《2018-2019学年高中物理 第十七章 波粒二象性 17.1-17.2 能量量子化 光的粒子性课件 新人教版选修3-5.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2018-2019学年高中物理 第十七章 波粒二象性 17.1-17.2 能量量子化 光的粒子性课件 新人教版选修3-5.ppt（108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光的粒子性一、热辐射一、热辐射1.1.热辐射热辐射: :我们周围的一切物体都在辐射我们周围的一切物体都在辐射_,_,这种这种辐射与物体的辐射与物体的_有关。有关。2.2.一般材料物体的辐射规律一般材料物体的辐射规律: :辐射电磁波的情况除与辐射电磁波的情况除与_有关外有关外, ,还与还与_的种类及的种类及_有关。有关。电磁波电磁波温度温度温度温度材料材料表面状况表面状况二、黑体与黑体辐射二、黑体与黑体辐射1.1.黑体黑体: :指能够指能够_吸收入射的各种波长的电磁波而吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射的物体。不发生反射的物体。2.2.黑体辐射的实验规律黑体辐
2、射的实验规律: :黑体辐射电磁波的强度按波长黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的的分布只与黑体的_有关有关, ,如图所示。如图所示。完全完全温度温度3.3.黑体模型黑体模型: :如图所示如图所示, ,在一个空腔壁上开一个很小的在一个空腔壁上开一个很小的孔孔, ,射入小孔的电磁波在空腔内表面会发生多次射入小孔的电磁波在空腔内表面会发生多次_和和_,_,最终不能从空腔射出。这个小孔最终不能从空腔射出。这个小孔( (而非空腔壁而非空腔壁) )就成了一个就成了一个_。黑体是一个。黑体是一个_化的物理模型。化的物理模型。反射反射吸收吸收黑体黑体理想理想三、能量子三、能量子1.1.定义定义: :普朗
3、克认为普朗克认为, ,振动着的带电微粒的能量只能是振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值某一最小能量值的的_,_,当带电微粒辐射或吸收当带电微粒辐射或吸收能量时能量时, ,也是以这个最小能量值为单位也是以这个最小能量值为单位_地辐地辐射或吸收的射或吸收的, ,这个不可再分的最小能量值这个不可再分的最小能量值叫作叫作_。整数倍整数倍一份一份一份一份能量能量子子2.2.能量子大小能量子大小:=h,:=h,其中其中是电磁波的频率是电磁波的频率,h,h称为称为_常量。常量。h=6.62610h=6.62610-34-34Js(Js(一般取一般取h=6.63h=6.631010-34-34Js)Js
4、)。3.3.能量的量子化能量的量子化: :在微观世界中能量是在微观世界中能量是_的的, ,或者或者说微观粒子的能量是说微观粒子的能量是_的。的。普朗克普朗克量子化量子化分立分立四、光电效应实验规律四、光电效应实验规律1.1.光电效应光电效应: :照射到金属表面的光照射到金属表面的光, ,能使金属中的能使金属中的_从表面逸出的现象。从表面逸出的现象。2.2.光电子光电子: :光电效应中发射出来的光电效应中发射出来的_。电子电子电子电子3.3.光电效应的实验规律光电效应的实验规律: :(1)(1)存在着存在着_光电流光电流: :在光的颜色不变的情况下在光的颜色不变的情况下, ,入入射光越强射光越强
5、, ,饱和电流越大。这表明对于一定颜色的光饱和电流越大。这表明对于一定颜色的光, ,入射光越强入射光越强, ,单位时间内发射的光电子数越多。单位时间内发射的光电子数越多。(2)(2)存在着遏止电压和存在着遏止电压和_频率频率: :光电子的最大初动能光电子的最大初动能与入射光的频率有关与入射光的频率有关, ,而与入射光的强弱无关。当入射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。光的频率低于截止频率时不能发生光电效应。饱和饱和截止截止(3)(3)光电效应具有光电效应具有_:_:光电效应几乎是瞬时发生的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从光照射到
6、产生光电流的时间不超过1010-9-9s s。4.4.逸出功逸出功: :使电子脱离某种金属所做功的使电子脱离某种金属所做功的_。不。不同金属的逸出功同金属的逸出功_(A._(A.相同相同B.B.不同不同) )。瞬时性瞬时性最小值最小值B B五、爱因斯坦的光子说与光电效应方程五、爱因斯坦的光子说与光电效应方程1.1.光子说光子说: :光不仅在发射和吸收时能量是一份一份的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而且光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的, ,频频率为率为的光的能量子为的光的能量子为h,h,这些能量子被称为这些能量子被称为_。光子光子2
