波粒二象性.docx
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波粒二象性
波粒二象性
一、量子论
1.创立标志：
1900年普朗克在德国的《物理年刊》上发表《论正常光谱能量分布定律》的论
文，标志着量子论的诞生。
2.量子论的主要内容：
1普朗克认为物质的辐射能量并不是无限可分的，其最小的、不可分的能量单元即“能量子”
或称"量子"，也就是说组成能量的单元是量子。
2物质的辐射能量不是连续的，而是以量子的整数倍跳跃式变化的。
3.量子论的发展
11905年，爱因斯坦将量子概念推广到光的传播中，提出了光量子论。
21913年，英国物理学家玻尔把量子概念推广到原子内部的能量状态，提出了一种量子化的原子结构模型，丰富了量子论。
3到1925年左右，量子力学最终建立。
二、黑体和黑体辐射
1•热辐射现象
任何物体在任何温度下都要发射各种波长的电磁波，并且其辐射能量的大小及辐射能量按波
长的分布都与温度有关。
这种由于物质中的分子、原子受到热激发而发射电磁波的现象称为热辐射。
1•物体在任何温度下都会辐射能量。
2•物体既会辐射能量，也会吸收能量。
物体在某个频率范围内发射电磁波能力越大，则它吸收该频率范围内电磁波能力也越大。
辐射和吸收的能量恰相等时称为热平衡。
此时温度恒定不变。
实验表明：
物体辐射能多少决定于物体的温度（T）、辐射的波长、时间的长短和发射的面积。
2.黑体
物体具有向四周辐射能量的本领，又有吸收外界辐射来的能量的本领。
黑体是指在任何温度下，全部吸收任何波长的辐射的物体。
3.实验规律：
JrI
f1:
产、■-1期蠡
1）随着温度的升高，黑体的辐射强度都有增加；
2）随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短方向移动。
四、光电效应
1、光电效应
⑴光电效应在光（包括不可见光）的照射下，从物体发射出电子的现象称为光电效应。
⑵光电效应的实验规律：
装置：
如右图。
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发生光电效应，低于极限频率的光不能发生光电效应。
2光电子的最大初动能与入射光的强度无关，光随入射光频率的增大而增大。
3大于极限频率的光照射金属时，光电流强度（反映单位时间发射出的光电子数的多少）,与入射光强度成正比。
4金属受到光照，光电子的发射一般不超过10「9秒。
2、波动说在光电效应上遇到的困难
波动说认为：
光的能量即光的强度是由光波的振幅决定的与光的频率无关。
所以波动说对解释上述实验规律中的①②④条都遇到困难
3、光子说
⑴量子论：
1900年德国物理学家普朗克提出：
电磁波的发射和吸收是不连续的，而是一份一份的，每一份电磁波的能量h.
⑵光子论：
1905年爱因斯坦提出：
空间传播的光也是不连续的，而是一份一份的，每一份称为一个光子，光子具有的能量与光的频率成正比。
即：
h.
其中是电磁波的频率，h为普朗克恒量：
h=6.63X10「34Js
4、光子论对光电效应的解释
金属中的自由电子，获得光子后其动能增大，当功能大于脱出功时，电子即可脱离金属表面，入射光的频率越大，光子能量越大，电子获得的能量才能越大，飞出时最大初功能也越大。
5•光电效应方程：
EkhW0
H是光电子的最大初动能，当E=0时，c为极限频率，c=W°.
h
五、光的波粒二象性物质波光既表现出波动性，又表现出粒子性
大量光子表现出的波动性强，少量光子表现出的粒子性强；频率高的光子表现出的粒子性强,
林射强度
质波。
满足下列关系：
，•
hP
从光子的概念上看，光波是一种概率波.
1、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
【答案】A、C、D
【解析】由图可知，随温度升高，各种波长的辐射强度都有增加，且辐
D正确，B错误。
2、关于对普朗克能量子假说的认识，下列说法正确的是（）
A.振动着的带电微粒的能量只能是某一能量值£
B.带电微粒辐射或吸收的能量只能是某一最小能量值的整数倍
C.能量子与电磁波的频率成正比
D.这一假说与现实世界相矛盾，因而是错误的
解析：
根据普朗克能量子假说知，A错误，B、C正确；普朗克能量子假说反映的是微观世
界的特征，不同于宏观世界，D错误。
答案：
B、C
3.红光和紫光相比（）
A.红光光子的能量较大；在同一种介质中传播时红光的速度较大
B.红光光子的能量较小；在同一种介质中传播时红光的速度较大
C.红光光子的能量较大；在同一种介质中传播时红光的速度较小
D.红光光子的能量较小；在同一种介质中传播时红光的速度较小
解析：
此题只需比较红光和紫光的区别就行了，红光与紫光相比，红光波长较长、频率较低、
光子能量较低、在同种介质中传播速度较快，正确答案为B。
答案：
B
的能量子的值各是多少?
