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第十七章波粒二象性1能量量子化2光的粒子性,一、热辐射1.热辐射:我们周围的一切物体都在辐射_,这种辐射与物体的_有关。2.一般材料物体的辐射规律:辐射电磁波的情况除与_有关外,还与_的种类及_有关。,电磁波,温度,温度,材料,表面状况,二、黑体与黑体辐射1.黑体:指能够_吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射的物体。2.黑体辐射的实验规律:黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的_有关,如图所示。,完全,温度,3.黑体模型:如图所示,在一个空腔壁上开一个很小的孔,射入小孔的电磁波在空腔内表面会发生多次_和_,最终不能从空腔射出。这个小孔(而非空腔壁)就成了一个_。黑体是一个_化的物理模型。,反射,吸收,黑体,理想,三、能量子1.定义:普朗克认为,振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值的_,当带电微粒辐射或吸收能量时,也是以这个最小能量值为单位_地辐射或吸收的,这个不可再分的最小能量值叫作_。,整数倍,一份一份,能量,子,2.能量子大小:=h,其中是电磁波的频率,h称为_常量。h=6.62610-34Js(一般取h=6.6310-34Js)。3.能量的量子化:在微观世界中能量是_的,或者说微观粒子的能量是_的。,普朗克,量子化,分立,四、光电效应实验规律1.光电效应:照射到金属表面的光,能使金属中的_从表面逸出的现象。2.光电子:光电效应中发射出来的_。,电子,电子,3.光电效应的实验规律:(1)存在着_光电流:在光的颜色不变的情况下,入射光越强,饱和电流越大。这表明对于一定颜色的光,入射光越强,单位时间内发射的光电子数越多。(2)存在着遏止电压和_频率:光电子的最大初动能与入射光的频率有关,而与入射光的强弱无关。当入射光的频率低于截止频率时不能发生光电效应。,饱和,截止,(3)光电效应具有_:光电效应几乎是瞬时发生的,从光照射到产生光电流的时间不超过10-9s。4.逸出功:使电子脱离某种金属所做功的_。不同金属的逸出功_(A.相同B.不同)。,瞬时性,最小值,B,五、爱因斯坦的光子说与光电效应方程1.光子说:光不仅在发射和吸收时能量是一份一份的,而且光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的,频率为的光的能量子为h,这些能量子被称为_。,光子,2.爱因斯坦的光电效应方程:(1)表达式:_=Ek+W0或Ek=_-W0。(2)物理意义:金属中电子吸收一个光子获得的能量是h,这些能量一部分用于克服金属的_,剩下的表现为逸出后电子的初动能Ek。,h,h,逸出功W0,六、康普顿效应和光子的动量1.光的散射:光在介质中与_相互作用,因而传播方向_,这种现象叫作光的散射。,物质微粒,发生改变,2.康普顿效应:美国物理学家康普顿在研究石墨对X射线的散射时,发现在散射的X射线中,除了与入射波长0相同的成分外,还有波长_0的成分,这个现象称为康普顿效应。3.康普顿效应的意义:康普顿效应表明光子除了具有能量之外,还具有动量,深入揭示了光的_的一面。,大于,粒子性,4.光子的动量:(1)表达式:p=_。(2)说明:在康普顿效应中,入射光子与晶体中电子碰撞时,把一部分动量转移给电子,光子的动量变小。因此,有些光子散射后波长_。,变大,【预习诊断】1.请判断下列说法的正误。(1)只有高温物体才能辐射电磁波。()(2)能吸收各种电磁波而不反射电磁波的物体叫黑体。()(3)微观粒子的能量只能是能量子的整数倍。(),(4)任何频率的光照射到金属表面都可以发生光电效应。()(5)金属表面是否发生光电效应与入射光的强弱有关。()(6)“光子”就是“光电子”的简称。(),(7)光电子的最大初动能与入射光的频率成正比。()(8)光子的动量与波长成反比。(),提示:(1)。任何物体都可以辐射电磁波。(2)。根据黑体定义判断正确。(3)。微观粒子的能量是分立的。(4)。要发生光电效应,入射光的频率要大于金属的极限频率。