高二物理3-5光子課件

1、光子學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo): :1 1、了解量子假說(shuō)及微觀世界中的量子化現(xiàn)象，、了解量子假說(shuō)及微觀世界中的量子化現(xiàn)象，能比較宏觀物體和微觀粒子的能量變化的不能比較宏觀物體和微觀粒子的能量變化的不同。同。2 2、知道金屬逸出功的概念，知道光電效應(yīng)方、知道金屬逸出功的概念，知道光電效應(yīng)方程，并能用其解釋光電效應(yīng)現(xiàn)象。程，并能用其解釋光電效應(yīng)現(xiàn)象。3 3、知道光子的概念，會(huì)用光子能量和頻率的、知道光子的概念，會(huì)用光子能量和頻率的關(guān)系進(jìn)行計(jì)算。關(guān)系進(jìn)行計(jì)算。復(fù)習(xí):光電效應(yīng)的4條基本規(guī)律1.1.產(chǎn)生光電效應(yīng)的條件：產(chǎn)生光電效應(yīng)的條件：任何一種金屬，都存在任何一種金屬，都存在極限頻率極限頻率0 0，只有當(dāng)入，只

2、有當(dāng)入射光頻率射光頻率0 0時(shí)，才能發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)，才能發(fā)生光電效應(yīng). .2.2.光電子的最大初動(dòng)能：光電子的最大初動(dòng)能：光電子的光電子的最大初動(dòng)能最大初動(dòng)能E Ekmkm與入射光強(qiáng)度無(wú)關(guān)，只與入射光強(qiáng)度無(wú)關(guān)，只隨入射光頻率的增大而增大隨入射光頻率的增大而增大 .3.3.光電效應(yīng)的發(fā)生時(shí)間：幾乎是瞬時(shí)發(fā)生的光電效應(yīng)的發(fā)生時(shí)間：幾乎是瞬時(shí)發(fā)生的 4.4.光電流強(qiáng)度的決定因素光電流強(qiáng)度的決定因素：當(dāng)入射光頻率當(dāng)入射光頻率0 0時(shí)，光電流隨入射光強(qiáng)度的增大而增大時(shí)，光電流隨入射光強(qiáng)度的增大而增大;當(dāng)入射光的強(qiáng)度不變，頻率增大，光電流不變。入射光的強(qiáng)度不變，頻率增大，光電流不變。光電效應(yīng)伏安特性曲線光

3、電效應(yīng)伏安特性曲線光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置IOUUa遏遏止止電電壓壓Is飽飽和和電電流流OOOOOOVGAKBOOm光光 強(qiáng)強(qiáng) 較較 強(qiáng)強(qiáng)光光 強(qiáng)強(qiáng) 較較 弱弱 能量量子假說(shuō)普朗克在研究物體熱輻射的規(guī)律時(shí)發(fā)現(xiàn)，只普朗克在研究物體熱輻射的規(guī)律時(shí)發(fā)現(xiàn)，只有認(rèn)為電磁波發(fā)射和吸收的能量不是連續(xù)的，有認(rèn)為電磁波發(fā)射和吸收的能量不是連續(xù)的，而是一份一份進(jìn)行的而是一份一份進(jìn)行的，理論計(jì)算的結(jié)果才能理論計(jì)算的結(jié)果才能跟實(shí)驗(yàn)事實(shí)相符合。跟實(shí)驗(yàn)事實(shí)相符合。每一份的能量等于每一份的能量等于 h h ，其中，其中是輻射電磁是輻射電磁波的頻率，實(shí)驗(yàn)測(cè)得波的頻率，實(shí)驗(yàn)測(cè)得 h = 6.63h = 6.6310 1

4、0 34 34 jsjs ( (普朗克常量）普朗克常量）量子假說(shuō)的意義：量子假說(shuō)的意義：由這個(gè)假說(shuō)出發(fā)，可以非由這個(gè)假說(shuō)出發(fā)，可以非常合理地解釋某些電磁波的輻射和吸收的實(shí)常合理地解釋某些電磁波的輻射和吸收的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。驗(yàn)現(xiàn)象。 能量量子假說(shuō)宏觀世界物理量的取值往往是連續(xù)的，如宏觀世界物理量的取值往往是連續(xù)的，如質(zhì)量、動(dòng)能、動(dòng)量等，都可以取從質(zhì)量、動(dòng)能、動(dòng)量等，都可以取從0 0到到之間的任意值。而在微觀世界，物理量的之間的任意值。而在微觀世界，物理量的取值往往是不連續(xù)的，如氫原子中電子的取值往往是不連續(xù)的，如氫原子中電子的能量，只可取能量，只可取-13.6ev, -3.4ev, -1.5ev-13

