人教版选修35能量量子化 光的粒子性 第1课时 学案.docx

17.1能量量子化17.2光的粒子性学习目标：1.了解什么是热辐射及热辐射的特性，了解黑体与黑体辐射2了解黑体辐射的实验规律，了解黑体辐射的强度与波长的关系3知道光电效应中极限频率的概念及其与光的电磁理论的矛盾4知道光子说及其对光电效应的解释5掌握爱因斯坦光电效应方程并会用它来解决简单问题重点：黑体辐射的实验规律，黑体辐射的强度与波长的关系光子说及其对光电效应的解释难点：爱因斯坦光电效应方程并会用它来解决简单问题预习新课：一、黑体与黑体辐射1.黑体热辐射强度与波长的关系随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有所增加，并且辐射强度的极大值向波长较短的方向移动.2.光电效应规律（1）任何一种金属都有一个截止频率或极限频率0，入射光的频率必须大于0才能发生光电效应.（2）光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光频率的增大而增大.（3）光电效应的发生是瞬时的，不超过10-9 s.（4）发生光电效应时，入射光越强，饱和光电流越大，逸出的光电子数越多.逸出电子的数目与入射光的强度成正比.3.光子说对光电效应的解释（1）按光子说的观点，光的产生、传播、吸收都是一份一份的，每一份叫做一个光子，每个光子的能量e正比于频率，即e=h.当光照射到金属表面时，金属中的电子一次只能吸收一个光子，而不可能一次吸收多个光子或只吸收半个光子，电子吸收光子后其动能就足够大，就可以挣脱金属内正电荷的引力束缚而从金属中发射出来，成为光电子.同一种金属中的不同电子吸收光子后，脱离金属时的路径不同，克服阻力所做的功就不同，离开金属后剩余的动能也就不同.其中，处于金属表面的自由电子吸收光子后，垂直于金属表面射出时，运动路径最短，克服阻力做的功最小，离开金属时光电子的动能最大，克服阻力所做功的最小值就叫做这种金属的逸出功w.因此，当一入射光光子的能量小于金属的逸出功（hw），即入射光频率w0时，才有光电子逸出, 就是光电效应的截止频率.案例 下表给出了一些金属材料的逸出功.材料铯钙镁铍钛逸出功（10-19 j）3.04.35.96.26.6现用波长为400 nm的单色光照射上述材料，能产生光电效应的材料最多有几种（普朗克常量h=6.610-34 js,光速c=3.0108 m/s）()a.2种b.3种c.4种d.5种【思路解析】本题考查发生光电效应的条件，光子的能量及光波长、波速与频率的关系.当单色光的频率大于金属的极限频率时便能产生光电效应，即照射光子的能量大于金属的逸出功.由e=h及c=得，e=6.610-34j=4.9710-19 j照射光光子的能量大于铯、钙的逸出功，能产生光电效应的材料有2种，故a正确.【答案】a活学巧用【例1】一束绿光照射某金属发生了光电效应，则下列说法正确的是（）a.若增加绿光的照射强度，则单位时间内逸出的光电子数目不变b.若增加绿光的照射强度，则逸出的光电子将具有更大的动能c.若改用紫光照射，则逸出的光电子将具有更大的动能d.若改用紫光照射，则单位时间内逸出的光电子数目增加思路解析：在光电效应中，入射光的频率决定能否发生光电效应，在能产生光电效应时，入射光的强度影响单位时间内逸出的光电子数目，入射光的频率影响逸出的光电子的初动能的大小.选项c正确.答案：c【例2】 如图17-1-2所示，电路中所有元件完好，但光照射到光电管上，灵敏电流计中没有电流通过，其原因可能是（）图17-1-2a.入射光太弱b.入射光波长太长c.光照时间短d.电源正负极接反思路解析：只要入射光的频率大于极限频率，就会有光电子射出，只要所加反向电压大于遏止电压，电子达不到阳极，也不会有光电流，故仅b、d正确.答案：bd【例3】 光子说是_为解释光电效应而提出的，按照光子说，光子的能量是由光的_决定的，光的强度是在垂直于光的传播方向上单位时间内通过单位面积的_.思路解析：光子说是爱因斯坦提出来的，光子说认为光子的能量是由光的频率决定的，即e=h.光强度是指垂直于光的传播方向上单位时间内通过单位面积的能量.答案：爱因斯坦频率能量【例4】 在做光电效应演示实验时，把某金属板连在验电器上，第一次用弧光灯直接照射金属板，验电器的指针张开一个角度，第二次在弧光灯和金属板之间插入一块普通玻璃，再用弧光灯照射，验电器的指针不张开.