1能量量子化2光的粒子性

1、能量量子化2光的粒子性知識脈絡學習目標1 .了解什么是熱輻射及熱輻射的特性，了解黑體與黑體輻射.（重點）2 .了解黑體輻射的實驗規(guī)律，了解黑體輻射的強度與波長的關系.（重點）3 .知道光電效應中極限頻率的概念及其與光的電磁理論的矛盾.4 .知道光子說及其對光電效應的解釋.（重點）5.掌握愛因斯坦光電效應方程并會用它來解決簡單問題.（難點）+黑麻與黑怵輻射莖量量干電考屏黑體福射現(xiàn)象I光的粒子性“耽正的大網(wǎng)一酢堂的量子匚1能量于光電效應T菽另一國電效應中發(fā)射出的礪|T光勒啦規(guī)律愛因斯坦的光子說*|內容1TL佻子加“光電效應方程1，康普頓效應和光子的動量對光電效應規(guī)律的解釋先填空1.黑體與黑體輻射（

2、1）熱輻射我們周圍的一切物體都在輻射電磁波.這種輻射與物體的溫度有關、所以叫做熱輻射.物體熱輻射中隨溫度的升高，輻射的較短波長的電磁波的成分越來越強.黑體某種物體能夠完余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.(3)黑體輻射的實驗規(guī)律一般材料的物體，輻射電磁波的情況，除與溫度有關外,還與材料的種類及表面狀況有關.黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體的溫度隨著溫度的升高，一方面，各種波長的輻射強度都有增加一另一方面，輻射強度的極大值向波_長較短的方向移動.(4)維恩和瑞利的理論解釋建立理論的基礎：依據(jù)熱學和電磁學的知識尋求黑體輻射的理論解釋.維恩公式：在短波區(qū)

3、與實驗非常接近,在長波區(qū)則與實驗偏離很大.瑞利公式：在長波區(qū)與實驗基本一致,但在短波區(qū)與實驗嚴重不符,由理論得出的荒謬結果被稱為“紫外災難”.2.能量子(1)普朗克的假設振動著的帶電微粒能量只能是某一最小能量值8的整數(shù)倍.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e叫做能量子.(2)能量子公式hM其中v是電磁波的頻率，h稱為普朗克常量.h=6.626X10-34Js：(一股取h=6.63X1034Js)(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.(4)普朗克理論借助于能量子的假說，普朗克得出了黑體輻射的強度按波長分布的公

4、式,與實驗符合之好令人擊掌叫絕.普朗克在1900年把能量子列入物理學，正確地破除了“能量連續(xù)變化”的傳統(tǒng)觀念，成為新物理學思想的基石之一.再判斷1 .能吸收各種電磁波而不反射電磁波的物體叫黑體.(，)2 .溫度越高，黑體輻射電磁波的強度越大.（，）3 .微觀粒子的能量只能是能量子的整數(shù)倍.（，）4 .能量子的能量不是任意的，具大小與電磁波的頻率成正比.（，）5 .光滑水平桌面上勻速運動的小球的動能也是量子化的.（X）后思考1 .黑體是指黑顏色的物體嗎？【提示】黑體不是指黑顏色的物體，是指能完全吸收電磁波的物體.2 .為了得出同實驗相符的黑體輻射公式，普朗克提出了什么樣的觀點？【提示】普朗克提出

5、了量子化的觀點.量子化是微觀世界的基本特點，其所有的變化都是不連續(xù)的.合作探討探討1:熱輻射一定在高溫下才能發(fā)生嗎？【提示】熱輻射不一定需要高溫，任何溫度的物體都能發(fā)出一定的熱輻射，如任何物體都在不停地向外輻射紅外線，這就是一種熱輻射，即使是冰塊，也在向外輻射紅外線，只是溫度低時輻射弱，溫度高時輻射強.探討2:黑體不存在，為什么還研究黑體？【提示】黑體是一個理想化的物理模型.通過建立這樣一個模型，會給研究帶來方便.核心點擊圖17-1-11 .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代替.如圖17-1-1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表面會發(fā)

