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1、高中物理高中物理选修选修35粤教版粤教版第二节第二节 光子光子目标定位目标定位1.知道普朗克提出的能量子假知道普朗克提出的能量子假说.2.知道知道爱因斯坦因斯坦的光子的光子说，知道光子能量的表达式，知道光子能量的表达式.3.知道知道爱因斯坦的光因斯坦的光电效效应方程以及方程以及对光光电效效应规律的解律的解释一、能量量子假说一、能量量子假说1假说内容：物体热辐射所发出的电磁波的能量是假说内容：物体热辐射所发出的电磁波的能量是_，只能是最小能量值只能是最小能量值h的的_2能量量子：能量量子：_称为一个能量量子，其中称为一个能量量子，其中是辐射频率，是辐射频率，h是是一个常量，称为普朗克常量，一个常
2、量，称为普朗克常量，h6.631034 Js.3假说的意义：能量量子假说能够非常合理地解释某些电磁波假说的意义：能量量子假说能够非常合理地解释某些电磁波的的_和和_的实验现象的实验现象4量子化现象：在微观世界里，物理量只能取一些分立值的现量子化现象：在微观世界里，物理量只能取一些分立值的现象象不不连续的的整数倍整数倍h辐射射吸收吸收二、光子假说二、光子假说1内容：光不仅在发射和吸收时能量是一份一份的，而且光本内容：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身就是由一个个不可分割的_组成的，这些能量子被组成的，这些能量子被称为称为_，频率为，频率为的光的能量子为的光的
3、能量子为_2意义：利用光子假说可以完美地解释意义：利用光子假说可以完美地解释_的各种特征的各种特征三、光电效应方程三、光电效应方程1逸出功逸出功W0：电子从金属中逸出所需要的克服束子从金属中逸出所需要的克服束缚而消耗的能而消耗的能量的最小量的最小值，叫做金属的逸出功，叫做金属的逸出功能量子能量子光子光子h光光电效效应想一想想一想怎怎样从能量守恒角度理解从能量守恒角度理解爱因斯坦光因斯坦光电效效应方程？方程？答案答案爱因斯坦光因斯坦光电效效应方程中的方程中的h是入射光子的能量，逸是入射光子的能量，逸出功出功W0是光子是光子飞出金属表面消耗的能量，出金属表面消耗的能量，Ek是光子的最大初是光子的最
4、大初动能，因此能，因此爱因斯坦光因斯坦光电效效应方程符合能量的方程符合能量的转化与守恒定化与守恒定律律四四、对光电效应的解释对光电效应的解释1对极限频率的解释对极限频率的解释金属内部的一个金属内部的一个电子一般只吸收子一般只吸收_光子的能量，如果光光子的能量，如果光子的能量子的能量_电子的逸出功，那么无子的逸出功，那么无论光的光的强强度度(光子数目光子数目)有多大，照射有多大，照射时间多多长，金属内部的，金属内部的电子都不能被激子都不能被激发而逃而逃逸出来因此光逸出来因此光电效效应的条件是光子的能量的条件是光子的能量h一个一个小于小于2对遏止遏止电压与入射光的与入射光的频率有关，而与入射光的率
5、有关，而与入射光的强强度无关度无关的解的解释大于大于等于等于极限极限频率率频率率光光强强度度一、对光子概念的理解一、对光子概念的理解1光子不是光电子：光子指光在空间传播时的每一份能量，光光子不是光电子：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，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，光电子是果其本质是电子，光子是光电效应的因，光电子是果2由光子的能量确定光电子的动能：光照射到金属表面时，光由光子的能量确定光电子的动能：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，可能向子的能量
6、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光子的能量与入射光的强强度的关系：光子的能量即每个光度的关系：光子的能量即每个光子的能量，其子的能量，其值为Eh(为光子的光子
7、的频率率)，其大小由光的，其大小由光的频率决定入射光的率决定入射光的强强度指度指单位位时间内照射到金属表面内照射到金属表面单位面位面积上的上的总能量，入射光的能量，入射光的强强度等于度等于单位位时间内光子能内光子能量与入射光子数的乘量与入射光子数的乘积【例例1】氦氦氖激光器激光器发射波射波长为6 328 A的的单色光，色光，试计算算这种光的一个光子的能量种光的一个光子的能量为多少？若多少？若该激光器的激光器的发光功率光功率为18 mW，则每秒每秒钟发射多少个光子？射多少个光子？(h6.631034 Js)答案答案3.141019 J5.731016个个借题发挥借题发挥光能量子光能量子Eh，光能
