高中物理 第17章 第1、2節(jié) 能量量子化 光的粒子性課件 新人教版選修3-5.ppt

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成才之路 物理 路漫漫其修遠兮吾將上下而求索 人教版 選修3 5 波粒二象性 第十七章 第一節(jié)能量量子化第二節(jié)光的粒子性 第十七章 如圖所示 把一塊鋅板連接在驗電器上 用紫外線燈照射鋅板 觀察到驗電器的指針發(fā)生了變化 這說明鋅板帶了電 你知道鋅板是怎樣帶上電的嗎 1 熱輻射 1 定義 我們周圍的一切物體都在輻射 這種輻射與物體的 有關(guān) 所以叫熱輻射 2 特征 熱輻射強度按波長的分布情況隨物體的 而有所不同 2 黑體 1 定義 如果某種物體在任何溫度下能夠完全吸收入射的 而不發(fā)生反射 這種物體就是絕對黑體 簡稱黑體 2 黑體輻射的特征 黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體的 有關(guān) 黑體與黑體輻射 電磁波 溫度 溫度 各種波長的電磁波 溫度 3 黑體輻射的實驗規(guī)律黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體的 有關(guān) 如圖所示 1 隨著溫度的升高 各種波長的輻射強度都 2 隨著溫度的升高 輻射強度的極大值向波長 的方向移動 溫度 增加 較短 1 定義普朗克認為 帶電微粒的能量只能是某一最小能量值 的 當(dāng)帶電微粒輻射或吸收能量時 也是以這個最小能量值為單位 地輻射或吸收的 這個不可再分的最小能量值 叫做能量子 2 能量子大小 h 其中 是電磁波的頻率 h稱為 常量 h 6 626 10 34J s 一般取h 6 63 10 34J s 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 能量子 整數(shù)倍 一份一份 普朗克 量子化 分立 1 光電效應(yīng)照射到金屬表面的光 能使金屬中的 從表面逸出的現(xiàn)象 如圖所示 光電效應(yīng) 電子 2 光電子光電效應(yīng)中發(fā)射出來的 3 光電效應(yīng)的實驗規(guī)律 1 存在著飽和光電流 在光的顏色不變的情況下 入射光越強 電流越大 這表明對于一定顏色的光 入射光越強 單位時間內(nèi)發(fā)射的 越多 2 存在著遏止電壓和截止頻率 光電子的最大初動能與入射光的 有關(guān) 而與入射光的 無關(guān) 當(dāng)入射光的頻率低于 時不能發(fā)生光電效應(yīng) 3 光電效應(yīng)具有瞬時性 光電效應(yīng)幾乎是 發(fā)生的 從光照射到產(chǎn)生光電流的時間不超過 s 電子 飽和 光電子數(shù) 頻率 強弱 截止頻率 瞬時 10 9 愛因斯坦的光電效應(yīng)方程 一份一份 能量子 逸出功 1 光的散射光在介質(zhì)中與 相互作用 因而傳播方向發(fā)生改變 這種現(xiàn)象叫做光的散射 2 康普頓效應(yīng)美國物理學(xué)家康普頓在研究石墨對X射線的散射時 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 的成分 這個現(xiàn)象稱為康普頓效應(yīng) 康普頓效應(yīng) 物質(zhì)微粒 波長大于 0 光子的動量 電子 變小 長 一 對黑體及黑體輻射的理解1 對黑體的理解絕對的黑體實際上是不存在的 但可以用某裝置近似地代替 如圖所示 如果在一個空腔壁上開一個小孔 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 這個小孔就成了一個絕對黑體 2 一般物體與黑體的比較 特別提醒 1 熱輻射不一定要高溫 任何溫度的物體都發(fā)出一定的熱輻射 只是溫度低時輻射弱 溫度高時輻射強 2 黑體是一個理想化的物理模型 實際不存在 3 黑體看上去不是一定是黑的 只有當(dāng)自身輻射的可見光非常微弱時看上去才是黑的 有些可看作黑體的物體由于有較強的輻射 