15黑體和光電效應(yīng)和波粒二象性

1、圖1輻射櫥度波粒二象性1H子概念的誕生黑體輻射總結(jié)熱輻射：我們周圍的一切物體都在輻射電磁波，這種輻射與物體的溫度有關(guān)，所以叫熱輻射.1. 黑體：如果某物體能夠全部吸收外來電磁波而不發(fā)生反射,這種物體就稱為絕對黑體,簡稱黑體.2. 黑體輻射：加熱腔體，黑體表面就向外輻射電磁波，這就是黑體輻射.3. 黑體輻射的實驗規(guī)律黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體的溫度有關(guān).(1) 對黑體輻射的解釋：維恩公式在短波區(qū)與實驗非常接近,在長波區(qū)則與實驗偏離很大;瑞利公式在長波區(qū)與實驗基本一致，但在短波區(qū)與實驗嚴(yán)重不符，如圖1所示.、能量子從小孔射出，這個空腔就成了一個黑體解析黑體自身輻射電磁波，不一定是黑的

2、，故選項A錯誤；黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體的溫度有關(guān)，故選項B錯誤，選項C正確；小孔只吸收電磁波，不反射電磁波，因此是小孔成了一個黑體，而不是空腔，故選項D錯誤.答案C【例2在實驗室或工廠的高溫爐子上開一小孔，小孔可看作黑體，由小孔的熱輻射特性，就可以確定爐內(nèi)的溫度.如圖2所示，就是黑體的輻射強度與其輻射光波長的關(guān)系圖像.說法正確的是.A.Ti>T2B.Ti<T2|隨著溫度的升高，黑體的輻射強度都有所降低°'也波長隨著溫度的升高，輻射強度的極大值向波長較長方向移動二、能量子的計算【例3光是一種電磁波，可見光的波長的大致范圍是400700nm.400n

3、m、700nm電磁輻射的能量子的值各是多少？(h=6.63X1034js)解析根據(jù)公式v='和hv可知：q=nm和m的進率是10的-9方(能量子的理解)紅、橙、黃、綠四種單色光中，光子能量最小的是紅光B.橙光C.黃光D.綠光(能量子的計算)小燈泡的功率P=1W,設(shè)其發(fā)出的光向四周均勻輻射，平均波長入=106m,求小燈泡每秒鐘輻射的光子數(shù)是多少？(h=6.63X1034js)答案5X1018(個)解析每秒鐘小燈泡發(fā)出的能量為E=Pt=1J一個光子的能量亍hv=1.定義：振動著的帶電微粒的能量只能是某一最小能量值的整數(shù)倍U、的一份能量為bhv,稱為能量子.2.大?。翰豢稍俜值淖钚∧芰恐?#

4、163;=h_v,其中V是電磁波的頻室h是普朗克常量，h=6.63X1034Js:一、黑體輻射規(guī)律【例1】關(guān)于對黑體的認(rèn)識，下列說法正確的是()En=£1191.989x105X1018（個）黑體只吸收電磁波，不反射電磁波，看上去是黑的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)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)黑體黑體輻射4黑體輻射的特點黑體輻射的實驗規(guī)律能量子i大小&=hv'能量子假說的意義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.對黑體輻射電

5、磁波的波長分布有影響的因素是溫度B.材料C.表面狀況D.以上都正確硅光電池是利用光電效應(yīng)將光輻射的能量轉(zhuǎn)化為電能.若有N個波長為力的光子打在光電池極板上，這些光子的總能量為(h為普朗克常量)()A.h宜B.Nh專C.Nh"D.2NhS答案B解析一個光子的能量s=hv=h§,則N個光子的總能量E=Nhy.選項B正確.招/0氮一氧激光器發(fā)出波長為633nm的激光，當(dāng)激光器的輸出功率為1mW時，每秒發(fā)出的光子數(shù)為(h=6.63X1034js)()A.2.2X1015B.3.2X1015C.2.2X1014D.3.2X1014答案B解析一個該光子的能量亍hv=捋.當(dāng)激光器輸出功率為

