大学物理3841.ppt

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1、1、关于光电效应有下列说法：、关于光电效应有下列说法：（1）任何波长的可见光照射到任何金属表面都能产生）任何波长的可见光照射到任何金属表面都能产生光电效应；光电效应；（2）若入射光的频率均大于一给定金属的红限，则该）若入射光的频率均大于一给定金属的红限，则该金属分别受到不同频率的光照射时，释出的光电子的最金属分别受到不同频率的光照射时，释出的光电子的最大初动能也不同；大初动能也不同；（3）若入射光的频率均大于一给定金属的红限，则该）若入射光的频率均大于一给定金属的红限，则该金属分别受到不同频率，强度相等的光照射时，单位时金属分别受到不同频率，强度相等的光照射时，单位时间释出的光电子数一定相等；

2、间释出的光电子数一定相等；（4）若入射光的频率均大于一给定金属的红限，则当）若入射光的频率均大于一给定金属的红限，则当入射光频率不变而强度增大一倍时，该金属的饱和光电入射光频率不变而强度增大一倍时，该金属的饱和光电流也增大一倍。流也增大一倍。其中正确的是：其中正确的是：（A）（）（1），（），（2），（），（3）；）； （B）（）（2），（），（3），（），（4）（C）（）（2），（），（3）；）； （D）（）（2），（），（4）练习三十八练习三十八 量子物理基础（一）量子物理基础（一）光子理论对光电效应的解释光子理论对光电效应的解释光照射到金属表面时，一个光子的能量可以立即被金属中的光照射到

3、金属表面时，一个光子的能量可以立即被金属中的电电子子吸收。但只有当入射光的频率足够高，以致每个光量子的能吸收。但只有当入射光的频率足够高，以致每个光量子的能量足够大时，电子才有可能克服量足够大时，电子才有可能克服逸出功逸出功 W 逸出金属表面。根逸出金属表面。根据能量守恒与转换律据能量守恒与转换律212mhmvW212mmvhW爱因斯坦光电效应方程爱因斯坦光电效应方程0Wh 因此存在红限频率因此存在红限频率 212mhmVW爱因斯坦光电效应方程： 逸出功逸出功0hW hW0产生光电效应条件条件产生光电效应条件条件（截止频率）（截止频率） 光强越大，光子数目越多，即单位时间内产生光电光强越大，光

4、子数目越多，即单位时间内产生光电 子数目越多，光电流越大子数目越多，光电流越大.（ 时）时）0 光子射至金属表面，一个光子携带的能量光子射至金属表面，一个光子携带的能量 将一将一 次性被一个电子吸收，若次性被一个电子吸收，若 ，电子立即逸出，电子立即逸出， 无需时间积累（无需时间积累（瞬时瞬时性）性）.h0本题分析本题分析：1）光电效应存在红限频率光电效应存在红限频率 ，只有入射光频率，只有入射光频率金属才有光电子逸出。因此选项一是错误的。金属才有光电子逸出。因此选项一是错误的。2）光电子的最大初动能与入射光频率成线性关系）光电子的最大初动能与入射光频率成线性关系 00221122mmmmhW

5、m, 不同也不同不同,因此选项二是正确的。因此选项二是正确的。答案：答案：D,:,memeSn hInnIShnnn3）设单位时间内通过单位面积的光子数为 ，则，饱和电流和光的强度成正比，而，于是有 饱和电流入射光的能流密度 从而光入射光的能流密度为饱和电流入射光的强度决定于能流密度当强度一定时，频率 越高， 越小电子数光子数 。，照射到阴极的光子数越少，单位时间释出的光电子越少，从而饱和电流也越小。因此选项三是错误的。43evnn）由( ),当频率 一定时，光强大的光束，说明包含的光子数多，其照射到金属板上被电子吸收的机会也多，因而从金属中逸出的电子数也多，这就说明了光电流随光强增加而增加。

6、当频率一定时，入射光强增大一倍，光子数增大一倍，则逸出的光电子数 也增大一倍，因此饱和电流增大一倍。因此选项之四是正确的。2.以一定频率的单色光照射在某种金属上，测出其光电流以一定频率的单色光照射在某种金属上，测出其光电流的曲线如图中实线所示，然后在光强不变的条件下增大照的曲线如图中实线所示，然后在光强不变的条件下增大照射光的频率。测出其光电流的曲线如图中虚线所示。满足射光的频率。测出其光电流的曲线如图中虚线所示。满足题意的图是：题意的图是：（ ）I U O (A)I U O (B)I U O (C)I U O (D)光电效应伏安特性曲线光电效应伏安特性曲线光电效应实验装置光电效应实验装置OO