6、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.2 .一般物體與黑體的比較熱輻射特點吸收、反射特點一M物輻射電磁波的情況與溫度有關，既吸收又反射，其能力與材料的種體與材料的種類及表面狀況有美類及入射波長等因素有美黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體的溫度后關完全吸收各種入射電磁波，不反射3.黑體輻射的實驗規(guī)律(1)溫度一定時，黑體輻射強度隨波長的分布有一個極大值.(2)隨著溫度的升高各種波長的輻射強度都有增加；輻射強度的極大值向波長較短的方向移動.如圖17-1-2所示.圖17-1-24.普朗克的量子化假設的意義(1)普朗克的能量子假設，使人類對微觀世界的本質有了全新的認識

7、，對現(xiàn)代物理學的發(fā)展產生了革命性的影響.成為物理學發(fā)展史上一個重大轉折點.(2)普朗克常量h是自然界最基本的常量之一，它體現(xiàn)了微觀世界的基本特征.1 .(多選)黑體輻射的實驗規(guī)律如圖17-1-3所示，由圖可知()圖17-1-3A.隨溫度升高，各種波長的輻射強度都增加B.隨溫度降低，各種波長的輻射強度都增加C.隨溫度升高，輻射強度的極大值向波長較短的方向移動D.隨溫度降低，輻射強度的極大值向波長較長的方向移動【解析】由圖可知，隨溫度升高，各種波長的輻射強度都增加，且輻射強度的極大值向波長較短的方向移動，當溫度降低時，上述變化都將反過來，故A、C、D正確，B錯誤.【答案】ACD2.(多選)下列敘述

8、正確的是()A. 一切物體都在輻射電磁波B. 一般物體輻射電磁波的情況只與溫度有關C. 一般物體輻射電磁波的情況只與材料有關D.黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體溫度有關【解析】根據(jù)熱輻射定義知A對；根據(jù)熱輻射和黑體輻射的特點知一般物體輻射電磁波的情況除與溫度有關外，還與材料種類和表面狀況有關，而黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體溫度有關，B、C錯、D對.【答案】AD電磁波的輻射和吸收(1)比較輻射、吸收首先要分清是黑體還是一般物體.(2)隨著溫度的升高，黑體輻射強度的極大值向波長較短的方向移動.(3)能量子假說的意義：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)象.r知識點先

9、填空1 .光電效應定義照射到金屬表面的光，能使金屬中的電壬叢表面逸出的現(xiàn)象.2 .光電子光電效應中發(fā)射出來的電子.3 .光電效應的實驗規(guī)律(1)存在著飽和電流.入射光強度一定，單位時間內陰極K發(fā)射的光電子數(shù)一定.入射光越強、飽和電流越大.表明入射光越強、單位時間內發(fā)射的光電子數(shù)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初速度.對于一定顏色(頻率)的光，無論光的強弱如何,遏止電壓都是一樣的,即光電子的能量只與入射光的頻率有關.當入射光的頻率低于截上頻率時.不論光多么強，光電效應都不會發(fā)生.(3)光電效應具有瞬時性.光電效應幾乎是瞬時的,無論入射光怎么微弱，時間都不

10、超過10s.4 .逸出功使電子脫離某種金屬所做功的最小值，叫做這種金屬的逸出功，用Wo表示,不同金屬的逸出功不同.再判斷1 .任何頻率的光照射到金屬表面都可以發(fā)生光電效應.（X）2 .金屬表面是否發(fā)生光電效應與入射光的強弱有關.（X）3 .在發(fā)生光電效應的條件下，入射光強度越大，飽和光電流越大.（，）后思考1 .發(fā)生光電效應一定要用不可見光嗎？【提示】不一定.發(fā)生光電效應的照射光，可以是可見光，也可以是不可見光，只要入射光的頻率大于極限頻率就可以了.2 .在光電效應中，只要光強足夠大，就能發(fā)生光電效應嗎？【提示】不能.能不能發(fā)生光電效應由入射光的頻率決定，與入射光的強度無關.合作探討如圖圖17

11、-1-4甲是研究光電效應現(xiàn)象的裝置圖，圖乙是研究光電效應的電路圖，請結合裝置圖及產生的現(xiàn)象回答下列問題：甲乙圖17-1-4探討1:在甲圖中發(fā)現(xiàn)，利用紫光照射鋅板無論光的強度如何變化，驗電器都有張角，而用紅光照射鋅板，無論光的強度如何變化，驗電器總無張角，這說明了什么？【提示】金屬能否發(fā)生光電效應，決定于入射光的頻率，與入射光的強度無關.探討2:在乙圖中在光電管兩端加正向電壓，用一定強度的光照射時，若增加電壓，電流表示數(shù)不變，而光強增加時，保持所加電壓不變，電流表示數(shù)會增大，這說明了什么？【提示】發(fā)生光電效應時，飛出的光電子個數(shù)只與光的強度有關.探討3:在乙圖中若加反向電壓，當光強增大時，遏止電

