《高中物理人教选修35探究导学课件17.1&17.2能量量子化光的粒子性》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高中物理人教选修35探究导学课件17.1&17.2能量量子化光的粒子性（39页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第十七章波粒二象性 1能量量子化 2光的粒子性,1.了解黑体辐射及能量子概念,知道黑体辐射的实验规律。 2.了解光电效应及其实验规律,感受以实验为基础的科学研究方法。 3.知道光电效应方程及其意义,感受科学家在面对科学疑难时的创新精神。 4.了解康普顿效应及其意义。,一、黑体与黑体辐射 1.热辐射:一切物体都在辐射_,这种辐射与物体的_ 有关,所以叫做热辐射。 2.黑体:是指能够_吸收入射的各种波长的电磁波而不发生 反射的物体。,电磁波,温度,完全,3.黑体辐射实验规律: (1)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。 (2)随着温度的升高,各种波长的辐射强度都有_,辐射强 度的
2、极大值向波长_的方向移动。,增加,较短,4.量子化假设:黑体的空腔壁由大量振子(振动着的带电微粒) 组成,其能量只能是某一最小能量值的_,并以这个最 小能量值为单位一份一份地_能量。 5.能量子: (1)定义:不可再分的最小能量值叫做能量子。 (2)关系式:=h,是_;h是_, h=_。,整数倍,吸收或辐射,电磁波的频率,普朗克常量,6.62610-34Js,二、光电效应及其规律 1.光电效应:在光的照射下物体发射电子的现象,发射出来的电 子叫做_。 2.光电效应的实验规律: (1)存在_电流。 (2)存在遏止电压和_频率。 (3)光电效应具有_。,光电子,饱和,截止,瞬时性,3.光子说:光不
3、仅在发射和吸收能量时是一份一份的,而且光本 身就是由一个个不可分割的能量子组成的,这些能量子被称为 _,频率为的光的能量子的能量为h。,光子,4.光电效应方程: (1)表达式:_或_。 (2)物理意义:金属中电子吸收一个光子获得的能量是h,这 些能量一部分用于克服金属的_,剩下的表现为逸出后 电子的初动能Ek。,h=Ek+W0,Ek=h-W0,逸出功W0,三、康普顿效应 1.光的散射:光在介质中与物质微粒的相互作用,使光的_ _发生改变的现象。 2.康普顿效应:在光的散射中,除了与入射光波长相同的成分 外,还有波长_的成分的现象。,传播,方向,更长,3.康普顿效应的意义:康普顿效应表明光子除了
4、具有能量之外 还具有_,深入揭示了光的粒子性的一面。 4.康普顿效应解释:光子的动量p=_。当入射光子与晶体中的 电子碰撞时,要把一部分_转移给电子,因此有些光子散射 后波长_。,动量,动量,变长,1.判一判: (1)黑体一定是黑色的。() (2)热辐射一定产生于高温物体。() (3)能产生光电效应的光必定是可见光。() (4)经典物理学理论不能合理解释康普顿效应。(),提示:(1)。黑体并不是指物体的颜色,它是指能完全吸收电磁波的物体。 (2)。热辐射不一定需要高温,任何温度的物体都能发出一定的热辐射。 (3)。能产生光电效应的光包括可见光和不可见光,如紫外线。 (4)。按照经典物理学理论,
5、散射光的波长与入射光的波长应该相同,不应该出现散射光波长大于入射光波长的现象,经典物理学理论不能解释康普顿效应。,2.想一想: (1)紫外线灯照射锌板,为什么与锌板相连的验电器指针张开一个角度?怎样从能量守恒角度理解爱因斯坦光电效应方程? 提示:紫外线灯照射锌板,发生光电效应现象,锌板上的电子飞出锌板,使锌板带正电,与锌板相连的验电器也因此带正电,使得验电器指针张开一个角度。 爱因斯坦光电效应方程中h是入射光子的能量,逸出功是W0,Ek是光子的最大初动能,其关系为电子获得的能量等于逸出功与光电子的最大初动能之和。因此爱因斯坦光电效应方程符合能量的转化和守恒定律。,(2)为了得出同实验相符的黑体
6、辐射公式,普朗克提出了什么样的观点? 提示:普朗克提出了量子化的观点。量子化是微观世界的基本特点,其所有的变化都是不连续的。,主题一 能量量子化 【问题探究】 1.对光子能量与光强的理解:光子的能量大,光的强度一定大吗? 提示:(1)光子能量是指一个光子具有的能量,光子能量= h。光强是指在垂直于光的传播方向上,每平方米面积在1s内获得的能量,它等于在垂直于光传播方向上每平方米面积在1s内通过的所有光子的能量和。,(2)光子能量大并不意味着光强大,同样光强大也不等于光子能量大。当入射光频率一定时,光强才与光子数成正比。光强一定时,频率越高的光,在垂直于光传播方向上每平方米面积在1s内通过的光子
7、数越少。,2.为什么烧红的铁块如果继续升温,就会达到“白”热? 提示:因为温度升高后,铁块辐射的光中,波长较短,如蓝光、紫光所占的比例就会增加,更接近日光中各种色光的比例,因此看起来几乎是白色的。,3.一般物体与黑体的热辐射特点有何不同? 提示:一般物体辐射电磁波的情况与温度、材料的种类及表面状况有关;而黑体辐射电磁波的强度按波长(或频率)的分布只与黑体的温度有关。,4.一般物体与黑体的吸收及反射电磁波情况有何区别? 提示:一般物体既吸收又反射,其能力与材料的种类及入射波长等因素有关;黑体只完全吸收各种入射电磁波,不反射电磁波。,5.热辐射应用:用红外线热像仪可以监测人的体温,只要被测者从仪器
