传播的，每一份叫做一个光子， 光子的能量跟它的频率成正比，即：E h(h为普朗克常 量)4爱因斯坦光电效应方程：h. （1）W为逸出功：使电子脱离金属所要做功的最小值，对不 同金属，各不相同.光电子的最大初动能（2）（3）h：入射光子的能量（4）三个量单位可均用eV，也可均用J，但必须统一例1：研究光电效应规律的实验装置如图甲所示，以频率为1和2的两种光分别照射光电管阴极K时，都有光电子产生在光电管的两极K、A之间加反向电压时，光电子从阴极K发射出来后向阳极A做减速运动当电流表G读数为零时，电压表V的读数称为反向截止电压在光电管K、A之间加正向电压时，光电子从阴极K发射出来向阳极A做加速运动，当电流表G的读数为最大时，称为饱和光电流由电压表V和电流表G的读数，可画出两种光照射时光电管的伏安特性曲线如图乙所示以下说法正确的是 ( )A两种光分别照射光电管时，阴极K的极限频率不同 B两种光分别照射光电管时，光电子从阴极K表面逸出时间的长短不同 C两种光的频率不同 D两种光的强度不同D例2（03天津）如图，当电键K断开时，用光子能量为2.5eV 的一束光照射阴极P，发现电流表读数不为零。合上电键， 调节滑线变阻器，发现当电压表读数小于0.60V时，电流表 读数仍不为零；当电压表读数大于或等于0.60V时，电流表 读数为零。由此可知阴极材料的逸出功为 ( )A 1.9eV B 0.6eV C 2.5eV D 3.1eV解：反向截止电压为0.60V， EKm= 0.60 eV W= h- EKm= 2.5-0.6=1.9 eVA三、康普顿效应及其解释 1、康普顿效应：用X射线照射物体时，散射出来的X射线的波 长会变长的现象2、爱因斯坦提出光子的动量为P ，式中为光波的 波长 3、康普顿的解释：散射后的X射线波长改变，是X射线光子和 物质中的电子发生碰撞的结果相对X射线光子的能量而言， 物质中电子的动能是很小的，电子可以近似看作是静止的， 碰撞前后光子与电子的总能量守恒，总动量也守恒电子碰 撞前为静止，碰撞后获得了一定的能量和动量，减小了光子 原来的能量和动量，这样，散射光的波长也就变长了4.康普顿散射实验的意义 （1）有力地支持了爱因斯坦“光量子”假设； （2）首次在实验上证实了“光子具有动量”的假设；（3）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。光子的能量和动量动量能量是描述粒子的,频率和波长则是用来描述波的5光的波粒二象性 光既具有波动性，又具有粒子性，即光具有波粒二 象性光子的能量和动量p可以表示为能量和动量p是描述物质的粒子性的重要物理量； 波长或频率是描述物质的波动性的典型物理量两式左侧的物理量和p描述光的粒子性，右侧的 物理量和描述光的波动性，它们通过普朗克常量 h联系在一起大量的光子表现为波动性；个别的光子表现为粒子性。光波是一种概率波。1924年，德布罗意考虑到普朗克量子和爱因斯坦光子理论 的成功，在博士论文中大胆的把光的波粒二象性推广到实物粒 子。假设：任何一个运动着的物体，小到电子、质子，大到行星 、太阳，都有一种波与它对应。把这种波称为德布罗意波或物 质波1.物质波的引入四、德布罗意波 2.德布罗意关系式G.P.汤姆孙（J.J.汤姆孙之子） 与 C.J.戴维孙共同获 1937 年诺贝尔物理学奖。此后，人们相继证实了原子、分子、中子等都具有波动性 。X 射线照在晶体上可以产生衍射，电子打在晶体上也能 观察电子衍射。1927年 C.J.戴维孙与 G.P.汤姆孙 分别利用晶体作电子衍射实验，得到了类 似右图的衍射图样验证了电子具有波动性 。亮纹是电子出现概率比较大的地方（2）德布罗意波的实验验证粒子也是一种概率波7不确定关系 位置和动量的不确定性的关系在微观领域，要准确地测定粒子的位置，动量的不确 定性就更大；反之，要准确确定粒子的动量，那么位置的 不确定性就更大1、关于光电效应，下列说法正确的是( ) A光电子的最大初动能与入射光的频率成正比 B光电子的动能越大，光电子形成的电流强度就越大 C用不可见光照射金属一定比用可见光照射同种金属产 生的光电子的初动能要大 D对于任何一种金属都存在一个“最大波长”，入射光 的波长必须小于这个波长，才能产生光电效应D2、假设一个沿着一定方向运动的光子和一个静止的自由电 子相互碰撞以后，电子向某一个方向运动，光子沿另一方 向散射出去，则这个散射光子跟原来的光子相比 ( ) A频率变大 B速度变小 C光子能量变大 D波长变长D3、关于物质的波粒二象性，下列说法中不正确的( ) A不仅光子具有波粒二象性，一切运动的微粒都具有波粒二 象性 B运动的微观粒子与光子一样，当它们通过一个小孔时，都 没有特定的运动轨道 C波动性和粒子性，在宏观现象中是矛盾的、对立的，但在 微观高速运动的现象中是统一的 D实物的运动有特定的轨道，所以实物不具有波粒二象性D4、下列说法中正确的是 ( ) A光的波粒二象性学说就是由牛顿的微粒说与惠更斯的 波动说合并而成的 B光的波粒二象性学说并没有否定光的电磁说，在光子 能量公式h中，频率显示出波的特征，显示出 粒子的特征C德布罗意的物质波理论纯粹是他基于自然 科学中的对称思想而提出的，并没有得到实验的证实 D只有微观粒子才有波动性，宏观物体是没有波动性的B