量子论初步 光电效应 光的波粒二象性 物质波补课已用

第二节 光电效应 波粒二象性[知识要点]（一）基本概念（1）光电效应：金属及其化合物在光（包括不可见光）的照射下，释放电子的现象叫做光电效应。

（2）光电子：在光电效应现象中释放出的电子叫做光电子。

（3）光电流：在光电效应现象中释放出的光电子在外电路中运动形成的电流叫做光电流。

（二）光电效应的规律（斯托列托夫）（1）任何一种金属，都有一个极限频率（又叫红限，以γ0表示），入射光的频率低于这个频率就不能发生光电效应。

（2）光电子的最大初动能（E km =212m mv ）跟入射光的强度无关，只随入射光的频率的增大而增大。

（3）从光开始照射，到释放出光电子，整个过程所需时间小于3×10-9s 。

（4）当发生光电效应时，单位时间、单位面积上发射出的光电子数跟入射光的频率无关，跟入射光的强度成正比。

（三）光子说（爱因斯坦）在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光子。

每个光子所具有的能量跟它的频率成正比，写作为E hv =或 cE h λ=式中 v ——光的频率；λ——光的波长；C ——光在真空中的速度；h ——普朗克恒量，等于6.63×10-34J ·S 。

（四）实验和应用（1）如图13-10所示，紫外线（或弧光灯的弧光中的紫外线）照射表面洁净的锌板，使锌板释放电子，从而使锌板、验电器带正电、验电器的指针发生偏转。

（2）光电管。

如图13-11所示，光电管是光电效应在技术上的一种应用。

它可以把光信号转变为电信号。

（五）光的本性的认识（1）光的本性的认识过程。

17世纪的两种对立学说：牛顿的微粒说——光是实物粒子惠更斯的波动说——光是机械波19世纪的两种学说：麦克斯韦（理论上）、赫兹（实验证实）——光是电磁波、光的波动理论。

爱因斯坦（光子说）、密立根（实验证实）——光是光子、光具有粒子性。

（2）光的波粒二象性。

光既具有粒子性又具有波动性，两种相互矛盾的性质在光子身上得到了统一。

高三物理 第二十一章 量子论初步 知识精讲 人教版一. 本周教学内容：第二十一章量子论初步第一节 光电效应第二节 光的波粒二象性第三节 物质波二. 知识要点：1. 了解光电效应，能解释光电效应现象。

掌握光电效应实验的四个规律。

知道光子说，并能解释光电效应。

2. 知道哪些光的现象说明光具有波动性，哪些现象能说明光的粒子性．正确了解光的波粒二象性。

3. 了解物质波。

了解牛顿力学的局限性三. 重点、难点解析：1. 光电效应：如下列图，在光的照射下，从锌板发射电子的现象叫光电效应，发射出的电子叫光电子。

锌板原来不带电，在光子的作用下，锌板内的电子受激而逸出外表，此时锌板带正电。

光电效应的规律是：〔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强度无关，只随入射光频率的增大而增大；〔3〕从入射光照射到光电子发射几乎是瞬时的，一般不超过10－9s ；〔4〕发生光电效应时，光电流的强度与入射光的强度成正比。

“入射光的强度〞指的是单位时间内入射到金属外表单位面积上的光子的总能量。

在入射光频率不变的条件下。

光强正比于单位时间内照射到金属外表上单位面积的光子数。

爱因斯坦提出光子说：在空间传播的光是不连续的，是一份一份的，每—份叫一个光子，每个光子的能量hv E =爱因斯坦光电效应方程为：W h mv m -=ν221，式中W 叫逸出功，是电子脱离某种金属外表引力所做功的最小值。

2. 不可把光当成宏观观念中的波，也不可把光当成宏观观念中的粒子。

大量光子产生的效果往往显示出波动性。

个别光子产生的效果往往显示出粒子性．频率越高的光，粒子性越明显，频率越低的光波动性越明显。

光在传播过程中往往显示出波动性，在与物质作用时往往显示出粒子性。

3. 任何运动的物体，小到根本粒子，大到宏观大体，都有—种波与它对应，波长ph =λ，这种波叫做物质波，也叫德布罗意波。

【典型例题】[例1] 入射光照射到金属外表上发生光电效应，假设入射光的强度减弱，而频率保持不变，那么〔 〕A. 从光照至金属外表上到光子发射出之间的时间将增加B. 逸出的光电子最大初动能将减小C. 单位时间内从金属外表逸出的光电子数目将减少D. 有可能不发生光电效应答案：C[例2] 在伦琴射线管两极间加6.63×104V 的电压，设从阴极发出的电子的初速度为零，加速到达阳极时具有的动能的10％变为伦琴射线的光子能量，试计算伦琴射线的波长。

