第55讲 光电效应及波粒二象性 （原卷版） -【划重点】备战2025年高考物理一轮精细复习（新高考通用）.docx

第55讲光电效应及波粒二象性

——划重点之精细讲义系列

考点1

普朗克黑体辐射理论

考点2

光电效应的理解

考点3

光电效应方程及图象的理解

考点4

氢原子光谱和波尔的原子模型

考点5

光及实物粒子的波粒二象性

一．黑体与黑体辐射

1.黑体与黑体辐射

(1)黑体定义：一般物体在热辐射的同时还会吸收和反射外界射来的电磁波.如果某种物体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射，这种物体就叫作黑体，或称绝对黑体。

(2)黑体辐射特点：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.

2.能量子：

（1）定义：振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整数倍.例如，可能是ε或2ε、3ε……这个不可再分的最小能量值ε叫作能量子.这些能量子后来被叫作光子。

（2）公式：ε=hν,其中ν是电磁波的频率，h是一个常量，后人称之为普朗克常量，其值为h=610-34J·s,通常取h=6.63×10-34J·s.

二．光电效应及其规律

1．光电效应现象

在光的照射下，金属中的电子从表面逸出的现象，发射出来的电子叫光电子．

2．光电效应的产生条件

入射光的频率大于金属的极限频率（截止频率）．

3．光电效应规律

(1)每种金属都有一个极限频率（截止频率），入射光的频率必须大于这个极限频率才能产生光电效应．

(2)光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光频率的增大而增大．

(3)光电效应的发生几乎是瞬时的，一般不超过10－9s.

(4)当入射光的频率大于极限频率时，饱和光电流的强度与入射光的强度成正比．

三．爱因斯坦光电效应方程

1．光子说

在空间传播的光不是连续的，而是一份一份的，每—份叫做一个光子，光子的能量ε＝hν.

2．逸出功W0：电子从金属中逸出所需做功的最小值．

3．最大初动能：发生光电效应时，金属表面上的电子吸收光子后克服原子核的引力逸出时所具有的动能的最大值．

4．光电效应方程

(1)表达式：hν＝Ek＋W0或Ek＝hν－W0.

(2)物理意义：金属表面的电子吸收一个光子获得的能量是hν，这些能量的一部分用来克服金属的逸出功W0，剩下的表现为逸出后电子的最大初动能．

四．氢原子光谱

氢原子光谱线是最早被发现、研究的光谱线，这些光谱线可用一个统一的巴尔末公式表示：

（n=3，4，5，……）

说明:①巴耳末公式适用于可见光区的谱线；②R∞叫作里德伯常量,实验测得R∞=1.10×107m-1；③n只能取不小于3的整数,氢原子光谱的波长只能取分立值.

五．玻尔的原子模型

(1)玻尔理论

①轨道假设：原子中的电子在库仑引力的作用下，绕原子核做圆周运动，电子绕核运动的可能轨道是不连续的；

②定态假设：电子在不同的轨道上运动时，原子处于不同的状态．因而具有不同的能量，即原子的能量是不连续的．这些具有确定能量的稳定状态称为定态，在各个定态中，处于基态的原子是稳定的，不向外辐射能量；

③跃迁假设：原子从一个能量状态向另一个能量状态跃迁时要放出或吸收一定频率的光子，光子的能量等于这两个状态的能量差，即hν＝Em－En.

(2)几个概念

①能级：在玻尔理论中，原子各个状态的能量值；

②基态：原子能量最低的状态；

③激发态：在原子能量状态中除基态之外的其他能量较高的状态；

④量子数：原子的状态是不连续的，用于表示原子状态的正整数．

(3)氢原子的能级和轨道半径

①氢原子的半径公式：rn＝n2r1(n＝1,2,3，…)，其中r1为基态半径，r1＝0.53×10－10m；

②氢原子的能级公式：En＝eq\f(1,n2)E1(n＝1,2,3，…)，其中E1为基态能量，E1＝－13.6eV.

六、光的波粒二象性

1．光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有波动性．

2．光电效应、康普顿效应说明光具有粒子性．

3．光既具有波动性，又具有粒子性，称为光的波粒二象性．

考点1：普朗克黑体辐射理论

1.黑体与黑体辐射

①一般物体都或多或少会反射各种波长的电磁波，因而其热辐射情况既与温度有关，又与材料种类及其表面状况有关，而黑体的热辐射只与温度有关，可见只有黑体辐射反映的是物体本身热辐射与温度的关系，所以在研究热辐射规律时，人们特别注意对黑体辐射的研究.

②黑体全部吸收外来电磁波而不向外反射，但是向外辐射自身的电磁波.

③黑体指的是在任何温度下都能全部吸收任何波长的电磁波而不发生反射的物体，黑体本身也能向外辐射电磁波，并非在任何温度下都呈黑色，只有当自身辐射的可见光非常微弱时看上去才是黑色.影响黑体辐射强度分布的唯一因素是黑体的温度，与其他任何因素无关。

④黑体是一种理想模型，绝对的黑体实际上是不存在的，但可以用某装置近似地代替.如图所示，如果在一个空腔壁上开一个小孔，那么射入小孔的电磁波在空腔内表面会发生多次反射和吸收，最终