能量量子化ppt课件.ppt

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 光子的能量大 光的强度一定大吗 提示 1 光子能量是指一个光子具有的能量 在数值上光子能量 h 光强是指在垂直于光的传播方向上 每平方米面积在1s内获得的能量 它等于在垂直于光传播方向上每平方米面积1s内通过的所有光子的能量和 17 2 光子能量大并不意味着光强大 同样光强大也不等于光子能量大 当入射光频率一定时 光强才与光子数成正比 光强一定时 频率越高的光 在垂直于光传播方向上每平方米面积上1s内通过的光子数越少 18 普朗克的能量子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是自然界最基本的常量之一 它体现了微观世界的基本特征 19 典例1对应3 4 10 19J的能量子 其电磁辐射的频率和波长各是多少 它是什么颜色的 20 解答该题时可按以下思路分析 1 由 h 求出光的频率 2 由求出光的波长 3 结合 或 查表确定颜色 21 规范解答 根据公式 h 和得 经查表5 13 1014Hz的频率属于黄光的频率范围 它是黄光 答案 5 13 1014Hz5 85 10 7m黄光 22 变式备选 2010 上海高考 根据爱因斯坦光子说 光子能量 等于 h为普朗克常量 c 为真空中的光速和波长 A B C h D 解析 选A 由光子的能量 h 可知 光子的能量由频率决定 频率与光速 波长有关 光子的能量 h 频率所以光子的能量 23 1 光子说是由哪位科学家提出的 光子说怎样解释了光电效应规律 提示 1 爱因斯坦提出了光子说 2 光子说对光电效应的解释 由于光的能量是一份一份的 那么金属中的电子也只能一份一份地吸收光子的能量 而且这个传递能量的过程只能是一个光子对一个电子的行为 如果光的频率低于极限频率 则光子提供给电子的能量不足以克服原子的束缚 就不能发生光电效应 24 而当光的频率高于极限频率时 能量传递给电子以后 电子摆脱束缚要消耗一部分能量 剩余的能量以光电子的动能形式存在 这样光电子的最大初动能其中W为金属的逸出功 可见光的频率越高 电子的初动能越大 电子接收能量的过程极其短暂 接收能量后的瞬间即挣脱束缚 所以光电效应的发生也几乎是瞬间的 发生光电效应时 单位时间内逸出的光电子数与光强度成正比 光强度越大意味着单位时间内打在金属上的光子数越多 那么逸出的光电子数目也就越多 25 2 在康普顿效应中 有些光子与电子碰撞后的波长变长 你能否从动量的观点和能量的观点分别对其作出解释 提示 在康普顿效应中 当入射的光子与晶体中的电子碰撞时 要把一部分动量转移给电子 因而光子动量变小 从看 动量p减小意味着波长 变大 因此有些光子散射后波长变大 同时入射光子与电子相撞时 将本身的一部分能量传递给电子 故能量减小 根据 h 可得 减小 再由c 得由于 减小 故 变大 故光子的波长变大 26 1 饱和光电流与光强关系在光的颜色不变的情况下 入射光越强 包含的光子数越多 照射金属时产生的光电子数越多 因而饱和光电流越大 所以 当入射光频率一定时 饱和光电流与光强成正比 2 存在截止频率和遏止电压爱因斯坦的光电效应方程表明光电子的初动能与入射光频率成线性关系 与光强无关 所以遏止电压由入射光频率决定 与光强无关 光电效应方程同时表明 只有h W0时 才有光电子逸出 就是光电效应的截止频率 27 典例2 2011 新课标全国卷 在光电效应实验中 某金属的截止频率相应的波长为 0 该金属的逸出功为 若用波长为 0 的单色光做实验 则其遏止电压为 已知电子的电荷量 真空中的光速和普朗克常量分别为e c和h 28 解答本题时可按以下思路分析 先由爱因斯坦光电效应方程计算出逸出功 再由遏止电压与光电子最大初动能的关系及光电效应方程 可求出遏止电压 29 规范解答 由又eU Ek 且Ek h W 所以答案 30 变式备选 2010 浙江高考 在光电效应实验中 