(5)。金属表面是否发生光电效应与入射光的频率有关,与强度无关。,(6)。光子是空间传播的一份一份的能量,是不带电的;光电子是光电效应中发射出来的电子。(7)。光电子的最大初动能与入射光的频率成线性关系,不是正比关系。(8)。根据p=判断正确。,2.白天的天空各处都是亮的,是大气分子对太阳光散射的结果。假设一个运动的光子和一个静止的自由电子碰撞以后,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.频率不变C.光子能量变大D.波长变长,【解析】选D。运动的光子和一个静止的自由电子碰撞时,既遵守能量守恒,又遵守动量守恒。碰撞中光子将能量h的一部分传递给了电子,光子的能量减少,波长变长,频率减小,D选项正确。,3.(多选)下列说法正确的是()A.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B.光电效应揭示了光的粒子性C.波长是架起粒子性与波动性的桥梁D.爱因斯坦首先发现了光电效应,【解析】选A、B。根据黑体辐射实验的规律可知: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,故A正确。爱因斯坦的光子说成功解释了光电效应,光电效应说明光具有粒子性,故B正确。波长是描述波动的物理量,故C错误。赫兹等人首先发现了光电效应,爱因斯坦发现了光电效应的规律,并成功解释了光电效应,故D错误。故选A、B。,知识点一黑体和黑体辐射探究导入:很多地方用红外热像仪监测人的体温,只要被测者从仪器前走过,便可知道他的体温是多少,你知道其中的道理吗?,提示:根据热辐射规律可知,人的体温的高低,直接决定了这个人辐射的红外线的频率和强度。通过监测被测者辐射的红外线的情况就知道这个人的体温。,【归纳总结】1.对黑体的理解:绝对的黑体实际上是不存在的,但可以用某装置近似地代替。如图所示,如果在一个空腔壁上开一个小孔,那么射入小孔的电磁波在空腔内表面会发生多次反射和吸收,最终不能从空腔射出,这个小孔就成了一个绝对黑体。,2.一般物体与黑体的比较:,3.黑体辐射的实验规律:(1)温度一定时,黑体辐射强度随波长的分布有一个极大值。(2)随着温度的升高各种波长的辐射强度都有增加;,辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。如图所示。,【典例探究】考查角度1热辐射与黑体辐射【典例1】(多选)下列叙述正确的是()A.一切物体都在辐射电磁波B.一般物体辐射电磁波的情况只与温度有关C.黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关D.黑体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波,【解析】选A、C、D。根据热辐射定义知A对;根据热辐射和黑体辐射的特点知一般物体辐射电磁波的情况除与温度有关外,还与材料种类和表面状况有关,而黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关,B错、C对;根据黑体定义知D对。故选A、C、D。,考查角度2黑体辐射的规律【典例2】(多选)(2017石家庄高二检测)热辐射是指所有物体在一定的温度下都要向外辐射电磁波的现象,辐射强度是指垂直于电磁波传播方向上的单位面积上单位时间内所接收到的辐射能量。在研究某一黑体热辐射时,得到了四种温度下黑体热辐射的强度与波长的关系如图。图中横轴表示电磁波的波长,纵轴表示某,种波长电磁波的辐射强度,则由辐射强度图线可知,同一黑体在不同温度下(),A.向外辐射同一波长的电磁波的辐射强度相同B.辐射强度的极大值随温度升高而向短波方向移动C.向外辐射的电磁波的总能量随温度升高而减小D.向外辐射的电磁波的波长范围是相同的,【解析】选B、D。从图中可以看出,温度越高,向外辐射同一波长的电磁波的辐射强度越大,故A错误;从图中可以看出,辐射强度的极大值随温度升高而向短波方向移动,故B正确;从图中可以看出,辐射的各个波长的部分的辐射强度均变大,故向外辐射的电磁波的总能量随温度升高而增强,故C错误;从图中可以看出,黑体可以辐射出任何频率的电磁波,故向外辐射的电磁波的波长范围是相同的,故D正确。