7、.2.爱因斯坦的光电效应方程爱因斯坦的光电效应方程: :(1)(1)表达式表达式:_=E:_=Ek k+W+W0 0或或E Ek k=_-W=_-W0 0。(2)(2)物理意义物理意义: :金属中电子吸收一个光子获得的能量是金属中电子吸收一个光子获得的能量是h,h,这些能量一部分用于克服金属的这些能量一部分用于克服金属的_,_,剩下的剩下的表现为逸出后电子的初动能表现为逸出后电子的初动能E Ek k。hhhh逸出功逸出功W W0 0六、康普顿效应和光子的动量六、康普顿效应和光子的动量1.1.光的散射光的散射: :光在介质中与光在介质中与_相互作用相互作用, ,因而传因而传播方向播方向_,_,这
8、种现象叫作光的散射。这种现象叫作光的散射。物质微粒物质微粒发生改变发生改变2.2.康普顿效应康普顿效应: :美国物理学家康普顿在研究石墨对美国物理学家康普顿在研究石墨对X X射射线的散射时线的散射时, ,发现在散射的发现在散射的X X射线中射线中, ,除了与入射波长除了与入射波长0 0相同的成分外相同的成分外, ,还有波长还有波长_0 0的成分的成分, ,这个现象称为这个现象称为康普顿效应。康普顿效应。3.3.康普顿效应的意义康普顿效应的意义: :康普顿效应表明光子除了具有能康普顿效应表明光子除了具有能量之外量之外, ,还具有动量还具有动量, ,深入揭示了光的深入揭示了光的_的一面。的一面。大
9、于大于粒子性粒子性4.4.光子的动量光子的动量: :(1)(1)表达式表达式:p=_:p=_。(2)(2)说明说明: :在康普顿效应中在康普顿效应中, ,入射光子与晶体中电子碰撞入射光子与晶体中电子碰撞时时, ,把一部分动量转移给电子把一部分动量转移给电子, ,光子的动量变小。因此光子的动量变小。因此, ,有些光子散射后波长有些光子散射后波长_。变大变大【预习诊断】【预习诊断】1.1.请判断下列说法的正误。请判断下列说法的正误。(1)(1)只有高温物体才能辐射电磁波。只有高温物体才能辐射电磁波。( () )(2)(2)能吸收各种电磁波而不反射电磁波的物体叫黑体。能吸收各种电磁波而不反射电磁波的
10、物体叫黑体。( () )(3)(3)微观粒子的能量只能是能量子的整数倍。微观粒子的能量只能是能量子的整数倍。( () )(4)(4)任何频率的光照射到金属表面都可以发生光电效应。任何频率的光照射到金属表面都可以发生光电效应。( () )(5)(5)金属表面是否发生光电效应与入射光的强弱有关。金属表面是否发生光电效应与入射光的强弱有关。( () )(6)“(6)“光子光子”就是就是“光电子光电子”的简称。的简称。( () )(7)(7)光电子的最大初动能与入射光的频率成正比。光电子的最大初动能与入射光的频率成正比。( () )(8)(8)光子的动量与波长成反比。光子的动量与波长成反比。( ()
11、)提示提示: :(1)(1)。任何物体都可以辐射电磁波。任何物体都可以辐射电磁波。(2)(2)。根据黑体定义判断正确。根据黑体定义判断正确。(3)(3)。微观粒子的能量是分立的。微观粒子的能量是分立的。(4)(4)。要发生光电效应。要发生光电效应, ,入射光的频率要大于金属的入射光的频率要大于金属的极限频率。极限频率。(5)(5)。金属表面是否发生光电效应与入射光的频率有。金属表面是否发生光电效应与入射光的频率有关关, ,与强度无关。与强度无关。(6)(6)。光子是空间传播的一份一份的能量。光子是空间传播的一份一份的能量, ,是不带电是不带电的的; ;光电子是光电效应中发射出来的电子。光电子是
12、光电效应中发射出来的电子。(7)(7)。光电子的最大初动能与入射光的频率成线性关。光电子的最大初动能与入射光的频率成线性关系系, ,不是正比关系。不是正比关系。(8)(8)。根据。根据p= p= 判断正确。判断正确。2.2.白天的天空各处都是亮的白天的天空各处都是亮的, ,是大气分子对太阳光散射是大气分子对太阳光散射的结果。假设一个运动的光子和一个静止的自由电子的结果。假设一个运动的光子和一个静止的自由电子碰撞以后碰撞以后, ,电子向某一个方向运动电子向某一个方向运动, ,光子沿另一方向散光子沿另一方向散射出去射出去, ,则这个散射光子跟原来的光子相比则这个散射光子跟原来的光子相比( () )
13、A.A.频率变大频率变大 B.B.频率不变频率不变C.C.光子能量变大光子能量变大D.D.波长变长波长变长【解析】【解析】选选D D。运动的光子和一个静止的自由电子碰撞。运动的光子和一个静止的自由电子碰撞时时, ,既遵守能量守恒既遵守能量守恒, ,又遵守动量守恒。碰撞中光子将又遵守动量守恒。碰撞中光子将能量能量h h的一部分传递给了电子的一部分传递给了电子, ,光子的能量减少光子的能量减少, ,波长波长变长变长, ,频率减小频率减小,D,D选项正确。选项正确。3.(3.(多选多选) )下列说法正确的是下列说法正确的是( () )A.A.黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温黑体辐射电磁波
