波粒二象性復(fù)習(xí)

1、17.1 能量量子化能量量子化一、黑體與黑體輻射一、黑體與黑體輻射黑體黑體：能夠能夠完全吸收完全吸收入射各種波長的電磁波而入射各種波長的電磁波而不發(fā)生不發(fā)生反射反射，這種物體稱為，這種物體稱為黑體。黑體。固體在溫度升高時(shí)顏色的變固體在溫度升高時(shí)顏色的變化化1400K800K1000K1200K0 1 2 3 4 5/m1700K1500K1300K1100K輻射強(qiáng)度輻射強(qiáng)度隨溫度升高，隨溫度升高，1 1、各種波長的輻射強(qiáng)度都增加；、各種波長的輻射強(qiáng)度都增加；2 2、輻射強(qiáng)度的極大值向波長較、輻射強(qiáng)度的極大值向波長較短的方向移動(dòng)短的方向移動(dòng)能量量子化能量量子化：微觀粒子的運(yùn)動(dòng)是：微觀粒子的運(yùn)動(dòng)是

2、不連續(xù)的不連續(xù)的, , 在發(fā)射在發(fā)射和吸收能量的時(shí)候，不是連續(xù)的，而是和吸收能量的時(shí)候，不是連續(xù)的，而是一份一份的一份一份的。能量是能量是h 的整數(shù)倍。的整數(shù)倍。 每份能量為每份能量為: : =hsJh3410626. 6普朗克普朗克提出提出能量子能量子的概念的概念一、黑體與黑體輻射一、黑體與黑體輻射三、能量子：微觀粒子的運(yùn)動(dòng)是不連續(xù)的, 在發(fā)射和吸收能量的時(shí)候，不是連續(xù)的，而是一份一份的。能量是h 的整數(shù)倍。二、黑體輻射規(guī)律二、黑體輻射規(guī)律溫度升高，溫度升高，1、各種波、各種波長的輻射強(qiáng)度都增加；長的輻射強(qiáng)度都增加；2、輻射強(qiáng)度的極大值、輻射強(qiáng)度的極大值向波長較短的方向移動(dòng)向波長較短的方向移

3、動(dòng)0 1 2 3 4 5 6(m)1700K1500K1300K1100K輻射強(qiáng)度輻射強(qiáng)度最小能量為最小能量為: =h 是波的頻率是波的頻率 sJh3410626. 6 在一杯開水中放入一枝溫度計(jì)，開水靜置在一杯開水中放入一枝溫度計(jì)，開水靜置室內(nèi)，可以看到開水的溫度逐漸降低的，既然室內(nèi)，可以看到開水的溫度逐漸降低的，既然從微觀的角度來看能量是一份一份向外輻射的，從微觀的角度來看能量是一份一份向外輻射的，為什么它的溫度不是一段一段地降低？為什么它的溫度不是一段一段地降低？ 開水向外輻射的每一份能量子能量很?。ㄎ⒂^開水向外輻射的每一份能量子能量很小（微觀量），而水降低量），而水降低1oC釋放的能量

4、很大（宏觀量），釋放的能量很大（宏觀量），由于溫度計(jì)的精度不夠，所以觀察到的溫度不是由于溫度計(jì)的精度不夠，所以觀察到的溫度不是一段一段地降低的。一段一段地降低的。 某種電磁波的波長為某種電磁波的波長為400nm，則這種電磁波，則這種電磁波輻射的能量子輻射的能量子的值是多少？的值是多少？ =h=hc/17.2 17.2 光的粒子性光的粒子性第十七章第十七章 波粒二象性波粒二象性光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律 鋅板在射線照射下失去電子而帶正電。 光電效應(yīng)：光電效應(yīng)： 當(dāng)光照射在金屬表面時(shí)，金屬中有電子逸出當(dāng)光照射在金屬表面時(shí)，金屬中有電子逸出的現(xiàn)象，稱為的現(xiàn)象，稱為光電效應(yīng)光電效應(yīng)。 逸出的

