高中物理第2章波和粒子2.1拨开黑体辐射的疑云2.2涅槃凤凰再飞翔导学案选修.docx

学案1拨开黑体辐射的疑云学案2涅槃凤凰再飞翔学习目标定位 1.了解黑体与黑体辐射，知道辐射本领与波长的关系；了解能量子的概念及提出的过程.2.知道光电效应现象及其实验规律.3.掌握爱因斯坦光电效应方程及其意义.4.了解康普顿效应及其意义1各种色光的频率：从红到紫的频率依次变大2光的波长与频率的关系：c，式中c为光速3黑体与黑体辐射(1)热辐射：物体在任何温度下，都会发射电磁波，温度不同，所发射的电磁波的频率、强度也不同(2)黑体：能完全吸收投射到其表面的电磁波而不产生反射的物体，也称之为绝对黑体(3)黑体辐射的实验规律如图1所示图1随着温度的升高，黑体辐射各种波长电磁波的辐射本领都增大；随着温度的升高，辐射本领的最大值向波长较短的方向移动4能量子(1)定义：黑体的空腔壁是由大量振子组成的，其能量E只能是某一最小能量值h的整数倍，即Enh(n1,2,3，)这样的一份最小能量h叫做能量子，是振子的频率，h叫做普朗克常量(2)能量的量子化：在微观世界中能量不能连续变化，只能取分立值5光电效应(1)光电效应：在光的照射下物体发射电子的现象叫做光电效应，发射出来的电子叫光电子(2)光电效应的实验规律：对于各种金属都存在着一个极限频率，当入射光的频率高于这个极限频率时，才能产生光电效应；光电子的最大动能随着入射光频率的增加而增加，与入射光的强度无关；当产生光电效应时，单位时间内从金属表面逸出的电子数与入射光的强度有关；入射光射到金属表面时，光电子的产生几乎是瞬时的，不超过1109 s.6爱因斯坦光电效应方程(1)光子说：光在空间传播时是不连续的，而是一份一份的，一份叫做一个光量子，简称光子光子的能量Eh.(2)爱因斯坦光电效应方程：hWEkm，其中W为电子脱离某种金属所做功的最小值，叫做这种金属的逸出功7康普顿效应(1)康普顿效应美国物理学家康普顿发现在散射的X射线中，除有与入射线波长相同的射线外，还有波长比入射线波长更长的射线，这个波长变化的现象叫做康普顿效应(2)康普顿效应的意义：康普顿效应表明光子除了具有能量外还具有动量，进一步为光的粒子性提供了证据(3)光子的动量：表达式：p.一、光电效应产生的条件问题设计在课本的“探究光电效应产生的条件”实验中：(1)用紫外线灯照射锌板擦净的一面，验电器的箔片张角有何变化？(2)在紫外线灯和锌板间插入一块玻璃，验电器的箔片张角有何变化？(3)用白炽灯照射锌板擦净的一面，验电器的箔片张角有何变化？设法增加白炽灯的亮度，情况有无变化？答案(1)验电器的张角变小，说明在紫外线灯照射下锌板上电子减少了(2)验电器张角变小，速率明显变慢因为紫外线不能穿过玻璃板而可见光却能由此说明金属板产生光电效应是光中紫外线照射的结果而不是可见光(3)验电器张角不变说明可见光不能使锌板发生光电效应要点提炼1光电效应的实质：光现象转化为,电现象2光电效应中的光包括不可见光和可见光3金属都存在一个极限频率，只有入射光的频率高于该金属的极限频率时，光电效应才能发生图2例1如图2所示，用弧光灯照射锌板，验电器指针张开一个角度，则下列说法中正确的是()A用紫外线照射锌板，验电器指针会发生偏转B用红光照射锌板，验电器指针会发生偏转C锌板带的是负电荷D使验电器指针发生偏转的是正电荷解析将擦得很亮的锌板与验电器连接，用弧光灯照射锌板(弧光灯发出紫外线)，验电器指针张开一个角度，说明锌板带了电，进一步研究表明锌板带正电这说明在紫外线的照射下，锌板中有一部分自由电子从表面飞出来，锌板中由于缺少电子，于是带正电，选项A、D正确红光不能使锌板发生光电效应答案AD二、光电效应的实验规律问题设计图3如图3所示，阴极K和阳极A是密封在真空玻璃管中的两个电极，K用铯做成电源加在K和A之间的电压大小可以调整，正负极也可以对调 (1)加在光电管两极间电压为零时，用紫光照射阴极K，回路中有电流吗？