第十七章波粒二象性
新课标要求
1、内容标准
（1）了解微观世界中的量子化现象。比较宏观物体和微观粒子的能量变化特点。体会量子论的建立深化了人们对于物质世界的认识。
（2）通过实验了解光电效应。知道爱因斯坦光电效应方程以及意义。
（3）了解康普顿效应。
（4）根据实验说明光的波粒二象性。知道光是一种概率波。
（5）知道实物粒子具有波动性。知道电子云。初步了解不确定性关系。
（6）通过典型事例了解人类直接经验的局限性。体会人类对世界的探究是不断深入的。
例1：通过电子衍射实验，初步了解微观粒子的波粒二象性，体会人类对于物质世界认识的不断深入。
2、活动建议：阅读有关微观世界的科普读物，写出读书体会。
17.1 能量量子化：物理学的新纪元
三维教学目标
1、知识与技能
（1）了解什么是热辐射及热辐射的特性，了解黑体与黑体辐射。
（2）了解黑体辐射的实验规律，了解黑体热辐射的强度与波长的关系。
（3）了解能量子的概念。
2、过程与方法
（1）了解微观世界中的量子化现象。比较宏观物体和微观粒子的能量变化特点。（2）体会量子论的建立深化了人们对于物质世界的认识。
3、情感、态度与价值观：领略自然界的奇妙与和谐，发展对科学的好奇心与求知欲，乐于探究自然界的奥秘，能体验探索自然规律的艰辛与喜悦。
教学重点：能量子的概念
教学难点：黑体辐射的实验规律
教学方法：教师启发、引导，学生讨论、交流。
教学用具：投影片，多媒体辅助教学设备
教学过程：
第一节能量量子化：物理学的新纪元
（一）引入新课
介绍能量量子化发现的背景：（多媒体投影，见课件。）
19世纪末页，牛顿定律在各个领域里都取得了很大的成功：在机械运动方面不用说，在分子物理方面，成功地解释了温度、压强、气体的内能。在电磁学方面，建立了一个能推断一切电磁现象的 Maxwell方程。另外还找到了力、电、光、声----等都遵循的规律---能量转化与守恒定律。当时许多物理学家都沉醉于这些成绩和胜利之中。他们认为物理学已经发展到头了。
1900年，在英国皇家学会的新年庆祝会上，著名物理学家开尔文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。”
也就是说：物理学已经没有什么新东西了，后一辈只要把做过的实验再做一做，在实验数据的小数点后面在加几位罢了！
但开尔文毕竟是一位重视现实和有眼力的科学家，就在上面提到的文章中他还讲到：“但是，在物理学晴朗天空的远处，还有两朵令人不安的乌云，----”这两朵乌云是指什么呢？
一朵与黑体辐射有关，另一朵与迈克尔逊实验有关。然而，事隔不到一年（1900年底），就从第一朵乌云中降生了量子论，紧接着（1905年）从第二朵乌云中降生了相对论。经典物理学的大厦被彻底动摇，物理学发展到了一个更为辽阔的领域。正可谓“山重水复疑无路，柳暗花明又一村”。点出课题：我们这节课就来体验物理学新纪元的到来――能量量子化的发现。
（二）进行新课
1、黑体与黑体辐射
在了解什么是黑体与黑体辐射之前，请同学们先阅读教材，了解一下什么是热辐射。阅读教材关于热辐射的描述。通过课件展示，加深学生对热辐射的理解。并通过课件展示，使学生进一步了解热辐射的特点，为黑体概念的提出准备知识。（1）热辐射现象
固体或液体，在任何温度下都在发射各种波长的电磁波，这种由于物体中的分子、原子受到激发而发射电磁波的现象称为热辐射。所辐射电磁波的特征与温度有关。
例如：铁块温度↑从看不出发光到暗红到橙色到黄白色，从能量转化的角度来认识，是热能转化为电磁能的过程。
（2）黑体
除了热辐射之外，物体表面还会吸收和反射外界射来的电磁波。不同的物体吸收和反射电磁波的能力是不一样的。
概念：能全部吸收各种波长的电磁波而不发生反射的物体，称为绝对黑体，简称黑体。（课件展示黑体模型）不透明的材料制成带小孔的的空腔，可近似看作黑体。如图所示。研究黑体辐射的规律是了解一般物体热辐射性质的基础。
黑体模型
2、黑体辐射的实验规律
阅读教材“黑体辐射的实验规律”，接合课件展示，讲解黑体辐射的实验规律。如图所示。
黑体热辐射的强度与波长的关系：随着温度的升高，一方面，各种波长的辐射强度都有增加，另一方面，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。
提出1：怎样解释黑体辐射的实验规律呢？
在新的理论诞生之前，人们很自然地要依据热力学和电磁学规律来解释。德国物理学家维恩和英国物理学家瑞利分别提出了辐射强度按波长分布的理论公式。结果导致理论与实验规律不符，甚至得出了非常荒谬的结论，当时被称为“紫外灾难”。（瑞利--金斯线，见课件）
3、能量子：超越牛顿的发现
利用已有的理论解释黑体辐射的规律，导致了荒谬的结果。必然会促使人们去发现新的理论。这就是能量子概念。
1900年，德国物理学家普朗克提出能量量子化假说：辐射黑体分子、原子的振动可看作谐振子，这些谐振子可以发射和吸收辐射能。但是这些谐振子只能处于某些分立的状态，在这些状态中，谐振子的能量并不象经典物理学所允许的可具有任意值。相应的能量是某一最小能量ε（称为能量子）的整数倍，即：ε， 1ε，2ε，3ε，... n ε，n 为正整数，称为量子数。对于频率为ν的谐振子最小能量为：
这个最小能量值，就叫做能量子。课件展示：普朗克的能量子假说和黑体辐射公式
（1）黑体辐射公式
1900.10.19 普朗克在德国物理学会会议上提出一个黑体辐射公式：
普朗克后来又为这种与经典物理格格不入的观念深感不安，只是在经过十多年的努力证明任何复归于经典物理的企图都以失败而告终之后，他才坚定地相信h 的引入确实反映了新理论的本质。
1918年普朗克荣获了诺贝尔物理学奖。
他的墓碑上只刻着他的姓名和（ ）
黑体辐射的研究卓有成效地展现在人们的眼前，紫外灾难的疑点找到了，为人类解决了一大难题。使热爱科学的人们又一次倍感欣慰，但真理与谬误之争就此平息了吗？（没有）
物理难题：1888年，霍瓦(Hallwachs)发现一个带负电的金属板被紫外光照射会放电。近10年以后，1897年，汤姆孙发现了电子 ，此时，人们认识到那就是从金属表面射出的电子，后来，这些电子被称作光电子(photoelectron)，相应的效应叫做光电效应。人们本着对光的完美理论（光的波动性、电磁理论）进行解释会出现什么结果？明天，我们就继续学习“科学的转折：光的粒子性”。
