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1、1第第 1 1、2 2 节节 能量量子化能量量子化_光的粒子性光的粒子性知识内容考试要求1.能量量子化加试 b2.光的粒子性加试 c3.粒子的波动性加试 c4.概率波加试 b目标早知道浙江选考学习要求5.不确定性关系加试 b黑体与黑体辐射、能量子探新知基础练1黑体辐射(1)热辐射：一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与物体的温度有关。(2)黑体：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。(3)一般材料物体的辐射规律：辐射电磁波的情况除与温度有关外，还与材料的种类及表面状况有关。(4)黑体辐射的实验规律：黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关，如图所示。随着温度的升高，各种波
2、长的辐射强度都增加；随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。2能量子(1)定义：普朗克认为，振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值的整数倍，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一份一份地辐射或吸收的，这个不可再分的最小能量值叫做能量子。(2)能量子大小：h，其中是电磁波的频率，h称为普朗克常量。h6.6261034 Js(一般取h6.631034 Js)。(3)能量的量子化：在微观世界中能量是量子化的，或者说微观粒子的能量是分立的。辨是非(对的划“” ，错的划“”)1在自然界中能量都是量子化的。()2黑体是一种理想模型，自然界不存在。()释疑难对点练21对黑
3、体的理解(1)黑体实际上是不存在的，只是一种理想情况，但如果做一个闭合的空腔，在空腔表面开一个小孔，小孔就可以模拟一个黑体，如图所示。这是因为从外面射来的电磁波，经小孔射入空腔，要在腔壁上经过多次反射，在多次反射过程中，外面射来的电磁波几乎全部被腔壁吸收，最终不能从空腔射出。(2)黑体不一定是黑的，只有当自身辐射的可见光非常微弱时看上去才是黑的；有些可看做黑体的物体由于有较强的辐射，看起来还会很明亮，如炼钢炉口上的小孔。一些发光的物体(如太阳、白炽灯灯丝)也被当做黑体来处理。(3)黑体同其他物体一样也在辐射电磁波，黑体的辐射规律最为简单，黑体辐射强度只与温度有关。(4)一般物体和黑体的热辐射、
4、反射、吸收的特点热辐射不一定需要高温，任何温度都能发生热辐射，只是温度低时辐射弱，温度高时辐射强。在一定温度下，不同物体所辐射的光谱的成分有显著不同。热辐射特点吸收、反射的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、表面状况有关既吸收又反射，其能力与材料的种类及入射波的波长等因素有关黑体辐射电磁波的强弱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2普朗克理论(1)借助于能量子的假说，普朗克得出了黑体辐射的强度按波长分布的公式，与实验符合之好令人击掌叫绝。(2)普朗克在 1900 年把能量子列入物理学，正确地破除了“能量连续变化”的传统观念，成为新物理学思想的基石之一。
5、试身手1氦氖激光器发射波长为 6 328 的单色光，试计算这种光的一个光子的能量为多少？若该激光器的发光功率为 18 mW，则每秒发射多少个光子？解析：根据爱因斯坦光子学说，光子能量h，而c，所以： J3.141019 J。hc 6.63 1034 3 108 6 328 1010因为发光功率已知，所以 1 s 内发射的光子数为：n 个5.731016个。Pt 18 103 1 3.14 1019答案：3.141019 J 5.731016个3光电效应探新知基础练1光电效应照射到金属表面的光，能使金属中的电子从表面逸出的现象。2光电子光电效应中发射出来的电子。3光电效应的实验规律(1)存在着饱
6、和电流：在光的颜色不变的情况下，入射光越强，饱和电流越大。这表明对于一定颜色的光，入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多。(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频率有关，而与入射光的强弱无关，当入射光的频率低于截止频率时不能发生光电效应。(3)光电效应具有瞬时性：光电效应几乎是瞬时发生的，从光照射到产生光电流的时间不超过 109 s。4逸出功使电子脱离某种金属所做功的最小值叫做这种金属的逸出功。辨是非(对的划“” ，错的划“”)1光电子就是光子。()2只要光强度足够强，任何金属都能发生光电效应。() 3极限频率越大的金属材料逸出功越大。() 释疑难对点练正确理解光电效应
7、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其最大初动能。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
8、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光电流与饱和光电流4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。试身手2(多选)光电效应实验的装置如图所示，用弧光灯照射锌板，验电器指针张开一个角度，则下列说法中正确的是( )A用紫外线照射锌板，验电
