第四章波粒二象性1量子概念誕生

2光電效應(yīng)與光量子說(shuō)

1/59一、黑體與黑體輻射1.熱輻射:我們周?chē)磺形矬w都在以_______形式向外輻射能量,而且輻射強(qiáng)度隨波長(zhǎng)怎樣分布都與物體_____相關(guān)。2.黑體:能夠_____吸收外來(lái)電磁波而不發(fā)生反射物體。電磁波溫度全部2/593.普通材料物體輻射規(guī)律:輻射電磁波情況除與_____相關(guān)外,還與材料種類(lèi)及表面情況相關(guān)。4.黑體輻射:加熱腔體,黑體表面就向外輻射_______現(xiàn)象。溫度電磁波3/59【判一判】(1)只有高溫物體才向外輻射能量。(

)(2)一切物體總是不停地向外輻射能量。(

)(3)黑體就是指黑顏色物體。(

)4/59提醒:(1)、(2)一切物體都在以電磁波形式向外輻射能量,并不只有高溫物體才向外輻射能量,(1)錯(cuò)誤,(2)正確。(3)黑體并不是指黑色物體,而是指能夠完全吸收入射各種波長(zhǎng)電磁波而不發(fā)生反射物體,(3)錯(cuò)誤。5/59二、能量子1.定義:普朗克認(rèn)為,帶電微粒能量只能是某一最小能量值ε_(tái)______,這個(gè)不可再分最小能量值ε叫作_______。2.能量子大小:ε=hν,其中ν是諧振動(dòng)頻率,h稱(chēng)為_(kāi)______常數(shù)。h=6.626×10-34J·s(普通取h=6.63×10-34J·s)。整數(shù)倍能量子普朗克6/593.能量量子化:在微觀世界中能量是_______,或者說(shuō)微觀粒子能量是_____。量子化分立7/59三、光電效應(yīng)1.光電效應(yīng):當(dāng)光照射在金屬表面上時(shí),金屬中_____會(huì)因吸收光能量而逸出金屬表面現(xiàn)象。2.光電子:光電效應(yīng)中發(fā)射出來(lái)_____。電子電子8/593.光電效應(yīng)試驗(yàn)規(guī)律:(1)入射光光強(qiáng)和光電流關(guān)系:光電流出現(xiàn)時(shí),入射光越強(qiáng),單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射光電子數(shù)_____,光電流越大。(2)_____頻率:光電子最大初動(dòng)能與入射光頻率有關(guān),而與入射光強(qiáng)弱無(wú)關(guān),當(dāng)入射光頻率低于截止頻率時(shí)不能發(fā)生光電效應(yīng)。(3)光電效應(yīng)含有_______:光電效應(yīng)幾乎是瞬時(shí)發(fā)生,從光照射到產(chǎn)生光電流時(shí)間不超出10-9s。越多截止瞬時(shí)性9/59【想一想】光電效應(yīng)中發(fā)射出光電子與普通原子中電子有區(qū)分嗎?提醒:光電子是在光電效應(yīng)現(xiàn)象中,從金屬表面發(fā)射出來(lái)電子,與普通原子中電子沒(méi)有本質(zhì)區(qū)分。10/59四、愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程1.光子說(shuō):光不但在發(fā)射和吸收時(shí)能量是一份一份,而且光本身就是由一個(gè)個(gè)不可分割能量子組成,這些能量子被稱(chēng)為_(kāi)____,頻率為ν光能量子為hν。光子11/592.愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程:(1)表示式:_____________。(2)物理意義:金屬中電子吸收一個(gè)光子取得能量是hν,這些能量一部分用于克服金屬________,剩下表現(xiàn)為逸出后光電子動(dòng)能mv2。逸出功W12/59【判一判】(1)光子就是光電子簡(jiǎn)稱(chēng)。(