8、前走过,便可知道他的体温是多少,你知道其中的道理吗? 提示:根据热辐射规律可知,人的体温的高低,直接决定了该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可知道该人的体温。,【探究总结】 1.普朗克的能量子观点: (1)普朗克的能量子观点与宏观世界中我们对能量的认识有很大不同。宏观世界中的能量可以是任何值,是连续的,而普朗克认为微观粒子的能量是量子化的,是一份一份的。 (2)普朗克的能量子观点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是自然界最基本的常量之一,它体现了微观世界的基本特征。,2.热辐射与温度的关系: (1)热辐射不一定
9、需要高温,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)在一定温度下,不同物体所辐射的光谱成分有显著不同。 (3)一般物体的热辐射除与温度有关外,还与材料的种类及表面状况有关。,【即时训练】 1.(多选)黑体辐射的实验规律如图所示,由图可知() A.随温度升高,各种波长的辐射强度都有 增加 B.随温度降低,各种波长的辐射强度都有 增加 C.随温度升高,辐射强度的极大值向波长较短的方向移动 D.随温度降低,辐射强度的极大值向波长较长的方向移动,【解析】选A、C、D。由题图可知,随温度升高,各种波长的辐射强度都有增加,且辐射强度的极大值向波长较短的方向移动,当温度降
10、低时,上述变化都将反过来。故A、C、D正确,B错误。,2.(2014济南高二检测)能引起人的眼睛视觉效应的最小能量为10-18J,已知可见光的平均波长约为60m,普朗克常量h= 6.6310-34Js,则进入人眼的光子数至少为多少?,【解析】一个可见光光子的平均能量 能引起人的视觉反应时,进入人眼的光子数至少为 答案:300个,主题二 光电效应与康普顿效应 【问题探究】 1.光子说是由哪位科学家提出的? 提示:爱因斯坦提出了光子说。,2.光电效应实验表明,发射电子的能量与照射光的强度无关,而与光的频率有关,试用光子说分析原因。 提示:由于光的能量是一份一份的,那么金属中的电子也只能一份一份地吸
11、收光子的能量。而且这个传递能量的过程只能是一个光子对一个电子的行为。如果光的频率低于极限频率,则光子提供给电子的能量不足以克服原来的束缚,就不能发生光电效应。而当光的频率高于极限频率时,能量传递给电子以后,电子摆脱束缚要消耗一部分能量,剩余的能量以光电子的动能形式存在。,3.为什么电子吸收光的能量是瞬时完成的,而不像波动理论所预计的那样可能逐渐积累? 提示:金属中的电子只能一份一份地吸收光子的能量,电子接收能量的过程极其短暂,接收能量后的瞬间即挣脱束缚,所以光电效应的发生也几乎是瞬间的。,4.在康普顿效应中,有些光子与电子碰撞后的波长变长,你能否 从动量的观点和能量的观点分别对其作出解释? 提
12、示:在康普顿效应中,当入射的光子与晶体中的电子碰撞时, 要把一部分动量转移给电子,因而光子动量变小。从p= 看, 动量p减小意味着波长变大,因此有些光子散射后波长变大。 同时入射光子与电子相撞时,将本身的一部分能量传递给电子, 故能量减小,根据=h可得减小,再由c=,得= , 由于减小,故变大,故光子的波长变大。,【探究总结】 1.光电效应方程的理解: (1)光电效应方程: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)光电效应方程实质上是能量守恒方程。 (3)逸出功W0:电子从金属中逸出所需要克服束缚而消耗的能量的
13、最小值,叫做金属的逸出功。光电效应中,从金属表面逸出的电子消耗能量最少。,2.光电效应规律总结: (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就越多,因而饱和电流越大。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:爱因斯坦的光电效应方程表明光 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。c= 就是光电效应的截 止频率。 (3)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,所以光电流几乎是瞬时发生的。,【即时训练】
14、 1.(多选)(2014湛江高二检测)光电效应实验中,下列表述正确的是() A.光照时间越长光电流越大 B.入射光足够强就可以有光电流 C.遏止电压与入射光的频率有关 D.入射光频率大于极限频率才能产生光电子,【解题探究】(1)入射光的_决定着是否发生光电效应以 及光电子的最大_; (2)入射光的_决定着单位时间内逸出来的光电子数。,频率,初动能,强度,【解析】选C、D。在光电效应中,若照射光的频率小于极限频 率,无论光照时间多长,光照强度多大,都无光电流,当照射光的 频率大于极限频率时,立刻有光电子产生,时间间隔很小。故 A、B错误,D正确。由-eU=0-Ek,Ek=h-W0,可知U= ,即 遏止电压与入射光频率有关,C正确。,2.(多选)(2014海南高考)在光电效应实验中,用同一种单色光,先后照射锌和银的表面,都能产生光电效应。对于这两个过程,下列四个物理量中,一定不同的是() A.遏止电压 B.饱和光电流 C.光电子的最大初动能 D.逸出功,【解析】选A、C、D。不同金属的逸出功W0不同,所以用同一种单色光照射锌和银的表面,光电子逸出后最大初动能Ek=h-W0也不同,C、D均正确;遏止电压满足eUc=Ek,所以遏止电压也不同,A正确;饱和光电流的大小与光照强度有关,只要光照强度相同,光电效应产生的饱和光电流就相同,B错误。,
