第17章 1 能量量子化 2 光的粒子性

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1、上一頁上一頁返回首頁返回首頁下一頁下一頁知知識識點(diǎn)點(diǎn)一一 知知識識點(diǎn)點(diǎn)二二 學(xué)學(xué)業(yè)業(yè)分分層層測測評評 1 能量量子化能量量子化 2 光的粒子性光的粒子性 知知識識點(diǎn)點(diǎn)四四 知知識識點(diǎn)點(diǎn)三三 上一頁上一頁返回首頁返回首頁下一頁下一頁學(xué) 習(xí) 目 標(biāo) 知 識 脈 絡(luò) 1.了解什么是熱輻射及熱輻射的特性，了解黑體與黑體輻射(重點(diǎn)) 2了解黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律，了解黑體輻射的強(qiáng)度與波長的關(guān)系(重點(diǎn)) 3知道光電效應(yīng)中極限頻率的概念及其與光的電磁理論的矛盾 4知道光子說及其對光電效應(yīng)的解釋(重點(diǎn)) 5掌握愛因斯坦光電效應(yīng)方程并會用它來解決簡單問題(難點(diǎn)) 上一頁上一頁返回首頁返回首頁下一頁下一頁能 量 量

2、子 化 先填空 1黑體與黑體輻射 (1)熱輻射 我們周圍的一切物體都在輻射_這種輻射與物體的_有關(guān)，所以叫做熱輻射物體熱輻射中隨溫度的升高，輻射的_的電磁波的成分越來越強(qiáng) 電磁波 溫度 較短波長 上一頁上一頁返回首頁返回首頁下一頁下一頁(2)黑體 某種物體能夠_吸收入射的各種波長的電磁波而不發(fā)生反射，這種物體就是_，簡稱_ (3)黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律 一般材料的物體，輻射電磁波的情況，除與_有關(guān)外，還與材料的種類及表面狀況有關(guān) 黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長的分布只與黑體的_有關(guān)隨著溫度的升高，一方面，各種波長的輻射強(qiáng)度都有_；另一方面，輻射強(qiáng)度的極大值向_的方向移動 完全 絕對黑體 黑體 溫度 增

3、加 波長較短 溫度 上一頁上一頁返回首頁返回首頁下一頁下一頁(4)維恩和瑞利的理論解釋 建立理論的基礎(chǔ)：依據(jù)_和_的知識尋求黑體輻射的理論解釋 維恩公式：在_與實(shí)驗(yàn)非常接近，在_則與實(shí)驗(yàn)偏離很大 瑞利公式：在_與實(shí)驗(yàn)基本一致，但在_與實(shí)驗(yàn)嚴(yán)重不符，由理論得出的荒謬結(jié)果被稱為“紫外災(zāi)難” 熱學(xué) 電磁學(xué) 短波區(qū) 長波區(qū) 長波區(qū) 短波區(qū) 上一頁上一頁返回首頁返回首頁下一頁下一頁2能量子 (1)普朗克的假設(shè) 振動著的帶電微粒能量只能是某一最小能量值的_.即能的輻射或者吸收只能是_的這個(gè)不可再分的最小能量值 叫做_ (2)能量子公式 h， 其中 是電磁波的頻率， h 稱為_ h_ J s. (一般取 h

4、6.631034J s) 整數(shù)倍 一份一份 能量子 普朗克常量 6.6261034 上一頁上一頁返回首頁返回首頁下一頁下一頁(3)能量的量子化 在微觀世界中能量是_的，或者說微觀粒子的能量是_的這種現(xiàn)象叫能量的量子化 (4)普朗克理論 借助于能量子的假說，普朗克得出了黑體輻射的強(qiáng)度按_的公式，與實(shí)驗(yàn)符合之好令人擊掌叫絕 普朗克在 1900 年把能量子列入物理學(xué)， 正確地破除了“_”的傳統(tǒng)觀念，成為新物理學(xué)思想的基石之一 量子化 分立 波長分布 能量連續(xù)變化 上一頁上一頁返回首頁返回首頁下一頁下一頁再判斷 1能吸收各種電磁波而不反射電磁波的物體叫黑體( ) 2溫度越高，黑體輻射電磁波的強(qiáng)度越大(