)(2)不一樣頻率光,其光子能量是不一樣。(

)(3)同一頻率光照射同一個(gè)金屬,逸出光電子初動(dòng)能相同。(

)13/59提醒:(1)光子是能量子,而光電子是電子,它們是不一樣,(1)錯(cuò)誤。(2)由ε=hν可知,不一樣頻率光,ν不一樣,其光子能量不一樣,(2)正確。(3)同一頻率光,照射同一個(gè)金屬時(shí),入射光子能量相同,離表面越深電子吸收光子后,克服金屬內(nèi)部引力做功越多,其逸出金屬時(shí)初動(dòng)能越小,(3)錯(cuò)誤。14/59知識(shí)點(diǎn)一、正確了解光電效應(yīng)中四組概念思索探究:15/59如圖所表示為研究光電效應(yīng)規(guī)律電路圖,請(qǐng)思索以下問(wèn)題:(1)圖中a和b分別為何粒子?(2)變阻器滑動(dòng)頭向右移動(dòng)時(shí),電流表G示數(shù)怎樣改變?(3)當(dāng)a強(qiáng)度增加時(shí),b粒子數(shù)目和電流表示數(shù)怎樣改變?16/59【歸納總結(jié)】1.光子與光電子:光子指光在空間傳輸時(shí)每一份能量,光子不帶電,光電子是金屬表面受到光照射時(shí)發(fā)射出來(lái)電子,其本質(zhì)是電子,光子是光電效應(yīng)因,光電子是果。17/592.光電子動(dòng)能與光電子最大初動(dòng)能:光照射到金屬表面時(shí),光子能量全部被電子吸收,電子吸收了光子能量,可能向各個(gè)方向運(yùn)動(dòng),需克服原子核和其它原子妨礙而損失一部分能量,剩下部分為光電子初動(dòng)能;只有金屬表面電子直接向外飛出時(shí),只需克服原子核引力做功,才含有最大初動(dòng)能。光電子初動(dòng)能小于或等于光電子最大初動(dòng)能。18/593.光子能量與入射光強(qiáng)度:光子能量即每個(gè)光子能量,其值為ε=hν(ν為光子頻率),其大小由光頻率決定。入射光強(qiáng)度指單位時(shí)間內(nèi)照射到金屬表面單位面積上總能量,入射光強(qiáng)度等于單位時(shí)間內(nèi)光子能量與入射光子數(shù)乘積。19/594.光強(qiáng)度與飽和光電流:飽和光電流與入射光強(qiáng)度成正比規(guī)律是對(duì)頻率相同光照射金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)而言,對(duì)于不一樣頻率光,因?yàn)槊總€(gè)光子能量不一樣,飽和光電流與入射光強(qiáng)度之間沒(méi)有簡(jiǎn)單正比關(guān)系。20/59【尤其提醒】(1)光電效應(yīng)實(shí)質(zhì)是光現(xiàn)象轉(zhuǎn)化為電現(xiàn)象。(2)發(fā)生光電效應(yīng)時(shí),飽和光電流與入射光強(qiáng)度相關(guān),要明確不一樣頻率光、不一樣金屬與光電流對(duì)應(yīng)關(guān)系。21/59【典例探究】【典例】用如圖所表示光電管研究光電效應(yīng)試驗(yàn)中,用某種頻率單色光a照射光電管陰極K,電流計(jì)G指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)。而用另一頻率單色光b照射光電管陰極K時(shí),電流計(jì)G指針不發(fā)生偏轉(zhuǎn),那么(

