人教版物理選修3-5課件第17章第二節(jié).ppt

第二節(jié) 光的粒子性,課前自主學(xué)案,核心要點(diǎn)突破,課堂互動講練,課標(biāo)定位,知能優(yōu)化訓(xùn)練,第二節(jié),課標(biāo)定位 學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.了解黑體和黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律，知道普朗克提出的能量子的假說 2理解光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律和愛因斯坦的光子說及其對光電效應(yīng)的解釋，了解光電效應(yīng)方程，并會用來解決簡單問題 3了解康普頓效應(yīng)及光子的動量 重點(diǎn)難點(diǎn)：1.光電效應(yīng)現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)規(guī)律 2光子說、光電效應(yīng)方程，并會用來解決簡單問題,課前自主學(xué)案,一、黑體與黑體輻射 1熱輻射：周圍的一切物體都在輻射電磁波這種輻射與物體的_有關(guān)，所以叫做熱輻 射 2黑體：某種物體能夠_吸收入射的各種 波長的電磁波而不發(fā)生反射，這種物體就是絕對 黑體，簡稱黑體,溫度,完全,二、黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律 1一般材料的物體，輻射的電磁波除與 _有關(guān)外，還與材料的種類及表面狀況有關(guān) 2黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長的分布只與黑體的溫度有關(guān)隨著溫度的升高，一方面，各種波長的輻射強(qiáng)度都有_另一方面，輻射強(qiáng)度的極大值向波長較_的方向移動,溫度,增加,短,三、能量子 1定義：普朗克認(rèn)為，帶電微粒輻射或者吸收能量時，只能輻射或吸收某個最小能量值的_即：能的輻射或者吸收只能是一份一份的這個不可再分的最小能量值叫做 _ 2能量子大?。篽，其中是電磁波的頻率，h稱為普朗克常量h_ Js(一般取h6.631034 Js) 3能量的量子化：在微觀世界中能量是量子化的，或者說微觀粒子的能量是分立的這種現(xiàn)象叫能量的量子化,整數(shù)倍,能量子,6.6261034,四、光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律 1定義：照射到金屬表面的光，能使金屬中的電子從表面逸出的現(xiàn)象，叫做光電效應(yīng)逸出的電子叫_ 2實(shí)驗(yàn)規(guī)律 (1)存在著_電流，表明入射光強(qiáng)度一定，金屬表面單位時間發(fā)射的光電子數(shù)_入射光越強(qiáng)，飽和電流_表明入射光越，單位時間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)_,光電子,飽和,一定,越大,越多,(2)存在著遏止電壓和截止頻率，遏止電壓的存在意味著光電子具有一定的_截止電壓的存在，說明當(dāng)入射光的頻率截止頻率時，不論光多么強(qiáng)，光電效應(yīng)都不會發(fā)生 (3)光電效應(yīng)具有瞬時性，發(fā)生時間不超過109 s. (4)任何金屬都有一個截止頻率或極限頻率c，入射光的頻率必滿足c才能發(fā)生光電效應(yīng) 五、光電效應(yīng)解釋中的疑難 1逸出功：電子從金屬中逸出所需做功的 _叫做該金屬的逸出功用W0表示，不同金屬的逸出功_,初速度,最小值,不同,2光照射金屬表面時，電子吸收能量若電子吸收的能量與原有的熱運(yùn)動能量之和_逸出 功，電子就從表面逸出，這就是光電子光越強(qiáng)，逸出的電子數(shù)越_，光電流也就越_這些結(jié)論與實(shí)驗(yàn)相符但是，按照光的電磁理論，應(yīng)有如下結(jié)論：遏止電壓與光強(qiáng)有關(guān)，不存在截止頻率，光電效應(yīng)的瞬時性不成立，這些結(jié)論與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相矛盾此外，對于遏止電壓與光的頻率的關(guān)系，經(jīng)典電磁理論更是無法解釋,超過,多,大,六、愛因斯坦的光電效應(yīng)方程 1光子說：愛因斯坦提出：在空間傳播的光不是連續(xù)的，而是一份一份的，每一份叫做一個光量子，簡稱_ 2光子的能量h，其中指光的 _光電效應(yīng)顯示了光的_ 3光電效應(yīng)方程：_. 