0 1 2 3 4 5
(μm)
e 实验结果 ν
εh =1
π2)(/3
2-=kT h e c h T M ννν秒焦??=-3410626.6h
17.2 科学的转折：光的粒子性
三维教学目标
1、知识与技能
（1）通过实验了解光电效应的实验规律。
（2）知道爱因斯坦光电效应方程以及意义。
（3）了解康普顿效应，了解光子的动量
2、过程与方法：经历科学探究过程，认识科学探究的意义，尝试应用科学探究的方法研究物理问题，验证物理规律。
3、情感、态度与价值观：领略自然界的奇妙与和谐，发展对科学的好奇心与求知欲，乐于探究自然界的奥秘，能体验探索自然规律的艰辛与喜悦。
教学重点：光电效应的实验规律
教学难点：爱因斯坦光电效应方程以及意义
教学方法：教师启发、引导，学生讨论、交流。
教学用具：投影片，多媒体辅助教学设备
教学过程：
第一节科学的转折：光的粒子性
（一）引入新课
回顾前面的学习，总结人类对光的本性的认识的发展过程？
（多媒体投影，见课件。）光的干涉、衍射现象说明光是电磁波，光的偏振现象进一步说明光还是横波。19世纪60年代，麦克斯韦又从理论上确定了光的电磁波本质。然而，出人意料的是，正当人们以为光的波动理论似乎非常完美的时候，又发现了用波动说无法解释的新现象——光电效应现象。对这一现象及其他相关问题的研究，使得人们对光的又一本质性认识得到了发展。
（二）进行新课
1、光电效应
实验演示1：（课件辅助讲述）用弧光灯照射擦得很亮的锌板，(注意用导线与不带电的验电器相连），使验电器张角增大到约为 30度时，再用与丝绸磨擦过的玻璃棒去靠近锌板，则验电器的指针张角会变大。上述实验说明了什么？（表明锌板在射线照射下失去电子而带正电）
概念：在光(包括不可见光)的照射下，从物体发射电子的现象叫做光电效应。发射出来的电子叫做光电子。
2、光电效应的实验规律
（1）光电效应实验
如图所示，光线经石英窗照在阴极上，便有电子逸出----光电子。光电子在电场作用下形成光电流。
概念：遏止电压，将换向开关反接，电场反向，则光电子离开阴极后将受反向电场阻碍作用。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称遏止电压。
根据动能定理，有：
（2）光电效应实验规律
①光电流与光强的关系：饱和光电流强度与入射光强度成正比。
②截止频率ν
c
----极限频率，对于每种金属材料，都相应的有一确定的截
止频率ν
c
，当入射光频率ν>ν
c
时，电子才能逸出金属表面；当入射光频率ν <
ν
c
时，无论光强多大也无电子逸出金属表面。
③光电效应是瞬时的。从光开始照射到光电子逸出所需时间<10-9s。
3、光电效应解释中的疑难
经典理论无法解释光电效应的实验结果。
经典理论认为，按照经典电磁理论，入射光的光强越大，光波的电场强度的振幅也越大，作用在金属中电子上的力也就越大，光电子逸出的能量也应该越大。也就是说，光电子的能量应该随着光强度的增加而增大，不应该与入射光的频率有关，更不应该有什么截止频率。
光电效应实验表明：饱和电流不仅与光强有关而且与频率有关，光电子初动能也与频率有关。只要频率高于极限频率，即使光强很弱也有光电流；频率低于极限频率时，无论光强再大也没有光电流。
光电效应具有瞬时性。而经典认为光能量分布在波面上，吸收能量要时间，即需能量的积累过程。
为了解释光电效应，爱因斯坦在能量子假说的基础上提出光子理论，提出了光量子假设。
4、爱因斯坦的光量子假设
（1）内容
光不仅在发射和吸收时以能量为hν的微粒形式出现，而且在空间传播时也是如此。也就是说，频率为ν的光是由大量能量为 E =hν的光子组成的粒子流，这些光子沿光的传播方向以光速 c 运动。
（2）爱因斯坦光电效应方程
2
2
1
c
e
v
m
c
eU
在光电效应中金属中的电子吸收了光子的能量，一部分消耗在电子逸出功W0，另一部分变为光电子逸出后的动能 Ek 。由能量守恒可得出：
W
为电子逸出金属表面所需做的功，称为逸出功。W
k
为光电子的最大初动能。（
3）爱因斯坦对光电效应的解释
①光强大，光子数多，释放的光电子也多，所以光电流也大。
②电子只要吸收一个光子就可以从金属表面逸出，所以不需时间的累积。
③从方程可以看出光电子初动能和照射光的频率成线性关系
④从光电效应方程中，当初动能为零时，可得极限频率：
h
W
c
=
ν
爱因斯坦光子假说圆满解释了光电效应，但当时并未被物理学家们广泛承认，因为它完全违背了光的波动理论。
5、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年证实了爱因斯坦光电效应方程，h 的值与理论值完全一致，又一次证明了“光量子”理论的正确。
6、展示演示文稿资料：爱因斯坦和密立根
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。
密立根由于研究基本电荷和光电效应，特别是通过著名的油滴实验，证明电荷有最小单位。获得1923年诺贝尔物理学奖。
点评：应用物理学家的历史资料，不仅有真实感，增强了说服力，同时也能对学生进行发放教育，有利于培养学生的科学态度和科学精神，激发学生的探索精神。光电效应在近代技术中的应用
（1）光控继电器
可以用于自动控制，自动计数、自动报警、自动跟踪等。
（2）光电倍增管
可对微弱光线进行放大，可使光电流放大105~108倍，灵敏度高，用在工程、天文、科研、军事等方面。
W
E
h
k
+
=
ν
7、康普顿效应
（1）光的散射：光在介质中与物质微粒相互作用，因而传播方向发生改变，这种现象叫做光的散射。
（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。
（3）康普顿散射的实验装置与规律：
按经典电磁理论：如果入射X 光是某种波长的电磁波，散射光的波长是不会改变的！散射中出现0λλ≠的现象，称为康普顿散射。
康普顿散射曲线的特点：
① 除原波长0λ外出现了移向长波方向的新的散射波长λ
② 新波长λ随散射角的增大而增大。波长的偏移为0λλλ-=?
