目標早知道浙江選考學習要求知識內容考試要求1.能量量子化加試b2.光的粒子性加試c3.粒子的波動性加試c4.概率波加試b5.不確定性關系加試b第1、2節能量量子化_光的粒子性黑體與黑體輻射、能量子探新知基礎練1黑體輻射(1)熱輻射：一切物體都在輻射電磁波，這種輻射與物體的溫度有關。(2)黑體：能夠完全吸收入射的各種波長的電磁波而不發生反射的物體。(3)一般材料物體的輻射規律：輻射電磁波的情況除與溫度有關外，還與材料的種類及表面狀況有關。(4)黑體輻射的實驗規律：黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體的溫度有關，如圖所示。隨著溫度的升高，各種波長的輻射強度都增加；隨著溫度的升高，輻射強度的極大值向波長較短的方向移動。2能量子(1)定義：普朗克認為，振動著的帶電微粒的能量只能是某一最小能量值的整數倍，當帶電微粒輻射或吸收能量時，也是以這個最小能量值為單位一份一份地輻射或吸收的，這個不可再分的最小能量值叫做能量子。(2)能量子大小：h，其中是電磁波的頻率，h稱為普朗克常量。h6.6261034 js(一般取h6.631034 js)。(3)能量的量子化：在微觀世界中能量是量子化的，或者說微觀粒子的能量是分立的。辨是非(對的劃“”，錯的劃“”)1在自然界中能量都是量子化的。()2黑體是一種理想模型，自然界不存在。()釋疑難對點練1對黑體的理解(1)黑體實際上是不存在的，只是一種理想情況，但如果做一個閉合的空腔，在空腔表面開一個小孔，小孔就可以模擬一個黑體，如圖所示。這是因為從外面射來的電磁波，經小孔射入空腔，要在腔壁上經過多次反射，在多次反射過程中，外面射來的電磁波幾乎全部被腔壁吸收，最終不能從空腔射出。(2)黑體不一定是黑的，只有當自身輻射的可見光非常微弱時看上去才是黑的；有些可看做黑體的物體由于有較強的輻射，看起來還會很明亮，如煉鋼爐口上的小孔。一些發光的物體(如太陽、白熾燈燈絲)也被當做黑體來處理。(3)黑體同其他物體一樣也在輻射電磁波，黑體的輻射規律最為簡單，黑體輻射強度只與溫度有關。(4)一般物體和黑體的熱輻射、反射、吸收的特點熱輻射不一定需要高溫，任何溫度都能發生熱輻射，只是溫度低時輻射弱，溫度高時輻射強。在一定溫度下，不同物體所輻射的光譜的成分有顯著不同。熱輻射特點吸收、反射的特點一般物體輻射電磁波的情況與溫度有關，與材料的種類、表面狀況有關既吸收又反射，其能力與材料的種類及入射波的波長等因素有關黑體輻射電磁波的強弱按波長的分布只與黑體的溫度有關完全吸收各種入射電磁波，不反射2普朗克理論(1)借助于能量子的假說，普朗克得出了黑體輻射的強度按波長分布的公式，與實驗符合之好令人擊掌叫絕。(2)普朗克在1900年把能量子列入物理學，正確地破除了“能量連續變化”的傳統觀念，成為新物理學思想的基石之一。試身手1氦氖激光器發射波長為6 328 的單色光，試計算這種光的一個光子的能量為多少？若該激光器的發光功率為18 mw，則每秒發射多少個光子？解析：根據愛因斯坦光子學說，光子能量h，而c，所以： j3.141019 j。因為發光功率已知，所以1 s內發射的光子數為：n 個5.731016個。答案：3.141019 j5.731016個光電效應探新知基礎練1光電效應照射到金屬表面的光，能使金屬中的電子從表面逸出的現象。2光電子光電效應中發射出來的電子。