§17.1、2 能量量子化光的粒子性 【自主学习】 一、黑体与黑体辐射
1、热辐射:一切物体都在辐射________,这种辐射与物体的______有关,因此叫做热辐射。
2、黑体:能够完全吸收入射的各种________而不发生______物体叫做黑体。 3、黑体辐射:(1黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的________ 有关。(2随温度的升高,各种波长的电磁波的辐射强度都有______;辐射强度的极大值向波长____的方向移动。
二、普朗克的能量量子化假说
1、能量量子化:黑体的空腔壁由大量振子(振动着的带电微粒组成,其能量只能是某一最小能量值ε的______,并以这个最小能量值为单位________地辐射或吸收能量。
2、能量子:(1定义:不可再分的最小能量值ε。(2关系式:ε=hν,ν是________;h 是__________常数,h=________。
三、光电效应现象及实验规律
1、光电效应现象:在光的照射下物体________的现象,发射出来的电子叫做__________。
2、光电效应的实验规律:(1存在____电流。在一定的光照条件下,随着所加电压的____,光电流趋于一个饱和值,入射光越强,饱和电流____,即入射光越强时,单位时间内发射的光电子数目______。(2存在着______电压和______频率。只有施加______电压且达到某一值时才会使光电流为零,这一电压称为____电压,______电压
的存在说明光电子具有一定的____。(3效应具有______。当入射光频率超过截止频率ν0时,无论光怎样微弱,产生电流的时间不超过______,光电效应几乎是瞬时的。
3、使电子从金属中逸出所需做功的______叫做这种金属的逸出功,不同金属的逸出功____。
四、爱因斯坦的光电效应方程
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________组成的,这些能量子被称为____,频率为ν的光的能量子为hν。
2、光电效应方程:表达式:________或________。意义:金属中电子吸收一个光子获得的能量是hν,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________。
五、康普顿效应
1、光的散射:光在介质中与物体微粒的相互作用,使光的传播方向________的现象。
2、康普顿效应:在光的散射中,除了与入射波长λ0____的成分外,还有波长____λ0的成分,这个现象叫做康普顿效应。
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______性的一面。光子的动量:p=________。
【典型例题】
一台激光器发光功率为p,发出的激光在折射率为n的介质中波长为 ,若真空中的光速为c,普朗克恒星为h,则该激光器在t秒内辐射的光子数是________.
【针对训练】 1.下列说法正确的是(
A.光子与光电子是同一种粒子。
B.光子与物质微粒发生相互作用时,不仅遵循能量守恒,还遵循动量守恒。 C.光具有粒子性又具有波动性,这种波是概率波,不是电磁波。 D.宏观物体也有波动性,这种波就是机械波。
2.一束绿光照射某金属表面发生了光电效应,对此,以下说法正确的是( A 若增加绿光的照射强度,则单位时间内逸出的光电子数目不变 B 如增加绿光的照射强度,则逸出的光电子最大初动能增加 C 若改用紫光照射,则逸出的光电子的最大初动能增加 D 若改用紫光照射,则单位时间内逸出的光电子数目一定增加
3.如图所示是光电管应用的原理图,电路中产生了光电流,下列说法正确的是( A 入射光的强度越大,光电流就越大
B 入射光的强度越大,产生光电流越快 C 光电管两端的电压越高,光电流就越大
D 如果把图中电池的正负极交换,电路中一定没有电流
4、关于光的本性,下列说法中正确的是( A.光电效应反映光的粒子性 B.光子的能量由光的强度所决定 C.光子的能量与光的频率成正比
D.光在空间传播时,是不连续的,是一份一份的,每一份光叫做一个光子 5、下列关于光电效应的说法正确的是( A.若某材料的逸出功是W,它的极限频率为h/W B.光电子的初速度和照射光的频率成正比 C.光电子的最大初动能和照射光的频率成正比 D.光电子的最大初动能随照射光频率的增大而增大
6、一金属表面,受绿光照射时发射出电子,受黄光照射时无电子发射.下列有色光照射到这金属表面上时会引起光电子发射的是(
A.紫光 B.橙光 C.蓝光 D.红光
7、用绿光照射一光电管能产生光电效应,欲使光电子从阴极逸出时的最大初动能增大应(
A.改用红光照射
B.增大绿光的强度 C.增大光电管上的加速电压 D.改用紫光照射
8、用一束绿光照射某金属,能产生光电效应,现在把人射光的条件改变,再照射这种金属.下列说法正确的是(
A.把这束绿光遮住一半,则可能不产生光电效应 B.把这束绿光遮住一半,则逸出的光电子数将减少 C.若改用一束红光照射,则可能不产生光电效应
D.若改用一束蓝光照射,则逸出光电子的最大初动能将增大
9、用光照射某种金属,有光电子从金属表面逸出,如果光的频率变,而减弱光的强度,则(
A.逸出的光电子数减少,光电子的最大初动能不变 B.逸出的光电子数减少,光电子的最大初动能减小 C.逸出的光电子数木变,光电子的最大初动能减小 D.光的强度减弱到某一数值,就没有光电子选出了
10、某金属受到频率为ν1=7.0×1014Hz的紫光照射时,释放出来的光电子最大初动能是0.69 eV,当受到频率为ν2=11.8×1014Hz的紫外线照射时,释放出来的光电子最大初动能是2.69 eV.求:(1普朗克常量;(2该金属的逸出功和极限频率.