【答案】4.97X10—19J2.84X10-19J
400nm对应的能量子
c…“-343.0X108
a=h~=6.63X1034X—9J
1乃400X109
=4.97X10—19J
700nm对应的能量子
c—343.0X108
a=h—=6.63X104X—9J
尼700X109
=2.84X10—19J
【课后练习】
1.关于对黑体的认识，下列说法正确的是（）
A•黑体只吸收电磁波，不反射电磁波，看上去是黑的
B•黑体辐射电磁波的强度按波长的分布除与温度有关外，还与材料的种类及表面状况有关
C.黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温度有关，与材料的种类及表面状况无关
D.如果在一个空腔壁上开一个很小的孔，射入小孔的电磁波在空腔内表面经多次反射和吸收，最终不能从小孔射出，这个空腔就成了一个黑体
解析：
黑体自身辐射电磁波，不一定是黑的，故A错误；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，故B错、C对；小孔只吸收电磁波，不反射电磁波，因此是小
孔成了一个黑体，而不是空腔，故D错误。
答案：
C
2•关于对热辐射的认识，下列说法中正确的是（）
A.热的物体向外辐射电磁波，冷的物体只吸收电磁波
B.温度越高，物体辐射的电磁波越强
C.辐射强度按波长的分布情况只与物体的温度有关，与材料种类及表面状况无关
D.常温下我们看到的物体的颜色就是物体辐射电磁波的颜色
解析：
一切物体都不停地向外辐射电磁波，且温度越高，辐射的电磁波越强，A错误，
B正确；选项C是黑体辐射的特性，C错误；常温下看到的物体的颜色是反射光的颜色，D
错误。
答案：
B
3.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
解析：
在四种颜色的光中，红光的波长最长而频率最小，由光子的能量尸hv可知红光
光子能量最小。
答案：
A
4.
入则这种介质的折射
某种光的光子能量为E,这种光在某一种介质中传播时的波长为
率为（）
ch
B.Ch
C—
C.入E
解析：
这种光的频率为v=E，则这种光在介质中的传播速度为v=v头士
hh
所以这种光在这种介质中的折射率为n=-=
v入E
即C选项正确。
答案：
C
入的激光，发射功率为P,c表示光速，h表示普朗克常量，则
激光器每秒发射的能量子数为（）
C.jF
hc
解析：
每个激光光子的能量为尸h；则激光器的发射功率为P=n&其中n为激光器
每秒钟发射的能量子数，所以门=需即C选项正确。
答案：
C
6.2006年度诺贝尔物理学奖授予了两名美国科学家，以表彰他们发现了宇宙微波背景辐
射的黑体谱形状及其温度在不同方向上的微小变化。
他们的出色工作被誉为是宇宙学研究进
入精密科学时代的起点。
下列与宇宙微波背景辐射的黑体谱相关的说法中正确的是（）
A.微波是指波长在10「3m到10m之间的电磁波
B.微波和声波一样都只能在介质中传播
C.黑体的热辐射实际上是电磁辐射
D•普朗克在研究黑体的热辐射问题中提出了能量子假说
解析：
微波是一种电磁波，传播不需要介质，B错误；由于分子和原子的热运动引起一
切物体不断向外辐射电磁波，又叫热辐射，C正确。
答案：
A、C、D
7•在自然界生态系统中，蛇与老鼠和其他生物通过营养关系构成食物链，在维持生态平
衡方面发挥着重要作用。
蛇是老鼠的天敌，它是通过接收热辐射来发现老鼠的。
假设老鼠的
解析：
⑴老鼠的体温T=（273+37）K=310K
由题设条件A与T的近似关系式：
AmT=2.90X10「3m•K
ZH2.90X10「32.90X10「3—6_一
得Am=T=310m~9.4X106m,B正确。
（2）可见光的波长范围4.0X10-7〜7.0X10-7m,Am大于此范围，所以属于红外线，C正
确。
也可根据老鼠的体温不高不能辐射可见光进行判断。
答案：
（1）B
（2）C
&二氧化碳能强烈吸收红外长波辐射，这种长波辐射的波长范围约是1.4X10-3—1.6X10
-3m,相应的频率范围是，相应的光子能量的范围是，“温室效应”使大
气全年的平均温度升高，空气温度升高，从微观上看就是空气中分子的。
（已知普
朗克常量h=6.6X10-34J•，真空中的光速c=3.0X108m/s。
结果取两位数字）
解析：
由c=入得尸弓。
入
则求得频率范围为2.1X1011—1.9X1011Hz。
又由E=hv得能量范围为1.4X1022—1.3X1022J。
温度越高分子无规则运动更剧烈，无规则热运动的平均动能也越大。
答案：
2.1X1011Hz—1.9X1011Hz1.4X10-22J—1.X10-22J平均动能增大
9•神光“H”装置是我国规模最大，国际上为数不多的高功率固体激光系统，禾U用它可获得能量为2400J、波长入为0.35卩伯勺紫外激光，已知普朗克常量h=6.63X10-34j，•则
该紫外激光所含光子数为多少个？
（取两位有效数字）。
解析：
每个激光光子的能量为=h；该紫外激光中所含光子数为
2400
n=吕—3.0X108个
663X1034x0.35X10一6
~4.2X1021个。
答案：
4.2X1021
10.
1mW时，每秒发出
氦一氖激光器发出波长为633nm的激光，当激光器的输出功率为的光子数为多少个？
解析：
据P=nhv,
c/口
vT得
1X10「315
一343x108-3・2X忖5（个）。
6・63X10X633X^9
答案：
3.2X1015个
第二节、光电效应
【例1】入射光照射到某金属表面上发生了光电效应，若入射光的强度减弱，而频率保持不变，则下列说法中正确的是（）
A.从光照射到金属表面上到发射出光电子之间的时间间隔将明显增加
B.逸出的光电子的最大初动能将减小
C.单位时间内从金属表面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
【解析】入射光的强度取决于入射光子数和入射光的频率，入射光的频率保持不变，强度减
弱，单位时间入射光子数将减少，但光子的能量不变，可见仍能
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