人教版高中物理选修3-5第十七章波粒二象性(自主学习学案)

1、第十七章波粒二象性第一、二节 黑体辐射、光电效应课前自主学习（学案）一、请学生自主复习教材第十七章第一、二节 P26-P36。二、 结合复习的内容思考如下问题：1 .什么叫黑体（绝对黑体）？2 .黑体辐射电磁波的强度按波长的分布与什么因素有关？3 .什么是光电效应现象？光电效应现象的实验规律有哪些？4 .如何解释光电效应的实验规律？三、 自主解答几道题目1.关于黑体和热辐射，下列说法中正确的是（）A.黑体不辐射可见光B.切物体都在向外辐射电磁波C. 黑体不能反射可见光D. 黑体在吸收电磁波的同时不向外辐射电磁波2.在光电效应实验中，如果需要增大光电子到达阳极时的速度，可采用的方法是（）A.增加

2、光照时间 B.增大入射光的波长C .增大入射光的强度D.增大入射光频率3.关于光电效应，有如下几种陈述，其中正确的是（）A.金属电子的逸出功与人射光的频率成正比B.光电流与入射光的强度无关C.用不可见光照射金属一定比用可见光照射同种金属产生的光电子的初动能要大D.对于任何一种金属都存在一个截止频率，入射光的频率必须大于这个频率，才能产生光电效应4.下表给出了一些金属材料的逸出功。材料铯钙镁铍钛逸出功(10-19j)3.04.35.96.26.6现用波长为 400 nm 的单色光照射上述材料，能产生光电效应的材料最多有几种（348（普朗克常量 h = 6.6 KF JS,光速 c = 3.00

3、10；m/s）A . 2 种B . 3 种C . 4 种D . 5 种参考答案：1.B 2.D 3.AD 4.A课堂主体参与（教案）【学习目标】1 了解黑体和黑体辐射，体会量子论的建立深化了人们对物体世界的认识2知道光电效应，通过实验了解光电效应实验规律，了解爱因斯坦光子说，并能够用它来解释光电效应实验规律，知道爱因斯坦光电效应方程及其意义，并能利用它解决一些问题重点难点。3了解康普顿效应，知道康普顿效应说明光具有粒子性。【重点、难点】光电效应实验规律，用爱因斯坦光电效应方程解决问题【学习内容】 一、课前自主学习检查1 .下列有关黑体辐射的说法中正确的是（）A .黑体辐射不属于电磁辐射B .黑

4、体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关C.黑体辐射随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有所增加D .黑体辐射随着温度的升高，辐射强度的最大值向波长较长的方向移动2 .金属钠的逸出功为 2.48eV，则下列各色光中，能使钠发生光电效应的有（）714A .波长为 6.5X0m 的红光B .频率为 5.5XO Hz 的红光C.波长为 4.8X0-7m 的蓝光D.频率为 7.5X014Hz 的紫光.3.6.用不同频率的紫外线分别照射钨板和锌板而产生光电效应，可得到光电子的最大初动能Ek随入射光的频率 v 变化的 EK v 图。已知钨的逸出功为3.28eV，锌的逸出功为 3.34 eV，若将两

5、者的图象分别用实线与虚线画在同一Ek v 图上，则下列图中正确的是（）4.如图所示是用光照射某种金属时逸出的光电子的最大初动能随入射光频率的变化图线，由图可知（ ）14A .该金属的极限频率为4.27 10 HzB .该金属的极限频率为5.5 氷 014HZC.该图线的斜率表示普朗克常量D .该金属的逸出功为0.5ev附：参考答案：1. BC 2. CD 3.B 4.AC二、构建知识框架、剖析典型概念1 .能量量子化黑体辐射的实验规律：随着温度的升高，各种波长的辐射都增加，辐射强度的极大值向波长短 的方向移动。能量子：微观粒子的能量是量子化的，；=.2.光电效应实验规律a.存在着饱和电流：在光

6、照条件不变的情况下，随着所加电压的增大，光电流趋向于一个饱和 值。入射光越强，饱和电流越大。这表明入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多。b .存在着遏止电压和截止频率：对于一定颜色（频率）的光，无论光的强弱如何，遏止电压都 是一样的。这表明光电子的能量只与入射光的频率有关，而与入射光的强弱无关。入射光的频率低于截止频率时不能发生光电效应。不同金属的截止频率不同。c.光电效应具有瞬时性。产生光电流的时间不超过10-9s。3 .光电效应现象的解释a.经典理论难以解释。b .爱因斯坦的光电效应方程光子：光由一个个不可分割的能量子组成，这些能量子叫光子光电效应方程：Ek=hvw0c.光电效应方程对

