第一节 光电效应 第二节 康普顿效应 第三节 实物粒子的波粒二象性 第四节 恒星演化与粒子物理

Presentation on theme: "第一节 光电效应 第二节 康普顿效应 第三节 实物粒子的波粒二象性 第四节 恒星演化与粒子物理"— Presentation transcript:

1 第一节 光电效应 第二节 康普顿效应 第三节 实物粒子的波粒二象性 第四节 恒星演化与粒子物理
第五章 波与粒子 第一节 光电效应 第二节 康普顿效应 第三节 实物粒子的波粒二象性 第四节 恒星演化与粒子物理

2 第一节 光电效应 一．光电效应的产生： 1．定义：在光（含不可见光）的照射下电子从物体表面逸出的现象。发射出的电子叫光电子。
第一节 光电效应 一．光电效应的产生： 1．定义：在光（含不可见光）的照射下电子从物体表面逸出的现象。发射出的电子叫光电子。 2．光电效应的实验探究：

3 3．光电效应规律： （1）各种金属都存在极限频率ν0（和极限波长λ0），当入射光ν>ν0时，才发生光电效应，与光强度及光照时间无关； （2）光电子的最大初动能Ekm与入射光强度无关，随着频率的增大而增大，与光强度无关； （3）ν>ν0时，单位时间内逸出金属表面的电子数与光强度有关，光的强度越大，单位时间内逸出的电子数越多，（饱和）光电流与光强度成正比。

4 （4）瞬时性；从光照射到发生光电效应的时间间隔很短，通常在10-9 s内。
二．光电效应的理论解释： 1．能量子：1900，德，普朗克提出电磁辐射的不连续思想（量子化），E=hν，其中普朗克常量h=6.63×10-34 J·s。 荣获1918年诺贝尔物理学奖。

5 2．光子说（光（量）子）： 1905年、爱因斯坦：光是一份一份的， 每一份叫一个光子，光子能量与它的频率成正比，E=hν，h=6.63×10-34J• s。 光束能量=光子能量×光子个数， 利用光子说可以很好解释光电效应。 荣获1921年诺贝尔物理学奖。 3．光电效应方程： 逸出功W：使电子脱离某种金属所作的功的最小值。

6 三．光电效应的应用： 1．光电开关： 2．光电成像：

7 3．光电池：

8 例1．关于光电效应，下列说法正确的是(　　) A．极限频率越大的金属材料逸出功越大 B．只要光照射的时间足够长，任何金属都能产生光电效应 C．从金属表面出来的光电子的最大初动能越大，这种金属的逸出功越小 D．入射光的光强一定时，频率越高，单位时间内逸出的光电子数就越多 A

9 例2．一束绿光照射某金属发生了光电效应，则下列说法正确的是(　 　)
A．若增加绿光的照射强度，则逸出的光电子数不变 B．若增加绿光的照射强度，则逸出的光电子的最大初动能增加 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 D

10 例3．如图所示，在研究光电效应的实验中，发现用一定频率的A单色光照射光电管时，电流表指针会发生偏转，而用另一频率的B单色光照射时不发生光电效应，则(　　)
A．A光的频率等于B光的频率 B．B光的频率大于A光的频率 C．用A光照射光电管时流过 电流表G的电流方向是由a流向b D．用A光照射光电管时流过电流表G的电流方向是由b流向a C

11 例4．用不同频率的紫外线分别照射钨和锌的表面而产生光电效应，可得到光电子最大初动能Ek随入射光频率ν变化的Ek－ν图象，已知钨的逸出功是3
例4．用不同频率的紫外线分别照射钨和锌的表面而产生光电效应，可得到光电子最大初动能Ek随入射光频率ν变化的Ek－ν图象，已知钨的逸出功是3.28 eV，锌的逸出功是3.24 eV，若将二者的图线画在同一个Ek－ν坐标图中，用实线表示钨、虚线表示锌，则正确反映这一过程的图是 (　 　) B