5、.6ev, -3.4ev, -1.5ev。這種現(xiàn)象稱(chēng)為這種現(xiàn)象稱(chēng)為量子化現(xiàn)象量子化現(xiàn)象。受到普朗克的啟發(fā)，愛(ài)因斯坦于受到普朗克的啟發(fā)，愛(ài)因斯坦于19051905年提出：年提出：在在空間傳播的光也不是連續(xù)的，是以光速空間傳播的光也不是連續(xù)的，是以光速C C 運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)的粒子（稱(chēng)為光子）流，是一份一份的，每一份叫粒子（稱(chēng)為光子）流，是一份一份的，每一份叫做一個(gè)光子。做一個(gè)光子。一個(gè)光子的能量為一個(gè)光子的能量為 E = hE = h，式中的式中的h = 6.63h = 6.631010-34-34jsjs ( (普朗克常量普朗克常量) )。這個(gè)學(xué)說(shuō)后來(lái)叫這個(gè)學(xué)說(shuō)后來(lái)叫光子假說(shuō)。光子假說(shuō)。光子假說(shuō)按光

6、子假說(shuō)，光電效應(yīng)中發(fā)出的光電子，是由按光子假說(shuō)，光電效應(yīng)中發(fā)出的光電子，是由入射光子與金屬中電子碰撞后打出來(lái)的。入射光子與金屬中電子碰撞后打出來(lái)的。由于離子的束縛，電子只有吸收一定的能量，由于離子的束縛，電子只有吸收一定的能量，才能從物體內(nèi)部逃脫，成為光電子。即：必須才能從物體內(nèi)部逃脫，成為光電子。即：必須對(duì)內(nèi)部電子做功，電子才能脫離離子的束縛而對(duì)內(nèi)部電子做功，電子才能脫離離子的束縛而逸出表面，這個(gè)功稱(chēng)為物體的逸出表面，這個(gè)功稱(chēng)為物體的逸出功逸出功，用，用W W表表示。電子逃逸出來(lái)后，可能還有一定的動(dòng)能，示。電子逃逸出來(lái)后，可能還有一定的動(dòng)能，根據(jù)能量守恒定律，入射光子的能量等于出射根據(jù)能量守

7、恒定律，入射光子的能量等于出射光電子的最大初始動(dòng)能與逸出功之和，即：光電子的最大初始動(dòng)能與逸出功之和，即：光電效應(yīng)方程wmvh2max21光電效應(yīng)方程光電效應(yīng)方程方程中的方程中的Ek時(shí)光電子的時(shí)光電子的最大初動(dòng)能最大初動(dòng)能，就某個(gè)光電子，就某個(gè)光電子而言，其離開(kāi)金屬時(shí)動(dòng)能大小可以是而言，其離開(kāi)金屬時(shí)動(dòng)能大小可以是0Ek范圍內(nèi)的范圍內(nèi)的任何值任何值光電效應(yīng)方程符合能量守恒定律光電效應(yīng)方程符合能量守恒定律光電效應(yīng)方程包含了產(chǎn)生光電效應(yīng)的條件光電效應(yīng)方程包含了產(chǎn)生光電效應(yīng)的條件Whmvm221理解幾個(gè)物理量逸出功逸出功W W逸逸：金屬表面的電子直接從金屬金屬表面的電子直接從金屬表面飛出時(shí)克服原子核的

8、引力束縛所做的表面飛出時(shí)克服原子核的引力束縛所做的功，叫做這種金屬的逸出功。功，叫做這種金屬的逸出功。最大初動(dòng)能最大初動(dòng)能E Ek k：直接從金屬表面飛出的光直接從金屬表面飛出的光電子具有的動(dòng)能最大。電子具有的動(dòng)能最大。愛(ài)因斯坦對(duì)光電效應(yīng)的解釋對(duì)極限頻率的理解：對(duì)極限頻率的理解：從光電效應(yīng)方程中，當(dāng)從光電效應(yīng)方程中，當(dāng)初動(dòng)能為零時(shí)，可得到極限頻率：初動(dòng)能為零時(shí)，可得到極限頻率：Wh0=wmvh2max21光電效應(yīng)方程光電效應(yīng)方程 也就是說(shuō)也就是說(shuō),只有當(dāng)光子的能量只有當(dāng)光子的能量h W逸逸時(shí)時(shí),最大最大初動(dòng)能初動(dòng)能Ek 0愛(ài)因斯坦對(duì)光電效應(yīng)的解釋愛(ài)因斯坦對(duì)光電效應(yīng)的解釋wmvh2max21光電