)22/59A.a光波長(zhǎng)一定大于b光波長(zhǎng)B.增加b光強(qiáng)度可能使電流計(jì)G指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)C.用a光照射光電管陰極K時(shí)經(jīng)過(guò)電流計(jì)G電流是由d到cD.只增加a光強(qiáng)度可使經(jīng)過(guò)電流計(jì)G電流增大23/59【思緒點(diǎn)撥】解答這類(lèi)問(wèn)題時(shí)應(yīng)掌握以下兩點(diǎn):(1)發(fā)生光電效應(yīng)時(shí),入射光波長(zhǎng)必小于極限波長(zhǎng)。(2)電流表G示數(shù)大小與入射光強(qiáng)度關(guān)系。24/59【正確解答】選D。因單色光b照射光電管陰極K時(shí),沒(méi)有發(fā)生光電效應(yīng),故有νa>νb,由ν=可知,λa<λb,A錯(cuò)誤;因電子運(yùn)動(dòng)方向由K極到A極,故經(jīng)過(guò)G電流方向?yàn)橛蒫到d,C錯(cuò)誤;只增加a光強(qiáng)度,從K極發(fā)出電子數(shù)增加,故經(jīng)過(guò)電流表G電流增大,D正確;電流表G指針是否偏轉(zhuǎn)與b光強(qiáng)度大小無(wú)關(guān),B錯(cuò)誤。25/59【過(guò)關(guān)訓(xùn)練】1.(多項(xiàng)選擇)(·全國(guó)卷Ⅰ)現(xiàn)用某一光電管進(jìn)行光電效應(yīng)試驗(yàn),當(dāng)用某一頻率光入射時(shí),有光電流產(chǎn)生。以下說(shuō)法正確是(

)A.保持入射光頻率不變,入射光光強(qiáng)變大,飽和光電流變大B.入射光頻率變高,飽和光電流變大26/59C.入射光頻率變高,光電子最大初動(dòng)能變大D.保持入射光光強(qiáng)不變,不停減小入射光頻率,一直有光電流產(chǎn)生E.遏止電壓大小與入射光頻率相關(guān),與入射光光強(qiáng)無(wú)關(guān)27/59【解析】選A、C、E。保持入射光頻率不變,入射光光強(qiáng)變大,單位時(shí)間內(nèi)光電子變多,飽和光電流變大,A對(duì);據(jù)愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程

=hν-W0可知,入射光頻率變高,光電子最大初動(dòng)能變大,飽和光電流不變,B錯(cuò)、C對(duì);當(dāng)hν<W0時(shí)沒(méi)有光電流產(chǎn)生,D錯(cuò);由

=eU遏可知遏止電壓大小與入射光頻率有關(guān),與入射光光強(qiáng)無(wú)關(guān),E對(duì)。故選A、C、E。28/592.(多項(xiàng)選擇)一束綠光照射某金屬時(shí),發(fā)生了光電效應(yīng),則以下說(shuō)法正確是(

