第四节光的粒子性、光的本性.DOC

第四节 光的粒子性、光的本性 【基础知识再现】 一、光的粒子性 1、光电效应 （1）光电效应：在光（包括不可见光）的照射下从物体表面发射出电子的现象叫光电效应。发射出的电子常称为光电子。 （2）光电效应的规律：①每种金属都存在极限频率，只有入射光频率等于或大于极限频率，才会发生光电效应。②从入射光照向金属到光电子发射几乎是瞬时的，与光的强度无关。 （3）光电效应与光电磁波理论的矛盾：①光的能量与频率有关，而不像波动理论中应由振幅决定。②电子吸收光的能量是瞬时完成的，而不像波动理论所预计的那样可以逐渐积累。 2、爱因斯坦提出的光子说 （1）光子说，在普朗克提出的电磁波的能量是不连续的基础上，爱因斯坦提出了光子说，即空间传播着的光是一份一份的，每一份叫一个光子，一个光子的能量为，为光的频率。 （2）光子说的重要意义：①光子说能很好地解释光电效应。②光由大量的微粒即光子构成，光确实具有粒子性。 3、最大初动能和光电效应方程 （1）最大初动能：发生光电效应时，电子克服金属原子核的引力逸出时，具有动能大小不同。金属表面上的电子吸收光子后逸出时动能的最大值，称为最大初动能。 （2）光电效应方程：根据能量守恒定律，光电子的最大初动能跟入射光子的能量和逸出功W的关系为，这个方程叫爱因斯坦光电效应方程。 二、光的本性 1、光的波粒二象性 （1）波粒二象性：光的干涉、衍射、偏振现象和光的电磁说，证明光具有波动性。光电效应现象和光子说证明光具有粒子性。无法用其中的一种性质解释所有光现象，所以认定光具有波粒二象性。 （2）波粒二象性的统一：不能把光当成宏观概念中的波或粒子，因为宏观世界的波动性与粒子性是对立的，而光的波动性与粒子性是统一在同一个客体即光子上的。 （3）概率波：光的干涉现象是大量光的运动遵守波运动规律的表现，亮条纹是光子到达概率大的地方，暗条纹是光子到达概率小的地方，因而光波又叫概率波。 2、物质波 波粒二象性是微观世界的特殊规律，一切微观粒子都存在波动性，它的波长和微动量的关系是：。宏观物体也存在波动，只是波长太小而很难观察到。实物粒子波又做物质波或德布罗意波。 【范例剖析】 例1：如图14-4-1所示，阴极K用极限波长的金属铯制成，用波长的绿光照射阴极K调整两个极板电压，当A板电压比阴极高出2.5V时，光电流达到饱和，电流表示数为，求 （1）每秒钟阴极发射的光电子数和光电子飞出阴极时的最大初动能。 （2）如果把照射阴极绿光的光强增大为原来的2倍，每秒钟阴极发射的光电子数和光电子飞出阴极的最大初动能。 分析与解答：（1）当阴极发射的光电子全部达到阻极A时，光电流达到饱和，由电流可知每秒到达阴极的电子数，即每秒发射的电子数。由爱因斯坦光电效应方程可计算最大的初动能。 （2）光强加倍，每秒钟发射的光电子数加倍，但入射光频率不变，发射的光电子的最大初动能不变。 （1）光电流达到饱和时，阴极发射的光电子全部达到阳极A，阴极每秒钟发射的光电子的个数。 根据爱因斯坦光电方程，光电子的最大初动能： （2）如果照射光的频率不变，光强加倍，根据光电效应实验规律、阴极每秒发射的光电子数 光电子的最大初动能仍然是 拓展训练：两种情况下，到达A极的光电子动能为多少？ 答案：J 解后语：要正确理解的光电子的最大初动能与经加速后到达光电管另一极的动能是不同的概念，不能混淆。 例2：用功率的光源，照射离光源处的某块金属薄片，已知光源发出的是波长的单色光，试计算： （1）1s内打到金属板面积上的光子数。 （2）若取该金属原子半径，则金属表面上每个原子平均需隔多长时间才能接收一个光子。 分析与解答：发光机理的实质是能的转换，即把其他形式的能量转化为光子的能量。由光源的发光功率可算出1s内辐射的总能量，由每个光子的能量值，即可算出总光子数。因为1s内辐射的这些光子都可以看成是均匀分布在以光源为中心的球面上，于是由面积之比就可算出1s内单位面积上的光子数。 （1）离光源3m处的金属板每1s内单位面积接收的光能为： 因为每个光子的能量为： 所以单位时间打到金属板上单位面积的光子数为：个 （2）每个原子的截面积为： 把金属看成由原子密集排列组成的，则每个原子截面积上每秒内接收到的光子数 每相邻两光子落在原子上的时间间隔为： 解后语：（1）单位时间打到金属板上单位面积的光子数是一个十分庞大的数字。可见，即使在光相当弱的情况下，辐射到板面上的光子数仍然极多，因此，辐射的粒子性在通常情况下不能明显地表现出来。 （2）每相邻两个光子落在原子上的时间间隔为4830.9s，可见每个原子接收两个光子的时间间隔是一段相当长的时间，由于金属内电子的碰撞十分频繁，两次碰撞之间的时间只有左右，因此一个电子接收一个光子后如不能立即逸出，来不及等到接收第二个光子，它额外增加的能量早已消耗殆尽，