6、1mW時，每秒發(fā)出的光子數(shù)為N=Pt=也代入人£Ch一入數(shù)據(jù)得N-3.2X1015(個).B正確.人眼對綠光較為敏感，正常人的眼睛接收到波長為530nm的綠光時，只要每秒鐘有6個光量子射入瞳孔，眼睛就能察覺.人眼能察覺到綠光時所接收到的最小功率為多少？(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)(普朗克常數(shù)為6.63x1034Js；光速為3X108m/s)答案2.3X1018W解析先根據(jù)bhr片算出每個光量子的能量，每秒需要接收到6個這樣的光量子，故接收到這6個光入量子的功率就是人眼能覺察到綠光的最小功率.又因每秒有6個綠光的光量子射入瞳孔，所以，覺察到綠光所需要接收到的最小功率P=%式中E=6&

7、;又£=hv=h%代入數(shù)據(jù)得P2.3X1018W.光電效應(yīng)與光的雖子說光電效應(yīng)：當(dāng)光照射在金屬表面上時，金屬中的電子會因吸收光的能量而逸出金屬表面，這種現(xiàn)象稱為光電效應(yīng).1. 光電效應(yīng)中的光包括不可見光和可見光.2. 光電子：光電效應(yīng)中發(fā)射出來的電子.其本質(zhì)還是電子.二、光電效應(yīng)的規(guī)律如圖2所示，CD圖2陰極K和陽極A是密封在真空玻璃管中的兩個電極，K用俺做成.電源加在K和A之間的電壓大小可以調(diào)整，正負(fù)極也可以對調(diào).(1) 加在光電管兩極間電壓為零時，用紫光照射陰極，回路中有電流嗎？改變?nèi)肷涔鈴姸?，光電流大小如何變化?2) 保持入射光的強度不變，更換濾色片以改變?nèi)肷涔忸l率，使光由紫

8、光藍(lán)光r綠光r紅光，會看到什么現(xiàn)象？這說明什么？(3) 在紫光照射下，加上反向電壓，直至電流為0.改變光強做兩次，記錄下各個遏止電壓的值；改用藍(lán)光和綠光再各做一次，也記錄下遏止電壓的值.你發(fā)現(xiàn)什么規(guī)律？(4) 遏止電壓U與光電子的最大初動能Ekm什么關(guān)系？由上述實驗數(shù)據(jù)說明最大初動能與什么有關(guān)？答案(1)有.光越強，光電流越大.(2) 紫光、藍(lán)光、綠光照射下有光電流，紅光則沒有.說明入射光的頻率低于某一極限頻率時將不能產(chǎn)生光電效應(yīng).(3) 用紫光照射，不管光強如何，遏止電壓相同；由紫光換成藍(lán)光和綠光，遏止電壓減小.說明遏止電壓隨入射光頻率的減小而減小.(4) 根據(jù)動能定理eU=Ekm,遏止電壓

9、不同說明光電子的最大初動能只與入射光頻率有關(guān)，且隨入射光頻率的增大而增大.總結(jié)光電效應(yīng)的四條規(guī)律極限頻率(也叫截止頻率)的存在：入射光的頻率必須大w,才能產(chǎn)生光電效應(yīng)，與入射光強度及照射時間無關(guān).這些能量子被稱為光子，頻率為V的光子的能hv后，一部分消耗于電子由金屬內(nèi)逸出表面時所；mv2.即Ek=hvW>0,亦即h>W,>四=加而0=hh3.Ekv曲線.如圖3所示是光電子最大初動能Ek隨入射光頻率v的變化曲線.這里，橫軸上的截距是圖6光電子的最大初動能隨著入射光頻率的增加而增加,而與入射光強度無關(guān).(1) 當(dāng)產(chǎn)生光電效應(yīng)時，光電流大小隨入射光強度的增大而增大.(2) 光電效應(yīng)