12、壓不變，而入射光的頻率增加時，遏止電壓卻增加，這一現(xiàn)象說明了什么？【提示】光電子的能量與入射光頻率有關，與光的強度無關.核心點擊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，其本質是電子，光子是光電效應的因，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，光子的能量全部被電子吸收，電子吸收了光子的能量，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或等于光電子的最大初動能

13、.3 .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-hv為光子的頻率），其大小由光的頻率決定.入射光的強度指單位時間內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光子能量與入射光子數(shù)的乘積.4 .光電流與飽和光電流金屬板飛出的光電子到達陽極，回路中便產生光電流，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.5 .光的強度與飽和光電流飽和光電流與入射光強度成正比的規(guī)律是對頻率相同的光照射金屬產生光電效應而言的，對于不同頻率的光，由于每個光子的能量不同，飽和光電流與入射光強度之間沒有簡單的正比

14、關系.3.侈選）如圖17-1-5所示，用弧光燈照射鋅板，驗電器指針張開一個角度，則下列說法中正確的是（）圖17-1-5A.用紫外線照射鋅板，驗電器指針會發(fā)生偏轉B.用紅光照射鋅板，驗電器指針會發(fā)生偏轉C.鋅板帶的是負電荷D.鋅板帶的是正電荷【解析】將擦得很亮的鋅板與驗電器連接，用弧光燈照射鋅板（弧光燈發(fā)出紫外線），驗電器指針張開一個角度，說明鋅板帶了電，進一步研究表明鋅板帶正電這說明在紫外線的照射下，鋅板中有一部分自由電子從表面飛出，鋅板帶正電，選項A、D正確紅光不能使鋅板發(fā)生光電效應，B錯誤【答案】AD4（多選）對光電效應的理解正確的是（）A.金屬鈉的每個電子可以吸收一個或一個以上的光子，當

15、它積累的動能足夠大時，就能逸出金屬B.在光電效應中，一個電子只能吸收一個光子C.如果入射光子的能量小于金屬表面的電子克服原子核的引力而逸出時所需做的最小功，便不能發(fā)生光電效應D.發(fā)生光電效應時，入射光越強，光子的能量就越大，光電子的最大初動能就越大【解析】按照愛因斯坦的光子說，光子的能量由光的頻率決定，與光強無關，入射光的頻率越大，發(fā)生光電效應時產生的光電子的最大初動能越大；但要使電子離開金屬，電子必須具有足夠的動能，而電子增加的動能只能來源于照射光的光子能量，且一個電子只能吸收一個光子，不能同時吸收多個光子，所以光子的能量小于某一數(shù)值時便不能產生光電效應現(xiàn)象；電子從金屬逸出時只有從金屬表面向

16、外逸出的電子克服原子核的引力所做的功最小綜上所述，選項B、C正確【答案】BC5.利用光電管研究光電效應實驗如圖17-1-6所示，用頻率為v的可見光照射陰極K,電流表中有電流通過，則()圖17-1-6A.用紫外線照射，電流表一定有電流通過B.用紅光照射，電流表一定無電流通過C.用紅外線照射，電流表一定無電流通過D.用頻率為v的可見光照射K,當滑動變阻器的滑動觸頭移到A端時，電流表中一定無電流通過【解析】因紫外線的頻率比可見光的頻率高，所以用紫外線照射時，電流表中一定有電流通過，選項A正確.因不知陰極K的截止頻率，所以用紅光或紅外線照射時，也可能發(fā)生光電效應，所以選項B、C錯誤.即使Uak=0,電

17、流表中也可能有電流通過，所以選項D錯誤.【答案】A關于光電效應的兩點提醒(1)發(fā)生光電效應時需滿足：照射光的頻率大于金屬的極限頻率，即v>2或光子的能量AW0.光電子的最大初動能只與照射光的頻率及金屬的逸出功有關，而與照射光的強弱無關，強度大小決定了逸出光電子的數(shù)目多少.r知1識點1先填空1 .光子說(1)內容光不僅在發(fā)射和吸收時能量是一份一份的,而且光本身就是由一個個不可分割的能量子組成的.頻率為丫的光的能量子為hiv,這些能量子稱為光子.(2)光子能量公式為hv,其中v指光的頻率.2 .光電效應方程對光電效應的說明在光電效應中，金屬中的電子吸收一個光子獲得的能量是hiv,其中一部分用

