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1、成才之路 物理 路漫漫其修远兮 吾将上下而求索 人教版 选修3-5 波粒二象性 第十七章 第一节 能量量子化 第二节 光的粒子性 第十七章 学习目标定位1 课堂情景切入2 知识自主梳理3 重点难点突破4 考点题型设计5 课 时 作 业7 易错案例剖析6 学习目标定位 认识黑体和黑体辐射的概念 理解能量子的概念，掌握计算能量子的方法 知道光电效应的实验规律 掌握爱因斯坦的光电效应方程 了解康普顿效应及光子的动量 课堂情景切入 如图所示，把一块锌板连接在验电器上，用紫外线灯照射锌板，观察到验电器的指针发生了变化，这说明锌板带了 电。你知道锌板是怎样带上电的吗？ 知识自主梳理 1 热辐热辐 射 (1
2、)定义：我们周围的一切物体都在辐射_，这种辐射与物体的_ 有关，所以叫热辐射。 (2)特征：热辐射强度按波长的分布情况随物体的_而有所不同。 黑体与黑体辐辐射 电磁波 温度 温度 2 黑体 (1)定义：如果某种物体在任何温度下能够完全吸收入射的 _而不发生反射，这种物体就是绝对黑体，简称黑体。 (2)黑体辐射的特征：黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的_有关。 各种波长的电磁波 温度 3 黑体辐辐射的实验规实验规 律 黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的 _有关，如图所示。 (1)随着温度的升高，各种波长的辐射强度都 _； (2)随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长 _的方向移动
3、。 温度 增加 较短 1 定义义 普朗克认为，带电微粒的能量只能是某一最小能量值的 _，当带电微粒辐射或吸收能量时 ，也是以这个最小能量值为单位_地辐射或吸收的，这个不可再分的最小能量值叫做能量子。 能量子 整数倍 一份一份 2 能量子大小 h，其中是电磁波的频率，h称为_常量，h 6.62610 34Js( 一般取h 6.6310 34Js)。 3 能量的量子化 在微观世界中能量是_的，或者说微观粒子的能量是_的。 普朗克 量子化 分立 1 光电电效应应 照射到金属表面的光，能使金属中的_从表 面逸出的现象。如图所示。 2 光电电子 光电效应中发射出来的_。 光电电效应应 电子 电子 3 光
4、电电效应应的实验规实验规 律 (1)存在着饱和光电流：在光的颜色不变的情况下，入射光越强，_电流越大。这表明对于一定 颜色的光，入射光越强，单位时间内发射的_越多。 (2)存在着遏止电压和截止频率：光电子的最大初动能与入射光的_有关，而与入射光的 _无关，当入射光的频率低于_时不能发生光电效应。 (3)光电效应具有瞬时性：光电效应几乎是_发生的，从光照射到产生光电流的时间不超过 _ s。 饱和 光电子数 频率 强弱 截止频率 瞬时 10 9 1 光子 光不仅在发射和吸收时能量是_的，而且光本身就是由一个个不可分割的 _组成的，频率为的光的能量子为h， h为普朗克常量。这些能量子后来被称为光子。
5、 2 爱爱因斯坦光电电效应应方程 在光电效应中，金属中的电子吸收一个光子获得的能量是_，这些能量的一 部分用来克服金属的 _ W0，剩下的表现为逸出后电子的初动能Ek，即 h _或 Ek _ 爱爱因斯坦的光电电效应应方程 一份一份 能量子 h 逸出功 Ek W0 h W0 1 光的散射 光在介质中与_相互作用，因而传播方向发生改变，这种现象叫做光的散射。 2 康普顿顿效应应 美国物理学家康普顿在研究石墨对X射线的散射时，发现在散射的X射线中，除了与入射波长0相同的成分外， 还有_的成分，这个现象称为康普顿效应。 康普顿顿效应应 物质微粒 波长大于0 1 表达式 p _ 2 说说明 在康普顿效应
