人教版物理选修3-5课件第17章第二节.ppt

第二节 光的粒子性,课前自主学案,核心要点突破,课堂互动讲练,课标定位,知能优化训练,第二节,课标定位 学习目标：1.了解黑体和黑体辐射的实验规律，知道普朗克提出的能量子的假说 2理解光电效应的实验规律和爱因斯坦的光子说及其对光电效应的解释，了解光电效应方程，并会用来解决简单问题 3了解康普顿效应及光子的动量 重点难点：1.光电效应现象和实验规律 2光子说、光电效应方程，并会用来解决简单问题,课前自主学案,一、黑体与黑体辐射 1热辐射：周围的一切物体都在辐射电磁波这种辐射与物体的_有关，所以叫做热辐 射 2黑体：某种物体能够_吸收入射的各种 波长的电磁波而不发生反射，这种物体就是绝对 黑体，简称黑体,温度,完全,二、黑体辐射的实验规律 1一般材料的物体，辐射的电磁波除与 _有关外，还与材料的种类及表面状况有关 2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随着温度的升高，一方面，各种波长的辐射强度都有_另一方面，辐射强度的极大值向波长较_的方向移动,温度,增加,短,三、能量子 1定义：普朗克认为，带电微粒辐射或者吸收能量时，只能辐射或吸收某个最小能量值的_即：能的辐射或者吸收只能是一份一份的这个不可再分的最小能量值叫做 _ 2能量子大小：h，其中是电磁波的频率，h称为普朗克常量h_ Js(一般取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这种现象叫能量的量子化,整数倍,能量子,6.6261034,四、光电效应的实验规律 1定义：照射到金属表面的光，能使金属中的电子从表面逸出的现象，叫做光电效应逸出的电子叫_ 2实验规律 (1)存在着_电流，表明入射光强度一定，金属表面单位时间发射的光电子数_入射光越强，饱和电流_表明入射光越，单位时间内发射的光电子数_,光电子,饱和,一定,越大,越多,(2)存在着遏止电压和截止频率，遏止电压的存在意味着光电子具有一定的_截止电压的存在，说明当入射光的频率截止频率时，不论光多么强，光电效应都不会发生 (3)光电效应具有瞬时性，发生时间不超过109 s. (4)任何金属都有一个截止频率或极限频率c，入射光的频率必满足c才能发生光电效应 五、光电效应解释中的疑难 1逸出功：电子从金属中逸出所需做功的 _叫做该金属的逸出功用W0表示，不同金属的逸出功_,初速度,最小值,不同,2光照射金属表面时，电子吸收能量若电子吸收的能量与原有的热运动能量之和_逸出 功，电子就从表面逸出，这就是光电子光越强，逸出的电子数越_，光电流也就越_这些结论与实验相符但是，按照光的电磁理论，应有如下结论：遏止电压与光强有关，不存在截止频率，光电效应的瞬时性不成立，这些结论与实验结果相矛盾此外，对于遏止电压与光的频率的关系，经典电磁理论更是无法解释,超过,多,大,六、爱因斯坦的光电效应方程 1光子说：爱因斯坦提出：在空间传播的光不是连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光量子，简称_ 2光子的能量h，其中指光的 _光电效应显示了光的_ 3光电效应方程：_. 4光电效应方程表明：光电子的最大初动能与入射光的_有关，与光的强弱_ 关(填“无”或“有”)只有当h_W0时，才有光电子逸出,光子,频率,粒子性,EkhW0,频率,无,七、康普顿效应 1光的散射：光在介质中与物质微粒相互作用，因而传播方向发生改变的现象 2内容：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_0的成分， 这个现象称为康普顿效应 3意义：康普顿效应深入地揭示了光的 _性的一面，表明光子除了具有能量之外还具有_,大于,粒子,动量,普朗克常量,光的波长,核心要点突破,一、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，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，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的情况，才具有最大初动能,3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，这个饱和值就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 4入射光强度与光子能量 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，光子能量即每个光子的能量光子总能量等于光子能量与入射光子数的乘积,特别提醒：(1)光电效应中的光包括不可见光 (2)光电效应的实质：光现象电现象,二、光电效应方程的理解 1光电效应方程：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光电效应方程表明，光电子的最大初动能与入射光的频率呈线性关系(注意不是正比关系)，与光强无关,即时应用(即时突破，小试牛刀) 1已知能使某金属产生光电效应的极限频率为c，则( ) A当用频率为2c的单色光照射该金属时，一定能产生光电子 B当用频率为2c的单色光照射该金属时，所产生的光电子的最大初动能为hc C当照射光的频率大于c时，若增大，则逸出功增大 D当照射光的频率大于c时，若增大一倍，则光电子的最大初动能也增大一倍,解析：选AB.