18、來克服金屬的逸出功W0,另一部分為光電子的初動能Ek.(2)光電效應方程Ek=hvW3.對光電效應規(guī)律的解釋(1)光電子的最大初動能與入射光頻率有關,與光的強弱無關.只有當h包時，才有光電子逸出.(2)電子一次性吸收光子的全部能量,不需要積累能量的時間.(3)對于同種顏色的光，光較強時，包含的光子數(shù)較多,照射金屬時產生的光電子較多,因而飽和電流較大.再判斷1. “光子”就是“光電子”的簡稱.(X)2 .不同的金屬逸出功不同，因此金屬對應的截止頻率也不同.(，)3 .入射光若能使某金屬發(fā)生光電效應，則入射光的強度越大，照射出的光電子越多.(，)后思考1 .不同頻率的光照射到同一金屬表面發(fā)生光電效

19、應時，光電子的初動能是否相同？【提示】由于同一金屬的逸出功相同，而不同頻率的光的光子能量不同，由光電效應方程可知，發(fā)生光電效應時，逸出的光電子的初動能是不同的.2 .光電子的最大初動能與入射光的頻率成正比嗎？【提示】不成正比.光電子的最大初動能隨入射光頻率的增大而增大，但不是正比關系.合作探討如圖17-1-7所示，為研究光電效應規(guī)律的電路.圖17-1-7探討1:閉合開關S后，滑動變阻器滑動頭逐漸向右滑動的過程中，電壓表和電流表的示數(shù)如何變化？【提示】電壓表示數(shù)增大，電流表的示數(shù)若沒有達到飽和光電流則增大，若達到飽和光電流，則不發(fā)生變化.探討2:閉合開關S后，若保持入射光的頻率不變，光強度增大，

20、則電流表示數(shù)如何變化？【提示】增大.探討3:閉合開關S后，若保持入射光的強度不變，光的頻率增大，則電流表示數(shù)如何變化？【提示】減小.核心點擊1.光電效應方程Ek=hvW0的理解(1)式中的Ek是光電子的最大初動能，就某個光電子而言，其離開金屬時剩余動能大小可以是0Ek范圍內的任何數(shù)值.(2)光電效應方程實質上是能量守恒方程：能量為E=hv的光子被電子所吸收，電子把這些能量的一部分用來克服金屬表面對它的吸引，另一部分就是電子離開金屬表面時的動能.如果克服吸引力做功最少為W0,則電子離開金屬表面時動能最大為Ek,根據(jù)能量守恒定律可知：Ek=hLW(3)光電效應方程包含了產生光電效應的條件：若發(fā)生光

21、電效應，則光電子的最大初動能必須大于零，即Ek=hvWd>0亦即hv>Wo,»皆=論，而論h=W0恰好是光電效應的截止頻率.h(4)Ekm-V曲線：如圖17-1-8所小是光電子最大初動能Ekm隨入射光頻率V的變化曲線.這里，橫軸上的截距是截止頻率或極限頻率；縱軸上的截距是逸出功的負值；斜率為普朗克常量.圖17-1-82.光電效應規(guī)律中的兩條線索、兩個關系(1)兩條線索：（2）兩個關系：光強一光子數(shù)目多一發(fā)射光電子多一光電流大；光子頻率高一光子能量大一產生光電子的最大初動能大.6 .（多選）現(xiàn)用某一光電管進行光電效應實驗，當用某一頻率的光入射時，有光電流產生.下列說法正確的

22、是（）A.保持入射光的頻率不變，入射光的光強變大，飽和光電流變大B.入射光的頻率變高，飽和光電流變大C.入射光的頻率變高，光電子的最大初動能變大D.保持入射光的光強不變，不斷減小入射光的頻率，始終有光電流產生【解析】產生光電效應時，光的強度越大，單位時間內逸出的光電子數(shù)越多，飽和光電流越大，說法A正確.飽和光電流大小與入射光的頻率無關，說法B錯誤.光電子的最大初動能隨入射光頻率的增加而增加，與入射光的強度無關,說法C正確.減小入射光的頻率，如低于極限頻率，則不能發(fā)生光電效應，沒有光電流產生，說法D錯誤.【答案】AC7 .以往我們認識的光電效應是單光子光電效應，即一個電子在極短時間內只能吸收到一