§17.3、4、5 粒子的波动性概率波不确定性关系 【自主学习】
一、光的波粒二象性
1、光的本性:光既具有________性,又具有______性,即光具有____________。 2、光子的能量和动量:光子能量ε=________,光子动量:p=h/λ,能量ε和动量p是描述物质的______性的重要物理量;波长λ和频率ν是描述物质的______性的典型物理量。因此ε=hν和p=h/λ揭示了光的______性和______性之间的密切关系。
二、粒子的波动性:德布罗意假说:实物粒子也具有______性,。任何一个______的物体,都有一种波与它相对应,这种波叫做______波,也称为德布罗意波。物质波的波长和频率:λ=______,ν=______
三、物质波的实验验证:1927年戴维孙和汤姆孙分别利用晶体做了____________的实验,得到了电子的____________,证实了电子的波动性。
四、经典的粒子和经典的波
1、经典的粒子:粒子有一定的____________,有一定的______,有的还具有电荷,运动的基本特征是在任意时刻有确定的______和______,在时空中有确定的______。。
2、经典的波:经典的波在空间中是弥散开来的,基本特征是具有______和______,即具有时空的____________。
五、概率波
1、光波是一种概率波:光的波动性不是光子之间相互作用的结果而是光子________的性质,光子在空间出现的概率可以通过____________确定,所以,光波是一种概率波。
2、物质波也是概率波:对于电子和其他微观粒子,单个粒子的位置是______,但在某点出现的概率的大小可以由____________确定,而且,对于大量粒子,这种概率分布导致确定的宏观结果,所以物质波也是______波。
六、不确定性关系:微观粒子运动的基本特征:不再遵守_______定律,不可能同时准确地知道粒子的______和______,不可能用“______”来描述粒子的运动,微观粒子的运动状态只能通过______做统计性的描述。以∆x表示粒子位置的不确定量,以∆p表示粒子在x方向上的动量的不确定量,那么。∆x∆p≥h/4π,式中h是______常量。
【典型例题】
在验证光的波粒二象性的实验中,下列说法正确的是(
A.使光子一个一个地通过单缝,如果时间足够长,底片上会出现衍射图样 B.单个光子通过单缝后,底片上会出现完整的衍射图样 C.光子通过单缝的运动路线像水波一样起伏
D.单个光子通过单缝后打在底片的情况呈现出随机性,大量光子通过单缝后打在底片上的情况呈现出规律性
【问题思考】
1、你认为普朗克常量在粒子性与波动性之间起到什么作用。 2、怎样理解光的波粒二象性? 【针对训练】
1、关于光的波粒二象性的理解正确的是(
A.大量光子的效果往往表现出波动性,个别光子的行为往往表现出粒子性 B.光在传播时是波,而与物质相互作用时就转变成粒子 C.高频光是粒子,低频光是波
D.波粒二象性是光的根本属性,有时它的波动性显著,有时它的粒子性显著 2、关于光的波粒二象性,下列说法中不正确的是(
A.波粒二象性指光有时表现为波动性,有时表现为粒子性。 B.光波频率越高,粒子性越明显。 C.能量较大的光子其波动性越显著。
D.个别光子易表现出粒子性,大量光子易表现出显示波动性。
E.光的波粒二象性应理解为,在某种场合下光的粒子性表现明显,在另外某种场合下,光的波动性表现明显。
3、关于物质波的认识,下列说法中正确的是( A.电子的衍射实验证实了物质波的假设是正确的。 B.物质波也是一种概率波。
C.任一运动的物体都有一种波和它对应,这就是物质波。
D.宏观物体尽管可以看作物质波,但他们不具有干涉、衍射等现象。 4.在中子衍射技术中,常利用热中子研究晶体的结构,因为热中子的德布罗意波长与晶体中原子间距相近.已知中子质量m=1.67x10—27kg,普朗克常量h=6.63x10—34J·s,可以估算德布罗意波长λ=1.82x10-10m的热中子动能的数量级为 (
A.10—17J B.10—19J C.10—21J D.10—24 J
5.1924年法国物理学家德布罗意提出物质波的概念,任何一个运动着的物体,小到电子,大到行星、恒星都有一种波与之对应,波长为λ=h/p,p为物体运动的动量,h是普朗克常数。同样光也具有粒子性,光子的动量为: p=h/λ。根据上述观点可以证明一个静止的自由电子如果完全吸收一个γ光子,会发生下列情况:设光子频率为ν,则E=hν, p=h/λ=hν/c,被电子吸收后有hν=m e v2/2, hν/c=m e v。由以上两式可解得:v=2c,电子的速度为两倍光速,显然这是不可能的。关于上述过程以下说法正确的是( A.因为在微观世界动量守恒定律不适用,上述论证错误,所以电子可能完全吸收一个γ光子
B.因为在微观世界能量守恒定律不适用,上述论证错误,所以电子可能完全吸收一个γ光子
C.动量守恒定律、能量守恒定律是自然界中普遍适用规律,所以唯一结论是电子不可能完全吸收一个γ光子
D.若γ光子与一个静止的自由电子发生作用,则γ光子被电子散射后频率不变 6.下列各种说法中正确的有(
A.普朗克在研究黑体的热辐射问题中提出了能量子假说
B.一束光照射到某种金属上不能发生光电效应,是因为该束光的波长太短 C.在光的单缝衍射实验中,狭缝越窄,光子动量的不确定量变大
D.每种原子都有自己的特征光谱,可以利用它来鉴别物质和确定物质的组成 E.用质子流工作的显微镜比用相同速度的电子流工作的显微镜分辨率低
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