第17章-第1、2节《能量量子化、光的粒子性》

1、波粒二象性波粒二象性第十七章第十七章第一节能量量子化第一节能量量子化 第二节光的粒子性第二节光的粒子性 第十七章第十七章学习目标定位学习目标定位1课堂情景切入课堂情景切入2知识自主梳理知识自主梳理3重点难点突破重点难点突破4考点题型设计考点题型设计5课课 时时 作作 业业6学习目标定位学习目标定位认识黑体和黑体辐射的概念认识黑体和黑体辐射的概念理解能量子的概念，掌握计算能量子的方法理解能量子的概念，掌握计算能量子的方法知道光电效应的实验规律知道光电效应的实验规律掌握爱因斯坦的光电效应方程掌握爱因斯坦的光电效应方程了解康普顿效应及光子的动量了解康普顿效应及光子的动量课堂情景切入课堂情景切入如图所

2、示，把一块锌板连接在验电器上，用紫外线灯照如图所示，把一块锌板连接在验电器上，用紫外线灯照射锌板，观察到验电器的指针发生了变化，这说明锌板带了射锌板，观察到验电器的指针发生了变化，这说明锌板带了电。你知道锌板是怎样带上电的吗？电。你知道锌板是怎样带上电的吗？知识自主梳理知识自主梳理1.热辐射热辐射(1)定义：我们周围的一切物体都在辐射定义：我们周围的一切物体都在辐射_，这，这种辐射与物体的种辐射与物体的_有关，所以叫热辐射。有关，所以叫热辐射。(2)特征：热辐射强度按波长的分布情况随物体的特征：热辐射强度按波长的分布情况随物体的_而有所不同。而有所不同。2黑体黑体(1)定义：如果某种物体在任何

3、温度下能够完全吸收入定义：如果某种物体在任何温度下能够完全吸收入射的射的_而不发生反射，这种物体就是绝对黑而不发生反射，这种物体就是绝对黑体，简称黑体。体，简称黑体。(2)黑体辐射的特征：黑体辐射电磁波的强度按波长的黑体辐射的特征：黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的分布只与黑体的_有关。有关。黑体与黑体辐射黑体与黑体辐射 电磁波电磁波温度温度温度温度各种波长的电磁波各种波长的电磁波温度温度3黑体辐射的实验规律黑体辐射的实验规律黑体辐射电磁波的强度按波黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的长的分布只与黑体的_有关，如有关，如图所示。图所示。(1)随着温度的升高，各种波随着温度的升高，

4、各种波长的辐射强度都长的辐射强度都_；(2)随着温度的升高，辐射强随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长度的极大值向波长_的方向移的方向移动。动。温度温度增加增加较短较短1.定义定义普朗克认为，带电微粒的能量只能是某一最小能量值普朗克认为，带电微粒的能量只能是某一最小能量值的的_，当带电微粒辐射或吸收能量时，也是以这个最小，当带电微粒辐射或吸收能量时，也是以这个最小能量值为单位能量值为单位_地辐射或吸收的，这个不可再分的最地辐射或吸收的，这个不可再分的最小能量值小能量值叫做能量子。叫做能量子。2能量子大小能量子大小h，其中，其中是电磁波的频率，是电磁波的频率，h称为称为_常量，常量，h6.62

5、61034Js(一般取一般取h6.631034Js)。3能量的量子化能量的量子化在微观世界中能量是在微观世界中能量是_的，或者说微观粒子的能的，或者说微观粒子的能量是量是_的。的。能量子能量子 整数倍整数倍一份一份一份一份普朗克普朗克量子化量子化分立分立1.光电效应光电效应照射到金属表面的光，能使金属中的照射到金属表面的光，能使金属中的_从表面逸出从表面逸出的现象。如图所示。的现象。如图所示。光电效应光电效应 电子电子2光电子光电子光电效应中发射出来的光电效应中发射出来的_。3光电效应的实验规律光电效应的实验规律(1)存在着饱和光电流：在光的颜色不变的情况下，入存在着饱和光电流：在光的颜色不变