10、的發(fā)生幾乎是瞬時的,一般不超過109s.1. 兩個決定關(guān)系入射光頻率決定著能否發(fā)生光電效應(yīng)和光電子的最大初動能:(1) 入射光強度決定著單位時間內(nèi)發(fā)射的光子數(shù).三、光量子概念的提出光電效應(yīng)方程光子：光本身就是由一個個不可分割的能量子組成的量為hjy光電效應(yīng)方程1212表達(dá)式：h尸mv+W或mv=hvW.(1) 對光電效應(yīng)方程的理解逸出功的存在：金屬內(nèi)的電子吸收了一個光子的能量需做的功W,叫逸出功;另一部分轉(zhuǎn)化為光電子動能光電效應(yīng)方程說明了產(chǎn)生光電效應(yīng)的條件.若有光電子逸出，則光電子的最大初動能必須大于零，恰好是光電效應(yīng)的截止頻率.A. 圖4用紫外線照射鋅板，驗電器指針會發(fā)生偏轉(zhuǎn)用紅光照射鋅板，

11、驗電器指針會發(fā)生偏轉(zhuǎn)鋅板帶的是負(fù)電荷D.使驗電器指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)的是正電荷二、光電效應(yīng)的實驗規(guī)律2入射光照射到某金屬表面上發(fā)生光電效應(yīng)，若入射光的強度減弱，而頻率保持不變，那么A.從光照至金屬表面上到發(fā)射出光電子之間的時間間隔將明顯增加逸出的光電子的最大初動能將減小單位時間內(nèi)從金屬表面逸出的光電子數(shù)目將減少有可能不發(fā)生光電效應(yīng)三、光電效應(yīng)方程及其應(yīng)用截止頻率(或極限頻率);縱軸上的截距是逸出功的負(fù)值；斜率為普朗克常量.圖33如圖6所示，當(dāng)開關(guān)K斷開時，用光子能量為2.5eV的一束光照射陰極P,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(dāng)電壓表讀數(shù)小于0.60V時，電流表讀數(shù)仍不為零.當(dāng)電

12、壓表讀數(shù)大于或等于0.60V時，電流表讀數(shù)為零.由此可知陰極材料的逸出功為A.1.9eVB.0.6eVC.2.5eVD.3.1eV、光電效應(yīng)的現(xiàn)象分析多1如圖4所示，用弧光燈照射擦得很亮的鋅板，驗電器指針張開一個角度，則下列說法中正確的是.黑體輻射的特性能量子：普朗克假說亍hv/光現(xiàn)象轉(zhuǎn)化電現(xiàn)象光電效應(yīng)實質(zhì)：電子吸收光子能量量子化，光的粒子性<光電子|1實驗規(guī)律光子說:bhv一工人、了hr:mv2+W愛因斯坦光電效應(yīng)方程2、解釋光電效應(yīng)（光電效應(yīng)方程的應(yīng)用）如圖7所示是某金屬在光的照射下，光電子最大初動能Ek與入射光頻率v的關(guān)系圖像，由圖像可知.電源圖8hvWA.U一ee2hvWB.U-

13、eeC.U=2hiW5hvWD.U=*一八2ee答案B解析由題意知，一個電子吸收一個光子不能發(fā)生光電效應(yīng)，換用問樣頻率為V的強激光照射，則發(fā)生光電效應(yīng)，即吸收的光子能量為nhv,n=2,3,4,.則由光電效應(yīng)萬程可知：nh尸W+；mv2(n=2,3,4,)A. 圖7該金屬的逸出功等于E該金屬的逸出功等于h入射光的頻率為沁時，產(chǎn)生的光電子的最大初動能為E入射光的頻率為2w時，產(chǎn)生的光電子的最大初動能為2E（光電效應(yīng)方程的應(yīng)用）以往我們認(rèn)識的光電效應(yīng)是單光子光電效應(yīng)，即一個電子在極短時間內(nèi)只能吸收到一個光子而從金屬表面逸出.強激光的出現(xiàn)豐富了人們對于光電效應(yīng)的認(rèn)識，用強激光照射金屬，由于其光子密度

