粤教版选修35 光　子 课件 （共40张）.pptx

第二章 第二节光子 学习目标1 知道普朗克的能量量子假说 2 知道爱因斯坦的光子说以及光子能量的表达式 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 内容索引 知识探究 题型探究 达标检测 知识探究 一 能量量子假说 1 在宏观世界里 下列哪些量的取值是连续的 哪些是不连续的 物体的长度 质量 动能 动量 人的个数 台阶的个数 答案 答案连续的有 物体的长度 质量 动能 动量 不连续的有 人的个数 台阶的个数 答案 2 氢原子中电子的能量只可能取值 13 6ev 3 40ev 1 51ev等 这是连续还是分立取值 答案分立取值 即氢原子的能量是量子化的 1 假说内容 物体热辐射所发出的电磁波的能量是 只能是h 的 2 能量量子 称为一个能量量子 其中 是辐射频率 h是一个常量 称为普朗克常量 h 6 63 10 34j s 3 假说的意义 能量量子假说能够非常合理地解释某些电磁波的和 的实验现象 4 量子化现象 在微观世界里 物理量的取值很多时候是不连续的 只能取一些分立值的现象 不连续的 整数倍 h 辐射 吸收 判断下列说法的正误 1 物体热辐射的电磁波的能量是不连续的 2 电磁波的能量子的能量 h 是电磁波的速度 3 所谓量子化即物理量的取值是分立的 是不连续的 二 光子假说和光电效应方程 用如图1所示的装置研究光电效应现象 所用光子能量为2 75ev的光照射到光电管上时发生了光电效应 电流表的示数不为零 移动滑动变阻器的滑动触头 发现当电压表的示数大于或等于1 7v时 电流表示数为0 1 光电子的最大初动能是多少 遏止电压为多少 图1 答案1 7ev1 7v 答案 2 光电管阴极的逸出功是多少 答案 答案w0 h mvmax2 2 75ev 1 7ev 1 05ev 3 当滑动触头向a端滑动时 光电流变大还是变小 答案变大 4 当入射光的频率增大时 光电子最大初动能如何变化 遏止电压呢 答案变大变大 1 光子说 1 光不仅具有性 还有性 爱因斯坦把能量子概念推广到光电效应中 提出概念 简称光子 2 光子假说 爱因斯坦指出 光的能量不是连续的 而是一份一份的 每一份叫做一个 一个的能量为 波动 粒子 光量子 光子 光子 h 2 光电效应方程 1 表达式 或 2 对光电效应方程的理解 必须对内部电子做功 电子才能脱离离子的束缚而逸出表面 这个功称为金属的 用符号w0表示 根据能量守恒定律 入射光子的能量等于出射光电子的最大初动能与逸出功之和 逸出功 判断下列说法的正误 1 从金属表面出来的光电子的最大初动能越大 这种金属的逸出功越小 2 光电子的最大初动能与入射光的频率成正比 3 入射光若能使某金属发生光电效应 则入射光的强度越大 照射出的光电子越多 4 用同一种色光照同一种金属 发出的所有光电子的初动能都相同 三 光电效应的解释 1 根据光电效应方程h mvmax2 w0可知 mvmax2 h w0 那么要发生光电效应 对光的频率有什么要求 2 如果光电子的最大初能为mvmax2 那么它对应的遏止电压为多少 答案 3 遏止电压与光的频率有什么关系 与光的强度有什么关系 答案 光电效应的解释1 光电效应方程说明了产生光电效应的条件 若有光电子逸出 则光电子的最大初动能必须大于或至少等于零 即mvmax2 h w0 0 亦即h 0 而 0 恰好是光电效应的极限频率 w0 2 对遏止电压与入射光的频率有关 而与入射光的强度无关的解释遏止电压对应光电子的最大初动能 即 eu0 mvmax2 对应爱因斯坦的光电效应方程可得 h eu0 w0 可见 对某种金属而言 遏止电压只由入射光决定 与光的无关 频率 强弱 判断下列说法的正误 1 只要光的频率小于极限频率 无论光多强 都不会发生光电效应 2 增加入射光的强度 遏止电压变大 3 发生光电效应的条件是入射光的频率大于金属的截止频率 与入射光的强度无关 题型探究 一 对光子概念的理解 1 光子不是光电子 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 其本质是电子 光子是光电效应的因 光电子是果 2 光子的能量由光的频率决定 h 3 光的强度与光子的能量的关系 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 例1氦氖激光器发射波长为6 328 10 7m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 10 34j s 解析 答案 解析根据爱因斯坦光子学说 光子能量 h 而 c 答案3 14 10 19j5 73 1016个 因为发光功率已知 所以1s内发射的光子数为 1 光速c 3 0 108m s对真空中任何光都成立 2 真空中任何光都有c 是光的波长 二 光电效应方程的理解与应用 1 光电效应方程实质上是能量守恒方程 1 能量为 