6、的情况下，入射光越强，射光越强，_电流越大。这表明对于一定颜色的光，入射电流越大。这表明对于一定颜色的光，入射光越强，单位时间内发射的光越强，单位时间内发射的_越多。越多。(2)存在着遏止电压和截止频率：光电子的最大初动能存在着遏止电压和截止频率：光电子的最大初动能与入射光的与入射光的_有关，而与入射光的有关，而与入射光的_无关，当入射光的无关，当入射光的频率低于频率低于_时不能发生光电效应。时不能发生光电效应。(3)光电效应具有瞬时性：光电效应几乎是光电效应具有瞬时性：光电效应几乎是_发生发生的，从光照射到产生光电流的时间不超过的，从光照射到产生光电流的时间不超过_s。电子电子饱和饱和光电子

7、数光电子数频率频率强弱强弱截止频率截止频率瞬时瞬时109爱因斯坦的光电效应方程爱因斯坦的光电效应方程 一份一份一份一份能量子能量子逸出功逸出功1.光的散射光的散射光在介质中与光在介质中与_相互作用，因而传播方向发生相互作用，因而传播方向发生改变，这种现象叫做光的散射。改变，这种现象叫做光的散射。2康普顿效应康普顿效应美国物理学家康普顿在研究石墨对美国物理学家康普顿在研究石墨对X射线的散射时，发射线的散射时，发现在散射的现在散射的X射线中，除了与入射波长射线中，除了与入射波长0相同的成分外，还有相同的成分外，还有_的成分，这个现象称为康普顿效应。的成分，这个现象称为康普顿效应。康普顿效应康普顿效

8、应 物质微粒物质微粒波长大于波长大于0光子的动量光子的动量 电子电子变小变小长长重点难点突破重点难点突破一、对黑体及黑体辐射的理解一、对黑体及黑体辐射的理解1对黑体的理解对黑体的理解绝对的黑体实际上是不存在的，但可以用某装置近似地绝对的黑体实际上是不存在的，但可以用某装置近似地代替。如图所示，如果在一个空腔壁上开一个小孔，那么射入代替。如图所示，如果在一个空腔壁上开一个小孔，那么射入小孔的电磁波在空腔内表面会发生多次反射和吸收，最终不能小孔的电磁波在空腔内表面会发生多次反射和吸收，最终不能从空腔射出，这个小孔就成了一个绝对黑体。从空腔射出，这个小孔就成了一个绝对黑体。2一般物体与黑体的比较一般

9、物体与黑体的比较热辐射特点热辐射特点吸收、反射特点吸收、反射特点一般一般物体物体辐射电磁波的情况与温辐射电磁波的情况与温度有关，与材料的种类度有关，与材料的种类及表面状况有关及表面状况有关既吸收，又反射，其能既吸收，又反射，其能力与材料的种类及入射力与材料的种类及入射光波长等因素有关光波长等因素有关黑体黑体辐射电磁波的强度按波辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温长的分布只与黑体的温度有关度有关完全吸收各种入射电磁完全吸收各种入射电磁波，不反射波，不反射特别提醒：特别提醒：(1)热辐射不一定要高温，任何温度的物体都发出一定热辐射不一定要高温，任何温度的物体都发出一定的热辐射，只是温度低时辐射

10、弱，温度高时辐射强。的热辐射，只是温度低时辐射弱，温度高时辐射强。(2)黑体是一个理想化的物理模型，实际不存在。黑体是一个理想化的物理模型，实际不存在。(3)黑体看上去不是一定是黑的，只有当自身辐射的可黑体看上去不是一定是黑的，只有当自身辐射的可见光非常微弱时看上去才是黑的；有些可看作黑体的物体由于见光非常微弱时看上去才是黑的；有些可看作黑体的物体由于有较强的辐射，看起来还会很明亮，例如：炼钢炉口上的小有较强的辐射，看起来还会很明亮，例如：炼钢炉口上的小孔。一些发光的物体孔。一些发光的物体(如太阳、白炽灯灯丝如太阳、白炽灯灯丝)也被看作黑体来处也被看作黑体来处理。理。“非典非典”期间，很多地方

