第四章 原子结构和波粒二象性 全章知识点梳理 -2022-2023学年高二下学期物理人教版(2019)选择性必修第三册

2023-05-24
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人教版(2019)物理选择性必修第一册第四章《原子结构和波粒二象性》全章知识点梳理 4.1普朗克黑体辐射理论 一、黑体与黑体辐射 1.热辐射现象 固体或液体,在任何温度下都在发射各种波长的电磁波,这种由于物体中的分子、原子受到激发而发射电磁波的现象称为热辐射。 所辐射电磁波的特征与温度有关。 2.黑体 概念:能全部吸收各种波长的电磁波而不发生反射的物体,称为绝对黑体,简称黑体。 不透明的材料制成带小孔的空腔,可近似看作黑体。如图所示。 注意: (1)黑体是个理想化的模型。 (2)一般物体的辐射与温度、材料、表面状况有关,但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。 3.黑体辐射:黑体虽然不反射电磁波,却可以向外辐射电磁波,这样的辐射叫作黑体辐射。 研究黑体辐射的规律是了解一般物体热辐射性质的基础 二、能量子 能量子:超越牛顿的发现 1900年10月,普朗克提出量子化理论,给予黑体辐射以完美的解释。 普朗克认为,带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整数倍,当带电微粒辐射或吸收能量时,也是以这个最小能量值为单位一份一份地辐射或吸收的,这个不可再分的最小能量值ε叫作能量子。 能量子的大小: ε = hν 其中 ν 是电磁波的频率,h 称为普朗克常量, h = 6.626 × 10 -34 J · s(一般取 h = 6.63 × 10-34 J · s) 普朗克能量子理论成功解释黑体辐射 黑体辐射公式 1900 年 10月 19日,普朗克在德国物理学会会议上提出一个黑体辐射公式。 普朗克抛弃了经典物理中的能量可连续变化、物体辐射或吸收的能量可以为任意值的旧观点,提出了能量子、物体辐射或吸收能量只能一份一份地按不连续的方式进行的新观点。这不仅成功地解决了热辐射中的难题,而且开创物理学研究新局面,标志着人类对自然规律的认识已经从宏观领域进入微观领域,为量子力学的诞生奠定了基础。1918年他荣获诺贝尔物理学奖。 死后他的墓碑上只刻着他的姓名和 h=6.626×10-34J · s。 年轻的爱因斯坦认识到了普朗克能量子假设的意义,他把能量子假设进行了推广,认为电磁场本身就是不连续的。也就是说,光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的,频率为v的光的能量子为hv,h为普朗克常量。这些能量子后来被叫作光子 (photon)。 4.2光电效应 一、光电效应 1、光电效应的实验规律 (1)饱和电流Im的大小与入射光的强度成正比,也就是单位时间内逸出的光电子数目与入射光的强度成正比(如图1所示)。 (2)光电子的最大初动能(或遏止电压)与入射光线的强度无关,而只与入射光的频率有关。频率越高,光电子的最大初动能就越大。(如图2所示) (3)频率低于νc入射光,无论光的强度多大,照射时间多长,都不能使光电子逸出。 (4)光的照射和光电子的逸出几乎是同时的,在测量的精度范围内(<10-9s)观察不出这两者间存在滞后现象。 2、光电效应中几个易混淆的概念 (1)光子与光电子 无子指光在空间传播时的每一份能量,光子不带电;光电子是金属表面受到光照射时发射出来的电子,其本质是电子。光子是光电效应的因,光电子是果。 (2)光电子的动能与光电子的最大初动能 光照射到金属表面时,光子的能量全部被电子吸收,电子吸收光子的能量,可能向各个方向运动,需克服原子核和其他原子的阻碍而损失一部分能量,剩余部分为光电子的初动能;只有金属表面的电子直接向外飞出时,只需克服原子核的引力做功,才具有最大初动能。光电子的初动能小于等于光电子的最大初动能。 (3)光子的能量与入射光的强度 光子的能量即每个光子的能量,其值为。hv( v为光子的频率),其大小由光的频率决定。入射光的强度指单位时间内照射到金属表面单位面积上的总能量;入射光的强度等于单位时间内光子能量与入射光子数的乘积。 (4)光电流和饱和光电流 金属板飞出的光电子到达阳极,回路中便产生光电流,随着所加正向电压的增大,光电流趋于一个饱和值,这个饱和值是饱和光电流,在一定的光照条件下,饱和光电流与所加电压大小无关。 二、爱因斯坦的光电效应方程 1、爱因斯坦的光电效应方程 其中为光电子的最大初动能,为金属的逸出功。 2、对光电效应方程的理解 (1)光电子的动能 方程中,为光电子的最大初动能,就某个光电子而言,其离开金属时的动能大小可以是零到最大值范围内的任何数值。 (2)方程实质 方程实质上是能量守恒方程。 (3)产生光电效应的条件 方程包含了产生光电效应的条件,即要产生光电效应,则,即 ,而就是金属的截止频率。 (4)截止频率 方程表明,光电子的最大初动能与入射光的频率,存在线性关系(如图所示),与光强无关。图中横轴上的截距是截止频率,纵轴上的截距是逸出功的负值。图线的斜率为普朗克常量。 (5)逸出功 方程

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