《物理學(xué)——人類文明進(jìn)步的階梯》課件2

1、,量子化現(xiàn)象 物理學(xué) 人類文明進(jìn)步的階梯.,一、對(duì)光電效應(yīng)的解釋 1.光子說 愛因斯坦認(rèn)為，光在傳播過程中,是不連續(xù)的，它由數(shù)值分 立的能量子組成，這些能量子叫光量子，也稱“光子”， 光就是以光速c運(yùn)動(dòng)著的光子流，每個(gè)光子的能量,2.用光子說解釋光電效應(yīng)的規(guī)律 當(dāng)光子照射到金屬表面上時(shí),它的能量可以被金屬中的某個(gè) 電子全部吸收,電子吸收光子的能量后,動(dòng)能立刻增加,不需 要積累能量的過程.這就是光電效應(yīng)的發(fā)生用時(shí)極短的原因. 只有能量足夠大，即頻率足夠大的光子照射在金屬上， 才能使電子獲得足夠大的動(dòng)能，克服金屬原子核對(duì)它的束 縛從金屬表面飛離出來成為光電子，這就說明發(fā)生光電效,應(yīng)入射光的頻率必須

2、足夠大，而不是光足夠強(qiáng).電子吸收光 子的能量后可能向各個(gè)方向運(yùn)動(dòng),有的向金屬內(nèi)部運(yùn)動(dòng),并 不出來.向金屬表面運(yùn)動(dòng)的電子,經(jīng)過的路程不同,途中損失 的能量也不同.惟獨(dú)金屬表面上的電子,只要克服金屬原子 核的引力做功,就能從金屬中逸出,這個(gè)功叫逸出功,這些光 電子的動(dòng)能最大，叫最大初動(dòng)能.,金屬中的每個(gè)電子對(duì)光子能量的吸收不是連續(xù)累加的，它只能吸收一個(gè)光子的能量，因此只有達(dá)到一定頻率的光子照射才有光電效應(yīng)產(chǎn)生.,【典例1】某單色光照射金屬時(shí)不會(huì)產(chǎn)生光電效應(yīng)，下列措施中可能使該金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)的是( ) A.延長(zhǎng)光照時(shí)間 B.增大光的強(qiáng)度 C.換用波長(zhǎng)較短的光照射 D.換用頻率較低的光照射 【解題指

3、導(dǎo)】解答本題應(yīng)注意以下兩點(diǎn)：,【標(biāo)準(zhǔn)解答】選C.要產(chǎn)生光電效應(yīng)，入射光的頻率必須大于該金屬的極限頻率，波長(zhǎng)越短的光頻率越高，當(dāng)高于極限頻率時(shí)就能產(chǎn)生光電效應(yīng)，故C正確.,【變式訓(xùn)練】當(dāng)用頻率=5.441014 Hz的綠光照射鉀板時(shí)，恰能向外發(fā)射光電子，下列說法正確的是( ) A.利用頻率較綠光低的紅光照射鉀板時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生光電子 B.利用頻率較綠光低的黃光照射鉀板時(shí)一定會(huì)產(chǎn)生光電子 C.利用頻率較綠光高的藍(lán)光照射鉀板時(shí)一定會(huì)產(chǎn)生光電子 D.需利用頻率較綠光高的藍(lán)光照射鉀板才能產(chǎn)生光電子,【解析】選C.由光電效應(yīng)產(chǎn)生的機(jī)理可知，只有當(dāng)入射光子的能量大于某一數(shù)值時(shí)，光子才有可能被電子吸收獲得能量從而

4、擺脫束縛成為光電子，由于綠光恰能使鉀發(fā)生光電效應(yīng)，比綠光頻率小的紅光、黃光的光子能量不足以被電子吸收而使其成為光電子，A、B錯(cuò)誤；藍(lán)光光子能量大于綠光光子能量，能產(chǎn)生光電效應(yīng)，而與入射光的強(qiáng)弱無關(guān)，C正確，D錯(cuò)誤.,二、對(duì)光的波粒二象性的理解 1.光電效應(yīng)說明光具有粒子性，光的干涉、衍射等實(shí)驗(yàn)事實(shí)，顯示光具有波動(dòng)性，大量實(shí)驗(yàn)事實(shí)表明，光既具有波動(dòng)性又具有粒子性.,2.光具有波粒二象性，但在不同情況下表現(xiàn)不同.在宏觀上，大量光子傳播往往表現(xiàn)為波動(dòng)性；在微觀上，個(gè)別光子在與其他物質(zhì)產(chǎn)生作用時(shí)，往往表現(xiàn)為粒子性. 3.光的粒子性不同于宏觀觀念中的粒子，粒子性的含義是“不連續(xù)”的，“一份一份”的.光的