12 例5．用频率为ν的光照射某金属表面，逸出光电子的最大初动能为E；若改用频率为ν′的另一种光照射该金属表面，逸出光电子的最大初动能为3E。已知普朗克常量为h，则ν′为(　　)
A． B． C． D． C

13 例6．研究光电效应电路如图所示，用频率相同、强度不同的光分别照射密封真空管的钠极板（阴极K），钠极板发射出的光电子被阳极A吸收，在电路中形成光电流。下列光电流I与A、K之间的电压UAK的关系图象中，正确的是(　　) C

14 例7．某半导体激光器发射波长为1. 5×10-6 m，功率为5
例7．某半导体激光器发射波长为1.5×10-6 m，功率为5.0×10-3 W的连续激光。已知可见光波长的数量级为10-7 m，普朗克常量h＝6.63×10-34 J·s，该激光器发出的（ ） A．是紫外线 B．是红外线 C．光子能量约为1.3×10-18 J D．光子数约为每秒3.8×1016个 BD

15 例8．已知金属铯的极限波长为0.66 μm，用0.50 μm的光照射铯金属表面发射光电子的最大初动能为多少焦耳？铯金属的逸出功为多少焦耳？
9.8×10－20 J　3×10－19 J 作业：P88 1，2，3，4，5，6，7 配套学案

16 第二节 康普顿效应 一．康普顿对X射线散射的研究： 1．X射线散射实验： 2．康普顿效应：散射光的波长变长，波长改变的多少与散射角有关。
第二节 康普顿效应 一．康普顿对X射线散射的研究： 1．X射线散射实验： 2．康普顿效应：散射光的波长变长，波长改变的多少与散射角有关。 康普顿效应进一步说明光的粒子性。 X射线或γ射线入射时产生康普顿效应； 可见光或紫外线入射时产生光电效应。

17 二．光的波粒二象性： 1．光的本性认识过程： 牛顿的微粒说、惠更斯的波动说；菲涅耳波动理论；麦克斯韦的电磁说；爱因斯坦的光子说，光具有波粒二象性。 2．光的波粒二象性的理解：

18 2．光的波粒二象性的理解： （1）光具有粒子性：光和物质的作用是一份一份的（光子是最小单元），粒子性是少量光子无规则运动的表现，频率越高（波长越短）的光粒子性越强。 主要现象：光电效应、康普顿效应。 （2）光具有波动性（光是一种概率波）： 玻恩用概率波解释了光的波粒二象性。

19 光子在空间各点出现的可能性的大小（概率），可以用波动规律来描述。波动性是大量光子运动的规律性表现，频率越低（波长越长）的光波动性越强。主要现象：光的干涉、衍射、偏振。

20 例1．科学研究证明，光子有能量也有动量，当光子与电子碰撞时，光子的一些能量转移给了电子．假设光子与电子碰撞前的波长为λ，碰撞后的波长为λ′，则碰撞过程中(　 　)
A．能量守恒，动量守恒，且λ=λ′ B．能量不守恒，动量不守恒，且λ=λ′ C．能量守恒，动量守恒，且λ<λ′ D．能量守恒，动量守恒，且λ>λ′ C

21 例2．光电效应和康普顿效应都包含有电子与光子的相互作用过程，对此下列说法正确的是(　 　)
A．两种效应中电子与光子组成的系统都服从动量守恒定律和能量守恒定律 B．两种效应都相当于电子与光子的弹性碰撞过程 C．两种效应都属于吸收光子的过程 D．光电效应是吸收光子的过程，而康普顿效应相当于光子和电子弹性碰撞的过程 D

22 例3．下列现象能说明光具有波粒二象性的是(　 　)
A．光的色散和光的干涉 B．光的干涉和光的衍射 C．光的反射和光电效应 D．泊松亮斑和光电效应 D

23 例4．下列关于光的波粒二象性的理解，正确的是(　 　)
A．大量的光子中有些光子表现出波动性，有些光子表现出粒子性 B．光在传播时是波，而与物质相互作用时就转变成粒子 C．高频光是粒子，低频光是波 D．波粒二象性是光的属性，有时它的波动性显著，有时它的粒子性显著 D

