第二十一章 量子论初步

• 五.光电效应方程. • 1. 逸 出 功.(W) 使电子脱离某种金属所做功的最小值,叫做这 • 种金属的逸 出 功.
• 理解逸 出 功时,需要搞清电子的逸 出过程:
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a.电子脱离金属时需要克服原子间的引力,才能成为光电子.这个 过程电子需要获得能量,克服阻力做功,才能脱离金属表面而出来. b.若电子脱离金属表面的动能为零,即:恰好脱离 c.电子恰好脱离时需要的能量等于W＝h ν0 而ν0 为极限频率 2.光电效应方程: 根据能量守恒原理.
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• 极限频率:ν0------使某一金属发生光电效应的入射光的 最低频率. • 极限波长:λ 0---- 由c＝λ ν . • 得λ 0＝c/ν 0 (ν 为电磁波的频率) • b.光电效应的瞬时性.发生光电效应时,只要光的频率高 于金属的极限频率,光的亮度无论强弱,光电子的产生都 几乎是瞬时的,不超过10－9 s. • 三.光子. 1.普朗克的量子说要点: • a.认为电磁波的发射和吸收不是连续的,而是一份一份进 行的,这样的一份能量叫做能量子(微观世界中的量不连续性) • 例如:电荷量Q＝± n e (n＝1.2.3……) 其中e＝1.6×10－19 C • b.普朗克认为每一份能量等于hν. • h是一个常量,叫做普朗克常量.且h＝6.63×10－34 J· S
• 4.太阳光------电能直接转换的基本原理是利用光电效应,将太阳光 辐射能直接转换为电能,如图是测定光电流的电路简图,光电管加 正向电压 A B • (1)在图上标出电源正,负极和电流表 μA • 的正,负接线柱. 电源 • (2)入射光照射在____极上(填A或B) • (3)若电流表的读数是10μ A,则每秒钟从光电管阴极发射出的光 • 电子至少是多少个? • 答案 (1)电源左正右负,电流表上正下负,(2)B (3)6.25×1013个 • 5.用光的电磁说不能解释的现象是:„„( )
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8.关于光电效应的说法正确的是( ) A.金属的逸出功与入射光的频率成正比 B.光电子的初动能与入射光的频率无关 C.用不可见光照射金属一定比用可见光照射同种金属产生 的光电子的最大初动能大 D.对于任何一种金属都存在一个最大波长,入射光的最大 波长大于此波长时,就不能产生光电效应 9.某金属在一束黄光的照射下正好有光电子逸出,则下列说 法中正确的是( ) A.增大光强,而不改变光的频率,光电子的初动能将不变 B.用一束更大强度的红光代替黄光,仍能发生光电效应 C.用强度相同的紫光代替黄光,光电流的强度将增大. D.用强度较弱的紫光代替黄光,有可能不会发生光电效应
量子论初步
一.演示实验---------光电效应 验电器 弧光灯 锌板 1.实验过程 2.实验现象:用弧光灯(紫外线) 照射锌扳,验电器的指针张开, 表明锌板带电(正电)了. 3.光电效应: 在光的照射下物体 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 二.产生光电效应的条件 1.用光的波动理论解释……但,用白光去照射锌板时不产生光电效应. 2.研究光电效应时的新发现: a.对各种金属都存在极限频率和极限波长,若入射光的频率低于极限 频率,无论光多么强照射时间多么长,都不会发生光电效应;若入射光 的频率高于极限频率,即使光不强,时间再短,也会发生光电效应.-----与光的波动理论发生矛盾.
a.少数光子的行为表现为粒子性,大量光子的行为表现为波动性. b.在传播过程中波动性显著,在与物质作用时粒子性显著. c.波长越长,波动性越显著,波长越短,粒子性越显著.
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1.下列说法不正确的是( ) A.光是一种电磁波. B.光是一种概率波 C.光子相当于高速运动的质点 D.光的直线传播只是宏观近似规律 2.下列说法正确的是( ) A.有的光是波,有的光是粒子 B.光子与电子是同样一种粒子 C.光的波粒二象性是指既可以把波看成宏观概念上的波, 也可以看成是微观概念上的粒子 D.光的波长越长,其波动性越显著,波长越短,其粒子性越显 著 3.在下列现象中,说明光具有波动性的是( ) A.光的直线传播 B.光的衍射 C.光的干涉 D.光电效应
• 6.一细束平行光经玻璃三棱镜折射后分解为互相分离的三束光, • 分别照到相同的金属板a, b, c上,如图,已知金属板b有光电子 • 放出,则可知: • A.板a一定不放出光电子. • B.板a一定放出光电子. • C.板c一定不放出光电子. • D.板c一定放出光电子. • 答案: D • • • • • • • 7.让一束紫外线投射到与验电器相连接的锌扳上,下列说法正确 的是 „„„„( ) A.若原来不带电,其箔片将张开 B.若原来带负电,其箔片将张得更大 C.若原来带正电,其箔片将张得更大 D.若原来带负电,其箔片先合拢再张开 答案:A,C,D,
3.光波是概率波. (1)明条纹就是光子到达概率大处,而暗条纹是光子到达概率小处. (2)光波与机械波不同 a.机械波在介质中传播,光波可以在真空中传播,不需要介质. b.机械波的干涉条纹是波峰与波峰,或波峰与波谷的叠加的图景. 而光波的干涉条纹中的明条纹是光子到达概率大的地方的图景
(3)光具有波粒二象性 光具有波动性也具有粒子性.但它既不是宏观观念的 波.也不是宏观观念的 粒子.
