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1、第二节光子第二节光子第二章波粒二象性第二章波粒二象性 目标篇目标篇 预习篇预习篇 考点篇考点篇 栏目链接学学 习习目目 标标1知道能量量子假说知道能量量子假说2知道光子假说知道光子假说3知知道道爱爱因因斯斯坦坦的的光光电电效效应应方方程程以以及及对对光光电电效效应应规规律的解释律的解释 目标篇目标篇 预习篇预习篇 考点篇考点篇 栏目链接能量量子化及其应用能量量子化及其应用光子的能量与入射光的强度有什么区别？光子的能量与入射光的强度有什么区别？提提示示：光光子子的的能能量量即即每每个个光光子子的的能能量量，其其值值为为h(为为光光子子的的频频率率)，其其大大小小由由光光的的频频率率决决定定入入射
2、射光光的的强强度度指指单单位位时时间间内内照照射射到到金金属属表表面面单单位位面面积积上上的的总总能能量量，入入射射光光的的强强度等于单位时间内光子能量与入射光子数的乘积度等于单位时间内光子能量与入射光子数的乘积 目标篇目标篇 预习篇预习篇 考点篇考点篇 栏目链接德德国国物物理理学学家家普普朗朗克克在在研研究究电电磁磁波波的的辐辐射射时时，提提出出了了物物体体热热辐辐射射所所发发出出的的电电磁磁波波的的能能量量是是不不连连续续的的，只只能能是是能能量量量量子子h的的整整数数倍倍， 能能量量量量子子说说可可以以非非常常合合理理地地解解释释某某些些电电磁磁波波的的辐辐射射和和吸收的实验现象吸收的实
3、验现象在在微微观观世世界界里里，物物理理量量的的取取值值很很多多时时候候是是不不连连续续的的，只只能能取取一一些分立的值这种物理量分立取值的现象称为量子化现象些分立的值这种物理量分立取值的现象称为量子化现象 氦氦氖氖激激光光器器发发射射波波长长为为6 328 A的的单单色色光光，试试计计算算这这种种光光的的一一个个光光子子的的能能量量为为多多少少？若若该该激激光光器器的的发发光光功功率率为为18 mW，则每秒钟发射多少个光子？，则每秒钟发射多少个光子？(h6.63 Js) 目标篇目标篇 预习篇预习篇 考点篇考点篇 栏目链接解解析析：根根据据爱爱因因斯斯坦坦光光子子学学说说，光光子子能能量量h，
4、而而c，所以所以 J3.14 J. 因为发光功率已知因为发光功率已知，所以所以1 s内发射的光子数为：内发射的光子数为： 答案：答案：3.14 J5.73 个个 目标篇目标篇 预习篇预习篇 考点篇考点篇 栏目链接方方法法总总结结：光光能能量量子子h，光光能能是是光光子子的的能能量量整整数数倍倍，即即总总nnh.普普朗朗克克量量子子化化理理论论，认认为为电电磁磁波波的的能能量量是是量量子子化化的的、不不连连续续的的，总总能能量量是是能能量量子子的的整整数数倍倍，即即总总n，其其中中h，因因此此，只只要要知知道道电电磁磁波波的的频频率率即即可可解解答答光光是是一一种种电电磁磁波波，光光能能量量子子
5、简简称称光光子子其其能能量量值值是是光光能能量量的的最最小小单单位位，h，其中其中为光的频率为光的频率，通常结合通常结合c，确定确定的值的值 目标篇目标篇 预习篇预习篇 考点篇考点篇 栏目链接 课堂训练课堂训练1对对应应于于3.4 J的的能能量量子子，其其电电磁磁辐辐射射的的频频率率和和波波长长各各是多少？它是什么颜色的光？是多少？它是什么颜色的光？(h6.63 Js)解析：解析：根据公式根据公式h和和 得：得： Hz5.13 Hz， m5.85 m. 5.13 Hz的的频频率率属属于于黄黄光光的的频频率率范范围围，它它是是黄黄光光，其波长为其波长为5.85 m. 答案：答案：5.13 Hz5