5、電子稱為逸出的電子稱為光電子光電子。 光電子定向移動(dòng)形成的電流叫光電子定向移動(dòng)形成的電流叫光電流光電流。二、光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律二、光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律二、光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律二、光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律1、存在飽和電流存在飽和電流 當(dāng)當(dāng)A A接正極，接正極，K K接負(fù)極時(shí)，接負(fù)極時(shí)，控制控制入射光的強(qiáng)度一定入射光的強(qiáng)度一定，使，使U UAKAK從從0 0開始增大，觀察到電流表的開始增大，觀察到電流表的示數(shù)一開始增大，到某一數(shù)值示數(shù)一開始增大，到某一數(shù)值后就不再增大。后就不再增大。這個(gè)最大電流就叫做這個(gè)最大電流就叫做飽和電流飽和電流。AVAK陽極陽極陰極陰極 + - 二、光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律二、光電效應(yīng)的實(shí)

6、驗(yàn)規(guī)律1、存在飽和電流存在飽和電流 當(dāng)光的顏色（頻率）不變時(shí)，當(dāng)光的顏色（頻率）不變時(shí)，入射入射光越強(qiáng)，飽和電流越大，光越強(qiáng)，飽和電流越大，即單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)即單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)越多。越多。AVAK陽極陽極陰極陰極 + - 2、存在遏止電壓存在遏止電壓Uc （反向截止電壓）（反向截止電壓） 當(dāng)A接負(fù)極，K接正極時(shí)，控制入射光的強(qiáng)度一定，使UKA從0開始增大，觀察到電流表的示數(shù)逐漸減小到0。 電流剛減小到電流剛減小到0時(shí)對應(yīng)的時(shí)對應(yīng)的UKA叫叫遏止電壓遏止電壓Uc。AVAK陽極陽極陰極陰極 - + 對存在遏止電壓的解釋：對存在遏止電壓的解釋： 加上反向電壓后，電子受加上反向電壓后，

7、電子受到的電場力方向與運(yùn)動(dòng)方向相到的電場力方向與運(yùn)動(dòng)方向相反，電子減速。反，電子減速。 如果反向電壓足夠大，電如果反向電壓足夠大，電子將無法達(dá)到子將無法達(dá)到A板。板。臨界的電臨界的電壓值即為遏止電壓壓值即為遏止電壓Uc。+ + + + + + 一一 一一 一一 一一 一一 一一EEFvUKAc221eUvmcec221eUvmcevc所有光電子的最大初速度，所有光電子的最大初速度， 是光電子的最大初動(dòng)能。是光電子的最大初動(dòng)能。IUc2OU黃光（強(qiáng)）黃光（強(qiáng)）黃光（弱）黃光（弱）實(shí)驗(yàn)測得的光電效應(yīng)曲線實(shí)驗(yàn)測得的光電效應(yīng)曲線藍(lán)光藍(lán)光Uc1遏止電壓遏止電壓飽和電流飽和電流Is同頻率的光，遏止電壓相同

8、，與光強(qiáng)無關(guān)；同頻率的光，遏止電壓相同，與光強(qiáng)無關(guān)；頻率越大，遏止電壓越大。頻率越大，遏止電壓越大。說明說明:光電子的能量只與入射光的頻率有關(guān)，光電子的能量只與入射光的頻率有關(guān)，與光強(qiáng)無關(guān)。與光強(qiáng)無關(guān)。 3、存在截止頻率存在截止頻率c 當(dāng)入射光的頻率減小到某當(dāng)入射光的頻率減小到某一數(shù)值一數(shù)值c時(shí)，無論光的強(qiáng)度多時(shí)，無論光的強(qiáng)度多大，加上怎樣的電壓，都不會(huì)大，加上怎樣的電壓，都不會(huì)有光電流。有光電流。 這個(gè)臨界頻率叫做這個(gè)臨界頻率叫做截止頻率截止頻率c。 不同金屬的截止頻率不同不同金屬的截止頻率不同。AVAK陽極陽極陰極陰極 + - 4、光電效應(yīng)具有瞬時(shí)性光電效應(yīng)具有瞬時(shí)性 當(dāng)入射光的頻率超過截

