高中物理第四章波粒二象性4.1量子概念的诞生4.2光电效应与光的量子说省公开课一等奖新名师获奖

第四章波粒二象性1量子概念诞生

2光电效应与光量子说

1/59一、黑体与黑体辐射1.热辐射:我们周围一切物体都在以_______形式向外辐射能量,而且辐射强度随波长怎样分布都与物体_____相关。2.黑体:能够_____吸收外来电磁波而不发生反射物体。电磁波温度全部2/593.普通材料物体辐射规律:辐射电磁波情况除与_____相关外,还与材料种类及表面情况相关。4.黑体辐射:加热腔体,黑体表面就向外辐射_______现象。温度电磁波3/59【判一判】(1)只有高温物体才向外辐射能量。(

)(2)一切物体总是不停地向外辐射能量。(

)(3)黑体就是指黑颜色物体。(

)4/59提醒:(1)、(2)一切物体都在以电磁波形式向外辐射能量,并不只有高温物体才向外辐射能量,(1)错误,(2)正确。(3)黑体并不是指黑色物体,而是指能够完全吸收入射各种波长电磁波而不发生反射物体,(3)错误。5/59二、能量子1.定义:普朗克认为,带电微粒能量只能是某一最小能量值ε_______,这个不可再分最小能量值ε叫作_______。2.能量子大小:ε=hν,其中ν是谐振动频率,h称为_______常数。h=6.626×10-34J·s(普通取h=6.63×10-34J·s)。整数倍能量子普朗克6/593.能量量子化:在微观世界中能量是_______,或者说微观粒子能量是_____。量子化分立7/59三、光电效应1.光电效应:当光照射在金属表面上时,金属中_____会因吸收光能量而逸出金属表面现象。2.光电子:光电效应中发射出来_____。电子电子8/593.光电效应试验规律:(1)入射光光强和光电流关系:光电流出现时,入射光越强,单位时间内发射光电子数_____,光电流越大。(2)_____频率:光电子最大初动能与入射光频率有关,而与入射光强弱无关,当入射光频率低于截止频率时不能发生光电效应。(3)光电效应含有_______:光电效应几乎是瞬时发生,从光照射到产生光电流时间不超出10-9s。越多截止瞬时性9/59【想一想】光电效应中发射出光电子与普通原子中电子有区分吗?提醒:光电子是在光电效应现象中,从金属表面发射出来电子,与普通原子中电子没有本质区分。10/59四、爱因斯坦光电效应方程1.光子说:光不但在发射和吸收时能量是一份一份,而且光本身就是由一个个不可分割能量子组成,这些能量子被称为_____,频率为ν光能量子为hν。光子11/592.爱因斯坦光电效应方程:(1)表示式:_____________。(2)物理意义:金属中电子吸收一个光子取得能量是hν,这些能量一部分用于克服金属________,剩下表现为逸出后光电子动能mv2。逸出功W12/59【判一判】(1)光子就是光电子简称。(

)(2)不一样频率光,其光子能量是不一样。(

)(3)同一频率光照射同一个金属,逸出光电子初动能相同。(

)13/59提醒:(1)光子是能量子,而光电子是电子,它们是不一样,(1)错误。(2)由ε=hν可知,不一样频率光,ν不一样,其光子能量不一样,(2)正确。(3)同一频率光,照射同一个金属时,入射光子能量相同,离表面越深电子吸收光子后,克服金属内部引力做功越多,其逸出金属时初动能越小,(3)错误。14/59知识点一、正确了解光电效应中四组概念思索探究:15/59如图所表示为研究光电效应规律电路图,请思索以下问题:(1)图中a和b分别为何粒子?(2)变阻器滑动头向右移动时,电流表G示数怎样改变?(3)当a强度增加时,b粒子数目和电流表示数怎样改变?16/59【归纳总结】1.光子与光电子:光子指光在空间传输时每一份能量,光子不带电,光电子是金属表面受到光照射时发射出来电子,其本质是电子,光子是光电效应因,光电子是果。17/592.光电子动能与光电子最大初动能:光照射到金属表面时,光子能量全部被电子吸收,电子吸收了光子能量,可能向各个方向运动,需克服原子核和其它原子妨碍而损失一部分能量,剩下部分为光电子初动能;只有金属表面电子直接向外飞出时,只需克服原子核引力做功,才含有最大初动能。光电子初动能小于或等于光电子最大初动能。18/593.光子能量与入射光强度:光子能量即每个光子能量,其值为ε=hν(ν为光子频率),其大小由光频率决定。入射光强度指单位时间内照射到金属表面单位面积上总能量,入射光强度等于单位时间内光子能量与入射光子数乘积。19/594.光强度与饱和光电流:饱和光电流与入射光强度成正比规律是对频率相同光照射金属产生光电效应而言,对于不一样频率光,因为每个光子能量不一样,饱和光电流与入射光强度之间没有简单正比关系。20/59【尤其提醒】(1)光电效应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强度相关,要明确不一样频率光、不一样金属与光电流对应关系。21/59【典例探究】【典例】用如图所表示光电管研究光电效应试验中,用某种频率单色光a照射光电管阴极K,电流计G指针发生偏转。而用另一频率单色光b照射光电管阴极K时,电流计G指针不发生偏转,那么(

