1、第1页第十七章 波粒二象性 第2页171 能量量子化 172 光的粒子性 第3页学 习 目 标 第4页学习重点考查热度了解热辐射、黑体、黑体辐射、黑体辐射的实验规律、黑体热辐射的强度与波长的关系掌握能量子的概念通过实验了解光电效应的实验规律知道爱因斯坦光电效应方程，并能用它解释光电效应了解康普顿效应、光子的动量第5页基 础 梳 理 第6页一、能量量子化1热辐射(1)定义：我们周围的一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与物体的温度有关，所以叫热辐射(2)特征：热辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同第7页2黑体(1)定义：如果某种物体在任何温度下能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射
2、，这种物体就是绝对黑体，简称黑体第8页(2)黑体辐射的特征：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第9页3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(1)随着温度的升高，各种波长的辐射强度都增加(2)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第10页4能量子(1)能量子：普朗克认为，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的地辐射或吸收的，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
3、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第11页(4)普朗克认为，带电微粒的能量只能是某一最小能量值 的整数倍这个不可再分的最小能量值叫做能量子h，是电磁波的频率，h 是普朗克常量h6.6261034 Js.第12页二、光电效应规律1光电效应的实验规律(1)饱和电流 Im 的大小与入射光的强度成正比，也就是单位时间内逸出的光电子数目与入射光的强度成正比(见图甲)第13页(2)光电子的最大初动能(或遏止电压)与入射光线的强度无关(见图甲)，而只与入射光的频率有关频率越高，光电子的初动能就越大(见图乙)(3)频率低于 c 的入射光，
4、无论光的强度多大，照射时间多长，都不能使光电子逸出(4)光的照射和光电子的逸出几乎是同时的，在测量的精度范围内(0，即 hW0，W0h，而 cW0h 就是金属的截止频率第19页(4)截止频率 c：方程 EkhW0 表明，光电子的最大初动能 Ek与入射光的频率 存在线性关系(如右图)，与光强无关图中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，图线的斜率为普朗克常量(5)逸出功：方程 EkhW0中的逸出功 W0为从金属表面逸出的电子克服束缚而消耗的最少能量，不同金属的逸出功是不同的第20页3Ek 曲线和 IU 曲线(1)Ek 曲线：如图甲所示，为光电子最大初动能 Ek 随入射光频
5、率 的变化曲线由于 EkhW0，这里横轴上的截距是阴极金属的截止频率，纵轴上的截距是阴极金属的逸出功的负值，斜率为普朗克常量(EkhW0，Ek是 是一次函数，不是正比例函数)第21页(2)IU 曲线：如图乙所示为光电流 I 随光电管两电极间的电压 U 的变化曲线图中 Im为饱和电流，由光照强度决定；Uc为遏止电压，由光电子的最大初动能决定(12mvm2eUc)，而光电子的最大初动能取决于入射光的频率第22页五、康普顿效应1康普顿效应：美国物理学家康普顿在研究石墨对 X 射线的散射时，发现在散射的 X 射线中，除了与入射波长 0 相同的成分外，还有波长大于 0的成分2光子的动量：光电效应表明光子
6、具有能量，康普顿效应表明光子还具有动量，两种效应揭示了光的粒子性光子的动量ph.第23页六、考点鸟瞰考点鸟瞰考点热度考点一：黑体辐射的实验规律考点二：能量子学说的应用考点三：对光电效应的理解考点四：光电效应方程与图线考点五：研究光电效应的实验第24页规 律 方 法 第25页考点一 黑体辐射的实验规律如图画出四种温度下黑体辐射的强度与波长的关系：随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有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第26页(2014河北衡水模拟)下列描绘两种温度下黑体辐射强度与波长关系的图中，符合黑体辐射实验规律的是()第27页【解析】根据黑体辐射的实验规律：随着温度的升
