高中物理 第2章 第2节 光子课件 粤教版选修35.ppt

第二节光子 第二章波粒二象性 栏目链接 学习目标 1 知道能量量子假说 2 知道光子假说 3 知道爱因斯坦的光电效应方程以及对光电效应规律的解释 栏目链接 能量量子化及其应用 光子的能量与入射光的强度有什么区别 提示 光子的能量即每个光子的能量 其值为 h 为光子的频率 其大小由光的频率决定 入射光的强度指单位时间内照射到金属表面单位面积上的总能量 入射光的强度等于单位时间内光子能量与入射光子数的乘积 栏目链接 德国物理学家普朗克在研究电磁波的辐射时 提出了物体热辐射所发出的电磁波的能量是不连续的 只能是能量量子h 的整数倍 能量量子说可以非常合理地解释某些电磁波的辐射和吸收的实验现象 在微观世界里 物理量的取值很多时候是不连续的 只能取一些分立的值 这种物理量分立取值的现象称为量子化现象 氦氖激光器发射波长为6328a 的单色光 试计算这种光的一个光子的能量为多少 若该激光器的发光功率为18mw 则每秒钟发射多少个光子 h 6 63 j s 栏目链接 解析 根据爱因斯坦光子学说 光子能量 h 而 c 所以 j 3 14 j 因为发光功率已知 所以1s内发射的光子数为 答案 3 14 j5 73 个 栏目链接 方法总结 光能量子 h 光能是光子的能量整数倍 即 总 n n h 普朗克量子化理论 认为电磁波的能量是量子化的 不连续的 总能量是能量子的整数倍 即 总 n 其中 h 因此 只要知道电磁波的频率 即可解答 光是一种电磁波 光能量子简称光子 其能量值是光能量的最小单位 h 其中 为光的频率 通常结合c 确定 的值 栏目链接 课堂训练1 对应于3 4 j的能量子 其电磁辐射的频率和波长各是多少 它是什么颜色的光 h 6 63 j s 解析 根据公式 h 和 得 hz 5 13 hz m 5 85 m 5 13 hz的频率属于黄光的频率范围 它是黄光 其波长为5 85 m 答案 5 13 hz5 85 m黄色 光子说的认识与应用 光电子就是光子吗 提示 光电子是电子 不是光子 光的能量是不连续的 而是一份一份的 每一份叫做一个光子 光子说能很好地解释光电效应 光由大量的微粒即光子组成 光确实具有粒子性 光电效应现象充分证明了光具有粒子性 栏目链接 人眼对绿光最敏感 正常人的眼睛接收到波长为530nm的绿光时 只要每秒有6个绿光的光能量子射入瞳孔 眼睛就能觉察 普朗克常数为6 63 j s 光速为3 0 m s 则人眼能察觉到绿光时所接收到的最小功率是 栏目链接 解析 先根据 0 h h算出每个光量子的能量 每秒需要接收到6个这样的光量子 故接收到这6个光量子的功率就是人眼能觉察到绿光的最小功率 又因每秒有6个绿光的光能量子射入瞳孔 所以 觉察到绿光所需要接收到的最小功率p 式中 6 0 又 0 h h 代入数据得p 2 3 w 答案 a 栏目链接 课堂训练2 关于光子和光电子 以下说法正确的是 b a 光子就是光电子b 光电子是金属中电子吸收光子后飞离金属表面产生的c 真空中光子和光电子速度都是光速cd 光子和光电子都带负电解析 光电子是金属中电子吸收光子后飞离金属表面产生的 所以光电子带负电 而光的每一份能量叫光子 光子不带电 所以选项a d错误 b正确 光电子属于电子 所以其速度不等于光速 故选项c错误 栏目链接 光子假说对光电效应规律的解释 发生光电效应时 电子能够同时吸收几个光子的能量吗 提示 发生光电效应时 一个电子只吸收一个光子 不能同时吸收几个光子的能量 1 极限频率的存在 由于光子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 栏目链接 从方程上看 如果入射光的频率很低 h w0 自由电子就不会从金属表面逸出 只有当光子的能量达到或超过金属的逸出功时 才能发生光电效应 而正是由于不同金属的逸出功不同 它们的极限频率也不同 2 遏止电压与入射光的频率有关而与强度无关 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的形式存在 遏止电压对应着光电子的最大初动能 它们的关系是 eu0 而根据光电效应方程可知 h w0 栏目链接 最大初动能与光子的频率以及物体的逸出功有关 所以在入射物体一定时 遏止电压与入射光的频率有关 与强度无关 3 光电效应的瞬时性 由于一个电子只吸收一个光子 而且电子接收能量的过程极其短暂 所以光照瞬间 金属内的电子便获得能量 并脱离原子核的束缚而逸出 4 光电流的强度与入射光的强度成正比 发生光电效应时 单位时间内逸出的光电子数与光的强度成正比 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 因此饱和光电流大 所以饱和光电流与光的强度成正比 栏目链接 多选 如图所示是用光照射某种金属时逸出的光电子的最大初动能随入射光频率的变化图线 直线与横轴的交点坐标为4 27 与纵轴的交点坐标为0 5 由图可知 a 该金属的截止频率为4 27 hzb 该金属的截止频率为5 5 hzc 该图线的斜率表示普朗克常量d 该金属的逸出功为0 5ev解析 根据光电效应方程ek h w0可知 图线的斜率表示普朗克常量 图线与 轴的交点对应的频率表示截止频率 ek 图象中 0时对应的ek的值表示逸出功的负值 易知该金属的逸出功不等于0 5ev 所以选项a c正确 答案 ac 课堂训练3 对爱因斯坦光电效应方程h w0 下面的理解正确的有 c a 只要是用同种频率的光照射同一种金属 那么从金属中逸出的所有光电子都会具有同样的初动能b 式中的w0表示每个光电子从金属中飞出过程中克服金属中正电荷引力所做的功c 逸出功w0和极限频率 之间应满足关系式w0 h d 光电子的最大初始动能和入射光的频率成正比 解析 爱因斯坦光电效应方程h w0中的w0表示从金属表面直接逸出的光电子克服金属中正电荷引力做的功 因此是所有逸出的光