6、中，入射光子与晶体中电子碰撞时，把一部分动量转移给_，光子的动量 _，因此，有些光子散射后波长变_。 光子的动动量 电子 变小 长 重点难点突破 2 一般物体与黑体的比较较 热辐射特点吸收、反射特点 一般 物体 辐射电磁波的情况与温度有关，与材料的种类及 表面状况有关 既吸收，又反射，其能力与材料的种类及入射光 波长等因素有关 黑体 辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度 有关 完全吸收各种入射电磁波，不反射 特别别提醒： (1)热辐射不一定要高温，任何温度的物体都发出一定的热辐射，只是温度低时辐射弱，温度高时辐射强。 (2)黑体是一个理想化的物理模型，实际不存在。 (3)黑体看上去不是一
7、定是黑的，只有当自身辐射的可见光非常微弱时看上去才是黑的；有些可看作黑体的物体由 于有较强的辐射，看起来还会很明亮，例如：炼钢炉口上的小孔。一些发光的物体(如太阳、白炽灯灯丝)也被看作黑体来处 理。 答案：根据热辐射规律可知，人的体温的高低，直接决定了这个人辐射的红外线的频率和强度。通过监测被 测者辐射的红外线的情况就知道这个人的体温。 二、能量量子化 1 能量子 物体热辐射所发出的电磁波是通过内部的带电谐振子向外辐射的，谐振子的能量是不连续的，只能是h的整数倍 ， h称为一个能量量子，其中是谐振子的振动频率，h是一个常数，称为普朗克常量。 2 普朗克常量 h 6.6310 34Js 3 意义
8、义 可以非常合理地解释某些电磁波的辐射和吸收的实验现象。 4 量子化现现象 在微观世界中物理量分立取值的现象称为量子化现象。 5 量子化假设设的意义义 普朗克的能量子假设，使人类对微观世界的本质有了全新的认识，对现代物理学的发展产生了革命性的影响。普朗 克常量h是自然界中最基本的常量之一，它体现了微观世界的基本特征。 答案：人的个数，自然数，汽车等。 三、光电电效应应中几个易混淆的概念 1 光子与光电电子 光子指光在空间传播时的每一份能量，光子不带电，光电子是金属表面受到光照射时发射出来的电子，其本质是电 子，光子是光电效应的因，光电子是果。 2 光电电子的动动能与光电电子的最大初动动能 光照
9、射到金属表面时， 光子的能量全部被电子吸收，电子吸收光子的能量，可能向各个方向运动，需克服原子核和 其他原子的阻碍而损失一部分能量，剩余部分为光电子的初动能；只有金属表面的电子直接向外飞出时，只需克服原子核的 引力做功，才具有最大初动能。光电子的初动能小于等于光电子的最大初动能。 3 光子的能量与入射光的强度 光子的能量即每个光子的能量，其值为E h(为光子的频率)，其大小由光的频率决定。入射光的强度指单 位时间内照射到金属表面单位面积上的总能量；入射光的强度等于单位时间内光子能量与入射光子数的乘积。 4 光电电流和饱饱和光电电流 金属板飞出的光电子到达阳极，回路中便产生光电流，随着所加正向电
10、压的增大，光电流趋于一个饱和值，这个饱 和值是饱和光电流，在一定的光照条件下，饱和光电流与所加电压大小无关。 特别别提醒： (1)光电效应的实质是光现象转化为电现象。 (2)发生光电效应时，饱和光电流与入射光的强度有关，要明确不同频率的光、不同金属与光电流的对应关系。 四、对对光电电效应应方程的理解 1 光电电子的动动能 方程Ek h W0中，Ek为光电子的最大初动能，就某个光电子而言，其离开金属时的动能大小可以是零 到最大值范围内的任何数值。 2 方程实质实质 方程Ek h W0实质上是能量守恒方程。 特别别提醒： (1)逸出功和截止频率均由金属本身决定，与其他因素无关。 (2)光电子的最大