7、OOOOVGAKBOOmIs饱饱和和电电流流光光 强强 较较 强强IUaOU光光 强强 较较 弱弱遏遏止止电电压压光电效应的实验规律光电效应的实验规律0,aaUhvUvU则 不变不变遏止电压与入射光的频率成线性关系，与光的强度无关。遏止电压与入射光的频率成线性关系，与光的强度无关。光的强度光的强度 NhS N N是单位时间通过单位面积的光子数。是单位时间通过单位面积的光子数。 光电流光电流 NeI e e是电子电荷。是电子电荷。 频率不变，光强频率不变，光强 S S 增大时，则光子数必须增大，增大时，则光子数必须增大， 则光电流则光电流I I增大。增大。 答案：答案：B3. 康普顿效应的主要特

8、点是康普顿效应的主要特点是 (A) 散射光的波长均比入射光的波长短，且随散射角增大而减小，但与散射光的波长均比入射光的波长短，且随散射角增大而减小，但与散射体的性质无关散射体的性质无关 (B) 散射光的波长均与入射光的波长相同，与散射角、散射体性质无散射光的波长均与入射光的波长相同，与散射角、散射体性质无关关 (C) 散射光中既有与入射光波长相同的，也有比入射光波长长的和比入散射光中既有与入射光波长相同的，也有比入射光波长长的和比入射光波长短的射光波长短的.这与散射体性质有关这与散射体性质有关 (D) 散射光中有些波长比入射光的波长长，且随散射角增大而增大，有散射光中有些波长比入射光的波长长，

9、且随散射角增大而增大，有些散射光波长与入射光波长相同这都与散射体的性质无关些散射光波长与入射光波长相同这都与散射体的性质无关 1922-1923x年康普顿研究了 射线被较轻物质(石墨，石蜡等)散射后光的成分，发现散射谱线中除了有波长原波长相同的成分外，还有波长比较长的成分，这种散射现象称为康普顿散射或康普顿效应。002001)2h= - =sin,mc23) 实验结果为：散射光中除了和原波长 相同的谱线外，还有的谱线。2)波长的改变量随散射角 的增大而增大。对于不同元素的散射物质，在同一散射角下，波长的改变量相同。波长为 的散射强度随散射原子序数的增加而减小。4. 在光电效应实验中，测得某金属

10、的遏止电压在光电效应实验中，测得某金属的遏止电压|Ua|与入射光频率与入射光频率v的关系曲线如的关系曲线如图图2所示，由此可知该金属的红限频率所示，由此可知该金属的红限频率v0=_Hz；逸出功；逸出功A =_eV |Ua|(V ) 1014H z)2-25 10aheUWahWUeeaUh e直线的斜率2=5aUhee根据光电效应方程根据光电效应方程212mhmvWaU0遏止电势差和入射光遏止电势差和入射光频率的关系频率的关系02525WheeV 逸出功140| |-2| 2 ,5 10aUVHz 由图可遏止电压红限频率5. 如图如图3所示，一频率为所示，一频率为v的入射光子与起始静止的自由电

11、子发生碰撞和的入射光子与起始静止的自由电子发生碰撞和散射如果散射光子的频率为散射如果散射光子的频率为v，反冲电子的动量为，反冲电子的动量为p，则在与入射，则在与入射光子平行的方向上的动量守恒定律的分量形式为光子平行的方向上的动量守恒定律的分量形式为_ e 反冲电子2200mchcmhv能量守恒能量守恒vmechech00动量守恒动量守恒00vxy光子光子电子电子xy电子电子光光子子hchccoscoshhpcc水平方向动量守恒：6. 波长为波长为 0 = 0.0500nm,的的X射线被静止的自由电子所散射线被静止的自由电子所散射，若散射线的波长变为射，若散射线的波长变为 = 0.0522 nm