5、波動(dòng)性也不同于宏觀觀念中的波，波動(dòng)規(guī)律決定光子在某點(diǎn)出現(xiàn)的概率，是一種概率波.,(1)光的粒子性不同于牛頓的“微粒說”. (2)光的波動(dòng)性不是光子之間相互作用的結(jié)果，而是光子本身的一種屬性.,【典例2】對(duì)光的認(rèn)識(shí)，以下說法錯(cuò)誤的是( ) A.個(gè)別光子的行為表現(xiàn)為粒子性，大量光子的行為表現(xiàn)出波動(dòng)性 B.光的波動(dòng)性是光子本身的一種屬性，不是光子之間的相互作用引起的 C.光表現(xiàn)出波動(dòng)性時(shí)，就不具有粒子性了，光表現(xiàn)出粒子性時(shí)，就不具有波動(dòng)性了 D.光的波粒二象性應(yīng)理解為：在某種場(chǎng)合下光的波動(dòng)性表現(xiàn)明顯，在另外某種場(chǎng)合下，光的粒子性表現(xiàn)明顯,【解題指導(dǎo)】解答該題應(yīng)把握以下兩點(diǎn)：,【標(biāo)準(zhǔn)解答】選C.個(gè)別光

6、子的行為表現(xiàn)出粒子性，大量光子的行為表現(xiàn)出波動(dòng)性；光與物質(zhì)相互作用時(shí)表現(xiàn)出粒子性，光的傳播規(guī)律表現(xiàn)出波動(dòng)性，光的波動(dòng)性和粒子性都是光的本質(zhì)屬性，光的波動(dòng)性表現(xiàn)明顯時(shí)仍具有粒子屬性，因?yàn)椴▌?dòng)性表現(xiàn)為粒子分布概率；光的粒子性表現(xiàn)明顯時(shí)仍具有波動(dòng)性，因?yàn)榇罅苛Ｗ拥膫€(gè)別行為呈現(xiàn)出波動(dòng)規(guī)律，故A、B、D正確,C錯(cuò)誤,應(yīng)選C項(xiàng).,【規(guī)律方法】光的波動(dòng)性與粒子性的判斷方法 (1)大量光子易表現(xiàn)出波動(dòng)性，個(gè)別光子易表現(xiàn)出粒子性. (2)光的頻率越低時(shí)易表現(xiàn)為波動(dòng)性，光的頻率越高時(shí)易表現(xiàn)為粒子性.,【變式訓(xùn)練】下列關(guān)于光的波粒二象性的說法中，正確的是( ) A.有的光是波，有的光是粒子 B.光子與電子是同樣的一

7、種粒子 C.光的波長(zhǎng)越長(zhǎng)，其波動(dòng)性越顯著；波長(zhǎng)越短，其粒子性越顯著 D.大量光子的行為往往顯示出粒子性,【解析】選C.光具有波粒二象性，即具有波動(dòng)性和粒子性，A錯(cuò)誤；光子不是實(shí)物粒子，電子為實(shí)物粒子，故B錯(cuò)誤；光的波長(zhǎng)越長(zhǎng)，其波動(dòng)性越明顯；波長(zhǎng)越短，其粒子性越明顯，C正確；大量光子的行為顯示波動(dòng)性，D錯(cuò)誤.,【變式備選】下列關(guān)于光的波粒二象性說法正確的 是( ) A.光有時(shí)是波，有時(shí)是粒子 B.光表現(xiàn)為波動(dòng)性時(shí)，與水面波是同種類的波 C.光不可能同時(shí)具有波動(dòng)性和粒子性 D.光的直線傳播只是宏觀近似規(guī)律 【解析】選D.光同時(shí)具有波動(dòng)性和粒子性，只是條件不同，兩者的明顯程度不同，所以A、C錯(cuò)誤.光

8、是概率波，與宏觀的機(jī)械波不同，B錯(cuò)誤；由于光有波動(dòng)性，所以光在直線傳播時(shí)是近似直線傳播，D正確.,【典例】假設(shè)一只功率為P的白熾燈，輻射出的光的平均波長(zhǎng)為，則在時(shí)間t內(nèi)，該白熾燈共輻射出多少個(gè)光子？ 【解題指導(dǎo)】解答本題時(shí)可以按照以下流程分析：,【標(biāo)準(zhǔn)解答】白熾燈在時(shí)間t內(nèi)輻射的能量E=Pt. 單個(gè)光子的能量 所以光子個(gè)數(shù)為： 答案：,不清楚入射光的頻率與電子初動(dòng)能的關(guān)系 (雙選)在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中,下列結(jié)果正確的是( ) A.如果入射光比較弱,只有照射的時(shí)間足夠長(zhǎng),才會(huì)產(chǎn)生光電效應(yīng) B.當(dāng)入射光的頻率增大為原來的兩倍時(shí),光電子的最大初動(dòng)能也增大為原來的兩倍 C.當(dāng)入射光的波長(zhǎng)增大為原來的兩倍時(shí)