23、個光子而從金屬表面逸出.強激光的出現(xiàn)豐富了人們對于光電效應的認識，用強激光照射金屬，由于其光子密度極大，一個電子在極短時間內吸收多個光子成為可能，從而形成多光子光電效應，這已被實驗證實.光電效應實驗裝置示意如圖17-1-9所示.用頻率為v的普通光源照射陰極K,沒有發(fā)生光電效應.換用同樣頻率丫的強激光照射陰極K,則發(fā)生了光電效應；此時，若加上反向電壓U,即將陰極K接電源正極，陽極A接電源負極，在K、A之間就形成了使光電子減速的電場.逐漸增大U,光電流會逐漸減??；當光電流恰好減小到零時，所加反向電壓U可能是（其中W為逸出功，h為普朗克常量,e為電子電荷量）（）圖17-1-9A.Uh_yWeeC.

24、U=2hLWD. U5hv_W2ee【解析】由題意知，一個電子吸收一個光子不能發(fā)生光電效應，換用同樣頻率為丫的強激光照射，則發(fā)生光電效應，即吸收的光子能量為nhv,n=2,3,4,.12則由光電效應萬程可知：nh尸W+2mv2(n=2,3,4,)1在減速電場中由動能止理得一eU=0-2mve、-nhvW、聯(lián)立得：U=-(n=2,3,4,),選項B正確.【答案】B8 .小明用金屬鋤為陰極的光電管，觀測光電效應現(xiàn)象，實驗裝置示意如圖17-1-10甲所示.已知普朗克常量h=6.63X1034Js.圖17-1-10(1)圖甲中電極A為光電管的(填“陰極”或“陽極”)；(2)實驗中測得鋤的遏止電壓Uc與

25、入射光頻率丫之間的關系如圖乙所示，則鋤的截止頻率Hz,逸出功W0=J;(3)如果實驗中入射光的頻率k7.00X1014Hz,則產生的光電子的最大初動能Ek_J.【解析】(1)在光電效應中，電子向A極運動，故電極A為光電管的陽極.(2)由題圖可知，鋤的截止頻率u為5.15X1014Hz,逸出功W0=hu=6.63X10-34X5.15X1014J=3.41X1019J.(3)當入射光的頻率為k7.00X1014Hz時，由Ek=hLhu得，光電子的最大初動能為Ek=6.63X10-34X(7.005.15)X1014J=1.23X10-19J.【答案】(1)陽極(2)5.15X1014(5.125

26、.18)X1014均視為正確3.41X1019(3.393.43)X1019均視為正確1.23X1019(1.211.25)X1019均視為正確利用光電效應規(guī)律解題應明確的兩點(1)光電流光電效應現(xiàn)象中光電流存在飽和值（對應從陰極發(fā)射出的電子全部被拉向陽極的狀態(tài)），光電流未達到飽和值之前，其大小不僅與入射光的強度有關，還與光電管兩極間的電壓有關，只有在光電流達到飽和值以后才和入射光的強度成正比.（2）兩個決定關系逸出功W0一定時，入射光的頻率決定著能否產生光電效應以及光電子的最大初動能.入射光的頻率一定時，入射光的強度決定著單位時間內發(fā)射出來的光電子知識點康普頓效應先填空1 .光的散射：光在介

27、質中與物質微粒相互作用，因而傳播方向發(fā)生改變的現(xiàn)象.2 .康普頓效應：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，除了與入射波長不相同的成分外，還有波長大于小的成分,這個現(xiàn)象稱為康普頓效應.3 .康普頓效應的意義：深入地揭示了光的粒子性的一面、表明光子除了具有能量之外還具有動量.4 .光子的動量：p=h,其中h為普朗克常量，入為光的波長.小再判斷1 .光子的動量與波長成反比.（，）2 .光子發(fā)生散射時，其動量大小發(fā)生變化，但光子的頻率不發(fā)生變化.（X）3.光子發(fā)生散射后，其波長變大.（，）后思考太陽光從小孔射入室內時，我們從側面可以看到這束光；白天的天空各處都是亮的；宇航員在太空中會發(fā)現(xiàn)盡管太陽光耀眼刺目，其他方向的天空卻是黑的，為什么？【提示】在地球上存在著大氣，太陽光經(jīng)微粒散射后傳向各個方向，而在太空中的真空環(huán)境下光不能散射只向前傳播.合作探討探討