14、的强度按波长的分布只与黑体的温度有关度有关B.B.光电效应揭示了光的粒子性光电效应揭示了光的粒子性C.C.波长是架起粒子性与波动性的桥梁波长是架起粒子性与波动性的桥梁D.D.爱因斯坦首先发现了光电效应爱因斯坦首先发现了光电效应【解析】【解析】选选A A、B B。根据黑体辐射实验的规律可知。根据黑体辐射实验的规律可知: :黑体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辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关, ,故故A A正确。爱因斯坦的光子说成功解释了光电效应正确。爱因斯坦的光子说成功解释了光电效应, ,光光电效应说明光具有粒子性电效应说明光具有粒子性, ,故故B B正确。波长是
15、描述波动正确。波长是描述波动的物理量的物理量, ,故故C C错误。赫兹等人首先发现了光电效应错误。赫兹等人首先发现了光电效应, ,爱爱因斯坦发现了光电效应的规律因斯坦发现了光电效应的规律, ,并成功解释了光电效应并成功解释了光电效应, ,故故D D错误。故选错误。故选A A、B B。知识点一黑体和黑体辐射知识点一黑体和黑体辐射探究导入探究导入: :很多地方用红外热像仪监测人的体温很多地方用红外热像仪监测人的体温, ,只要被测者从仪只要被测者从仪器前走过器前走过, ,便可知道他的体温是多少便可知道他的体温是多少, ,你知道其中的道你知道其中的道理吗理吗? ?提示提示: :根据热辐射规律可知根据热
16、辐射规律可知, ,人的体温的高低人的体温的高低, ,直接决定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。者辐射的红外线的情况就知道这个人的体温。【归纳总结】【归纳总结】 1.1.对黑体的理解对黑体的理解: :绝对的黑体实际上是不存在的绝对的黑体实际上是不存在的, ,但可但可以用某装置近似地代替。如图所示以用某装置近似地代替。如图所示, ,如果在一个空腔壁如果在一个空腔壁上开一个小孔上开一个小孔, ,那么射入小孔的电磁波在空腔内表面会那么射入小孔的电磁波在空腔内表面会发生多次反射和吸收发生多次反射和吸
17、收, ,最终不能从空腔射出最终不能从空腔射出, ,这个小孔就成了一个绝对黑体。这个小孔就成了一个绝对黑体。2.2.一般物体与黑体的比较一般物体与黑体的比较: :热辐射特点热辐射特点吸收、反射特点吸收、反射特点一一般般物物体体辐射电磁波的情况与温辐射电磁波的情况与温度有关度有关, ,与材料的种类与材料的种类及表面状况有关及表面状况有关既吸收又反射既吸收又反射, ,其能力与其能力与材料的种类及入射波长材料的种类及入射波长等因素有关等因素有关黑黑体体辐射电磁波的强度按波辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温长的分布只与黑体的温度有关度有关完全吸收各种入射电磁完全吸收各种入射电磁波波, ,不反射不反
18、射3.3.黑体辐射的实验规律黑体辐射的实验规律: :(1)(1)温度一定时温度一定时, ,黑体辐射强度随波长的分布有一个极黑体辐射强度随波长的分布有一个极大值。大值。(2)(2)随着温度的升高随着温度的升高各种波长的辐射强度都有增加各种波长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。如图所辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。如图所示。示。 【典例探究】【典例探究】 考查角度考查角度1 1 热辐射与黑体辐射热辐射与黑体辐射【典例【典例1 1】( (多选多选) )下列叙述正确的是下列叙述正确的是( () )A.A.一切物体都在辐射电磁波一切物体都在辐射电磁波B.B.一般物体辐射
19、电磁波的情况只与温度有关一般物体辐射电磁波的情况只与温度有关C.C.黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关有关D.D.黑体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波黑体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波【解析】【解析】选选A A、C C、D D。根据热辐射定义知。根据热辐射定义知A A对对; ;根据热辐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与温度有关外, ,还与材料种类和表面状况有关还与材料种类和表面状况有关, ,而黑体而黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关辐射电
20、磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关,B,B错、错、C C对对; ;根据黑体定义知根据黑体定义知D D对。故选对。故选A A、C C、D D。考查角度考查角度2 2 黑体辐射的规律黑体辐射的规律【典例【典例2 2】( (多选多选)(2017)(2017石家庄高二检测石家庄高二检测) )热辐射是指热辐射是指所有物体在一定的温度下都要向外辐射电磁波的现象所有物体在一定的温度下都要向外辐射电磁波的现象, ,辐射强度是指垂直于电磁波传播方向上的单位面积上辐射强度是指垂直于电磁波传播方向上的单位面积上单位时间内所接收到的辐射能量。在研究某一黑体热单位时间内所接收到的辐射能量。在研究某一黑体热辐射时辐射
