第17章-第1、2節(jié)《能量量子化、光的粒子性》

1、波粒二象性波粒二象性第十七章第十七章第一節(jié)能量量子化第一節(jié)能量量子化 第二節(jié)光的粒子性第二節(jié)光的粒子性 第十七章第十七章學(xué)習(xí)目標(biāo)定位學(xué)習(xí)目標(biāo)定位1課堂情景切入課堂情景切入2知識自主梳理知識自主梳理3重點難點突破重點難點突破4考點題型設(shè)計考點題型設(shè)計5課課 時時 作作 業(yè)業(yè)6學(xué)習(xí)目標(biāo)定位學(xué)習(xí)目標(biāo)定位認識黑體和黑體輻射的概念認識黑體和黑體輻射的概念理解能量子的概念，掌握計算能量子的方法理解能量子的概念，掌握計算能量子的方法知道光電效應(yīng)的實驗規(guī)律知道光電效應(yīng)的實驗規(guī)律掌握愛因斯坦的光電效應(yīng)方程掌握愛因斯坦的光電效應(yīng)方程了解康普頓效應(yīng)及光子的動量了解康普頓效應(yīng)及光子的動量課堂情景切入課堂情景切入如圖所

2、示，把一塊鋅板連接在驗電器上，用紫外線燈照如圖所示，把一塊鋅板連接在驗電器上，用紫外線燈照射鋅板，觀察到驗電器的指針發(fā)生了變化，這說明鋅板帶了射鋅板，觀察到驗電器的指針發(fā)生了變化，這說明鋅板帶了電。你知道鋅板是怎樣帶上電的嗎？電。你知道鋅板是怎樣帶上電的嗎？知識自主梳理知識自主梳理1.熱輻射熱輻射(1)定義：我們周圍的一切物體都在輻射定義：我們周圍的一切物體都在輻射_，這，這種輻射與物體的種輻射與物體的_有關(guān)，所以叫熱輻射。有關(guān)，所以叫熱輻射。(2)特征：熱輻射強度按波長的分布情況隨物體的特征：熱輻射強度按波長的分布情況隨物體的_而有所不同。而有所不同。2黑體黑體(1)定義：如果某種物體在任何

3、溫度下能夠完全吸收入定義：如果某種物體在任何溫度下能夠完全吸收入射的射的_而不發(fā)生反射，這種物體就是絕對黑而不發(fā)生反射，這種物體就是絕對黑體，簡稱黑體。體，簡稱黑體。(2)黑體輻射的特征：黑體輻射電磁波的強度按波長的黑體輻射的特征：黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體的分布只與黑體的_有關(guān)。有關(guān)。黑體與黑體輻射黑體與黑體輻射 電磁波電磁波溫度溫度溫度溫度各種波長的電磁波各種波長的電磁波溫度溫度3黑體輻射的實驗規(guī)律黑體輻射的實驗規(guī)律黑體輻射電磁波的強度按波黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體的長的分布只與黑體的_有關(guān)，如有關(guān)，如圖所示。圖所示。(1)隨著溫度的升高，各種波隨著溫度的升高，

4、各種波長的輻射強度都長的輻射強度都_；(2)隨著溫度的升高，輻射強隨著溫度的升高，輻射強度的極大值向波長度的極大值向波長_的方向移的方向移動。動。溫度溫度增加增加較短較短1.定義定義普朗克認為，帶電微粒的能量只能是某一最小能量值普朗克認為，帶電微粒的能量只能是某一最小能量值的的_，當(dāng)帶電微粒輻射或吸收能量時，也是以這個最小，當(dāng)帶電微粒輻射或吸收能量時，也是以這個最小能量值為單位能量值為單位_地輻射或吸收的，這個不可再分的最地輻射或吸收的，這個不可再分的最小能量值小能量值叫做能量子。叫做能量子。2能量子大小能量子大小h，其中，其中是電磁波的頻率，是電磁波的頻率，h稱為稱為_常量，常量，h6.62