改变入射光强度，光电流大小如何变化？(2)保持入射光的强度不变，更换滤色片以改变入射光频率，使光由紫光蓝光绿光红光，会看到什么现象？这说明什么？(3)在紫光照射下，加上反向电压，直至电流为0.改变光强做两次，记录下各个遏止电压的值；改用蓝光和绿光再各做一次，也记录下遏止电压的值你发现什么规律？遏止电压U与光电子的最大动能Ekm什么关系？从实验记录数据你又能得出什么结论？(可以结合课本“实验探究：研究光电效应的规律”中表1的数据分析)答案(1)有光越强，光电流越大(2)紫光、蓝光、绿光照射下有光电流，红光则没有说明入射光的频率低于某一极限频率时将不能产生光电效应(3)用紫光照射，不管光强如何，遏止电压相同，由紫光逐次换成蓝光和绿光，遏止电压逐次减小，说明遏止电压随入射光频率的减小而减小根据动能定理eUEkm，遏止电压不同说明光电子的最大动能只与入射光频率有关，且随入射光频率的增大而增大要点提炼1光电效应的四条规律(1)极限频率的存在：入射光的频率必须高于0，才能产生光电效应，与光强度及照射时间无关(2)光电子的最大动能随着入射光频率的增加而增加，与入射光的强度无关(3)当产生光电效应时，光电流大小随入射光强度的增加而增大(4)光电效应的发生几乎是瞬时的，不超过1109_s.2掌握三个概念的含义(1)入射光频率决定着能否发生光电效应和光电子的最大动能(2)入射光强度决定着单位时间内发射的光子数；(3)饱和光电流决定着单位时间内发射的光电子数图4例2如图4所示，电路中各元件完好，光照射到阴极K.灵敏电流计没有示数，其可能原因是()A入射光强度太弱B入射光的频率太小C光照时间短D电源正负极接反解析题图所示电路中形成电流需要具备两个条件：一是阴极K在光照射下有光电子逸出，二是溢出的光电子应该能在电路中定向移动到达阳极A.光电子的逸出取决于入射光的频率，只有入射光的频率大于极限频率0时才有光电子逸出，与入射光的强度和时间无关，A、C错，B对；光电子能否达到阳极A，取决于光电子的动能大小和两极间所加电压的正负和大小共同决定，一旦电源接反了且电压大于遏止电压，即使具有最大动能的光电子也不能达到阳极，即使发生了光电效应现象，电路中也不会有光电流，D对，所以正确选项为B、D.答案BD针对训练当用绿光照射光电管阴极K时，可以发生光电效应，则下列说法正确的是()A增大绿光照射强度，光电子的最大动能增大B增大绿光照射强度，电路中光电流增大C改用比绿光波长大的光照射光电管阴极K时，电路中一定有光电流D改用比绿光频率大的光照射光电管阴极K时，电路中一定有光电流答案D解析光电流与光强有关，光越强光电流越大，故B对；最大动能与光强无关，故A错；当改用频率更大的光照射时，一定能发生光电效应现象，因此有光电流，故D对三、爱因斯坦的光子说要点提炼对光电效应方程hWEkm的理解1光电效应方程实质上是能量守恒方程能量为Eh的光子被电子所吸收，电子把这些能量的一部分用来克服金属表面对它的吸引力，另一部分就是电子离开金属表面时的动能如果克服吸引力做功最少为W，则电子离开金属表面时动能最大为Ekm，根据能量守恒定律可知：EkmhW.2光电效应方程说明了产生光电效应的条件若发生光电效应，则光电子的最大动能必须大于零，即EkmhW0，亦即hW，0，而0恰好是光电效应的极限频率图53Ekm曲线如图5所示是光电子最大动能Ekm随入射光频率的变化曲线这里，横轴上的截距是极限频率或截止频率；纵轴上的截距是逸出功的负值；斜率为普朗克常量例3如图6所示，当电键K断开时，用光子能量为2.5 