5、 ) 3微觀粒子的能量只能是能量子的整數(shù)倍( ) 4能量子的能量不是任意的，其大小與電磁波的頻率成正比( ) 5光滑水平桌面上勻速運(yùn)動的小球的動能也是量子化的( ) 上一頁上一頁返回首頁返回首頁下一頁下一頁后思考 1黑體是指黑顏色的物體嗎？ 【提示】 黑體不是指黑顏色的物體，是指能完全吸收電磁波的物體 2為了得出同實(shí)驗(yàn)相符的黑體輻射公式，普朗克提出了什么樣的觀點(diǎn)？ 【提示】 普朗克提出了量子化的觀點(diǎn)量子化是微觀世界的基本特點(diǎn)，其所有的變化都是不連續(xù)的 上一頁上一頁返回首頁返回首頁下一頁下一頁合作探討 探討 1：熱輻射一定在高溫下才能發(fā)生嗎？ 【提示】 熱輻射不一定需要高溫，任何溫度的物體都能發(fā)

6、出一定的熱輻射，如任何物體都在不停地向外輻射紅外線，這就是一種熱輻射，即使是冰塊，也在向外輻射紅外線，只是溫度低時(shí)輻射弱，溫度高時(shí)輻射強(qiáng) 探討 2：黑體不存在，為什么還研究黑體？ 【提示】 黑體是一個(gè)理想化的物理模型通過建立這樣一個(gè)模型，會給研究帶來方便 上一頁上一頁返回首頁返回首頁下一頁下一頁核心點(diǎn)擊 1對黑體的理解 絕對的黑體實(shí)際上是不存在的，但可以用某裝置近似地代替如圖 17- 1- 1所示，如果在一個(gè)空腔壁上開一個(gè)小孔，那么射入小孔的電磁波在空腔內(nèi)表面會發(fā)生多次反射和吸收，最終不能從空腔射出，這個(gè)小孔就成了一個(gè)絕對黑體 圖 17- 1- 1 上一頁上一頁返回首頁返回首頁下一頁下一頁2一

7、般物體與黑體的比較 熱輻射特點(diǎn) 吸收、反射特點(diǎn) 一般 物體 輻射電磁波的情況與溫度有關(guān)，與材料的種類及表面狀況有關(guān) 既吸收又反射， 其能力與材料的種類及入射波長等因素有關(guān) 黑體 輻射電磁波的強(qiáng)度按波長的分布只與黑體的溫度有關(guān) 完全吸收各種入射電磁波， 不反射 上一頁上一頁返回首頁返回首頁下一頁下一頁3黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律 (1)溫度一定時(shí)，黑體輻射強(qiáng)度隨波長的分布有一個(gè)極大值 (2)隨著溫度的升高 各種波長的輻射強(qiáng)度都有增加； 輻射強(qiáng)度的極大值向波長較短的方向移動如圖 17- 1- 2 所示 4普朗克的量子化假設(shè)的意義 (1)普朗克的能量子假設(shè)，使人類對微觀世界的本質(zhì)有了全新的認(rèn)識，對現(xiàn)代物理學(xué)

8、的發(fā)展產(chǎn)生了革命性的影響成為物理學(xué)發(fā)展史上一個(gè)重大轉(zhuǎn)折點(diǎn) (2)普朗克常量 h 是自然界最基本的常量之一，它體現(xiàn)了微觀世界的基本特征 圖 17- 1- 2 上一頁上一頁返回首頁返回首頁下一頁下一頁1黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律如圖 17- 1- 3 所示，由圖可知( ) 圖 17- 1- 3 上一頁上一頁返回首頁返回首頁下一頁下一頁A隨溫度升高，各種波長的輻射強(qiáng)度都增加 B隨溫度降低，各種波長的輻射強(qiáng)度都增加 C隨溫度升高，輻射強(qiáng)度的極大值向波長較短的方向移動 D隨溫度降低，輻射強(qiáng)度的極大值向波長較長的方向移動 E溫度降低，輻射強(qiáng)度的極大值向波長較短的方向移動 【解析】 由圖可知，隨溫度升高，各種波長的

9、輻射強(qiáng)度都增加，且輻射強(qiáng)度的極大值向波長較短的方向移動，當(dāng)溫度降低時(shí)，上述變化都將反過來，故 A、C、D 正確，B、E 錯(cuò)誤 【答案】 ACD 上一頁上一頁返回首頁返回首頁下一頁下一頁2下列敘述正確的是( ) A一切物體都在輻射電磁波 B一般物體輻射電磁波的情況只與溫度有關(guān) C一般物體輻射電磁波的情況只與材料有關(guān) D黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長的分布只與黑體溫度有關(guān) E黑體能夠完全吸收入射的各種波長的電磁波 【解析】 根據(jù)熱輻射定義知 A 對；根據(jù)熱輻射和黑體輻射的特點(diǎn)知一般物體輻射電磁波的情況除與溫度有關(guān)外，還與材料種類和表面狀況有關(guān)，而黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長的分布只與黑體溫度有關(guān)，B、C

