1、高考资源网（） 您身边的高考专家1 能量量子化：物理学的新纪元名师导航知识梳理1.我们周围的一切物体都在辐射_，这种辐射与物体温度有关，所以叫做_.2.如果某种物体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生_，这种物体就是_，简称_.3.微观世界的能量是一份一份的，其中不可分的最小值叫做_，=_.疑难突破 对黑体和黑体辐射的理解剖析：任何物体都具有不断辐射、吸收、发射电磁波的本领.辐射出去的电磁波在各个波段是不同的，也就是具有一定的谱分布.这种谱分布与物体本身的特性及其温度有关，因而被称之为热辐射.为了研究不依赖于物质具体物性的热辐射规律，物理学家们定义了一种理想物体黑体（black body
2、），以此作为热辐射研究的标准物体.所谓黑体是指入射的电磁波全部被吸收，既没有反射，也没有透射（但黑体仍然要向外辐射）.显然自然界不存在真正的黑体，但许多物质是较好的黑体近似（在某些波段上）.问题探究问题：用实验测定普朗克常量的值是多少？探究：a.实验仪器GD-27型光电管及配套NG型滤色片转轮、GQ-50WHg仪器用高压汞灯、XDP4型微电流测量放大器图17-1-1b.实验内容 1.测试前的准备（1）认真阅读XD-P4型光电效应实验仪使用说明书中的“使用方法”和“注意事项”部分.（2）将光源、光电管暗盒及微电流测量放大器依次放好，暗盒距离光源3040 cm.微电流测量放大器的“倍率”开关置于“
3、10-11”挡.“电压调节”反时针调到最小.将滤色片转轮的挡光片调整后正对光电管暗盒光窗.（3）用遮光罩盖住汞灯的光窗，插上微电流测量放大器电源(开关不要打开)预热2030分钟，再打开电源开关使数字表显示.然后将连接“电流输入”端的屏蔽电缆断开，按住“调零”按钮，旋转电流表调零旋钮进行调节，调零完成后将光电管的“电流”端与微电流测量放大器的“电流输入”端用屏蔽电缆连接.（4）打开汞灯开关，让汞灯预热.2.测量光电管的伏安特性曲线（1）连接好光电管暗盒与测量放大器之间的地线和阳极电源线（屏蔽线此时已连接）.（2）取下汞灯上的遮光罩，让光源出射孔对准暗盒窗口.旋转滤色片转轮.“电压调节”从-2 V
4、调起，缓慢增加，先观察一遍不同滤色片下的电流变化情况，记下电流明显变化的电压值以便精测.（3）在粗测的基础上进行精测记录.首先选择365 nm滤色片进行测量.调节减速电压U从-2.000 V逐渐增大到0 V左右，并记入表一，且每组测量数据不少于20个.(注意，在光电流开始变化的地方多读几个值，以便准确造出抬头点)（4）旋转滤色片，依次选择405 nm、436 nm、546 nm、577 nm滤色片，重复步骤（3）.（5）在精度合适的坐标纸上，仔细作出不同波长（频率）的伏安特性曲线.从曲线中认真找出电流开始变化的抬头点，确定IKA的截止电压Us，并记入表二.（6）把不同频率下的截止电压Us绘制在
5、坐标纸上.如果光电效应遵从爱因斯坦方程，则Us=f()关系曲线应该是一条直线.求出直线的斜率：k=Us/代入式求出普朗克常量h=ek,并算出所测值与公认值之间的误差.（7）改变光源与暗盒的距离L，观察光电流及随光的强弱的变化，并对结果作出解释.（这一内容可选作）c.测量记录和数据处理光源出射孔与光电管暗盒光窗的距离L=_cm光阑孔=_mm表一：减速电压UKA与对应的光电流IKA关系365 nmUKA(V)IKA(10-11 A)405 nmUKA(V)IKA(10-11 A)436 nmUKA(V)IKA(10-11 A)546 nmUKA(V)IKA(10-11 A)577 nmUKA(V)
6、IKA(10-11 A)表二：光电效应的频率与截止电压Us间的关系波长（nm）365405436546577频率（1014Hz）8.227.416.885.495.20Us(V)探究结论：普朗克常量值h0=6.6310-34 Js.典题精讲【例题】 对一束太阳光进行分析，下列说法正确的是（ ）A.太阳光是由各种单色光组成的复合光B.在组成太阳光的各单色光中，其能量最强的光为红光C.在组成太阳光的各单色光中，其能量最强的光是紫光D.组成太阳光的各单色光，其能量都相同思路解析：根据棱镜散射实验得：太阳光是由各种单色光组成的复合光，故A正确.根据能量子的概念得：光的能量与它的频率有关，而频率又等于光
7、速除以波长，由于红光的波长最长，紫光的波长最短，可以得出各单色光中能量最强的为紫光，能量最弱的为红光，即BD错，C正确.答案：AC知识导学 本节通过讲述用经典理论无法解释黑体辐射定律，从而引进普朗克的量子假设，进而提出普朗克公式：再用普朗克公式成功解释黑体辐射定律.在学习过程中注意理解黑体辐射实验的规律，然后用普朗克的量子假设去解释它，如果你能达到这一点要求，也就完成了本节的学习任务.疑难导析 为了帮助理解，给大家列出发射率的知识点： 现实世界不存在这种理想的黑体，那么用什么来刻画这种差异呢？对任一波长，定义为该波长的一个微小波长间隔内，真实物体的辐射能量与同温下的黑体的辐射能量之比为发射率.
