学粤教版选修35 2.2光子 课件（2）（34张）.ppt

第二节光子 1 了解普朗克能量量子假说以及微观世界中的量子化现象的概念 能够比较宏观物体和微观粒子的能量变化的不同 2 知道金属逸出功的概念 知道爱因斯坦光电效应方程 并能用其解释光电效应现象 3 知道光子的概念 会用光子能量和频率的关系进行计算 光电效应及其规律的研究 使人类对物质世界的观念发生了变革 大自然在微观层次上是不连续的 即 量子化 的 而不是牛顿物理假设的在一切层次上都是连续的 光电效应最先由赫兹发现 他的学生勒纳德对光电效应的研究卓有成效并获1905年诺贝尔物理学奖 爱因斯坦提出光子论从理论上成功解决了光电效应面临的难题并因此获1921年诺贝尔物理学奖 美国物理学家密立根通过精确实验证实了爱因斯坦的理论 并获1923年诺贝尔物理学奖 光电效应的科学之光经众多物理学家前赴后继 三十年努力求索 在物理学史上成为一个绚丽夺目的篇章 让我们翻开这炫目的一页 沐浴科学的阳光吧 一 能量量子假说1 1900年德国物理学家普朗克在研究电磁波的辐射时 提出了能量量子假说 物体热辐射所发出的电磁波的能量是 的 只能是 的整数倍 称为一个能量量子 其中 是辐射 h是一个常量 称为 h 2 由假说出发可以非常合理地解释某些电磁波的 和 的实验现象 不连续 h h 频率 普朗克常量 6 63 10 34j s 辐射 吸收 3 在微观世界里 物理量的取值很多时候是 的 只能取一些 的值 这种物理量分立取值的现象称为量子化现象 二 光子的假说1 1905年爱因斯坦提出 光的能量 而是 的 每一份叫做一个 一个光子的能量 h是普朗克常量 是光的频率 2 光子假说 可以完美地解释 的各种特征 分立 不连续 h 不是连续的 一份一份 光子 光电效应 三 光电效应方程1 逸出功 电子从金属逸出的过程中 所需做功的 用符号w0表示 不同的金属逸出功不同 2 光电效应方程 爱因斯坦光电效应方程是根据 守恒定律推导出来的 描述的是光电子的最大初动能跟入射光子的能量h 和逸出功w0之间的关系 最小值 能量 四 对光电效应的解释1 光电子的最大初动量ek只与 有关 与 无关 2 当入射光 大于 时 发生光电效应 否则不能 3 电子一次只吸收 光子 不需要积累能量的时间 因此 光电流的产生是 的 4 光发生光电效应时 入射光的 越大 包含的光电子越多 发射的光电子越多 越大 入射光的频率 光的强弱 频率 极限频率 0 一个 瞬时 强度 饱和电流 能量量子化及其应用 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 解析 因 6 63 10 19j由能量子公式 h 可得 hz 1 1015hz由波速c 得 m 3 10 7m 答案 1 1015hz 3 10 7m 对于6 63 10 19j的能量子 其辐射的频率和波长是多少 1 已知某种光的波长为 在真空中光速为c 普朗克常量为h 则该光的能量子 的值为 课堂训练 解析 根据能量子公式 h 又知 则两式联立得 由此可知a选项正确 答案 a 光子说的认识与应用 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 关于光子和光电子 以下说法正确的是 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 答案 b 课堂训练 2 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 解析 由光子的能量e h 可知 光子的能量跟光的频率成正比 由于红光的频率最小 故光子能量最小 答案 a 光电效应方程的综合应用 在光电效应中金属中的电子吸收了光子的能量 一部分消耗在电子逸出功w0 另一部分变为光电子逸出后的动能 由能量守恒可得出 光电子的最大初始动能跟入射光子的能量h 和逸出功w0之间的关系 h w0 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出金属的逸出功时 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 遏止电压对应着光电子的最大初始动能 它们的关系是 eu0 而根据光电效应方程可知 最大初动能与光子的频率以及物体的逸出功有关 所以在被照射物体不变时 遏止电压与入射光的频率有关 与强度无关 由于一个电子只吸收一个光子 所以光照瞬间 金属板内的电子便获得能量 并脱离离子的束缚而逸出 发生光电效应时 单位时间内的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就越多 如图所示 当电键s断开时 用光子能量为2 5ev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 