10、 錯(cuò)、D 對；根據(jù)黑體定義知 E 對 【答案】 ADE 上一頁上一頁返回首頁返回首頁下一頁下一頁電磁波的輻射和吸收 (1)比較輻射、吸收首先要分清是黑體還是一般物體 (2)隨著溫度的升高， 黑體輻射強(qiáng)度的極大值向波長較短的方向移動 (3)能量子假說的意義： 可以非常合理地解釋某些電磁波的輻射和吸收的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象 上一頁上一頁返回首頁返回首頁下一頁下一頁光 電 效 應(yīng) 現(xiàn) 象 和 規(guī) 律 先填空 1光電效應(yīng)定義 照射到金屬表面的光，能使金屬中的_從表面逸出的現(xiàn)象 2光電子 光電效應(yīng)中發(fā)射出來的_ 3光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律 (1)存在著_電流入射光強(qiáng)度一定，單位時(shí)間內(nèi)陰極 K 發(fā)射的光電子數(shù)_入射光越強(qiáng)，

11、飽和電流_表明入射光越強(qiáng)，單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)_ 電子 電子 飽和 一定 越大 越多 上一頁上一頁返回首頁返回首頁下一頁下一頁(2)存在著_電壓和截止頻率遏止電壓的存在意味著光電子具有一定的_對于一定顏色(頻率)的光，無論光的_如何，遏止電壓都是_的，即光電子的能量只與入射光的_有關(guān)當(dāng)入射光的頻率_截止頻率時(shí)，不論光多么強(qiáng)，光電效應(yīng)都不會發(fā)生 (3)光電效應(yīng)具有_ 光電效應(yīng)幾乎是瞬時(shí)的， 無論入射光怎么微弱，時(shí)間都不超過 109 s. 4逸出功 使電子_某種金屬所做功的_，叫做這種金屬的逸出功，用 W0表示，不同金屬的逸出功_ 遏止 初速度 強(qiáng)弱 一樣 頻率 低于 瞬時(shí)性 脫離 最小值 不

12、同 上一頁上一頁返回首頁返回首頁下一頁下一頁再判斷 1任何頻率的光照射到金屬表面都可以發(fā)生光電效應(yīng)( ) 2金屬表面是否發(fā)生光電效應(yīng)與入射光的強(qiáng)弱有關(guān)( ) 3在發(fā)生光電效應(yīng)的條件下，入射光強(qiáng)度越大，飽和光電流越大( ) 上一頁上一頁返回首頁返回首頁下一頁下一頁后思考 1發(fā)生光電效應(yīng)一定要用不可見光嗎？ 【提示】 不一定發(fā)生光電效應(yīng)的照射光，可以是可見光，也可以是不可見光，只要入射光的頻率大于極限頻率就可以了 2在光電效應(yīng)中，只要光強(qiáng)足夠大，就能發(fā)生光電效應(yīng)嗎？ 【提示】 不能能不能發(fā)生光電效應(yīng)由入射光的頻率決定，與入射光的強(qiáng)度無關(guān) 上一頁上一頁返回首頁返回首頁下一頁下一頁合作探討 如圖 17

13、- 2- 1 所示，入射光照射到光電管 K 上，將光 電管的 A、K 兩極通過電流計(jì) G 接在電源 E 上 探討 1：入射光照射到光電管 K 極上，一定有光電子 逸出嗎？ 圖 17- 2- 1 【提示】 不一定當(dāng)入射光的頻率低于 K 極的截止 頻率，K 極則不會有光電子逸出 上一頁上一頁返回首頁返回首頁下一頁下一頁探討 2：因光電管上加上了反向電壓，因此電流計(jì) G 的示數(shù)一定為零，這種說法對嗎？為什么？ 【提示】 不對光電子具有一定的初動能，當(dāng)所加的電壓較小時(shí)，光電管中仍有電子到達(dá) A 極，電流計(jì) G 的示數(shù)則不為零 上一頁上一頁返回首頁返回首頁下一頁下一頁核心點(diǎn)擊 1光子與光電子 光子指光在

