【步步高】2014-2015学年高中物理 2.1-2.2 拨开黑体辐射的疑云 涅槃凤凰再飞翔学案 沪科版选修3-5

学案1拨开黑体辐射的疑云学案2涅槃凤凰再飞翔学习目标定位1了解黑体与黑体辐射，知道辐射本领与波长的关系；了解能量子的概念及提出的过程2知道光电效应现象及其实验规律3掌握爱因斯坦光电效应方程及其意义4了解康普顿效应及其意义1各种色光的频率从红到紫的频率依次变大2光的波长与频率的关系C，式中C为光速3黑体与黑体辐射1热辐射物体在任何温度下，都会发射电磁波，温度不同，所发射的电磁波的频率、强度也不同2黑体能完全吸收投射到其表面的电磁波而不产生反射的物体，也称之为绝对黑体3黑体辐射的实验规律如图1所示图1随着温度的升高，黑体辐射各种波长电磁波的辐射本领都增大；随着温度的升高，辐射本领的最大值向波长较短的方向移动4能量子1定义黑体的空腔壁是由大量振子组成的，其能量E只能是某一最小能量值H的整数倍，即ENHN1,2,3，这样的一份最小能量H叫做能量子，是振子的频率，H叫做普朗克常量2能量的量子化在微观世界中能量不能连续变化，只能取分立值5光电效应1光电效应在光的照射下物体发射电子的现象叫做光电效应，发射出来的电子叫光电子2光电效应的实验规律对于各种金属都存在着一个极限频率，当入射光的频率高于这个极限频率时，才能产生光电效应；光电子的最大动能随着入射光频率的增加而增加，与入射光的强度无关；当产生光电效应时，单位时间内从金属表面逸出的电子数与入射光的强度有关；入射光射到金属表面时，光电子的产生几乎是瞬时的，不超过1109S6爱因斯坦光电效应方程1光子说光在空间传播时是不连续的，而是一份一份的，一份叫做一个光量子，简称光子光子的能量EH2爱因斯坦光电效应方程HWEKM，其中W为电子脱离某种金属所做功的最小值，叫做这种金属的逸出功7康普顿效应1康普顿效应美国物理学家康普顿发现在散射的X射线中，除有与入射线波长相同的射线外，还有波长比入射线波长更长的射线，这个波长变化的现象叫做康普顿效应2康普顿效应的意义康普顿效应表明光子除了具有能量外还具有动量，进一步为光的粒子性提供了证据3光子的动量表达式PH一、光电效应产生的条件问题设计在课本的“探究光电效应产生的条件”实验中1用紫外线灯照射锌板擦净的一面，验电器的箔片张角有何变化2在紫外线灯和锌板间插入一块玻璃，验电器的箔片张角有何变化3用白炽灯照射锌板擦净的一面，验电器的箔片张角有何变化设法增加白炽灯的亮度，情况有无变化答案1验电器的张角变小，说明在紫外线灯照射下锌板上电子减少了2验电器张角变小，速率明显变慢因为紫外线不能穿过玻璃板而可见光却能由此说明金属板产生光电效应是光中紫外线照射的结果而不是可见光3验电器张角不变说明可见光不能使锌板发生光电效应要点提炼1光电效应的实质光现象转化为,电现象2光电效应中的光包括不可见光和可见光3金属都存在一个极限频率，只有入射光的频率高于该金属的极限频率时，光电效应才能发生图2例1如图2所示，用弧光灯照射锌板，验电器指针张开一个角度，则下列说法中正确的是A用紫外线照射锌板，验电器指针会发生偏转B用红光照射锌板，验电器指针会发生偏转C锌板带的是负电荷D使验电器指针发生偏转的是正电荷解析将擦得很亮的锌板与验电器连接，用弧光灯照射锌板弧光灯发出紫外线，验电器指针张开一个角度，说明锌板带了电，进一步研究表明锌板带正电这说明在紫外线的照射下，锌板中有一部分自由电子从表面飞出来，锌板中由于缺少电子，于是带正电，选项A、D正确红光不能使锌板发生光电效应答案AD二、光电效应的实验规律问题设计图3如图3所示，阴极K和阳极A是密封在真空玻璃管中的两个电极，K用铯做成电源加在K和A之间的电压大小可以调整，正负极也可以对调1加在光电管两极间电压为零时，用紫光照射阴极K，回路中有电流吗改变入射光强度，光电流大小如何变化2保持入射光的强度不变，更换滤色片以改变入射光频率，使光由紫光蓝光绿光红光，会看到什么现象这说明什么3在紫光照射下，加上反向电压，直至电流为0改变光强做两次，记录下各个遏止电压的值；改用蓝光和绿光再各做一次，也记录下遏止电压的值你发现什么规律遏止电压U与光电子的最大动能EKM什么关系从实验记录数据你又能得出什么结论可以结合课本“实验探究研究光电效应的规律”中表1的数据分析答案1有光越强，光电流越大2紫光、蓝光、绿光照射下有光电流，红光则没有说明入射光的频率低于某一极限频率时将不能产生光电效应3用紫光照射，不管光强如何，遏止电压相同，由紫光逐次换成蓝光和绿光，遏止电压逐次减小，说明遏止电压随入射光频率的减小而减小根据动能定理EUEKM，遏止电压不同说明光电子的最大动能只与入射光频率有关，且随入射光频率的增大而增大要点提炼1光电效应的四条规律1极限频率的存在入射光的频率必须高于0，才能产生光电效应，与