2018学年高中物理 第4章 波粒二象性 量子、光的粒子性学案 教科版选修3-5

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1、量子、光的粒子性【学习目标】1．了解黑体和黑体辐射的实验规律；2．知道普朗克提出的能量子的假说．3．理解光电效应的实验规律及光电效应与电磁理论的矛盾；4．理解爱因斯坦的光子说及光电效应的解释，了解光电效应方程，并会用来解决简单问题．【要点梳理】要点一、能量量子化1．热辐射（1）定义：我们周围的一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与物体的温度有关，所以叫热辐射．物体在任何温度下，都会发射电磁波，温度不同，所发射的电磁波的频率、强度也不同．物理学中把这种现象叫做热辐射．（2）热辐射的特性：辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同．当物体温度

2、较低时（如室温），热辐射的主要成分是波长较长的电磁波（在红外线区域），不能引起人的视觉；当温度升高时，热辐射中较短波长的成分越来越强，可见光所占份额增大，如燃烧的炭块会发出醒目的红光．2．绝对黑体（简称黑体）（1）定义：在热辐射的同时，物体表面还会吸收和反射外界射来的电磁波．如果一个物体能够完全吸收入射到其表面的各种波长的电磁波而不发生反射，这种物体就是绝对黑体，简称黑体．所谓“黑体”是指能够全部吸收所有频率的电磁辐射的理想物体．绝对的黑体实际上是不存在的，但可以用某种装置近似地代替．（2）黑体辐射的实验规律：对于一般材料的物体，辐射的电

3、磁波除与温度有关外，还与材料的种类及表面状况有关．而黑体的辐射规律最为简单，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．随着温度的升高，一方面黑体辐射各种波长电磁波的本领都有所增加，另一方面辐射本领的极大值向波长较短的方向移动．辐射强度3．普朗克能量量子化假说（1）能量子．黑体的空腔壁是由大量振子（振动着的带电微粒）组成的，其能量只能是某一最小能量值的整数倍．例如可能是或、、…．当振子辐射或吸收能量时，也是以这个最小能量值为单位一份一份地进行．这个不可再分的最小能量值叫做能量子，，其中是电磁波的频率，是普朗克常量（）．（2）能量的

4、量子化．在微观世界里，能量不能连续变化，只能取分立值，这种现象叫做能量的量子化．（3）普朗克的量子化假设的意义．传统的电磁理论认为光是一种电磁波，能量是连续的，能量大小决定于波的振幅和光照时间．普朗克为了克服经典物理学对黑体辐射现象解释的困难而提出了能量子假说，普朗克的能量子假说，使人类对微观世界的本质有了全新的认识，对现代物理学的发展产生了革命性的影响．普朗克常量危是自然界最基本的常量之一，它体现了微观世界的基本特征．4．什么样的物体可看成黑体（1）黑体是一个理想化的物理模型．（2）如图所示，如果在一个空腔壁上开一个很小的孔，那么射入小

5、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．这个小孔近似看成一个绝对黑体．（3）黑体看上去不一定是黑的，有些可看做黑体的物体由于自身有较强的辐射，看起来还会很明亮，如炼钢炉口上的小孔．一些发光体（如太阳、白炽灯丝）也被当作黑体来处理．要点二、光的粒子性1．光电效应现象19世纪末赫兹用实验验证了麦克斯韦的电磁场理论，明确了光的电磁波说．但赫兹也最早发现了光电效应现象．如图所示。用弧光灯照射锌板，与锌板相连的验电器就带正电，这说明锌板在光的照射下发射了电子．定义：住光的照射下物体发射电子的现象，叫做光电效应，发射出米的电子

6、叫做光电子．要点诠释：（1）光电效应的实质：光现象电现象．（2）定义中光包括不可见光和可见光．（3）使锌板发射出电子的光是弧光灯发出的紫外线．2．光电效应的规律可以用图研究光电效应中光电流与照射光的强弱、光的颜色（频率）等物理量间的关系．阴极和阳极是密封在真空玻璃管中的两个电极，阴极在光照时能够发射光电子．电源加在与之间的电压大小可以调整，正、负极也可以对调．当电源按图示极性连接时，阳极吸收阴极发出的电子，在电路中形成光电流．（1）光电效应的实验结果．首先在入射光的强度与频率不变的情况下，的实验曲线如图甲所示．曲线表明，当加速电压增加到一

7、定值时，光电流达到饱和值．这是因为单位时间内从阴极射出的光电子全部到达阳极．若单位时间内从阴极上逸出的光电子数目为，则饱和电流．式中为电子电荷量，另一方面。当电压减小到零，并开始反向时，光电流并没降为零，这就表明从阴极逸出的光电子具有初动能．所以尽管有电场阻碍它们运动，仍有部分光电子到达阳极．但是当反向电压等于时，就能阻止所有的光电子飞向阳极，使光电流降为零，这个电压叫遏止电压，它使具有最大初速度的电子也不能到达阳极．如果不考虑在测量遏止电压时回路中的接触电势差，那么我们就能根据遏止电压来确定电子的最大速度和最大动能，即．在用相同频率不同

8、强度的光去照射阴极时，得到的曲线如图乙所示．它显示出对于不同强度的光，是相同的．这说明同频率、不同强度的光所产生的光电子的最大初动能是相同的．此外，用不同频率的光去照射阴极时，实验结果是：频率