)A.若增加綠光照射強(qiáng)度,則逸出光電子數(shù)增加B.若增加綠光照射強(qiáng)度,則逸出光電子最大初動(dòng)能增加C.若改用紫光照射,則可能不會(huì)發(fā)生光電效應(yīng)D.若改用紫光照射,則逸出光電子最大初動(dòng)能增加29/59【解析】選A、D。光電效應(yīng)規(guī)律表明:入射光頻率決定是否發(fā)生光電效應(yīng)以及發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)逸出光電子最大初動(dòng)能。當(dāng)入射光頻率增加后,逸出光電子最大初動(dòng)能也增加,又因?yàn)樽瞎忸l率高于綠光頻率,而增加光照射強(qiáng)度,會(huì)使單位時(shí)間內(nèi)逸出光電子數(shù)增加。故正確選項(xiàng)為A、D。30/59知識(shí)點(diǎn)二、全方面了解光電效應(yīng)方程及其規(guī)律思索探究:愛(ài)因斯坦為了解釋光電效應(yīng)規(guī)律,提出了光子說(shuō),建立了光電效應(yīng)方程:hν=mv2+W。(1)其中hν,mv2,W各含有什么含義?(2)怎樣由公式了解光電效應(yīng)產(chǎn)生條件?31/59【歸納總結(jié)】1.光電效應(yīng)方程hν=mv2+W了解:(1)式中mv2是光電子最大初動(dòng)能Ekm,就某個(gè)光電子而言,其離開(kāi)金屬時(shí)剩下動(dòng)能大小能夠是0～Ekm范圍內(nèi)任何數(shù)值。32/59(2)光電效應(yīng)方程實(shí)質(zhì)上是能量守恒方程。能量為E=hν光子被電子所吸收,電子把這些能量一部分用來(lái)克服金屬表面對(duì)它吸引力,另一部分轉(zhuǎn)化為電子離開(kāi)金屬表面時(shí)動(dòng)能。假如克服吸引力做功最少為W,則電子離開(kāi)金屬表面時(shí)動(dòng)能最大為Ek,依據(jù)能量守恒定律可知:Ek=hν-W。33/59(3)光電效應(yīng)方程包含了產(chǎn)生光電效應(yīng)條件。若發(fā)生光電效應(yīng),則光電子最大初動(dòng)能必須大于零,即Ek=hν-W>0,亦即hν>W,ν>=ν0,而ν0=恰好是光電效應(yīng)截止頻率。34/59(4)Ekm-ν曲線(xiàn)。如圖所表示是光電子最大初動(dòng)能Ekm隨入射光頻率ν改變曲線(xiàn)。這里,橫軸上截距是截止頻率或極限頻率;縱軸上截距是逸出功負(fù)值;斜率為普朗克常數(shù)。35/592.光子說(shuō)對(duì)光電效應(yīng)解釋:(1)飽和光電流與光強(qiáng)關(guān)系:光越強(qiáng),包含光子數(shù)越多,照射金屬時(shí)產(chǎn)生光電子越多,因而飽和光電流越大。所以,入射光頻率一定時(shí),飽和光電流與光強(qiáng)成正比。36/59(2)存在截止頻率和遏止電壓:愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程表明光電子初動(dòng)能與入射光頻率成線(xiàn)性關(guān)系,與光強(qiáng)無(wú)關(guān),所以遏止電壓由入射光頻率決定,與光強(qiáng)無(wú)關(guān)。光電效應(yīng)方程同時(shí)表明,只有hν>W時(shí),才有光電子逸出,ν0=就是光電效應(yīng)截止頻率。37/59(3)光電效應(yīng)含有瞬時(shí)性:電子一次性吸收光子全部能量,不需要積累能量時(shí)間,所以光電效應(yīng)幾乎是瞬時(shí)發(fā)生。38/59【尤其提醒】(1)逸出功和截止頻率均由金屬本身決定,與其它原因無(wú)關(guān)。(2)光電子最大初動(dòng)能隨入射光頻率增大而增大,但不是正比關(guān)系。39/59【典例探究】【典例】在光電效應(yīng)試驗(yàn)中,某金屬截止頻率對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)為λ0,該金屬逸出功為_(kāi)_____。若用波長(zhǎng)為λ(λ<λ0)單色光做試驗(yàn),則其遏止電壓為_(kāi)_____。已知電子電荷量、真空中光速和普朗克常數(shù)分別為e、c和h。40/59【思緒點(diǎn)撥】解答本題時(shí)可按以下思緒分析:先由愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程計(jì)算出逸出功,再由遏止電壓與光電子最大初動(dòng)能關(guān)系及光電效應(yīng)方程,可求出遏止電壓。41/59【正確解答】因?yàn)閃=hν0=,eU=Ek,且Ek=hν-W,ν=,所以U=答案:

42/59【總結(jié)提升】利用光電效應(yīng)方程解答問(wèn)題技巧應(yīng)用光電效應(yīng)方程討論問(wèn)題時(shí)應(yīng)把握:(1)極限頻率為ν0光照射金屬對(duì)應(yīng)逸出電子最大初動(dòng)能為零,逸出功W=hν0。(2)某種金屬逸出功是一定值,隨入射光頻率增大,光電子最大初動(dòng)能增大。43/59【過(guò)關(guān)訓(xùn)練】1.(多項(xiàng)選擇)產(chǎn)生光電效應(yīng)時(shí),關(guān)于逸出光電子最大初動(dòng)能Ek,以下說(shuō)法正確是(