5、61034Js(一般取一般取h6.631034Js)。3能量的量子化能量的量子化在微觀世界中能量是在微觀世界中能量是_的，或者說微觀粒子的能的，或者說微觀粒子的能量是量是_的。的。能量子能量子 整數(shù)倍整數(shù)倍一份一份一份一份普朗克普朗克量子化量子化分立分立1.光電效應(yīng)光電效應(yīng)照射到金屬表面的光，能使金屬中的照射到金屬表面的光，能使金屬中的_從表面逸出從表面逸出的現(xiàn)象。如圖所示。的現(xiàn)象。如圖所示。光電效應(yīng)光電效應(yīng) 電子電子2光電子光電子光電效應(yīng)中發(fā)射出來的光電效應(yīng)中發(fā)射出來的_。3光電效應(yīng)的實驗規(guī)律光電效應(yīng)的實驗規(guī)律(1)存在著飽和光電流：在光的顏色不變的情況下，入存在著飽和光電流：在光的顏色不變

6、的情況下，入射光越強，射光越強，_電流越大。這表明對于一定顏色的光，入射電流越大。這表明對于一定顏色的光，入射光越強，單位時間內(nèi)發(fā)射的光越強，單位時間內(nèi)發(fā)射的_越多。越多。(2)存在著遏止電壓和截止頻率：光電子的最大初動能存在著遏止電壓和截止頻率：光電子的最大初動能與入射光的與入射光的_有關(guān)，而與入射光的有關(guān)，而與入射光的_無關(guān)，當(dāng)入射光的無關(guān)，當(dāng)入射光的頻率低于頻率低于_時不能發(fā)生光電效應(yīng)。時不能發(fā)生光電效應(yīng)。(3)光電效應(yīng)具有瞬時性：光電效應(yīng)幾乎是光電效應(yīng)具有瞬時性：光電效應(yīng)幾乎是_發(fā)生發(fā)生的，從光照射到產(chǎn)生光電流的時間不超過的，從光照射到產(chǎn)生光電流的時間不超過_s。電子電子飽和飽和光電子

7、數(shù)光電子數(shù)頻率頻率強弱強弱截止頻率截止頻率瞬時瞬時109愛因斯坦的光電效應(yīng)方程愛因斯坦的光電效應(yīng)方程 一份一份一份一份能量子能量子逸出功逸出功1.光的散射光的散射光在介質(zhì)中與光在介質(zhì)中與_相互作用，因而傳播方向發(fā)生相互作用，因而傳播方向發(fā)生改變，這種現(xiàn)象叫做光的散射。改變，這種現(xiàn)象叫做光的散射。2康普頓效應(yīng)康普頓效應(yīng)美國物理學(xué)家康普頓在研究石墨對美國物理學(xué)家康普頓在研究石墨對X射線的散射時，發(fā)射線的散射時，發(fā)現(xiàn)在散射的現(xiàn)在散射的X射線中，除了與入射波長射線中，除了與入射波長0相同的成分外，還有相同的成分外，還有_的成分，這個現(xiàn)象稱為康普頓效應(yīng)。的成分，這個現(xiàn)象稱為康普頓效應(yīng)?？灯疹D效應(yīng)康普頓效

8、應(yīng) 物質(zhì)微粒物質(zhì)微粒波長大于波長大于0光子的動量光子的動量 電子電子變小變小長長重點難點突破重點難點突破一、對黑體及黑體輻射的理解一、對黑體及黑體輻射的理解1對黑體的理解對黑體的理解絕對的黑體實際上是不存在的，但可以用某裝置近似地絕對的黑體實際上是不存在的，但可以用某裝置近似地代替。如圖所示，如果在一個空腔壁上開一個小孔，那么射入代替。如圖所示，如果在一個空腔壁上開一個小孔，那么射入小孔的電磁波在空腔內(nèi)表面會發(fā)生多次反射和吸收，最終不能小孔的電磁波在空腔內(nèi)表面會發(fā)生多次反射和吸收，最終不能從空腔射出，這個小孔就成了一個絕對黑體。從空腔射出，這個小孔就成了一個絕對黑體。2一般物體與黑體的比較一般

