35选修学案能量量子化光电效应

1、第一节 能量量子化、光电效应 2013-1-7 基础过关 ： 一、能量量子化 1 热辐射的基本概念 热辐射现象：任何物体在任何温度下，都要向外辐射电磁波。而辐射电磁波能量的多少， 以及电磁波按波长的分布都与温度有关，故称为热辐射。 热平衡现象：辐射和吸收的能量相等时称为热平衡。此时温度恒定不变。 注意：由于分子热运动导致物体辐射电磁波温度不同时 辐射的波长分布不同。温度 发 射的能量 电磁波的短波成分 例如：铁块 温度升高从 看不出发光 到 暗红 到 橙色 到 黄白色 热辐射 -内能转化为电磁能的过程 低温物体发出的是红外光 炽热物体发出的是可见光 高温物体发出的是紫外光 热辐射与温度有关 激

2、光 日光灯发光不是热辐射 2.黑体：如果一个物体在任何温度下，能全部吸收投射在它上面的各种波长的电磁波， 而不反射与透射，则称这样的物体为绝对黑体，简称黑体。不透明的材料制成带小孔的的 空腔 ,可近似看作黑体。 注意： （1） 黑体是理想模型。 （2） 对于黑体，在相同温度下的辐射规律是相同的。（3）研究 黑体辐射的规律是了解一般物体热辐射性质的基础。 （ 4） 平衡态时 黑体辐射只依赖于物体的温度 ,与构成黑体的材料 形状无关 黑体模型：空腔上的小孔炼钢炉上的小洞，向远处观察打开的窗子近似黑体 . 黑体辐射实验规律 黑体辐射强度与波长关系图 从图中可以看出，随着温度升高，一方面 另一方面 。

3、 3.能量子（ 1900 年 12月 14 日：量子论的诞生日） 普朗克的能量子假设： hh= M 0 (T, ) 、光电效应及 0 1 2 3 其规律 1光电效应现象 光电效应：在光的照射下金属中的电子从表面逸出的现象，叫做光电效应，发射出来的电 子叫做 注意： (1)光电效应的实质是光现象转化为电现象 (2) 定义中的光包括可见光和不可见光 2光电效应的实验规律： (1) 任何一种金属都有一个 ，入射光的频率必须 这个极限频率才 能发生光电效应，低于这个极限频率则不能发生光电效应 (2) 光电子的最大初动能与入射光的强度 ，随入射光频率的增大而 9 (3)金属受到光照，光电子的发射一般不超

4、过109 s. (4)当入射光的频率大于极限频率时，饱和光电流的强度与入射光的强度成正比 3几个概念 (1) 遏止电压：使光电流减小到零时的反向电压 UC. (2) 截止频率： 能使某种金属发生光电效应的 频率叫做该种金属的截止频率 (又叫极 限频率 )不同的金属对应着不同的极限频率 (3) 逸出功：电子从金属中逸出所需做功的 ，叫做该金属的逸出功 4爱因斯坦光电效应方程 (1)光子说：在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光的能量子， 简称 ，光子的能量 (2)光电效应方程： 表达式： 物理意义： 金属表面的电子吸收一个光子获得的能 量是 h，这些能量的一部分用来克服金属的

5、逸出功W0，剩下的表现为逸出后电子的最大初 动能 Ek 21mv 2. 5. 效应和 效应深入地揭示了光的粒子性的一面。 前者表明光 具有 ，后者表明 。 三、光的波粒二象性 1 粒子的波动性 ：实物粒子也具有 性，满足如下关系： 和 ， 这种波称为德布罗意波，也叫物质波 2光的波粒二象性 光既有 性，又有 性，两者不是孤立的， 而是有机的统一体， 其表现规律为： (1)个别光子的作用效果往往表现为粒子性；大量光子的作用效果往往表现为波动性 (2)频率越低 性越显著， 越容易观察到光的干涉和衍射现象； 频率越高 性 越显著，越不容易观察到光的干涉和衍射现象，贯穿本领越强 (3) 光在传播过程中

6、往往表现出波动性；在与物质发生作用时往往表现为粒子性 (4) 由光子的能量 h和动量 ph表达式也可以看出，光的波动性和粒子性并不矛盾 基础自测 ： 1在演示光电效应的实验中，原来不带电的一块锌板与灵敏验电器相连，用 弧光灯照射锌板时，验电器的指针张开了一个角度，如图所示，这时锌板带 电， 指针带 电 2用同一束单色光，在同一条件下先后照射锌片和银片，都能产生光电效应，在这两个过 程中，对于下列四个量，一定相同的是 ，可能相同的是 ，一定不同的是 A光子的能量B光电子的逸出功C光电子动能D光电子初动能 3 100 多年前的 1905 年是爱因斯坦的“奇迹”之年，这一年他先后发表了三篇具有划时

