波粒二象性和原子结构

2、光电效应实验规律
（1）存在饱和电流 在电流较小时电流随着电压的增大而增大，但当 电流增大到一定值后，即使电压再增大，电流也 不会增大。 这个最大电流就叫做饱和电流。
（2）存在遏止电压Uc （反向截止电压）
当所加电压U为0时，电流I并不为0 .只有施加 反向电压，使电子减速，电流才有可能为0.
2、汤姆孙发现电子
汤姆孙测出了阴极射线粒子的比荷，断定它是带 负电的粒子，后来被称为电子
汤姆孙模型“西瓜模型”或“枣糕模型”
3、α粒子散射实验观测结果 ：
1、绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来 方向前进。
2、少数α粒子发生了较大角度的偏转。
3、极个别α粒子被弹回。
4、卢瑟福对散射结果的解释
（1）绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿 原来方向前进。
原子内是十分空的，绝大多数α粒子没 有碰上带正电的质量大的物质。
（2）少数α粒子发生了较大的偏转。
只有少数α粒子离带正电物质较近。命 中率很小，原子内正电荷和原子的质量集中 在很小的体积内。 （3）极个别α粒子被弹回。
只有极个别的α粒子正对着带正电的物质运动。
5、卢瑟福的原子核式结构模型
在原子的中心，有一个很小的核，叫做原子 核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在 原子核里，带负电的电子在核外空间运动。
2、截止频率只与金属的逸出功有关，即只与
金属的种类有关。
c
W0 h
3、遏制电压与入射光频率和逸出功有关。
Uc
h
W0 e
4、光电效应方程的图像：
（1）外加电压和光电流的关系I （同种金属）
光的强弱影响饱和电流
黄光（强）
光强 光子数目多
蓝光
发射光电子多 光电流大
光的频率影响遏制电压
黄光（弱）
光的频率高
原子是稳定的
某些确定值
43
丹麦的玻尔在普朗克关于
黑体辐射的量子论和爱因
斯坦关于光子的概念的启
发下，他在1913年把微观
世界中物理量取分立值的
观点应用到原子系统，提
出了玻尔原子结构假
说，建立了玻尔原子
玻尔
模型。
玻尔原子模型
光子能量大
Uc1Uc2 O
U
产生光电子的最大初动能大
光的频率低于截止频率，不发生光电效应
。
（2）遏止电压-入射光频率：Uc-ν图像
Uc
νc
-W0/e
Uc
h
e
W0 e
5、光电效应方程的验证
美国学者密立根设计实验，验证了爱因 斯坦光电效应方程的正确性。
光子具有能量，光电效应显示了光的粒子性。
6、康普顿效应
（4）光电效应的瞬时性
当入射光的频率超过截止频率时，无论光 如何微弱，几乎在瞬间就会产生光电流。时 间间隔不超过10-9s。
3、爱因斯坦的光电效应方程
（1）光子：光本身就是由一个个不可分割的
能量子组成的，频率为ν的光的能量子为 hν。这些能量子后来被称为光子。
（2）电子从金属中逃逸，需要克服阻力做功 。使电子脱离金属所要做的最小的功，叫做 金属的逸出功。 W0 hvc 不同金属的截止频率不同，所以逸出功不同 。
光子具有动量，康普顿效应显示了光具有粒子性
对光研究的发展史
牛顿微粒说，光是一群弹性粒子
惠更斯波动说，光是一种机械波
麦克斯韦电磁说，光是一种电磁波
爱因斯坦光子说，光是一份一份光子组成
公认波粒二象性，光是具有电磁本性的物质，既具 有波动性，又具有粒子性。 光具有波粒二象性，是爱因斯坦的光子说和麦克斯 韦的电磁说的统一。
1015 m
1010 m
左手定则 判断力的方向
1、伸开左手，使拇指与其余四个手指垂直， 并且都与手掌在同一个平面内；让磁感线从 掌心进入，并使四指指向电流的方向，这时
拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受
安培力的方向。 2、伸开左手，使拇指与其余四个手指垂直， 并且都与手掌在同一个平面内；让磁感线从 掌心进入，并使四指指向正电荷运动的方向 （负电荷运动的反方向），这时拇指所指的
4、普朗克能量子理论
ε 微观粒子的能量只能是某一最小能量值 的整数倍， E=nε （n=1,2,…），这个不可再分的最