9、物體與黑體的比較熱輻射特點熱輻射特點吸收、反射特點吸收、反射特點一般一般物體物體輻射電磁波的情況與溫輻射電磁波的情況與溫度有關(guān)，與材料的種類度有關(guān)，與材料的種類及表面狀況有關(guān)及表面狀況有關(guān)既吸收，又反射，其能既吸收，又反射，其能力與材料的種類及入射力與材料的種類及入射光波長等因素有關(guān)光波長等因素有關(guān)黑體黑體輻射電磁波的強度按波輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體的溫長的分布只與黑體的溫度有關(guān)度有關(guān)完全吸收各種入射電磁完全吸收各種入射電磁波，不反射波，不反射特別提醒：特別提醒：(1)熱輻射不一定要高溫，任何溫度的物體都發(fā)出一定熱輻射不一定要高溫，任何溫度的物體都發(fā)出一定的熱輻射，只是溫度低時輻射

10、弱，溫度高時輻射強。的熱輻射，只是溫度低時輻射弱，溫度高時輻射強。(2)黑體是一個理想化的物理模型，實際不存在。黑體是一個理想化的物理模型，實際不存在。(3)黑體看上去不是一定是黑的，只有當(dāng)自身輻射的可黑體看上去不是一定是黑的，只有當(dāng)自身輻射的可見光非常微弱時看上去才是黑的；有些可看作黑體的物體由于見光非常微弱時看上去才是黑的；有些可看作黑體的物體由于有較強的輻射，看起來還會很明亮，例如：煉鋼爐口上的小有較強的輻射，看起來還會很明亮，例如：煉鋼爐口上的小孔。一些發(fā)光的物體孔。一些發(fā)光的物體(如太陽、白熾燈燈絲如太陽、白熾燈燈絲)也被看作黑體來處也被看作黑體來處理。理?！胺堑浞堑洹逼陂g，很多地方

11、用紅外熱像儀監(jiān)測人的體期間，很多地方用紅外熱像儀監(jiān)測人的體溫，只要被測者從儀器前走過，便可知道他的體溫是多少，溫，只要被測者從儀器前走過，便可知道他的體溫是多少，你知道其中的道理嗎？你知道其中的道理嗎？答案：答案：根據(jù)熱輻射規(guī)律根據(jù)熱輻射規(guī)律可知，人的體溫的高低，直可知，人的體溫的高低，直接決定了這個人輻射的紅外接決定了這個人輻射的紅外線的頻率和強度。通過監(jiān)測線的頻率和強度。通過監(jiān)測被測者輻射的紅外線的情況被測者輻射的紅外線的情況就知道這個人的體溫。就知道這個人的體溫。3意義意義可以非常合理地解釋某些電磁波的輻射和吸收的實驗現(xiàn)可以非常合理地解釋某些電磁波的輻射和吸收的實驗現(xiàn)象。象。4量子化現(xiàn)象

12、量子化現(xiàn)象在微觀世界中物理量分立取值的現(xiàn)象稱為量子化現(xiàn)象。在微觀世界中物理量分立取值的現(xiàn)象稱為量子化現(xiàn)象。5量子化假設(shè)的意義量子化假設(shè)的意義普朗克的能量子假設(shè)，使人類對微觀世界的本質(zhì)有了全普朗克的能量子假設(shè)，使人類對微觀世界的本質(zhì)有了全新的認識，對現(xiàn)代物理學(xué)的發(fā)展產(chǎn)生了革命性的影響。普朗克新的認識，對現(xiàn)代物理學(xué)的發(fā)展產(chǎn)生了革命性的影響。普朗克常量常量h是自然界中最基本的常量之一，它體現(xiàn)了微觀世界的基是自然界中最基本的常量之一，它體現(xiàn)了微觀世界的基本特征。本特征。由能量量子化假說可知，能量是一份一份的，而不是由能量量子化假說可知，能量是一份一份的，而不是連續(xù)的，在宏觀概念中，舉一些我們周圍不連續(xù)