7、代意义的论文，其中关于光量子的理论成功地解释了光电效应现象关于光电效应，下列 说法正确的是 ( ) A当入射光的频率低于极限频率时，不能发生光电效应 B光电子的最大初动能与入射光的频率成正比 C光电子的最大初动能与入射光的强度成正比 D某单色光照射一金属时不发生光电效应，改用波长较短的光照射该金属可能发生光电效 应 4在如图所示的光电管实验中， 发现用一定频率的 A 单色光照射 光电管时，电流表指针会发生偏转，而用另一频率的B 单色光照 射时不发生光电效应，那么 ( ) AA 光的频率大于 B 光的频率 BB光的频率大于 A 光的频率 C用 A光照射光电管时流过电流表 G的电流方向是 a 流向

8、 b D用 A光照射光电管时流过电流表 G的电流方向是 b 流向 a 5物理学家做了一个有趣的实验：在光屏处放上照相用的底片若减弱光的强度，使光子 只能一个一个地通过狭缝实验结果表明，如果爆光时间不太长，底片只能出现一些不规 则的点子；如果曝光时间足够长，底片上就会出现规则的干涉条纹对这个实验结果有下 列认识，其中正确的是 ( ) A曝光时间不太长时，底片上只能出现一些不规则的点子，表现出光的波动性 B单个光子通过双缝后的落点可以预测C只有大量光子的行为才能表现出光的粒子性 D干涉条纹中明亮的部分是光子到达机会较多的地方 6. 如图所示是光电效应中光电子的最大初动能 Ekm 与入射光频 率 的

9、关系图线从图可知 ( ) AEkm 与 成正比 B入射光频率必须大于或等于极限频率0 时，才能产生光电效应 C对同一种金属而言， Ekm仅与 有关 DEkm 与入射光强度成正比 题型一 光电效应现象的理解 例 1. 关于光电效应，下列说法正确的是( ) A极限频率越大的金属材料逸出功越大 B只要光照射的时间足够长，任何金属都能产生光电效应 C从金属表面逸出的光电子的最大初动能越大，这种金属的逸出功越小 D入射光的光强一定时，频率越高，单位时间内逸出的光电子数就越多 跟踪练 1 1：光电效应的实验结论是：对于某种金属( ) A无论光强多强，只要光的频率小于极限频率就不能产生光电效应 B无论光的频

10、率多低，只要光照时间足够长就能产生光电效应 C超过极限频率的入射光强度越弱，所产生的光电子的最大初动能就越小 D超过极限频率的入射光频率越高，所产生的光电子的最大初动能就越大 题型二 光电效应方程的应用 例 2. 如图甲，合上开关，用光子能量为2.5 eV 的一束光照射阴极 K，发现电流表读数不为 零调节滑动变阻器，发现当电压表读数小于 0.60 V 时，电流表读数仍不为零，当电压表 读数大于或等于 0.60 V时，电流表读数为零把电路改为图乙，当电压表读数为2 V时， 则逸出功及电子到达阳极时的最大 动能为 ( ) A1.5 eV 0.6 eV B1.7 eV 1.9 eV C1.9 eV

11、2.6 eV D3.1 eV 4.5 eV 跟踪练 2 1：太阳能光电直接转换的基本原理是利用光电效应，将太阳辐射能直接转换成 电能如图所示是测定光电流的电路简图，光电管加正向电压 (1)说出电源和电流表的正、负极 (2)入射光应照射在 极上 (3) 若电流表读数是 10 A，则每秒钟从光电管阴极发射出 的光电子至少是 个 题型三 光的波粒二象性 例 3. 关于物质的波粒二象性，下列说法中不正确的是( ) A不仅光子具有波粒二象性，一切运动的微粒都具有波粒二象性 B运动的微观粒子与光子一样，当它们通过一个小孔时，都没 有特定的运动轨道 C波动性和粒子性，在宏观现象中是矛盾的、对立的，但在微 观

12、高速运动的现象中是统一的 D实物的运动有特定的轨道，所以实物不具有波粒二象性 巩固练习： 1.（ 2010 年江苏单科） 研究光电效应的电路如图所示用频率相同、强度不 同的光分别照射密封真空管的钠极板 （阴极 K），钠极板发射出的光电子被阳极A 吸收，在电 路中形成光电流下列光电流 I与 A、 K之间的电压 UAK的关系图象中，正确的是 ( 2.（2010 浙江理综 ）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

13、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 3.（2011 上海单科 ）用极微弱的可见光做双缝 干涉实验，随着时间的增加，在屏上先后出现如图 A图象 （a）表明光具有粒子性B图象 （c）表明光具有波动性 C用紫外光观察不到类似的图象D实验表明光是一种概率波 4（2011 上海单科 ）用一束紫外线照射某金属时不能产生光电效应，可能使该金属产生光电 效应的措施是 （ ） A改用频率更小的紫外线照射B改用 X 射线照射 C改用强度更大的原紫外线照射D延长原紫外线的照射时间 5 （2011 广东卷 ）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