波长的偏移只与散射角?有关，而与散射物质种类及入射的X 射线的波长0λ无关，)cos 1(0?λλλλ-=-=?c c λ = 0.0241?=2.41×10-3nm （实验值）称为电子的Compton 波长只有当入射波长0λ与c λ可比拟时，康普顿效应才显著，因此要用X 射线才能观察到康普顿散射，用可见光观察不到康普顿散射。
4 概率波 1．经典的粒子和经典的波 (1)经典的粒子 ①有一定的空间大小，有一定的质量，有的带有电荷。 ②遵守牛顿运动定律，能确定其在以后任意时刻的位置和速度，能确定在空间的运动轨迹。 (2)经典的波 ①经典的波是在空间弥散开来的，其特征是具有波长和频率，即具有时空的周期性。 ②只是某种运动形式的传播，不具有物质性。 【例1】下列说法正确的是( ) A．惠更斯提出的光的波动说与麦克斯韦的光的电磁说都是说光是一种波，其本质是相同的 B．牛顿提出的光的微粒说与爱因斯坦的光子说都是说光是一份一份不连续的，其实质是相同的 C．惠更斯的波动说与牛顿的微粒说也是说光具有波粒二象性 D．爱因斯坦的光子说与麦克斯韦的光的电磁说揭示了光既具有波动性又具有粒子性解析：惠更斯提出的波动说和麦克斯韦的电磁说有着本质的不同，前者仍将光看做机械波，认为光在太空中是借助一种特殊介质“以太”传播的，而后者说光波只是电磁波而不是机械波，可以不借助于任何介质而传播，A选项错误。 牛顿提出的微粒说和爱因斯坦的光子说也是有本质区别的，前者认为光是由一个个特殊的实物粒子构成的，而爱因斯坦提出的光子不是像宏观粒子那样有一定形状和体积的实物粒子，它只强调光的不连续性。光是由一份一份组成的，B选项错误。 惠更斯的波动说和牛顿的微粒说都是以宏观物体为模型提出的，是对立的、不统一的，C选项错误。据光的波粒二象性知，D选项正确。 答案：D 释疑点波粒二象性 要正确理解光的波粒二象性的含义，不能把宏观的“波”与“粒子”的概念与微观的“波”与“粒子”的概念混淆，要注意建立微观领域的认识，逐步建立起一个全新的微观世界的模型，从而正确地理解波粒二象性的含义。 2．概率波 (1)光波是一种概率波 光的波动性不是光子之间相互作用引起的而是光子自身固有的性质，光子在空间出现的概率可以通过波动的规律来确定，所以光波是一种概率波。 (2)物质波也是概率波 电子和其他微观粒子同样具有波粒二象性，所以与它们相联系的物质波也是概率波。 【例2】下列说法正确的是( ) A．光波是一种概率波 B．光波是一种电磁波 C．单色光从光密介质进入光疏介质时，光子的能量改变 D．光从光密介质进入光疏介质时，光的波长不变 解析：光具有波粒二象性，既具有波动性，又具有粒子性，光在空间各点出现的可能性的大小(概率)，可以用波动规律来描述，因而光是一种概率波，故A选项正确。而由光的电磁说可知光是一种电磁波，故B选项正确。当波从一种介质进入另一种不同折射率的介质中时，光的频率不变，而光子的能量ε＝hν，取决于频率，故C选项错。但由于介质不同，因而光的传播速度就不相同，由波长、波速和频率的关系可知，光波的波长也就相应地发生变化，故D选项错。 答案：AB
波粒二象性知识点总结 一：黑体与黑体辐射 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。 (2)特点：热辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同。 2．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。如果一些物体能够完全吸收投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。 (2)黑体辐射特点：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。 注意：一般物体的热辐射除与温度有关外，还与材料的种类及 表面状况有关。 二：黑体辐射的实验规律 如图所示，随着温度的升高，一方面，各种波长的辐射强度都 有增加；另—方面，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。 三：能量子 1．能量子：带电微粒辐射或吸收能量时，只能是辐射或吸收某 个最小能量值的整数倍，这个不可再分的最小能量值E叫做能量子。 2．大小：E=hν。 其中ν是电磁波的频率，h称为普朗克常量，h=6．626x10—34J·s(—般h=6.63x10—34J·s)。四：拓展： 1、对热辐射的理解 （1）．在任何温度下，任何物体都会发射电磁波，并且其辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同，这是热辐射的一种特性。 在室温下，大多数物体辐射不可见的红外光；但当物体被加热到5000C左右时，开始发出暗红色的可见光。随着温度的不断上升，辉光逐渐亮起来，而且波长较短的辐射越来越 多，大约在1 5000C时变成明亮的白炽光。这说明同一物体在一定温度下所辐射的能量在不同光谱区域的分布是不均匀的，而且温度越高光谱中与能量最大的辐射相对应的频率也越高。（2）．在一定温度下，不同物体所辐射的光谱成分有显著的不同。例如，将钢加热到约800℃时，就可观察到明亮的红色光，但在同一温度下，熔化的水晶却不辐射可见光。 （3）热辐射不需要高温，任何温度下物体都会发出一定的热辐射，只是温度低时辐射弱，温度高时辐射强。2、2.什么样的物体可以看做黑体 （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—个很小的孔，那么射人 小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。这个空腔近似看成一个绝对黑体。 注意：黑体看上去不一定是黑色的，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。 3、普朗克能量量子化假说 （1）．如图所示，假设与实验结果“令人满意地相符”， 图中小圆点表示实验值，曲线是根据普朗克公式作出的。 （2）．能量子假说的意义 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h是自然界最基本的常量之一，它体现了微观世界的
关于波粒二象性的理解与展望 摘要：本文从光电效应出发，阐述了波粒二象性的提出及近些年来对波粒二象性的一些实验等方面进行叙述，以求对波粒二象性的认识。 关键词：波粒二象性 Which—Way实验波粒二象性的同时观察 正文： 光学是一门古老的基础学科，人们对光本性的认识经历了漫长而曲折的过程。一方而人们通过光的衍射、干涉等现象认识到光具有波动性，另一方而人们在对光电效应及黑体辐射等实验现象的解释中发现又必需把光当成一种粒子。从经典物理的角度来看，光的这两种不同的特性属于两个完全不同的概念。然而，爱因斯坦却把光的波动性和粒子性统一了起来，提出了光的波粒二象性。 1.波粒二象性的提出 1887年，光电效应被德国物理学家赫兹发现，这种特殊的光效应令波动说与粒子说都陷入了一种尴尬的境地。首先，虽然光的波动说在当时已经成为主流，但波动说完全无法解释光电效应现象。另一方面，一直以来都能解释波动说无法解释的光学现象的粒子说也只能对光电效应做出部分解释，虽然根据粒子说理论，可以认为光电效应中的电子是被光的粒子撞击出去的，但为什么蓝光可以引发光电效应而红光不能，这点连粒子说也无法解释。可以说，光电效应令两派学说同时面临瓶颈。 1905年为了解释光电效应，爱因斯坦受到普朗克能量子假说的启发，提出了光量子的假说。他在著名论文《关于光的产生和转化的一个试探性的观点》一文中总结分析了在光学发展中“微粒说”和“波动说”长期争论的历史，指出了经典理论存在的困难，他认为只有把光的能量也看成是不连续分布，而是一份一份地集中在一起，就能对光电效应做出合理的解释说明。这样爱因斯坦发展了普朗克的能量子的概念，创造性地提出了光量子（即光子）的概念，并把它用之于光的发射和转化上，光子的能量为E=hν，其中ν为光的频率，这样能很合理地解释光电效应等现象。 在1917年，爱因斯坦又指出光子不仅有能量，而且还具有动量，其中动量 p=h 或者p=hk 式中波矢k=2π λ ，这样就把标志波动性质的频率ν和波长λ通过一个普适常量——