13、的實例。連續(xù)的，在宏觀概念中，舉一些我們周圍不連續(xù)的實例。答案：答案：人的個數(shù)，自然數(shù)，汽車等。人的個數(shù)，自然數(shù)，汽車等。 三、光電效應(yīng)中幾個易混淆的概念三、光電效應(yīng)中幾個易混淆的概念1光子與光電子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，其本質(zhì)是電電子是金屬表面受到光照射時發(fā)射出來的電子，其本質(zhì)是電子，光子是光電效應(yīng)的因，光電子是果。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電子的動能與光電子的最大初動能光照射到金屬表面時，光照射到金屬表面時， 光子的能量

14、全部被電子吸收，光子的能量全部被電子吸收，電子吸收光子的能量，可能向各個方向運動，需克服原子核和電子吸收光子的能量，可能向各個方向運動，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，才具有最大初動能。光電子的初動能小于等于光電引力做功，才具有最大初動能。光電子的初動能小于等于光電子的最大初動能。子的最大初動能。3光子的能量與入射光的強度光子的能量與入射光的強度光子的能量即每個光子的能量，其值為光子的能量

15、即每個光子的能量，其值為Eh(為光子為光子的頻率的頻率)，其大小由光的頻率決定。入射光的強度指單位時間，其大小由光的頻率決定。入射光的強度指單位時間內(nèi)照射到金屬表面單位面積上的總能量；入射光的強度等于單內(nèi)照射到金屬表面單位面積上的總能量；入射光的強度等于單位時間內(nèi)光子能量與入射光子數(shù)的乘積。位時間內(nèi)光子能量與入射光子數(shù)的乘積。4光電流和飽和光電流光電流和飽和光電流金屬板飛出的光電子到達陽極，回路中便產(chǎn)生光電流，金屬板飛出的光電子到達陽極，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，這個飽和值是飽和光電流，在一定的光照條

16、件下，飽和光電流與所加電值是飽和光電流，在一定的光照條件下，飽和光電流與所加電壓大小無關(guān)。壓大小無關(guān)。特別提醒：特別提醒：(1)光電效應(yīng)的實質(zhì)是光現(xiàn)象轉(zhuǎn)化為電現(xiàn)象。光電效應(yīng)的實質(zhì)是光現(xiàn)象轉(zhuǎn)化為電現(xiàn)象。(2)發(fā)生光電效應(yīng)時，飽和光電流與入射光的強度有發(fā)生光電效應(yīng)時，飽和光電流與入射光的強度有關(guān)，要明確不同頻率的光、不同金屬與光電流的對應(yīng)關(guān)系。關(guān)，要明確不同頻率的光、不同金屬與光電流的對應(yīng)關(guān)系。特別提醒：特別提醒：(1)逸出功和截止頻率均由金屬本身決定，與其他因素逸出功和截止頻率均由金屬本身決定，與其他因素?zé)o關(guān)。無關(guān)。(2)光電子的最大初動能隨入射光頻率的增大而增大，光電子的最大初動能隨入射光頻率

17、的增大而增大，但不是正比關(guān)系。但不是正比關(guān)系。一束綠光照射某金屬發(fā)生了光電效應(yīng)，則下列說法正一束綠光照射某金屬發(fā)生了光電效應(yīng)，則下列說法正確的是確的是()A若增加綠光的照射強度，則逸出的光電子數(shù)增加若增加綠光的照射強度，則逸出的光電子數(shù)增加B若增加綠光的照射強度，則逸出的光電子最大初動若增加綠光的照射強度，則逸出的光電子最大初動能增加能增加C若改用紫光照射，則可能不會發(fā)生光電效應(yīng)若改用紫光照射，則可能不會發(fā)生光電效應(yīng)D若改用紫光照射，則逸出的光電子的最大初動能增若改用紫光照射，則逸出的光電子的最大初動能增加加答案：答案：AD解析：解析：光電效應(yīng)的規(guī)律表明：入射光的頻率決定著是否光電效應(yīng)的規(guī)律表