小能量值ε叫能量子。n称为量子数。
带电微粒吸收和辐射能量时，也是以这个最小能量值 为单位一份一份地辐射和吸收的。
能量子的能量：ε=h （ 是电磁波的频率）
h=6.62610-34 J*S ----普朗克常数
德布罗意提出的物质波假设获得了诺贝尔物 理学奖。
宏观物体运动时也具有波动性，但观察不到 其波动性，是因为其波长太短，波动性太弱， 所以干涉衍射现象不明显。
总结：波粒二象性一切运动物体的共同特性。
18.原子结构
1、阴极射线是高速电子流
①在阴极射线管中，阴极射线是由阴极处于炽热 状态而发射的电子流，通过高压电对电子加速获 得能量，使之与玻璃上的荧光物质发生撞击而发 光 ②阴极射线的比荷比氢离子的大
康普顿在做 X 射线通过物质散射的实验 时，发现散射线中除有与入射波长相同的射 线外，还有比入射波长更长的射线，其波长 的改变量与散射角有关，而与入射波长和散 射物质都无关。
康普顿效应的解释
光子的动量与波长存在一定的关系：
pmc
hmc2
p h h c
发生碰撞后，光子的动量减小，即光的波长增 大。
3、相同强度（单位时
电
间内的能量）的单色
压 Uc1Uc2 O
光射到同种金属上，
U 增加入射光的频率时
，饱和电流减小，遏 止电压增大。
（3）存在截止频率νc
当入射光的频率减小到某一数值νc时，无论 光的强度多大，加上怎样的电压，都不会有 光电流。
这个临界频率叫做截止频率νc（极限频率） 。
入射光的频率低于截止频率时不发生光电效应。
0.因此有 W0 hc
如果电子克服阻力做功大于逸出功，则逸出后电子 的初动能小于最大初动能。只有从金属表面直接飞 出的光电子，才有可能具有最大初动能。
影响饱和电流、遏制电压、截止频率的因素 1、只要入射光频率超过截止频率，饱和电流
的大小只与单位时间内的光子数有关，即光 电流的大小与入射光的强度成正比。
方向就是运动的电荷在磁场中所受洛伦兹力
的方向。
右手螺旋定则安培定则
判断磁场和电流方向
右手握住导线，让伸直的拇指所指的方 向与电流（磁场）方向一致，弯曲的四 指所指的方向就是磁感线（电流）环绕 的方向。
光谱：白光通过三棱镜后得到的彩色光带叫做光谱
用光栅或棱镜可以把各种颜色的光按波长展 开，获得光的波长（频率）和强度分布的记 录。
光的波粒二象性
1、光既具有波动性，又具有粒子性，为说明光的一切行为，只能
说光具有波粒二象性。 h
2①、既理不解可：以把光当成宏观p概 念h 的波，也不可以把光当成宏观或微
观概念中的粒子。 ②大量光子产生的效果往往显示出波动性，个别光子产生的效果 往往显示出粒子性；频率越低的光波动性越明显，频率越高的光 粒子性越明显。 ③光的波动性不是光子之间的相互作用引起的。 ④光在传播过程中往往显示波动性，在与物质作用时往往显示粒 子性 ⑤光波是一种概率波 概率就是大概的几率，是一种可能性，而不是确定性。光是不连 续的，一分一分的，它可能到达某个地方，若大量光子能到达某 地方就表现出波动性。光子落在明纹处的概率大，落在暗纹处的 概率小。
太阳的光谱
• 1、光谱分根析据：光谱来鉴别物质和确定它的
二、化学组成的方法。
光 谱
• 2、可应用于光谱分析的光谱：
分 线状谱和吸收光谱(原子特征谱线)
析
• 3、优点： 非常灵敏、迅速。10-10g
• 4、应用检：查物质纯度、发现新元素和研 究天体的化学组成。
电子的运动
光的产生
三、原子结构
光谱研究
（3）一个电子一瞬间吸收一个光子的能量，
一的部表分现能为量逸用出E 来 后k克 电 服 子h 金 的属 最 的 大逸 初W 出 动0功能WE0k，，剩即下：
光电子的最大初动能只与入射光的频率有关，而与 入射光的强弱无关。
若入射光的频率恰好等于极限频率，即刚好能有光 电子逸出，可理解为逸出的光电子的最大初动能为
光的波动性实验基础：
干涉、衍射、偏振 麦克斯韦和赫兹确认光的电磁波本质
光的粒子性实验基础：
光电效应、康普顿效应
1、光电效应：
现象：紫外线照射锌板，验电器内的金属箔 带正电，说明有电子从锌板上飞出来。
定义：当光线照射在金属表面时，金属中有 电子逸出的现象，称为光电效应。
逸出的电子称为光电子。 光电子定向移动形成的电流叫光电流。