eV的一束光照射阴极P，发现电流表读数不为零合上电键，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电压表读数大于或等于0.60 V时，电流表读数为零由此可知阴极材料的逸出功为()图6A1.9 eV B0.6 eVC2.5 eV D3.1 eV解析由题意知光电子的最大动能为EkmeU0.60 eV所以根据光电效应方程EkmhW可得WhEkm(2.50.6) eV1.9 eV答案A能量量子化,光的粒子性1下列关于光子说对光电效应的解释正确的是()A金属表面的一个电子只能吸收一个光子B电子吸收光子后一定能从金属表面逸出，成为光电子C金属表面的一个电子吸收若干个光子，积累了足够的能量才能从金属表面逸出D无论光子能量大小如何，电子吸收光子并积累了能量后，总能逸出成为光电子答案A解析根据光电效应规律可知：金属中的一个电子只能吸收一个光子的能量，一个光子的能量也只能交给一个电子，故选项A正确电子吸收一个光子的能量后，动能立即增大，不需要积累能量的过程，故选项B错误不存在一个电子吸收若干光子的现象，且只有当入射光的能量不低于该金属电子的逸出功时，才能发生光电效应，即入射光频率不低于金属的极限频率时才能发生光电效应，故选项C、D错误图72.如图7所示是光电效应中光电子的最大动能Ekm与入射光频率的关系图像从图中可知()AEkm与成正比B入射光频率必须大于或等于极限频率0时，才能产生光电效应C对同一种金属而言，Ekm仅与有关DEkm与入射光强度成正比答案BC解析由EkmhW知B、C正确，A、D错误3用同一束单色光，在同一条件下先后照射锌片和银片，都能产生光电效应，在这两个过程中，对于下列四个量，一定相同的是_，可能相同的是_，一定不同的是_A光子的能量 B光电子的逸出功C光电子的动能 D光电子的最大动能答案ACBD解析光子的能量由光的频率决定，同一束单色光频率相同，因而光子能量相同逸出功等于电子脱离原子核束缚需要做的最少的功，因此只由材料决定锌片和银片的光电效应中，光电子的逸出功一定不相同由EkmhW，照射光子的能量h相同，逸出功W不同，则电子最大动能也不同由于光电子吸收光子后到达金属表面的路径不同，途中损失的能量也不同，因而脱离金属时的动能可能分布在零到最大动能之间所以，光电子的动能是可能相同的4(2014广东18)在光电效应实验中，用频率为的光照射光电管阴极，发生了光电效应，下列说法正确的是()A增大入射光的强度，光电流增大B减小入射光的强度，光电效应现象消失C改用频率小于的光照射，一定不发生光电效应D改用频率大于的光照射，光电子的最大初动能变大答案AD解析增大入射光强度，单位时间内照射到单位面积的光电子数增加，则光电流将增大，故选项A正确；光电效应是否发生取决于照射光的频率，而与照射强度无关，故选项B错误用频率为的光照射光电管阴极，发生光电效应，用频率较小的光照射时，若光的频率仍大于极限频率，则仍会发生光电效应，选项C错误；根据hW逸mv2可知，增加照射光频率，光电子的最大初动能也增大，故选项D正确.