资源简介

人教版 选择性必修第三册
4.1普朗克黑体辐射理论
光电效应
第四章 原子结构与波粒二象性
1900年，物理学家威廉·汤姆孙勋爵作了展望新世纪的发言：
科学的大厦已经基本完成，后辈的物理学家只要做一些零碎的修补工作就行了
“但是，在物理学晴朗天空的远处，还有两朵令人不安的乌云”
1. 一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与物体的温度有关，所以叫做热辐射。
辐射强度及波长成分的分布随温度变化
2.黑体：如果一个物体能够完全吸收入射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。黑体虽然不反射电磁波，却可以向外辐射电磁波，这样的辐射叫作黑体辐射。
注意：（1）黑体是个理想化的模型。
（2）一般物体的辐射与温度、材料、表面状况有关，但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。
一、黑体辐射
二、黑体辐射的实验规律
1.辐射强度按波长分布与温度的关系
特点：随温度的升高
①各种波长的辐射强度都在增加；
②辐射强度的最大值向短波方向移动。
（1）维恩的经验公式：短波符合，长波不符合
（2）瑞利 ─ 金斯公式：长波符合，短波荒唐
2.经典物理学所遇到的困难
黑体辐射公式：
1900年10月19日，普朗克在德国物理学会会议上提出黑体辐射公式。
3.超越牛顿的发现
三、能量子
普朗克能量子假说
1. 振动的带电微粒，它们的能量是某一最小能量的整数倍：
????=????????（?????=?????，????，…）
2. ????叫能量子，简称量子， ????为量子数，它只取正整数 — 能量量子化。
3. 带电微粒辐射或吸收能量时，只能是以这个最小能量为单位一份一份的。
4. 最小能量为：????=????????
?
5. 宏观能量：连续的
微观能量：不连续、分立、量子化的。
????=????.????????????×??????????????????????·????? — 普朗克常量
?
1．下列叙述正确的是（ ）
A．一切物体都在辐射电磁波
B．一般物体辐射电磁波的情况只与温度有关
C．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关
D．黑体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波
ACD
2．红、橙、黄、绿四种单色光中，光子能量最小的是（ ）
A．红光 B．橙光 C．黄光 D．绿光
A
6．以下宏观概念中，哪些是“量子化”的（ ）
A．物体的带电荷量 B．物体的质量
C．物体的动量 D．学生的个数
AD
8．在实验室或工厂的高温炉子上开一小孔，小孔可看作黑体，由小孔的热辐射特性，就可以确定炉内的温度。如图所示是黑体的辐射强度与其辐射光波长的关系图象，则下列说法正确的是（ ）
A．T1>T2
B．T1C．随着温度的升高，黑体的辐射强度都有所降低
D．随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较长方向移动
A
四、光电效应的实验规律
1.光电效应：当光照射在金属表面时，金属中有电子逸出的现象，称为光电效应。逸出的电子称为光电子。
2.截止频率：当入射光频率减小到某一数值?c 时，A、K极板间不加反向电压，电流也为0。此时的光的频率?c即为截止频率！
理解：
1.金属要发生光电效应与入射光强弱无关，只与频率有关。
2.入射光频率低于截止频率时，不论光照多强，金属都不会发生光电效应！
不同金属的截止频率不同。截止频率与金属自身的性质有关。
3.饱和电流：光照不变，增大UAK，G表中电流达到某一值后不再增大，即达到饱和值。
理解：频率不变，入射光越强，饱和电流越大，单位时间内发射的光电子数越多。
当K、A间加反向电压，光电子克服电场力作功，当电压达到某一值Uc时，光电流恰为0。Uc称截止电压。
4.截止电压
理解：光电子克服电场力做功，到达A极板时速度刚好为零。
????????????????????????????=????????????
?
同一种金属，截止电压只与光的频率有关。
光电子的最大初动能只与入射光的频率有关，入射光的强弱无关。
1.入射光的频率必须大于这个极限频率，才能发生光电效应，低于这个频率就不能发生光电效应；
2.当入射光的频率大于极限频率时，入射光越强，饱和电流越大；
3.光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随着入射光的频率增大而增大；
五、光电效应经典解释中的疑难