24 例5．用单色光做双缝干涉实验，P处为亮纹，Q处为暗纹，现在调整光源和双缝，使光子一个一个通过双缝，则通过的某一光子(　 　)
A．一定到达P处 B．不能到达Q处 C．可能到达Q处 D．都不正确 C

25 例6．如图所示，从点光源S发出的一细束白光以一定的角度入射到三棱镜的表面，经过三棱镜的折射后发生色散现象，在光屏ab间形成一条
彩色光带．下面的说法中 正确的是(　 　) A．a侧是红色光，b侧是紫色光 B．a侧的光比b侧的光粒子性显著些 C．a侧的光比b侧的光波动性显著些 D．以上说法都不对 B

26 例7．用同一光管研究a、b两种单色光产生的光电效应，得到光电流I与光电管两极间所加电压U的关系如图。则这两种光（ ）
A．照射该光电管时a光使其逸 出的光电子最大初动能大 B．从同种玻璃射入空气发生 全反射时，a光的临界角大 C．通过同一装置发生双缝干涉，a光的相邻 条纹间距大 D．通过同一玻璃三棱镜时,a光的偏折程度大 BC 作业：P91，1，2，3 配套学案

27 第三节 实物粒子的波粒二象性 一．德布罗意的假设： 1924、法、德布罗意
第三节 实物粒子的波粒二象性 一．德布罗意的假设： 1924、法、德布罗意 1．物质波（德布罗意波）：任何一个运动的物体都有一种波与它对应，叫物质波。 2．德布罗波波长： 其中h=6.63×10-34J•s，p是物体的动量。 动量 实物粒子的能量

28 3．物质波是概率波： 二．德布罗意假设的实验探索： 1．电子衍射实验：1927年，戴维孙和革末

29 2．电子的双缝干涉：1927年，汤姆孙（G.P.汤姆孙）实验（J.J.汤姆孙之子）

30 3．扫描隧道显微镜：（STM）

31 三．不确定关系： 1．不确定关系：1927、德、海森堡提出， 该式表明：Δp↓（动量测得越准）， Δx↑（位置越测不准）。 2．不确定关系的意义：不能同时精确测定一个微观粒子的位置和动量。 说明：并非都“测不准”，而是不能同时测准。

32 四．电子云： 1．定义：用点的疏密表示的电子出现的概率分布，称为电子云。电子出现概率的统计图样。 2．典型的电子云形态：

33 例1．下列说法正确的是(　 　) A．物质波属于机械波 B．只有像电子、质子、中子这样的微观粒子才具有波动性 C．德布罗意认为，任何一个运动着的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳都具有一种波和它对应，这种波叫做物质波 D．宏观物体运动时，看不到它的衍射或干涉现象，所以宏观物体运动时不具有波动性 C

34 例2．下列说法中正确的是(　 　) A．质量大的物体，其德布罗意波长短 B．速度大的物体，其德布罗意波长短 C．动量大的物体，其德布罗意波长短 D．动能大的物体，其德布罗意波长短 C

35 例3．电子的运动受波动性的支配，对于氢原子的核外电子，下列说法不正确的是(　 　)
A．氢原子的核外电子可以用确定的坐标描述它们在原子中的位置 B．电子绕核运动时，不可以运用牛顿运动定律确定它的轨道 C．电子绕核运动的“轨道”其实是没有意义的 D．电子轨道只不过是电子出现的概率比较大的位置 A

36 例4．在中子衍射技术中，常利用热中子研究晶体的结构，因为热中子的德布罗意波长与晶体中原子间距相近．已知中子质量m＝1
例4．在中子衍射技术中，常利用热中子研究晶体的结构，因为热中子的德布罗意波长与晶体中原子间距相近．已知中子质量m＝1.67×10－27 kg，可以估算德布罗意波长λ＝1.82×10－10 m的热中子的动能的数量级为(　 　) A．10－17 J B．10－19 J C．10－21 J D．10－24 J C 作业：P97，1，2，3，4，5，6 配套学案