7、高，各种波长的辐射强度都增加，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，可知 A 项正确【答案】A第28页考点二 能量子学说的应用已知人眼瞳孔的直径为 d，一秒进入瞳孔 N 个波长为 的光子时就能引起视觉若辐射功率为 P 的点光源能发出波长为 的光子，则此光源能被人眼看到的最大距离是()A.d4PNhc B.d2PNhcCdPNhcD2dPNhc第29页【解析】每个能量子(光子)的能量为：hhc 点光源一秒辐射的光子数为 nPt Pthc 欲能引起视觉，有 Nn4R2t14d2，Rd4PNhc.正确选项为 A.【答案】A第30页考点三 对光电效应的理解1对光电效应的四点提醒(1)能否发生光电效应以
8、及光电子的最大初动能，不取决于光的强度，而取决于光的频率(2)在入射光的频率不变时，饱和光电流与入射光强度成正比，与所加电压大小无关(3)逸出功的大小由金属本身决定，与入射光无关(4)入射光强度指单位时间内照射到金属表面单位面积上的总能量第31页2研究光电效应的两条线索(1)入射光频率光子能量光电子最大初动能遏止电压(2)入射光强度单位时间内接收的光子数单位时间内发射的光电子数饱和电流第32页(多选题)光电效应的实验结论是：对于某种金属()A无论光强多强，只要光的频率小于极限频率就不能产生光电效应B无论光的频率多低，只要光照时间足够长就能产生光电效应C超过极限频率的入射光强度越弱，所产生的光电
9、子的最大初动能就越小D超过极限频率的入射光频率越高，所产生的光电子的最大初动能就越大第33页【解析】每种金属都有它的极限频率 0，只有入射光子的频率大于等于极限频率 0时，才会发生光电效应，且入射光的强度越大则产生的光子数越多，光电流越强；由光电效应方程 EkhW0hh0，可知入射光子的频率越大，产生的光电子的最大初动能也越大，与入射光的强度无关，所以 A、D 两项正确【答案】AD第34页(多选题)(2016江门模拟)下列对光电效应的理解，正确的是()A金属钠的每个电子可以吸收一个或一个以上的光子，当它积累的动能足够大时，就能逸出金属B如果入射光子的能量小于金属表面的电子克服原子核的引力而逸出
10、时所需做的最小功，便不能发生光电效应C发生光电效应时，入射光越强，光子的能量就越大，光电子的最大初动能就越大D由于不同金属的逸出功是不相同的，因此使不同金属产生光电效应，入射光的最低频率也不同第35页【解析】按照爱因斯坦的光子说，光子的能量由光的频率决定，与光强无关，入射光的频率越大，发生光电效应时产生的光电子的最大初动能越大；但要使电子离开金属，须使电子具有足够的动能，而电子增加的动能只能来源于照射光的光子能量，且一个电子只能吸收一个光子，不能吸收多个光子，否则即使光的频率低，若照射时间足够长，也会产生光电效应现象；电子从金属逸出时，只有从金属表面向外逸出的电子克服原子核的引力所做的功最小；
11、综上所述，B、D 两项正确【答案】BD第36页注意事项光电效应规律的“四点”理解(1)放不放光电子，看入射光的最低频率(2)放多少光电子，看光的强度(3)光电子的最大初动能大小，看入射光的频率(4)要放光电子，瞬时放第37页考点四 光电效应方程与图线1三个重要关系(1)爱因斯坦光电效应方程：EkhW0.(2)最大初动能与遏止电压的关系：EkeUc.(3)逸出功与极限频率的关系：W0h0.第38页2四个常见图象 图象名称图线形状图线的物理意义最大初动能 Ek 与入射光频率 的关系图线极限频率：横轴截距 0逸出功：纵轴截距 E普朗克常量：图线的斜率遏止电压 Uc 与入射光频率 的关系图线截止频率：
12、0遏止电压 Uc：随入射光频率的增大而增大普朗克常量：hke(k 为斜率，e为电子电量)第39页频率相同、光强不同时，光电流与电压的关系遏止电压：Uc饱和光电流：Im最大初动能：EkmeUc 频率不同、光强相同时，光电流与电压的关系遏止电压：Uc1、Uc2饱和光电流：电流最大值最大初动能 Ek1eUc1，Ek2eUc2第40页(多选题)如图所示是用光照射某种金属时逸出的光电子的最大初动能随入射光频率的变化图线(直线与横轴的交点坐标 4.27，与纵轴交点坐标 0.5)由图可知()第41页A该金属的截止频率为 4.271014 HzB该金属的截止频率为 5.51014 HzC该图线的斜率表示普朗克
13、常量D该金属的逸出功为 0.5 eV第42页【解析】图线在横轴上的截距为截止频率，A 项正确，B项错误；由光电效应方程 EkhW0，可知图线的斜率为普朗克 常 量，C 项 正 确；金 属 的 逸 出 功 为：W0 h0 6.6310344.2710141.61019 eV1.75 eV，D 项错误【答案】AC第43页如图所示，在光电效应实验中，飞飞同学用同一光电管在不同实验条件下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线(甲光、乙光、丙光)则可判断出()A甲光的频率大于乙光的频率B乙光的波长大于丙光的波长C乙光对应的截止频率大于丙光的截止频率D甲光对应的光电子最大初动能大于丙光的光电子最大初动能第4