11、用红外热像仪监测人的体期间，很多地方用红外热像仪监测人的体温，只要被测者从仪器前走过，便可知道他的体温是多少，温，只要被测者从仪器前走过，便可知道他的体温是多少，你知道其中的道理吗？你知道其中的道理吗？答案：答案：根据热辐射规律根据热辐射规律可知，人的体温的高低，直可知，人的体温的高低，直接决定了这个人辐射的红外接决定了这个人辐射的红外线的频率和强度。通过监测线的频率和强度。通过监测被测者辐射的红外线的情况被测者辐射的红外线的情况就知道这个人的体温。就知道这个人的体温。3意义意义可以非常合理地解释某些电磁波的辐射和吸收的实验现可以非常合理地解释某些电磁波的辐射和吸收的实验现象。象。4量子化现象

12、量子化现象在微观世界中物理量分立取值的现象称为量子化现象。在微观世界中物理量分立取值的现象称为量子化现象。5量子化假设的意义量子化假设的意义普朗克的能量子假设，使人类对微观世界的本质有了全普朗克的能量子假设，使人类对微观世界的本质有了全新的认识，对现代物理学的发展产生了革命性的影响。普朗克新的认识，对现代物理学的发展产生了革命性的影响。普朗克常量常量h是自然界中最基本的常量之一，它体现了微观世界的基是自然界中最基本的常量之一，它体现了微观世界的基本特征。本特征。由能量量子化假说可知，能量是一份一份的，而不是由能量量子化假说可知，能量是一份一份的，而不是连续的，在宏观概念中，举一些我们周围不连续

13、的实例。连续的，在宏观概念中，举一些我们周围不连续的实例。答案：答案：人的个数，自然数，汽车等。人的个数，自然数，汽车等。 三、光电效应中几个易混淆的概念三、光电效应中几个易混淆的概念1光子与光电子光子与光电子光子指光在空间传播时的每一份能量，光子不带电，光光子指光在空间传播时的每一份能量，光子不带电，光电子是金属表面受到光照射时发射出来的电子，其本质是电电子是金属表面受到光照射时发射出来的电子，其本质是电子，光子是光电效应的因，光电子是果。子，光子是光电效应的因，光电子是果。2光电子的动能与光电子的最大初动能光电子的动能与光电子的最大初动能光照射到金属表面时，光照射到金属表面时， 光子的能量

14、全部被电子吸收，光子的能量全部被电子吸收，电子吸收光子的能量，可能向各个方向运动，需克服原子核和电子吸收光子的能量，可能向各个方向运动，需克服原子核和其他原子的阻碍而损失一部分能量，剩余部分为光电子的初动其他原子的阻碍而损失一部分能量，剩余部分为光电子的初动能；只有金属表面的电子直接向外飞出时，只需克服原子核的能；只有金属表面的电子直接向外飞出时，只需克服原子核的引力做功，才具有最大初动能。光电子的初动能小于等于光电引力做功，才具有最大初动能。光电子的初动能小于等于光电子的最大初动能。子的最大初动能。3光子的能量与入射光的强度光子的能量与入射光的强度光子的能量即每个光子的能量，其值为光子的能量

