普朗克黑体辐射理论+光电效应高二下学期物理人教版选择性必修第三册

§1

普朗克黑体辐射理论情景导入

量子论使人们认识了微观世界的运动规律，并发展了一系列对原子、分子等微观粒子进行有效操控和测量的技术。图为利用扫描隧道显微镜将48个铁原子排成的“原子围栏”。那么，人们认识量子规律的第一步是怎样迈出的？量子论的诞生1900年，“物理学的大厦已经基本建立，未来的物理学家只需要做些修修补补的工作就行了。”“现在明朗的天空当中还有两朵乌云，一朵与黑体辐射有关，一朵与迈克尔孙-莫雷实验有关。”——“开尔文勋爵”威廉·汤姆孙后来就在这两朵乌云里诞生了量子论和相对论。1900年，物理学大厦的上方还有两朵乌云；经过物理学家们一百多年的努力，现在物理学大厦的上方已经乌云密布了。热辐射1.概念：我们周围的一切物体，在任何温度下都在辐射各种波长的电磁波，这种辐射与物体的温度有关，所以叫做热辐射。固体在温度升高时颜色的变化1400K800K1000K1200K

例如：铁块温度

从看不出发光到暗红到橘红到黄白色。2.热辐射的主要成分：室温时，主要是波长较长的电磁波,如红外线；高温时，主要是波长较短的电磁波，如可见光、紫外线。激光、日光灯发光不是热辐射。热辐射物体除了辐射电磁波外，还会吸收、反射外界射来的电磁波。不透明体外来各种波长的辐射能反射某些波长的辐射能吸收某些波长的辐射能（随物而异）发射各种波长的热辐射能（随物而异）TT一处于某温度（随物而异）窗内亮度比楼房外墙的亮度暗原因是射入窗口的光线在室内墙面会发生多次反射和吸收，大部分光线被吸收掉，最后从窗口射出的光线是很少的。一般物体的辐射与温度、材料、表面状况有关。黑体辐射1.

黑体：如果一个物体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波，而不发生反射，这种物体就是绝对黑体，简称黑体。2.

黑体辐射：黑体虽然不反射电磁波，却可以向外辐射电磁波，这样的辐射叫作黑体辐射。特征：黑体辐射中电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关。不透明材料制成的带小孔的空腔黑体辐射的实验规律特点：随温度的升高①各种波长的辐射强度都在增加；②绝对黑体的温度升高时，辐射强度的最大值向短波方向移动。黑体辐射的实验规律瑞利─金斯线维恩线短波符合；长波不符合。长波符合；短波荒唐----紫外灾难。维恩公式：瑞利公式：德国物理学家维恩在1896年、英国物理学家瑞利在1900年，分别提出了辐射强度按波长分布的理论公式。普朗克公式1900年10月，普朗克找到了一个数学公式，它与实验吻合得非常完美。于是，普朗克尝试从电磁学、力学、统计物理学等物理学的基本理论出发，把这个公式推导出来。能量量子化普朗克最终在1900年底发现，如果想推导出这个公式，就必须假定：组成黑体的振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整数倍。

谐振子只能一份一份按不连续方式辐射或吸收能量。

h=6.62610─34J·s——普朗克常量ε＝hv——能量量子化能量量子化宏观的能量值（如弹簧振子的能量）是连续的，而微观粒子的能量是分立的。普朗克1900年的假设第一次为人们揭开了微观世界物理规律面纱的一角他被成为“量子力学之父”，获得了1918年的诺贝尔物理学奖。1878年（20岁）1901年（43岁）192X年

B§2

光电效应情景导入把一块锌板连接在验电器上，并使锌板带负电，验电器指针张开。用紫外线灯照射锌板，观察验电器指针的变化。用紫外线灯照射后，验电器张开的指针夹角会变小,说明锌板带的负电荷变少了。这意味着，紫外线会让电子从锌板表面逸出。光电效应光电效应：照射到金属表面的光，能使金属中的电子从表面逸出。1887年，赫兹在研究电磁波的实验中偶然发现，接收电路的间隙如果受到光照，就更容易产生电火花。这就是最早发现的光电效应。后来这一现象引起许多物理学家的关注。德国物理学家勒纳德、英国物理学家J.J.汤姆逊等相继进行了实验研究，证实了这个现象。光电效应实验及规律①阴极K、阳极A是密封在真空玻璃管中的两个电极，K在受到光照时能够发射光电子。（电压为0时电流并不为0）实验目的：研究光电效应中电子的发射情况与照射光的强弱、颜色(频率)等物理量间的关系。③电源的正负极可以对调。正向电压：阳极的电势高于阴极，溢出的光电子会在AK之间被电场加速；反向电压：溢出的光电子会被减速。②阴极K与阳极A之间电压U的大小可以调整。④若阳极A吸收阴极K发出的光电子，形成光电流，光电流越大，说明光电效应越强。光电效应实验及规律①当入射光的频率减小到某一数值νc时，光电子不再逸出，νc称为截止频率或极限频率。②不同金属的截止频率νc不同，即截止频率与金属自身的性质有关。(1)存在截止频率νc：→与材料有关理解：①金属要发生光电效应与入射光强弱无关，只与频率有关。②当入射光频率ν

>νc时，光电子才能逸出金属表面；入射光频率低于截止频率（ν

<νc）时，不管光照多强，金属都不会发生光电效应！光电效应实验及规律(2)存在饱和电流：→与入射光强度有关(单位时间在单位面积上接收的总能量)①控制光照强度不变，增大电压UAK，在电流较小时电流随着电压的增大而增大；但当电流增大到一定值之后，光电流达到某一值后不再增大，即达到饱和值。②控制光的频率不变，入射光越强，饱和电流越大。原因：①光照强度不变时，单位时间内阴极发射的电子的数目是一定的，电压增加到一定值时，所有电子都被阳极A吸收，这时即使再增大电压，电流也不会增大。②光的频率不变时，入射光越强，阴极单位时间内发射的光电子数越多。光电效应实验及规律(3)存在遏止电压Uc：→与入射光频率有关当K、A间加反向电压，光电子克服电场力作功，当电压达到某一值Uc时，光电流恰好减为0，则Uc称截止电压。

①同一种金属对于一定频率的光，无论光的强弱如何，截止电压都是一样的。②光的频率v越大时，截止电压Uc也越大。光电效应实验及规律(4)光电效应具有瞬时性：只要入射光频率超过截止频率vc，无论入射光怎样微弱，照到金属时会立即产生光电流。精确测量表明产生电流的时间不超过10-9s，即光电效应几乎是瞬时发生的。【例】如图所示，阴极K和阳极A是密封在真空玻璃管中的两个电极，阴极K在受到光照时能够发射光电子。闭合开关后，阳极A吸收阴极K发出的光电子，在电路中形成光电流。下列说法正确的是（