光越强，逸出的电子数越多，光电流也就越大。
不管光的频率如何，只要光足够强，电子都可以获得足够能量从而逸出表面，不应存在截止频率。
光越强，光电子的初动能应该越大，所以截止电压Uc 应该与光的强弱有关。
如果光很弱，按经典电磁理论估算，电子需要几分钟到十几分钟的时间才能获得逸出表面所需的能量。
无法用经典的波动理论来解释光电效应。
逸出功W0：使电子脱离某种金属所做功的最小值，叫做这种金属的逸出功。
六、爱因斯坦的光电效应理论
1.光子：
光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，频率为ν的光的能量子为hν。这些能量子后来被称为光子。
2.爱因斯坦的光电效应方程
或
——光电子最大初动能
一个电子吸收一个光子的能量hν后，一部分能量用来克服金属的逸出功W0，剩下的表现为逸出后电子的初动能Ek，即：
????????=????????+????????
?
????????=?????????????????
?
????????=????????????????????????????
?
——金属的逸出功
????????
?
3.光电效应理论的验证
美国物理学家密立根，花了十年时间做了“光电效应”实验，结果在1915年证实了爱因斯坦方程，????的值与理论值完全一致，又一次证明了“光量子”理论的正确。
由于爱因斯坦提出的光子假说成功地说明了光电效应的实验规律，荣获1921年诺贝尔物理学奖。
?
七、康普顿效应和光子的动量
1.光的散射
光束通过某些介质时，可以看到光的散射现象。
2.康普顿效应
1923年康普顿在做X射线通过物质散射的实验时，发现散射线中除有与入射线波长相同的射线外，还有比入射线波长更长的射线，其波长的改变量与散射角有关，而与入射线波长和散射物质都无关。这种波长改变的散射称为康普顿效应。
经典理论无法解释康普顿效应。
经典理论认为：物质中的电子会随入射光以相同的频率振动，并向外辐射，即散射光的频率与入射光频率相等。而无法解释有Δλ存在的实验规律。
X-ray
????0
?
????
?
3.康普顿效应的光量子理论解释
（1）若光子和外层电子相碰撞，光子有一部分能量传给电子，散射光子的能量减少，于是散射光的波长大于入射光的波长。
（2）若光子和束缚很紧的内层电子相碰撞，光子将与整个原子交换能量，由于光子质量远小于原子质量，根据碰撞理论， 碰撞前后光子能量几乎不变，波长不变。
（3）因为碰撞中交换的能量和碰撞的角度有关，所以波长改变和散射角有关。
4.康普顿散射实验的意义
（1）有力地支持了爱因斯坦“光量子”假设。
（2）首次在实验上证实了“光子具有动量”的假设。
（3）证实了在微观世界的单个碰撞事件中，动量和能量守恒定律仍然是成立的。
康普顿的成功也不是一帆风顺的，在他早期的几篇论文中，一直认为散射光频率的改变是由于“混进来了某种荧光辐射”；在计算中起先只考虑能量守恒，后来才认识到还要用动量守恒。
康普顿于1927年获诺贝尔物理奖。
五、光的波粒二象性
光具有波动性，又有粒子性，即波粒二象性。
光在传播过程中表现出波动性，如干涉、衍射、偏振现象。
光在与物质发生作用时表现出粒子性，如光电效应，康普顿效应。
光子能量：
光子动量：
关于光的本性问题，我们不应该在微粒说和波动说之间进行取舍，而应该把它们看作是光的本性的两种不同侧面的描述。
????=????????
?
????=????????????=????????
?
粒子性
波动性
1．在演示光电效应的实验中，原来不带电的一块锌板与灵敏验电器相连，用弧光灯照射锌板时，验电器的指针就张开一个角度，如图所示，（ ）
A．锌板带正电，指针带负电
B．锌板带正电，指针带正电
C．锌板带负电，指针带正电
D．锌板带负电，指针带负电
B
2．一束黄光照射某金属表面时，不能产生光电效应，则下列措施中可能使该金属产生光电效应的是（ ）
A．延长光照时间
B．增大光束的强度
C．换用红光照射
D．换用紫光照射
D
3．关于光子说的基本内容有以下几点，不正确的是（ ）
A．在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫一个光子
B．光是具有质量、能量和体积的物质微粒子
C．光子的能量跟它的频率成正比
D．光子客观并不存在，而是人为假设的
B
4.关于光电效应下述说法中正确的是（ ）
A．光电子的最大初动能随着入射光的强度增大而增大
B．只要入射光的强度足够强，照射时间足够长，就一定能产生光电效应
C．在光电效应中，饱和光电流的大小与入射光的频率无关
D．任何一种金属都有一个极限频率，低于这个频率的光不能发生光电效应
D

展开更多......

收起↑