3光電效應的實驗規律(1)存在著飽和電流：在光的顏色不變的情況下，入射光越強，飽和電流越大。這表明對于一定顏色的光，入射光越強，單位時間內發射的光電子數越多。(2)存在著遏止電壓和截止頻率：光電子的最大初動能與入射光的頻率有關，而與入射光的強弱無關，當入射光的頻率低于截止頻率時不能發生光電效應。(3)光電效應具有瞬時性：光電效應幾乎是瞬時發生的，從光照射到產生光電流的時間不超過109 s。4逸出功使電子脫離某種金屬所做功的最小值叫做這種金屬的逸出功。辨是非(對的劃“”，錯的劃“”)1光電子就是光子。()2只要光強度足夠強，任何金屬都能發生光電效應。() 3極限頻率越大的金屬材料逸出功越大。() 釋疑難對點練正確理解光電效應中的五組概念1光子與光電子光子指光在空間傳播時的每一份能量，光子不帶電，光電子是金屬表面受到光照射時發射出來的電子，其本質是電子，光子是光電效應的因，光電子是果。2光電子的動能與光電子的最大初動能光照射到金屬表面時，光子的能量全部被電子吸收，電子吸收了光子的能量，可能向各個方向運動，需克服原子核和其他原子的阻礙而損失一部分能量，剩余部分為光電子的初動能；只有金屬表面的電子直接向外飛出時，只需克服原子核的引力做功，才具有最大初動能。光電子的初動能小于或等于其最大初動能。3光子的能量與入射光的強度光子的能量即每個光子的能量，其值為h(為光子的頻率)，其大小由光的頻率決定。入射光的強度指單位時間內照射到金屬表面單位面積上的總能量，入射光的強度等于單位時間內光子能量與入射光子數的乘積。4光電流與飽和光電流金屬板飛出的光電子到達陽極，回路中便產生光電流，隨著所加正向電壓的增大，光電流趨于一個飽和值，這個飽和值是飽和光電流，在一定的光照條件下，飽和光電流與所加電壓大小無關。5光的強度與飽和光電流飽和光電流與入射光強度成正比的規律是對頻率相同的光照射金屬產生光電效應而言的，對于不同頻率的光，由于每個光子的能量不同，飽和光電流與入射光強度之間沒有簡單的正比關系。試身手2(多選)光電效應實驗的裝置如圖所示，用弧光燈照射鋅板，驗電器指針張開一個角度，則下列說法中正確的是()a用紫外線照射鋅板，驗電器指針會發生偏轉b用綠色光照射鋅板，驗電器指針會發生偏轉c鋅板帶的是負電荷d使驗電器指針發生偏轉的是正電荷解析：選ad將鋅板連接驗電器，用弧光燈照射鋅板(弧光燈發出紫外線)，驗電器指針張開一個角度，說明鋅板帶了電。進一步研究表明鋅板帶正電，這說明在紫外線的照射下，鋅板中有一部分自由電子從表面飛出來，鋅板中缺少電子，于是帶正電，綠光不一定能使鋅板發生光電效應。只有a、d正確。愛因斯坦光電效應方程探新知基礎練1光子說光不僅在發射和吸收時能量是一份一份的，而且光本身就是由一個個不可分割的能量子組成的，這些能量子被稱為光子，頻率為的光的能量子為h。2光電效應方程(1)表達式：hekw0或ekhw0。(2)物理意義：金屬中電子吸收一個光子獲得的能量是h，這些能量一部分用于克服金屬的逸出功w0，剩下的表現為逸出后電子的最大初動能。辨是非(對的劃“”，錯的劃“”)1愛因斯坦提出了光子說：光發射和吸收時能量是一份一份的。()2光電子的最大初動能與入射光頻率成正比。() 3極限頻率越大的金屬越容易發生光電效應。()釋疑難對點練對光電效應方程ekhw0的理解(1)式中的ek是光電子的最大初動能，就某個光電子而言，其離開金屬時剩余動能大小可以是0ek范圍內的任何數值。