14、空間傳播時(shí)的每一份能量，光子不帶電，光電子是金屬表面受到光照射時(shí)發(fā)射出來的電子，其本質(zhì)是電子，光子是光電效應(yīng)的因，光電子是果 2光電子的動能與光電子的最大初動能 光照射到金屬表面時(shí)，光子的能量全部被電子吸收，電子吸收了光子的能量，可能向各個(gè)方向運(yùn)動，需克服原子核和其他原子的阻礙而損失一部分能量，剩余部分為光電子的初動能；只有金屬表面的電子直接向外飛出時(shí)，只需克服原子核的引力做功，才具有最大初動能光電子的初動能小于或等于光電子的最大初動能 上一頁上一頁返回首頁返回首頁下一頁下一頁3光子的能量與入射光的強(qiáng)度 光子的能量即每個(gè)光子的能量，其值為 Eh( 為光子的頻率)，其大小由光的頻率決定入射光的強(qiáng)

15、度指單位時(shí)間內(nèi)照射到金屬表面單位面積上的總能量，入射光的強(qiáng)度等于單位時(shí)間內(nèi)光子能量與入射光子數(shù)的乘積 4光電流和飽和光電流 金屬板飛出的光電子到達(dá)陽極，回路中便產(chǎn)生光電流，隨著所加正向電壓的增大，光電流趨于一個(gè)飽和值，這個(gè)飽和值是飽和光電流，在一定的光照條件下，飽和光電流與所加電壓大小無關(guān) 上一頁上一頁返回首頁返回首頁下一頁下一頁5光的強(qiáng)度與飽和光電流 飽和光電流與入射光強(qiáng)度成正比的規(guī)律是對頻率相同的光照射金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)而言的，對于不同頻率的光，由于每個(gè)光子的能量不同，飽和光電流與入射光強(qiáng)度之間沒有簡單的正比關(guān)系 上一頁上一頁返回首頁返回首頁下一頁下一頁3如圖 17- 2- 2 所示，用弧光

16、燈照射鋅板，驗(yàn)電器指針張開一個(gè)角度，則下列說法中正確的是 ( ) 圖 17- 2- 2 上一頁上一頁返回首頁返回首頁下一頁下一頁A用紫外線照射鋅板，驗(yàn)電器指針會發(fā)生偏轉(zhuǎn) B用紅光照射鋅板，驗(yàn)電器指針會發(fā)生偏轉(zhuǎn) C鋅板帶的是負(fù)電荷 D鋅板帶的是正電荷 E使驗(yàn)電器指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)的是正電荷 【解析】 將擦得很亮的鋅板與驗(yàn)電器連接，用弧光燈照射鋅板(弧光燈發(fā)出紫外線)，驗(yàn)電器指針張開一個(gè)角度，說明鋅板帶了電，進(jìn)一步研究表明鋅板帶正電這說明在紫外線的照射下，鋅板中有一部分自由電子從表面飛出，鋅板帶正電，選項(xiàng) A、D、E 正確紅光不能使鋅板發(fā)生光電效應(yīng) 【答案】 ADE 上一頁上一頁返回首頁返回首頁下一頁下

17、一頁4對光電效應(yīng)的理解正確的是( ) A金屬鈉的每個(gè)電子可以吸收一個(gè)或一個(gè)以上的光子，當(dāng)它積累的動能足夠大時(shí)，就能逸出金屬 B在光電效應(yīng)中，一個(gè)電子只能吸收一個(gè)光子 C如果入射光子的能量小于金屬表面的電子克服原子核的引力而逸出時(shí)所需做的最小功，便不能發(fā)生光電效應(yīng) D發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)，入射光越強(qiáng)，光子的能量就越大，光電子的最大初動能就越大 E由于不同金屬的逸出功是不相同的，因此使不同金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)，入射光的最低頻率也不同 上一頁上一頁返回首頁返回首頁下一頁下一頁【解析】 按照愛因斯坦的光子說，光子的能量由光的頻率決定，與光強(qiáng)無關(guān)，入射光的頻率越大，發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)產(chǎn)生的光電子的最大初動能越大；但要

18、使電子離開金屬，電子必須具有足夠的動能，而電子增加的動能只能來源于照射光的光子能量，且一個(gè)電子只能吸收一個(gè)光子，不能同時(shí)吸收多個(gè)光子，所以光子的能量小于某一數(shù)值時(shí)便不能產(chǎn)生光電效應(yīng)現(xiàn)象；電子從金屬逸出時(shí)只有從金屬表面向外逸出的電子克服原子核的引力所做的功最小綜上所述，選項(xiàng) B、C、E 正確 【答案】 BCE 上一頁上一頁返回首頁返回首頁下一頁下一頁5利用光電管研究光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)如圖 17- 2- 3 所示，用頻率為 的可見光照射陰極 K，電流表中有電流通過，則 ( ) A用紫外線照射，電流表一定有電流通過 B用紅光照射，電流表一定無電流通過 C用紅外線照射，電流表可能有電流通過 D用頻率為 的可

