《2012高二物理课件 17.1 能量量子化 17.2 光的粒子性 （人教版选修3-5）》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2012高二物理课件 17.1 能量量子化 17.2 光的粒子性 （人教版选修3-5）（70页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 一、正确理解光电效应中的五组概念 1.光子与光电子：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.光电子的动能与光电子的最大初动能：光照射到金属表面 时,光子的能量全部被电子吸收，电子吸收了光子的能量,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或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
2、(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.光电流和饱和光电流：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. 5.光的强度与饱和光电流：饱和光电流与入射光强度成正比 的规律是对频率相同的光照射金属产生光电效应而言的，对 于不同频率的光，由于每个光子的能量不同，饱和光电流与 入射光强度之间没有简单的正比关系. (1)光电效应的实质是光现象转化为电现象
3、. (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. 【典例1】(2010上海高考)根据爱因斯坦光子说，光子能量 等于(h为普朗克常量，c、为真空中的光速和波长)( ) 【解题指导】本题考查光子能量公式和光速公式，光子 的能量由频率决定，频率又和光速、波长有关系. 【标准解答】选A.光子的能量 所以光子的能量 【变式训练】一束绿光照射某金属发生了光电效应，则下列 说法正确的是( ) A.若增加绿光的照射强度，则逸出的光电子数增加 B.若增加绿光的照射强度，则逸出的光电子的最大初动能增 加 C.若改用紫光照射，则可能不会发生光电效应 D.若改
4、用紫光照射，则逸出的光电子的最大初动能增加 【解析】选A、D.光电效应的规律表明：入射光的频率决定是 否发生光电效应以及发生光电效应时逸出的光电子的最大初 动能的大小.当入射光的频率增加后，逸出的光电子的最大初 动能也增加，又紫光的频率高于绿光的频率.而增加光的照射 强度，会使单位时间内逸出的光电子数增加.故正确选项有A 、D. 【变式备选】下列关于光子的说法中，正确的是( ) A.在空间传播的光不是连续的，而是一份一份的，每一份叫做 一个光子 B.光子的能量由光强决定，光强大，每份光子的能量一定大 C.光子的能量由光频率决定，其能量与它的频率成正比 D.光子可以被电场加速 【解析】选A、C.
5、按照爱因斯坦的光子说，在空间传播的光不 是连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光子，光子的能 量E=h,与光的强度无关，故A、C正确，B错误；光子不带电 ，不能被电场加速，D错误. 二、全面理解光电效应方程及其规律 1.光电效应方程Ek=h-W0的理解 (1)式中的Ek是光电子的最大初动能，就某个光电子而言，其离 开金属时剩余动能大小可以是0Ek范围内的任何数值. (2)光电效应方程实质上是能量守恒方程. 能量为E=h的光子被电子所吸收，电子把这些能量的一部分用 来克服金属表面对它的吸引，另一部分就是电子离开金属表面 时的动能.如果克服吸引力做功最少为W0，则电子离开金属表面 时动能最大为E
6、k，根据能量守恒定律可知：Ek=h-W0. (3)光电效应方程包含了产生光电效应的条件. 若发生光电效应，则光电子的最大初动能必须大于零，即 Ek=h-W00，亦即hW0， 恰好是光 电效应的截止频率. (4)Ekm-曲线.如图所示是光电子最大 初动能Ekm随入射光频率的变化曲线. 这里，横轴上的截距是截止频率或极 限频率；纵轴上的截距是逸出功的负 值；斜率为普朗克常量. 2.光子说对光电效应的解释 (1)饱和光电流与光强关系：光越强,包含的光子数越多,照射 金属时产生的光电子越多,因而饱和光电流越大.所以,入射光 频率一定时,饱和光电流与光强成正比. (2)存在截止频率和遏止电压：爱因斯坦光
7、电效应方程表明光 电子的初动能与入射光频率成线性关系,与光强无关,所以遏 止电压由入射光频率决定，与光强无关.光电效应方程同时表 明,只有hW0时,才有光电子逸出, 就是光电效应的 截止频率. (3)效应具有瞬时性：电子一次性吸收光子的全部能量,不需 要积累能量的时间,所以光电效应几乎是瞬时发生的. (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)光电子的最大初动能随入射光频率的增大而 增大，但不是正比关系. 【典例2】(2010四川高考)用波长为2.010-7 m的紫外线 照射钨的表面，释放出来的光电子中最大的动能是4.7 10-19 J，由此可知，钨的极限频率是(普朗克常量
8、h=6.63 10-34 Js，光速c=3.0108 m/s，结果取两位有效数字) _. A.5.51014 Hz B.7.91014 Hz C.9.81014 Hz D.1.21015 Hz 【解题指导】解答本题时要注意以下两点： (1)产生光电效应时光子的能量与逸出功的关系. (2)根据光电效应方程，求出对应的极限频率. 【标准解答】选B.根据光电效应方程Ekm=h-W，在恰好发生 光电效应时最大初动能为0，有h0=W，且c=，化简得： 故B正确. 【规律方法】 利用光电效应规律解题的技巧 应用光电效应规律解题应当明确: 1.光电效应规律中“光电流的强度”指的是光电流的饱和值( 对应从阴极
