1、成才之路 物理路漫漫其修远兮 吾将上下而求索人教版 选修3-5 第十七章 波粒二象性成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 波粒二象性 第十七章 第十七章 第一节 第二节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 第一节 能量量子化第二节 光的粒子性第十七章 第十七章 第一节 第二节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 学习目标定位 1课堂情景切入 2知识自主梳理 3重点难点突破 4考点题型设计 5课 时 作 业 6第十七章 第一节 第二节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 学习目标定位第十七章 第一节 第二节成才之路
2、高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 认识黑体和黑体辐射的概念理解能量子的概念，掌握计算能量子的方法知道光电效应的实验规律掌握爱因斯坦的光电效应方程了解康普顿效应及光子的动量第十七章 第一节 第二节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 课堂情景切入第十七章 第一节 第二节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 如图所示，把一块锌板连接在验电器上，用紫外线灯照射锌板，观察到验电器的指针发生了变化，这说明锌板带了电。你知道锌板是怎样带上电的吗？第十七章 第一节 第二节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 知识自主梳理第十七章 第一
3、节 第二节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 1.热辐射(1)定义：我们周围的一切物体都在辐射_，这种辐射与物体的_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_而有所不同。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_而不发生反射，这种物体就是绝对黑体，简称黑体。(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_有关。黑体与黑体辐射电磁波温度温度各种波长的电磁波温度第十七章 第一节 第二节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 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_有关，如
4、图所示。(1)随着温度的升高，各种波长的辐射强度都_；(2)随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长_的方向移动。温度增加较短第十七章 第一节 第二节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 1.定义普朗克认为，带电微粒的能量只能是某一最小能量值的_，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_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_常量，h6.6261034Js(一般取h6.631034Js)。3能量的量子化在微观世界中能量是_的，或者说微观粒子的能量是_的。能量子整数倍一份一份普朗克量子化分立第十七章 第一节
5、 第二节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 1.光电效应照射到金属表面的光，能使金属中的_从表面逸出的现象。如图所示。光电效应电子第十七章 第一节 第二节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 2光电子光电效应中发射出来的_。3光电效应的实验规律(1)存在着饱和光电流：在光的颜色不变的情况下，入射光越强，_电流越大。这表明对于一定颜色的光，入射光越强，单位时间内发射的_越多。(2)存在着遏止电压和截止频率：光电子的最大初动能与入射光的_有关，而与入射光的_无关，当入射光的频率低于_时不能发生光电效应。(3)光电效应具有瞬时性：光电效应几乎是_发生的，从光
6、照射到产生光电流的时间不超过_s。电子饱和光电子数频率强弱截止频率瞬时109第十七章 第一节 第二节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 爱因斯坦的光电效应方程1.光子光不仅在发射和吸收时能量是_的，而且光本身就是由一个个不可分割的_组成的，频率为 的光的能量子为 h，h 为普朗克常量。这些能量子后来被称为光子。2爱因斯坦光电效应方程在光电效应中，金属中的电子吸收一个光子获得的能量是_，这些能量的一 部分用来克服金属的_W0，剩下的表现为逸出后电子的初动能 Ek，即h_或 Ek_一份一份能量子h逸出功EkW0hW0第十七章 第一节 第二节成才之路 高中新课程 学习指导 人教
7、版 物理 选修3-5 1.光的散射光在介质中与_相互作用，因而传播方向发生改变，这种现象叫做光的散射。2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_的成分，这个现象称为康普顿效应。康普顿效应物质微粒波长大于0第十七章 第一节 第二节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 光子的动量1.表达式ph2说明在康普顿效应中，入射光子与晶体中电子碰撞时，把一部分动量转移给_，光子的动量_，因此，有些光子散射后波长变_。电子变小长第十七章 第一节 第二节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 重点难点