(2)光電效應方程實質上是能量守恒方程：能量為eh的光子被電子所吸收，電子把這些能量的一部分用來克服金屬表面對它的吸引，另一部分就是電子離開金屬表面時的動能。如果克服吸引力做功最少為w0，則電子離開金屬表面時動能最大為ek，根據能量守恒定律可知：ekhw0。(3)光電效應方程包含了產生光電效應的條件：若發生光電效應，則光電子的最大初動能必須大于零，即ekhw00，亦即hw0，c，而c恰好是光電效應的截止頻率。(4)ekm曲線：如圖所示是光電子最大初動能ekm隨入射光頻率的變化曲線。這里，橫軸上的截距是截止頻率或極限頻率；縱軸上的截距是逸出功的負值；斜率為普朗克常量。試身手3(多選)如圖所示是某金屬在光的照射下，光電子最大初動能ek與入射光頻率的關系圖象，由圖象可知()a該金屬的逸出功等于eb該金屬的逸出功等于h0c入射光的頻率為0時，產生的光電子的最大初動能為ed入射光的頻率為20時，產生的光電子的最大初動能為2e解析：選ab題中圖象反映了光電子的最大初動能ek與入射光頻率的關系，根據愛因斯坦光電效應方程ekhw0，知當入射光的頻率恰為該金屬的截止頻率0時，光電子的最大初動能ek0，此時有h0w0，即該金屬的逸出功等于h0，選項b正確；根據圖線的物理意義，有w0e，故選項a正確，而選項c、d錯誤。康普頓效應探新知基礎練1光的散射光在介質中與物質微粒相互作用，因而傳播方向發生改變的現象。2康普頓效應在光的散射中，除了與入射波長0相同的成分外，還有波長大于0的成分。3康普頓效應的意義康普頓效應表明光子除了具有能量之外，還具有動量，深入揭示了光的粒子性的一面。4光子的動量表達式：p。辨是非(對的劃“”，錯的劃“”)1康普頓效應說明光具有粒子性。()2康普頓效應證明了愛因斯坦的光子說的正確性。()釋疑難對點練利用光子說解釋康普頓效應(1)假定x射線光子與電子發生彈性碰撞，這種碰撞跟臺球比賽中的兩球碰撞很相似。按照愛因斯坦的光子說，一個x射線光子不僅具有能量eh，而且還有動量。如圖所示。這個光子與靜止的電子發生彈性斜碰，光子把部分能量轉移給了電子，能量由h減小為h，因此頻率減小，波長增大。同時，光子還使電子獲得一定的動量。這樣就圓滿地解釋了康普頓效應。(2)康普頓效應進一步揭示了光的粒子性，也再次證明了愛因斯坦光子說的正確性。試身手4白天的天空各處都是亮的，是大氣分子對太陽光散射的結果。美國物理學家康普頓由于在這方面的研究而榮獲了1927年的諾貝爾物理學獎。假設一個運動的光子和一個靜止的自由電子碰撞以后，電子向某一個方向運動，光子沿另一方向散射出去，則這個散射光子跟原來的光子相比()a頻率變大b動量變大c光子能量變大 d波長變長解析：選d光子與電子碰撞時，遵守動量守恒定律和能量守恒定律，自由電子被碰前靜止，被碰后動量、能量增加，所以光子的動量、能量減小。故選項d正確。對光電效應的理解誤區1：誤認為光電效應中，只要光強足夠大，就能發生光電效應產生該誤區的原因是對產生光電效應的條件認識不清，實際上能不能發生光電效應由入射光的頻率決定，與入射光的強度無關。誤區2：誤認為光電流的強度與入射光的強度一定成正比出現該誤區是由于混淆了光電流和飽和光電流。實際上，光電流未達到飽和值之前其大小不僅與入射光的強度有關，還與光電管兩極間的電壓有關，只有飽和光電流的強度才與入射光的強度成正比。