高中物理 第四章 波粒二象性 第1节 量子概念的诞生 第2节 光电效应与光量子假说课件 教科版选修35.ppt

第1节量子概念的诞生第2节光电效应与光的量子说 核心要点突破 课堂互动讲练 知能优化训练 第2节 课前自主学案 课标定位 1 理解热辐射 知道一切物体都在向外辐射能量 2 了解黑体和黑体辐射的实验规律 知道普朗克提出的能量子的假说 3 理解光电效应的实验规律和爱因斯坦的光子说及其对光电效应的解释 了解光电效应方程 并会用来解决简单问题 课标定位 课前自主学案 一 热辐射问题 黑体与黑体辐射1 热辐射 周围的一切物体都在辐射电磁波 这种辐射的强度随波长如何分布都与物体的 相关 所以叫做热辐射 2 黑体 某物体能够 吸收外来电磁波而不发生反射 这种物体称为绝对黑体 简称黑体 3 黑体辐射 黑体表面向外辐射电磁波的强度按波长分布的情况与温度有关 温度 全部 二 普朗克提出的能量子概念和量子论诞生的历史意义1 能量子 普朗克认为 带电微粒辐射或者吸收能量时 只能辐射或吸收某个最小能量值的 即 能的辐射或者吸收只能是一份一份的 这个不可再分的最小能量值 叫做 2 能量子大小 h 其中 是电磁波的频率 h称为普朗克常量 h j s 一般取h 6 63 10 34j s 3 能量子概念的引入 解决了黑体辐射问题 向人们展示了自然过程的非连续特性 标志着量子论的诞生 整数倍 能量子 6 626 10 34 三 光电效应 光的波动说的困难1 定义 光照射在金属表面上时 金属中的电子因吸收光的能量而逸出金属表面的现象 2 光电效应的特征 1 任何金属均存在截止频率 极限频率 只有 截止频率 才能引起光电效应 2 发生光电效应时 光电流的大小由 决定 越大 光电流越大 3 光电子的最大初动能与入射光的频率成 关系 4 光电效应具有瞬时性 发生时间不超过10 9s 3 光的波动说无法解释光电效应现象 超过 光强 光强 线性 四 光量子概念的提出 光电效应方程1 光子说 爱因斯坦提出 在空间传播的光不是连续的 而是一份一份的 每一份叫做一个光量子 简称 2 光子的能量 h 其中 指光的 光电效应显示了光的 3 光电效应方程 4 光的量子说能很好地解释光电效应现象 光子 频率 粒子性 h mv2 w 普朗克认为能量是量子化的 为什么我们感觉不到宏观物体的量子化特征 提示 对于宏观物体 因为普朗克常量h非常小 可认为趋近于零 量子化的特征显示不出来 思考感悟 核心要点突破 一 光电效应中几个易混淆的概念1 光子与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 带负电 光子是光电效应的因 光电子是果 2 光电子的动能与光电子的最大初动能光照射到金属表面时 电子吸收光子的能量 可能向各个方向运动 需克服原子核和其他原子的阻碍而损失一部分能量 剩余部分为光电子的初动能 只有金属表面的电子直接向外飞出时 只需克服原子核的引力做功的情况 才具有最大初动能 3 光电流和饱和光电流金属板飞出的光电子到达阳极 回路中便产生光电流 随着所加正向电压的增大 光电流趋于一个饱和值 这个饱和值是饱和光电流 在一定的光照条件下 饱和光电流与所加电压大小无关 4 入射光强度与光子能量入射光强度指单位时间内照射到金属表面单位面积上的总能量 光子能量即每个光子的能量 光子总能量等于光子能量与入射光子数的乘积 特别提醒 1 光电效应中的光包括不可见光 2 光电效应的实质 光现象 电现象 即时应用 即时突破 小试牛刀 1 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 选b 光子是能量粒子 不会静止下来 光电子是电子 是实物粒子 可静止 可运动 光电子是金属吸收光子后发射出的电子 光子不带电 真空中速度等于光速c 而电子带负电 真空中亦可静止 故b正确 a c d错误 二 光电效应与经典电磁理论的矛盾1 矛盾之一 遏止电压由入射光频率决定与光强无关按照光的经典电磁理论 光越强 光电子的初动能应该越大 所以遏止电压应与光的强弱有关 而实验表明 遏止电压由入射光频率决定 与光强无关 2 矛盾之二 存在截止频率按照光的经典电磁理论 不管光的频率如何 只要光足够强 电子都可获得足够能量从而逸出金属表面 不应存在截止频率 而实验表明 