14、極大，一個電子在極短時間內(nèi)吸收多個光子成為可能，從而形成多光子光電效應(yīng)，這已被實驗證實.光電效應(yīng)實驗裝置示意如圖8所示.用頻率為v的普通光源照射陰極K,沒有發(fā)生光電效應(yīng).換用同樣頻率v的強激光照射陰極K,則發(fā)生了光電效應(yīng)；此時，若加上反向電壓U,即將陰極K接電源正極，陽極A接電源負(fù)極，在K、A之間就形成了使光電子減速的電場.逐漸增大U,光電流會逐漸減?。划?dāng)光電流恰好減小到零時，所加反向電壓U可能是（其中W為逸出功，h為普朗克常量，e為電子電荷量）（）在減速電場中由動能定理得一eU=0；mv2聯(lián)立得：U=牛J普（n=2,3,4,），選項B正確.題組一光電效應(yīng)現(xiàn)象及規(guī)律的理解6.對于任何一種金屬，

15、能發(fā)生光電效應(yīng)的條件是.A.入射光的強度大于某一極限強度入射光的波長大于某一極限波長入射光照射時間大于某一極限時間D.入射光的頻率不低于某一極限頻率（應(yīng)該說大于更好）多7.在光電效應(yīng)實驗中，用頻率為v的光照射光電管陰極，發(fā)生了光電效應(yīng)，下列說法正確的是.6. 增大入射光的強度，光電流增大減小入射光的強度，光電效應(yīng)現(xiàn)象消失改用頻率小于v的光照射，一定不發(fā)生光電效應(yīng)改用頻率大于v的光照射，光電子的最大初動能變大如圖1所示，在研究光電效應(yīng)的實驗中，發(fā)現(xiàn)用一定頻率的A單色光照射光電管時，電流表指針會發(fā)生偏轉(zhuǎn)，而用另一頻率的B單色光照射光電管時不發(fā)生光電效應(yīng)，則.D. 圖1A.A光的強度大于B光的強度B

16、.B光的頻率大于A光的頻率用A光照射光電管時流過電流表G的電流方向是由a流向b用A光照射光電管時流過電流表G的電流方向是由b流向a9.某金屬的逸出功為2.3eV,這意味著.D. A.這種金屬內(nèi)部的電子克服原子核引力做2.3eV的功即可脫離表面B.這種金屬表層的電子克服原子核引力做2.3eV的功即可脫離表面要使這種金屬有電子逸出，入射光子的能量可以小于2.3eV這種金屬受到光照時若有電子逸出，則電子離開金屬表面時的動能至少等于2.3eV圖210.研究光電效應(yīng)的電路如圖2所示.用頻率相同、強度不同的光分別照射密封真空管的鈉極板（陰極K）,鈉極板發(fā)射出的光電子被陽極A吸收，在電路中形成光電流.下列光

17、電流I與A、K之間的電壓Uak的關(guān)當(dāng)入射光的頻率v大于逐時，若v增大，則逸出功增大當(dāng)入射光的頻率v大于諾時，若v增大一倍，則光電子的最大初動能也增大一倍題組三綜合應(yīng)用12.在光電效應(yīng)實驗中，某金屬的截止頻率對應(yīng)的波長為加則該金屬的逸出功為.若用波長為X足枇的單色光做該實驗，則其遏止電壓為.已知電子的電荷量、真空中的光速和普朗克常量分別為ac和h.答案hchcR一入口?0e0入313.分別用入和首入的單色光照射同一金屬，發(fā)出的光電子的最大初動能之比為1：3.以h表示曾朗克常量，c表示真空中的光速，則此金屬板的逸出功是多大？答案饕6入解析設(shè)此金屬的逸出功為W,根據(jù)光電效應(yīng)方程得如下兩式：當(dāng)用波長為