18、明：入射光的頻率決定著是否發(fā)生光電效應(yīng)以及發(fā)生光電效應(yīng)時產(chǎn)生的光電子的最大初動能發(fā)生光電效應(yīng)以及發(fā)生光電效應(yīng)時產(chǎn)生的光電子的最大初動能的大小，當(dāng)入射光頻率增加后，產(chǎn)生的光電子最大初動能也增的大小，當(dāng)入射光頻率增加后，產(chǎn)生的光電子最大初動能也增加；而照射光的強度增加，會使單位時間內(nèi)逸出的光電子數(shù)增加；而照射光的強度增加，會使單位時間內(nèi)逸出的光電子數(shù)增加，紫光頻率高于綠光，故上述選項正確的有加，紫光頻率高于綠光，故上述選項正確的有A、D。五、康普頓效應(yīng)五、康普頓效應(yīng)1光子說對康普頓效應(yīng)的解釋光子說對康普頓效應(yīng)的解釋(1)假定假定X射線光子與電子發(fā)生彈性碰撞。光子和電子相射線光子與電子發(fā)生彈性碰撞。

19、光子和電子相碰撞時，光子有一部分能量傳給電子，散射光子的能量減少，碰撞時，光子有一部分能量傳給電子，散射光子的能量減少，于是散射光的波長大于入射光的波長。于是散射光的波長大于入射光的波長。(2)康普頓效應(yīng)進一步揭示了光的粒子性，也再次證明康普頓效應(yīng)進一步揭示了光的粒子性，也再次證明了愛因斯坦光子說的正確性。了愛因斯坦光子說的正確性。答案：答案：1變長變長考點題型設(shè)計考點題型設(shè)計關(guān)于對黑體的認識，下列說法正確的是關(guān)于對黑體的認識，下列說法正確的是()A黑體只吸收電磁波，不反射電磁波，看上去是黑的黑體只吸收電磁波，不反射電磁波，看上去是黑的B黑體輻射電磁波的強度按波長的分布除與溫度有關(guān)黑體輻射電磁

20、波的強度按波長的分布除與溫度有關(guān)外，還與材料的種類及表面狀況有關(guān)外，還與材料的種類及表面狀況有關(guān)C黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與溫度有黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與溫度有關(guān)，與材料的種類及表面狀況無關(guān)關(guān)，與材料的種類及表面狀況無關(guān)D如果在一個空腔壁上開一個很小的孔，射入小孔的如果在一個空腔壁上開一個很小的孔，射入小孔的電磁波在空腔內(nèi)表面經(jīng)多次反射和吸收，最終不能從小孔射電磁波在空腔內(nèi)表面經(jīng)多次反射和吸收，最終不能從小孔射出，這個空腔就成了一個黑體出，這個空腔就成了一個黑體黑體與黑體輻射黑體與黑體輻射 解析：解析：黑體自身輻射電磁波，不一定是黑的，黑體自身輻射電磁波，不一定是黑的，A

21、錯誤。錯誤。黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體的溫度有關(guān)，黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體的溫度有關(guān)，B錯誤，錯誤，C正確。小孔只吸收電磁波，不反射電磁波，因此小孔正確。小孔只吸收電磁波，不反射電磁波，因此小孔成了一個黑體，而不是空腔，成了一個黑體，而不是空腔，D錯誤。錯誤。答案：答案：C點評：點評：黑體完全吸收電磁波而不反射，同時其本身也輻黑體完全吸收電磁波而不反射，同時其本身也輻射電磁波；黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與溫度有射電磁波；黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與溫度有關(guān)，與其他因素?zé)o關(guān)。關(guān)，與其他因素?zé)o關(guān)。(湛江市湛江市20142015學(xué)年高二質(zhì)檢學(xué)年高二質(zhì)檢)