19、見光照射 K，當(dāng)滑動變阻器的滑動觸頭移到 A 端時(shí)，電流表中一定無電流通過 E用頻率為 的可見光照射 K，當(dāng)滑動變阻器的滑動觸頭向 B 端滑動時(shí)，電流表示數(shù)可能不變 圖 17- 2- 3 上一頁上一頁返回首頁返回首頁下一頁下一頁【解析】 因紫外線的頻率比可見光的頻率高，所以用紫外線照射時(shí)，電流表中一定有電流通過，選項(xiàng) A 正確因不知陰極 K 的截止頻率，所以用紅光照射時(shí)，也可能發(fā)生光電效應(yīng)，所以選項(xiàng) B 錯(cuò)誤，C 正確即使 UAK0，電流表中也可能有電流通過，所以選項(xiàng) D 錯(cuò)誤當(dāng)滑動觸頭向 B 端滑動時(shí)，UAK增大，陽極 A 吸收光電子的能力增強(qiáng)，光電流會增大，當(dāng)所有光電子都到達(dá)陽極A 時(shí)，電

20、流達(dá)到最大，即飽和電流若在滑動前，電流已經(jīng)達(dá)到飽和電流，那么即使增大 UAK，光電流也不會增大，所以選項(xiàng) E 正確 【答案】 ACE 上一頁上一頁返回首頁返回首頁下一頁下一頁關(guān)于光電效應(yīng)的兩點(diǎn)提醒 (1)發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)需滿足：照射光的頻率大于金屬的極限頻率，即 c，或光子的能量 W0. (2)光電子的最大初動能只與照射光的頻率及金屬的逸出功有關(guān)， 而與照射光的強(qiáng)弱無關(guān)， 強(qiáng)度大小決定了逸出光電子的數(shù)目多少 上一頁上一頁返回首頁返回首頁下一頁下一頁愛 因 斯 坦 的 光 子 說 及 光 電 效 應(yīng) 方 程 先填空 1光子說 (1)內(nèi)容 光不僅在_和_時(shí)能量是一份一份的，而且_就是由一個(gè)個(gè)不可分割

21、的_組成的， 頻率為 的光的能量子為_， 這些能量子稱為光子 (2)光子能量 公式為 h，其中 指光的_ 發(fā)射 吸收 光本身 能量子 頻率 h 上一頁上一頁返回首頁返回首頁下一頁下一頁2光電效應(yīng)方程 (1)對光電效應(yīng)的說明 在光電效應(yīng)中，金屬中的電子吸收_獲得的能量是_，其中一部分用來克服金屬的_，另一部分為光電子的_. (2)光電效應(yīng)方程 Ek_. 一個(gè)光子 逸出功 W0 初動能 Ek hW0 h 上一頁上一頁返回首頁返回首頁下一頁下一頁3對光電效應(yīng)規(guī)律的解釋 (1)光電子的最大初動能與入射光_有關(guān)，與光的_無關(guān)只有當(dāng)h_時(shí)，才有光電子逸出 (2)電子_吸收光子的全部能量，_積累能量的時(shí)間

22、(3)對于同種顏色的光，光較強(qiáng)時(shí)，包含的_較多，照射金屬時(shí)產(chǎn)生的_較多，因而飽和電流較大 頻率 強(qiáng)弱 一次性 不需要 光子數(shù) 光電子 W0 上一頁上一頁返回首頁返回首頁下一頁下一頁再判斷 1“光子”就是“光電子”的簡稱( ) 2不同的金屬逸出功不同，因此金屬對應(yīng)的截止頻率也不同( ) 3入射光若能使某金屬發(fā)生光電效應(yīng)，則入射光的強(qiáng)度越大，照射出的光電子越多( ) 上一頁上一頁返回首頁返回首頁下一頁下一頁后思考 1不同頻率的光照射到同一金屬表面發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)，光電子的初動能是否相同？ 【提示】 由于同一金屬的逸出功相同，而不同頻率的光的光子能量不同，由光電效應(yīng)方程可知，發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)，逸出的光電

23、子的初動能是不同的 2光電子的最大初動能與入射光的頻率成正比嗎？ 【提示】 不成正比光電子的最大初動能隨入射光頻率的增大而增大，但不是正比關(guān)系 上一頁上一頁返回首頁返回首頁下一頁下一頁 合作探討 如圖 17- 2- 4 所示，為研究光電效應(yīng)規(guī)律的電路 圖 17- 2- 4 上一頁上一頁返回首頁返回首頁下一頁下一頁探討 1：閉合開關(guān) S 后，滑動變阻器滑動頭逐漸向右滑動的過程中，電壓表和電流表的示數(shù)如何變化？ 【提示】 電壓表示數(shù)增大，電流表的示數(shù)若沒有達(dá)到飽和光電流則增大，若達(dá)到飽和光電流，則不發(fā)生變化 探討 2：閉合開關(guān) S 后，若保持入射光的頻率不變，光強(qiáng)度增大，則電流表示數(shù)如何變化？ 【