7、光电效应的解释:Wo1只有光hwO 时，才有光电子逸出。vc= 即截止频率h2电子一次性吸收光子的全部能量、不需要积累能量的时间，光电流自然几乎是瞬时产生的。3光较强时，包含的光子数较多，照射金属时产生的光电子较多，因而饱和电流较大。3 康普顿效应：石墨对 x 射线散射时，除了与入射波长 Zo 相同的成分外，还有波长大于 Zo 的成分。康普顿效应说明光具有粒子性。三、自主研究例题（教师投影出典型例题，让学生先自主完成后再公布答案）1如图所示的实验电路，当用黄光照射光电管中的金属涂层时，毫指针发生了偏转.若将电路中的滑动变阻器的滑片P 向右移动到某一位置（1）_ 若增加黄光照射的强度，则毫安表（

8、选填有”或无”示数.若改用蓝光照射光电管中的金属涂层，则毫安表 _（选填 有”或 无”示数.（2）若用几种都能使金属涂层发生光电效应的不同频率v 的光照射光电管中的金属涂层，分别测出能使毫安表的读数恰好减小到零时的不同电压值U，通过 U 和 v 的几组对应数据，作出U v 图象.则利用电子的电荷量e 与 U-v 图象的_ 就可求得普朗克常量 h（用纵轴表示 U、横轴表示v).2.如图所示，当电键 K 断开时，用光子能量为 2.5eV 的一束光照射阴极 P,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 0.60V读数仍不为零，当电压表读数大于或等于0.60V 时，电流表读数为零，

9、由此可知阴极材料的逸出功安表的读数恰好减小到零，此时电压表读数为U .安表的时，毫发现电流时，电流表为（）A.1.9eVB.0.6eVC.2.5EvD. 3.1eV3 一光电管的阴极用极限波长扎0=5.0 X10-7m 的钠制成.用波长九=3.0 Xl0-7m 的紫外线照射阴极,光电管阳极 A 和阴极 K 之间的电势差 U=2.1V。光电流的饱和值 l=0.56mA(1)求每秒内由 K 极发射的电子数.(2)求电子到达 A 极时的最大动能.如果电势差 U 不变，而照射光的强度增到原值的3 倍，此时电子到达 A 极时的最大动能是多少 ?(普朗克恒星 h=6.63 X10-34Js,电子的电量 e

10、=1.6 X10-19C)4 如图所示是做光电效应实验的装置简图在抽成真空的玻璃管内，K 为阴极(用金属铯制成，发生光电效应的逸出功为 1.9 eV) , A 为阳极.在 a、b 间不接任何电源，用频率为V高于铯的极限频 率)的单色光照射阴极 K，会发现电流表指针有偏转.这时，若在 a、b 间接入直流电源，a 接正极， b 接负极，并使 a、b 间电压从零开始逐渐增大，发现当电压表的示数增大到2.1 V 时，电流表的示数刚好减小到零求:(1)a、b 间未接直流电源时，通过电流表的电流方向;(2)从阴极 K 发出的光电子的最大初动能Ek.(3)入射单色光的频率.四、小组讨论质疑五、师生合作研讨重

11、点评讲 34附：例题答案：1. （1 ）无、有（2 ）斜率 2.A3.解析：注意电流和电量的关系和光电效应方程的应用（1）3.5 XI015（2） 6.01 X10-19J（3）同（2）4.解析：电流方向是正电荷定向移动的方向。抓住光电子的最大初动能与遏止电压得关系和光电效应方程求解。（1）向上（2） 2.1 eV （3） 9.65 X1014Hz六、总结提升理解和应用光电效应的规律主要抓住两条线索：1 光的频率线索：频率高T光子能量大T光电子的最大初动能大2 光强的线索：光强大T光子数目多T发射的光电子数多T光电流大光电效应方程的实质是一种功能关系。【当堂训练】1 用绿光照射一光电管，能产生

12、光电效应，欲使光电子的最大初动能增大，则应（）A 改用红光照射B 改用紫光照射C .增大绿光强度D .增大光电管上的加速电压2 关于光电效应，下列说法中正确的是（）A .金属的逸出功与入射光的频率无关B 光电流与入射光的强度无关C 用紫外线照射金属一定比用可见光照射同种金属产生的光电子的最大初动能大D 对于任何一种金属都存在一个最大波长”，入射光的波长大于此波长时，就不产生光电效应3 如图所示，某种单色光射到光电管的阴极上时，电流表有示数，则（）A 入射的单色光的频率必大于阴极材料的极限频率C 滑片 P 向左移，可增大电流表示数D 滑片 P 向左移，电流表示数将减小，甚至为零4 已知钠发生光电

13、效应的极限波长为九。=5 X10-7m，现用波长为 4 X10-7m 的光照射用钠作阴极的光电管求：(1) 钠的逸出功 W ；(2) 为使光电管中的光电流为零，在光电管上所加反向电压至少多大U=0.62V【布置作业】 课后自我检测1 .下列说法中正确的是()A 我们周围的一切物体都在辐射电磁波，这种辐射只与物体的温度有关B 普朗克在研究黑体的热辐射问题中提出了能量子假说C 爱因斯坦提出光子说成功地解释了光电效应D 黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关2如图所示，一验电器与锌板相连，现用一弧光灯照射锌板，弧光之后，验电器指针仍保持一定的偏角，以下说法正确的是()A 将一带负电的金属