基础题1红、橙、黄、绿四种单色光中，光子能量最小的是()A红光 B橙光C黄光 D绿光答案A解析按照爱因斯坦的光子说，光子的能量Eh，h为普朗克常量，说明光子的能量与光的频率成正比，而上述四种单色光中，绿光的频率最大，红光的频率最小，故光子能量最小的是红光，所以选项A正确22006年度诺贝尔物理学奖授予了两名美国科学家，以表彰他们发现了宇宙微波背景辐射的黑体谱形状及其温度在不同方向上的微小变化他们的出色工作被誉为是宇宙学研究进入精密科学时代的起点下列与宇宙微波背景辐射黑体谱相关的说法中正确的是()A一切物体都在辐射电磁波B一般物体辐射电磁波的情况与温度无关C黑体的热辐射实际上是电磁辐射D普朗克在研究黑体的热辐射问题中提出了能量子假设答案ACD解析根据热辐射的定义，A正确；根据热辐射和黑体辐射的特点知一般物体辐射电磁波的情况与温度有关，B错误，普朗克在研究黑体辐射时最早提出了能量子假设，他认为能量是一份一份的，一份是一个能量子，黑体辐射本质上是电磁辐射，故C、D正确3关于光电效应的规律，下列说法中正确的是()A只有入射光的波长大于该金属的极限波长，光电效应才能产生B光电子的最大动能跟入射光强度成正比C发生光电效应的反应时间一般都大于107 sD发生光电效应时，单位时间内从金属表面逸出的光电子数目与入射光强度成正比答案D解析由Ehh知，当入射光波长小于极限波长时，才能发生光电效应，故A错由EkmhW知，最大动能由入射光频率决定，与光强度无关，故B错发生光电效应的时间一般不超过109 s，故C错4科学研究证明，光子有能量也有动量，当光子与电子碰撞时，光子的一些能量转移给了电子假设光子与电子碰撞前的波长为，碰撞后的波长为，则碰撞过程中()A能量守恒，动量不守恒，且B能量不守恒，动量不守恒，且C能量守恒，动量守恒，且答案C解析能量守恒和动量守恒是自然界的普遍规律，适用于宏观世界也适用于微观世界光子与电子碰撞时遵循这两个规律光子与电子碰撞前光子的能量Ehh，当光子与电子碰撞时，光子的一些能量转移给了电子，光子的能量Ehh，由EE可知，选项C正确5如图1所示，画出了四种温度下黑体辐射的本领与波长的关系图像，从图像可以看出，随着温度的升高，则()图1A各种波长的辐射本领都有增加B只有波长短的辐射本领增加C辐射本领的最大值向波长较短的方向移动D辐射电磁波的波长先增大后减小答案AC解析根据黑体辐射的实验规律和辐射本领与波长的关系可判断A、C正确6硅光电池是利用光电效应将光辐射的能量转化为电能若有N个波长为0的光子打在光电池极板上，这些光子的总能量为(h为普朗克常量)()Ah BNhCNh0 D2Nh0答案B解析一个光电子的能量Ehh，则N个光子的总能量NENh.选项B正确7某金属的逸出功为2.3 eV，这意味着()A这种金属内部的电子克服原子核引力做2.3 eV的功即可脱离表面B这种金属表层的电子克服原子核引力做2.3 eV的功即可脱离表面C要使这种金属有电子逸出，入射光子的能量必须大于2.3 eVD这种金属受到光照时若有电子逸出，则电子离开金属表面时的动能至少等于2.3 eV答案B解析逸出功指原子的外层电子脱离原子核克服引力所做的功8用绿光照射一光电管，产生了光电效应，欲使光电子从阴极逸出时的最大动能增加，下列做法可取的是()A改用红光照射B增大绿光的强度C增大光电管上的加速电压D改用紫光照射答案D解析由爱因斯坦光电效应方程hWEkm，在逸出功一定时，只有增大光的频率，才能增加最大动能，与光的强度无关，故D项正确能力题9已知能使某金属产生光电效应的极限频率为0()A当用频率为20的单色光照射该金属时，一定能产生光电子B当用频率为20的单色光照射该金属时，所产生的光电子的最大动能为h0C当入射光的频率大于0时，若增大，则逸出功增大D当入射光的频率大于0时，若增大一倍，则光电子的最大动能也增大一倍答案AB解析因入射光的频率大于极限频率时产生光电效应，所以A正确；因为金属的极限频率为0，所以逸出功Wh0，再由EkmhW得，Ekm2h0h0h0，B正确；因为逸出功是光电子恰好逸出时需要做的功，对于同种金属是恒定的，故C项错误；由EkmhWhh0h(0)，可