1、波粒二象性,17.1 能量量子化 17.2 光的粒子性,17世紀明確形成了兩大對立學說,牛頓,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 ,1、黑體與黑體輻射,熱輻射,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、原子受到激發(fā)而發(fā)射電磁波的現(xiàn)象稱為熱輻射。所輻射電磁波的特征與溫度有關(guān)。,固體在溫度升高時顏色的變化,能量量子化：物理學的新紀元,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

2、稱為絕對黑體。簡稱黑體,不透明的材料制成帶小孔的的空腔,可近似看作黑體。,黑體模型,研究黑體輻射的規(guī)律是了解一般物體熱輻射性質(zhì)的基礎。,2. 黑體輻射實驗規(guī)律,能量量子化：物理學的新紀元,0 1 2 3 4 5 6,(m),1700K,1500K,1300K,1100K,實驗結(jié)果,能量量子化：物理學的新紀元,實驗值,紫,外,難,維恩,瑞利、金斯,普朗克,能量量子化：物理學的新紀元,3.能量子 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，諧振子的能量并不象經(jīng)典物理學所允許的可具有任意值。相應的能量

3、是某一最小能量（稱為能量子）的整數(shù)倍，即：, 1 , 2 , 3 , . n . n為正整數(shù)，稱為量子數(shù)。,能量,量子,經(jīng)典,h=6.62610-34J.s,能量量子化：物理學的新紀元,(m),1 2 3 5 6 8 9,4,7,普朗克,實驗值,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,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

4、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,2如圖1713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() At1t2Bt1t2 Ct1t2 D無法確定,【答案】B,這些電子被稱作光電子(photoelectron)，相應的現(xiàn)象叫做光電效應。,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

5、正電.,石英窗,光電效應的實驗規(guī)律,光電效應伏安特性曲線,Uc,遏止電壓,黃光（強）,光電子的能量只與入射光頻率有關(guān)。,黃光（弱）,藍光,入射光頻率低于某一頻率c 時不發(fā)生光電效應c 。稱為該金屬的截止頻率（或極限頻率）。不同金屬截止頻率不同。,光電效應的產(chǎn)生時間極短。,1.內(nèi)容,光不僅在發(fā)射和吸收時以能量為h 的微粒形式出現(xiàn)，而且在空間傳播時也是如此。也就是說，頻率為 的光是由大量能量為 =h 光子組成的粒子流，這些光子沿光的傳播方向以光速 c 運動。,在光電效應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A，另一部分變?yōu)楣怆娮右莩龊蟮膭幽?Ek 。由能量守恒可得出：,2.愛因斯坦

6、光電效應方程,愛因斯坦的光量子假設,石英窗,光電效應伏安特性曲線,Uc,黃光（強）,黃光（弱）,藍光,愛因斯坦的光量子假設,愛因斯坦對光電效應的解釋： 1. 光強大，光子數(shù)多，釋放的光電子也 多，所以光電流也大。 2. 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。,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 4.從光電效應方程中，當初動能為零時，可得極極限頻率：,由于愛因斯坦提出的光子假說成功地說明了光電效應的實驗規(guī)律,榮獲1921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，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波動理論。,4.光電效

7、應理論的驗證,美國物理學家密立根，花了十年時間做了“光電效應”實驗，結(jié)果在1915年證實了愛因斯坦方程，h 的值與理論值完全一致，又一次證明了“光量子”理論的正確。,愛因斯坦的光量子假設,愛因斯坦由于對光電效應的理論解釋和對理論物理學的貢獻獲得1921年諾貝爾物理學獎,密立根由于研究基本電荷和光電效應，特別是通過著名的油滴實驗，證明電荷有最小單位。獲得1923年諾貝爾物理學獎,。,愛因斯坦的光量子假設,可以用于自動控制，自動計數(shù)、自動報警、自動跟蹤等。,光電效應在近代技術(shù)中的應用,1.光控繼電器,可對微弱光線進行放大，可使光電流放大105108 倍，靈敏度高，用在工程、天文、科研、軍事等方面。