不同金属有不同的截止频率 入射光频率大于截止频率时才会发生光电效应 3 矛盾之三 效应具有瞬时性按照光的经典电磁理论 如果光很弱 电子需几分钟到十几分钟的时间才能获得逸出金属表面所需的能量 而实验表明 无论入射光怎样微弱 光电效应几乎是瞬时的 即时应用 即时突破 小试牛刀 2 光电效应的规律中 经典波动说能解释的有 a 入射光的频率必须大于被照射金属的极限频率时才能产生光电效应b 光电子的最大初动能与入射光强度无关 只随入射光频率的增大而增大c 入射光照射到金属上时 光电子的发射几乎是瞬时的 一般不超过10 9sd 当入射光频率大于极限频率时 单位时间内发射的光电子数目与入射光强度成正比答案 d 三 光子说对光电效应的解释1 饱和光电流与光强的关系光越强 包含的光子数越多 照射金属时产生的光电子越多 因而饱和电流越大 所以 入射光频率一定时 饱和电流与光强成正比 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 3 效应具有瞬时性电子一次性吸收光子的全部能量 不需要积累能量的时间 所以光电流几乎是瞬时发生的 特别提醒 解释光电效应时 应从以下两点进行把握 1 照射光频率决定着是否发生光电效应以及光电子的最大初动能 2 照射光强度决定着单位时间内发射出来的光电子数 即时应用 即时突破 小试牛刀 3 入射光照到某金属表面发生光电效应 若入射光的强度减弱 而频率保持不变 则下列说法中正确的是 a 从光照射到金属表面上到金属发射出光电子之间的时间间隔将明显增加b 逸出的光电子的最大初动能减少c 单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将减少d 有可能不发生光电效应答案 c 课堂互动讲练 2011年高考广东理综卷 光电效应实验中 下列表述正确的是 a 光照时间越长光电流越大b 入射光足够强就可以有光电流c 遏止电压与入射光的频率有关d 入射光频率大于极限频率才能产生光电子 精讲精析 在光电效应中 若照射光的频率小于极限频率 无论光照时间多长 光照强度多大 都无光电流 当照射光的频率大于极限频率时 立刻有光电子产生 时间间隔很小 故a b错误 d正确 由 eu 0 ek ek h w 可知u h w e 即遏止电压与入射光频率 有关 答案 cd 变式训练1下列光子说解释光电效应规律的说法中 正确的有 a 存在极限频率是因为各种金属都有一定的逸出功b 光的频率越高 电子得到光子的能量越大 逸出后飞离金属的最大初动能越大c 电子吸收光子的能量后动能立即增加 成为光电子不需要时间d 光的强度越大 单位时间内入射光子数越多 光电子数越多 光电流越大 解析 选abd 由于各种金属都有一定的逸出功 因此光照射金属时电子不一定逸出 所以存在极限频率 a选项正确 光的频率越高 电子得到的光子的能量越大 克服逸出功后飞离金属的最大初动能越大 b选项正确 电子吸收光子的能量后不一定逸出 也不一定成为光电子 c选项错误 产生光电效应后 光的强度越大 产生光电效应的电子越多 逸出的光电子也就越多 光电流也就越大 d选项正确 在做光电效应的实验时 某金属被光照射发生了光电效应 实验测得光电子的最大初动能ek与入射光的频率 的关系如图4 1 1所示 由实验图线可求出 a 该金属的极限频率和极限波长b 普朗克常量c 该金属的逸出功d 单位时间内逸出的光电子数 图4 1 1 思路点拨 由题目可知光电子的最大初动能与入射光频率之间的关系图像 解答本题可先由光电效应方程写出最大初动能与入射光频率的关系式 再明确图像的斜率 截距等的物理意义 进而分析判断 自主解答 依据光电效应方程ek h w可知 当ek 0时 0 即图像中横坐标的截距在数值上等于金属的极限频率 图线的斜率k tan 可见图线的斜率在数值上等于普朗克常量 据图像 假设图线的延长线与ek轴的交点为c 其截距为w 有tan w 0 而tan h 所以w h 0 即图像中纵坐标轴的截距在数值上等于金属的逸出功 答案 abc 变式训练2用不同频率的紫外线分别照射钨和锌的表面而产生光电效应 可得到光电子的最大初动能ek随入射光频率 变化的ek 图像 已知钨的逸出功是3 28ev 锌的逸出功是3 34ev 若将二者的图线画在同一个坐标图中 以实线表示