光电效应波粒二象性 知识梳理 知识点一、光电效应 1．定义 照射到金属表面的光，能使金属中的电子从表面逸出的现象。 2．光电子 光电效应中发射出来的电子。 3．研究光电效应的电路图(如图1)： 图1 其中A是阳极。K是阴极。 4．光电效应规律 (1)每种金属都有一个极限频率，入射光的频率必须大于这个极限频率才能产生光电效应。低于这个频率的光不能产生光电效应。 (2)光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光频率的增大而增大。 (3)光电效应的发生几乎是瞬时的，一般不超过10－9s。 (4)当入射光的频率大于极限频率时，饱和光电流的强度与入射光的强度成正比。 知识点二、爱因斯坦光电效应方程 1．光子说 在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光的能量子，简称光子，光子的能量ε＝hν。其中h＝6.63×10－34J·s。(称为普朗克常量) 2．逸出功W0 使电子脱离某种金属所做功的最小值。 3．最大初动能 发生光电效应时，金属表面上的电子吸收光子后克服原子核的引力逸出时所具有的动能的最大值。
4．遏止电压与截止频率 (1)遏止电压：使光电流减小到零的反向电压U c 。 (2)截止频率：能使某种金属发生光电效应的最小频率叫做该种金属的截止频率(又叫极限频率)。不同的金属对应着不同的极限频率。 5．爱因斯坦光电效应方程 (1)表达式：E k ＝h ν－W 0。 (2)物理意义：金属表面的电子吸收一个光子获得的能量是h ν，这些能量的一部分用 来克服金属的逸出功W 0，剩下的表现为逸出后光电子的最大初动能E k ＝12m e v 2。 知识点三、光的波粒二象性与物质波 1．光的波粒二象性 (1)光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有波动性。 (2)光电效应说明光具有粒子性。 (3)光既具有波动性，又具有粒子性，称为光的波粒二象性。 2．物质波 (1)概率波 光的干涉现象是大量光子的运动遵守波动规律的表现，亮条纹是光子到达概率大的地方，暗条纹是光子到达概率小的地方，因此光波又叫概率波。 (2)物质波 任何一个运动着的物体，小到微观粒子大到宏观物体都有一种波与它对应，其波长λ＝h p ，p 为运动物体的动量，h 为普朗克常量。 考点精练 考点一 光电效应现象和光电效应方程的应用 1．对光电效应的四点提醒 (1)能否发生光电效应，不取决于光的强度而取决于光的频率。 (2)光电效应中的“光”不是特指可见光，也包括不可见光。 (3)逸出功的大小由金属本身决定，与入射光无关。 (4)光电子不是光子，而是电子。 2．两条对应关系 (1)光强大→光子数目多→发射光电子多→光电流大；
第十七章波粒二象性
Ⅱ学习指导 一、本章知识结构 二、本章重点、难点分析 1．黑体和黑体辐射 如果某种物质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。 (1)现实生活中不存在理想的黑体，实际的物体都能辐射红外线(电磁波)，也都能吸收和反射红外线，绝对黑体是理想化模型。 (2)黑体看上去不一定是“黑”的，有些可看做暗黑体的物体由于自身较强的辐射，看起来还会很明亮，如炼钢炉口上的小孔、一些发光体也被当作黑体来处理。 (3)黑体辐射的特性：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。 (4)黑体辐射实验规律。 从下页右图中可以看出，随温度的升高，一方面，各种波长的辐射强度都在增加；另一方面辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。
2．能量的量子化 宏观世界的能量是连续的，微观世界里的能量是不连续的，不是任意值，是量子化的，或者说是分立的。 1900年，德国物理学家普朗克提出能量量子化假说：振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量ε的整数倍，最小能量称为能量子 ε＝h ν 普朗克常量：h ＝6.626×10－ 34J ·s 3．光电效应的规律 (1)入射光越强，饱和光电流就越大，也就是单位时间内发射的光电子数越多。即光电流强度与入射光的强度成正比。 光电效应规律中“光电流的强度”指的是光电流的饱和值。因为光电流未达到饱和值之前，其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。只有在光电流达到饱和值以后才和入射光的强度成正比。 (2)射出的光电子存在最大初动能，最大初动能与光强无关，只随光的频率的增大而增大。 遏止电压：使光电流减小到零的反向电压U C 2 1 2c e v m ＝eU c 遏止电压的存在说明光电子具有一定的初速度，遏止电压随入射光的频率改变，与光强无关。 (3)任何金属都存在截止频率，用超过截止频率的光照射这种金属才能产生光电效应，低于截止频率的光照射，无论光有多强，照射时间有多长，都不会产生光电效应。 (4)光电效应的瞬时性，产生光电效应的时间不会超过10－ 9s 。 例1 光电效应中，从同一金属逸出的电子动能的最大值 A ．只跟入射光的频率有关 B ．只跟入射光的强度有关 C ．跟入射光的频率和强度都有关 D ．除跟入射光的频率和强度有关外，还和光照时间有关 说明：根据光电效应的规律可知，光电子最大初动能E k 值取决于入射光的频率ν，故选项A 正确。