14、小球与锌板接触，则验电器指针偏角将增大B 将一带负电的金属小球与锌板接触，则验电器指针偏角将保持不变B 增大单色光的强度，电流表示数将增大参考答案：1.B 2.AC .3.ABD 4.(1)Wo=C=3.98 氷 0-19J(2)eU= ho o灯关闭C.使验电器指针回到零，改用强度更大的弧光灯照射锌板，验电器的指针偏角将更大D 使验电器指针回到零，改用强度更大的红外线灯照射锌板，验电器的指针偏角将更大3.频率为 v 的光照射某金属材料时，产生光电子的最大初动能为Ekm .若改用频率为 2v 的光照射同一金属材料，则所产生光电子的最大初动能为（h 为普朗克常量）（）A . 2EkmB. Ekm

15、+ hvC. Ekm-hvD. Ekm+2hv4 .入射光照射到某金属表面上发生光电效应。若入射光的强度减弱，而频率保持不变.那么（ ）A .从光照至金属表面上到发射出光电子之间的时间间隔将明显增加B .逸出的光电子的最大初动能将减小C.单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将减少D .有可能不发生光电效应5.下列关于光电效应的说法中正确的是（）A .在入射光频率和强度一定时，光电流的大小与所加的正向电压成正比B .在入射光频率一定时，饱和光电流的大小与入射光的强度成正比C.对于同一种金属来说，其逸出功和截止频率均一定，与入射光的频率及光的强度均无关D .对于同一种金属来说，遏止电压一定，与入射

16、光的频率及光的强度均无关6.研究光电效应规律的实验装置如图所示，以频率为 v 的光照射光阴极 K 时，有光电子产生，由于光电管K , A 间加的是反向电压，子从阴极 K 发射后将向阳极 A 做减速运动.光电流 I 由图中电流计（也叫遏止电压） 。 在下列表示光电效应实验规律的图像中错误的是（出，反向电压 U 由电压表 V 测出.当电流计示数恰好为零时，电压表的示数称为反向截止电压U0氐向电圧和獗率-一定时. 光电淹与光强J的关霍A報止电压5 与 城率”的关系)光强r和魔率”一定时,光 光强I和腌率v-定时、光电 电样反噌吨系讣产生电子胛哪芻7 .图为康普顿效应示意图，光子与-一个静止的电子发O

17、- *晁附0生碰撞，、 X图中标出了碰撞后电子的运动方向.设碰前光子频率为U,碰后为U，则关于光子碰后的运动方向和频率的说法中正确的是（）.A .可能沿图中方向B. 可能沿图中方向C. u=uD. uu&某频率的单色光照射到一块金属板表面时，能发生光电效应，测得光电子的最大初动能为2eV .若换用频率是原来的 1.8 倍的单色光照射该金属，光电子的最大初动能为参考答案：1.BCD 2.C 3.B 4.C 5.BC 6.B 7.BD 8.W=3ev解析：由 Ek= h；-W0列方程组得课后自由发展1.美国物理学家康普顿在研究石墨对x 射线的散射时，发现在散射的 x 射线中，除了与人射波长

18、相同的成分外，还有波长大于0 的成分，这种现象称为康普顿效应关于康普顿效应，以下说法正确的是A 康普顿效应现象说明光具有波动性B 康普顿效应现象说明光具有粒子性C 当光子与晶体中的电子碰撞后，其能量增加D 当光子与晶体中的电子碰撞后，其能量减小2 如图为四种温度下黑体热辐射的强度与波长的关系，从中可以看出什么规律3如图所示是光电管的原理图.当频率为 v 的可见光照射到阴极电流表中有电流通过如果将变阻器的滑动端P 由 A 向 B 滑动,表的电流强度将会 _ （选填增加”减小”或不变” ）当电流减小到零时，电压表的示数为 U ,则光电子的最大初动能为 _（已知电子电量 e）.如果不改变入射光的频率，而增加入射光的强度，则光电子的最大初动能将_（选填 增加”减小”或 不变”.)K 上时，通过电流表电流刚4有辐射功率为 P 的点光源，发出的光波长为若人眼瞳孔直径为 d，引起视觉的最小通光量为每秒 No个光子，试问此光源被人眼看到的最大距离是多少？(已知普朗克常数为h)5 如图所示是利用光电效应现象测定金属极限频率的实验原理图，电源电动势为 E,内阻为 r, Ro的总电阻为 4r，两块平行金属板相距当 N 受频率为 v 的紫外线照射后，将发射沿不同方向运动的光电子，形成电流，从而引起电流计的指针偏转，若闭合开关S,凋节 Ro逐渐增大极板间电压，