由此可以判定，使金属板产生光电效应的是弧光灯中的()a.可见光成分b.红外线成分c.无线电波成分d.紫外线成分思路解析：因为玻璃不能挡住可见光，且红外线与无线电波频率都比可见光小，故d正确.答案：d【例5】 请同学们回答：当一种理论不能解释一些新发现的物理现象时，应该怎么办？思路解析：理论是建立在事实的基础之上的，如果一种理论不能够解释一些新发现的现象时，说明在新的领域，这种理论已经不能适用了，因此应该建立一种新理论来解释新的现象. 【例6】 已知金属铯的逸出功为1.9 ev,在光电效应实验中，要使铯表面发出的光电子的最大动能为1.0 ev,入射光的波长应为m.思路解析：本题考查光电效应方程、光子的能量e=h的关系.由爱因斯坦光电效应方程得=1.9 ev+1.0 ev=2.9 ev又e=h,c=.答案：4.310-7课时练习1关于对热辐射的认识，下列说法中正确的是()a热的物体向外辐射电磁波，冷的物体只吸收电磁波b温度越高，物体辐射的电磁波越强c辐射强度按波长的分布情况只与物体的温度有关，与材料种类及表面状况无关d常温下我们看到的物体的颜色就是物体辐射电磁波的颜色解析：选b一切物体都不停地向外辐射电磁波，且温度越高，辐射的电磁波越强，选项a错误，选项b正确；选项c描述的是黑体辐射的特性，选项c错误；常温下看到的物体的颜色是反射光的颜色，选项d错误。2下列利用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能量后，总能逸出成为光电子解析：选a根据光子说，金属中的一个电子一次只能吸收一个光子，只有所吸收的光子频率大于金属的截止频率，电子才能逃离金属表面，成为光电子，且光子的吸收是瞬时的，不需时间的积累，故只有选项a正确。3.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的光电子最大初动能解析：选b由题图说明丙光对应的光电子的最大初动能最大，即丙光的频率最高(波长最小)，b项正确，d项错误；甲光和乙光的频率相同，a项错误；由于是同一光电管，所以乙光、丙光对应的截止频率是一样的，c项错误。4.如图所示，电路中所有元件完好，但光照射到光电管上，灵敏电流计中没有电流通过，其原因可能是()a入射光太弱b入射光波长太长c光照时间短d电源正负极接反解析：选bd入射光的频率低于截止频率时，不能发生光电效应，故选项b正确；电路中电源反接，对光电管加了反向电压，若该电压超过了遏止电压，也没有光电流产生，故选项d正确。5下列说法中正确的是()a光子射到金属表面时，可能有电子发出b光子射到金属表面时，一定有电子发出c电子轰击金属表面时，可能有光子发出d电子轰击金属表面时，一定没有光子发出解析：选ac光的频率需达到一定值时，照射到金属表面才会有电子发出；如果电子能量不够大，轰击金属表面就不会有光子发出。因此，选a、c。6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4.27，与纵轴交点坐标0.5)。由图可知()a该金属的截止频率为4.271014 hzb该金属的截止频率为5.51014 hzc该图线的斜率表示普朗克常量d该金属的逸出功为0.5 ev解析：选ac由光电效应方程ekhw0可知，题图中横轴的截距为该金属的截止频率，a对，b错；图线的斜率表示普朗克常量h，c对；该金属的逸出功为当0时w0ek，d错。7用同一频率的光照射到甲、乙两种不同的金属上，它们释放的光电子在磁感应强度为b的匀强磁场中做匀速圆周运动，它们的轨道半径之比为r甲r乙31，则下列说法中正确的是()a两种金属的逸出功之比为31b两种光电子的速度大小之比为31c两种金属的逸出功之比为13d两种光电子的动量大小之比为31解析：选bd光电子在磁场中做匀速圆周运动，由evbm得r，动量大小和速度大小均和环绕半径成正比，选项b、d正确；光电子的最大初动能之比为91，由爱因斯坦光电效应方程可得：金属的逸出功w0hmv2，所以两种金属的逸出功的比值不确定，选项a、c错误。8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：由金属的逸出功w0h0h，又eucek，且ekhw0，所以遏止电压uc。答案