第二章波粒二象性 第五节 德布罗意波 学案 〖学习目标〗 1、知道什么是德布罗意波，了解德布罗意波长与实物粒子的动量的关系； 2、知道实物粒子和光子一样具有波粒二象性； 3、了解不确定性关系. 〖学习难点〗对德布罗意波的理解 〖自主学习〗 一、德布罗意波假说及实验验证 1、德布罗意波 任何一个实物粒子都和一个 相对应，这种与实物粒子相联系的波称为德布罗意波，也 叫做 。 2、物质波的波长、频率关系式：λ= 和v= 3、实验验证：1927年带戴维孙和汤姆生分别利用晶体做了 的实验，得到了电子的 ，证实了电子的波动性。 二、不确定性关系 以△x 表示微观粒子位置的 ，以△p 表示微观粒子 的不确定性，那么△x △p ≥h/4π，式中h 式普朗克常量。 【重难点阐释】 一、说明：光的波粒二象性的联系 （1）、E=h ν 光子说不否定波动性 光具有能量动量，表明光具有粒子性。光又具有波长、频率，表明光具有波动性。且由E=h ν，光子说中E=h ν，ν是表示波的物理量，可见光子说不否定波动说。 （2）、光子的动量和光子能量的比较：p=λh 与ε=h ν Ｐ与ε是描述粒子性的，λ、ν是描述波动性的，h 则是连接粒子和波动的桥梁 波粒二象性对光子来讲是统一的。 二、德布罗意波（物质波） 德布罗意(due de Broglie, 1892-1960)提出：一切实物粒子都有具有波粒二象性。即每一个运动的粒子都与一个对应的波相联系。 能量为E 、动量为p 的粒子与频率为v 、波长为λ的波相联系，并遵从以下关系：E=mc 2=hv p=mv=λh 其中p ：运动物体的动量 h ：普朗克常量 1、德布罗意波 这种和实物粒子相联系的波称为德布罗意波(物质波或概率波),其波长λ称为德布罗意波长。 2、一切实物粒子都有波动性。 后来，大量实验都证实了：质子、中子和原子、分子等实物微观粒子都具有波动性，并都满足德布罗意关系。 一颗子弹、一个足球有没有波动性呢？ 【例1】试估算一个中学生在跑百米时的德布罗意波的波长。 解：估计一个中学生的质量m ≈50kg ，百米跑时速度v ≈7m/s ，则 λ=p h =1.9×10－36m 计算结果表明，子弹的波长小到实验难以测量的程度，宏观物体的物质波波长非常小，所以很难表现出其波动性。
第十七章：波粒二象性 一、黑体辐射规律 1、黑体：只吸收外来电磁波而不反射的理想物体 2、黑体辐射的特点 黑体的辐射强度按波长分布只与温度有关，与物体的材料和表面形 状无关（一般物体的辐射强度按波长分布除与温度有关外，还与物 体的材料、表面形状有关）； 3、黑体辐射规律： ① 随着温度的升高，任意波长的辐射强度都加强 ② 随着温度的升高，辐射强度的极大值向着波长减小的方向进行； 4、普朗克的量子说： 透过黑体辐射规律，普朗克认为：电磁皮的辐射和吸收，是不连续的，而是一份一份地进行的，每份叫一个能量子，能量为γεh =。爱因斯坦受其启发，提出了光子说：光的传播和吸收也是一份一份地进行的，每一份叫一个光子，其能量为νεh = 二、光电效应：说明了光具有粒子性，同时说明了光子具有能量 1、光电效应现象 紫外光照射锌板，锌板的电子获得足够的光子能量，挣脱金 属正离子引力，脱离锌板成为光电子；锌板因失去电子而带上 正电，于是与锌板相连的验电器也带上正电，金属箔张开。 2、实验原理电路图
3、规律： ① 存在饱和电流 饱和电流：在光电管两端加正向电压时，单位时间到达阳极A 的光 电子数增多，光电流越大；但当逸出的光电子全部到达阳极后，再 增加正向电压，光电流就达到最大饱和值，称为饱和电流。 ② 存在遏止电压 在光电管两端加反向电压时，单位时间内到达阳极A 的光电子数减少，光电流减小；当反射电压达到某一值U C 时，光电流减小为零，U C 就叫“遏止电压”。 ③ 存在截止频率 a 、 截止频率的定义：任何一种金属都有一个极限频率ν0，入射光的频率低于 “极限频率”ν0时，无论入射光多强，都不能发生光电效应，这个极限频率称为 截止频率。 b 、“逸出功”定义：电子从金属表面脱离金属所需克服金属正离子的引力所做的最小功。 要发生光电效应，入射光的能量（h ν）要大于 “逸出功（W ）” 即： 00W hv = ④ 光电效应的“瞬时性”——因光电效应发生的时间，即为一个光子与一个电子能量交换 的时间，所以不管光强度如何，发生光电效应的时间极短，不超过10-9 s 。 4、爱因斯坦的光电效应方程： 光电子的最大初动能等于入射光光子的能量减逸出功 即：W h E K -=ν 可见“光电子的最大初动能”与入射光的强度无关，只与入射光频率有关，图象如下图
第十七章 波粒二象性 一、能量量子化 1．以下宏观概念，哪些是“量子化”的 ( ) A. 木棒的长度 B ．物体的质量 C ．物体的动量 D ．学生的个数 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 3．“约瑟夫森结”由超导体和绝缘体制成。若在结两端加恒定电压U ，则它会辐射频率为v 的电磁波，且与U 成正比，即v = kU 。已知比例系数k 仅与元电荷e 的2倍和普朗克常量h 有关。你可能不了解此现象为机理，但仍可运用物理学中常用的方法，在下列选项中，推理判断比例系数k 的值可能为 （ ） A ． e h 2 B ．h e 2 C ．2eh D ．eh 21 4．煤烟很接近黑体，其吸收率为99%，即投射到煤烟的辐射能量几乎全部被吸收，若把一 定量的煤烟置于阳光照射下，问它的温度是否一直上升？
二、光的粒子性 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，验电器的指针张开了一个角度，如图所示，这时 ( ) 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，指针带负电 D．锌板带负电，指针带正电 2.（多选）两种单色光a和b，a光照射某金属时有光电子逸出，b光照射该金属时没有光 电子逸出，则 ( ) A．在真空中，a光的传播速度较大 B．在水中，a光的波长较小 C．在真空中，b光光子的能量较大 D．在水中，b光的折射率较小 3.（多选）如图是光电效应中光电子的最大初动能E km与入射光频率ν的关系图线．从图可知( ) A．E km与ν成正比 B．入射光频率必须大于或等于极限频率ν0时，才能产生光电效应 C．对同一种金属而言，E km仅与ν有关 D．E km与入射光强度成正比 4.某单色光照射某金属时不能产生光电效应，则下述措施中可能使金属产生光电效应的是 ( ) A．延长光照时间 B．增大光的强度 C．换用波长较短的光照射 D．换用频率较低的光照射 5.如图所示，当电键S断开时，用光子能量为2.5eV的一束光照射阴极P，发现电流表读数不为零。合上电键，调节滑动变阻器，发现当电压表读数小于0.60V时，电流表读数仍不为零；当电压表读数大于或等于0.60V时，电流表读数为零。 (1)求此时光电子的最大初动能的大小。 (2)求该阴极材料的逸出功。
用很弱的光做双缝干涉实验，把入射光减弱到可以认为光源和感光胶片之间不可能同时有两个光子存在，如图所示是不同数量的光子照射到感光胶片上得到的照片。这些照片说明() A．光只有粒子性没有波动性 B．光只有波动性没有粒子性 C．少量光子的运动显示波动性，大量光子的运动显示粒子性D．少量光子的运动显示粒子性，大量光子的运动显示波动性
2．实物粒子也具有波动性，只是因其波长太小，不易观察到，但并不能否定其具有波粒二象性。关于物质的波粒二象性，下列说法中正确的是() A．不仅光子具有波粒二象性，一切运动的微粒都具有波粒二象性 B．运动的微观粒子与光子一样，当它们通过一个小孔时，都没有特定的运动轨道 C．波动性和粒子性，在宏观现象中是矛盾的、对立的，但在微观高速运动的现象中是统一的 D．实物的运动有特定的轨道，所以实物不具有波粒二象性
3．电子属于实物粒子，1927年戴维逊和革末完成了电子衍射实验，该实验是荣获诺贝尔奖的重大近代物理实验之一。如图所示是该实验装置的简化图，下列说法正确的是 () A．亮条纹是电子到达概率大的地方 B．该实验说明物质波理论是正确的 C．该实验再次说明光子具有波动性 D．该实验说明实物粒子具有波动性
(2016·宁波期末)一个德布罗意波波长为λ1的中子和另一个德布罗意波波长为λ2的氘核同向正碰后结合成一个氚核，该氚核的德布罗意波波长为 A． λ1λ2 λ1＋λ2B． λ1λ2 λ1－λ2 C ．λ1＋λ2 2D． λ1－λ2 2