6、.85 m黄色黄色 光子说的认识与应用光子说的认识与应用光电子就是光子吗？光电子就是光子吗？提示：提示：光电子是电子光电子是电子，不是光子不是光子光光的的能能量量是是不不连连续续的的，而而是是一一份份一一份份的的，每每一一份份叫叫做做一一个个光光子子光光子子说说能能很很好好地地解解释释光光电电效效应应；光光由由大大量量的的微微粒粒即即光光子子组组成成，光光确确实实具具有有粒粒子子性性光光电电效效应应现现象象充充分分证证明明了了光光具具有有粒子性粒子性 目标篇目标篇 预习篇预习篇 考点篇考点篇 栏目链接 人人眼眼对对绿绿光光最最敏敏感感，正正常常人人的的眼眼睛睛接接收收到到波波长长为为530 n
7、m的的绿绿光光时时，只只要要每每秒秒有有6个个绿绿光光的的光光能能量量子子射射入入瞳瞳孔孔，眼眼睛睛就就能能觉觉察察，普普朗朗克克常常数数为为6.63 Js，光光速速为为3.0 m/s，则人眼能察觉到绿光时所接收到的最小功率是，则人眼能察觉到绿光时所接收到的最小功率是() 目标篇目标篇 预习篇预习篇 考点篇考点篇 栏目链接解解析析：先先根根据据0hh 算算出出每每个个光光量量子子的的能能量量，每每秒秒需需要要接接收收到到6个个这这样样的的光光量量子子，故故接接收收到到这这6个个光光量量子子的的功功率率就就是是人人眼眼能能觉觉察察到到绿绿光光的的最最小小功功率率又又因因每每秒秒有有6个个绿绿光光
8、的的光光能能量量子子射射入入瞳瞳孔孔，所所以以，觉觉察察到到绿绿光光所所需需要要接接收收到到的的最最小小功功率率P ，式式中中60，又又0hh ，代入数据得代入数据得P2.3 W. 答案：答案：A 目标篇目标篇 预习篇预习篇 考点篇考点篇 栏目链接 课堂训练课堂训练2关于光子和光电子关于光子和光电子，以下说法正确的是以下说法正确的是(B)A光子就是光电子光子就是光电子B光电子是金属中电子吸收光子后飞离金属表面产生的光电子是金属中电子吸收光子后飞离金属表面产生的C真空中光子和光电子速度都是光速真空中光子和光电子速度都是光速cD光子和光电子都带负电光子和光电子都带负电解解析析：光光电电子子是是金金
9、属属中中电电子子吸吸收收光光子子后后飞飞离离金金属属表表面面产产生生的的，所所以以光光电电子子带带负负电电，而而光光的的每每一一份份能能量量叫叫光光子子，光光子子不不带带电电，所所以以选选项项A、D错错误误，B正正确确光光电电子子属属于于电电子子，所以其速度不等于光速所以其速度不等于光速，故选项故选项C错误错误 目标篇目标篇 预习篇预习篇 考点篇考点篇 栏目链接光子假说对光电效应规律的解释光子假说对光电效应规律的解释发生光电效应时，电子能够同时吸收几个光子的能量吗？发生光电效应时，电子能够同时吸收几个光子的能量吗？提提示示：发发生生光光电电效效应应时时，一一个个电电子子只只吸吸收收一一个个光光
10、子子，不不能能同同时吸收几个光子的能量时吸收几个光子的能量1极限频率的存在极限频率的存在由由于于光光子子的的能能量量是是一一份份一一份份的的，那那么么金金属属中中的的电电子子也也只只能能一一份份一一份份地地吸吸收收光光子子的的能能量量，而而且且这这个个传传递递能能量量的的过过程程只只能是一个光子对一个电子的行为能是一个光子对一个电子的行为 目标篇目标篇 预习篇预习篇 考点篇考点篇 栏目链接从从方方程程上上看看，如如果果入入射射光光的的频频率率很很低低，hW0，自自由由电电子子就就不不会会从从金金属属表表面面逸逸出出只只有有当当光光子子的的能能量量达达到到或或超超过过金金属属的的逸逸出出功功时时
11、，才才能能发发生生光光电电效效应应而而正正是是由由于于不不同同金金属属的的逸逸出出功不同，它们的极限频率也不同功不同，它们的极限频率也不同2遏止电压与入射光的频率有关而与强度无关遏止电压与入射光的频率有关而与强度无关当当光光的的频频率率高高于于极极限限频频率率时时，能能量量传传递递给给电电子子以以后后，电电子子摆摆脱脱束束缚缚要要消消耗耗一一部部分分能能量量，剩剩余余的的能能量量以以光光电电子子的的动动能能的的形形式式存存在在，遏遏止止电电压压对对应应着着光光电电子子的的最最大大初初动动能能，它它们们的的关关系系是：是：eU0 ，而根据光电效应方程可知，而根据光电效应方程可知， hW0， 目标