8、突破第十七章 第一节 第二节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 一、对黑体及黑体辐射的理解1对黑体的理解绝对的黑体实际上是不存在的，但可以用某装置近似地代替。如图所示，如果在一个空腔壁上开一个小孔，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，最终不能从空腔射出，这个小孔就成了一个绝对黑体。第十七章 第一节 第二节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 2一般物体与黑体的比较热辐射特点吸收、反射特点一般物体辐射电磁波的情况与温度有关，与材料的种类及表面状况有关既吸收，又反射，其能力与材料的种类及入射光波长等因素有关黑体辐射电磁波的强度按波长的分布
9、只与黑体的温度有关完全吸收各种入射电磁波，不反射第十七章 第一节 第二节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 特别提醒：(1)热辐射不一定要高温，任何温度的物体都发出一定的热辐射，只是温度低时辐射弱，温度高时辐射强。(2)黑体是一个理想化的物理模型，实际不存在。(3)黑体看上去不是一定是黑的，只有当自身辐射的可见光非常微弱时看上去才是黑的；有些可看作黑体的物体由于有较强的辐射，看起来还会很明亮，例如：炼钢炉口上的小孔。一些发光的物体(如太阳、白炽灯灯丝)也被看作黑体来处理。第十七章 第一节 第二节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 “非典”期间，很多地
10、方用红外热像仪监测人的体温，只要被测者从仪器前走过，便可知道他的体温是多少，你知道其中的道理吗？答案：根据热辐射规律可知，人的体温的高低，直接决定了这个人辐射的红外线的频率和强度。通过监测被测者辐射的红外线的情况就知道这个人的体温。第十七章 第一节 第二节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 二、能量量子化1能量子物体热辐射所发出的电磁波是通过内部的带电谐振子向外辐射的，谐振子的能量是不连续的，只能是 h 的整数倍，h称为一个能量量子，其中 是谐振子的振动频率，h 是一个常数，称为普朗克常量。2普朗克常量h6.631034Js第十七章 第一节 第二节成才之路 高中新课程 学
11、习指导 人教版 物理 选修3-5 3意义可以非常合理地解释某些电磁波的辐射和吸收的实验现象。4量子化现象在微观世界中物理量分立取值的现象称为量子化现象。5量子化假设的意义普朗克的能量子假设，使人类对微观世界的本质有了全新的认识，对现代物理学的发展产生了革命性的影响。普朗克常量h是自然界中最基本的常量之一，它体现了微观世界的基本特征。第十七章 第一节 第二节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 由能量量子化假说可知，能量是一份一份的，而不是连续的，在宏观概念中，举一些我们周围不连续的实例。答案：人的个数，自然数，汽车等。第十七章 第一节 第二节成才之路 高中新课程 学习指导
12、人教版 物理 选修3-5 三、光电效应中几个易混淆的概念1光子与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，其本质是电子，光子是光电效应的因，光电子是果。2光电子的动能与光电子的最大初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，才具有最大初动能。光电子的初动能小于等于光电子的最大初动能。第十七章 第一节 第二节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5
13、3光子的能量与入射光的强度光子的能量即每个光子的能量，其值为Eh(为光子的频率)，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属表面单位面积上的总能量；入射光的强度等于单位时间内光子能量与入射光子数的乘积。4光电流和饱和光电流金属板飞出的光电子到达阳极，回路中便产生光电流，随着所加正向电压的增大，光电流趋于一个饱和值，这个饱和值是饱和光电流，在一定的光照条件下，饱和光电流与所加电压大小无关。第十七章 第一节 第二节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 特别提醒：(1)光电效应的实质是光现象转化为电现象。(2)发生光电效应时，饱和光电流与入射光的强度有关，要明确不同
14、频率的光、不同金属与光电流的对应关系。第十七章 第一节 第二节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 四、对光电效应方程的理解1光电子的动能方程 EkhW0 中，Ek 为光电子的最大初动能，就某个光电子而言，其离开金属时的动能大小可以是零到最大值范围内的任何数值。2方程实质方程 EkhW0 实质上是能量守恒方程。第十七章 第一节 第二节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 3产生光电效应的条件方程 EkhW0 包含了产生光电效应的条件，即要产生光电效应，须 EkhW00，亦即 hW0，W0h，而 cW0h就是金属的极限频率。4截止频率 c方程 EkhW0
15、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(如图所示)，与光强有关。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。第十七章 第一节 第二节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 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。6光电效应规律中的两条线索、两个关系(1)两条线索第十七章 第一节 第二节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 特别提醒：(1)逸出功和截止频率均由金属本身决定，与其他因素无关。(2)光电子的最大初动能随入射