12、，试求反冲电，试求反冲电子的动能子的动能EK (普朗克常量普朗克常量h =6.6310-34 Js)00hchc1600011=()1.68 10KEhhhcJ 解：入射光子的能量为解：入射光子的能量为 散射光子的能量为散射光子的能量为 根据能量守恒定律根据能量守恒定律 m0c2h 0h mc2且 Ek=mc2m0c2 练习三十九练习三十九 量子物理基础（二）量子物理基础（二）1. 氢原子光谱的巴耳末线系中谱线最小波长与最大波长之氢原子光谱的巴耳末线系中谱线最小波长与最大波长之比为比为 (A)7/9 (B)5/9 (C) 4/9 (D) 2/9 2212min222max22minmax211

13、13,4,5211211132311523=192RnnnRnRRR 解：由巴耳末公式，当时，有当时，有2.在气体放电管中，用能量为在气体放电管中，用能量为12.1eV的电子去轰击处于基态的氢原的电子去轰击处于基态的氢原子，此时氢原子所能发射的光子的能量只能是：子，此时氢原子所能发射的光子的能量只能是：（A）12.1eV； （B）10.2ev；（C）12.1eV、10.2eV、1.9eV；（；（D） 12.1eV、10.2eV、3.4eV分析：氢原子各能级能量：分析：氢原子各能级能量：n=1，E1-13.6eV n=2，E2-3.4eV n=3，E3-1.5eV n=4，E4-0.85eV 1

14、2.1eV的电子可使：的电子可使：12132312,13.63.410.213,13.61.512.123,3.41.51.9EeVeVeVEeVeVeVEeVeVeV对应发射出的光电子能量为对应发射出的光电子能量为对应发射出的光电子能量为答案：答案：C3. 根据玻尔的理论，氢原子在根据玻尔的理论，氢原子在n =5轨道上的角动量与在第一轨道上的角动量与在第一激发态的轨道角动量之比为激发态的轨道角动量之比为 (A)5/4 (B)5/3 (C) 5/2 (D) 5 答：根据玻尔的理论，其轨道角动量为答：根据玻尔的理论，其轨道角动量为nL 所以在所以在n=5n=5和第一激发态（和第一激发态（n=2n

15、=2）的轨道上的角动量）的轨道上的角动量之比为之比为5/25/2，即选（，即选（C C）n=1n=2n=3n=4n=5-13.6eV-3.39-1.51-0.85-0.54n=0基态激发态自由态连续区4.氢原子基态的轨道半径为氢原子基态的轨道半径为 r1 ，按玻尔理论，当氢原子处于，按玻尔理论，当氢原子处于n=3状态时，轨道半径状态时，轨道半径 r3= ；轨道角动量；轨道角动量 L3=如果大量氢原子处于如果大量氢原子处于 n=4 的激发态，则当它们向低能级跃迁时，的激发态，则当它们向低能级跃迁时，最多可观察到最多可观察到 条谱线。条谱线。玻尔的三个假设玻尔的三个假设假设一（假设一（稳稳定态定态

16、轨道轨道假设假设）电子在原子中，可以在一些电子在原子中，可以在一些特定特定的轨的轨道上运动而道上运动而不不辐射电磁波，这时原子处于辐射电磁波，这时原子处于稳定稳定状态（状态（定态定态），并），并具有一定的能量具有一定的能量. .2hnrmLv量子化条件量子化条件 假设二假设二（轨道角动量轨道角动量量子化假设量子化假设） 电子以速度电子以速度 在半径为在半径为 的圆的圆周上绕核运动时，只有电子的周上绕核运动时，只有电子的角动量角动量 等于等于 的的整数倍整数倍的那的那些轨道是些轨道是稳定稳定的的 . .2hvrL主主量子数量子数,3,2,1nfiEEh频率条件频率条件假设三假设三（量子化跃迁量子化跃迁频率假设频率假设）当原子从高能量当原子从高能量 的定态跃迁到的定态跃迁到低能量低能量 的定态时，要发射频率为的定态时，要发射频率为 的光子的光子. .iEfE212220nrnmehrn),3,2, 1(n2hnrmnnv由假设由假设 2 量子化条件量子化条件nnnrmre22024v由牛顿定律由牛顿定律, 玻尔半径玻尔半径m1029.5112201mehr1n 氢原子能级公式氢原子能级公式