21、时, ,得到了四种温度下黑体热辐射的强度与波长的得到了四种温度下黑体热辐射的强度与波长的关系如图。图中横轴关系如图。图中横轴表示电磁波的波长表示电磁波的波长, ,纵轴表示某纵轴表示某种波长电磁波的辐射强度种波长电磁波的辐射强度, ,则由辐射强度图线可知则由辐射强度图线可知, ,同同一黑体在不同温度下一黑体在不同温度下( () )A.A.向外辐射同一波长的电磁波的辐射强度相同向外辐射同一波长的电磁波的辐射强度相同B.B.辐射强度的极大值随温度升高而向短波方向移动辐射强度的极大值随温度升高而向短波方向移动C.C.向外辐射的电磁波的总能量随温度升高而减小向外辐射的电磁波的总能量随温度升高而减小D.D
22、.向外辐射的电磁波的波长范围是相同的向外辐射的电磁波的波长范围是相同的【解析】【解析】选选B B、D D。从图中可以看出。从图中可以看出, ,温度越高温度越高, ,向外辐向外辐射同一波长的电磁波的辐射强度越大射同一波长的电磁波的辐射强度越大, ,故故A A错误错误; ;从图中从图中可以看出可以看出, ,辐射强度的极大值随温度升高而向短波方向辐射强度的极大值随温度升高而向短波方向移动移动, ,故故B B正确正确; ;从图中可以看出从图中可以看出, ,辐射的各个波长的部辐射的各个波长的部分的辐射强度均变大分的辐射强度均变大, ,故向外辐射的电磁波的总能量随故向外辐射的电磁波的总能量随温度升高而增强
23、温度升高而增强, ,故故C C错误错误; ;从图中可以看出从图中可以看出, ,黑体可以黑体可以辐射出任何频率的电磁波辐射出任何频率的电磁波, ,故向外辐射的电磁波的波长故向外辐射的电磁波的波长范围是相同的范围是相同的, ,故故D D正确。故选正确。故选B B、D D。【过关训练】【过关训练】1.1.关于黑体的认识关于黑体的认识, ,下列说法正确的是下列说法正确的是( () )A.A.黑体只吸收电磁波黑体只吸收电磁波, ,不反射电磁波不反射电磁波, ,看上去是黑的看上去是黑的B.B.黑体辐射电磁波的强度按波长的分布除与温度有关黑体辐射电磁波的强度按波长的分布除与温度有关外外, ,还与材料的种类及
24、表面状况有关还与材料的种类及表面状况有关C.C.黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温度有关黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温度有关, ,与材料的种类及表面状况无关与材料的种类及表面状况无关D.D.如果在一个空腔壁上开一个很小的孔如果在一个空腔壁上开一个很小的孔, ,射入小孔的电射入小孔的电磁波在空腔内表面经多次反射和吸收磁波在空腔内表面经多次反射和吸收, ,最终不能从小孔最终不能从小孔射出射出, ,这个空腔就成了一个黑体这个空腔就成了一个黑体【解析】【解析】选选C C。黑体自身辐射电磁波。黑体自身辐射电磁波, ,不一定是黑的不一定是黑的, ,故故A A错错; ;黑体辐射电磁波的强度按波长
25、的分布只与黑体的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温度有关, ,故故B B错、错、C C对对; ;小孔只吸收电磁波小孔只吸收电磁波, ,不反射电磁不反射电磁波波, ,因此是小孔成了一个黑体因此是小孔成了一个黑体, ,而不是空腔成了黑体而不是空腔成了黑体, ,故故D D错。故选错。故选C C。2.(20182.(2018焦作高二检测焦作高二检测) )下列描绘两种温度下黑体辐下列描绘两种温度下黑体辐射强度与波长关系的图中射强度与波长关系的图中, ,符合黑体辐射实验规律的是符合黑体辐射实验规律的是( () )【解析】【解析】选选A A。黑体辐射以电磁辐射的形式向外辐射能。黑体辐射以电
26、磁辐射的形式向外辐射能量量, ,温度越高温度越高, ,辐射越强越大辐射越强越大, ,故故B B、D D错误。黑体辐射的错误。黑体辐射的波长分布情况也随温度而变波长分布情况也随温度而变, ,如温度较低时如温度较低时, ,主要以不主要以不可见的红外光进行辐射可见的红外光进行辐射, ,在在500500以至更高的温度时以至更高的温度时, ,则则顺次发射可见光以至紫外辐射。即温度越高顺次发射可见光以至紫外辐射。即温度越高, ,辐射的电辐射的电磁波的波长越短磁波的波长越短, ,故故C C错误错误,A,A正确。故选正确。故选A A。【补偿训练】【补偿训练】1.1.关于热辐射的认识关于热辐射的认识, ,下列说
27、法中正确的是下列说法中正确的是( () )A.A.热的物体向外辐射电磁波热的物体向外辐射电磁波, ,冷的物体只吸收电磁波冷的物体只吸收电磁波B.B.温度越高温度越高, ,物体辐射的电磁波越强物体辐射的电磁波越强C.C.辐射强度按波长的分布情况只与物体的温度有关辐射强度按波长的分布情况只与物体的温度有关, ,与与材料种类及表面状况无关材料种类及表面状况无关D.D.常温下我们看到的物体的颜色就是物体辐射电磁波常温下我们看到的物体的颜色就是物体辐射电磁波的颜色的颜色【解析】【解析】选选B B。一切物体都不停地向外辐射电磁波。一切物体都不停地向外辐射电磁波, ,且且温度越高温度越高, ,辐射的电磁波越
