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近代物理
氢原子光谱,氢原子的能级结构、能级公式
原子核的组成、放射性、原子核衰变、半衰期
放射性同位素、核力、核反应方程
结合能、质量亏损、裂变反应和聚变反应,裂变反应堆
射线的危害和防护,光电效应,爱因斯坦光电效应方程
一、光电效应及其规律
1.光电效应现象
照射到金属表面的光,能使金属中的电子从表面逸出的现象称为光电效应,发射出来的电子叫光电子。
2.光电效应的产生条件
入射光的频率大于或等于金属的截止(极限)频率。
3.光电效应规律
(1)每种金属都有一个截止频率,入射光的频率必须大于或等于这个截止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截止频率时,饱和光电流的大小与入射光的强度成正比。
4.对光电效应规律的解释
对应规律
对规律的解释
存在截止频率νc
电子从金属表面逸出,必须克服金属的逸出功W0,则入射光子的能量不能小于W0,对应的频率必须不小于νc=eq\f(W0,h),即截止频率
光电子的最大初动能随着入射光频率的增大而增大,与入射光的强度无关
电子吸收光子能量后,一部分用来克服金属的逸出功,剩余部分表现为光电子的初动能,只有直接从金属表面飞出的光电子才具有最大初动能。对于确定的金属,W0是一定的,故光电子的最大初动能只随入射光频率的增大而增大,和光强无关
光电效应具有瞬时性
光照射金属时,电子一次性吸收光子的全部能量,不需要积累能量的时间
光较强时饱和电流较大
对于同种频率的光,光较强时,单位时间内照射到金属表面的光子数较多,照射金属时产生的光电子较多,因而饱和电流较大
5.光电效应图像
图像名称
图线形状
获取信息
最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图线
①截止频率(极限频率)νc:图线与ν轴交点的横坐标
②逸出功W0:图线与Ek轴交点的纵坐标的绝对值W0=|-E|=E
③普朗克常量h:图线的斜率k=h
遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图线
①截止频率νc:图线与横轴的交点的横坐标
②遏止电压Uc:随入射光频率的增大而增大
③普朗克常量h:等于图线的斜率与电子电荷量的乘积,即h=ke(注:此时两极之间接反向电压)
颜色相同、强度不同的光,光电流与电压的关系
①遏止电压Uc:图线与横轴的交点的横坐标
②饱和电流:电流的最大值;
③最大初动能:Ek=eUc
颜色不同时,光电流与电压的关系
①遏止电压Uc1、Uc2
②饱和电流
③最大初动能Ek1=eUc1,Ek2=eUc2
二、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,每一份叫作一个光子,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。
三、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。
4、对光的波粒二象性的理解
光既有波动性,又有粒子性,两者不是孤立的,而是有机的统一体,其表现规律为:
(1)从频率上看:频率越低的光波动性越显著,越容易看到光的干涉和衍射现象;频率越高的光粒子性越显著,越不容易看到光的干涉和衍射现象,其穿透本领越强。
(2)从传播与作用上看:光在传播过程中往往表现出波动性;在与物质发生作用时往往表现出粒子性。
(3)波动性与粒子性的统一:由光子的能量ε=hν、光子的动量p=eq\f(h,λ)也可以看出,光的波动性和粒子性并不矛盾:表示粒子性的光子能量和动量的计算式中都含有表示波的特征的物理量——频率ν或波长λ。
(4)理解光的波粒二象性时不可把光当成宏观概念中的波,也不可把光当成宏观概念中的粒子。
四、物质波
任何一个运动着的物体,小到微观粒子大到宏观物体都有一种波与它对应,其波长λ=eq\f(h,p),p为运动物体的动量,h为普朗克常量。
(1)定义:每一个运动的粒子都与一个对应的波相联系,这种波叫作物质波,也叫德布罗意波。
(2)物质波的频率ν=eq\f(ε,h);物质波的波长λ=eq\f(h,p)=eq\f(h,mv),h是普朗克常量。
五、原子结构、光谱和能级跃迁
1.原子的核式结构
(1)电子的发现:英国物理学家J.J.汤姆孙在研究阴极射线时发现了电子,提出了原子的“枣糕模型”。
(2)α粒子散射实验:
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