9、,可能不產(chǎn)生光電效應(yīng) D.當(dāng)入射光的強(qiáng)度增大為原來的兩倍時(shí)，單位時(shí)間發(fā)射光電子的數(shù)量也增大為原來的兩倍,【正確解答】選C、D.如果入射光的頻率比極限頻率低,那 么無論光多么強(qiáng),照射時(shí)間多么長(zhǎng),都不會(huì)發(fā)生光電效應(yīng).而 如果入射光的頻率高于極限頻率,即使光不強(qiáng),也會(huì)產(chǎn)生光 電效應(yīng).A錯(cuò).在光電效應(yīng)中每秒從陰極發(fā)射的光電子數(shù)與入 射光強(qiáng)成正比,D正確.入射光的頻率增大時(shí),從陰極逸出的 光電子的初動(dòng)能也增大,但兩者不是簡(jiǎn)單的正比關(guān)系,B錯(cuò). 當(dāng)入射光的波長(zhǎng)增大為原來的兩倍時(shí),其頻率減為原來的 ,如果已低于陰極材料的極限頻率,就不會(huì)產(chǎn)生光電效應(yīng),故C 正確.,【易錯(cuò)分析】本題易錯(cuò)選B項(xiàng).其原因是不清楚入

10、射光的頻率與光電子初動(dòng)能的關(guān)系，誤認(rèn)為兩者存在正比關(guān)系，忽略了光電子在逸出時(shí)需要消耗能量.,1.下列說法與實(shí)際情況符合的是( ) A.普朗克提出了光子說，從而解決了黑體輻射問題 B.愛因斯坦提出了光子說，很好地解釋了光電效應(yīng) C.惠更斯提出了能量子假設(shè)，解決了黑體輻射的理論困難 D.開普勒發(fā)現(xiàn)了電子繞原子核運(yùn)動(dòng)的規(guī)律 【解析】選B.普朗克提出了能量子假說，解決了黑體輻射問題，惠更斯提出了光的波動(dòng)說.開普勒提出了行星運(yùn)動(dòng)的三定律，所以A、C、D都錯(cuò)誤，只有B項(xiàng)正確.,2.(2011德州高一檢測(cè))對(duì)于光的認(rèn)識(shí)，下列說法不正確的是( ) A.在空間傳播的光不是連續(xù)的，而是一份一份的 B.光既具有波動(dòng)

11、性又具有粒子性 C.當(dāng)具有波動(dòng)性時(shí)就不具備粒子性，反之亦然 D.光不但是一種波，且是一種電磁波 【解析】選C.根據(jù)愛因斯坦的光量子說，光是一份一份的，不是連續(xù)的，A對(duì)；光的干涉與衍射證明光是波，而光電效應(yīng)證明光具有粒子性；光的本質(zhì)是既有粒子性，又有波動(dòng)性，B對(duì)，C錯(cuò)；麥克斯韋提出了光是一種電磁波，D對(duì).,3.(雙選)原子發(fā)光時(shí)，所得到的光對(duì)應(yīng)一系列不連續(xù)的亮線這說明( ) A.這些亮線是由所對(duì)應(yīng)的頻率的光子形成的 B.這些亮線是由若干原子運(yùn)動(dòng)到該處形成的 C.這些亮線說明原子發(fā)光時(shí)只發(fā)出對(duì)應(yīng)頻率的光子，而不存在其他頻率的光子 D.這些亮線是由各種頻率的光在該處會(huì)聚形成的,【解析】選A、C.在光譜上形成的亮線都與相應(yīng)頻率對(duì)應(yīng)，這說明某條亮線是由該頻率的光子形成的，故A正確；這些亮線并非原子運(yùn)動(dòng)到該處形成，故B錯(cuò)誤；由于光譜只存在一系列的不連續(xù)的亮線，這說明只發(fā)出相應(yīng)頻率的光子，故C正確，D錯(cuò)誤.,4.(雙選)在研究黑體輻射規(guī)律時(shí)，下列說法不正確的是( ) A.利用經(jīng)典物理學(xué)的“連續(xù)性”觀點(diǎn)得出的理論結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相符 B.利用經(jīng)典物理學(xué)的“連續(xù)性”觀點(diǎn)得出的理論結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果不相符 C.經(jīng)典物理學(xué)由于無法解釋“黑體輻射”，說明它是錯(cuò)誤