高考物理一轮复习 15.1 量子论初步（光的粒子性）总教案

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1、量子论初步（光的粒子性）基础知识一、光电效应1．光电效应现象：在光（包括不可见光）照射下物体发射出电子的现象叫光电效应现象；所发射的电子叫光电子；光电子定向移动所形成的电流叫光电流。2．光电效应规律(1)任何一种金属都有一个极限频率，入射光必须大于这个极限频率才能产生光电效应．(2)光电子的最大初动能与入射光的强度(数目)无关，只随着入射光的频率增大而增大．(3)当入射光的频率大于极限频率时，保持频率不变，则光电流的强度与入射光的强度成正比．(4)从光照射到产生光电流的时间不超过10—9s，几乎是瞬时的．说明：(1)光电效应规律“光电流的

2、强度与入射光的强度成正比”中“光电流的强度指的是光电流的最大值(亦称饱和值)，因为光电流未达到最大值之前，其值大小．不仅与入射光的强度有关，还与光电管两极间的电压有关．只有在光电流达到最大以后才和入射光的强度成正比．(2)这里所说“入射光的强度”，指的是单位时间内入射到金属表面单位面积上的光子的总能量，在入射光频率不变的憎况下，光强正比于单位时间内照射到金属表面上单位面积的光子数．但若换用不同频率的光照射，即使光强相同，单位时间内照射到金属表面单位面积的光子数也不相同，因而从金属表面逸出的光电子数也不相同，形成的光电流也不同．二、光子说1

3、．经典的波动理论解释不了光电效应规律中(1)极限频率、(2)最大初动能、(4)瞬时性(1)极限频率ν0：光的强度由光波的振幅A决定，跟频率无关。只要入射光足够强(或照射时间足够长),就应该能发生光电效应．但事实并非如此．(2)光电子的最大初动能：只与光的频率有关而与光的强度无关．(3)解释不了光电效应发生的时间之短：10-9s；能量积累是需要时间的2．光子说却能很好地解释光电效应．光子说认为：(1)空间传播的光不是连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光子．①光传播规律②光由能量子(光子)组成(2)光子的能量跟它的频率成正比，即E＝hγ＝

4、hc／λ(式中的h叫做普朗克恒量，h＝6．610＿34J·s)爱因斯坦利用光子说解释光电效应过程：(一个光子的能量只能被一个电子吸收，一对一关系)①入射光照到金属上,有些光子被电子吸收,有些没有被电子吸收；吸收了光子的电子(a、b、c、e、g)动能变大,可能向各个方向运动；有些电子射出金属表面成为光电子(b、c、g)，有些没射出(a、e)；射出金属表面的电子克服金属中正电荷引力做的功也不相同；只有从金属表面直接飞出的光电子克服正电荷引力做的功最少(g)，飞出时动能最大。解释了最大初动能.abcdefg②如果入射光子的能量比这个功的最小值还

5、小，那就不能发生光电效应。这就解释了极限频率的存在；③由于光电效应是由一个个光子单独引起的，因此从有光照射到有光电子飞出的时间与照射光的强度无关，几乎是瞬时的。这就解释了光电效应的瞬时性。（3）爱因斯坦光电效应方程：Ek=hγ－W(Ek是光电子的最大初动能；W是逸出功：即从金属表面直接飞出的光电子克服正电荷引力所做的功，也称电离能)说明：(1)光电效应现象是金属中的自由电子吸收了光子的能量后，其动能足以克服金属离子的引力而逃逸出金属表面，成为光子电子．不要将光子和光电子看成同一粒子．(2)对一定的金属来说，逸出功是一定的．照射光的频率越大

6、，光子的能量越大，从金属中逸出的光电子的初动能就越大．如果入射粒子的频率较低，它的能量小于金属的逸出功，就不能产生光电效应，这就是存在极限频率的原因．本节总结：要注意区分一些主要的概念：光的强度、光子的能量、光电子的最大初动能、光电流的强度等．入射光的强度是和光电流的强度联系着的，每秒发射的光子数决定了每秒逸出的光电子数；入射光的频率是和光电子的最大初动能联系着的，每个光子的能量E＝hν。决定了每个光电子的最大初动能mvm2．决定了每个光电子的最大初动能光电效应也说明了光具有粒子性。光子电子电子光子散射前散射后三．康普顿效应光子在介质中和

7、物质微粒相互作用，可能使得光的传播方向转向任何方向(不是反射），这种现象叫做光的散射。在研究电子对X射线的散射时发现：有些散射波的波长比入射波的波长略大。康普顿认为这是因为光子不仅有能量，也具有动量。实验结果证明这个设想是正确的。因此康普顿效应也证明了光具有粒子性。按照经典电磁理论推理光波在散射前后波长应该不变，事实上变了。经典理论与实验事实又出现了矛盾。光的电磁理论再次遇到困难。康普顿用光子的概念解释这种康普顿效应，再次证明了爱因斯坦光子学说的正确性。X射线光子与晶体中的电子碰撞时：X光子要把一部分动量转移给了电子，光子的动量变小，所以

8、波长会增大。根据能量守恒和动量守恒求解出散谢光波波长的变化值(理论与实验完全相符合)具有能量(光电效应)E=hγ证明(X射线)光子(E和P是粒子性的表现；γ和λ是波动性的表现)两式说明光具有波