1．(多选)为了验证光的波粒二象性，在双缝干涉实验中将光屏换成照相底片，并设法减弱光的强度，下列说法正确的是 A．使光子一个一个地通过双缝干涉实验装置的单缝，如果时间足够长，底片上将出现双缝干涉图样 B．使光子一个一个地通过双缝干涉实验装置的单缝，如果时间很短，底片上将出现不太清晰的双缝干涉图样C．大量光子的运动显示光的波动性 D．光只有波动性没有粒子性
[巩固层·知识整合] [提升层·能力强化] 光电效应规律及其应用 算。求解光电效应问题的关键在于掌握光电效应规律，明确各概念之间的决定关系，准确把握它们的内在联系。 1．决定关系及联系 2．“光电子的动能”可以是介于0～E km的任意值，只有从金属表面逸出的光电子才具有最大初动能，且随入射光频率增大而增大。 3．光电效应是单个光子和单个电子之间的相互作用产生的，金属中的某个电子只能吸收一个光子的能量，只有当电子吸收的能量足够克服原子核的引力而逸出时，才能产生光电效应。 4．入射光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ν不变时，光强正比于单位时间内照到金属表面单位面积上的光子数，但若入射光频率不同，即使光强相同，单位时间内照到金属表面单位面积上的光子数也不相同，因而从金属表面逸出的光电子数也不相同(形成的光电流也不相同)。
【例1】(多选)如图所示是现代化工业生产中部分光电控制设备用到的光控继电器的示意图，它由电源、光电管、放大器等几部分组成。当用绿光照射图中光电管阴极K时，可发生光电效应，则以下说法中正确的是( ) A．增大绿光的照射强度，光电子的最大初动能增大 B．增大绿光的照射强度，电路中的光电流增大 C．改用比绿光波长大的光照射光电管阴极K时，电路中一定有光电流 D．改用比绿光频率大的光照射光电管阴极K时，电路中一定有光电流 思路点拨：(1)入射光频率越大，光电子最大初动能越大。 (2)在能够发生光电效应时，光照强弱对应光电流的大小。 BD [光电子的最大初动能由入射光的频率决定，选项A错误；增大绿光的照射强度，单位时间内入射的光子数增多，所以光电流增大，选项B正确；改用比绿光波长更大的光照射时，该光的频率不一定满足发生光电效应的条件，选项C错误；若改用频率比绿光大的光照射，一定能发生光电效应，选项D正确。] [一语通关] (1)某种色光强度的改变决定单位时间入射光子数目改变，光子能量不变。 (2)光电效应中光电子的最大初动能与入射光频率和金属材料有关，与光的强度无关。 两个重要的物理思想方 法 如图所示，人们对原子结构的认识经历了几个不同的阶段，其中有汤姆孙模型、卢瑟福模型、玻尔模型、电子云模型。
人教版高二物理选修3-5第十七章波粒二象性精选习题（含答案） 1.关于光电效应有如下几种叙述，其中叙述不正确的是（） A．对任何一种金属都存在一个“极限频率”，入射光的频率必须大于这个频率，才能产生光电效应B．光电流强度与入射光强度的有关 C．用不可见光照射金属一定比可见光照射金属产生的光电子的初动能要大 D．光电效应几乎是瞬时发生的 2.（多选题）如图所示是用光照射某种金属时逸出的光电子的最大初动能随入射光频率的变化图线，（直线与横轴的交点坐标4.27，与纵轴交点坐标0.5），由图可知（） A．该金属的截止频率为4.27×1014Hz B．该金属的截止频率为5.5×1014Hz C．该图线的斜率表示普朗克常量 D．该金属的逸出功为0.5eV 3.通过学习波粒二象性的内容，你认为下列说法符合事实的是（） A．宏观物体的物质波波长非常小，极易观察到它的波动性 B．光和电子、质子等实物粒子都具有波粒二象性 C．康普顿效应中光子与静止的电子发生相互作用后，光子的波长变小了 D．对于任何一种金属都存在一个“最大波长”，入射光的波长必须大于这个波长，才能产生光电效应 4.氢原子的能级如图所示．氢原子从n=4能级直接向n=1能级跃迁所放出的光 子，恰能使某金属产生光电效应，下列判断正确的是（） A．氢原子辐射出光子后，氢原子能量变大 =12.75eV B．该金属的逸出功W o C．用一群处于n=3能级的氢原子向低能级跃迁时所发出的光照射该金属，该金 属仍有光电子逸出 D．氢原子处于n=1能级时，其核外电子在最靠近原子核的轨道上运动 5.用一束紫外线照射某金属时不能产生光电效应，可能使该金属产生光电效应的措施是（） A．改用红光照射B．改用X射线照射 C．改用强度更大的原紫外线照射D．延长原紫外线的照射时间 6.（多选题）一含有光电管的电路如图甲所示，乙图是用a、b、c光照射光电管得到的I﹣U图线，U c1、U 表示截止电压，下列说法正确的是（） c2 A．甲图中光电管得到的电压为正向电压 B．a、b光的波长相等 C．a、c光的波长相等 D．a、c光的光强相等 7.（单选）一束绿光照射某金属发生了光电效应，对此，以下
3光的波粒二象性 一、康普顿效应 1．光的散射 光子在介质中与物质微粒相互作用，因而传播方向发生改变，这种现象叫做光的散射． 2．康普顿效应 美国物理学家康普顿在研究石墨对X射线的散射时，发现在散射的X射线中，除了与入射波长λ0相同的成分外，还有波长大于λ0的成分，这个现象称为康普顿效应． 3．康普顿效应的意义 康普顿效应表明光子除了具有能量之外，还具有动量，深入揭示了光的粒子性的一面． 4．光子的动量 (1)表达式：p＝h λ. (2)说明：在康普顿效应中，入射光子与晶体中电子碰撞时，把一部分动量转移给电子，光子的动量变小．因此，有些光子散射后波
长变大． 二、光的波粒二象性 1．光的波粒二象性 (1)光的干涉和衍射现象说明光具有波动性，光电效应和康普顿效应说明光具有粒子性． (2)光子的能量ε＝hν，光子的动量p＝h λ. (3)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．对光的波粒二象性的理解 (1)大量光子产生的效果显示出波动性；个别光子产生的效果显示出粒子性． (2)光子的能量与其对应的频率成正比，而频率是描述波动性特征的物理量，因此ε＝hν揭示了光的粒子性和波动性之间的密切联系． (3)频率低、波长长的光，波动性特征显著，而频率高、波长短的光，粒子性特征显著． (4)光在传播时体现出波动性，在与其他物质相互作用时体现出粒子性．光的粒子性和波动性组成一个有机的统一体． 三、光是一种概率波 在双缝干涉实验中，屏上亮纹的地方，是光子到达概率大的地方，暗纹的地方是光子到达概率小的地方．所以光波是一种概率波．即光波在某处的强度代表着光子在该处出现概率的大小． 在生活中我们会拍很多照片，通常我们都认为，这是由人和景物发出或反射的光波经过照相机的镜头聚焦在底片上形成的．实际上照片上的图像也是由光子撞击底片，使上面的感光材料发生化学反应形成的．下图是用不同曝光量洗印的照片，请你根据自己对光的理解作出说明．
