选修-第十七章波粒二象性

第十七章第十七章波粒二象性波粒二象性 ⅠⅠ学习目标学习目标 学习内容知识与技能 1．了解什么是热辐射及热 辐射的特性。 2．了解黑体和黑体辐射的 实验规律。 3．知道普朗克提出的能量 子假说 1．通过实验了解光电效应 的实验规律及光电效应与经典 电磁理论的矛盾。 2．理解爱因斯坦光电效应 方程以及意义。 3．了解康普顿效应，了解 光子的动量 过程与方法 情感态度 与价值观 1．领略 科学探索的 艰辛历程，学 习科学家锲 而不舍、大胆 创新的科学 探索精神。 2．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。 3．通过 学习，接受科 学思维和科 学方法的熏 陶。 4．通过 波粒二象性 和德布罗意 波的学习，体 会并且感受 物理学的对 称美 物理学的 新纪元 能量量子 化 了解能量子假说，体 会量子化的观念 科学的转 折光的 粒子性 1．观察光电效应实验 过程。 2．了解密立根实验求 证的科学方法 1．知道光具有波粒二象性， 能够区分光的波动性和粒子性。 崭新的一2．知道实物粒子和光子一了解波动性和粒子性 页粒子样具有波粒二象性，掌握物质波的关系，体会辩证思维的 的波动性方法 h 波长的应用 p 概率波 1．了解微粒说、波动说的 基本观点及对光学现象的解释 和所遇到的问题。 2．了解事物的连续性与分 立性是相对的，了解光既有波动 性，又有粒子性。 3．了解光波和物质波都是 概率波 1．了解不确定关系的概念 和相关计算。 2．了解物理模型与物理现 象 1．领悟什么是概率 波。 2．了解物理模型的特 点，初步掌握科学抽象这 种研究方法 3．认识数学工具在物 理科学中的作用 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 不确定性 关系 ⅡⅡ学习指导学习指导 一、本章知识结构一、本章知识结构 二、本章重点、难点分析二、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。 热辐射特点吸收、反射特点 一般辐射电磁波的情况与温度有既吸收，又反射，其能力与材料 物体关，与材料的种类及表面情况有关的种类及入射波长等因素有关 黑体 辐射电磁波的强度按波长的完全吸收各种入射电磁波， 不反 分布只与黑体的温度有关射 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的整数倍，最小能量称为能量子 ＝h － 普朗克常量h＝6.62610 34Js 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UC 1 m evc 2＝eU c 2 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。 例例 1 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 说明说明根据光电效应的规律可知，光电子最大初动能Ek值取决于入射光的频率，故选 项 A 正确。 4．爱因斯坦光电效应方程 1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，每个光子的能 量 E＝h。 2爱因斯坦光电效应方程Ek＝h－W0。 3光子说对光电效应的解释。 ①对光电流强度的解释。 发生光电效应时， 光强度越大意味着单位时间内打在金属上的光子数越多， 那么逸出的 光电子数目也就越多。 ②对截止频率的解释。 光电效应是金属中的自由电子吸收了光子的能量后， 其动能大到足以克服金属离子的引 力而逃逸出金属表面，成为光电子。对一定金属来说，如果入射光子的频率较低，它的能量 小于金属的逸出功，就不能产生光电效应，这就是存在截止频率的原因。 ③对最大初动能的解释。 光电效应方程Ek＝h－W0，展示的是一个光子和一个电子之间能量转化的守恒关系。 逸出功是一定的，照射光的频率越大，从金属中逸出的光电子的初动能就越大。 ④对瞬时性的解释。 当光子照到金属上时， 它的能量可以被金属中的某个电子全部吸收。 电子吸收光子能量 后，动能立刻就增加了，不需要积累能量的过程。 例例 2 2铝的逸出功是 4.2eV，现在将波长为 200nm 的光照射铝的表面。求 1光电子的最大出动能； 2遏止电压为多少； 3铝的截止频率是多大 说明说明根据光电效应方程有 Ek＝ hc － －W0＝3.22510 19J  由 Ek＝eUc可得U c  e k 2.016V 由 h0＝W 可知0＝ E W ＝1.0141015Hz h 例例 3 3用不同频率的紫外线分别照射钨和锌的表面而产生光电效应， 可得到光电子最大 初动能 Ek随入射光频率变化的 Ek－图象。已知钨的逸出功是 3.28eV，锌的逸出功是 3.34eV，若将二者的图象画在同一个 Ek－坐标系中，如下图所示用实线表示钨、虚线表 示锌，则正确反映这一过程的是 说明说明依据光电效应方程Ek＝h－W0可知，Ek－图线的斜率代表普朗克常量h，因此 钨和锌的 Ek－图线应该平行。图线的横截距代表截止频率c，而c＝ W ，钨的c小些， h 因此 A 图正确。 5．康普顿效应 X 射线的光子与石墨晶体中的电子碰撞时遵守能量守恒定律和动量守恒定律， 理论与实 验符合得很好，说明光子与物质粒子一样，有能量、动量。 假定 X 射线的光子与晶体中的电子发生完全弹性碰撞， 光子把部分能量转移给了电子， 能量由 h减小为 h′，因此频率减小，波长增大。同时，光子还使电子获得一定的动量