入射光的频率大于金属的极限频率，照射该金属时一定能发生光电效应，A正确；金属的逸出功为W0hc，又根据爱因斯坦光电效应方程EkhW0，当入射光的频率为2c时，其光电子的最大初动能为Ek2hchchc，所以B正确；若当入射光的频率由2c增大一倍变为4c时，其光电子的最大初动能为Ek4hchc3hc，显然不是随着增大一倍，D错误；逸出功是金属本身对金属内电子的一种束缚本领的体现，与入射光的频率无关，C错误综上所述，A、B正确,三、光子说对光电效应的解释 1饱和光电流与光强关系 光越强，包含的光子数越多，照射金属时产生的光电子就多，因而饱和电流大所以，入射光频率一定时，饱和电流与光强成正比,特别提醒：解释光电效应时，应从以下两点进行把握： (1)入射光的频率决定着是否发生光电效应以及光电子的最大初动能； (2)入射光的强度决定着单位时间内逸出来的光电子数,即时应用(即时突破，小试牛刀) 2.如图1711所示电路的全部接线及元件均完好，用光照射光电管的K极板，发现电流计无电流通过，可能的原因是( ) AA、K间加的电压不够高 B电源正负极接反了 C照射光的频率不够高 D照射光的强度不够大,图1711,解析：选BC.如果照射光频率过低，不能发生光电效应；如果发生了光电效应现象，但是电源正负极接反了，且电压高于遏止电压，电流表中也不会有电流B、C正确电压不够高，光强度不够大时，只能影响光电流大小，不会导致无电流通过，A、D错误,课堂互动讲练,(2011年高考广东理综卷)光电效应实验中，下列表述正确的是( ) A光照时间越长光电流越大 B入射光足够强就可以有光电流 C遏止电压与入射光的频率有关 D入射光频率大于极限频率才能产生光电子,【精讲精析】 在光电效应中，若照射光的频率小于极限频率，无论光照时间多长，光照强度多大，都无光电流，当照射光的频率大于极限频率时，立刻有光电子产生，时间间隔很小故A、B错误，D正确由eU0Ek，EkhW，可知U(hW)/e，即遏止电压与入射光频率有关 【答案】 CD,变式训练1 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,如图1712所示，当开关S断开时，用光子能量为2.5 eV的一束光照射阴极K，发现电流表示数不为零闭合开关，调节滑动变阻器的滑片，发现当电压表示数小于0.6 V时，电流表示数仍不为零；当电压表示数大于或等于0.6 V时，电流表示数为零求此时光电子的最大初动能和该阴极材料的逸出功,图1712,【精讲精析】 设用光子能量为2.5 eV的光照射阴极时，光电子的最大初动能为Ek，阴极材料的逸出功为W0. 当反向电压达到U0.6 V以后，具有最大初动能的光电子也到达不了阳极，因此eUmv2/2； 由光电效应方程有：EkhW0. 由以上两式得：Ek0.6 eV，W01.9 eV. 所以光电子的最大初动能为0.6 eV，阴极材料的逸出功为1.9 eV.,【答案】 0.6 eV 1.9 eV 【思维总结】 反向电压形成的电场对光电子做负功，使具有最大初动能的光电子速度变为零时，光电子尚未到达阳极，则无光电流产生，所以无电流的条件为eUEk.,变式训练2 在做光电效应的实验时，某金属被光照射发生了光电效应，实验测得光电子的最大初动能Ek与入射光的频率的关系如图1713所示，由图象可求出( ) A该金属的极限频率和极限波长 B普朗克常量 C该金属的逸出功 D单位时间内逸出的光电子数,图1713,太阳光垂直射到地面上时，地面上1 m2接收的太阳光的功率为1.4 kW，其中可见光部分约占45%. (1)假设认为可见光的波长约为0.55 m，日地间距离R1.51011 m普朗克常量h6.61034 Js，估算太阳每秒辐射出的可见光光子数为多少 (2)若已知地球的半径为6.4106 m，估算地球接收的太阳光的总功率,【思路点拨】 设想一个以太阳为球心，以日、地距离为半径的大球面包围着太阳大球面接收的光子数等于太阳辐射的全部光子数；地球背着阳光的半个球面没有接收太阳光，地球向阳的半个球面面积也不都与太阳光垂直接收太阳光辐射且与阳光垂直的有效面积是以地球半径为半径的圆面面积,则所求可见光光子数：Nn4R21.75102143.14(1.51011)24.91044(个) (2)地球接收太阳光的总功率： P地Pr21.43.14(6.4106)2 kW1.81014 kW. 【答案】 (1)4.91044个 (2)1.81014 kW,【方法总结】 解答有关光子的能量辐射问题时，要明确光的能量是所有光子的总能量即EN，同时还要求具备一定的空间想象力，通过分析物理情景，构思出