15、即每个光子的能量，其值为Eh(为光子为光子的频率的频率)，其大小由光的频率决定。入射光的强度指单位时间，其大小由光的频率决定。入射光的强度指单位时间内照射到金属表面单位面积上的总能量；入射光的强度等于单内照射到金属表面单位面积上的总能量；入射光的强度等于单位时间内光子能量与入射光子数的乘积。位时间内光子能量与入射光子数的乘积。4光电流和饱和光电流光电流和饱和光电流金属板飞出的光电子到达阳极，回路中便产生光电流，金属板飞出的光电子到达阳极，回路中便产生光电流，随着所加正向电压的增大，光电流趋于一个饱和值，这个饱和随着所加正向电压的增大，光电流趋于一个饱和值，这个饱和值是饱和光电流，在一定的光照条

16、件下，饱和光电流与所加电值是饱和光电流，在一定的光照条件下，饱和光电流与所加电压大小无关。压大小无关。特别提醒：特别提醒：(1)光电效应的实质是光现象转化为电现象。光电效应的实质是光现象转化为电现象。(2)发生光电效应时，饱和光电流与入射光的强度有发生光电效应时，饱和光电流与入射光的强度有关，要明确不同频率的光、不同金属与光电流的对应关系。关，要明确不同频率的光、不同金属与光电流的对应关系。特别提醒：特别提醒：(1)逸出功和截止频率均由金属本身决定，与其他因素逸出功和截止频率均由金属本身决定，与其他因素无关。无关。(2)光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大，光电子的最大初动能随入射光频率

17、的增大而增大，但不是正比关系。但不是正比关系。一束绿光照射某金属发生了光电效应，则下列说法正一束绿光照射某金属发生了光电效应，则下列说法正确的是确的是()A若增加绿光的照射强度，则逸出的光电子数增加若增加绿光的照射强度，则逸出的光电子数增加B若增加绿光的照射强度，则逸出的光电子最大初动若增加绿光的照射强度，则逸出的光电子最大初动能增加能增加C若改用紫光照射，则可能不会发生光电效应若改用紫光照射，则可能不会发生光电效应D若改用紫光照射，则逸出的光电子的最大初动能增若改用紫光照射，则逸出的光电子的最大初动能增加加答案：答案：AD解析：解析：光电效应的规律表明：入射光的频率决定着是否光电效应的规律表

18、明：入射光的频率决定着是否发生光电效应以及发生光电效应时产生的光电子的最大初动能发生光电效应以及发生光电效应时产生的光电子的最大初动能的大小，当入射光频率增加后，产生的光电子最大初动能也增的大小，当入射光频率增加后，产生的光电子最大初动能也增加；而照射光的强度增加，会使单位时间内逸出的光电子数增加；而照射光的强度增加，会使单位时间内逸出的光电子数增加，紫光频率高于绿光，故上述选项正确的有加，紫光频率高于绿光，故上述选项正确的有A、D。五、康普顿效应五、康普顿效应1光子说对康普顿效应的解释光子说对康普顿效应的解释(1)假定假定X射线光子与电子发生弹性碰撞。光子和电子相射线光子与电子发生弹性碰撞。

19、光子和电子相碰撞时，光子有一部分能量传给电子，散射光子的能量减少，碰撞时，光子有一部分能量传给电子，散射光子的能量减少，于是散射光的波长大于入射光的波长。于是散射光的波长大于入射光的波长。(2)康普顿效应进一步揭示了光的粒子性，也再次证明康普顿效应进一步揭示了光的粒子性，也再次证明了爱因斯坦光子说的正确性。了爱因斯坦光子说的正确性。答案：答案：1变长变长考点题型设计考点题型设计关于对黑体的认识，下列说法正确的是关于对黑体的认识，下列说法正确的是()A黑体只吸收电磁波，不反射电磁波，看上去是黑的黑体只吸收电磁波，不反射电磁波，看上去是黑的B黑体辐射电磁波的强度按波长的分布除与温度有关黑体辐射电磁