故选B、D。,【过关训练】1.关于黑体的认识,下列说法正确的是()A.黑体只吸收电磁波,不反射电磁波,看上去是黑的B.黑体辐射电磁波的强度按波长的分布除与温度有关外,还与材料的种类及表面状况有关,C.黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温度有关,与材料的种类及表面状况无关D.如果在一个空腔壁上开一个很小的孔,射入小孔的电磁波在空腔内表面经多次反射和吸收,最终不能从小孔射出,这个空腔就成了一个黑体,【解析】选C。黑体自身辐射电磁波,不一定是黑的,故A错;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,故B错、C对;小孔只吸收电磁波,不反射电磁波,因此是小孔成了一个黑体,而不是空腔成了黑体,故D错。故选C。,2.(2018焦作高二检测)下列描绘两种温度下黑体辐射强度与波长关系的图中,符合黑体辐射实验规律的是(),【解析】选A。黑体辐射以电磁辐射的形式向外辐射能量,温度越高,辐射越强越大,故B、D错误。黑体辐射的波长分布情况也随温度而变,如温度较低时,主要以不可见的红外光进行辐射,在500以至更高的温度时,则顺次发射可见光以至紫外辐射。即温度越高,辐射的电磁波的波长越短,故C错误,A正确。故选A。,【补偿训练】1.关于热辐射的认识,下列说法中正确的是()A.热的物体向外辐射电磁波,冷的物体只吸收电磁波B.温度越高,物体辐射的电磁波越强C.辐射强度按波长的分布情况只与物体的温度有关,与材料种类及表面状况无关D.常温下我们看到的物体的颜色就是物体辐射电磁波的颜色,【解析】选B。一切物体都不停地向外辐射电磁波,且温度越高,辐射的电磁波越强,A错误,B正确;选项C是黑体辐射的特性,C错误;常温下看到的物体的颜色是反射光的颜色,D错误。,2.如图所示为t1、t2温度时的黑体辐射强度与波长的关系,则两温度的关系为()A.t1=t2B.t1t2C.t1W0,=c,而c=恰好是光电效应的截止频率。,(4)Ek-曲线。如图所示是光电子最大初动能Ek随入射光频率的变化曲线。这里,横轴上的截距是截止频率或极限频率;纵轴上的截距是逸出功的负值;斜率为普朗克常量。,2.光电效应规律中的两条线索、两个关系:(1)两条线索:,(2)两个关系:光强光子数目多发射光电子多光电流大;光子频率高光子能量大产生光电子的最大初动能大。,【典例探究】考查角度1光电效应规律的应用【典例1】（多选）（2017全国卷）在光电效应实验中，分别用频率为a、b的单色光a、b照射到同种金属上，测得相应的遏止电压分别为Ua和Ub、光电子的最大初动能分别为Eka和Ekb。h为普朗克常量。下列说法正确的是（）,A若ab，则一定有UaUbB.若ab，则一定有EkaEkbC.若UaUb，则一定有EkaEkbD.若ab，则一定有ha-Ekahb-Ekb,【解析】选B、C。由爱因斯坦光电效应方程h=Ekm+W0，由动能定理可得Ekm=eU，故当ab时，UaUb，EkaEkb，故A错误，B正确；若UaUb，则一定有EkaEkb，故C正确；由光电效应方程可得：金属的逸出功W0=ha-Eka=hb-Ekb，故D错误。,考查角度2光电效应方程的应用【典例2】(2015全国卷)在某次光电效应实验中,得到的遏止电压Uc与入射光的频率的关系如图所示,若该直线的斜率和截距分别为k和b,电子电荷量的绝对值为e,则普朗克常量可表示为_,所用材料的逸出功可表示为_。,【解析】由题意可得eUc=h-W,变形为Uc=-,结合图象可知=k,=-b,所以h=ek,W=-eb。答案:ek-eb,【过关训练】(2016江苏高考)几种金属的逸出功W0:,用一束可见光照射上述金属的表面,请通过计算说明哪些能发生光电效应。已知该可见光的波长范围为4.010-77.610-7m,普朗克常数h=6.6310-34Js。,【解析】光子的能量E=,取=4.010-7m,则E5.010-19J,根据EW0判断,钠、钾、铷能发生光电效应。答案:钠、钾、铷能发生光电效应,【补偿训练】1.(多选)(2018上饶高二检测)关于光电效应,下列几种表述正确的是()A.