8、是光子能量的整数倍，即，光能是光子能量的整数倍，即E总总nnh.普朗克量子化理论，认为电磁波的能量是量子化的、不连续普朗克量子化理论，认为电磁波的能量是量子化的、不连续的，总能量是能量子的整数倍，即的，总能量是能量子的整数倍，即E总总n，其中，其中h，因此，因此，只要知道电磁波的频率只要知道电磁波的频率即可解答光是一种电磁波，光能量即可解答光是一种电磁波，光能量子简称光子其能量值是光能量的最小单位，子简称光子其能量值是光能量的最小单位，h，其中，其中为光的频率，通常结合为光的频率，通常结合c，确定，确定的值的值针对训练针对训练1对应于对应于3.41019 J的能量子，其电磁辐射的频率的能量子，
9、其电磁辐射的频率和波长各是多少？它是什么颜色的光？和波长各是多少？它是什么颜色的光？(h6.631034 Js)答案答案5.131014 Hz5.85107 m黄色黄色二、光电效应方程的理解与应用二、光电效应方程的理解与应用1光电效应方程光电效应方程EkhW0的理解的理解(1)式中的式中的Ek是光电子的最大初动能，就某个光电子而言，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其离开金属时剩余动能大小可以是0Ek范围内的任何数范围内的任何数值值(2)光电效应方程实质上是能量守恒方程光电效应方程实质上是能量守恒方程能量为能量为h的光子被电子所吸收，电子把这些能量的一的光子
10、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开金属表面时的动能如果克服吸引力做功最少为W0，则，则电子离开金属表面时动能最大为电子离开金属表面时动能最大为Ek，根据能量守恒定，根据能量守恒定律可知：律可知：EkhW0.(3)光光电效效应方程包含了方程包含了产生光生光电效效应的条件的条件(4)Ekm曲曲线如如图221所示是光所示是光电子最大初子最大初动能能Ekm随入射光随入射光频率率的的变化曲化曲线这里，横里，横轴上上的截距是极限的截距是极限频率；率；纵轴上的截距是逸
11、出上的截距是逸出功的功的负值；斜率；斜率为普朗克常量普朗克常量 图图2212光子说对光电效应的解释光子说对光电效应的解释(1)由爱因斯坦光电效应方程可以看出，光电子的最大初动由爱因斯坦光电效应方程可以看出，光电子的最大初动能能Ek和入射光的频率和入射光的频率有关，且成线性关系，而与光的强有关，且成线性关系，而与光的强弱无关只有当弱无关只有当hW0时，才有光电子逸出时，才有光电子逸出(2)金属电子一次性吸收光子的全部能量，不需要积累能量金属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产生的的时间，所以光电流几乎是瞬时产生的(3)光较强时，包含的光子数较多，照射金属时产
12、生的光电光较强时，包含的光子数较多，照射金属时产生的光电子较多，所以饱和电流较大子较多，所以饱和电流较大【例例2】(单选单选)如如图222所示，当所示，当电键K断开断开时，用光子能量，用光子能量为2.5 eV的一的一束光照射阴极束光照射阴极P，发现电流表流表读数不数不为零合上零合上电键，调节滑滑动变阻器，阻器，发现当当电压表表读数小于数小于0.60 V时，电流流表表读数仍不数仍不为零当零当电压表表读数大于数大于或等于或等于0.60 V时，电流表流表读数数为零零由此可知阴极材料的逸出功由此可知阴极材料的逸出功为()A1.9 eV B0.6 eV C2.5 eV D3.1 eV答案答案A图图222
13、解析解析由题意知光电子的最大初动能为由题意知光电子的最大初动能为EkeU00.60 eV，所以根据光电效应方程，所以根据光电效应方程EkhW0可得可得W0hEk(2.50.6)eV1.9 eV针对训练针对训练2(双选双选)如如图223所示是某金所示是某金属在光的照射下，光属在光的照射下，光电子最大初子最大初动能能Ek与入射光与入射光频率率的关系的关系图象，由象，由图象可象可知知()A该金属的逸出功等于金属的逸出功等于EB该金属的逸出功等于金属的逸出功等于h0C入射光的入射光的频率率为0时，产生的光生的光电子的最大初子的最大初动能能为ED入射光的入射光的频率率为20时，产生的光生的光电子的最大初子的最大初动能能为2E答案答案AB图图223解析解析题中图象反映了光电子的最大初动能题中图象反映了光电子的最大初动能Ek与入射光频与入射光频率率的关系，根据爱因斯坦光电效应方程的关系，根据爱因斯坦光电效应方程EkhW0，知，知当入射光的频率恰为该金属的极限频率当入射光的频率恰为该金属的极限频率0时，光电子的最时，光电子的最大初动能大初动能Ek0，此时有，此时有h0W0，即该金属的逸出功等于，即该金属的逸出功等于h0，选项，选项B正确；根据图线的物理意义，有正确；根据图线的物理意义，有W0E，故选，故选项项A正确，而选项正确，而选项C、D错误错误.
