湖北省华中师大一附中高二国际板物理大小班、长短课重点班附加课件：能量量子化及光的粒子性

1、两朵乌云是什么？两朵乌云是什么？经典力学经典力学量子力学量子力学相对论相对论微观领域微观领域高速领域高速领域思考思考1:在火炉旁边有什么感觉在火炉旁边有什么感觉?投在炉中的铁块开始是什么颜色投在炉中的铁块开始是什么颜色?过一会有是什么颜色过一会有是什么颜色?任何温度下，宏观物体都要向外辐射电磁波。电磁波能量的多任何温度下，宏观物体都要向外辐射电磁波。电磁波能量的多少，以及电磁波按波长的分布都与温度有关，故称为少，以及电磁波按波长的分布都与温度有关，故称为热辐射热辐射。室温时室温时 波长较长的电磁波波长较长的电磁波高温高温 波长较短的电磁波波长较短的电磁波无论是高温物体还是低温物体，都有热辐射，

2、所辐射的能量及无论是高温物体还是低温物体，都有热辐射，所辐射的能量及其按波长的分布都随温度而变化。其按波长的分布都随温度而变化。一、热辐射一、热辐射思考思考2：一座建设中的楼房还没安装窗子，尽管室内一座建设中的楼房还没安装窗子，尽管室内已经粉刷，如果从远处看，把窗内的亮度与楼房外已经粉刷，如果从远处看，把窗内的亮度与楼房外墙的亮度相比，你会发现什么？为什么？墙的亮度相比，你会发现什么？为什么？二、黑体与黑体辐射二、黑体与黑体辐射定义：如果一个物体在任何温度下，对任何波长定义：如果一个物体在任何温度下，对任何波长的电磁波都完全吸收，而不反射与透射，则称这种的电磁波都完全吸收，而不反射与透射，则称

3、这种物体为绝对黑体，简称黑体。物体为绝对黑体，简称黑体。用不透明材料制成一空心容器，用不透明材料制成一空心容器，壁上开一小孔壁上开一小孔，可看成可看成绝对黑绝对黑体体说明：说明：黑体是个理想化的模型。黑体是个理想化的模型。 例：开孔的空腔，远处的例：开孔的空腔，远处的窗口等可近似看作黑体。窗口等可近似看作黑体。对于黑体，辐射电磁波对于黑体，辐射电磁波的强度按波长的分布只与的强度按波长的分布只与黑体的温度有关（一般材黑体的温度有关（一般材料的物体还与材料的种类料的物体还与材料的种类及表面状况有关）。及表面状况有关）。三、黑体辐射的实验规律三、黑体辐射的实验规律辐射强度（纵坐标）：辐射强度（纵坐标

4、）： 单位时间内从物体单位面积上所发射单位时间内从物体单位面积上所发射的各种波长的总辐射能，称为辐射强度。的各种波长的总辐射能，称为辐射强度。实验发现：随温度的升高实验发现：随温度的升高各种波长的辐射强度都各种波长的辐射强度都在增加；在增加；当绝对黑体的温度升高当绝对黑体的温度升高时，辐射强度的最大值向时，辐射强度的最大值向短波方向移动。短波方向移动。这些规律与日常经验相符这些规律与日常经验相符热辐射的经典解释：热辐射的经典解释：大量带电粒子的无大量带电粒子的无规则热运动引起的。物体中每个分子、规则热运动引起的。物体中每个分子、原子或离子都在各自平衡位置附近以各原子或离子都在各自平衡位置附近以

5、各种不同频率作无规则的微振动，每个带种不同频率作无规则的微振动，每个带电微粒的振动都会产生变化的电磁场，电微粒的振动都会产生变化的电磁场，从而向外辐射各种波长的电磁波，形成从而向外辐射各种波长的电磁波，形成连续的电磁波谱。连续的电磁波谱。经典物理学所遇到的困难经典物理学所遇到的困难解释实验曲线解释实验曲线1）维恩的半经验公式：）维恩的半经验公式：Tc5102ec)T(M公式适合于短波波段，公式适合于短波波段，长波波段与实验偏离。长波波段与实验偏离。 402ckTTM公式只适用于长波段公式只适用于长波段, , 而在短波区与实验严重不符而在短波区与实验严重不符, ,当波长接近当波长接近0 0时辐射

6、强度接近无穷大。时辐射强度接近无穷大。-紫外灾难紫外灾难2）瑞利）瑞利-金斯公式金斯公式玻尔兹曼常数玻尔兹曼常数 k =1.380658 10-23J/K),(0TM实验实验瑞利瑞利-琼斯线琼斯线维恩线维恩线T=1646k 普朗克能量子假说普朗克能量子假说*辐射物体中包含大量振动着的带电微粒，它们的能辐射物体中包含大量振动着的带电微粒，它们的能量是某一最小能量的整数倍量是某一最小能量的整数倍 E=n n=1,2,叫能量子，简称量子，叫能量子，简称量子，n为量子数，它只取正整数为量子数，它只取正整数能量能量量子化量子化 * 振子只能一份一份地按不连续方式辐射或吸收能量振子只能一份一份地按不连续方

7、式辐射或吸收能量 h=6.626 10-34J * S。-普朗克常数普朗克常数 四、能量子：超越牛顿的发现四、能量子：超越牛顿的发现*对于频率为对于频率为 的谐振子，最小能量为：的谐振子，最小能量为： =h 112),(520TkhcehcTM),(0TM实验实验瑞利瑞利-琼斯线琼斯线维恩线维恩线T=1646k普朗克线普朗克线普朗克的拟合结果普朗克的拟合结果意义：意义： Planck抛弃了经典物理中的能量可连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，提出了的旧观点，提出了能量子、物体辐射或吸收能能量子、物体辐射或吸收能量