8、显然发射率为介于0与1之间的正数，一般发射率依赖于物质特性、环境因素及观测条件.如果发射率与波长无关，那么可把物体叫做灰体（grey body），否则叫选择性辐射体.问题导思 本实验的实验原理 爱因斯坦认为从一点发出的光不是按麦克斯韦电磁学说指出的那样以连续分布的形式把能量传播到空间，而是频率为的光以h为能量单位(光量子)的形式一份一份地向外辐射.至于光电效应，是具有能量h的一个光子作用于金属中的一个自由电子，并把它的全部能量都交给这个电子而造成的.如果电子脱离金属表面耗费的能量为W的话，则由光电效应打出来的电子的动能为E=h-W或：=h-W（1）式被称为爱因斯坦方程.式中，是没有受到空间电荷
9、阻止，从金属中逸出的电子的最大初动能.由式可见，入射到金属表面的光频率越高，逸出来电子最大初动能必然也越大.正因为光电子具有最大初动能，所以即使阳极不加电压也会因有光电子落入而形成光电流，甚至阳极相对于阴极的电势低时也会有光电子从阴极到达阳极，直到阳极电势低于某一数值时，所有光电子都不能达到阳极，光电流才为零.这个相对于阴极为负值的阳极电势Us被称为光电效应的截止电压.显然，此时有eUs-=0 代入式即有eUs=h-W 由于金属材料的逸出功W是金属的固有属性，对一给定的金属材料W是一个定值，它与入射光的频率无关.令W=h0，0为截止频率：即具有截止频率0的光子恰恰具有逸出W,而没有多余的动能.
10、将式改写为Us=(-0) 式表明，截止电势Us是入射光频率的线性函数.当入射光频率=0时，截止电压Us=0，没有光电子析出.上式的斜率k=h/e是一个正常数.由此可得普朗克常量：h=ek 可见，只要用实验方法作出不同频率下的Us曲线，并求出此曲线的斜率k，就可以通过式求出普朗克常量h的数值.其中e=1.6010-19C是电子的电荷量.频率为、强度为P的光线照射到光电管阴极上，即有光电子从阴极逸出，在阴极K和阳极A之间加有反向电势UKA,它使电极K、A之间建立起的电场对光电阴极逸出的光电子起减速作用，随着电势UKA的增加，到达阳极的光电子（表现为光电流）将逐渐减小.图17-1-2 图17-1-3
11、当UKA=Us时，光电流降为零.如图17-1-2光电管的I-U特性.不同频率的光的照射，可以得到与之相应的IKAUKA特性曲线和对应的Us电压值.在直角坐标中做出Us关系曲线，如图17-1-3所示.如果它是一根直线，就证明了爱因斯坦光电效应方程的正确.由该直线的斜率则可求出普朗克常量(h=ek).另外，由直线的延长线与坐标横轴的交点可求出该光电管阴极材料的截止频率0.典题导考绿色通道：解本题的关键是正确理解光的量子假说，振动着的带电微粒的能量只能是某一最小值的整数倍，也就是说能量是以最小能量值为单位一份一份地辐射或吸收的.其中=h，为电磁波的频率，h为普朗克常量.【典题变式】 一束红光从空气射入折射率为1.5的玻璃，则这束红光的能量将（ ）A.变小 B.变大 C.不变 D.不能确定答案：C高考资源网版权所有，侵权必究！