• 6.如图所示,从烛焰P发出的光,穿过圆孔A射到屏M上,烛焰 长比P到A的距离小得多.当A孔直径较大时,在屏M上将看 到一个圆斑.慢慢减小A孔的直径,直至约0.2mm,在这个过 程中,屏上依次看到的典型物理现象是__________,继续减 小A孔的直径,使A孔缩小到只能使光子一个一个通过,放置 照相底片.在暴光时间较短的条件下,照片上的景象应是 _________,若暴光时间足够长,照片上景象应是_______.
• 第二节 光的波粒二象性
• 1.分立与连续是相对的. • 例:在地上撒一把米与直接倒一筐米组成米堆… • 下雨时,一开始的雨点与雨下大以后的雨点的连续… • 照像机当曝光量很少时与曝光量很多时,胶片上由点变成… 结论:少量光子的行为表现为粒子性,大量光子的行为表现为波动性. 2.概率概念. a .关于概率.概率表征某一事物出现的可能性.例如: 分子的速度运动与温度的关系.温度升高时.不一定每个分子运 动的速率都增加,但多数分子的速率要达到某一速率值的附近,随 着温度的升高这一值会向速率大的方向移动,也就是说,个别分子 的运动说无规律的,但对大量的分子所做的统计分析却表现出一 种规律----------概率规律 买彩票也是一样,能拿到大奖的少,拿不到奖的多…. 勤劳致富的概率才是最大的….
• 4.下列对光电效应的解释正确的是( ) • A.金属内的每一个电子要吸收一个或一个以上的光子,当 它积累的能量足够大时,就能逸出金属 • B.如果入射光子的能量小于金属表面的电子克服原子核的 引力而逸出时所必需做的最小功,便不能发生光电效应 • C.发生光电效应时,入射光越强,光子能量越大,光电子的最 大初动能越大 • D.由于不同的金属逸出功是不同的,因此使不同的金属产 生光电效应的入射光的最低频率不同 • 答案：B.D • 5.一束光子能量为E的单色光,在某种介质中的波长是λ , 则此介质对该单色光的折射率是______.此单色光在该介 质中的传播速度是_____. • 答案：
• 2.光子.
• a.在空间传播的光不是连续的,而是一份一份的,每一份叫做光量 子,简称光子,其能量E＝hν (ν为光的频率) • b.爱因斯坦提出的光子概念不同于牛顿为代表的光的微粒说,光 子不再是小球那样的实物粒子,我们叫它能量包.
• c. 据E＝hν,每个光子 的能量只决定于光的频率,频率一定,光的 强度大,意味着光子的数目多. • 四.光子说对光电效应的解释: • 1.金属中的电子对于光子的吸收十分迅速,若ν＞ ν0,则电子几乎 不需要时间就可以发射出来,这 就是光电效应的瞬时性. • 2.若ν＜ ν0, 则电子 吸收光子能量后不能发射且在与其他粒子相 互作用中又迅速的消耗掉,几乎不需要时间,所以电子能量不可能 像波动理论所预测的那样,可以是2hν,3 hν……等的积累,电子一 次吸收的光子的能量必须满足电子能够脱离物体而成为光电子 才行.这就是为什么存在极限频率的原因.
• 其中: E k 表示电子逸 出 金属表面时所获得的最大动能. • (即:逸 出 金属表面的光电子具有的动能) • h ν表示频率为ν 的一个光子所具有的能量. • ( 即:金属表面的电子一次性 所接收的能量) • W 表示 电子脱离金属表面时克服阻力而做的功, • ( 即 :逸 出 功 ) • 思考:当光子的ν＝ ν0 时, ν＜ν 0时, ν＞ ν0 时. • 能否发生光电效应? 若能发生,光电子的W＝?
• A.光的干涉 • C.光电效应 • 答案: C B.光的衍射 D.光的色散
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1.光电效应的实验,下列说法正确的是( ) A.用紫外线照射锌板,验电器指针会发生偏转 B.用绿光照射锌板,验电器指针会发生偏转 C.锌板带的是负电荷 D.使验电器发生偏转的是正电荷 答案：A.D 2.某单色光照射到金属时不能产生光电效应,下述措施中可 能使该金属产生光电效应的是( ) A.延长光照时间 B.增大光照强度 C.换用波长较短的光照射 D.换用频率较低的光照射 答案：C 3.一束绿光照射某金属发生了光电效应,下列说法正确的是 A.若增加绿光的照射强度,则逸出的光电子数增加 B.若增加绿光的照射强度,则逸出的光电子最大初动能增 加 C.若改用紫光照射,则可能不会发生光电效应 D.若改用紫光照射,则逸出的光电子最大初动能增加 答案：A.D
• 4.下列关于波的波粒二象性的叙述中正确的是( ) • A.光的波粒二象性学说是综合了牛顿的微粒说和惠更斯的 波动说而得出的 • B.光具有波动性又具有粒子性,二者是统一的 • C.大量光子产生的效果往往显示出波动性 • D.光的频率越高时波动性越明显 • 5.在单缝衍射实验中,中央亮纹的光强占从单缝射入的整个 光强的95％以上.假设现在只让一个光子通过单缝,那么该 光子( ) • A.一定落在中央亮纹处 • B.一定落在亮纹处 • C.可能落在暗纹处 • D.落在中央亮纹处的可能性最大