9、器指针会发生偏转B用绿色光照射锌板，验电器指针会发生偏转C锌板带的是负电荷D使验电器指针发生偏转的是正电荷解析：选 AD 将锌板连接验电器，用弧光灯照射锌板(弧光灯发出紫外线)，验电器指针张开一个角度，说明锌板带了电。进一步研究表明锌板带正电，这说明在紫外线的照射下，锌板中有一部分自由电子从表面飞出来，锌板中缺少电子，于是带正电，绿光不一定能使锌板发生光电效应。只有 A、D 正确。爱因斯坦光电效应方程探新知基础练1光子说光不仅在发射和吸收时能量是一份一份的，而且光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，这些能量子被称为光子，频率为的光的能量子为h。2光电效应方程(1)表达式：hEkW0或Ekh
10、W0。(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逸出功W0，剩下的表现为逸出后电子的最大初动能。辨是非(对的划“” ，错的划“”)1爱因斯坦提出了光子说：光发射和吸收时能量是一份一份的。()2光电子的最大初动能与入射光频率成正比。() 3极限频率越大的金属越容易发生光电效应。()释疑难对点练对光电效应方程EkhW0的理解5(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Eh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
11、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Ek，根据能量守恒定律可知：EkhW0。(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EkhW00，亦即hW0，c，而c恰好是光电效应的截止频率。W0 hW0 h(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。试身手3(多选)如图所示是某金属在光的照射下，光电子最大初动能Ek与入射光频率的关系图象，由图象可知( )A该金属的逸出功等于EB该金
12、属的逸出功等于h0C入射光的频率为0时，产生的光电子的最大初动能为ED入射光的频率为 20时，产生的光电子的最大初动能为 2E解析：选 AB 题中图象反映了光电子的最大初动能Ek与入射光频率的关系，根据爱因斯坦光电效应方程EkhW0，知当入射光的频率恰为该金属的截止频率0时，光电子的最大初动能Ek0，此时有h0W0，即该金属的逸出功等于h0，选项 B 正确；根据图线的物理意义，有W0E，故选项 A 正确，而选项 C、D 错误。康普顿效应探新知基础练1光的散射光在介质中与物质微粒相互作用，因而传播方向发生改变的现象。2康普顿效应6在光的散射中，除了与入射波长0相同的成分外，还有波长大于0的成分。
13、3康普顿效应的意义康普顿效应表明光子除了具有能量之外，还具有动量，深入揭示了光的粒子性的一面。4光子的动量表达式：p。h 辨是非(对的划“” ，错的划“”)1康普顿效应说明光具有粒子性。()2康普顿效应证明了爱因斯坦的光子说的正确性。()释疑难对点练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Eh，而且还有动量。如图所示。这个光子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
14、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。试身手4白天的天空各处都是亮的，是大气分子对太阳光散射的结果。美国物理学家康普顿由于在这方面的研究而荣获了 1927 年的诺贝尔物理学奖。假设一个运动的光子和一个静止的自由电子碰撞以后，电子向某一个方向运动，光子沿另一方向散射出去，则这个散射光子跟原来的光子相比( )A频率变大 B动量变大C光子能量变大 D波长变长解析：选 D 光子与电子碰撞时，遵守动量守恒定律和能量守恒定律，自由电子被碰前静止，被碰后动量、能量增加，所以光子的动量、能量减小。故选项 D 正确。对光电效应的理解误区 1：误认为光电效应中，只要光强
15、足够大，就能发生光电效应产生该误区的原因是对产生光电效应的条件认识不清，实际上能不能发生光电效应由7入射光的频率决定，与入射光的强度无关。误区 2：误认为光电流的强度与入射光的强度一定成正比出现该误区是由于混淆了光电流和饱和光电流。实际上，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，只有饱和光电流的强度才与入射光的强度成正比。误区 3：误认为入射光越强，产生的光电子数一定越多这是对光强的概念理解不全面造成的，实际上，入射光强度指的是单位时间内入射到金属单位面积上的光子的总能量，是由入射的光子数和入射光子的频率决定的，可用Enh 表示，其中n为单位时间内的光子数。在入射光频率不变的情况下，光强度与光子数成正比。换用不同频率的光，即使光强度相同，光子数目也不同，因而逸出的光电子数目也不同。典例 1 (多选)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若改用紫光照射，则逸出的光电子的最大初动能增加解析选 AD 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