而黑体辐射电磁波的规律只与黑体的温度有关
3、黑体辐射的实验规律
辐射强度
随着温度的升高：
1，各种波长的辐射强度都有增加；
2，辐射强度的极大值向波长较短的方 向移动。
λ
0 1 2 3 4 5 6 (μm)
实验
M 0 (,T )
瑞利理论值
维恩理论值
T=1646k
维恩公式只在短波与实验结果吻合得很好。 瑞利公式只在长波与实验结果比较吻合。
波粒二象性和原子结构
1、热辐射现象
一切物体在任何温度下都在辐射电磁波 ，这种辐射与物体的温度有关，所以叫 做热辐射。
2、黑体
在任何温度下都能全部吸收入射的各种 波长的电磁波而不发生反射。
说明：
①黑体是个理想化的模型。例：空腔上的小孔 ，远处的窗口等可近似看作黑体。 ②实验表明： 对于一般材料的物体，辐射电磁波的情况除与 温度有关外，还与材料的种类及表面状况有关
电流刚减小到0时对应的电压叫做遏止电压Uc
。 eUc 12mevc2
实验测得的光电效应曲线
I
黄光（ 强）
1、对于一定（颜色） 频率的光，无论光强 如何，遏止电压都是 一样。
饱和电流Is 蓝光
2、对于一定（颜色） 频率的光，入射光越 强，饱和电流越大，
遏 止
黄光（ 弱）
即单位时间内发射的 光电子数越多。
借助能量量子化假说，普朗克得出了与实验符 合的很好的黑体辐射公式
e0(,T)
实验值
普朗克理论
1800K
1 2 3 4 5 67：能量可以是任意值，可以连续变化。 •微观世界中：微观粒子的能量只能是一个一个的特 定值，不能连续变化。（能量量子化）
量子化：只能取一系列分立值，不能连续变化
氢 氢原子是最简单的原子，其光谱也最简单。
原
子
光
谱
特点: 光谱是分立的亮线（只含几种特定频率的光）
可 见 光 区
可见光区:
三、
氢
原
子
光 巴耳末对氢光谱在可见光区的四条谱线研究得出：
谱
1
1 R( 22
1 n2
)
巴耳末公式
n 3, 4, 5, ...
其中,R叫里德伯常量,实验值为：
R 1 .1 0 1 0 7m 1
• 1、发射光谱:
一、 (1)连续光谱 光 谱
由发光体直接产生的光谱
形式：连续分布，一切波长的光都有 产生：炽热的固体、液体和高压气体发光形成 (2)线状谱(原子光谱)
形式：一些不连续的明线组成，不同元素的明 线光谱不同
产生：单原子的稀薄气体或金属蒸汽发光形成的光谱
(2)线状谱(原子光谱) 是原子的特征谱线
经典粒子
任意时刻有确定的位置和速度以及时空中间确定的轨 道，是经典物理学中粒子运动的基本特征。
经典波
具有波长和频率，即在空间和时间上具有周期性。
物质波
德布罗意认为，实物粒子也具有波动性。任何一个运
动着的物体，都有一种波与之伴随，遵从这种关系的
波称为德布罗意波。
物质波是一种概率波。
h
h p
戴维孙和汤姆孙分别利用晶体做了电子束衍 射的实验，从而证实了电子（微观粒子或宏 观物体）的波动性，为此获得了诺贝尔物理 学奖。
卢瑟福原子的核式结构模型正确 提出了原子核的存在，很好的解 释了α粒子散射实验，但是.........
• 1、矛盾一：无法解释原子的稳定性
四经、• 2、矛盾二：无法解释原子光谱的分立性
典
核外电子绕核运动
理
论
辐射电磁波
的
困
电子轨道半径连续变小
难
原子不稳定
辐射电磁波频率连续变化
事实上：
辐射电磁波频率只是
太阳光谱是吸收光谱
阳光透过太阳高层大气射向地球时，太阳高 层大气中含有的元素会吸收它自己特征谱线
的光，然后再发射出去，不过这次发射是向 四面八方发射。所以到达地球的这些谱线看 起来就弱了。这样就形成了明亮背景下的暗 线。与已知元素的谱线相比较，知道太阳高 层大气中含有钠、镁、铜、锌、镍等金属元 素。
每一种原子都有自己特定的原子光 谱，不同原子，其原子光谱均不同
• 2、吸收光谱: 炽热的白光通过温度较低的物质
一、气体时，某些波长的光被物质吸收后产生的光谱
光 吸收光谱中每一条暗线都 谱 跟该种原子的原子的发射
光谱中的一条明线相对应
吸收光谱中 的暗谱线， 也是原子的
特征谱线。
表明某种原子发出的光和吸收的光的频率是特定的，通 常吸收光谱中的暗线比线状谱中的亮线要少一些。故明 线和暗线是一一对应的说法是错误的。