28、强辐射的电磁波越强,A,A错误错误,B,B正确正确; ;选项选项C C是黑是黑体辐射的特性体辐射的特性,C,C错误错误; ;常温下看到的物体的颜色是反射常温下看到的物体的颜色是反射光的颜色光的颜色,D,D错误。错误。2.2.如图所示为如图所示为t t1 1、t t2 2温度时的黑体辐射强度与波长的关温度时的黑体辐射强度与波长的关系系, ,则两温度的关系为则两温度的关系为( () )A.tA.t1 1=t=t2 2B.tB.t1 1tt2 2C.tC.t1 1tt2 2D.D.无法确定无法确定【解析】【解析】选选B B。根据黑体辐射的实验规律可知。根据黑体辐射的实验规律可知, ,随着温随着温度的
29、升高度的升高, ,一方面一方面, ,各种波长的辐射强度都增加各种波长的辐射强度都增加; ;另一方另一方面面, ,辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。故选项辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。故选项B B正确。正确。知识点二能量量子化与光电效应知识点二能量量子化与光电效应探究导入探究导入: :根据黑体辐射的实验规律根据黑体辐射的实验规律, ,当波长趋于当波长趋于0 0时时, ,辐射强度竟辐射强度竟变成无穷大变成无穷大, ,这显然是荒谬的这显然是荒谬的, ,这种荒谬的结果被认为这种荒谬的结果被认为是物理学理论的灾难是物理学理论的灾难, ,当时称为当时称为“黑体辐射的紫外灾难黑体辐射的紫外灾难”
30、, ,你知道谁解决了这个物理难题吗你知道谁解决了这个物理难题吗? ?他提出了什么假他提出了什么假说说? ?提示提示: :德国物理学家普朗克做了多种尝试德国物理学家普朗克做了多种尝试, ,进行了激烈进行了激烈的思想斗争的思想斗争, ,在在19001900年进行了大胆的假设年进行了大胆的假设: :振动着的带振动着的带电微粒的能量值只能是某一最小能量值电微粒的能量值只能是某一最小能量值的整数倍的整数倍, ,其其辐射或吸收能量时辐射或吸收能量时, ,也是能量值也是能量值的整数倍的整数倍, ,这个不可这个不可再分的最小能量值再分的最小能量值叫作能量的量子化。叫作能量的量子化。【归纳总结】【归纳总结】 1
31、.1.能量子和量子数能量子和量子数: :振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值的的整数倍整数倍,E=n,E=n,当带电微粒辐射或吸收能量时当带电微粒辐射或吸收能量时, ,也是以也是以这个最小能量值为单位一份一份地辐射或吸收这个最小能量值为单位一份一份地辐射或吸收, ,这个不这个不可再分的最小能量值可再分的最小能量值叫作能量子叫作能量子,n,n就是量子数。就就是量子数。就是说辐射或吸收能量时以这个最小能量值为单位一份是说辐射或吸收能量时以这个最小能量值为单位一份一份地辐射或吸收一份地辐射或吸收, ,即只能从某一状态即只能从某一状态“飞跃飞跃”地过渡地
32、过渡到另一状态到另一状态, ,而不可能停留在不符合这些能量的任何一而不可能停留在不符合这些能量的任何一个中间状态。个中间状态。2.2.能量子的能量公式能量子的能量公式:=h,:=h,其中其中是电磁波的频率是电磁波的频率,h,h称为普朗克常量。称为普朗克常量。h=6.62610h=6.62610-34-34JsJs。3.3.能量子假说的意义能量子假说的意义: :(1)(1)普朗克的能量子假说普朗克的能量子假说, ,使人类对微观世界的本质有使人类对微观世界的本质有了全新的认识了全新的认识, ,对现代物理学的发展产生了革命性的影对现代物理学的发展产生了革命性的影响。响。(2)(2)普朗克常量普朗克常
33、量h h是自然界最基本的常量之一是自然界最基本的常量之一, ,它体现了它体现了微观世界的基本特征微观世界的基本特征, ,架起了电磁波的波动性与粒子性架起了电磁波的波动性与粒子性的桥梁。的桥梁。4.4.光电效应的五组概念光电效应的五组概念: :(1)(1)光子与光电子光子与光电子: :光子指光在空间传播时的每一份能光子指光在空间传播时的每一份能量量, ,光子不带电光子不带电; ;光电子是金属表面受到光照射时发射光电子是金属表面受到光照射时发射出来的电子出来的电子, ,其本质是电子其本质是电子, ,光子是光电效应的因光子是光电效应的因, ,光电光电子是果。子是果。(2)(2)光电子的初动能与光电子
34、的最大初动能。光电子的初动能与光电子的最大初动能。光照射到金属表面时光照射到金属表面时, ,光子的能量全部被电子吸收光子的能量全部被电子吸收, ,电子吸收了光子的能量电子吸收了光子的能量, ,可能向各个方向运动可能向各个方向运动, ,需克服需克服原子核和其他原子的阻碍而损失一部分能量原子核和其他原子的阻碍而损失一部分能量, ,剩余部分剩余部分为光电子的初动能。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有金属表面的电子直接向外飞出时, ,只需克服原子只需克服原子核的引力做功核的引力做功, ,才具有最大初动能。光电子的初动能小才具有最大初动能。光电子的初动能小于或等于光电子的最大初动能。