9、止頻率時(shí)，無論光如何當(dāng)入射光的頻率超過截止頻率時(shí)，無論光如何微弱，幾乎在瞬間就會(huì)產(chǎn)生光電流。時(shí)間間隔不超過微弱，幾乎在瞬間就會(huì)產(chǎn)生光電流。時(shí)間間隔不超過10-9s。三、愛因斯坦光電效應(yīng)方程三、愛因斯坦光電效應(yīng)方程1、光子、光子：光本身就是由一個(gè)個(gè)不可分割的能量子組光本身就是由一個(gè)個(gè)不可分割的能量子組成的，成的，頻率為頻率為的光的能量子為的光的能量子為h。這些能量子后。這些能量子后來被稱為光子。來被稱為光子。2、電子從金屬中逃逸，需要克服阻力做功、電子從金屬中逃逸，需要克服阻力做功。使電子使電子脫離金屬所要做的脫離金屬所要做的最小最小的功，叫做金屬的的功，叫做金屬的逸出功逸出功。 不同金屬的逸出

10、功是不同的。不同金屬的逸出功是不同的。3、一個(gè)一個(gè)電子電子一瞬間一瞬間吸收吸收一個(gè)一個(gè)光子的能量，一部分能光子的能量，一部分能量用來克服金屬的逸出功量用來克服金屬的逸出功W0，剩下的表現(xiàn)為逸出，剩下的表現(xiàn)為逸出后電子的后電子的最大初動(dòng)能最大初動(dòng)能Ek，即：，即：0kEhW愛因斯坦光電效應(yīng)方程愛因斯坦光電效應(yīng)方程影響飽和電流、截止頻率、遏止電壓的因素：影響飽和電流、截止頻率、遏止電壓的因素：1 1、只要入射光頻率超過截止頻率，只要入射光頻率超過截止頻率，就發(fā)生光電效應(yīng)，就發(fā)生光電效應(yīng)，光較強(qiáng)時(shí)，包含的光子數(shù)較多，照射金屬產(chǎn)生的光光較強(qiáng)時(shí)，包含的光子數(shù)較多，照射金屬產(chǎn)生的光電子較多，飽和電流較大。

11、電子較多，飽和電流較大。光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律：光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律：存在飽和電流存在飽和電流實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)：當(dāng)光的顏色（頻率）不變時(shí)，實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)：當(dāng)光的顏色（頻率）不變時(shí)，入射入射光越強(qiáng)，光越強(qiáng)，飽和電流越大，單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)越多飽和電流越大，單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)越多。影響飽和電流、截止頻率、遏止電壓的因素：影響飽和電流、截止頻率、遏止電壓的因素：2 2、截止頻率截止頻率只與金屬的種類有關(guān)。只與金屬的種類有關(guān)。 當(dāng)當(dāng)hW0時(shí)，才有光電子逸出，故時(shí)，才有光電子逸出，故0cWh0kEhW影響飽和電流、截止頻率、遏止電壓的因素：影響飽和電流、截止頻率、遏止電壓的因素：3 3、遏止電壓與入射光頻率

12、和逸出功有關(guān)。、遏止電壓與入射光頻率和逸出功有關(guān)。0chWUec221eUvmce0kEhW)對光電效應(yīng)規(guī)律的問題掌握兩條線索、明確各概念間的對應(yīng)關(guān)系。 入射光頻率決定光子能量決定光電子的最大初動(dòng)能。 入射光強(qiáng)度決定單位時(shí)間內(nèi)接收的光子數(shù)決定單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)。即： 光電效應(yīng)規(guī)律：光電效應(yīng)規(guī)律：入射光頻率入射光頻率決定光子能量決定光子能量決定光電子的最大決定光電子的最大初動(dòng)能。初動(dòng)能。入射光強(qiáng)度入射光強(qiáng)度決定單位時(shí)間內(nèi)接收的光子數(shù)決定單位時(shí)間內(nèi)接收的光子數(shù)決決定單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)定單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)光電流。光電流。光的強(qiáng)弱影響飽和電流光的強(qiáng)弱影響飽和電流，光的頻率影響遏止電壓