4光電效應(yīng)方程表明：光電子的最大初動能與入射光的_有關(guān)，與光的強(qiáng)弱_ 關(guān)(填“無”或“有”)只有當(dāng)h_W0時，才有光電子逸出,光子,頻率,粒子性,EkhW0,頻率,無,七、康普頓效應(yīng) 1光的散射：光在介質(zhì)中與物質(zhì)微粒相互作用，因而傳播方向發(fā)生改變的現(xiàn)象 2內(nèi)容：康普頓在研究石墨對X射線的散射時，發(fā)現(xiàn)在散射的X射線中，除了與入射波長0相同的成分外，還有波長_0的成分， 這個現(xiàn)象稱為康普頓效應(yīng) 3意義：康普頓效應(yīng)深入地揭示了光的 _性的一面，表明光子除了具有能量之外還具有_,大于,粒子,動量,普朗克常量,光的波長,核心要點(diǎn)突破,一、光電效應(yīng)中幾個易混淆的概念 1光子與光電子 光子指光在空間傳播時的每一份能量，光子不帶電，光電子是金屬表面受到光照射時發(fā)射出來的電子，光子是光電效應(yīng)的因，光電子是果,2光電子的動能與光電子的最大初動能 光照射到金屬表面時，電子吸收光子的能量，可能向各個方向運(yùn)動，需克服原子核和其他原子的阻礙而損失一部分能量，剩余部分為光電子的初動能；只有金屬表面的電子直接向外飛出時，只需克服原子核的引力做功的情況，才具有最大初動能,3光電流和飽和光電流 金屬板飛出的光電子到達(dá)陽極，回路中便產(chǎn)生光電流，隨著所加正向電壓的增大，光電流趨于一個飽和值，這個飽和值就是飽和光電流在一定的光照條件下，飽和光電流與所加電壓大小無關(guān) 4入射光強(qiáng)度與光子能量 入射光強(qiáng)度指單位時間內(nèi)照射到金屬表面單位面積上的總能量，光子能量即每個光子的能量光子總能量等于光子能量與入射光子數(shù)的乘積,特別提醒：(1)光電效應(yīng)中的光包括不可見光 (2)光電效應(yīng)的實(shí)質(zhì)：光現(xiàn)象電現(xiàn)象,二、光電效應(yīng)方程的理解 1光電效應(yīng)方程：EkhW0中，Ek為光電子的最大初動能，就某個光電子而言，其離開金屬時的動能大小可以是零到最大值范圍內(nèi)的任何數(shù)值 2光電效應(yīng)方程表明，光電子的最大初動能與入射光的頻率呈線性關(guān)系(注意不是正比關(guān)系)，與光強(qiáng)無關(guān),即時應(yīng)用(即時突破，小試牛刀) 1已知能使某金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)的極限頻率為c，則( ) A當(dāng)用頻率為2c的單色光照射該金屬時，一定能產(chǎn)生光電子 B當(dāng)用頻率為2c的單色光照射該金屬時，所產(chǎn)生的光電子的最大初動能為hc C當(dāng)照射光的頻率大于c時，若增大，則逸出功增大 D當(dāng)照射光的頻率大于c時，若增大一倍，則光電子的最大初動能也增大一倍,解析：選AB.入射光的頻率大于金屬的極限頻率，照射該金屬時一定能發(fā)生光電效應(yīng)，A正確；金屬的逸出功為W0hc，又根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程EkhW0，當(dāng)入射光的頻率為2c時，其光電子的最大初動能為Ek2hchchc，所以B正確；若當(dāng)入射光的頻率由2c增大一倍變?yōu)?c時，其光電子的最大初動能為Ek4hchc3hc，顯然不是隨著增大一倍，D錯誤；逸出功是金屬本身對金屬內(nèi)電子的一種束縛本領(lǐng)的體現(xiàn)，與入射光的頻率無關(guān)，C錯誤綜上所述，A、B正確,三、光子說對光電效應(yīng)的解釋 1飽和光電流與光強(qiáng)關(guān)系 光越強(qiáng)，包含的光子數(shù)越多，照射金屬時產(chǎn)生的光電子就多，因而飽和電流大所以，入射光頻率一定時，飽和電流與光強(qiáng)成正比,特別提醒：解釋光電效應(yīng)時，應(yīng)從以下兩點(diǎn)進(jìn)行把握： (1)入射光的頻率決定著是否發(fā)生光電效應(yīng)以及光電子的最大初動能； (2)入射光的強(qiáng)度決定著單位時間內(nèi)逸出來的光電子數(shù),即時應(yīng)用(即時突破，小試牛刀) 2.如圖1711所示電路的全部接線及元件均完好，用光照射光電管的K極板，發(fā)現(xiàn)電流計(jì)無電流通過，可能的原因是( ) AA、K間加的電壓不夠高 B電源正負(fù)極接反了 C照射光的頻率不夠高 D照射光的強(qiáng)度不夠大,圖1711,解析：選BC.