波粒二象性.docx

1、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

2、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：

3、Jr If1 :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。 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

4、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条都遇到困难3、 光子说量子论：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 .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=6.63 X 1034 J s4、 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

5、， 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：Ek h W0H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： ， h P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

6、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、C3.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

7、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】4.97 X 10 19 J 2.84 X 10- 19 J400 nm对应的能量子c “-34 3.0X 108a = h = 6.63 X 10 34 X 9 J1乃 400 X 10 9=4.97X 1019 J700 nm对应的能量子c 34 3.

8、0X 108a= h= 6.63X 10 4X 9 J尼 700X10 9=2.84X 1019 J【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

9、 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：C2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：B3.红、橙、黄、绿四种单色光中，光子能量最小的是 （ ）A

10、.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：A4.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（ ）chB.ChC 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h h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.jFhc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

11、每秒钟发射的能量子数，所以 门=需即C选项正确。答案：C6. 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 103 m到10 m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

12、。答案：A、C、D7 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：老鼠的体温 T= (273 + 37) K = 310 K由题设条件 A与T的近似关系式：AmT = 2.90 X 103 m KZH 2.90 X 103 2.90 X 103 6 _ 一得 Am= T = 310 m 9.4X 10 6 m, B 正确。(2)可见光的波长范围 4.0X 10-77.0X 10-7 m, 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

13、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 1.4 X 10-3 1.6X 10-3 m,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= 6.6X 10-34 J ，真空中的光速 c= 3.0X 108 m/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 2.1 X 1011 1.9X 1011Hz。又由E = h v得能量范围为1.4X 10 22 1.3X 10 22 J。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

14、案：2.1 X 1011Hz 1.9X 1011Hz 1.4X 10-22 J 1.X 10- 22 J 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2 400 J、波长入为0.35卩伯勺紫外激光，已知普朗克常量 h= 6.63X 10-34 j，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2 400n=吕 3.0X 108 个663X 10 34x 0.35X 10一6 4.2X 1021 个。答案：4.2 X 102110.1 mW时，每秒发出氦一氖激光器发出波长

15、为 633 nm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 = nh v,c /口v T得1X 103 15一34 3 x 108 - 32 X 忖5（个）。663 X10 X 633X9答案：3.2 X 1015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