35、于或等于光电子的最大初动能。(3)(3)光子的能量与入射光的强度光子的能量与入射光的强度: :光子的能量即每个光光子的能量即每个光子的能量子的能量, ,其值为其值为=h(=h(为光子的频率为光子的频率),),其大小由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属表面单位面积上的总能量, ,入射光的强度等于单位时入射光的强度等于单位时间内光子能量间内光子能量hh与入射光子数与入射光子数n n的乘积。即光强等于的乘积。即光强等于nhnh。(4)(4)光电流和饱和光电流光电流和饱和光电流: :金属板飞出的光电子到达阳金属
36、板飞出的光电子到达阳极极, ,回路中便产生光电流回路中便产生光电流, ,随着所加正向电压的增大随着所加正向电压的增大, ,光光电流趋于一个饱和值电流趋于一个饱和值, ,这个饱和值是饱和光电流这个饱和值是饱和光电流, ,在一在一定的光照条件下定的光照条件下, ,饱和光电流与所加电压大小无关。饱和光电流与所加电压大小无关。(5)(5)光的强度与饱和光电流光的强度与饱和光电流: :饱和光电流与入射光强度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。对于不同频率的光应而言的。对于不同频率的光, ,由于每个光子的能量不由于每个
37、光子的能量不同同, ,饱和光电流与入射光强度之间没有简单的正比关系。饱和光电流与入射光强度之间没有简单的正比关系。 【典例探究】【典例探究】 考查角度考查角度1 1 能量量子化能量量子化【典例【典例1 1】能引起人的眼睛视觉效应的最小能量为能引起人的眼睛视觉效应的最小能量为1010-18-18J,J,已知可见光的平均波长为已知可见光的平均波长为0.6m,0.6m,普朗克常数普朗克常数h=h=6.63106.6310-34-34Js,Js,恰能引起人眼的感觉恰能引起人眼的感觉, ,进入人眼的光进入人眼的光子数至少为子数至少为( () )A.1A.1个个B.3B.3个个C.30C.30个个D.30
38、0D.300个个【解析】【解析】选选B B。每个光子的能量为。每个光子的能量为E E0 0=h ,=h ,能引起人的眼能引起人的眼睛视觉效应的最小能量睛视觉效应的最小能量E E为为1010-18-18J,J,由由E=nEE=nE0 0得能引起人得能引起人眼的感觉眼的感觉, ,进入人眼的光子数至少为进入人眼的光子数至少为n= n= 个个=3=3个。故选个。故选B B。考查角度考查角度2 2 光电效应光电效应【典例【典例2 2】( (多选多选)(2016)(2016全国卷全国卷改编改编) )现用某一光电现用某一光电管进行光电效应实验管进行光电效应实验, ,当用某一频率的光入射时当用某一频率的光入射
39、时, ,有光有光电流产生。下列说法正确的是电流产生。下列说法正确的是( () )A.A.保持入射光的频率不变保持入射光的频率不变, ,入射光的光强变大入射光的光强变大, ,饱和光饱和光电流变大电流变大B.B.入射光的频率变高入射光的频率变高, ,饱和光电流变大饱和光电流变大C.C.入射光的频率变高入射光的频率变高, ,光电子的最大初动能变大光电子的最大初动能变大D.D.保持入射光的光强不变保持入射光的光强不变, ,不断减小入射光的频率不断减小入射光的频率, ,始始终有光电流产生终有光电流产生【解析】【解析】选选A A、C C。保持入射光的频率不变。保持入射光的频率不变, ,入射光的光入射光的光
40、强变大强变大, ,单位时间内光电子变多单位时间内光电子变多, ,饱和光电流变大饱和光电流变大,A,A对对; ;据爱因斯坦光电效应方程据爱因斯坦光电效应方程 =h=h-W-W0 0可知可知, ,入射光的入射光的频率变高频率变高, ,光电子的最大初动能变大光电子的最大初动能变大, ,饱和光电流不饱和光电流不变变,B,B错、错、C C对对; ;当当h hW0,0,亦即亦即hWhW0 0, =, =c c, ,而而c c= = 恰恰好是光电效应的截止频率。好是光电效应的截止频率。(4)E(4)Ek k-曲线。如图所示是光电子最大初动能曲线。如图所示是光电子最大初动能E Ek k随入射随入射光频率光频率
41、的变化曲线。这里的变化曲线。这里, ,横轴上的截距是截止频率横轴上的截距是截止频率或极限频率或极限频率; ;纵轴上的截距是逸出功的负值纵轴上的截距是逸出功的负值; ;斜率为普斜率为普朗克常量。朗克常量。2.2.光电效应规律中的两条线索、两个关系光电效应规律中的两条线索、两个关系: :(1)(1)两条线索两条线索: :(2)(2)两个关系两个关系: :光强光强光子数目多光子数目多发射光电子多发射光电子多光光电流大电流大; ;光子频率高光子频率高光子能量大光子能量大产生光电子的最大初动能产生光电子的最大初动能大。大。 【典例探究】【典例探究】 考查角度考查角度1 1 光电效应规律的应用光电效应规律
42、的应用【典例【典例1 1】（多选）（多选）（20172017全国卷全国卷）在光电效应实）在光电效应实验中，分别用频率为验中，分别用频率为a a、b b的单色光的单色光a a、b b照射到同种照射到同种金属上，测得相应的遏止电压分别为金属上，测得相应的遏止电压分别为U Ua a和和U Ub b、光电子的、光电子的最大初动能分别为最大初动能分别为E Ekaka和和E Ekbkb。h h为普朗克常量。下列说法为普朗克常量。下列说法正确的是（正确的是（ ）A A若若a ab b，则一定有，则一定有 U Ua aU Ub bB.B.若若a ab b，则一定有，则一定有E EkakaE EkbkbC.C.