如果照射光頻率過低，不能發(fā)生光電效應(yīng)；如果發(fā)生了光電效應(yīng)現(xiàn)象，但是電源正負(fù)極接反了，且電壓高于遏止電壓，電流表中也不會有電流B、C正確電壓不夠高，光強(qiáng)度不夠大時，只能影響光電流大小，不會導(dǎo)致無電流通過，A、D錯誤,課堂互動講練,(2011年高考廣東理綜卷)光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，下列表述正確的是( ) A光照時間越長光電流越大 B入射光足夠強(qiáng)就可以有光電流 C遏止電壓與入射光的頻率有關(guān) D入射光頻率大于極限頻率才能產(chǎn)生光電子,【精講精析】 在光電效應(yīng)中，若照射光的頻率小于極限頻率，無論光照時間多長，光照強(qiáng)度多大，都無光電流，當(dāng)照射光的頻率大于極限頻率時，立刻有光電子產(chǎn)生，時間間隔很小故A、B錯誤，D正確由eU0Ek，EkhW，可知U(hW)/e，即遏止電壓與入射光頻率有關(guān) 【答案】 CD,變式訓(xùn)練1 光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)論是：對于某種金屬( ) A無論光強(qiáng)多強(qiáng)，只要光的頻率小于極限頻率就不能產(chǎn)生光電效應(yīng) B無論光的頻率多低，只要光照時間足夠長就能產(chǎn)生光電效應(yīng) C超過極限頻率的入射光強(qiáng)度越弱，所產(chǎn)生的光電子的最大初動能就越小 D超過極限頻率的入射光頻率越高，所產(chǎn)生的光電子的最大初動能就越大,如圖1712所示，當(dāng)開關(guān)S斷開時，用光子能量為2.5 eV的一束光照射陰極K，發(fā)現(xiàn)電流表示數(shù)不為零閉合開關(guān)，調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片，發(fā)現(xiàn)當(dāng)電壓表示數(shù)小于0.6 V時，電流表示數(shù)仍不為零；當(dāng)電壓表示數(shù)大于或等于0.6 V時，電流表示數(shù)為零求此時光電子的最大初動能和該陰極材料的逸出功,圖1712,【精講精析】 設(shè)用光子能量為2.5 eV的光照射陰極時，光電子的最大初動能為Ek，陰極材料的逸出功為W0. 當(dāng)反向電壓達(dá)到U0.6 V以后，具有最大初動能的光電子也到達(dá)不了陽極，因此eUmv2/2； 由光電效應(yīng)方程有：EkhW0. 由以上兩式得：Ek0.6 eV，W01.9 eV. 所以光電子的最大初動能為0.6 eV，陰極材料的逸出功為1.9 eV.,【答案】 0.6 eV 1.9 eV 【思維總結(jié)】 反向電壓形成的電場對光電子做負(fù)功，使具有最大初動能的光電子速度變?yōu)榱銜r，光電子尚未到達(dá)陽極，則無光電流產(chǎn)生，所以無電流的條件為eUEk.,變式訓(xùn)練2 在做光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)時，某金屬被光照射發(fā)生了光電效應(yīng)，實(shí)驗(yàn)測得光電子的最大初動能Ek與入射光的頻率的關(guān)系如圖1713所示，由圖象可求出( ) A該金屬的極限頻率和極限波長 B普朗克常量 C該金屬的逸出功 D單位時間內(nèi)逸出的光電子數(shù),圖1713,太陽光垂直射到地面上時，地面上1 m2接收的太陽光的功率為1.4 kW，其中可見光部分約占45%. (1)假設(shè)認(rèn)為可見光的波長約為0.55 m，日地間距離R1.51011 m普朗克常量h6.61034 Js，估算太陽每秒輻射出的可見光光子數(shù)為多少 (2)若已知地球的半徑為6.4106 m，估算地球接收的太陽光的總功率,【思路點(diǎn)撥】 設(shè)想一個以太陽為球心，以日、地距離為半徑的大球面包圍著太陽大球面接收的光子數(shù)等于太陽輻射的全部光子數(shù)；地球背著陽光的半個球面沒有接收太陽光，地球向陽的半個球面面積也不都與太陽光垂直接收太陽光輻射且與陽光垂直的有效面積是以地球半徑為半徑的圓面面積,則所求可見光光子數(shù)：Nn4R21.75102143.14(1.51011)24.91044(個) (2)地球接收太陽光的總功率： P地Pr21.43.14(6.4106)2 kW1.81014 kW. 【答案】 (1)4.91044個 (2)1.81014 kW,【方法總結(jié)】 解答有關(guān)光子的能量輻射問題時，要明確光的能量是所有光子的總能量即EN，同時還要求具備一定的空間想象力，通過分析物理情景，構(gòu)思出