光强度及照射时间无关2光电子的最大动能随着入射光频率的增加而增加，与入射光的强度无关3当产生光电效应时，光电流大小随入射光强度的增加而增大4光电效应的发生几乎是瞬时的，不超过1109_S2掌握三个概念的含义1入射光频率决定着能否发生光电效应和光电子的最大动能2入射光强度决定着单位时间内发射的光子数；3饱和光电流决定着单位时间内发射的光电子数图4例2如图4所示，电路中各元件完好，光照射到阴极K灵敏电流计没有示数，其可能原因是A入射光强度太弱B入射光的频率太小C光照时间短D电源正负极接反解析题图所示电路中形成电流需要具备两个条件一是阴极K在光照射下有光电子逸出，二是溢出的光电子应该能在电路中定向移动到达阳极A光电子的逸出取决于入射光的频率，只有入射光的频率大于极限频率0时才有光电子逸出，与入射光的强度和时间无关，A、C错，B对；光电子能否达到阳极A，取决于光电子的动能大小和两极间所加电压的正负和大小共同决定，一旦电源接反了且电压大于遏止电压，即使具有最大动能的光电子也不能达到阳极，即使发生了光电效应现象，电路中也不会有光电流，D对，所以正确选项为B、D答案BD针对训练当用绿光照射光电管阴极K时，可以发生光电效应，则下列说法正确的是A增大绿光照射强度，光电子的最大动能增大B增大绿光照射强度，电路中光电流增大C改用比绿光波长大的光照射光电管阴极K时，电路中一定有光电流D改用比绿光频率大的光照射光电管阴极K时，电路中一定有光电流答案D解析光电流与光强有关，光越强光电流越大，故B对；最大动能与光强无关，故A错；当改用频率更大的光照射时，一定能发生光电效应现象，因此有光电流，故D对三、爱因斯坦的光子说要点提炼对光电效应方程HWEKM的理解1光电效应方程实质上是能量守恒方程能量为EH的光子被电子所吸收，电子把这些能量的一部分用来克服金属表面对它的吸引力，另一部分就是电子离开金属表面时的动能如果克服吸引力做功最少为W，则电子离开金属表面时动能最大为EKM，根据能量守恒定律可知EKMHW2光电效应方程说明了产生光电效应的条件若发生光电效应，则光电子的最大动能必须大于零，即EKMHW0，亦即HW，0，而0恰好是光电效应的极限频率WHWH图53EKM曲线如图5所示是光电子最大动能EKM随入射光频率的变化曲线这里，横轴上的截距是极限频率或截止频率；纵轴上的截距是逸出功的负值；斜率为普朗克常量例3如图6所示，当电键K断开时，用光子能量为25EV的一束光照射阴极P，发现电流表读数不为零合上电键，调节滑动变阻器，发现当电压表读数小于060V时，电流表读数仍不为零当电压表读数大于或等于060V时，电流表读数为零由此可知阴极材料的逸出功为图6A19EVB06EVC25EVD31EV解析由题意知光电子的最大动能为EKMEU060EV所以根据光电效应方程EKMHW可得WHEKM2506EV19EV答案A能量量子化,光的粒子性ERROR1下列关于光子说对光电效应的解释正确的是A金属表面的一个电子只能吸收一个光子B电子吸收光子后一定能从金属表面逸出，成为光电子C金属表面的一个电子吸收若干个光子，积累了足够的能量才能从金属表面逸出D无论光子能量大小如何，电子吸收光子并积累了能量后，总能逸出成为光电子答案A解析根据光电效应规律可知金属中的一个电子只能吸收一个光子的能量，一个光子的能量也只能交给一个电子，故选项A正确电子吸收一个光子的能量后，动能立即增大，不需要积累能量的过程，故选项B错误不存在一个电子吸收若干光子的现象，且只有当入射光的能量不低于该金属电子的逸出功时，才能发生光电效应，即入射光频率不低于金属的极限频率时才能发生光电效应，故选项C、D错误图72如图7所示是光电效应中光电子的最大动能EKM与入射光频率的关系图像从图中可知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答案BC解析由EKMHW知B、C正确，A、D错误3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光电子的动能D光电子的最大动能答案ACBD解析光子的能量由光的频率决定，同一束单色光频率相同，因而光子能量相同逸出功等于电子脱离原子核束缚需要做的最少的功，因此只由材料决定锌片和银片的光电效应中，光电子的逸出功一定不相同由EKMHW，照射光子的能量H相同，逸出功W不同，则电子最大动能也不同由于光电子吸收光子后到达金属表面的路径不同，途中损失的能量也不同，因而脱离金属时的动能可能分布在零到最大动能之间所以，光电子的动能是可能相同的42014广东18在光电效应实验中，用频率为的光照射光电管阴极，发生了光电效应，下列说法正确的是A增大入射光的强度，光电流增大B减小入射光的强度，光电效应现象消失C改用频率小于的光照射，一定不发