14、4页【解析】该题考查了光电效应问题，应根据截止电压判断频率由 eUc12mv2hW，可知 丙甲 乙，甲 乙丙，所以 A、D 两项错误，B 项正确；由于 h0W，所以 C 项错误【答案】B第45页如图所示，阴极 K 用极限波长 00.66 m 的金属铯制成，用波长 0.50 m的绿光照射阴极 K，调整两个极板电压，当 A板电压比阴极高出 2.5 V 时，光电流达到饱和，电流表示数为 0.64 A，求：(1)每秒阴极发射的光电子数和光电子飞出阴极时的最大初动能；(2)如果把照射阴极绿光的光强增大为原来的 2 倍，每秒阴极发射的光电子数和光电子飞出阴极的最大初动能第46页【解析】(1)当阴极发射的光
15、电子全部达到阳极 A 时，光电流达到饱和，由电流可知每秒到达阴极的电子数，即每秒发射的电子数 nIme 0.641061.610194.01012(个)根据爱因斯坦光电效应方程，光电子的最大初动能为 EkhWhch c0 6.6310343108(10.5010610.66106)J9.61020 J.第47页(2)如果照射光的频率不变，光强加倍，根据光电效应实 验规律，阴极每秒发射的光电子数为 n2n81012个 光电子的最大初动能仍然是12mv29.61020 J.【答案】(1)9.61020 J(2)81012 个 9.61020 J第48页注意事项应用光电效应方程时的注意事项(1)每种
16、金属都有一个截止频率，入射光频率大于这个截止频率才能发生光电效应(2)截止频率是发生光电效应的最小频率，对应着光的极限波长和金属的逸出功，即 h0h c0W0.(3)应用光电效应方程 EkhW0时，注意能量单位电子伏和焦耳的换算(1 eV1.61019 J)第49页(4)作为能量守恒的一种表达式可以定性理解方程 hW012mv2 的意义：即入射光子的能量一部分相当于转换在金属的逸出功上，剩余部分转化为光电子的动能对某种金属来说 W0为定值，因而光子频率 决定了能否发生光电效应及光电子的初动能大小每个光子的一份能量 h 与一个光电子的动能12mv2 对应第50页考点五 研究光电效应的实验1注意两
17、种实验电路(1)光电管加正向电压时，可以研究光强与光电流关系：电压一定时：入射光强大光子数多产生的光电子多光电流大 光强一定时：电压大到达阳极的电子数多光电流大饱和电流第51页(2)光电管加反向电压时，可以研究截止电压和光电子的最大初动能：光子频率高光子能量大产生光电子的最大初动能大反向截止电压大 反向截止电压与光强无关 2抓住三个关系式(1)爱因斯坦光电效应方程：EkhW0.(2)最大初动能与遏止电压的关系：EkeUc.(3)逸出功与极限频率的关系：W0h0.第52页如图是利用光电管研究光电效应的实验原理示意图，用可见光照射光电管的阴极 K，电流表中有电流通过，则()A滑动变阻器的滑动触头由
18、 a 端向 b端滑动的过程中，电流表中一定无电流通过B滑动变阻器的滑动触头由 a 端向 b 端滑动的过程中，电流表的示数一定会持续增大第53页C将滑动变阻器的滑动触头置于 b 端，改用紫外线照射阴极 K，电流表中一定有电流通过D将滑动变阻器的滑动触头置于 b 端，改用红外线照射阴极 K，电流表中一定无电流通过第54页【解析】根据极限频率的含义知 D 项错误，C 项正确；当滑动触头自 a 端向 b 端移动时，开始一段有光电流而且应增大，若移动到某一位置时达到饱和，则此后的移动过程中光电流不变，故 A、B 两项错误【答案】C第55页某同学采用如图所示的实验装置来研究光电效应现象当用某单色光照射光电
19、管的阴极 K 时，会发生光电效应现象闭合开关 S，在阳极 A 和阴极 K 之间加上反向电压，通过调节滑动变阻器的滑片逐渐增大电压，直至电流计中的电流恰好为零，此时电压表的电压值 U 称为反向截止电压，根据反向截止电压可以计算出光电子的最大初动能 Ekm.现分别用频率为 1 和 2 的单色光照射阴极 K，测量到反向截止电压分别为 U1 和 U2，设电子的质量为 m，带电荷量为 e，则下列关系式中不正确的是()第56页A频率为 1的光照射时光电子的最大初速度 v2eU1mB阴极 K 金属的逸出功 W0h1eU1C阴极 K 金属的极限频率 0U2 1U1 2U1U2D普朗克常量 he（U1U2）12