9、效應(yīng)方程光電效應(yīng)方程對(duì)最大初動(dòng)能的理解：對(duì)最大初動(dòng)能的理解：從方程可以變形得到從方程可以變形得到, ,光光電子最大初動(dòng)能和照射光的頻率成線性關(guān)系電子最大初動(dòng)能和照射光的頻率成線性關(guān)系: :oo例題例題1 1、入射光照到某金屬表面上發(fā)生光電效應(yīng)，、入射光照到某金屬表面上發(fā)生光電效應(yīng)，若入射光的強(qiáng)度減弱，而頻率保持不變。下若入射光的強(qiáng)度減弱，而頻率保持不變。下列說(shuō)法正確的是：列說(shuō)法正確的是：( )( ) A A逸出的光電子的最大初動(dòng)能減少；逸出的光電子的最大初動(dòng)能減少； B B單位時(shí)間內(nèi)從金屬表面逸出的光電單位時(shí)間內(nèi)從金屬表面逸出的光電子數(shù)目減少；子數(shù)目減少； C C從光照至金屬表面到發(fā)射出光電子

10、從光照至金屬表面到發(fā)射出光電子之間的時(shí)間間隔將增加；之間的時(shí)間間隔將增加； D D不發(fā)生光電效應(yīng)。不發(fā)生光電效應(yīng)。 B練習(xí)1 1、紅、橙、黃、綠四種單色光中，光子的能、紅、橙、黃、綠四種單色光中，光子的能量最小的是（量最小的是（ ）A A、紅光、紅光 B B、橙光、橙光 C C、黃光、黃光 D D、綠、綠光光A2 2、某單色光照射某金屬時(shí)不能發(fā)生光電效、某單色光照射某金屬時(shí)不能發(fā)生光電效應(yīng)，則下述措施中可能使該金屬產(chǎn)生光應(yīng)，則下述措施中可能使該金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)的是（電效應(yīng)的是（ ）A A、延長(zhǎng)光照時(shí)間、延長(zhǎng)光照時(shí)間B B、增強(qiáng)光的強(qiáng)度、增強(qiáng)光的強(qiáng)度C C、換用波長(zhǎng)較短的光照射、換用波長(zhǎng)較短的光

11、照射D D、換用頻率較低的光照射、換用頻率較低的光照射C3 3、光電效應(yīng)的四條規(guī)律中，經(jīng)典的電磁理論、光電效應(yīng)的四條規(guī)律中，經(jīng)典的電磁理論不能解釋的有（不能解釋的有（ ）A A、入射光的頻率必須大于被照射的金屬的極、入射光的頻率必須大于被照射的金屬的極限頻率才能產(chǎn)生光電效應(yīng)限頻率才能產(chǎn)生光電效應(yīng)B B、光電子的最大初動(dòng)能與入射光強(qiáng)度無(wú)關(guān)，、光電子的最大初動(dòng)能與入射光強(qiáng)度無(wú)關(guān)，只隨入射光頻率的增大而增加只隨入射光頻率的增大而增加C C、入射光照到金屬上時(shí)，光電子的發(fā)出幾乎、入射光照到金屬上時(shí)，光電子的發(fā)出幾乎是瞬時(shí)的是瞬時(shí)的D D、當(dāng)入射光頻率大于金屬的極限頻率時(shí)，光、當(dāng)入射光頻率大于金屬的極限

12、頻率時(shí)，光電流強(qiáng)度與入射光強(qiáng)度成正比電流強(qiáng)度與入射光強(qiáng)度成正比ABC4 4用綠光照射一光電管，能產(chǎn)生光電效應(yīng)。用綠光照射一光電管，能產(chǎn)生光電效應(yīng)。欲使光電子從陰極逸出時(shí)的最大初動(dòng)能增大，欲使光電子從陰極逸出時(shí)的最大初動(dòng)能增大，應(yīng)（應(yīng)（ ） A A改用紅光照射；改用紅光照射； B B增大綠光的強(qiáng)度增大綠光的強(qiáng)度 C C增大光電管上的加速電壓增大光電管上的加速電壓 D D改用紫光照射改用紫光照射D5 5、在演示光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中，原來(lái)不帶電的一塊鋅板、在演示光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中，原來(lái)不帶電的一塊鋅板與靈敏驗(yàn)電器相連。用弧光燈照射鋅板時(shí)，驗(yàn)電器的與靈敏驗(yàn)電器相連。用弧光燈照射鋅板時(shí)，驗(yàn)電器的指針就張開(kāi)一個(gè)角度：如圖所示，這時(shí)（指針就張開(kāi)一個(gè)角度：如圖所示，這時(shí)（ ） A A、鋅板帶正電，指針帶負(fù)電、鋅板帶正電，指針帶負(fù)電 B B、鋅板帶正電，指針帶正電、鋅板帶正電，