13、光的頻率影響遏止電壓遏止電壓遏止電壓-入射光頻率入射光頻率：Uc-圖像圖像思考思考1：截距、斜率的物理意義是什么？：截距、斜率的物理意義是什么？思考思考2：如果將兩種不同金屬的：如果將兩種不同金屬的Uc-曲線畫在同一張曲線畫在同一張圖像中，會(huì)是怎樣的？圖像中，會(huì)是怎樣的？Uc0cWhUee0chWUe注意：不同金屬的逸出功注意：不同金屬的逸出功W0不同，不同， c不同。不同。-W0/ec 五、光電效應(yīng)方程的驗(yàn)證五、光電效應(yīng)方程的驗(yàn)證 密立根密立根設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，測量金屬的遏止電壓設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，測量金屬的遏止電壓Uc與入射與入射光頻率光頻率的關(guān)系曲線，根據(jù)曲線斜率算出普朗克常量的關(guān)系曲線，根據(jù)曲線斜率算出

14、普朗克常量h，進(jìn)而與普朗克從黑體輻射得出的進(jìn)而與普朗克從黑體輻射得出的h相比較。相比較。 實(shí)驗(yàn)結(jié)論：兩種方法計(jì)算出的普朗克常量幾乎一樣，從而證明了光子說的正確性。 六、康普頓效應(yīng)：六、康普頓效應(yīng)：X X 射線散射射線散射時(shí)，發(fā)現(xiàn)散射線中時(shí)，發(fā)現(xiàn)散射線中有比入射波長更長的射線有比入射波長更長的射線。 光子模型解釋：根據(jù)光子模型解釋：根據(jù)動(dòng)量守恒動(dòng)量守恒定律，發(fā)生定律，發(fā)生碰撞后光碰撞后光子的動(dòng)量會(huì)發(fā)生變化子的動(dòng)量會(huì)發(fā)生變化。 光子的動(dòng)量與波長存在一定的關(guān)系：光子的動(dòng)量與波長存在一定的關(guān)系：p=h/ 發(fā)生碰撞后，光子的動(dòng)量減小，即光的波長增大。發(fā)生碰撞后，光子的動(dòng)量減小，即光的波長增大。康普頓效應(yīng)

15、的意義：康普頓效應(yīng)的意義：(1) 支持了愛因斯坦支持了愛因斯坦“光量子光量子”假設(shè)假設(shè)(2) 證實(shí)了證實(shí)了“光子具有動(dòng)量光子具有動(dòng)量”(3)證實(shí)了在微觀世界的單個(gè)碰撞事件中，動(dòng)量和能證實(shí)了在微觀世界的單個(gè)碰撞事件中，動(dòng)量和能量守恒定律仍然是成立的量守恒定律仍然是成立的! 17.3 17.3 粒子的波動(dòng)性粒子的波動(dòng)性一、光的波粒二象性一、光的波粒二象性 h 光子的能量：光子的能量： hP 光光子子的的動(dòng)動(dòng)量量：h架起了架起了粒子性粒子性與與波動(dòng)性波動(dòng)性之間的橋梁。之間的橋梁。二、粒子的波動(dòng)性二、粒子的波動(dòng)性德布羅意德布羅意提出提出：實(shí)物粒子也具有波動(dòng)性。：實(shí)物粒子也具有波動(dòng)性。 這種和這種和實(shí)物