)A.對(duì)于同種金屬,Ek與照射光強(qiáng)度無(wú)關(guān)B.對(duì)于同種金屬,Ek與照射光波長(zhǎng)成反比C.對(duì)于同種金屬,Ek與光照射時(shí)間成正比D.對(duì)于同種金屬,Ek與照射光頻率成線(xiàn)性關(guān)系44/59E.對(duì)于不一樣種金屬,若照射光頻率不變,Ek與金屬逸出功成線(xiàn)性關(guān)系45/59【解析】選A、D、E。由愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程Ek=hν-W0可知,Ek與照射光強(qiáng)度無(wú)關(guān),選項(xiàng)A正確;Ek與照射光頻率ν成線(xiàn)性關(guān)系,與波長(zhǎng)不是成反比關(guān)系,選項(xiàng)B錯(cuò)誤、D正確;因?yàn)殡娮邮且淮涡晕展庾尤磕芰?Ek與光照射時(shí)間無(wú)關(guān),選項(xiàng)C錯(cuò)誤;對(duì)于不一樣金屬,若照射光頻率不變,由光電效應(yīng)方程可知,Ek與金屬逸出功成線(xiàn)性關(guān)系,選項(xiàng)E正確。46/592.(·全國(guó)卷Ⅰ)在某次光電效應(yīng)試驗(yàn)中,得到遏止電壓Uc與入射光頻率ν關(guān)系如圖所表示,若該直線(xiàn)斜率和截距分別為k和b,電子電荷量絕對(duì)值為e,則普朗克常量可表示為_(kāi)_________,所用材料逸出功可表示為_(kāi)_________。47/59【解析】由題意可得eUc==hν-W,變形為Uc=,結(jié)合圖象可知=k,=-b,所以h=ek,W=-eb。答案:ek

-eb48/59【溫馨提醒】利用愛(ài)因斯坦光子說(shuō)及光電效應(yīng)方程解釋光電效應(yīng)現(xiàn)象試驗(yàn)規(guī)律是本部分知識(shí)常考內(nèi)容。49/59【拓展例題】考查內(nèi)容:了解光電效應(yīng)(多項(xiàng)選擇)1905年是愛(ài)因斯坦“奇跡”之年,這一年他先后發(fā)表了三篇含有劃時(shí)代意義論文,其中關(guān)于光量子理論成功地解釋了光電效應(yīng)現(xiàn)象。關(guān)于光電效應(yīng),以下說(shuō)法正確是(

)50/59A.當(dāng)入射光頻率低于極限頻率時(shí),不能發(fā)生光電效應(yīng)B.光電子最大初動(dòng)能與入射光頻率成正比C.光電子最大初動(dòng)能與入射光強(qiáng)度成正比D.某單色光照射一金屬時(shí)不發(fā)生光電效應(yīng),改用波長(zhǎng)較短光照射該金屬可能發(fā)生光電效應(yīng)51/59【思緒點(diǎn)撥】解答本題應(yīng)明確以下兩點(diǎn):(1)發(fā)生光電效應(yīng)條件。(2)決定光電子最大初動(dòng)能原因。52/59【正確解答】選A、D。依據(jù)光電效應(yīng)現(xiàn)象試驗(yàn)規(guī)律,只有入射光頻率大于極限頻率才能發(fā)生光電效應(yīng),故A、D正確;依據(jù)光電效應(yīng)方程,最大初動(dòng)能與入射光頻率為線(xiàn)性關(guān)系,但非正比關(guān)系,B錯(cuò);依據(jù)光電效應(yīng)現(xiàn)象試驗(yàn)規(guī)律,光電子最大初動(dòng)能與入射光強(qiáng)度無(wú)關(guān),C錯(cuò)。53/59玻爾理論與光電效應(yīng)規(guī)律綜合1.依據(jù)玻爾理論能夠確定大量氫原子能級(jí)躍遷時(shí)發(fā)出不一樣頻率光條數(shù)及光子能量