22、在實驗室或工廠的高在實驗室或工廠的高溫爐子上開一個小孔，小孔可看做黑體，由小孔的熱輻射特溫爐子上開一個小孔，小孔可看做黑體，由小孔的熱輻射特征，就可以確定爐內(nèi)的溫度，如圖所示，就是黑體的輻射強征，就可以確定爐內(nèi)的溫度，如圖所示，就是黑體的輻射強度與其輻射光波波長的關(guān)系圖象，則下列說法正確的是度與其輻射光波波長的關(guān)系圖象，則下列說法正確的是()AT1T2BT1T2C隨著溫度的升高，黑體的輻射強隨著溫度的升高，黑體的輻射強度都有所降低度都有所降低D隨著溫度的升高，輻射強度的極大值向波長較短的方隨著溫度的升高，輻射強度的極大值向波長較短的方向移動向移動答案：答案：AD普朗克能量子假說普朗克能量子假說

23、 答案：答案：3.141019J5.731016個個點評：點評：求解本題的關(guān)鍵有兩點：一是能根據(jù)已知條件求求解本題的關(guān)鍵有兩點：一是能根據(jù)已知條件求得每一個光子的能量，另外必須明確激光器發(fā)射的能量由這些得每一個光子的能量，另外必須明確激光器發(fā)射的能量由這些光子能量的總和組成。光子能量的總和組成。(北京市順義區(qū)牛欄山一中北京市順義區(qū)牛欄山一中20142015學(xué)年高二下學(xué)期學(xué)年高二下學(xué)期期中期中)對于紅、黃、綠、藍四種單色光，下列表述正確的是對于紅、黃、綠、藍四種單色光，下列表述正確的是()A在相同介質(zhì)中，綠光的折射率最大在相同介質(zhì)中，綠光的折射率最大B紅光的頻率最高紅光的頻率最高C在相同介質(zhì)中，

24、藍光的波長最短在相同介質(zhì)中，藍光的波長最短D黃光光子的能量最小黃光光子的能量最小答案：答案：C解析：解析：紅、黃、綠、藍四種單色光的頻率依次增大，光紅、黃、綠、藍四種單色光的頻率依次增大，光從真空進入介質(zhì)，頻率不變，從真空進入介質(zhì)，頻率不變，B錯。由色散現(xiàn)象，同一介質(zhì)對錯。由色散現(xiàn)象，同一介質(zhì)對頻率大的光有大的折射率，頻率大的光有大的折射率，A錯。頻率大的光在真空中和介質(zhì)錯。頻率大的光在真空中和介質(zhì)中的波長都小，藍光的波長最短，中的波長都小，藍光的波長最短，C正確。頻率大，光子能量正確。頻率大，光子能量大，大，D錯。錯。關(guān)于光電效應(yīng)的規(guī)律，下面說法正確的是關(guān)于光電效應(yīng)的規(guī)律，下面說法正確的是()A當(dāng)某種色光照射金屬表面時，能產(chǎn)生光電效應(yīng)，則當(dāng)某種色光照射金屬表面時，能產(chǎn)生光電效應(yīng)，則入射光的頻率越高，產(chǎn)生的光電子的最大初動能越大入射光的頻率越高，產(chǎn)生的光電子的最大初動能越大B當(dāng)某種色光照射金屬表面時，能產(chǎn)生光電效應(yīng)，則當(dāng)某種色光照射金屬表面時，能產(chǎn)生光電效應(yīng)，則入射光的強度越大，產(chǎn)生的光電子數(shù)越多入射光的強度越大，產(chǎn)生的光電子數(shù)越多C同一頻率的光照射