60v时 电流表读数仍不为零 当电压表读数大于或等于0 60v时 电流表读数为零 1 求此时光电子的最大初动能的大小 2 求该阴极材料的逸出功 解析 设用光子能量为2 5ev的光照射时 光电子的最大初始动能为ek 阴极材料逸出功为w0 当反向电压达到u 0 60v以后 具有最大初始动能的光电子也达不到阳极 因此eu ek所以ek 0 6ev由光电效应方程有 h ek w0代入数据解得 w0 1 9ev 所以此时最大初始动能为0 6ev 该材料的逸出功为1 9ev 答案 1 0 6ev 2 1 9ev 3 对爱因斯坦光电效应方程h w0 下面的理解正确的有 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 课堂训练 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电子中克服引力做功的最小值 对应的光电子的初动能是所有光电子中最大的 其它光电子的初动能都小于这个值 若入射光的频率恰好是极限频率 即刚好能有光电子逸出 可理解为逸出的光电子的最大初动能是0 因此有w h 由h w0可知和 之间是一次函数关系 但不是成正比关系 答案 c 1 关于光电效应 以下说法正确的是 a 光电子的最大初动能与入射光的频率成正比b 光电子的最大初动能越大 形成的光电流越强c 能否产生光电效应现象 决定于入射光光子的能量是否大于或等于金属的逸出功d 用频率是 1的绿光照射某金属发生了光电效应 改用频率是 2的黄光照射该金属一定不发生光电效应 基础达标 解析 由光电效应方程知 光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大 但它们之间不是正比关系 a错 光电流的强度与入射光的强度成正比 与光电子的最大初动能无关 b错 用频率是 1的绿光照射某金属发生了光电效应 改用频率是 2的黄光照射该金属不一定不发生光电效应 d错 c对 答案 c 2 双选 用某种单色光照射某种金属表面 发生光电效应 现将该单色光的光强减弱 则 a 光子的最大初动能不变b 光电子的最大初动能减少c 单位时间内产生的光电子数减少d 可能不发生光电效应 解析 由最大初动能ek h w0 w0为逸出功 知ek仅与单色光频率相关 故a项正确 b项错误 照射光光强减弱 即单位时间内光子数减少 因而打出的电子也减少 故c项正确 只要照射光频率大于极限频率 就一定发生光电效应 d项错误 答案 ac 3 双选 对光电效应的解释 正确的是 a 金属内的每个电子可以吸收一个或一个以上的光子 当它积累的动能足够大时 就能逸出金属b 如果入射光子的能量小于金属表面的电子克服原子核的引力逸出时需要做的最小功 光电效应便不能发生了c 发生光电效应时 入射光越强 光子的能量就越大 光电子的最大初动能就越大d 由于不同金属的逸出功是不相同的 因此使不同金属产生光电效应的入射光的最低频率也不相同 解析 光电效应时一个电子只能吸收一个光子 且光子能量一定要大于逸出功才能发生光电效应 光电子的最大初动能与频率有关 c错误 不同金属的逸出功是不相同的 故对应的极限频率也不同 答案 bd 4 双选 下列关于光电效应的说法正确的是 a 若某材料的逸出功是w 则它的极限频率 0 b 光电子的初速度和照射光的频率成正比c 光电子的最大初动能和照射光的频率成正比d 光电子的最大初动能随照射光频率的增大而增大 解析 由光电效应方程ek h w知 b c错误 d正确 若ek 0 得极限频率 0 故a正确 答案 ad 5 当具有5 0ev能量的光子照射到某金属表面后 从金属表面逸出的电子具有最大的初动能是1 5ev 为了使这种金属产生光电效应 入射光的最低能量为 a 1 5evb 3 5evc 5 0evd 6 5ev 解析 由光电效应方程ek h w得w h ek 5 0ev 1 5ev 3 5ev则入射光的最低能量为h min w 3 5ev 故正确选项为b 答案 b 6 某种单色光的频率为 用它照射某种金属时 在逸出的光电子中动能最大值为ek 则这种金属的逸出功和极限频率分别是 解析 根据光电效应方程h ek w0这种金属的逸出功h ek w0又因为h 0 w0 0 答案 a 7 双选 如图所示是某金属在光的照射下产生的光电子的最大初动能ek与入射光频率 的关系图象 由图象可知 a 该金属的逸出功等于eb 该金属的逸出功等于h 0 解析 h ek w0得ek h w0及数学知识可知 答案 abc c 入射光的频率为2 0时 产生的光电子的最大初动能为ed 入射光的频率为 0 2时 产生的光电子的最大初动能为e 2 8 能引起人眼睛视觉效应的最小能量为1 10 18j 已知可见光的平均波长为0 6um 普朗克常量h 6 63 10 34j s 则下列说法中正确的