43、若若U Ua aU Ub b，则一定有，则一定有E EkakaE EkbkbD.D.若若a ab b，则一定有，则一定有hha a-E-Ekakahhb b-E-Ekbkb【解析】【解析】选选B B、C C。由爱因斯坦光电效应方程。由爱因斯坦光电效应方程h= h= E Ekmkm+W+W0 0，由动能定理可得，由动能定理可得E Ekmkm=eU=eU，故当，故当a ab b时，时，U Ua aU Ub b，E EkakaE Ekbkb，故，故A A错误，错误，B B正确；若正确；若U Ua aU Ub b，则一定有，则一定有E EkakaE Ekbkb，故，故C C正确；由光电效应方程可得：金
44、属的逸出正确；由光电效应方程可得：金属的逸出功功W W0 0=h=ha a-E-Ekaka=h=hb b-E-Ekbkb，故，故D D错误。错误。考查角度考查角度2 2 光电效应方程的应用光电效应方程的应用【典例【典例2 2】(2015(2015全国卷全国卷)在某次光电效应实验中在某次光电效应实验中, ,得到的遏止电压得到的遏止电压U Uc c与入射光的频率与入射光的频率的关系如图所示的关系如图所示, ,若该直线的斜率和截距分别为若该直线的斜率和截距分别为k k和和b,b,电子电荷量的绝对电子电荷量的绝对值为值为e,e,则普朗克常量可表示为则普朗克常量可表示为_,_,所用材料的逸所用材料的逸出
45、功可表示为出功可表示为_。【解析】【解析】由题意可得由题意可得eUeUc c= =h= =h-W,-W,变形为变形为U Uc c= = - ,- ,结合图象可知结合图象可知 =k, =-b,=k, =-b,所以所以h=ek,W=-ebh=ek,W=-eb。答案答案: :ekek-eb-eb【过关训练】【过关训练】(2016(2016江苏高考江苏高考) )几种金属的逸出功几种金属的逸出功W W0 0: :金属金属钨钨钙钙钠钠钾钾铷铷W W0 0/(10/(10-19-19J)J)7.267.265.125.123.663.663.603.603.413.41用一束可见光照射上述金属的表面用一束可
46、见光照射上述金属的表面, ,请通过计算说明哪请通过计算说明哪些能发生光电效应。已知该可见光的波长范围为些能发生光电效应。已知该可见光的波长范围为4.04.01010-7-77.6107.610-7-7m,m,普朗克常数普朗克常数h=6.6310h=6.6310-34-34JsJs。【解析】【解析】光子的能量光子的能量E= ,E= ,取取=4.0=4.01010-7-7m,m,则则E E5.05.01010-19-19J,J,根据根据EWEW0 0判断判断, ,钠、钾、铷能发生光电效钠、钾、铷能发生光电效应。应。答案答案: :钠、钾、铷能发生光电效应钠、钾、铷能发生光电效应【补偿训练】【补偿训练
47、】1.(1.(多选多选)(2018)(2018上饶高二检测上饶高二检测) )关于光电效应关于光电效应, ,下列几下列几种表述正确的是种表述正确的是( () )A.A.用不可见光照射金属一定比用可见光照射同种金属用不可见光照射金属一定比用可见光照射同种金属产生的光电子的最大初动能要大产生的光电子的最大初动能要大B.B.对于任何一种金属都存在一个对于任何一种金属都存在一个“最大波长最大波长”, ,入射光入射光的波长必须小于这个波长的波长必须小于这个波长, ,才能产生光电效应才能产生光电效应C.C.金属电子的逸出功与入射光的频率成正比金属电子的逸出功与入射光的频率成正比D.D.光电流的强度与入射光的
48、强度有关光电流的强度与入射光的强度有关【解析】【解析】选选B B、D D。不可见光的频率不一定比可见光的。不可见光的频率不一定比可见光的频率大频率大, ,所以产生的光电子的初动能不一定大所以产生的光电子的初动能不一定大, ,故故A A错误错误; ;当入射光的频率大于金属的极限频率时当入射光的频率大于金属的极限频率时, ,即入射光的波即入射光的波长小于极限波长时长小于极限波长时, ,发生光电效应发生光电效应, ,故故B B正确正确; ;根据光电根据光电效应方程知效应方程知E Ekmkm=h=h-W-W0 0=eU,=eU,知知U= ,U= ,遏止电压与入遏止电压与入射光的频率成一次函数关系射光的
49、频率成一次函数关系, ,不是成正比不是成正比, ,故故C C错误错误; ;光光的强度影响单位时间内发出光电子的数目的强度影响单位时间内发出光电子的数目, ,即影响光电即影响光电流的大小流的大小, ,故故D D正确。故选正确。故选B B、D D。2.(2.(多选多选) )一单色光照到某金属表面时一单色光照到某金属表面时, ,有光电子从金属有光电子从金属表面逸出表面逸出, ,下列说法中正确的是下列说法中正确的是( () )A.A.只增大入射光的频率只增大入射光的频率, ,金属逸出功将减小金属逸出功将减小B.B.只延长入射光照射时间只延长入射光照射时间, ,光电子的最大初动能将不变光电子的最大初动能
50、将不变C.C.只增大入射光的频率只增大入射光的频率, ,光电子的最大初动能将增大光电子的最大初动能将增大D.D.只增大入射光的频率只增大入射光的频率, ,光电子逸出所经历的时间将缩光电子逸出所经历的时间将缩短短【解析】【解析】选选B B、C C。金属的逸出功由金属本身的构成决。金属的逸出功由金属本身的构成决定定, ,与入射光的频率无关与入射光的频率无关, ,选项选项A A错误错误; ;根据爱因斯坦光根据爱因斯坦光电效应方程电效应方程E Ek k=h=h-W-W0 0可知可知, ,当金属的极限频率确定时当金属的极限频率确定时, ,光电子的最大初动能取决于入射光的频率光电子的最大初动能取决于入射光