9、发射出的电子全部被拉向阳极的状态).因为光电 流未达到饱和值之前,其大小不仅与入射光的强度有关,还与 光电管两极间的电压有关,只有在光电流达到饱和值以后才和 入射光的强度成正比. 2.明确两个决定关系 (1)逸出功W0一定时,入射光的频率决定着能否产生光电效应 以及光电子的最大初动能. (2)入射光的频率一定时,入射光的强度决定着单位时间内发 射出来的光电子数. 【变式训练】（2011福建高考）爱因斯坦因提出了光量子概 念并成功地解释光电效应的规律而获得1921年诺贝尔物理学奖. 某种金属逸出光电子的最大初动能Ekm与入射光频率的关系如 图所示，其中0为极限频率.从图中可以确定的是_.（填 选
10、项前的字母） A.逸出功与有关 B.Ekm与入射光强度成正比 C.当0时，会逸出光电子 D.图中直线的斜率与普朗克常量有关 【解题提示】解答本题时应能读懂图象，且应理解光电效应的 两个关系. 【解析】选D.金属的逸出功与入射光无关，A错；光电子的最大 初动能与入射光强度无关，B错；当入射光的频率小于极限频率 ，不能发生光电效应现象，C错；据光电效应方程可知图象的斜 率与普朗克常量有关，D对. 三、利用光子说解释康普顿效应 1.假定X射线光子与电子发生 弹性碰撞，这种碰撞跟台球 比赛中的两球碰撞很相似.按 照爱因斯坦的光子说,一个X 射线光子不仅具有能量E=h,而且还有动量.如图所示.这个 光子
11、与静止的电子发生弹性斜碰,光子把部分能量转移给了电 子,能量由h减小为h,因此频率减小,波长增大.同时,光 子还使电子获得一定的动量.这样就圆满地解释了康普顿效应 . 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. 【典例3】康普顿效应证实了光子不仅具有能量，也有动量. 如图给出了光子与静止电子碰撞后，电子的运动方向，则碰 后光子可能沿方向_运动，并且波长_(选填“不 变”、“变短”或“变长”). 【解题指导】根据碰撞过程中动量、能量均守恒以及动 量是矢量分析此题. 【标准解答】因光子与电子的碰撞过程动量守恒，所以碰撞 之后光子和电子的总动量的方向与光子碰前动量的
12、方向一致, 可见碰后光子运动的方向可能沿1方向，不可能沿2或3方向； 通过碰撞，光子将一部分能量转移给电子，能量减少，由 E=h知，频率变小，再根据c=知，波长变长. 答案：1 变长 【变式训练】假如一个光子与一个静止的电子碰撞，光子并没 有被吸收，只是被电子反弹回来，散射光子的频率与原来光子 的频率相比哪个大？为什么？ 【解析】碰撞后光子动量减小，而 所以波长变大，又 由c=知变小. 答案：见解析 【典例】1905年是爱因斯坦的“奇迹”之年,这一年他先后发表 了三篇具有划时代意义的论文,其中关于光量子的理论成功地解 释了光电效应现象.关于光电效应,下列说法正确的是( ) A.当入射光的频率低
13、于极限频率时,不能发生光电效应 B.光电子的最大初动能与入射光的频率成正比 C.光电子的最大初动能与入射光的强度成正比 D.某单色光照射一金属时不发生光电效应,改用波长较短的光照 射该金属可能发生光电效应 【解题指导】只有入射光子的能量足够大(大于逸出功),电子 才能“逸出”.所以能否发生光电效应与光的频率有关而与光 的强度无关.若已经发生光电效应,逸出的光电子数跟入射光 的强度成正比.光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增 大. 【标准解答】选A、D.根据光电效应现象的实验规律,只有入 射光频率大于极限频率才能发生光电效应,故A、D正确；根据 光电效应方程,最大初动能与入射光频率为线性关系
14、,但非正 比关系,B错；根据光电效应现象的实验规律,光电子的最大初 动能与入射光强度无关,C错. 一、选择题 1.关于能量量子化和光的粒子性，下列说法正确的是( ) A.黑色的物体是黑体 B.光电子不是光子，光电子本质上是电子 C.随着温度的升高，黑体的辐射强度都有增加，辐射强度的 极大值向波长较长的方向移动 D.光子的质量是指它的相对论质量，俗称动质量，没有静止 质量 【解析】选B、D.黑色物体并不一定就是黑体，黑体是指能够 完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射的物体；当 照射光的频率大于某种金属的极限频率时，照射到金属表面 的光，能使金属中的电子从其表面逸出，逸出的电子称为光 电子，
15、其本质就是电子；对于黑体辐射，随着温度的升高， 黑体的辐射强度都有增加，辐射强度的极大值向波长较短的 方向移动；由于光不能静止下来，因此光子没有静止质量， 光子的质量是指它的相对论质量，俗称动质量.故B、D正确. 2.下列叙述错误的是( ) A.一切物体都在辐射电磁波 B.一般物体辐射电磁波的情况只与温度有关 C.黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关 D.黑体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波 【解析】选B.我们周围的一切物体都在辐射电磁波，故A正确 ；根据热辐射和黑体辐射的特点知，一般物体辐射电磁波的 情况除与温度有关外，还与材料种类和表面状况有关，而黑 体辐射只与黑体的温度有关，B错误，C正确；根据黑体的定 义知D正确. 3.(2011金华高二检测)某种金属在单色光照射下发出光电 子，光电子的最大初动能( ) A.随照射光强度的增大而增大 B.随照射光频率的增大而增大 C.随照射光波长的增大而增大 D.与照射光的照射时间无关 【解析】选B、D.根据光电效应现象的实验规律,光电子的最 大初动能随照射光频率的增大而增大,与入射光强度无关，入 射光的强度只是与光电流有关；而光子的波长增大其频率反 而减小，能否发生光电效应以及光电子的最大初动能与照射