16、粒子實(shí)物粒子相聯(lián)系的波稱為相聯(lián)系的波稱為德布羅意波德布羅意波( (物質(zhì)波物質(zhì)波或或概率波概率波),),其波長其波長 稱為德布羅意波長。稱為德布羅意波長。物質(zhì)波物質(zhì)波：任何一個(gè)運(yùn)動(dòng)著的物體都有一種波與它對任何一個(gè)運(yùn)動(dòng)著的物體都有一種波與它對應(yīng)，該波的波長應(yīng)，該波的波長 ph 微觀粒子的波動(dòng)性較顯著；而宏觀粒子微觀粒子的波動(dòng)性較顯著；而宏觀粒子(如子彈如子彈)的波的波動(dòng)性根本測不出來。動(dòng)性根本測不出來。17.5 17.5 不確定關(guān)系不確定關(guān)系光子落在各點(diǎn)的概率是不一樣的，光子落在各點(diǎn)的概率是不一樣的，即光子落在明紋處即光子落在明紋處的概率大，落在暗紋處的概率小。則的概率大，落在暗紋處的概率小。則光

17、子在空間出現(xiàn)光子在空間出現(xiàn)的概率可以通過的概率可以通過衍射、干涉的明暗條紋這樣的衍射、干涉的明暗條紋這樣的波動(dòng)規(guī)波動(dòng)規(guī)律確定律確定。 光是一種概率波光是一種概率波。1.單個(gè)粒子的位置是不確定的單個(gè)粒子的位置是不確定的，但在某點(diǎn)附近出現(xiàn)的，但在某點(diǎn)附近出現(xiàn)的概率的大小可以由波動(dòng)規(guī)律確定。概率的大小可以由波動(dòng)規(guī)律確定。2.大量粒子大量粒子，概率的分布導(dǎo)致確定的宏觀結(jié)果。粒子，概率的分布導(dǎo)致確定的宏觀結(jié)果。粒子數(shù)越多，規(guī)則的條紋越來越明顯，數(shù)越多，規(guī)則的條紋越來越明顯，波動(dòng)性明顯波動(dòng)性明顯。二、概率波二、概率波波動(dòng)性是光子自身固有的性質(zhì)波動(dòng)性是光子自身固有的性質(zhì)光是一種概率波：光是一種概率波：不能確

18、定某時(shí)刻某個(gè)光子落在哪個(gè)位置不能確定某時(shí)刻某個(gè)光子落在哪個(gè)位置光子落在某一位置附近的概率可以確定，且光子在光子落在某一位置附近的概率可以確定，且光子在空間出現(xiàn)的概率可通過波動(dòng)的規(guī)律確定。空間出現(xiàn)的概率可通過波動(dòng)的規(guī)律確定。光子在某位置出現(xiàn)的概光子在某位置出現(xiàn)的概率大，對大量光子來說率大，對大量光子來說達(dá)到該位置的光子數(shù)多，達(dá)到該位置的光子數(shù)多，該位置出現(xiàn)明條紋該位置出現(xiàn)明條紋; ; 反反之出現(xiàn)暗條紋。之出現(xiàn)暗條紋。三、不確定關(guān)系三、不確定關(guān)系 經(jīng)典力學(xué)：經(jīng)典力學(xué)：運(yùn)動(dòng)物體有完全確定的位置、動(dòng)量、能量等。運(yùn)動(dòng)物體有完全確定的位置、動(dòng)量、能量等。 微觀粒子：微觀粒子：位置、動(dòng)量等具有不確定量（概率）。位置、動(dòng)量等具有不確定量（概率）。 電子衍射中的不確定量電子衍射中的不確定量一束電子以速度一束電子以速度 v 沿沿 oy 軸射向狹縫。軸射向狹縫。電子在中央主極大區(qū)域出現(xiàn)的幾電子在中央主極大區(qū)域出現(xiàn)的幾率最大。率最大。aoxyb光強(qiáng)光強(qiáng)x x表示粒子位置的不確定量，表示粒子位置的不確定量，p p表示沿表示沿x x軸的動(dòng)量不確定量。軸的動(dòng)量不確定量。x x越小，明紋寬度越大，越小，明紋寬度越大，角越角越多，多，p p的不確定量越大。衍射越明的不確定量越大。衍射越明顯