20、第57页【解析】分别用频率为 1 和 2 的单色光照射阴极，由光电效应方程，有 EkmhW0，逸出光电子的最大初动能分别为Ekm1h1W0、Ekm2h2W0；光电子在光电管内减速，由动能定理，有eU1Ekm1 和eU2Ekm2，联立以上各式解得W0h0h1eU1h2eU2；频率为 1 的光照射时光电子的最大初速度 v2eU1m，普朗克常量 he（U1U2）12，极限频率 0U12U21U1U2，C 项符合题意【答案】C第58页如图甲所示，合上开关，用光子能量为 2.5 eV 的一束光照射阴极 K，发现电流表读数不为零调节滑动变阻器，发现当电压表读数小于 0.60 V 时，电流表读数仍不为零，当
21、电压表读数大于或等于 0.60 V 时，电流表读数为零把电路改为图乙，当电压表读数为 2 V 时，则逸出功及电子到达阳极时的最大动能为()第59页A1.5 eV 0.6 eV B1.7 eV 1.9 eVC1.9 eV 2.6 eV D3.1 eV 4.5 eV第60页【解析】光子能量 h2.5 eV 的光照射阴极，电流表读数不为零，则能发生光电效应，当电压表读数大于或等于 0.6 V 时，电流表读数为零，则电子不能到达阳极，由动能定理 eU12mvm2知，最大初动能 EkmeU0.6 eV，由光电效应方程 hEkmW0 知 W01.9 eV.对图乙，当电压表读数为 2 V 时，电子到达阳极的
22、最大动能，EkmEkmeU0.6 eV2 eV2.6 eV，故 C 项正确【答案】C第61页聚 焦 高 考 第62页高考考纲高考热度光电效应规律及光电效应方程的应用第63页光电效应规律及光电效应方程的应用一直是高考的重点及热点，难点是利用光电管完成的光电效应实验现象的理解，且新概念逸出功、遏止电压、入射光频率、光电流、光电子最大初动能及其之间的关系成为考查的重点 第64页1(2018课标全国)用波长为 300 nm 的光照射锌板，电子逸出锌板表面的最大初动能为 1.281019 J，已知普朗克常量为6.631034 Js，真空中的光速为 3.00108 ms1，能使锌产生光电效应的单色光的最低
23、频率约为()A11014 Hz B81014 HzC21015 Hz D81015 Hz第65页解析 根据光电效应方程：EkmhW0 光速、波长、频率之间关系为：c 将数据，代入上式，则有：W0hEkm6.631034 Js 3108300109 s11.281019 J5.351019 J 根据据逸出功 W0h0，得：0W0h 5.3510196.63103481014 Hz.答案 B第66页2(多选题)(2017海南)三束单色光 1、2 和 3 的波长分别为1、2和 3(1 2 3)分别用这三束光照射同一种金属已知用光束 2 照射时，恰能产生光电子下列说法正确的是()A用光束 1 照射时，
24、不能产生光电子B用光束 3 照射时，不能产生光电子C用光束 2 照射时，光越强，单位时间内产生的光电子数目越多D用光束 2 照射时，光越强，产生的光电子的最大初动能越大第67页解析 依据波长与频率的关系：c，因 123，那么12 b，则一定有 Ua b，则一定有 EkaEkbC若 UaUb，则一定有 Eka b，则一定有 haEkah bEkb第69页解析 根据光电效应方程 EkmhW0 知，ab，逸出功相同，则 EkaEkb，又 EkmeUc，则 UaUb，故 A 项错误，B项正确；根据 EkmeUc知，若 UaUb，则一定有 EkaEkb，故 C项正确；逸出功 W0hEkm，由于金属的逸出
25、功相同，则有：haEkahbEkb，故 D 项错误，故选 B、C 两项 答案 BC第70页4(多选题)(2016课标全国)现用某一光电管进行光电效应实验，当用某一频率的光入射时，有光电流产生下列说法正确的是()A保持入射光的频率不变，入射光的光强变大，饱和光电流变大B入射光的频率变高，饱和光电流变大C入射光的频率变高，光电子的最大初动能变大D保持入射光的光强不变，不断减小入射光的频率，始终有光电流产生E遏止电压的大小与入射光的频率有关，与入射光的光强无关第71页解析 根据光电效应实验得出的结论：保持入射光的频率不变，入射光的光强变大，饱和光电流变大；入射光的频率高，饱和光电流不一定变大，故 A
26、 项正确，B 项错误；根据爱因斯坦光电效应方程得：入射光的频率变高，光电子的最大初动能变大，故 C 项正确；遏止电压的大小与入射光的频率有关，与入射光的光强无关，保持入射光的光强不变，不断减小入射光的频率，若低于截止频率，则没有光电流产生，故 D 项错误，E 项正确 答案 ACE第72页5(2018江苏)光电效应实验中，用波长为 0的单色光 A 照射某金属板时，刚好有光电子从金属表面逸出当波长为02 的单色光 B 照射该金属板时，光电子的最大初动能为_，A、B 两种光子的动量之比为_(已知普朗克常量为 h、光速为 c)第73页解析 由题知，金属板的逸出功为为：W0h0h c0 当波长为02 的单色光 B 照射该金属板时，根据爱因斯坦光电效应方程得：Ekh c02W0hc0 第74页根据 ph得 A、B 两种光子的动量之比为：pApB02 012.答案 hc0 12请做：课时作业（六）