37 量子力学的哥本哈根解释及其所引起的一场大论战：

38

39 第四节 恒星演化与粒子物理 一．“基本粒子”初步： 1．“基本粒子”：电子、质子、中子、夸克、…… 2．影响“基本粒子”的相互作用：
第四节 恒星演化与粒子物理 一．“基本粒子”初步： 1．“基本粒子”：电子、质子、中子、夸克、…… 2．影响“基本粒子”的相互作用： （1）四种相互作用：引力相互作用（引力）、电磁相互作用（电磁力）、强相互作用（强力）和弱相互作用（弱力） （2）统一场论的探索：量子场论和超弦理论

40 3．“基本粒子”家族： （1）媒介子：传递相互作用的粒子。传递引力相互作用的引力子；传递电磁相互作用的光子；传递强相互作用的胶子；传递弱相互作用的中间玻色子。 （2）轻子：不参与强相互作用的粒子。只参与弱力、电磁力和引力作用，轻子共有六种，包括电子、电子中微子、μ子、μ子中微子、τ子、 τ子中微子。

41 （3）强子：参与强相互作用的粒子。 可分为重子和介子两类， 质子、中子、超子等于属于重子。由夸克组成，已发现的夸克有五种，它们是：上夸克、下夸克、奇异夸克、粲夸克和底夸克。理论预言还有第六种夸克存在，已命名为顶夸克。

42

43 4．“基本粒子”的探测： （1）计数器： （2）径迹探测器：云室。

44 二．恒星演化： 宇宙大爆炸理论： 宇宙起源于一个“奇点”

45 1．孕育与诞生：星云阶段 2．幼年期：原恒星阶段 3．青壮年期：主序星阶段 4．老年期：红巨星或超新星 5．死亡阶段：白矮星、中子星、黑洞，行星状星云与超新星爆炸。 6．死亡后的残骸：致密天体（白矮星、中了星、黑洞）

46

47 三．极大与极小的奇遇： 宇宙的起源与微小的基本粒子紧密联系，宇宙充满奥秘，有待人类进一步探索。 作业：P102，1，2，3 配套学案

48 例1．太阳现正处于主序星演化阶段。它主要是由电子和 、 等原子核组成。维持太阳辐射的是它内部的核聚变反应，核反应方程是 释放的核能，这些核能最后转化为辐射能。根据目前关于恒星演化的理论，若由于聚变反应而使太阳中的核数目从现有数减少10%，太阳将离开主序星阶段而转入红巨星的演化阶段。为了简化，假定目前太阳全部由电子和核组成。

49 （1）为了研究太阳演化进程，需知道目前太阳的质量M。已知地球半径R＝6. 4×106 m，地球质量m＝6
（1）为了研究太阳演化进程，需知道目前太阳的质量M。已知地球半径R＝6.4×106 m，地球质量m＝6.0×1024 kg，日地中心的距离r＝1.5×1011 m，地球表面处的重力加速度 g＝10 m/s2 ，1年约为3.2×107 秒，试估算目前太阳的质量M。 （2）已知质子质量mp＝1.6726×10－27 kg，质量mα＝6.6458×10－27 kg，电子质量 me＝0.9×10－30 kg，光速c＝3×108 m/s。求每发生一次题中所述的核聚变反应所释放的核能。 （1）M＝2×1030 kg （2）△E＝4.2×10－12 J

50 （3）又知地球上与太阳垂直的每平方米截面上，每秒通过的太阳辐射能w＝1
（3）又知地球上与太阳垂直的每平方米截面上，每秒通过的太阳辐射能w＝1.35×103 W/m2。试估算太阳继续保持在主序星阶段还有多少年的寿命。（估算结果只要求一位有效数字。） t＝1×1010a＝1百亿年