文档介绍：波粒二象性
知识要点梳理
知识点一——黑体与黑体辐射
要点诠释:
1、热辐射
固体或液体,在任何温度下都在发射各种波长的电磁波,这种由于物体中的分子、原子受到激发而发射电磁波的现象称为热辐射。
对热辐射的初步认识:
任何物体任何温度均存在热辐射。辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同,这是热辐射的一种特性。对于一般材料的物体,温度越高,热辐射的波长越短、强度越强。
物体在室温时热辐射的主要成分是波长较长的电磁波,不能引起人的视觉。当温度升高时,热辐射中较短波长的成分越来越强。例如投在炉中的铁块由于不断加热,铁块依次呈现暗红、赤红、橘红等颜色,直至成为黄白色。
热辐射强度还与材料的种类、表面状况有关。
热辐射的过程中将热能转化为电磁能。
2、黑体与黑体辐射
能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射的物体称为绝对黑体,简称黑体。
不透明的材料制成带小孔的的空腔,可近似看作黑体。如果在一个空腔壁上开一个很小的孔,如图所示,那么射入小孔的电磁波在空腔内表面发生多次反射和吸收,最终不能从空腔射出,这个小孔就成为了一个绝对黑体。
对上图中的空腔加热,空腔内的温度升高,小孔就成了不同温度下的导体,从小孔向外的辐射就是黑体辐射。
研究黑体辐射的规律是了解一般物体热辐射性质的基础。实验表明黑体辐射强度按波长的分布只与黑体的温度有关。
利用分光技术和热电偶等设备就能测出它所辐射的电磁波强度按波长的分布情况。如下图画出了四种温度下黑体热辐射的强度与波长的关系:
从中可以看出,随着温度的升高,一方面各种波长的辐射强度都有增加;另一方面,辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。
对实验规律的解析:
物体中存在着不停运动的带电微粒,每个带电微粒的振动都产生变化的电磁场,从而产生电磁辐射。人们很自然地要依据热力学和电磁学的知识寻求黑体辐射的解释。德国物理学家维恩在1896年、英国物理学家瑞利在1900年分别提出了辐射强度按波长分布的理论公式。
维恩公式在短波区与实验非常接近,在长波区则与实验偏离很大;瑞利公式在长波区与实验基本一致,但在短波区与实验严重不符。而且当波长趋于零时,辐射竟变成无穷大,这显然是荒谬的。由于波长很小的辐射处于紫外线波段,故而由理论得出的这种荒谬结果被认为是物理学理论的灾难,当时被称为紫外灾难。
为了得出同实验符合的黑体辐射公式,1900年底,德国物理学家普朗克提出了能量子的概念。
3、能量子
辐射黑体分子、原子的振动可看作谐振子,这些谐振子可以发射和吸收辐射能。但是这些谐振子只能处于某些分立的状态,在这些状态中,谐振子的能量并不象经典物理学所允许的可具有任意值。相应的能量是某一最小能量ε(称为能量子)的整数倍,即:ε, 1ε, 2ε, 3ε, ... nε. n为正整数,称为量子数。
对于频率为υ的谐振子最小能量为ε=hυ,其中υ是电磁波的频率,h是一个常量,后被称为普朗克常量,其值为h=×10-34J·s。
注意:宏观世界中我们说的能量值是连续的,而普朗克的假设则认为微观粒子的能量是量子化的,或者说微观粒子的能量是分立的。
借助于能量子的假设,普朗克得出了黑体辐射的强度按波长分布的公式,如图所示,与实验符合令人击掌叫绝。
知识点二——光电效应
要点诠释:
1、光电效应现象
在光(包括不可见光)的照射下从物体发射出电子的现象,叫光电效应。光电效应中发射出来的电子叫光电子。光电子定向移动形成的电流叫光电流。
研究光电效应规律的实验装置如图,阴极K和阳极A 是密封在真空玻璃管中的两个电极,K在受到光照时能够发射光电子。电源加在K与A之间的电压大小可以调整,正负极也可以对调。电源按图示极性连接时,阳极A吸收阴极K发出的光电子,在电路中形成了光电流。利用这个图示的电路就可以研究光电流和照射光的强度、光的频率(颜色)等物理量之间的关系。
2、光电效应规律
(1)存在着饱和光电流Is与入射光强度成正比。
,随着所加电压的增加,光电流趋于一个饱和值
,饱和电流越大
如果用一定频率和强度的单色光照射阴极K,改变加在A和K两极间的电压U,测量光电流I的变化,则可得如图所示的伏安特性曲线。
实验表明:光电流I随正向电压U的增大而增大,并逐渐趋于其饱和值Is;而且饱和电流Is的大小与入射光强度成正比。
这一实验结果可以解释为,控制入射光的强度、频率不变时,从阴极K射出的电子的数目和初速度相同,当增加电压时射到阳极A的电子的速度增大,根据I=nqvs可知电流增大,但速度增大不能无限地增大,最大速度是光速,所以电流存在饱和值。当光电流达到饱和时