誤區3：誤認為入射光越強，產生的光電子數一定越多這是對光強的概念理解不全面造成的，實際上，入射光強度指的是單位時間內入射到金屬單位面積上的光子的總能量，是由入射的光子數和入射光子的頻率決定的，可用enh 表示，其中n為單位時間內的光子數。在入射光頻率不變的情況下，光強度與光子數成正比。換用不同頻率的光，即使光強度相同，光子數目也不同，因而逸出的光電子數目也不同。典例1(多選)一束綠光照射某金屬發生了光電效應，則下列說法正確的是()a若增加綠光的照射強度，則逸出的光電子數增加b若增加綠光的照射強度，則逸出的光電子的最大初動能增加c若改用紫光照射，則可能不會發生光電效應d若改用紫光照射，則逸出的光電子的最大初動能增加解析選ad光電效應的規律表明：入射光的頻率決定是否發生光電效應以及發生光電效應時逸出的光電子的最大初動能的大小。當入射光的頻率增加后，逸出的光電子的最大初動能也增加，又紫光的頻率高于綠光的頻率，增加光的照射強度，會使單位時間內逸出的光電子數增加。故正確選項為a、d。光電效應規律中的兩條線索、兩個關系1.兩條線索2兩個關系光強光子數目多發射光電子多光電流大；光子頻率高光子能量大產生光電子的最大初動能大。典例2已知金屬銫的逸出功為1.9 ev，在光電效應實驗中，要使銫表面發出光電子的最大初動能為1.0 ev，入射光的波長應為_ m。思路點撥在進行光電效應問題的計算中，運用光電效應方程及其變形進行分析、計算，還需注意統一各物理量的單位。解析由愛因斯坦光電效應方程mvm2hw0得，hmvm2w01.9 ev1.0 ev2.9 ev，又eh，c，所以 m4.3107 m。答案4.3107課堂對點鞏固1下列敘述錯誤的是()a一切物體都在輻射電磁波b一般物體輻射電磁波的情況只與溫度有關c黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體的溫度有關d黑體能夠完全吸收入射的各種波長的電磁波解析：選b根據熱輻射的定義，a正確；根據熱輻射和黑體輻射的特點知一般物體輻射電磁波的情況除與溫度有關外，還與材料種類和表面狀況有關，而黑體輻射只與黑體的溫度有關，b錯誤，c正確；根據黑體的定義知，d正確。 2(多選)以下宏觀概念中，哪些是“量子化”的()a物體的帶電荷量b物體的質量c物體的動量 d學生的個數解析：選ad所謂“量子化”應該是不連續的，而是一份一份的，故選a、d。3入射光照射到某金屬表面上發生光電效應，若入射光的強度減弱，而頻率保持不變，那么()a從光照到金屬表面發射出光電子之間的時間間隔將明顯增加b逸出的光電子的最大初動能將減小c單位時間內從金屬表面逸出的光電子數目將減少d有可能不發生光電效應解析：選c根據光電效應的實驗規律知，從光照到金屬上產生光電效應時間間隔極短，與光強度無關，a錯誤；逸出光電子的最大初動能與入射光頻率有關，而光電流大小與入射光的強度成正比，故b、d錯誤，c正確。4(多選)已知能使某金屬產生光電效應的截止頻率為0，則()a當用頻率為20的單色光照射該金屬時，一定能產生光電子b當用頻率為20的單色光照射該金屬時，所產生的光電子的最大初動能為h0c當照射光的頻率大于0時，若增大，則逸出功增大d當照射光的頻率大于0時，若增大一倍，則光電子的最大初動能也增大一倍解析：選ab根據截止頻率跟逸出功的關系：w0h0，光電效應方程mvm2hw0，可得a、b正確。