飞飞同学用同一光电管在不同实验条件下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线 甲光 乙光 丙光 如图所示 则可判断出 A 甲光的频率大于乙光的频率B 乙光的波长大于丙光的波长C 乙光对应的截止频率大于丙光的截止频率D 甲光对应的光电子最大初动能大于丙光对应的光电子最大初动能 31 解析 选B 由动能定理 eUC 0 Ek 又由图象知甲光 乙光对应的遏止电压相等 且小于丙光对应的遏止电压 所以甲光和乙光对应的光电子最大初动能相等且小于丙光的光电子最大初动能 故D项错误 根据爱因斯坦光电效应方程Ek h W0知甲光和乙光的频率相等 且小于丙光的频率 故A错误 B正确 而由0 h W0 截止频率是由金属决定的 与入射光无关 故C错误 32 33 1 2011 江苏高考 下列描绘两种温度下黑体辐射强度与波长关系的图中 符合黑体辐射实验规律的是 解析 选A 随着温度的升高 辐射强度增加 辐射强度的极大值向着波长较短的方向移动 A对 34 2 2011 延安高二检测 如图所示为研究光电效应现象的光电管电路的示意图 在光电管电路中 35 A 能够把光信号转变为电信号B 电路中的电流是由光电子的运动形成的C 光照射到光电管的A极产生光电子并飞向K极D 光照射到光电管的K极产生光电子并飞向A极 解析 选A B D 在光电管中 当光照射到阴极K时 将发射出光电子 被A极吸引而奔向A极 形成光电流 使电路导通 照射光的强度越大 产生的光电流越大 这样就把光信号转变为电信号 实现了光电转换 36 3 如图所示 一验电器与锌板用导线相连 现用一紫外线灯照射锌板 关灯之后 验电器指针保持一定的偏角 37 A 将一带负电的金属小球与锌板接触 则验电器指针偏角将增大B 将一带负电的金属小球与锌板接触 则验电器指针偏角将不变C 使验电器指针回到零 改用强度更大的紫外线灯照射锌板 验电器的指针偏角将增大D 使验电器指针回到零 改用强度更大的红外线灯照射锌板 验电器的指针一定偏转 38 解析 选C 用一紫外线灯照射锌板 锌板发生光电效应 锌板带正电 验电器指针保持一定的偏角 将一带负电的金属小球与锌板接触 锌板带的正电荷数减少 则验电器指针偏角将变小 故A B错 因为红外线的频率小于紫外线的频率 故D错 39 4 某金属在强度为I 频率为 的光照射下发生了光电效应 单位时间内逸出的光电子为200个 光电子的最大初动能为2 0eV 若使用强度为2I的该频率的光照射 则单位时间内逸出的光电子数为 个 光电子的最大初动能为 10 19J 本空保留一位小数 40 解析 单位时间内逸出的光电子数与光的强度成正比 故第一个空为400 由爱因斯坦光电效应方程Ek h W0 电子的最大初动能与入射光的频率有关 与入射光的强度无关 因此光电子的最大初动能不变 为2 0eV 3 2 10 19J 答案 4003 2 41 42 一 选择题 本题共6小题 每小题5分 共30分 1 下列叙述错误的是 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只与温度有关C 黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关D 黑体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波 解析 选B 我们周围的一切物体都在辐射电磁波 故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除与温度有关外 还与材料种类和表面状况有关 而黑体辐射只与黑体的温度有关 B错误 C正确 根据黑体的定义知D正确 43 2 假设一个沿着一定方向运动的光子和一个静止的自由电子相互碰撞以后 电子向某一个方向运动 光子沿另一方向散射出去 则这个散射光子跟原来的光子相比 A 波长变长B 波长变短C 光子能量变大D 频率变大 解析 选A 碰撞以后 电子获得了动能 