1、本 章 整 合,专题一,专题二,专题三,专题四,量子论与光子说 1.量子论:德国物理学家普朗克提出:电磁波的发射和吸收是不连续的,而是一份一份的,每一份电磁波的能量E=h。 2.光子说:爱因斯坦提出:空间传播的光也是不连续的,而是一份一份的,每一份称为一个光子,光子具有的能量与光的频率成正比,即E=h,其中h为普朗克常量,h=6.6310-34 Js。,专题一,专题二,专题三,专题四,【例题1】 (多选)下列对光子的认识,正确的是( ) A.“光子说”中的光子就是牛顿在微粒说中所说的“微粒” B.“光子说”中的光子就是光电效应的光电子 C.在空间传播的光是不连续的,而是一份一份的,每一份叫做一
2、个光量子,简称光子 D.光子的能量跟光的频率成正比 解析:根据光子说,在空间传播的光是不连续的,而是一份一份的,每一份叫作一个光量子,简称光子。而牛顿的“微粒说”中的微粒指宏观世界的微小颗粒。光电效应中,金属内的电子吸收光子后克服原子核的库仑引力束缚,逸出金属表面,成为光电子,故A、B选项错误,C选项正确;由=h知,光子能量与其频率成正比,故D选项正确。 答案:CD,专题一,专题二,专题三,专题四,【例题2】已知功率为100 W的灯泡消耗的电能的5%转化为所发出的可见光的能量,光速c=3.0108 m/s,普朗克常量h=6.6310-34 Js,假定所发出的可见光的波长都是560 nm,计算灯
3、泡每秒内发出的光子数。,专题一,专题二,专题三,专题四,光电效应的规律和光电效应方程 1.光电效应规律 (1)任何一种金属都对应一个极限(截止)频率,入射光频率必须大于极限频率才会产生光电效应。 (2)光电子的最大初动能与入射光的强度无关,只随着入射光频率的增大而增大。 (3)当入射光频率大于极限频率时,保持频率不变,光电流的强度与入射光的强度成正比。 (4)入射光照到金属上时,光电子的发射几乎是瞬时的,一般不超过10-9 s。 2.爱因斯坦光电效应方程Ek=h-W0。 W0表示金属的逸出功,c表示金属的极限频率,则W0=hc。,专题一,专题二,专题三,专题四,3.应用光电效应规律解题的技巧
4、(1)光电效应规律中“光电流的强度”指的是光电流的饱和值(对应从阴极发射出的电子全部被拉向阳极的状态)。因为光电流未达到饱和值之前,其大小不仅与入射光的强度有关,还与光电管两极间的电压有关,只有在光电流达到饱和值以后才和入射光的强度成正比。 (2)明确两个决定关系 a.逸出功W0一定时,入射光的频率决定着能否产生光电效应以及光电子的最大初动能。 b.入射光的频率一定时,入射光的强度决定着单位时间内发射出来的光电子数。,专题一,专题二,专题三,专题四,【例题3】 在光电效应的实验结果中,与光的波动理论不矛盾的是( ) A.光电效应是瞬时发生的 B.所有金属都存在极限频率 C.光电流随着入射光增强
5、而变大 D.入射光频率越大,光电子最大初动能越大 解析:光的波动理论认为只要光照射的时间足够长、足够强就能发生光电效应,且光电子的初动能就大,但实验中金属表面逸出电子的条件是入射光的频率大于金属的极限频率,发生是瞬时的,且入射光频率越大,光电子最大初动能越大,这与光的波动理论相矛盾,故A、B、D三项错误。波动理论认为光强度越大,光电流越大;光电效应中认为光强度越大,光子越多,金属表面逸出的光电子越多,即光电流越大,所以该实验结果与波动理论不矛盾,故C项正确。 答案:C,专题一,专题二,专题三,专题四,【例题4】用波长为2.010-7 m的紫外线照射钨的表面,释放出来的光电子中最大的动能是4.7