18、入的光照射時：Ek1=半一W入當(dāng)用波長為旨入的光照射時：Ek2=急?時又昏=Ek23解組成的方程組得：w=祟.6入14.鋁的逸出功為4.2eV,現(xiàn)用波長為200nm的光照射鋁的表面.已知h=6.63X1034Js,求：（計算結(jié)果在小數(shù)點后保留三位有效數(shù)字）系圖像中，正確的是光電子的最大初動能;（2）遏止電壓;(3)鋁的截止頻率.答案(1)3.225X1019J(2)2.016V(3)1.014X1015Hz解析（1）根據(jù)光電效應(yīng)方程Ek=hvW有348lhcw6.63X10x3.0x10Ek=二一W=與入200X10J-4.2X1.6X1019J=3.225X1019J多11.已知能使某金屬產(chǎn)

19、生光電效應(yīng)的極限頻率為w則.(2)由Ek=eUc可得A.當(dāng)用頻率為23的單色光照射該金屬時，一定能產(chǎn)生光電子B.當(dāng)用頻率為2w的單色光照射該金屬時，所產(chǎn)生的光電子的最大初動能為h為一193.225X10191.6x10Vq2.016V.由ho=W知Uc與入射光的頻率ve,則普朗克常量可表一19I；：；*Hzr1.014X1015Hz.6.63X10由Ekv圖象(如圖3)可以得到的信息(1)極限頻率：圖線與v軸交點的橫坐標(biāo)X.逸出功：圖線與Ek軸交點的縱坐標(biāo)的絕對值E=W0.(2) 普朗克常量：圖線的斜率k=h.A. 甲光的頻率大于乙光的頻率B. 乙光的波長大于丙光的波長C. 乙光對應(yīng)的截止頻率

20、大于丙光的截止頻率D.甲光對應(yīng)的光電子最大初動能大于丙光的光電子最大初動能17. Ucv圖象(2015新課標(biāo)I35(1)在某次光電效應(yīng)實驗中，得到的遏止電壓的關(guān)系如圖7所示.若該直線的斜率和截距分別為k和b,電子電荷量的絕對值為示為，所用材料的逸出功可表示為.1. 由IU圖象(如圖4)可以得到的信息圖4(1)遏止電壓Uc：圖線與橫軸的交點的絕對值.(2) 18.Ekv圖象愛因斯坦因提出了光量子概念并成功地解釋光電效應(yīng)的規(guī)律而獲得學(xué)獎.某種金屬逸出光電子的最大初動能Ek與入射光頻率v的關(guān)系如圖8所示,1921年諾貝爾物理其中y為極限頻率.從飽和光電流Im：電流的最大值.(3) 最大初動能：Ekm

21、=eUc.15.由UcV圖象(如圖5)可以得到的信息圖中可以確定的是()截止頻率心：圖線與橫軸的交點.圖5圖8A.逸出功與v有關(guān)B.Ek與入射光強度成正比當(dāng)江心時，會逸出光電子圖中直線的斜率與普朗克常量有關(guān)遏止電壓Uc：隨入射光頻率的增大而增旭普朗克常量h:等于圖線的斜率與電子電荷量的乘積，即h=ke.(注：此時兩極之間接反向電壓)I-U圖象在光電效應(yīng)實驗中，飛飛同學(xué)用同一光電管在不同實驗條件下得到了三條光電流與電壓之間的關(guān)系曲線(甲光、乙光、丙光)，如圖9所示.則可判斷出()3光的波粒二象性4實物粒子的波粒二象性5不確定關(guān)系光的波粒二象性概率波康普頓效應(yīng)x射線經(jīng)物質(zhì)散射后波長變長的現(xiàn)象.1.

