考试不提供,需记忆。
用途
Photon energy 用于量子物理(SPM 物理中五)。每一行运算都要带 SI 单位。 量子物理
符号与 SI 单位
| 符号 | 含义 | SI 单位 |
|---|---|---|
| E | 光子能量 | J |
| h | 普朗克常数 | J s |
| f | 频率 | Hz |
公式变形
f = E / hh = E / f
解题示例
常见陷阱
理解光子能量
方程 E = hf 给出单个光子所携带的能量。式中 E 是光子能量,单位焦耳(J);h 是普朗克常数,单位焦耳·秒(J s);f 是光的频率,单位赫兹(Hz)。
光以离散的能量包形式存在,这正是量子理论的核心:能量与频率成正比,因此蓝光(f 较高)每个光子携带的能量比红光多。亮度只改变光子的数目,而不改变每个光子的能量。
这一关系可以两种方式变形:f = E / h 由已知能量求频率,h = E / f 用于实验同时测得 E 与 f 的情形。全程使用 h = 6.63 × 10⁻³⁴ J s。
分步解题示例
求频率 f = 6.0 × 10¹⁴ Hz 的绿光单个光子的能量。取 h = 6.63 × 10⁻³⁴ J s。
从公式开始:
E = hf
代入数值并带上单位:
E = 6.63 × 10⁻³⁴ J s × 6.0 × 10¹⁴ Hz
数字相乘,十的幂次相加:
E = 3.978 × 10⁻¹⁹ J
取三位有效数字,光子能量为 E ≈ 3.98 × 10⁻¹⁹ J。由于一赫兹等于每秒一次,J s × Hz 得到焦耳,可验证答案单位正确。
常见错误与考法
最常见的失误是用错 h 的值。务必取 h = 6.63 × 10⁻³⁴ J s 并使 f 以赫兹为单位,答案才会以焦耳给出。
要换算为电子伏,把焦耳值除以 1.6 × 10⁻¹⁹。
另有两个须避免的错误:相乘十的幂次时忘记把指数相加,以及把频率与波长混淆。此式需直接用频率。
- 不要以为光越亮每个光子的能量就越高。
- 不要漏掉 10⁻³⁴ 中的负号。
在指令词 计算 下,必须写出代入行。在 定义 下,须说明光子能量是一个辐射量子的能量,等于 hf。
来源: DSKP KSSM Physics Form 4 and 5 (Versi English), Sijil Pelajaran Malaysia: Format Pentaksiran mulai 2021, Fizik (4531) (Bahagian Pembangunan Kurikulum (BPK), KPM)