物理3-5知识点汇总

-1-物理3-5近代物理知识点汇总【黑体辐射】1.热辐射：一切物体都在辐射电磁波,这种辐射与物体的温度有关,所以叫做热辐射。2.热辐射特性：热辐射的本质是物体向周围发射能量（称为辐射能），在一定时间内物体的辐射能量及这些能量按波长的分布情况都跟温度有关。3.黑体：在热辐射的同时物体表面还会吸收和反射外界射来的电磁波。如果某种物体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射,这种物体就是绝对黑体,简称黑体。黑体是一个理想化的模型。4.黑体辐射的实验规律：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,而黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关。随着温度的升高,各种波长的辐射强度都有增加,辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。【普朗克的量子假说】1.物体热辐射发出的电磁波波是通过内部的带电谐振子向外辐射的，谐振子的能量是不连续的。普朗克认为:振动着的带电微粒的能量是某一最小能量的整数倍。这个最小能量叫做能量子：h。其中是电磁波的频率,h是普朗克常量,其值为346.62610hJs。2.意义：可以非常合理地解释某些电磁波的辐射和吸收的实验现象。3.量子化现象：在微观世界中物理量分立（不连续）取值的现象称为量子化现象。4.量子化假设的意义：普朗克的能量子假设能够很好地解释了黑体辐射实验现象的黑体辐射强度随波长分布的公式，使人类对微观世界的本质有了全新的认识。【光电效应】[考纲要求:Ⅰ]1.1887年,赫兹在研究电磁波的实验中偶尔发现,接收电路的间隙如果受到光照,就更容易产生电火花。这就是最早发现的光电效应。2.光电效应：照射到金属表面的光,能使金属中的电子从表面逸出，这个现象称为光电效应。这种电子常被称为光电子。3.光电效应的实验规律：（1）存在着饱和电流单位时间内从阴极的金属表面逸出的光电子数与入射光的强度成正比。在光照条件不变的情况下,随着所加电压的增大,光电流趋于一个饱和值（稳定值），这个值就是饱和电流。（2）存在着反向遏止电压和截止频率①光电子具有的最大初动能212ecmv与反向电压cU（称为反向遏止电压）满足下列关系：212eccmveU反向遏止电压：若加上反向电压，阴极K接电源正极，阳极A接电源负极，在光电管两极间形成使光电子减速的电场，使电流减小到0，此时的反向电压称为反向遏止电压。②当人射光的频率减小到某一数值c时,即使不施加反向电压也没有光电流（即0I）。这就是说当入射光的频率c时，无论光的强度多么大、光照时间多么长，都不会发生光电效应。c称为截止频率或极限频率。不同金属的截止频率不同。（3）电子的能量由入射光的频率决定对于一定颜色(频率)的光,无论光的强弱如何,遏止电压都是一样的。这表明光电子的能量只与入射光的频率有关,而与入射光的强弱无关。（4）光电效应具有瞬时性光电效几乎瞬时发生的，时间不超过10-9s。4.爱因斯坦的光子说:（受普朗克量子化假设的启发）爱因斯坦认为在空间传播的光不是连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光子，光子的能量跟它的频率成正比，即Eh。-2-5.光电效应方程：0kEhW爱因斯坦的光电效应方程在本质上是能量的转化和守恒定律对应的方程：一个电子吸收一个光子的能量（h）后，除了克服原子核的引力做功消耗一部分能量外，另一部分能量转化为光电子从金属中逸出时的初动能。由于0W是电子逸出金属时要做的最小功，所以kE实际上为电子逸出时的最大初动能。6.对光电效应实验现象的解释：①在此处键入公式。①当光子照射到金属上时，它的能量可能被金属中的某个电子全部吸收，电子吸收能量后动能增加；当它的动能足够大时，它能克服金属内部原子对它的吸引而离开金属表面逃逸出来，成为光电子，这一过程时间很短，不需要长时间的能量积累；当它的动能不够大时，它仍然被束缚在金属内部。