2007届高三第一轮复习 量子论初步班级 姓名 学号 。

考纲要求: ①光电效应．光子．爱因斯坦光电效应方程Ⅱ ②光的波粒二象性，物质波,牛顿力学的局限性, 电子云Ⅰ ③玻尔模型和能级Ⅱ学习重点: 光电效应．光子．爱因斯坦光电效应方程. 玻尔模型和能级 高考回顾:1.(2005天津卷)现用电子显微镜观测线度为d 的某生物大分子的结构。

为满足测量要求，将显微镜工作时电子的德布罗意波长设定为d /n ，其中n >1。

已知普朗克常量h 、电子质量m 和电子电荷量e ，电子的初速度不计，则显微镜工作时电子的加速电压应为（ ）A 222m ed h n B 313222⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛e n h md C 2222men h d D 2222med h n 2.（2005江苏物理卷）在中子衍射技术中，常利用热中子研究晶体的结构，因为热中子的德布罗意波长与晶体中原子间距相近．已知中子质量m=1．67x10—27kg ，普朗克常量h=6．63x10—34J ·s ，可以估算德布罗意波长λ=1．82x10-10m 的热中子动能的数量级为（ ）(A)10—17J (B)10—19J (C)10—21J (D)10—24J 3.（2005北京春季理综）有关红、蓝两束单色光，下述说法正确的是 （ ） A ．在空气中的波长蓝红λλ< B ．在水中的光速蓝红v v < C ．在同一介质中的折射率n 红>n 蓝 D ．蓝光光子的能量大于红光光子的能量4.(2005天津卷)某光电管的阴极是用金属钾制成的，它的逸出功为2.21eV ，用波长为2.5×10-7m 的紫外线照射阴极，已知真空中光速为3.0×108m/s ，元电荷为1.6×10-19C ，普朗克常量为6.63×10-34J s ，求得钾的极限频率和该光电管发射的光电子的最大动能应分别是 （ ）A ．5.3×1014HZ ， 2.2JB ． 5.3×1014HZ ， 4.4×10-19JC ．3.3×1033H Z ， 2.2JD ．3.3×1033H Z ， 4.4×10-19J 5.（2005广东物理卷）⑴如图9所示，氢原子从n >2的某一能级跃迁到n =2的能级，辐射出能量为2.55eV 的光子。

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．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 ＝h γ＝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。

2006年物理高考复习四----量子论初步一、知识结构二、重点难点简析1．光电效应现象(1)现象 光照使金属发射电子的现象。

(2)规律 ①能否使金属发射光电子，取决于入射光频率，每一种金属都有发生光电效应现象的极限频率；②发射出的光电子的最大初动能随入射光的频率的增大而增大，而与入射光强度无关；③光电子的发射几乎是在瞬间(10－9秒)完成的；④饱和光电流与入射光强度成正比。

(3)解释 为了解释光电效应现象中所表现出来的四条规律，不得不把光看作是一份一份地不连续传播的，每一份叫做一个光子，其能量为E=hv ，这实际上就是所谓的“光子说”的基本内容，在“光子说”的基础上，很容易对光电效应中的种种现象作出解释。

2．爱因斯坦方程与能量守恒定律频率为v 的单射光照射到逸出功为W 的金属板上，若入射光频率大于金属板的极限频率，则将发生光电效应现象，所产生的光电子的最大初动能为w hv mv 212m -= 这就是所谓的爱因斯坦方程，其本质是能量守恒定律在光电效应现象中的特殊表现形式。

3．光的波粒二象性(1)干涉、衍射等现象，表明光是一种波；光电效应现象又表明光是一种粒子。

光既有波动性，又有粒子性，即光具有波粒二象性。

(2)大量光子的运动规律表现为波动性；单个光子的行为表现为粒子性。

光在传播过程中，更多地表现出波动性；光在与其它物体发生作用时，更多地表现出粒子性。

光的波长越长，其波动的特性越明显；光的频率越高，其粒子的特性越显著。

4．玻尔的“半经典”原子理论玻尔保留了卢瑟福核式结构理论中部分成功的经典理论，同时又引入了量子观念，提出了三条假设，形成所谓的“半经典”的原子理论。

(1)“定态假设”原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些状态中，电子虽作变速运动，但并不向外辐射电磁波，这样的相对稳定的状态称为定态。

定态假设实际上只是给经典的电磁理论限制了适用范围；原子中电子绕核转动处于定态时不受该理论的制约。

(2)“跃迁假设”电子绕核转动处于定态时不辐射电磁波，但电子在两个不同定态间发生跃迁时，却要辐射（吸收）电磁波（光子），其频率由两个定态的能量差值决定12E E hv -=跃迁假设对发光（吸光）从微观（原子等级）上给出了解释。