12、篇目标篇 预习篇预习篇 考点篇考点篇 栏目链接最最大大初初动动能能与与光光子子的的频频率率以以及及物物体体的的逸逸出出功功有有关关，所所以以在在入入射射物物体体一一定定时时，遏遏止止电电压压与与入入射射光光的的频频率率有有关关，与与强强度度无无关关3光光电电效效应应的的瞬瞬时时性性由由于于一一个个电电子子只只吸吸收收一一个个光光子子，而而且且电电子子接接收收能能量量的的过过程程极极其其短短暂暂，所所以以光光照照瞬瞬间间，金金属属内内的的电电子子便便获获得得能能量量，并并脱脱离离原原子子核核的的束束缚缚而而逸逸出出4光光电电流流的的强强度度与与入入射射光光的的强强度度成成正正比比发发生生光光电电
13、效效应应时时，单单位位时时间间内内逸逸出出的的光光电电子子数数与与光光的的强强度度成成正正比比，光光强强度度越越大大意意味味着着单单位位时时间间内内打打在在金金属属上上的的光光子子数数越越多多，那那么么逸逸出出的的光光电电子子数数目目也也就就越越多多，因因此此饱饱和和光光电电流流大大，所所以以饱饱和和光光电电流流与与光光的的强强度度成成正比正比 目标篇目标篇 预习篇预习篇 考点篇考点篇 栏目链接 (多多选选)如如图图所所示示是是用用光光照照射射某某种种金金属属时时逸逸出出的的光光电电子子的的最最大大初初动动能能随随入入射射光光频频率率的的变变化化图图线线(直直线线与与横横轴轴的的交交点坐标为点
14、坐标为4.27，与纵轴的交点坐标为，与纵轴的交点坐标为0.5)由图可知由图可知()A该金属的截止频率为该金属的截止频率为4.27 HzB该金属的截止频率为该金属的截止频率为5.5 HzC该图线的斜率表示普朗克常量该图线的斜率表示普朗克常量D该金属的逸出功为该金属的逸出功为0.5 eV解解析析：根根据据光光电电效效应应方方程程EkhW0可可知知，图图线线的的斜斜率率表表示示普普朗朗克克常常量量，图图线线与与轴轴的的交交点点对对应应的的频频率率表表示示截截止止频频率率；Ek图图象象中中0时时对对应应的的Ek的的值值表表示示逸逸出出功功的的负负值值，易易知知该金属的逸出功不等于该金属的逸出功不等于0
15、.5 eV，所以选项所以选项A、C正确正确答案：答案：AC 课堂训练课堂训练3对对爱爱因因斯斯坦坦光光电电效效应应方方程程h W0，下下面面的的理理解正确的有解正确的有(C) A只只要要是是用用同同种种频频率率的的光光照照射射同同一一种种金金属属，那那么么从从金金属属中中逸出的所有光电子都会具有同样的初动能逸出的所有光电子都会具有同样的初动能B式式中中的的W0表表示示每每个个光光电电子子从从金金属属中中飞飞出出过过程程中中克克服服金金属中正电荷引力所做的功属中正电荷引力所做的功 C逸出功逸出功W0和极限频率和极限频率之间应满足关系式之间应满足关系式W0 hD光电子的最大初始动能和入射光的频率成
16、正比光电子的最大初始动能和入射光的频率成正比解解析析：爱爱因因斯斯坦坦光光电电效效应应方方程程h W0中中的的W0表表示示从从金金属属表表面面直直接接逸逸出出的的光光电电子子克克服服金金属属中中正正电电荷荷引引力力做做的的功功，因因此此是是所所有有逸逸出出的的光光电电子子中中克克服服引引力力做做功功的的最最小小值值对对应应的的光光电电子子的的初初动动能能是是所所有有光光电电子子中中最最大大的的其其他他光光电电子子的的初初动动能能都都小小于于这这个个值值若若入入射射光光的的频频率率恰恰好好是是极极限限频频率率，即即刚刚好好能能有有光光电电子子逸逸出出，可可理理解解为为逸逸出出的的光光电电子子的的最最大大初初动动能能是是0，因此有因此有Wh，由由h W0可知可知 和和之间是一次函数关系之间是一次函数关系，但不是成正比关系但不是成正比关系