課堂小結 課時跟蹤檢測六一、單項選擇題1關于對熱輻射的認識，下列說法中正確的是()a熱的物體向外輻射電磁波，冷的物體只吸收電磁波b溫度越高，物體輻射的電磁波越強c輻射強度按波長的分布情況只與物體的溫度有關，與材料種類及表面狀況無關d常溫下我們看到的物體的顏色就是物體輻射電磁波的顏色解析：選b一切物體都不停地向外輻射電磁波，且溫度越高，輻射的電磁波越強，選項a錯誤，選項b正確；選項c描述的是黑體輻射的特性，選項c錯誤；常溫下看到的物體的顏色是反射光的顏色，選項d錯誤。2人眼對綠光最為敏感，正常人的眼睛接收到波長為 530 nm 的綠光時，只要每秒有6個綠光的能量子射入瞳孔，眼睛就能察覺。普朗克常量取6.631034 js，光速為3.0108 m/s，則人眼能察覺到綠光時所接收到的最小功率是()a2.31018 w b3.81019 wc7.01010 w d1.21018 w解析：選a因只要每秒有6個綠光的能量子射入瞳孔，眼睛就能察覺，所以察覺到綠光所接收的最小功率p，式中e6，又hh，可解得p6 w2.31018 w。a正確。3下列利用光子說對光電效應的解釋正確的是()a金屬表面的一個電子只能吸收一個光子b電子吸收光子后一定能從金屬表面逸出，成為光電子c金屬表面的一個電子吸收若干個光子，積累了足夠的能量才能從金屬表面逸出d無論光子能量大小如何，電子吸收光子并積累能量后，總能逸出成為光電子解析：選a根據光子說，金屬中的一個電子一次只能吸收一個光子，只有所吸收的光子頻率大于金屬的截止頻率，電子才能逃離金屬表面，成為光電子，且光子的吸收是瞬時的，不需時間的積累，故只有選項a正確。4頻率為的光照射某金屬時，產生光電子的最大初動能為ekm。改為頻率為2的光照射同一金屬，所產生光電子的最大初動能為(h為普朗克常量)()aekmh b2ekmcekmh dekm2h解析：選c根據愛因斯坦光電效應方程得ekmhw0，若入射光頻率變為2，則ekmh2w02h(hekm)hekm，故選c。5.在光電效應實驗中，飛飛同學用同一光電管在不同實驗條件下得到了三條光電流與電壓之間的關系曲線(甲光、乙光、丙光)，如圖所示。則可判斷出()a甲光的頻率大于乙光的頻率b乙光的波長大于丙光的波長c乙光對應的截止頻率大于丙光的截止頻率d甲光對應的光電子最大初動能大于丙光的光電子最大初動能解析：選b由題圖說明丙光對應的光電子的最大初動能最大，即丙光的頻率最高(波長最小)，b項正確，d項錯誤；甲光和乙光的頻率相同，a項錯誤；由于是同一光電管，所以乙光、丙光對應的截止頻率是一樣的，c項錯誤。二、多項選擇題6.如圖所示，電路中所有元件完好，但光照射到光電管上，靈敏電流計中沒有電流通過，其原因可能是()a入射光太弱b入射光波長太長c光照時間短d電源正負極接反解析：選bd入射光的頻率低于截止頻率時，不能發生光電效應，故選項b正確；電路中電源反接，對光電管加了反向電壓，若該電壓超過了遏止電壓，也沒有光電流產生，故選項d正確。7下列說法中正確的是()a光子射到金屬表面時，可能有電子發出b光子射到金屬表面時，一定有電子發出c電子轟擊金屬表面時，可能有光子發出d電子轟擊金屬表面時，一定沒有光子發出解析：選ac光的頻率需達到一定值時，照射到金屬表面才會有電子發出；如果電子能量不夠大，轟擊金屬表面就不會有光子發出。因此，選a、c。8如圖所示是用光照射某種金屬時逸出的光電子的最大初動能隨入射光頻率的變化圖線(