8、只能一份一份地按不连续的方式进行的新观量只能一份一份地按不连续的方式进行的新观点。点。这不仅成功地解决了热辐射中的难题，而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从宏观领域进入微观领域，规律的认识已经从从宏观领域进入微观领域，为量子力学的诞生奠定了基础。并因此获得了为量子力学的诞生奠定了基础。并因此获得了诺贝尔物理学奖。诺贝尔物理学奖。例例1：氦氖激光器发射波长为：氦氖激光器发射波长为632.8 nm的单色光，试计算这种的单色光，试计算这种光的一个能量子的能量值为多少光的一个能量子的能量值为多少?若该激

9、光器的发光功率为若该激光器的发光功率为18 mW，则每秒发射多少个能量子，则每秒发射多少个能量子? （vf）2mkp212EkA=例例2 2：设有一弹簧振子质量：设有一弹簧振子质量m=2kgm=2kg，弹簧的劲度系数，弹簧的劲度系数k=25 N/mk=25 N/m，振，振幅幅A=0.4 m.A=0.4 m.已知弹簧振子的周期公式为已知弹簧振子的周期公式为T=T=，能量公式为，能量公式为(1)(1)求振子的频率和总能量；求振子的频率和总能量；(2)(2)假如能量是量子化的，求该振子的能量子以及量子数假如能量是量子化的，求该振子的能量子以及量子数. .五五 光电效应实验光电效应实验实验现象实验现象

10、:1.验电器验电器张开（正张开（正电）电）2. 存在截存在截至频率至频率3.精确实精确实验表明：验表明：响应时间响应时间小于小于10-9s六、爱因斯坦的光电效应方程六、爱因斯坦的光电效应方程1.光子说 看似连续的光实际上是由个数有限、分立于空间各点的光子组成的，每一个光子的能量为h(h是普朗克常量，h=6.6310-34 Js,是光的频率). 2.光电效应方程 h=W0+Ek(1)光电效应存在截至频率：光电效应的条件是光子的能量=h必须大于或至少等于逸出功W0，即= 就是光电效应的截至频率.hW0(2)入射光照射到金属上时，光电子的发射几乎是瞬时的，一般不超过10-9 s：一个电子只能接收一个

11、光子的能量，若光子能量大于逸出功，则电子吸收后立即逸出光电子，几乎不需要时间；若光子能量小于逸出功，不能发生光电效应现象，无论照射时间多长，都不能逸出光电子.解释解释最大初动能最大初动能 光电效应中从金属出光电效应中从金属出来的电子，有的从金属表来的电子，有的从金属表面直接飞出，有的从内部面直接飞出，有的从内部出来沿途与其它粒子碰撞，出来沿途与其它粒子碰撞，损失部分能量，因此电子损失部分能量，因此电子速度会有差异，直接从金速度会有差异，直接从金属表面飞出的速度最大，属表面飞出的速度最大，其动能为其动能为最大初动能。最大初动能。最大初动能的概念VV例例1： 一束绿光照射某金属发生了光电效应，则下

12、列说法正确的是( )A.若增加绿光的照射强度，则逸出的光电子数增加B.若增加绿光的照射强度，则逸出的光电子最大初动能增加C.若改用紫光照射，则可能不会发生光电效应D.若改用紫光照射，则逸出的光电子的最大初动能增加答案：答案：AD例例2： 用同一束单色光，在同一条件下，先后照射锌片和银片，都能产生光电效应，这两个过程中，对下列四个量，一定相同的是_，可能相同的是_，一定不相同的是_.A.光子的能量 B.金属的逸出功C.光电子动能 D.光电子最大初动能答案：答案：A C BD七七 光电效应实验规律探究光电效应实验规律探究VAabcd 1。将双掷开关置于。将双掷开关置于cd两点两点存在着饱和电流存在

13、着饱和电流 h=W0+Ek以下因素是否影响饱以下因素是否影响饱和电流的数值？和电流的数值？ 1。电压2。光的颜色3。金属的种类4。光的强度照射光照射光光电子光电子强度：强度：决定每秒钟光源发射的光子能量决定每秒钟光源发射的光子能量nhv频率：频率：决定着每个光子的能量决定着每个光子的能量 E=h每秒逸出光电子数每秒逸出光电子数nh光电子逸出后的最大初动能（光电子逸出后的最大初动能（EK）七七 光电效应实验规律探究光电效应实验规律探究VAabcd 2。将双掷开关置于。将双掷开关置于ab两点两点存在着遏止电压和截止频率存在着遏止电压和截止频率 h=W0+EkeUmvEK2211、极限频率与什么有关？、极限频率与什么有关？2、逸出功与什么有关？、逸出功与什么有关？3、光子能量与什么有关？、光子能量与什么有关？4、光电流大小与什么有关？、光电流大小与什么有关？ hE 只与光的频率有关，与光的强度无关。只与光的频率有关，与光的强度无关。 极限频率与被照射物金属关。极限频率与被照射物金属关。 极限频率与被照射物金属关。极限频率与被照射物金属关。光电流大小与光的强度和反向电压大小有关。光电流大小与光的强度和反向电压大小有关。6、遏止电压与什么有关？、遏止电压与什么有关？5、最大初动能与什么有关？、最大初动能与什么有关？最大初动能与频率和被照射金属有关，与光的