看起來還會很明亮 例如 煉鋼爐口上的小孔 一些發(fā)光的物體 如太陽 白熾燈燈絲 也被看作黑體來處理 非典 期間 很多地方用紅外熱像儀監(jiān)測人的體溫 只要被測者從儀器前走過 便可知道他的體溫是多少 你知道其中的道理嗎 答案 根據(jù)熱輻射規(guī)律可知 人的體溫的高低 直接決定了這個人輻射的紅外線的頻率和強度 通過監(jiān)測被測者輻射的紅外線的情況就知道這個人的體溫 3 意義可以非常合理地解釋某些電磁波的輻射和吸收的實驗現(xiàn)象 4 量子化現(xiàn)象在微觀世界中物理量分立取值的現(xiàn)象稱為量子化現(xiàn)象 5 量子化假設(shè)的意義普朗克的能量子假設(shè) 使人類對微觀世界的本質(zhì)有了全新的認識 對現(xiàn)代物理學(xué)的發(fā)展產(chǎn)生了革命性的影響 普朗克常量h是自然界中最基本的常量之一 它體現(xiàn)了微觀世界的基本特征 由能量量子化假說可知 能量是一份一份的 而不是連續(xù)的 在宏觀概念中 舉一些我們周圍不連續(xù)的實例 答案 人的個數(shù) 自然數(shù) 汽車等 三 光電效應(yīng)中幾個易混淆的概念1 光子與光電子光子指光在空間傳播時的每一份能量 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 光子的能量全部被電子吸收 電子吸收光子的能量 可能向各個方向運動 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 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等于光電子的最大初動能 3 光子的能量與入射光的強度光子的能量即每個光子的能量 其值為E h 為光子的頻率 其大小由光的頻率決定 入射光的強度指單位時間內(nèi)照射到金屬表面單位面積上的總能量 入射光的強度等于單位時間內(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 光電流趨于一個飽和值 這個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) 特別提醒 1 光電效應(yīng)的實質(zhì)是光現(xiàn)象轉(zhuǎn)化為電現(xiàn)象 2 發(fā)生光電效應(yīng)時 飽和光電流與入射光的強度有關(guān) 要明確不同頻率的光 不同金屬與光電流的對應(yīng)關(guān)系 特別提醒 1 逸出功和截止頻率均由金屬本身決定 與其他因素?zé)o關(guān) 2 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 一束綠光照射某金屬發(fā)生了光電效應(yīng) 則下列說法正確的是 A 若增加綠光的照射強度 則逸出的光電子數(shù)增加B 若增加綠光的照射強度 則逸出的光電子最大初動能增加C 若改用紫光照射 則可能不會發(fā)生光電效應(yīng)D 若改用紫光照射 則逸出的光電子的最大初動能增加答案 AD 解析 光電效應(yīng)的規(guī)律表明 入射光的頻率決定著是否發(fā)生光電效應(yīng)以及發(fā)生光電效應(yīng)時產(chǎn)生的光電子的最大初動能的大小 當(dāng)入射光頻率增加后 產(chǎn)生的光電子最大初動能也增加 而照射光的強度增加 會使單位時間內(nèi)逸出的光電子數(shù)增加 紫光頻率高于綠光 故上述選項正確的有A D 五 康普頓效應(yīng)1 光子說對康普頓效應(yīng)的解釋 1 假定X射線光子與電子發(fā)生彈性碰撞 光子和電子相碰撞時 光子有一部分能量傳給電子 散射光子的能量減少 于是散射光的波長大于入射光的波長 2 康普頓效應(yīng)進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 答案 1變長 關(guān)于對黑體的認識 下列說法正確的是 A 黑體只吸收電磁波 不反射電磁波 看上去是黑的B 