知识讲解量子、光的粒子性

量子、光的粒子编稿：审稿：【学习目标知道克能量子的假说理解光电效应的实验规律及光电效应与电磁理论的理解的光子说及光电效应的解释，了解光电效应方程，并会用来解决简单问题【要点梳理要点一、能量量子热辐（（在红外线区域绝对黑体（简称黑体．所“黑体是指能够全部吸收所有频率的电磁辐射的理想物体黑体实际上是不存在的．克能量量子黑体的空腔壁是由大量振子（振动着的带电微粒）组成的，其能量只能是某一最小能量值的整数倍．例如可能是或2、3、…．当振子辐射或吸收能量时，也是以这个最小能量值为单位一份一份地进行．这个不可再分的最小能量值h，其中h是克常量（h6.62610－34Js什么样的物体可看成黑亮，如炼钢炉口上的小孔．一些发光体（如、白炽灯丝）也被当作黑体来处理．要点二、光的粒子要点诠释（1）为光电效应的规阴极K和阳极A是密封在真空玻璃管中的两个电极阴极K在光照时能够发射光电子电源加在K与A之间的电压大小可以调整，正、负极也可以对调．当电源按图示极性连接时，阳极A吸收阴极K发出的电子，在电路中形成光电流．IUUImK射出的光电子全部到达阳极A．若单位时间内从阴极K上逸出的光电子数目为n，则饱和电流Ime．式中eUKAUcAA接触电势差，那么我们就能根据遏止电压Uc来确定电子的最大速度vm和最大动能，即 1mv2eU KIU呈线性关系，如图丁．频率低于c的光，不论强度多大，都不能产生光电子，因此，c称为截止频射光强度（见图丁③频率低于c的入射光，无论光的强度多大，照射时间多长，都不能使光电子逸出经典电磁理论解释光电效应到123当入射光照射到光电管的阴极的光电光子说：于1905年提出，在空间的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光子光子的能量跟它的频率成正比即Eh式中h叫克常量（h6.6310－34Js）Ekmh－W其中 1mv2为光电子的最大初动能，W为金属的逸出功．注意要正确理解光电效应方程 c②光电效应方程表明，光电子的最大初动能与入射光的频率呈线性关系（注意不是正比关系

h

cW而cW

⑤逸出功W光子说对光电效应规

1mv2hW，其中W

c 1mv2hW，W为逸出功 cEkm曲线：如图a)Ekm随入射光频率的变化曲线．这里，横轴上的截距是阴极金属的极限频率；纵轴上的截距是阴极金属的逸出功负值；斜率为克常（Ekmh－WEkm是的一次函数，不是正比例函数）IU曲线：如图（b）I随光电管两极板间电压UIm为饱和光电流，Uc要点诠释：①利用

1mv2可得光电子的最大初动能 c ②利用Ekm图线可得极限频率c 克常量h光光的强度是指单位时间内垂直于光的方向上的单位面积所通过的能量，即Inh，其中nn有关，也与光电管的构造和工作原理（重点要点诠释：利用光电效应可将光信号转化为电信号，而且动作迅速，在实际中用得最多的是光 KKA中的电流就不同．因此利用光电管可将光信号转化为电信号．光电管产生的光电流很弱，应用时可用放大器进行放大．利用光电管可以实现自动化控制，制作有声，实现无线电传真，自动计数等密立根违背初衰的．．h事求是的科学精神，密立根的实验结果证明了光电效应方程的正确性．【典型例题类型一、能量量子

c和h【答案】4.971019 2.841019

c和h

3.0

400nm

11

400109J4.97 J

700nm

22

700109J2.84 J．例2光垂直射到地面上时，地面上1m2接收的光的功率为1.4kW，其中可见光部分约占45％．．（1）假如认为可见光的波长约为0.55m，日地间距离R151011m．普朗克常量h6.610－34Js，估算每秒辐射出的可见光光子数为多少（2）若已知地球的半径为6.4106m，估算地球接收的光的总功率（1）4.91044个（2）1.81014（1）设地面上垂直于阳光的1m2面积上每秒钟接收的可见光光子数为n，则有cP45%nhcn0.450.55106 6.61034 1.751021个Nn4R21.75102143.141.51011)2个4.91044个