h 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 另一部分就是电子离开金属表面时的动能 2 如果克服吸引力做功最少为w0 则电子离开金属表面时动能最大为mvmax2 根据能量守恒定律可知 mvmax2 h w0 2 光电效应规律中的两条线索 两个关系 1 两条线索 2 两个关系 光强 光子数目多 发射光电子多 光电流大 光子频率高 光子能量大 产生光电子的最大初动能大 3 ekm 曲线如图2所示是光电子最大初动能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 纵轴上的截距是逸出功的负值 斜率为普朗克常量 图2 例2如图3所示 当开关k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 合上开关 调节滑动变阻器 发现当电压表读数小于0 6v时 电流表读数仍不为零 当电压表读数大于或等于0 6v时 电流表读数为零 由此可知阴极材料的逸出功为a 1 9evb 0 6evc 2 5evd 3 1ev 图3 解析 答案 解析由题意知光电子的最大初动能为 例3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 的单色光做该实验 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 解析 答案 例4在某次光电效应实验中 得到的遏止电压u0与入射光的频率 的关系如图4所示 若该直线的斜率和纵截距分别为k和b 电子电荷量的绝对值为e 则普朗克常量可表示为 所用材料的逸出功可表示为 解析 答案 图4 ek eb 针对训练1 多选 一单色光照到某金属表面时 有光电子从金属表面逸出 下列说法中正确的是a 只增大入射光的频率 金属逸出功将减小b 只延长入射光照射时间 光电子的最大初动能将不变c 只增大入射光的频率 光电子的最大初动能将增大d 只增大入射光的频率 光电子逸出所经历的时间将缩短 解析金属的逸出功由金属本身决定 与入射光的频率无关 选项a错误 根据爱因斯坦光电效应方程mvmax2 h w0可知 当金属的极限频率确定时 光电子的最大初动能取决于入射光的频率 与光照强度 照射时间 光子数目无关 选项b c正确 d错误 解析 答案 针对训练2如图5所示是某金属在光的照射下 光电子最大初动能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 0c 入射光的频率为 0时 产生的光电子的最大初动能为ed 入射光的频率为2 0时 产生的光电子的最大初动能为2e 图5 解析 答案 解析题中图象反映了光电子的最大初动能ek与入射光频率 的关系 根据爱因斯坦光电效应方程知ek h w0 知当入射光的频率恰为该金属的极限频率 0时 光电子的最大初动能ek 0 此时有h 0 w0 即该金属的逸出功等于h 0 选项b正确 根据图线的物理意义 有w0 e 故选项a正确 而选项c d错误 1 逸出功w0对应着某一极限频率 0 即w0 h 0 只有入射光的频率 0时才有光电子逸出 即才能发生光电效应 2 对于某一金属 0一定 入射光的频率决定着能否产生光电效应及光电子的最大初动能 而与入射光的强度无关 3 逸出功和极限频率均由金属本身决定 与其他因素无关 达标检测 1 多选 下列对光子的认识 正确的是a 光子说中的光子就是牛顿在微粒说中所说的微粒b 光子说中的光子就是光电效应的光电子c 在空间传播的光是不连续的 而是一份一份的 每一份叫做一个光量子 简称光子d 光子的能量跟光的频率成正比 解析 答案 1 2 3 4 解析根据光子说 在空间传播的光是不连续的 而是一份一份的 每一份叫做一个光量子 简称光子 而牛顿的 微粒说 中的微粒指宏观世界的微小颗粒 光电效应中 金属内的电子吸收光子后克服原子核的库仑引力等束缚 逸出金属表面 成为光电子 故a b选项错误 c选项正确 由e h 知 光子能量e与其频率 成正比 故d选项正确 1 2 3 4 2 多选 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 解析 1 2 3 4 解析增大入射光强度 单位时间内照射到单位面积的光子数增加 则光电流将增大 故选项a正确 光电效应是否发生取决于入射光的频率与极限频率的关系 而与入射光的强度无关 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h w0 mvmax2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 1 2 3 4 3 多选 如图6所示是光电效应中光电子的最大初动能ek与入射光频率 的关系图象 从图中可知a ek与 成正比b 入射光频率必须大于或等于极限频率 0时 才能发生光电效应c 对同一种金属而言 ek仅与