24、提示】 增大 探討 3：閉合開關(guān) S 后，若保持入射光的強(qiáng)度不變，光的頻率增大，則電流表示數(shù)如何變化？ 【提示】 減小 上一頁上一頁返回首頁返回首頁下一頁下一頁核心點(diǎn)擊 1光電效應(yīng)方程 EkhW0的理解 (1)式中的 Ek是光電子的最大初動能，就某個(gè)光電子而言，其離開金屬時(shí)剩余動能大小可以是 0Ek范圍內(nèi)的任何數(shù)值 (2)光電效應(yīng)方程實(shí)質(zhì)上是能量守恒方程： 能量為 Eh 的光子被電子所吸收，電子把這些能量的一部分用來克服金屬表面對它的吸引，另一部分就是電子離開金屬表面時(shí)的動能如果克服吸引力做功最少為 W0，則電子離開金屬表面時(shí)動能最大為 Ek，根據(jù)能量守恒定律可知：EkhW0. 上一頁上一頁返

25、回首頁返回首頁下一頁下一頁(3)光電效應(yīng)方程包含了產(chǎn)生光電效應(yīng)的條件： 若發(fā)生光電效應(yīng)，則光電子的最大初動能必須大于零，即 EkhW00，亦即 hW0，W0hc，而 cW0h恰好是光電效應(yīng)的截止頻率 (4)Ekm 曲線：如圖 17- 2- 5 所示是光電子最大初動能Ekm隨入射光頻率 的變化曲線這里，橫軸上的截距是截止頻率或極限頻率； 縱軸上的截距是逸出功的負(fù)值； 斜率為普朗克常量 圖 17- 2- 5 上一頁上一頁返回首頁返回首頁下一頁下一頁2光電效應(yīng)規(guī)律中的兩條線索、兩個(gè)關(guān)系 (1)兩條線索： (2)兩個(gè)關(guān)系： 光強(qiáng)光子數(shù)目多發(fā)射光電子多光電流大； 光子頻率高光子能量大產(chǎn)生光電子的最大初動

26、能大 上一頁上一頁返回首頁返回首頁下一頁下一頁 6(2016 全國乙卷)現(xiàn)用某一光電管進(jìn)行光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)，當(dāng)用某一頻率的光入射時(shí)，有光電流產(chǎn)生下列說法正確的是( ) A保持入射光的頻率不變，入射光的光強(qiáng)變大，飽和光電流變大 B入射光的頻率變高，飽和光電流變大 C入射光的頻率變高，光電子的最大初動能變大 D保持入射光的光強(qiáng)不變，不斷減小入射光的頻率，始終有光電流產(chǎn)生 E遏止電壓的大小與入射光的頻率有關(guān)，與入射光的光強(qiáng)無關(guān) 上一頁上一頁返回首頁返回首頁下一頁下一頁【解析】 產(chǎn)生光電效應(yīng)時(shí)，光的強(qiáng)度越大，單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子數(shù)越多，飽和光電流越大，說法 A 正確飽和光電流大小與入射光的頻率無關(guān)，說法

27、 B 錯(cuò)誤光電子的最大初動能隨入射光頻率的增加而增加，與入射光的強(qiáng)度無關(guān)，說法 C 正確減小入射光的頻率，如低于極限頻率，則不能發(fā)生光電效應(yīng)，沒有光電流產(chǎn)生，說法 D 錯(cuò)誤遏止電壓的大小與入射光的頻率有關(guān)，與光的強(qiáng)度無關(guān)，說法 E 正確 【答案】 ACE 上一頁上一頁返回首頁返回首頁下一頁下一頁7以往我們認(rèn)識的光電效應(yīng)是單光子光電效應(yīng)，即一個(gè)電子在極短時(shí)間內(nèi)只能吸收到一個(gè)光子而從金屬表面逸出強(qiáng)激光的出現(xiàn)豐富了人們對于光電效應(yīng)的認(rèn)識，用強(qiáng)激光照射金屬，由于其光子密度極大，一個(gè)電子在極短時(shí)間內(nèi)吸收多個(gè)光子成為可能，從而形成多光子光電效應(yīng)，這已被實(shí)驗(yàn)證實(shí) 光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置示意如圖17- 2- 6所示