由能量守恒定律知 光子的能量变小 由E hc 这个散射光子跟原来的光子相比波长变长 44 3 某激光器能发射波长为 的激光 发射功率为P c表示光速 h表示普朗克常量 则激光器每秒发射的光子数为 A B C D Phc 解析 选A 设每秒发射的光子数为n 每个光子的能量E hc 发射功率为 45 4 在如图所示的光电管研究光电效应的实验中 用某种频率的单色光a照射光电管阴极K 电流计G的指针发生偏转 而用另一频率的单色光b照射光电管阴极K时 电流计G的指针不发生偏转 那么 46 A a光的波长一定大于b光的波长B 增加b光的强度可能使电流计G的指针发生偏转C 用a光照射光电管阴极K时通过电流计G的电流方向是由d到cD 只增加a光的强度可使通过电流计G的电流增大 解析 选D a光的波长小于b光的波长 故A错 增加b光的强度 仍不能发生光电效应 故B错 用a光照射光电管阴极K时 电子从K飞到A 电流从A流向K 故通过电流计G的电流方向是由c到d 故C错 由于单位时间内逸出的光电子数与光的强度成正比 故只增加a光的强度可使通过电流计G的电流增大 D对 47 5 2011 朝阳区高二检测 用频率为v的光照射某金属表面时 逸出的光电子最大初动能为Ek 若改用频率为3v的光照射该金属时 则逸出光电子的最大初动能为 A 2EkB 3EkC 3h EkD 2h Ek 解析 选D 由方程h W Ek知 3h W Ek 所以Ek 2h Ek 故选D 48 6 2011 福建高考 爱因斯坦因提出了光量子概念并成功地解释光电效应的规律而获得1921年诺贝尔物理学奖 某种金属逸出光电子的最大初动能Ekm与入射光频率 的关系如图所示 其中 0为极限频率 从图中可以确定的是 49 A 逸出功与 有关B Ekm与入射光强度成正比C 当 0时 会逸出光电子D 图中直线的斜率与普朗克常量有关 解析 选D 金属的逸出功与入射光无关 A错 光电子的最大初动能与入射光强度无关 B错 当入射光的频率小于极限频率 不能发生光电效应现象 C错 据光电效应方程可知图象的斜率与普朗克常量有关 D对 50 二 非选择题 本题共2小题 共20分 要有必要的文字叙述 7 10分 如图所示 一光电管的阴极用极限波长 0 5000的钠制成 用波长 3000 的紫外线照射阴极 光电管阳极A和阴极K之间的电势差U 2 1V 饱和光电流的值 当阴极K发射的电子全部到达阳极A时 电路中的电流达到最大值 称为饱和光电流 I 0 56 A 51 1 求每秒钟内由K极发射的光电子数目 2 求电子到达A极时的最大动能 3 如果电势差U不变 而照射光的强度增到原值的三倍 此时电子到达A极的最大动能是多大 普朗克常量h 6 63 10 34J s 52 解析 1 设每秒内发射的电子数为n 则 个 2 由光电效应方程可知在AK间加电压U时 电子到达阳极时的动能为Ek 代入数值得Ek 6 01 10 19J 3 根据光电效应规律 光电子的最大初动能与入射光的强度无关 如果电压U不变 则电子到达A极的最大动能不会变 答案 1 3 5 1012个 2 6 01 10 19J 3 6 01 10 19J 53 8 10分 如图所示 是研究光电效应规律的实验电路 初始时刻 滑动变阻器的滑动头P与固定接点Q都处于变阻器的中点 阴极K用金属铯制成 用波长 0 5 m的绿光照射阴极K 电流表有示数 调节A K间的电压 滑动头P由中点向左滑动时 光电流逐渐减小 电流表示数减小到零时 电压表示数为0 6V 当滑动头P由中点向右滑动时 光电流逐渐增大 光电流达到饱和时 电流表示数为0 64 A 此时电压表示数为2 5V 已知h 6 63 10 34J s 电压表零刻度在表盘中央 求 54 1 每秒钟从阴极发射的光电子数 2 金属铯的逸出功 3 如果把照射阴极绿光的光强增大为原来的3倍 每秒钟阴极发射的光电子数和光电子飞出阴极的最大初动能 55 解析 1 光电流达到饱和时 阴极发射的光电子全部到达阳极A 阴极每秒钟发射的光电子的个数个 2 根据爱因斯坦光电效