22、 光的波粒二象性(1)光的干涉和衍射現(xiàn)象說明光具有波動性，光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)說明光具有粒子性.h光子的能重亍心，光子的動重p=光子既有粒子的特征，又有波的特征；即光具有波粒二象性.2. 對光的波粒二象性的理解大量光子產(chǎn)生的效果顯示出波動性；個別光子產(chǎn)生的效果顯示出粒子性.(1) 光子的能量與其對應(yīng)的頻率成正比，而頻率是描述波動性特征的物理量，因此£=hv揭示了光的粒子性和波動性之間的密切聯(lián)系.頻率低、波長長的光，波動性特征顯著，而頻率高、波長短的光，粒子性特征顯著.(2) 光在傳播時體現(xiàn)出波動性，在與其他物質(zhì)相互作用時體現(xiàn)出粒子性.光的粒子性和波動性組成一個有機的統(tǒng)一體.3. 光是

23、一種概率波光子和電子、質(zhì)子等實物粒子一樣，具有能量和動量.和其他物質(zhì)相互作用時，粒子性起主導(dǎo)作用；在光的傳播過程中，光子在空間各點出現(xiàn)的可能性的大小(概率)，由波動性起主導(dǎo)作用，因此稱光波為概率波.二、德布羅意物質(zhì)波假說任何運動著的物體，小到電子、質(zhì)子，大到行星、太陽，都有一種波與它相對應(yīng)，這種波叫物質(zhì)波，又叫德布羅意波.物質(zhì)波波長、頻率的計算公式為出£v=J.Ph我們之所以看不到宏觀物體的波動性，是因為宏觀物體的動量太大，德布羅意波長太小的緣故.德布羅意假說是光的波粒二象性的推廣，即光子和實物粒子都既具有粒子性又具有波動性，即具有波粒二象性.與光子對應(yīng)的波是電磁波，與實物粒子對應(yīng)的

24、波是物質(zhì)波.1. 物質(zhì)波的實驗驗證1927年戴維孫和湯姆孫分別利用晶體做了電子束衍射的實驗,從而證實了電子的波動性.(1) 人們陸續(xù)證實了質(zhì)子、中子以及原子、分子的波動性，對于這些粒子，德布羅意給出的尸h和入=關(guān)p系同樣正確.三、不確定關(guān)系1.微觀粒子運動的位置不確定量Ax和動量的不確定量如x的關(guān)系式為史，其中h是普朗克常4丸重，這個關(guān)系式叫不確定關(guān)系.2. 不確定關(guān)系告訴我們，如果要更準(zhǔn)確地確定粒子的位置(即Ax更小)，那么動量的測量一定會更不準(zhǔn)確(即Apx更大)，也就是說，不可能同時準(zhǔn)確地知道粒子的位置和動量，也不可能用“軌跡”來描述粒子的運動.一、對光的波粒二象性的認(rèn)識1對光的認(rèn)識，以下說法中正確的是.個別光子的行為表現(xiàn)出粒子性，大量光子的行為表現(xiàn)出波動性高頻光是粒子，低頻光是波光表現(xiàn)出波動性時，就不具有粒子性了；光表現(xiàn)出粒子性時，就不再具有波動性了光的波粒二象性應(yīng)理解為：在某種場合下光的波動性表現(xiàn)得明顯，在另外某種場合下，光的粒子性表現(xiàn)明顯二、對物質(zhì)波的理解2下列關(guān)于德布羅意波的認(rèn)識，正確的解釋是.A.光波是一種物質(zhì)波B.X光的衍射證實了物質(zhì)波的假設(shè)是正確的電子的衍射證實了物質(zhì)波的假設(shè)是正確的宏觀物體運動時，看不到它的衍射或干涉現(xiàn)象，所以宏觀物體不具有波動性三、對