28、 用頻率為的普通光源照射陰極K，沒有發(fā)生光電效應(yīng)換用同樣頻率 的強(qiáng)激光照射陰極 K，則發(fā)生了光電效應(yīng)；此時(shí)，若加上反向電壓 U，即將陰極 K 接電源正極，陽極 A 接電源負(fù)極，在 K、A 之間就形成了使光電子減速的電場逐漸增大 U，光電流會逐漸減小；當(dāng)光電流恰好減小到零時(shí)， 所加反向電壓 U 可能是(其中 W 為逸出功， h 為普朗克常量，e 為電子電荷量)( ) 上一頁上一頁返回首頁返回首頁下一頁下一頁 圖 17- 2- 6 AUheWe BU2heWe CU2hW DU3heWe E4heWe 上一頁上一頁返回首頁返回首頁下一頁下一頁【解析】 由題意知，一個(gè)電子吸收一個(gè)光子不能發(fā)生光電效應(yīng)

29、，換用同樣頻率為 的強(qiáng)激光照射，則發(fā)生光電效應(yīng)，即吸收的光子能量為 nh，n2,3,4，.則由光電效應(yīng)方程可知：nhW12mv2(n2,3,4，) 在減速電場中由動能定理得eU012mv2 聯(lián)立得：UnheWe(n2,3,4，)，選項(xiàng) B、D、E 正確 【答案】 BDE 上一頁上一頁返回首頁返回首頁下一頁下一頁8小明用金屬銣為陰極的光電管，觀測光電效應(yīng)現(xiàn)象，實(shí)驗(yàn)裝置示意如圖17- 2- 7 甲所示已知普朗克常量 h6.631034 J s. 圖 17- 2- 7 上一頁上一頁返回首頁返回首頁下一頁下一頁(1)圖甲中電極 A 為光電管的_(填“陰極”或“陽極”)； (2)實(shí)驗(yàn)中測得銣的遏止電壓

30、Uc與入射光頻率 之間的關(guān)系如圖乙所示，則銣的截止頻率 c_Hz，逸出功 W0_J； (3)如果實(shí)驗(yàn)中入射光的頻率 7.001014Hz，則產(chǎn)生的光電子的最大初動能 Ek_J. 上一頁上一頁返回首頁返回首頁下一頁下一頁【解析】 (1)在光電效應(yīng)中，電子向 A 極運(yùn)動，故電極 A 為光電管的陽極 (2)由題圖可知，銣的截止頻率 c為 5.151014 Hz，逸出功 W0hc6.63 10345.151014 J3.411019 J. (3)當(dāng)入射光的頻率為 7.001014Hz 時(shí)，由 Ekhhc得，光電子的最大初動能為 Ek6.631034(7.005.15)1014 J1.231019 J.

31、 【答案】 (1)陽極 (2)5.151014(5.125.18) 1014均視為正確 3.41 1019(3.393.43) 1019均視為正確 (3)1.231019(1.211.25)1019均視為正確 上一頁上一頁返回首頁返回首頁下一頁下一頁利用光電效應(yīng)規(guī)律解題應(yīng)明確的兩點(diǎn) (1)光電流 光電效應(yīng)現(xiàn)象中光電流存在飽和值(對應(yīng)從陰極發(fā)射出的電子全部被拉向陽極的狀態(tài))，光電流未達(dá)到飽和值之前，其大小不僅與入射光的強(qiáng)度有關(guān)，還與光電管兩極間的電壓有關(guān)，只有在光電流達(dá)到飽和值以后才和入射光的強(qiáng)度成正比 (2)兩個(gè)決定關(guān)系 逸出功 W0一定時(shí)，入射光的頻率決定著能否產(chǎn)生光電效應(yīng)以及光電子的最大初

32、動能 入射光的頻率一定時(shí)，入射光的強(qiáng)度決定著單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射出來的光電子數(shù) 上一頁上一頁返回首頁返回首頁下一頁下一頁康 普 頓 效 應(yīng) 先填空 1光的散射：光在介質(zhì)中與物質(zhì)微粒相互作用，因而傳播方向發(fā)生改變的現(xiàn)象 2康普頓效應(yīng)：康普頓在研究石墨對 X 射線的散射時(shí)，發(fā)現(xiàn)在散射的 X射線中，除了與入射波長 0相同的成分外，還有波長_0的成分，這個(gè)現(xiàn)象稱為康普頓效應(yīng) 大于 上一頁上一頁返回首頁返回首頁下一頁下一頁3康普頓效應(yīng)的意義：深入地揭示了光的_性的一面，表明光子除了 具有能量之外還具有_ 4光子的動量：p_，其中 h 為普朗克常量， 為光的波長 粒子 動量 h 上一頁上一頁返回首頁返回首頁下一