8、,2.光電倍增管,(多選)(2015衡水高二檢測)對光電效應的理解正確的是() 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 C發(fā)生光電效應時，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)生光電效應，入射光的最低頻率也不同,【答案】BD,愛因斯坦的光電效應方程 Ek=hv-W0,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

9、“微?！?B“光子說”中的光子就是光電效應中的光電子 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,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金屬的逸出功 C光電子初動能 D光電子最大初動能,A,C,B、D,愛因斯坦的光電效應方程 Ek=hv-W0,如圖1715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

10、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),愛因斯坦的光電效應方程 Ek=hv-W0,【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)設每秒內(nèi)發(fā)射的電子數(shù)為n，則,愛因斯坦的光電效應方程 Ek=hv-W

11、0,愛因斯坦的光電效應方程 Ek=hv-W0,(3)根據(jù)光電效應規(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)6.0121019 J (3)6.0121019 J,愛因斯坦的光電效應方程 Ek=hv-W0,第4步巧練精選習題，落實強化 1(多選)(2014廣東高考)在光電效應實驗中，用頻率為的光照射光電管陰極，發(fā)生了光電效應，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 D改用頻率大于的光照射

12、，光電子的最大初動能變大,【答案】AD,愛因斯坦的光電效應方程 Ek=hv-W0,2(2014重慶模擬)如圖1716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 eVB0.6 eV C2.5 eV D3.1 eV,【答案】A,愛因斯坦的光電效應方程 Ek=hv-W0,1.光的散射,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,這種現(xiàn)象叫做光的散射,2.康普頓效應,1923年康普頓

13、在做 X 射線通過物質(zhì)散射的實驗時，發(fā)現(xiàn)散射線中除有與入射線波長相同的射線外，還有比入射線波長更長的射線，其波長的改變量與散射角有關(guān)，而與入射線波長和散射物質(zhì)都無關(guān)。,康普頓效應,康普頓,1927年獲諾貝爾物理學獎,康普頓散射的實驗裝置與規(guī)律：,晶體,光闌,探 測 器,0,散射波長,康普頓效應,康普頓散射曲線的特點：,1.除原波長0外出現(xiàn)了移向長波方向的新的散射波長 。,2.新波長 隨散射角的增大而增大。,散射中出現(xiàn) 0 的現(xiàn)象，稱為康普頓散射。,波長的偏移為,康普頓效應,光子理論對康普頓效應的解釋,康普頓效應是光子和電子作彈性碰撞的結(jié)果，具體解釋如下：,2. 若光子和束縛很緊的內(nèi)層電子相碰撞

14、，光子將與整個原子交換能量,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有關(guān)，所以波長改變和散射角有關(guān)。,1. 若光子和外層電子相碰撞，光子有一部分能量傳給電子,散射光子的能量減少，于是散射光的波長大于入射光的波長。,康普頓散射實驗的意義,（1）有力地支持了愛因斯坦“光量子”假設；,（2）首次在實驗上證實了“光子具有動量” 的假設；,（3）證實了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。,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 “混進來了某種熒光輻射”；在計算中起先只 考慮能量守恒，后來才認識到還要用動量守恒。,康普頓于1927年獲諾貝爾物理獎。,康普頓效應,第3步例證典例印證，思維深化 康普頓效應證實了光子不僅具有能量，也有動量如圖1718給出了光子與靜止電子碰撞后，電子的運動方向，則碰后光子可能沿_方向運動，并且波長_(選填“不變”“變短”或“變長”),【答案】1變長,第4步巧練精選習題，落實強化 1科學研究證明，光子有能量也有動量，當光子與電子碰撞時，光子的一些能量轉(zhuǎn)移給了電子假設光子與電子碰撞前的波長為，碰撞后的波長為，則碰撞過程中() A能量守恒，動量守恒，且 B能量不守恒，動量不守恒，且 C能量守恒，動量守恒，且