11、初动能随入射光频率的增大而增大，但不是正比关系。 (1)当变阻器的滑片P向 _滑动时(填 “左 ”或 “右 ”)，通过电流表的电流将会减小。 (2)由乙图I U图象可知光电子的最大初动能为_。 (3)如果不改变入射光的频率，而减小入射光的强度，则光电子的最大初动能_(填 “增加” 、 “减小”或 “不变”)。 答案：(1)右 (2)2eV或 3.210 19J (3)不变 解析：(1)将滑片P向右滑动时动时 ，反向电压电压 增大，通过电过电 流表的电电流会减小。 (2)由乙图图可知截止电压为电压为 2V，所以光电电子的最大初动动能 Ekm2eV。 (3)光电电子的最大初动动能与入射光的强度无关
12、。 五、康普顿顿效应应 1 光子说对说对 康普顿顿效应应的解释释 (1)假定X射线光子与电子发生弹性碰撞。光子和电子相碰撞时，光子有一部分能量传给电子，散射光子的能量 减少，于是散射光的波长大于入射光的波长。 (2)康普顿效应进一步揭示了光的粒子性，也再次证明了爱因斯坦光子说的正确性。 2 光电电效应应与康普顿顿效应应的对对比 (1)光电效应与康普顿效应都说明了光具有粒子性。 (2)波长较短的X射线或射线产生康普顿效应，波长较长的可见光或紫外光产生光电效应。 答案：1 变长 解析：因光子与电电子的碰撞过过程动动量守恒，所以碰撞之 后光子和电电子的总动总动 量的方向与光子碰前动动量的方向一致，
13、可见见碰后光子运动动的方向可能沿1方向，不可能沿2或3方向； 通过过碰撞，光子将一部分能量转转移给电给电 子，能量减少，由E h知，频频率变变小，再根据c知，波长变长长变长 。 考点题型设计 黑体与黑体辐辐射 解析：黑体自身辐辐射电电磁波，不一定是黑的，A错误错误 。黑 体辐辐射电电磁波的强度按波长长的分布只与黑体的温度有关，B错错 误误，C正确。小孔只吸收电电磁波，不反射电电磁波，因此小孔成 了一个黑体，而不是空腔，D错误错误 。 答案：C 点评评：黑体完全吸收电电磁波而不反射，同时时其本身也辐辐 射电电磁波；黑体辐辐射电电磁波的强度按波长长的分布只与温度有 关，与其他因素无关。 A向外辐射
14、同一波长的电磁波的辐射强度相同 B辐射强度的极大值随温度升高而向短波方向移动 C向外辐射的电磁波的总能量随温度升高而减小 D向外辐射的电磁波的波长范围是相同的 答案：BD 解析：从图图中可以看出，温度越高，向外辐辐射同一波长长 的电电磁波的辐辐射强度越大，故A错误错误 ；从图图中可以看出，辐辐 射强度的极大值值随温度升高而向短波方向移动动，故B正确；从 图图中可以看出，向外辐辐射的电电磁波的总总能量随温度升高而增 强，故C错误错误 ；从图图中可以看出，黑体可以辐辐射出任何频频率的 电电磁波，故向外辐辐射的电电磁波的波长长范围围是相同的，故D正确 ；故选选B、D。 普朗克能量子假说说 答案：3.
15、1410 19J 5.731016个 点评评：求解本题题的关键键有两点：一是能根据已知条件求 得每一个光子的能量，另外必须须明确激光器发发射的能量由这这些 光子能量的总总和组组成。 答案：C 解析：红红、黄、绿绿、蓝蓝四种单单色光的频频率依次增大，光 从真空进进入介质质，频频率不变变，B错错。由色散现现象，同一介质质 对频对频 率大的光有大的折射率，A错错。频频率大的光在真空中和介 质质中的波长长都小，蓝蓝光的波长长最短，C正确。频频率大，光子能 量大，D错错。 光电电效应规应规 律 答案：ABD 答案：D 易错案例剖析 易错错分析：对黑体的概念理解不准确，认为黑体就是不发光的物体。黑体因为对入射的电磁波 不发生反射，所以看上去一定是黑色的。 正确解答：黑体是指完全吸收入射的电磁波而不发生反射，而黑体本身可以有较强的辐射，看上去并不 是黑色的，还会很