51、的频率, ,与光照强度、与光照强度、照射时间、光子数目无关照射时间、光子数目无关, ,选项选项B B、C C正确正确,D,D错误。错误。知识点四光子说对康普顿效应的解释知识点四光子说对康普顿效应的解释探究导入探究导入: :太阳光从小孔射入室内时太阳光从小孔射入室内时, ,我们从侧面可以看到这束光我们从侧面可以看到这束光; ;白天的天空各处都是亮的白天的天空各处都是亮的; ;宇航员在太空中会发现尽宇航员在太空中会发现尽管太阳光耀眼刺目管太阳光耀眼刺目, ,其他方向的天空却是黑的其他方向的天空却是黑的, ,为什么为什么? ?提示提示: :在地球上存在着大气在地球上存在着大气, ,太阳光经微粒散射后
52、传向太阳光经微粒散射后传向各个方向各个方向, ,而在太空中的真空环境下光不散射只向前传而在太空中的真空环境下光不散射只向前传播。播。 【归纳总结】【归纳总结】 (1)(1)假定假定X X射线光子与电子发生弹性碰撞。光子和电子射线光子与电子发生弹性碰撞。光子和电子相碰撞时相碰撞时, ,光子有一部分能量传给电子光子有一部分能量传给电子, ,散射光子的能散射光子的能量减少量减少, ,于是散射光的波长大于入射光的波长。于是散射光的波长大于入射光的波长。(2)(2)康普顿效应进一步揭示了光的粒子性康普顿效应进一步揭示了光的粒子性, ,也再次证明也再次证明了爱因斯坦光子说的正确性。了爱因斯坦光子说的正确性
53、。(3)(3)在光的散射中在光的散射中, ,光子在与其他微粒作用过程中遵循光子在与其他微粒作用过程中遵循能量守恒定律和动量守恒定律。能量守恒定律和动量守恒定律。 【典例探究】【典例探究】 考查角度考查角度1 1 光子的动量光子的动量【典例【典例1 1】科学研究证明科学研究证明, ,光子有能量也有动量光子有能量也有动量, ,当光子当光子与电子碰撞时与电子碰撞时, ,光子的一些能量转移给了电子。假设光光子的一些能量转移给了电子。假设光子与电子碰撞前的波长为子与电子碰撞前的波长为,碰撞后的波长为碰撞后的波长为,则则碰撞过程中碰撞过程中( () )A.A.能量守恒能量守恒, ,动量守恒动量守恒, ,且
54、且=B.B.能量不守恒能量不守恒, ,动量不守恒动量不守恒, ,且且=C.C.能量守恒能量守恒, ,动量守恒动量守恒, ,且且【解析】【解析】选选C C。能量守恒和动量守恒是自然界的普遍规。能量守恒和动量守恒是自然界的普遍规律律, ,适用于宏观世界也适用于微观世界。光子与电子碰适用于宏观世界也适用于微观世界。光子与电子碰撞时遵循这两个守恒规律。光子与电子碰撞前光子的撞时遵循这两个守恒规律。光子与电子碰撞前光子的能量能量E=hE=h=h ,=h ,当光子与电子碰撞时当光子与电子碰撞时, ,光子的一些能光子的一些能量转移给了电子量转移给了电子, ,光子的能量光子的能量E E=h=h=h ,=h ,
55、由由EEEE, ,可知可知 , ,再由再由c=c=1 1= =2 2, ,得得到到1 1 2 2,B,B错误错误,C,C、D D正确。正确。【拓展例题】【拓展例题】考查内容考查内容: :光电效应与图象综合性问题光电效应与图象综合性问题【典例示范】【典例示范】在图甲所示的装置中在图甲所示的装置中,K,K为一个金属板为一个金属板,A,A为一个金属电极为一个金属电极, ,都密封在真空玻璃管中都密封在真空玻璃管中, ,单色光可通单色光可通过玻璃壳照在过玻璃壳照在K K上上,E,E为可调直流电源。实验发现为可调直流电源。实验发现, ,当用当用某种频率的单色光照射某种频率的单色光照射K K时时,K,K会发
56、出电子会发出电子( (光电效应光电效应),),这时这时, ,即使即使A A、K K间的电压等于零间的电压等于零, ,回路中也有电流回路中也有电流, ,当当A A的电势低于的电势低于K K时时, ,电流仍不为零电流仍不为零,A,A的电势比的电势比K K低得越多低得越多, ,电流越小电流越小, ,当当A A比比K K的电势低到某一值的电势低到某一值U Uc c( (遏止电压遏止电压) )时时, ,电电流消失。当改变照射光的频率流消失。当改变照射光的频率时时, ,遏止电压遏止电压U Uc c也将随也将随之改变。如果某次实验我们测出的一系列数据如图乙之改变。如果某次实验我们测出的一系列数据如图乙所示所
57、示, ,若知道电子的电荷量若知道电子的电荷量e,e,则根据图象可求出该金属则根据图象可求出该金属的极限频率为多少的极限频率为多少? ?该金属的逸出功该金属的逸出功W W0 0为多少为多少? ?普朗克常普朗克常量量h h为多少为多少? ?【解析】【解析】由题图可知由题图可知, ,数据对应的点几乎落在一条直线数据对应的点几乎落在一条直线上上, ,直线与直线与轴的交点轴的交点0 0即为该金属的极限频率。因此即为该金属的极限频率。因此当照射光的频率为当照射光的频率为0 0时时, ,遏止电压遏止电压U Uc c=0,=0,说明在此频率说明在此频率下下, ,金属板刚好发生光电效应。金属板刚好发生光电效应。
58、设光电子的最大初动能为设光电子的最大初动能为E Ek k, ,根据光电效应方程有根据光电效应方程有h=Wh=W0 0+E+Ek k当当A A比比K K的电势低到某一值的电势低到某一值U Uc c时时, ,电流消失电流消失, ,光电子的最大光电子的最大初动能全部用来克服电场力做功初动能全部用来克服电场力做功, ,由动能定理有由动能定理有eUeUc c=E=Ek k联立以上两式可得联立以上两式可得 由上式可知由上式可知,U,Uc c-图象斜率图象斜率k= ,k= ,在在U Uc c轴上的截距为轴上的截距为- - 。而由图可得。而由图可得, ,截距为截距为-U-Uc c。解得解得h= ,Wh= ,W0 0=eU=eUc c。答案答案: :0 0eUeUc c