②一个电子最多只能吸收一份光子。③电子吸收光子的能量后可能向各个方向运动，由于路径不同，电子逃逸出来时损失的能量不同，从而它们离开金属表面时的初动能不同，只有直接从金属表面逃逸出来的电子的初动能最大，这些光电子克服原子的引力所做的功叫做这种金属的逸出功（0W）。④对于某一金属，逸出功是一定的，要产生光电效应入射光的频率大于某一极限值0，即有极限频率00Wh的存在，0的大小等于前面所说的截止频率c。⑤对同一频率（颜色）的入射光,光强越大,单位时间内入射到金属上的光子数越多,吸收光子的电子数和从金属中逸出的光电子数也越多，所以光电流强度就越大。7.对光电效应规律的理解①光子与光电子：光子指光在空间传播时的每一份能量,光子不带电；光电子是金属表面受到光照射时发射出来的电子其本质是电子。光子是光电效应的因,光电子是果。②光电子的动能与光电子的最大初动能：光照射到金属表面时,电子吸收光子的全部能量可能向各个方向运动,需克服原子核和其他原子的阻碍而损失一部分能量,剩余部分为光电子的初动能；只有金属表面的电子直接向外飞出时,只需克服原子核的引力做功的情况,才具有最大初动能。光电子的初动能小于等于光电子的最大初动能。③光电流和饱和光电流：金属板飞出的光电子到达阳极,回路中便产生光电流,随着所加正向电压的增大,光电流趋于一个饱和值，这个饱和值是饱和光电流,在一定的光照条件下,饱和光电流与所加电压大小无关。④入射光强度与光子能量：入射光强度指单位时间内照射到金属表面单位面积上的总能量。⑤光的强度与饱和光电流：饱和光电流与入射光强度成正比的规律是对频率相同的光照射金属产生光电效应而言的,对于不同频率的光,由于每个光子的能量不同,饱和光电流与入射强度之间没有简单的正比关系。8.光电效应图象图像名称图线形状读取信息最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图线①截止频率(极限频率)横轴截距②逸出功：纵轴截距的绝对值W0＝|－E|＝E③普朗克常量：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：横轴截距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量的乘积，即h＝ke。-3-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：横轴截距②饱和光电流Im：电流的最大值③最大初动能：Ekm＝eUc颜色不同时，光电流与电压的关系①遏止电压Uc1、Uc2②饱和光电流③最大初动能Ek1＝eUc1，Ek2＝eUc2【康普顿效应】1.光的散射：光在介质中与物质微粒相互作用,因而传播方向发生改变,这种现象叫做光的散射2.康普顿效应：美国物理学家康普顿在研究石墨对X射线的散射时,发现在散射的X射线中,除了与入射波长0相同的成分外,还有波长大于0的成分,这个现象称为康普顿效应。2.光电效应和康普顿效应深入地揭示了光的粒子性。前者表明光子具有能量,后者表明光子除了具有能量之外还具有动量。【光的波粒二象性】[考纲要求:Ⅰ]1.光的干涉、衍射和偏振等现象,说明光具有波动性;光电效应、康普顿效应和光子说证明光具有粒子性。光既具有波动性又具有粒子性的事实说明光具有波粒二象性.2.光既有粒子性，又有波动性，单独使用波或者粒子的解释都无法完整地描述光的所有性质。3.描述光的性质的基本关系式：光子的能量:h光子的动量:hp和p是描述粒子性的重要物理量,波长、频率是描述波动性的典型物理量,普朗克常量h架起了粒子性与波动性之间的桥梁。波动性和粒子性是光的本身属性,光的粒子性和波动性组成一个有机的统一体，相互之间并不是独立存在的。说明：①当光同物质发生作用时,表现出粒子的性质②少量或个别光子易显示出粒子性③频率高、波长短的光子粒子特征显著④足够能量的光(大量光于)在传播时,表现出波的性质⑤频率低、波长长的光,波动性特征显著4．