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最大初动能要大B.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,C.金属电子的逸出功与入射光的频率成正比D.光电流的强度与入射光的强度有关,【解析】选B、D。不可见光的频率不一定比可见光的频率大,所以产生的光电子的初动能不一定大,故A错误;当入射光的频率大于金属的极限频率时,即入射光的波长小于极限波长时,发生光电效应,故B正确;根据光电效应方程知Ekm=h-W0=eU,知U=,遏止电压与入射光的频率成一次函数关系,不是成正比,故C错误;光的强度影响单位时间内发出光电子的数目,即影响光电流的大小,故D正确。故选B、D。,2.(多选)一单色光照到某金属表面时,有光电子从金属表面逸出,下列说法中正确的是()A.只增大入射光的频率,金属逸出功将减小B.只延长入射光照射时间,光电子的最大初动能将不变C.只增大入射光的频率,光电子的最大初动能将增大D.只增大入射光的频率,光电子逸出所经历的时间将缩短,【解析】选B、C。金属的逸出功由金属本身的构成决定,与入射光的频率无关,选项A错误;根据爱因斯坦光电效应方程Ek=h-W0可知,当金属的极限频率确定时,光电子的最大初动能取决于入射光的频率,与光照强度、照射时间、光子数目无关,选项B、C正确,D错误。,知识点四光子说对康普顿效应的解释探究导入:太阳光从小孔射入室内时,我们从侧面可以看到这束光;白天的天空各处都是亮的;宇航员在太空中会发现尽管太阳光耀眼刺目,其他方向的天空却是黑的,为什么?,提示:在地球上存在着大气,太阳光经微粒散射后传向各个方向,而在太空中的真空环境下光不散射只向前传播。,【归纳总结】(1)假定X射线光子与电子发生弹性碰撞。光子和电子相碰撞时,光子有一部分能量传给电子,散射光子的能量减少,于是散射光的波长大于入射光的波长。(2)康普顿效应进一步揭示了光的粒子性,也再次证明了爱因斯坦光子说的正确性。,(3)在光的散射中,光子在与其他微粒作用过程中遵循能量守恒定律和动量守恒定律。,【典例探究】考查角度1光子的动量【典例1】科学研究证明,光子有能量也有动量,当光子与电子碰撞时,光子的一些能量转移给了电子。假设光子与电子碰撞前的波长为,碰撞后的波长为,则碰撞过程中(),A.能量守恒,动量守恒,且=B.能量不守恒,动量不守恒,且=C.能量守恒,动量守恒,且,【解析】选C。能量守恒和动量守恒是自然界的普遍规律,适用于宏观世界也适用于微观世界。光子与电子碰撞时遵循这两个守恒规律。光子与电子碰撞前光子的能量E=h=h,当光子与电子碰撞时,光子的一些能量转移给了电子,光子的能量E=h=h,由EE,可知,再由c=1=2,得到12,B错误,C、D正确。,【拓展例题】考查内容:光电效应与图象综合性问题【典例示范】在图甲所示的装置中,K为一个金属板,A为一个金属电极,都密封在真空玻璃管中,单色光可通过玻璃壳照在K上,E为可调直流电源。实验发现,当用某种频率的单色光照射K时,K会发出电子(光电效应),这时,即使A、K间的电压等于零,回路中也有电流,当A的电势低于K时,电流仍不为零,A的电势比K低得越多,电流越小,当A比K的电势低到某一值Uc(遏止电压)时,电流消失。当改变照射光的频率时,遏止电压Uc也将随之改变。如果某次实验我们测出的一系列数据如图乙所示,若知道电子的电荷量e,则根据图象可求出该金属的极限频率为多少?该金属的逸出功W0为多少?普朗克常量h为多少?,【解析】由题图可知,数据对应的点几乎落在一条直线上,直线与轴的交点0即为该金属的极限频率。因此当照射光的频率为0时,遏止电压Uc=0,说明在此频率下,金属板刚好发生光电效应。设光电子的最大初动能为Ek,根据光电效应方程有h=W0+Ek,当A比K的电势低到某一值Uc时,电流消失,光电子的最大初动能全部用来克服电场力做功,由动能定理有eUc=Ek联立以上两式可得由上式可知,Uc-图象斜率k=,在Uc轴上的截距为-。而由图可得,截距为-Uc。,解得h=,W0=eUc。答案:0eUc,
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