16、光频率的增大而增大，但不是正比关系。(2)两个关系光强光子数目多发射光电子多光电流大；光子频率高光子能量大产生光电子的最大初动能大。第十七章 第一节 第二节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 一束绿光照射某金属发生了光电效应，则下列说法正确的是()A若增加绿光的照射强度，则逸出的光电子数增加B若增加绿光的照射强度，则逸出的光电子最大初动能增加C若改用紫光照射，则可能不会发生光电效应D若改用紫光照射，则逸出的光电子的最大初动能增加答案：AD第十七章 第一节 第二节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 解析：光电效应的规律表明：入射光的频率决定着是否发生光
17、电效应以及发生光电效应时产生的光电子的最大初动能的大小，当入射光频率增加后，产生的光电子最大初动能也增加；而照射光的强度增加，会使单位时间内逸出的光电子数增加，紫光频率高于绿光，故上述选项正确的有A、D。第十七章 第一节 第二节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 五、康普顿效应1光子说对康普顿效应的解释(1)假定X射线光子与电子发生弹性碰撞。光子和电子相碰撞时，光子有一部分能量传给电子，散射光子的能量减少，于是散射光的波长大于入射光的波长。(2)康普顿效应进一步揭示了光的粒子性，也再次证明了爱因斯坦光子说的正确性。第十七章 第一节 第二节成才之路 高中新课程 学习指导 人
18、教版 物理 选修3-5 2光电效应与康普顿效应的对比(1)光电效应与康普顿效应都说明了光具有粒子性。(2)波长较短的 X 射线或 射线产生康普顿效应，波长较长的可见光或紫外光产生光电效应。第十七章 第一节 第二节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 康普顿效应证实了光子不仅具有能量，也有动量。下图给出了光子与静止电子碰撞后，电子的运动方向，则碰后光子可能沿方向_运动，并且波长_(填“不变”、“变短”或“变长”)。第十七章 第一节 第二节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 答案：1 变长解析：因光子与电子的碰撞过程动量守恒，所以碰撞之后光子和电子的总动量
19、的方向与光子碰前动量的方向一致，可见碰后光子运动的方向可能沿 1 方向，不可能沿 2 或 3 方向；通过碰撞，光子将一部分能量转移给电子，能量减少，由 Eh知，频率变小，再根据 c 知，波长变长。第十七章 第一节 第二节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 考点题型设计第十七章 第一节 第二节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 关于对黑体的认识，下列说法正确的是()A黑体只吸收电磁波，不反射电磁波，看上去是黑的B黑体辐射电磁波的强度按波长的分布除与温度有关外，还与材料的种类及表面状况有关C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
20、状况无关D如果在一个空腔壁上开一个很小的孔，射入小孔的电磁波在空腔内表面经多次反射和吸收，最终不能从小孔射出，这个空腔就成了一个黑体黑体与黑体辐射第十七章 第一节 第二节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 解析：黑体自身辐射电磁波，不一定是黑的，A错误。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，B错误，C正确。小孔只吸收电磁波，不反射电磁波，因此小孔成了一个黑体，而不是空腔，D错误。答案：C点评：黑体完全吸收电磁波而不反射，同时其本身也辐射电磁波；黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温度有关，与其他因素无关。第十七章 第一节 第二节成才之路 高中新课程 学习指导
21、 人教版 物理 选修3-5 (湛江市20142015学年高二质检)在实验室或工厂的高温炉子上开一个小孔，小孔可看做黑体，由小孔的热辐射特征，就可以确定炉内的温度，如图所示，就是黑体的辐射强度与其辐射光波波长的关系图象，则下列说法正确的是()AT1T2BT1T2C随着温度的升高，黑体的辐射强度都有所降低D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十七章 第一节 第二节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 答案：AD解析：一般材料的物体辐射能的多少决定于物体的温度(T)、辐射波的波长、时间的长短和发射的面积，而黑体是指在任何温度下，全部吸收任何波长的辐射的物体，黑体
22、辐射的强度按波长的分布只与温度有关。实验表明，随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有所增加，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。从题图中可看出，1T2。本题正确选项为 A、D。第十七章 第一节 第二节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 普朗克能量子假说氦氖激光器发射波长为 6328A。的单色光，试计算这种光的一个光子的能量为多少？若该激光器的发光功率为 18mW，则每秒钟发射多少个光子？解析：根据爱因斯坦光子学说，光子能量 Eh，而 c，所以：Ehc 6.631034310863281010J3.141019J。因为发光功率已知，所以 1s 内发射的光子数为：nPtE
23、1810313.141019 个5.731016 个。第十七章 第一节 第二节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 答案：3.141019J 5.731016个点评：求解本题的关键有两点：一是能根据已知条件求得每一个光子的能量，另外必须明确激光器发射的能量由这些光子能量的总和组成。第十七章 第一节 第二节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 (北京市顺义区牛栏山一中20142015学年高二下学期期中)对于红、黄、绿、蓝四种单色光，下列表述正确的是()A在相同介质中，绿光的折射率最大B红光的频率最高C在相同介质中，蓝光的波长最短D黄光光子的能量最小答案：C