20、波的强度按波长的分布除与温度有关外，还与材料的种类及表面状况有关外，还与材料的种类及表面状况有关C黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温度有黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温度有关，与材料的种类及表面状况无关关，与材料的种类及表面状况无关D如果在一个空腔壁上开一个很小的孔，射入小孔的如果在一个空腔壁上开一个很小的孔，射入小孔的电磁波在空腔内表面经多次反射和吸收，最终不能从小孔射电磁波在空腔内表面经多次反射和吸收，最终不能从小孔射出，这个空腔就成了一个黑体出，这个空腔就成了一个黑体黑体与黑体辐射黑体与黑体辐射 解析：解析：黑体自身辐射电磁波，不一定是黑的，黑体自身辐射电磁波，不一定是黑的，A

21、错误。错误。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，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，B错误，错误，C正确。小孔只吸收电磁波，不反射电磁波，因此小孔正确。小孔只吸收电磁波，不反射电磁波，因此小孔成了一个黑体，而不是空腔，成了一个黑体，而不是空腔，D错误。错误。答案：答案：C点评：点评：黑体完全吸收电磁波而不反射，同时其本身也辐黑体完全吸收电磁波而不反射，同时其本身也辐射电磁波；黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温度有射电磁波；黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温度有关，与其他因素无关。关，与其他因素无关。(湛江市湛江市20142015学年高二质检学年高二质检)

22、在实验室或工厂的高在实验室或工厂的高温炉子上开一个小孔，小孔可看做黑体，由小孔的热辐射特温炉子上开一个小孔，小孔可看做黑体，由小孔的热辐射特征，就可以确定炉内的温度，如图所示，就是黑体的辐射强征，就可以确定炉内的温度，如图所示，就是黑体的辐射强度与其辐射光波波长的关系图象，则下列说法正确的是度与其辐射光波波长的关系图象，则下列说法正确的是()AT1T2BT1T2C随着温度的升高，黑体的辐射强随着温度的升高，黑体的辐射强度都有所降低度都有所降低D随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短的方随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动向移动答案：答案：AD普朗克能量子假说普朗克能量子假说

23、 答案：答案：3.141019J5.731016个个点评：点评：求解本题的关键有两点：一是能根据已知条件求求解本题的关键有两点：一是能根据已知条件求得每一个光子的能量，另外必须明确激光器发射的能量由这些得每一个光子的能量，另外必须明确激光器发射的能量由这些光子能量的总和组成。光子能量的总和组成。(北京市顺义区牛栏山一中北京市顺义区牛栏山一中20142015学年高二下学期学年高二下学期期中期中)对于红、黄、绿、蓝四种单色光，下列表述正确的是对于红、黄、绿、蓝四种单色光，下列表述正确的是()A在相同介质中，绿光的折射率最大在相同介质中，绿光的折射率最大B红光的频率最高红光的频率最高C在相同介质中，

24、蓝光的波长最短在相同介质中，蓝光的波长最短D黄光光子的能量最小黄光光子的能量最小答案：答案：C解析：解析：红、黄、绿、蓝四种单色光的频率依次增大，光红、黄、绿、蓝四种单色光的频率依次增大，光从真空进入介质，频率不变，从真空进入介质，频率不变，B错。由色散现象，同一介质对错。由色散现象，同一介质对频率大的光有大的折射率，频率大的光有大的折射率，A错。频率大的光在真空中和介质错。频率大的光在真空中和介质中的波长都小，蓝光的波长最短，中的波长都小，蓝光的波长最短，C正确。频率大，光子能量正确。频率大，光子能量大，大，D错。错。关于光电效应的规律，下面说法正确的是关于光电效应的规律，下面说法正确的是()A当某种色光照射金属表面时，能产生光电效应，则当某种色光照射金属表面时，能产生光电效应，则入射光的频率越高，产生的光电子的最大初动能越大入射光的频率越高，产生的光电子的最大初动能越大B当某种色光照射金属表面时，能产生光电效应，则当某种色光照射金属表面时，能产生光电效应，则入射光的强度越大，产生的光电子数越多入射光的强度越大，产生的光电子数越多C同一频率的光照射