第十七章 波粒二象性 复习教案 17.1 能量量子化 知识与技能 （1）了解什么是热辐射及热辐射的特性，了解黑体与黑体辐射。 （2）了解黑体辐射的实验规律，了解黑体热辐射的强度与波长的关系。 （3）了解能量子的概念。 教学重点：能量子的概念 教学难点：黑体辐射的实验规律 教学过程： 1、黑体与黑体辐射 （1）热辐射现象 固体或液体，在任何温度下都在发射各种波长的电磁波，这种由于物体中的分子、原子受到激发而发射电磁波的现象称为热辐射。所辐射电磁波的特征与温度有关。 （2）黑体 概念：能全部吸收各种波长的电磁波而不发生反射的物体，称为绝对黑体，简称黑体。 2、黑体辐射的实验规律 黑体热辐射的强度与波长的关系：随着温度的升高，一方面，各种波长的辐射强度都有增加，另一方面，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。 提出1：怎样解释黑体辐射的实验规律呢？ 在新的理论诞生之前，人们很自然地要依据热力学和电磁学规律来解释。德国物理学家维恩和英国物理学家瑞利分别提出了辐射强度按波长分布的理论公式。结果导致理论与实验规律不符，甚至得出了非常荒谬的结论，当时被称为“紫外灾难”。（瑞利--金斯线，） 3、能量子： 1900年，德国物理学家普朗克提出能量量子化假说：辐射黑体分子、原子的振动可看作谐振子，这些谐振子可以发射和吸收辐射能。但是这些谐振子只能处于某些分立的状态，在这些状态中，谐振子的能量并不象经典物理学所允许的可具有任意值。相应的能量是某一最小能量ε（称为能量子）的整数倍，即：ε， 1ε，2ε，3ε，... n ε，n 为正整数，称为量子数。对于频率为ν的谐振子最小能量为： 0 1 2 3 4 6 (μ e 实验结果
波粒二象性 波粒二象性示意圖說明，從不同角度觀察同樣一件物體，可以看到兩種迥然不同的圖樣。 在量子力學裏，微观粒子有时會显示出波动性（这时粒子性較不显著），有时又會显示出粒子性（这时波动性較不显著），在不同条件下分别表现出波动或粒子的性质。這種量子行為稱為波粒二象性（英语：wave-particle duality），是微观粒子的基本属性之一。[1]:105-106 波粒二象性指的是微觀粒子顯示出的波動性與粒子性。這是量子力學的基要概念，是專門針對古典概念無法完整描述量子物體的物理行為而提出的假說。標準的量子力學詮釋將這佯謬解釋為宇宙的基礎性質，而其它種詮釋可能會有標新立異的論述。本條目主要採用的是學術界廣泛認可的哥本哈根詮釋來解釋量子行為。採用這種詮釋，波粒二象性是更廣義的互補性概念的一方面，即量子現象可以用一種方法或另外一種共軛方法來觀察，但不能同時用兩種相互共軛的方法來觀察。[2]:242, 375-376 目录 1 理論概述 2 “波”和“粒子”的数学关系 3 历史 4 發展里程碑 4.1 惠更斯、牛顿 4.2 杨、费涅尔、麦克斯韦、赫茲 4.3 普朗克黑體輻射定律 4.4 爱因斯坦與光子 4.5 德布羅意與物質波 4.6 海森堡不確定性原理 5 大尺寸物體的波動行為 6 應用 7 參閱 8 註釋 9 參考文獻
理論概述 在古典力学裏，研究对象总是被明确区分为「纯」粒子和「纯」波动。前者组成了我们常说的「物质」，後者的典型例子則是光波。波粒二象性解决了这个「纯」粒子和「纯」波动的困扰。它提供了一个理论框架，使得任何物质有時能够表现出粒子性质，有時又能够表现出波動性质。量子力学认为自然界所有的粒子，如光子、电子或是原子，都能用一个微分方程，如薛定谔方程来描述。这个方程的解即为波函数，它描述了粒子的状态。波函数具有叠加性，它们能够像波一样互相干涉。同时，波函数也被解释为描述粒子出现在特定位置的机率幅。这样，粒子性和波动性就统一在同一个解释中。[註 1] 之所以在日常生活中观察不到物体的波动性，是因为他們皆质量太大，导致德布罗意波长比可观察的極限尺寸要小很多，因此可能发生波动性质的尺寸在日常生活经验范围之外。这也是为什么经典力学能够令人满意地解释“自然现象”。反之，对于基本粒子来说，它们的质量和尺寸局限於量子力学所描述的範圍之內，因而与我们所习惯的图景相差甚远。 “波”和“粒子”的数学关系 物质的粒子性由能量和动量刻画，波的特徵则由频率和波长表达，这两组物理量由普 朗克常数联系在一起： 历史 托马斯·杨做雙縫實驗得到的干涉圖樣。 在十九世纪後期，日臻成熟的原子论逐渐盛行，根据原子理论的看法，物质都是由微小的粒子——原子构成，例如，約瑟夫·汤姆孙的阴极射线实验证實，電流是由被称为电子的粒子所组成。在那時，物理學者認为大多数的物质是由粒子所组成。与此同时，波动论已经被相当深入地研究，包括干涉和衍射等现象。由於光波在楊氏雙縫實驗、夫琅禾费衍射實驗中所展现出的特性，明显地说明它是一种波动。 不过在二十世纪来临之时，这些观点面临了一些挑战。1905年，阿爾伯特·愛因斯坦對於光 电效应用光子的概念來解释，物理學者开始意识到光波具有波動和粒子的双重性质。1924年，路易·德布羅意提出“物质波”假说，他主張，「一切物质」都具有波粒二象性，即具有波動和粒子的双重性质。根据德布罗意假说，电子是應該会具有干涉和衍射等波动现象。1927年，
17、1能量量子化：物理学的新纪元 【学习目标】 1、了解什么是热辐射及热辐射的特性，了解黑体与黑体辐射 2、了解黑体辐射的实验规律，了解黑体热辐射的强度与波长的关系 3、了解能量子的概念 【自主学习】 一、黑体与黑体辐射 一、黑体与黑体辐射 1．热辐射：周围的一切物体都在辐射电磁波．这种辐射与物体的_____有关，所以叫做热辐射．2．黑体：某种物体能够______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． 二、黑体辐射的实验规律 1．一般材料的物体，辐射的电磁波除与______有关外，还与材料的种类及表面状况有关．2．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，各种波长的辐射强度都有________．另一方面，辐射强度的极大值向波长较____的方向移动． 三、能量子 1．定义：普朗克认为，带电微粒辐射或者吸收能量时，只能辐射或吸收某个最小能量值的________．即：能的辐射或者吸收只能是一份一份的．这个不可再分的最小能量值ε叫做________． 2．能量子大小：ε＝hν，其中ν是电磁波的频率，h称为普朗克常量．h＝_______________J·s，(一般取h＝6.63×10－34 J·s) 3．能量的量子化：在微观世界中能量是量子化的，或者说微观粒子的能量是分立的．这种现象叫能量的量子化． 【基础巩固】 1、关于黑体辐射的实验规律叙述正确的有( ) A．随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有增加 B．随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动 C．黑体热辐射的强度与波长无关 D．黑体辐射无任何实验 2、黑体辐射的实验规律如图所示，由图可知( ) A．随温度升高，各种波长的辐射强度都有增加 B．随温度降低，各种波长的辐射强度都有增加 C．随温度升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动 D．随温度降低，辐射强度的极大值向波长较长的方向移动 3、能引起人的眼睛视觉效应的最小能量为10—18J，已知可见光的平均波长约为60 μm，普朗克常量丸：6．63 x10—34J·s，则进人人眼的光子数至少为( ) A．1个B．3个 C .30个D．300个 3、某广播电台发射功率为10kW，在空气中波长为187．5 m的电磁波，试求： (1)该电台每秒钟从天线发射多少个光子? (2)若发射的光子四面八方视为均匀的，求在离天线2．5km处，直径为2m的环状天线每秒接收的光子个数以及接收功率?