面积辐射的电磁波的总能量与黑体绝对温度的四次方成正比，即P0T，其中常量45.6710－8W/（m2K．有关数据及数 半径RS696000km 表面温度T5770K，火星半r3395kmS4R2R阳到火星的距离约为半径的400倍。忽略其他天体及宇宙空间的辐射，试估算火星的平均温度．【思路点拨】向各个方向是均匀辐射能量的：也就是说是向以为球心，以d为半径的球【答案】204（1）由c得，1.51015Hz，31013Hz 每小时从表面辐射的总能量EPtST4t4R2式中t3600s．R为半径0E1.381030J

r2火星单位时间内吸收来 T4r2

4d2，将d400RS

出4rT，式中T P出即4rT．T4r4rT．得TT' 204Kd为半径的球面上均匀辐射．类型二、光电效应现象及应例4、(2015 属【答案】B正确，C错误；DD错 强度增加，会使单位时间出的光电子数增加．紫光频率高于绿光，故上述选项正确的有A、D．举一反三

课堂：量子、光的粒子性例1【变式1】红光和紫光相比（ D．红光光子的能量较小；在同一种介质中时红光的速度较【答案】【课堂：量子、光的粒子性例2能发生光电效应。若分别用a光束和c光束照射该金属，则可以断定（ acac【答案】【课堂：量子、光的粒子性例3那么，光束a通过三棱镜的情况是（ 【答案】 A．入射光太弱B．入射光波长太长C．光照时间太短D也不能到达阳极，即使发生了光电效应，电路=B、D．【课堂：量子、光的粒子性例4合上开关，调节滑动变阻器，发现当电压表读数小于0.6V时，电流表读数仍不为零；当电压表读数大于或等于0.6V时，电流表读数为零．由此可知阴极材料的逸出功为（A．1.9 B．0.6 C．2.5 D．3.1【思路点拨】熟记和理解光电效应方程、遏止电压【答案】2据光电效应方程有1mv2hW 2题图中光电管上加的是反向电压，据题意，当反向电压达到U0.6V以后，具有最大初动能的eU1mv2 2A【总结升华】对遏止电压的理解是求逸出功的关键．也要对光电效应方程熟记和理解例8（2015 的关系分别如图中的a、b所示。下列判断正确的是 。(填正确答案标号。选对1个给3分，选对2个给4分，选对3个给6分。每一个扣3分，最低得分为0分)aoA．图线a与b不一定平行C．改变入射光强度不会对图线a与b产生任何影响Da与ao【答案】Dm00图线斜率可得出克常量，因此a与b一定平行，且两斜率是固定值，与入射光和金属材料皆无关A错误，D正确；B正确；CEEkm

E错误。举一反三

课堂：量子、光的粒子性例6铯钙镁铍钛现用波长为400nm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 h6.61034Js，光速c3.00108m/sA．2 B．3 C．4 D．5【答案】9EkI，若改用强度相同的紫光照射同一光电管，产生光电子最大初动能和饱和光电流分别为Ek和I则下正确的是

【答案】【解析】因为紫光的频率比红光的频率高，所以Ek＇＞Ek．因为两束光的强度相同，因而N红hN常h，所以红光光子数N红＞紫光光子数NI＞I举一反三流便被截止．当光的波长改变为原波长的1n后，已查明使电流截止的遏止电压必须增大到原值的倍．试计算原入射光的波长．【答案】hc(【解析】利用eUch－W0ceUchW0ceUh

W0c(1)eUch(n1)(1)hcW

1) 0

h hc(n)A时，电路中的电流达到最大值，称为饱和光电流）I0.56A．K如果电势差U不变，而照射光的强度增到原来的三倍，此时电子到达A极时最大动能是多 克常量h6.6310－34Js）【答案】6.0110－19IqneItKEkmh－WKAne

0.56 1.601019个3.50.56

1EkmhWhhhc 0AK间加电压UEk 1EkEkmeUhc eU 0代入数值得Ek6.0110－19JA极的最大动能不会变，即6.0110－19J举一反三 极 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 CKDK【答案（1）正（2）有光电生，通过放大器放大后，电磁继电器工作，把衔铁N吸附过B、有光电生，通过放大器放大后，电磁继电器工作，把衔铁N吸附过来BA错；当改D对．匀强磁场中做匀速圆周运动它们的轨道半径之比为R∶R乙3∶1，则下述说法中正确的（ 两种金属的逸出功之比为两种光电子的速度大小之比为两种金属的逸出功之比为两种光电子的动量大小之比为【答案】B、evBR得R Wh1mv22