对光的波动性和粒子性的进一步理解光的波动性光的粒子性实验基础干涉和衍射光电效应、康普顿效应表现①光是一种概率波，即光子在空间各点出现的可能性大小(概率)可用波动规律来描述②大量的光子在传播时，表现出光的波动性①当光同物质发生作用时，这种作用是“一份一份”进行的，表现出粒子的性质②少量或个别光子容易显示出光的粒子性说明①光的波动性是光子本身的一种属性，不是光子之间相互作用产生的②光的波动性不同于宏观观念的波①粒子的含义是“不连续”、“一份一份”的②光子不同于宏观观念的粒子5.波动性和粒子性的对立与统一(1)大量光子易显示出波动性，而少量光子易显示出粒子性。(2)波长长(频率低)的光波动性强，而波长短(频率高)的光粒子性强。(3)光子说并未否定波动说，hcEh中，和就是波的概念。(4)波和粒子在宏观世界是不能统一的，而在微观世界却是统一的。-4-【概率波】1．物质波(1)定义：任何运动着的物体都有一种波与之对应，这种波叫做物质波，也叫德布罗意波。(2)物质波的波长：hhpmv，h是普朗克常量。2.对德布罗意物质波的理解(1)任何物体,小到电子、质子,大到行星、太阳都存存在波动性,我们之所以观察不到宏观物体的波动性,是因为宏观物体对应的波长太短的缘故。(2)德布罗意波假说是光子波粒二象性的一种推广,使之包括了所有的物质粒子,即光子与实物粒子都具有粒子性,又都具有波动性,与光子对应的波是电磁波,与实物粒子对应的波是物质波。1927年戴维孙和汤姆孙分别利用晶体做了电子束衍射的实验,从而证实了电子的波动性。1960年,约恩孙直接做了电子双缝干涉实验,也证明了电子具有波动性。3.概率波：光波是概率波。光子在空间各点出现的概率遵从波动规律,所以物理学中把光波叫作概率波。光子的行为服从统计规律.干涉加强处表示光子到达的数目多,从统计的观点来看,就是光子在该处出现的概率大；干涉减弱处表示光子到达的数目少,也就是光子在该处出现的概率小。这种概率的大小服从波动规律,因此,我们把光波叫作概率波。波动性不是由光子间相互作用引起的,而是单个光子的固有属性。4.经典的粒子和经典的波：(1)经典物理学中粒子运动的基本特征:任意时刻有确定的位置和速度以及有确定的轨道(2)经典的波的特征:具有频率和波长,也就是具有时空的周期性。5.单个光子运动的偶然性：用弱光照射双缝,当照射时间很短时,胶片上出现的是散乱的感光点,这一个个感光点表明光在与胶片作用(使其感光)时,是一份一份进行的;同时,感光点的散乱还表明单个光子通过双缝后到达胶片的什么位置是随机的,是预先不能确定的。5.大量光子运动的必然性：当弱光照射双缝较长一段时间后,有大量光子先后通过双缝落在胶片上,出现大量的感光点,这些感光点形成分隔的一条条感光带,这正是光的双缝干涉条纹在明条纹(感光强)处光子到达的多,单个光子到达明条纹处的概率大,而在暗条纹(感光弱)处,光子到达的概率小,因此,尽管单个光子通过双缝后落在胶片上何处是随机的,但它到达胶片上某位置处的概率大小却符合波动规律。6.和谐的统一：少量光子的行为显示不出概率统计规律,大量光子才显示出这种规律，“概率波”实际上是将光的波动性和粒子性统一起来的一种说法。【不确定性关系】1.粒子位置的不确定性：在单缝衍射现象中,入射的粒子有确定的动量,但它们可以处于挡板的任何位置,也就是说,粒子在挡板上的位置是完全不确定的。2.粒子动量的不确定性：微观粒子具有波动性,会发生衍射现象,大部分粒子达狭缝之前沿水平方向运动,而在经过狭缝之后,有些粒子到跑到投影位置以外,这些粒子具有与其原来方向垂直的动量。由于哪个粒子到达屏上的哪个位置是完全随机的,所以粒子在垂直方向上的动量也具有不确定性。不确定量的大小可以由中央亮条纹的宽度来衡量。3.位置和动量的不确定性关系:4hxp,也称测不准原理。由4hxp可以知道,在微观领域,要准确地测定粒子的位置,动量的不确定性就更大；反之,要准确确定粒子的动量,那么位置的不确定性就更大.如将狭缝变成宽缝,粒子的动量能被精确测定(可认为此时不发生衍射),但粒子通过缝的位置的不确定性却增大了；反之取狭缝0x,粒子的位置测定精确了,但衍射范围会随x的减小而增大,这时动量的测定就更加不准确了。4.不确定性关系也