33、頁下一頁再判斷 1光子的動量與波長成反比( ) 2 光子發(fā)生散射時(shí)， 其動量大小發(fā)生變化， 但光子的頻率不發(fā)生變化 ( ) 3光子發(fā)生散射后，其波長變大( ) 上一頁上一頁返回首頁返回首頁下一頁下一頁后思考 太陽光從小孔射入室內(nèi)時(shí)，我們從側(cè)面可以看到這束光；白天的天空各處都是亮的；宇航員在太空中會發(fā)現(xiàn)盡管太陽光耀眼刺目，其他方向的天空卻是黑的，為什么？ 【提示】 在地球上存在著大氣，太陽光經(jīng)微粒散射后傳向各個(gè)方向，而在太空中的真空環(huán)境下光不能散射只向前傳播 上一頁上一頁返回首頁返回首頁下一頁下一頁 合作探討 探討 1：光電效應(yīng)與康普頓效應(yīng)研究問題的角度有何不同？ 【提示】 光電效應(yīng)應(yīng)用于電子吸

34、收光子的問題，而康普頓效應(yīng)應(yīng)用于討論光子與電子碰撞且沒有被電子吸收的問題 探討 2：如何由 ph解釋康普頓效應(yīng)中有的光子的波長變大了？ 【提示】 入射光子與晶體中電子碰撞時(shí)，把一部分動量轉(zhuǎn)移給了電子，光子的動量變小，由 ph可知，對應(yīng)光的波長變大了 上一頁上一頁返回首頁返回首頁下一頁下一頁核心點(diǎn)擊 1如圖 17- 2- 8 所示，X 射線的光子與靜止的電子發(fā)生彈性碰撞，光子把部分能量轉(zhuǎn)移給了電子，能量由 h 減小為 h，因此頻率減小，波長增大同時(shí)，電子獲得一定的動量，進(jìn)一步說明了光的粒子性 圖 17- 2- 8 2康普頓效應(yīng)進(jìn)一步證明了愛因斯坦光子說的正確性 上一頁上一頁返回首頁返回首頁下一頁

35、下一頁 9科學(xué)研究證明，光子有能量也有動量，當(dāng)光子與電子碰撞時(shí)，光子的一些能量轉(zhuǎn)移給了電子假設(shè)光子與電子碰撞前的波長為 ，碰撞后的波長為 ，則碰撞過程中( ) A能量守恒 B動量守恒 C D E 上一頁上一頁返回首頁返回首頁下一頁下一頁【解析】 能量守恒和動量守恒是自然界的普遍規(guī)律，適用于宏觀世界也適用于微觀世界光子與電子碰撞時(shí)遵循這兩個(gè)守恒規(guī)律光子與電子碰撞前光子的能量 Ehhc，當(dāng)光子與電子碰撞時(shí)，光子的一些能量轉(zhuǎn)移給了電子，光子的能量 Ehhc，由 EE，可知 ，選項(xiàng) A、B、C 正確 【答案】 ABC 上一頁上一頁返回首頁返回首頁下一頁下一頁10若一個(gè)光子的能量等于一個(gè)電子的靜止能量，

36、已知靜止電子的能量為m0c2，其中 m0為電子質(zhì)量，c 為光速，試問該光子的動量和波長是多少？(電子的質(zhì)量取 9.111031 kg，普朗克常量 h6.631034 J s) 【解析】 一個(gè)電子靜止能量為 m0c2，按題意 hm0c2 光子的動量 phcm0c2cm0c 9.111031kg3108 m/s 2.731022kg m/s， 光子的波長 hp6.631034J s2.731022kg m/s 2.41012m. 【答案】 2.731022kg m/s 2.41012m 上一頁上一頁返回首頁返回首頁下一頁下一頁康普頓實(shí)驗(yàn)的意義 (1)動量守恒定律不但適用于宏觀物體，也適用于微觀粒子間的作用； (2)康普頓效應(yīng)進(jìn)一步揭示了光的粒子性，也再次證明了愛因斯坦光子說的正確性 上一頁上一頁返回首頁返回首頁下一頁下一頁學(xué)業(yè)分層測評（六）學(xué)業(yè)分層測評（六） 點(diǎn)擊圖標(biāo)進(jìn)入點(diǎn)擊圖標(biāo)進(jìn)入