波粒二象性知识点和练习 一、光电效应现象 1、光电效应： 光电效应：物体在光（包括不可见光）的照射下发射电子的现象称为光电效应。 2、光电效应的研究结论： ①任何一种金属，都有一个极限频率，入射光的频率必须大于这个极限频率．．．．．．．．．．．．．．．．，才能产生光电效应；低于这个频率的光不能产生光电效应。②光电子的最大初动能与入射光的强度无关．．．．．．．．．．．．．．．．．．，只随着入射光频率的增大．．而增大．． 。注意：从金属出来的电子速度会有差异，这里说的是从金属表面直接飞出来的光电子。③入射光照到金属上时，光电子的发射几乎是瞬时的．．．．．．．．．．．． ，一般不超过10-9 s ；④当入射光的频率大于极限频率时，光电流的强度与入射光的强度成正比。 3、 光电效应的应用： 光电管：光电管的阴极表面敷有碱金属，对电子的束缚能力比较弱，在光的照射下容易发射电子，阴极发出的电子被阳极收集，在回路中形成电流，称为光电流。 注意：①光电管两极加上正向电压，可以增强光电流。②光电流的大小跟入射光的强度和正向电压有关，与入射光的频率无关。入射光的强度越大，光电流越大。③遏止电压U 0。回路中的 光电流随着反向电压的增加而减小，当反向电压U 0满足：02 max 2 1eU mv =，光电流将会减小到零， 所以遏止电压与入射光的频率有关。 4、波动理论无法解释的现象： ①不论入射光的频率多少，只要光强足够大，总可以使电子获得足够多的能量，从而产生光电效应，实际上如果光的频率小于金属的极限频率，无论光强多大，都不能产生光电效应。 ②光强越大，电子可获得更多的能量，光电子的最大初始动能应该由入射光的强度来决定，实际上光电子的最大初始动能与光强无关，与频率有关。 ③光强大时，电子能量积累的时间就短，光强小时，能量积累的时间就长，实际上无论光入射的强度怎样微弱，几乎在开始照射的一瞬间就产生了光电子. 二、光子说 1、普朗克常量 普郎克在研究电磁波辐射时，提出能量量子假说：物体热辐射所发出的电磁波的能量是不连续的，只能是hv 的整数倍，hv 称为一个能量量子。即能量是一份一份的。其中v 辐射频率，h 是一个常量，称为普朗克常量。 2、光子说 在空间中传播的光的能量不是连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光子，光子的能量ε跟光的频率ν成正比。hv =ε，其中：h 是普朗克常量，v 是光的频率。 三、光电效应方程 1、逸出功W 0: 电子脱离金属离子束缚，逸出金属表面克服离子引力做的功。 2、光电效应方程：如果入射光子的能量hv 大于逸出功W 0，那么有些光电子在脱离金属表面后还有剩余的动能——根据能量守恒定律，入射光子的能量hv 等于出射光子的最大初动能与逸出功之和，即 02 max 21W mv hv += 其中2max 2 1mv 是指出射光子的最大初动能。 3、 光电效应的解释：
第十五章波粒二象性原子与原子核 考情分析高考对本章的考查主要以选择题形式出现，经常结合经典物理理论和最新科技成果考查，难度不会太大。 重要考点波粒 二象 性 1.光电效应(Ⅰ) 2．爱因斯坦光电效应方程 (Ⅰ) 考 点 解 读 1.理解光电效应现象，掌握光电效应 方程的应用。高考中常以选择题形式 呈现。 2．理解玻尔理论对氢原子光谱的解 释，掌握氢原子的能级公式并能灵活 应用，用氢原子能级图求解原子的能 级跃迁问题是高考的热点。 3．原子核式结构的发现、原子核的组 成、放射性、半衰期等仍会是高考命 题的重点。 4．了解放射性同位素的应用，了解核 力的特点。 5．书写核反应方程，区分核反应的种 类并根据质能方程求解核能问题在高 考中命题率较高。 6．裂变反应、聚变反应的应用，射线 的危害和应用等知识与现代科技联系 密切。 原子 结构 1.氢原子光谱(Ⅰ) 2．氢原子的能级结构、能级 公式(Ⅰ) 原子 核 1.原子核的组成、放射性、原 子核的衰变、半衰期(Ⅰ) 2．放射性同位素(Ⅰ) 3．核力、核反应方程(Ⅰ) 4．结合能、质量亏损(Ⅰ) 5．裂变反应和聚变反应、裂 变反应堆(Ⅰ) 6．射线的危害和防护(Ⅰ) 主干梳理对点激活 知识点光电效应及其规律Ⅰ 1．定义 01电子从表面逸出的现象。 2．光电子 02光电效应中发射出来的电子。 3．光电效应规律 (1)存在饱和光电流：光照条件不变，当正向电压增大时，光电流趋于一个饱和值，即一定的光照条件下单位时间发出的光电子数目是一定的。实验表明，光的频率一定时，入射光
越强，饱和光电流03越大，单位时间内发射的光电子数04越多。 (2)存在遏止电压：使光电流减小到0的反向电压U c 称为遏止电压。遏止电压的存在意味着光电子的初动能有最大值E km ＝12m e v 2 c ＝eU c ，称为光电子的最大初动能。实验表明，遏止电压 (或光电子的最大初动能)与入射光的05强度无关，只随入射光频率的增大而06增大。 (3)存在截止频率：每种金属都有一个极限频率或截止频率νc ，入射光的频率必须07大于等于这个极限频率才能产生光电效应，低于这个频率的光不能产生光电效应。 (4)光电效应具有瞬时性：当入射光的频率超过截止频率νc 时，无论入射光怎样微弱，光电效应的发生几乎是瞬时的，一般不超过10－9 s 。 知识点 爱因斯坦光电效应方程 Ⅰ 1．光子说 在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光的能量子，简称光子， 光子的能量ε01hν。其中h ＝6.63×10－34 J·s(称为普朗克常量)。 2．逸出功W 0 02最小值。 3．最大初动能 03电子吸收光子后，除了要克服金属的逸出功外，有时还要克服原子的其他束缚而做功，这时光电子的初动能就比较小；当逸出过程只克服金属的逸出功而逸出时，光电子的初动能称为最大初动能。 4．爱因斯坦光电效应方程 (1)表达式：E k 04hν－W 0。 (2)物理意义：金属表面的电子吸收一个光子获得的能量是hν，这些能量的一部分用来05逸出功W 0，剩下的表现为逸出后光电子的最大初动能E k 0612 m e v 2 。 5．对光电效应规律的解释 对应规律 对规律的产生的解释 存在截止频率νc 电子从金属表面逸出，必须克服金属的逸出功W 0，则入射光子的能量不 能小于W 0，对应的频率必须不小于νc ＝07 W 0 h ，即截止频率 光电子的最大初动能随着入射光频率的增大而增大，与 电子吸收光子能量后，一部分克服阻碍作用做功，剩余部分转化为光电子的初动能，只有直接从金属表面飞出的光电子才具有最大初动能，对于确定的金属，W 0是一定的，故光电子的最大初动能只随入射光频率的