黑體輻射電磁波的強度按波長的分布除與溫度有關(guān)外 還與材料的種類及表面狀況有關(guān)C 黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與溫度有關(guān) 與材料的種類及表面狀況無關(guān)D 如果在一個空腔壁上開一個很小的孔 射入小孔的電磁波在空腔內(nèi)表面經(jīng)多次反射和吸收 最終不能從小孔射出 這個空腔就成了一個黑體 黑體與黑體輻射 解析 黑體自身輻射電磁波 不一定是黑的 A錯誤 黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體的溫度有關(guān) B錯誤 C正確 小孔只吸收電磁波 不反射電磁波 因此小孔成了一個黑體 而不是空腔 D錯誤 答案 C點評 黑體完全吸收電磁波而不反射 同時其本身也輻射電磁波 黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與溫度有關(guān) 與其他因素?zé)o關(guān) 湛江市2014 2015學(xué)年高二質(zhì)檢 在實驗室或工廠的高溫爐子上開一個小孔 小孔可看做黑體 由小孔的熱輻射特征 就可以確定爐內(nèi)的溫度 如圖所示 就是黑體的輻射強度與其輻射光波波長的關(guān)系圖象 則下列說法正確的是 A T1 T2B T1 T2 C 隨著溫度的升高 黑體的輻射強度都有所降低 D 隨著溫度的升高 輻射強度的極大值向波長較短的方向移動 答案 AD 普朗克能量子假說 答案 3 14 10 19J5 73 1016個點評 求解本題的關(guān)鍵有兩點 一是能根據(jù)已知條件求得每一個光子的能量 另外必須明確激光器發(fā)射的能量由這些光子能量的總和組成 北京市順義區(qū)牛欄山一中2014 2015學(xué)年高二下學(xué)期期中 對于紅 黃 綠 藍四種單色光 下列表述正確的是 A 在相同介質(zhì)中 綠光的折射率最大B 紅光的頻率最高C 在相同介質(zhì)中 藍光的波長最短D 黃光光子的能量最小答案 C 解析 紅 黃 綠 藍四種單色光的頻率依次增大 光從真空進入介質(zhì) 頻率不變 B錯 由色散現(xiàn)象 同一介質(zhì)對頻率大的光有大的折射率 A錯 頻率大的光在真空中和介質(zhì)中的波長都小 藍光的波長最短 C正確 頻率大 光子能量大 D錯 關(guān)于光電效應(yīng)的規(guī)律 下面說法正確的是 A 當(dāng)某種色光照射金屬表面時 能產(chǎn)生光電效應(yīng) 則入射光的頻率越高 產(chǎn)生的光電子的最大初動能越大B 當(dāng)某種色光照射金屬表面時 能產(chǎn)生光電效應(yīng) 則入射光的強度越大 產(chǎn)生的光電子數(shù)越多C 同一頻率的光照射不同金屬 如果都能產(chǎn)生光電效應(yīng) 則逸出功大的金屬產(chǎn)生的光電子的最大初動能也越大D 對某金屬 入射光波長必須等于小于某一極限波長 才能產(chǎn)生光電效應(yīng) 光電效應(yīng)規(guī)律 壽光市現(xiàn)代中學(xué)2014 2015學(xué)年高二下學(xué)期檢測 一束平行光經(jīng)玻璃三棱鏡折射后 分解為互相分離的三束光 分別照在相同的金屬板a b c上 如圖所示 已知金屬板b有光電子放出 則可知 A 板a一定不放出光電子B 板a一定能放出光電子C 板c一定不放出光電子D 板c一定能放出光電子答案 D 愛因斯坦光電效應(yīng)方程的應(yīng)用 1 每秒陰極發(fā)射的光電子數(shù)和光電子飛出陰極時的最大初動能 2 如果把照射陰極綠光的光強增大為原來的2倍 每秒陰極發(fā)射的光電子數(shù)和光電子飛出陰極的最大初動能 如圖所示是用光照射某種金屬時逸出的光電子的最大初動能隨入射光頻率的變化圖線 普朗克常量h 6 63 10 34J s 由圖可知 A 該金屬的極限頻率為4 27 1014HzB 該金屬的極限頻率為5 5 1014HzC 該圖線的斜率表示普朗克常量D 該金屬的逸出功為0 5eV答案 AC