24、第十七章 第一节 第二节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 解析：红、黄、绿、蓝四种单色光的频率依次增大，光从真空进入介质，频率不变，B错。由色散现象，同一介质对频率大的光有大的折射率，A错。频率大的光在真空中和介质中的波长都小，蓝光的波长最短，C正确。频率大，光子能量大，D错。第十七章 第一节 第二节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 关于光电效应的规律，下面说法正确的是()A当某种色光照射金属表面时，能产生光电效应，则入射光的频率越高，产生的光电子的最大初动能越大B当某种色光照射金属表面时，能产生光电效应，则入射光的强度越大，产生的光电子数越多C
25、同一频率的光照射不同金属，如果都能产生光电效应，则逸出功大的金属产生的光电子的最大初动能也越大D对某金属，入射光波长必须等于小于某一极限波长，才能产生光电效应光电效应规律第十七章 第一节 第二节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 解析：由光电效应规律知，对于某种金属，其逸出功是一个定值，当照射光的频率一定时，光子的能量是一定的，产生的光电子的最大初动能也是一定的，若提高照射光的频率，则产生的光电子最大初动能也将增大，要想使某种金属发生光电效应，必须使照射光的频率大于其极限频率 0，因刚好发生光电效应时，光电子的初动能为零，有 h0W0。第十七章 第一节 第二节成才之路 高
26、中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 所以 0W0h，又 0c0，若照射光频率 0，即 0hcW0时能发生光电效应，A、D 选项正确；同一频率的光照射到不同金属上时，因各种金属的逸出功不相同，产生的光电子的最大初动能也不相同，逸出功越小，电子摆脱金属的束缚也越容易，电子脱离金属表面时的初动能越大，B 选项错误；若照射光的频率不变，对于特定的金属，增加光强，不会增加光电子的最大初动能，因频率不变时，入射光的光子能量不变，但由于光强的增加，入射光的光子数目增加，因而产生的光电子数目也随之增加，B 选项正确。答案：ABD第十七章 第一节 第二节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选
27、修3-5 (寿光市现代中学20142015学年高二下学期检测)一束平行光经玻璃三棱镜折射后，分解为互相分离的三束光，分别照在相同的金属板a、b、c上，如图所示，已知金属板b有光电子放出，则可知()A板a一定不放出光电子B板a一定能放出光电子C板c一定不放出光电子D板c一定能放出光电子答案：D第十七章 第一节 第二节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 解析：从棱镜对光的色散可知，光的频率越大，在同一介质的折射率越大，由题意：abc，同种材料极限频率相同。由 b 板有光电子，则发生光电效应，则 c 一定可放出光电子，所以选项 C 错误，D 正确，但射到 a 板上的光的频率不能
28、确定是否大于极限频率，所以不能判断是否发生光电效应，所以选项 A、B 错误。第十七章 第一节 第二节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 爱因斯坦光电效应方程的应用如图所示，阴极 K 用极限波长 00.66m 的金属铯制成，用波长 0.50m 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 2.5V 时，光电流达到饱和，电流表示数为 0.64A，求：第十七章 第一节 第二节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 (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
29、和光电子飞出阴极的最大初动能。解析：饱和电流的值 I 与每秒内阴极发射的电子数的关系是 Ine。电子从阴极 K 飞出的最大初动能 EkhW，电子从阴极K 飞向阳极 A 时，还会被电场加速，使其动能进一步增大。第十七章 第一节 第二节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 (1)当阴极发射的光电子全部达到阳极 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)根据爱因斯坦光电方程，光电子的最大初动能为Ek h W h c h c0 6.6310 343108(10.5010610.66106)J
30、9.51020J第十七章 第一节 第二节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 (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12mv29.51020J。答案：(1)4.01012 个 9.51020J(2)81012 个951020J第十七章 第一节 第二节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 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，普朗克常量h6.631034Js，由图可知()第十七章 第一节 第二节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 A该金属的极限频率为4.271014HzB该金属的极限频率为5.51014HzC该图线的斜率表示普朗克常量D该金属的逸出功为0.5eV答案：AC解析：由光电效应方程 EkmhW 知图线与横轴交点为金属的极限频率，即 04.271014Hz，A 对，B 错；该图线的斜率为普朗克常量，C 对；金属的逸出功 Wh06.6310344.271014/1.61019eV1.8eV，D 错。第十七章 第一节 第二节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 课 时 作 业（点此链接）