6、10-19 J。由此可知,钨的极限频率是(普朗克常量h=6.6310-34 Js,光速c=3.0108 m/s,结果取两位有效数字)( ) A.5.51014 Hz B.7.91014 Hz C.9.81014 Hz D.1.21015 Hz,专题一,专题二,专题三,专题四,用图象表示光电效应的规律 1.Ek-图象 根据爱因斯坦光电效应方程Ek=h-W0,光电子的最大初动能Ek是入射光频率的一次函数,图象如图所示。其横轴截距为金属的极限频率c,纵轴截距是金属的逸出功的负值;斜率为普朗克常量h。,专题一,专题二,专题三,专题四,专题一,专题二,专题三,专题四,【例题5】(1)研究光电效应的电路如
7、图所示。用频率相同、强度不同的光分别照射密封真空管的钠极板(阴极K),钠极板发射出的光电子被阳极A吸收,在电路中形成光电流。下列光电流I与A、K之间的电压UAK的关系图象中,正确的是( ),专题一,专题二,专题三,专题四,(2)钠金属中的电子吸收光子的能量,从金属表面逸出,这就是光电子。光电子从金属表面逸出的过程中,其动量的大小 (选填“增大”“减小”或“不变”),原因是 。 解析:(1)同一金属的逸出功一定,对于同一频率的光,由 =h-W0知,遏止电压相等,遏止电压与光的强度无关;光越强,光电流越大,所以C项正确。 答案:(1)C (2)减小 光电子受到金属表面层中力的阻碍作用(或需要克服逸
8、出功),专题一,专题二,专题三,专题四,光的波粒二象性、物质波 1.大量光子产生的效果显示出波动性,比如干涉、衍射现象中,如果用强光照射,在光屏上立刻出现了干涉、衍射条纹,波动性体现了出来;个别光子产生的效果显示出粒子性,如果用微弱的光照射,在屏上就只能观察到一些分布毫无规律的光点,粒子性充分体现;但是如果微弱的光在照射时间加长的情况下,在感光底片上的光点分布又会出现一定的规律性,倾向于干涉、衍射的分布规律。这些实验为人们认识光的波粒二象性提供了良好的依据。 2.光子和电子、质子等实物粒子一样,具有能量和动量。 3.光子的能量与其对应的频率成正比,而频率是波动性特征的物理量,因此=h揭示了光的
9、粒子性和波动性之间的密切联系。 4.对不同频率的光,频率低、波长长的光,波动性特征显著;而频率高、波长短的光,粒子性特征显著。,专题一,专题二,专题三,专题四,5.光在传播时体现出波动性,在与其他物质相互作用时体现出粒子性。 6.处理光的波粒二象性的关键是正确理解其二象性,搞清光波是一种概率波。 7.光的干涉、衍射、光的偏振说明光具有波动性,光电效应、康普顿效应则证明光具有粒子性,因此,光具有波粒二象性,对于光子这样的微观粒子只有从波粒二象性出发,才能统一说明光的各种行为。 8.电子的衍射实验,说明了一些物质微粒也像光子一样具有波粒二象性。 9.任何一个运动着的物体,小到电子、质子、大到行星、
10、太阳,都有一种波和它对应,波长(物质波的波长) 。物质波和光波一样,也属于概率波,概率波的实质是指粒子在空间分布的概率,是受波动规律支配的。,专题一,专题二,专题三,专题四,【例题6】 (多选)波粒二象性是微观世界的基本特征,以下说法正确的有( ) A.光电效应现象揭示了光的粒子性 B.热中子束射到晶体上产生衍射图样说明中子具有波动性 C.黑体辐射的实验规律可用光的波动性解释 D.动能相等的质子和电子,它们的德布罗意波长也相等 解析:光具有波粒二象性,光电效应揭示了光的粒子性,选项A正确;干涉和衍射是波所具有的特征,选项B正确;黑体辐射的实验规律可利用普朗克提出的能量子观点来解释,选项C错误;根据动量和,答案:AB,