)22/59A.a光波长一定大于b光波长B.增加b光强度可能使电流计G指针发生偏转C.用a光照射光电管阴极K时经过电流计G电流是由d到cD.只增加a光强度可使经过电流计G电流增大23/59【思绪点拨】解答这类问题时应掌握以下两点:(1)发生光电效应时,入射光波长必小于极限波长。(2)电流表G示数大小与入射光强度关系。24/59【正确解答】选D。因单色光b照射光电管阴极K时,没有发生光电效应,故有νa>νb,由ν=可知,λa<λb,A错误;因电子运动方向由K极到A极,故经过G电流方向为由c到d,C错误;只增加a光强度,从K极发出电子数增加,故经过电流表G电流增大,D正确;电流表G指针是否偏转与b光强度大小无关,B错误。25/59【过关训练】1.(多项选择)(·全国卷Ⅰ)现用某一光电管进行光电效应试验,当用某一频率光入射时,有光电流产生。以下说法正确是(

)A.保持入射光频率不变,入射光光强变大,饱和光电流变大B.入射光频率变高,饱和光电流变大26/59C.入射光频率变高,光电子最大初动能变大D.保持入射光光强不变,不停减小入射光频率,一直有光电流产生E.遏止电压大小与入射光频率相关,与入射光光强无关27/59【解析】选A、C、E。保持入射光频率不变,入射光光强变大,单位时间内光电子变多,饱和光电流变大,A对;据爱因斯坦光电效应方程

=hν-W0可知,入射光频率变高,光电子最大初动能变大,饱和光电流不变,B错、C对;当hν<W0时没有光电流产生,D错;由

=eU遏可知遏止电压大小与入射光频率有关,与入射光光强无关,E对。故选A、C、E。28/592.(多项选择)一束绿光照射某金属时,发生了光电效应,则以下说法正确是(

)A.若增加绿光照射强度,则逸出光电子数增加B.若增加绿光照射强度,则逸出光电子最大初动能增加C.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,则逸出光电子最大初动能增加29/59【解析】选A、D。光电效应规律表明:入射光频率决定是否发生光电效应以及发生光电效应时逸出光电子最大初动能。当入射光频率增加后,逸出光电子最大初动能也增加,又因为紫光频率高于绿光频率,而增加光照射强度,会使单位时间内逸出光电子数增加。故正确选项为A、D。30/59知识点二、全方面了解光电效应方程及其规律思索探究:爱因斯坦为了解释光电效应规律,提出了光子说,建立了光电效应方程:hν=mv2+W。(1)其中hν,mv2,W各含有什么含义?(2)怎样由公式了解光电效应产生条件?31/59【归纳总结】1.光电效应方程hν=mv2+W了解:(1)式中mv2是光电子最大初动能Ekm,就某个光电子而言,其离开金属时剩下动能大小能够是0～Ekm范围内任何数值。32/59(2)光电效应方程实质上是能量守恒方程。能量为E=hν光子被电子所吸收,电子把这些能量一部分用来克服金属表面对它吸引力,另一部分转化为电子离开金属表面时动能。假如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Ek,依据能量守恒定律可知:Ek=hν-W。33/59(3)光电效应方程包含了产生光电效应条件。若发生光电效应,则光电子最大初动能必须大于零,即Ek=hν-W>0,亦即hν>W,ν>=ν0,而ν0=恰好是光电效应截止频率。34/59(4)Ekm-ν曲线。如图所表示是光电子最大初动能Ekm随入射光频率ν改变曲线。这里,横轴上截距是截止频率或极限频率;纵轴上截距是逸出功负值;斜率为普朗克常数。35/592.光子说对光电效应解释:(1)饱和光电流与光强关系:光越强,包含光子数越多,照射金属时产生光电子越多,因而饱和光电流越大。所以,入射光频率一定时,饱和光电流与光强成正比。36/59(2)存在截止频率和遏止电压:爱因斯坦光电效应方程表明光电子初动能与入射光频率成线性关系,与光强无关,所以遏止电压由入射光频率决定,与光强无关。光电效应方程同时表明,只有hν>W时,才有光电子逸出,ν0=就是光电效应截止频率。37/59(3)光电效应含有瞬时性:电子一次性吸收光子全部能量,不需要积累能量时间,所以光电效应几乎是瞬时发生。38/59【尤其提醒】(1)逸出功和截止频率均由金属本身决定,与其它原因无关。(2)光电子最大初动能随入射光频率增大而增大,但不是正比关系。39/59【典例探究】【典例】在光电效应试验中,某金属截止频率对应波长为λ0,该金属逸出功为______。若用波长为λ(λ<λ0)单色光做试验,则其遏止电压为______。已知电子电荷量、真空中光速和普朗克常数分别为e、c和h。40/59【思绪点拨】解答本题时可按以下思绪分析:先由爱因斯坦光电效应方程计算出逸出功,再由遏止电压与光电子最大初动能关系及光电效应方程,可求出遏止电压。41/59【正确解答】因为W=hν0=,eU=Ek,且Ek=hν-W,ν=,所以U=答案:

42/59【总结提升】利用光电效应方程解答问题技巧应用光电效应方程讨论问题时应把握:(1)极限频率为ν0光照射金属对应逸出电子最大初动能为零,逸出功W=hν0。(2)某种金属逸出功是一定值,随入射光频率增大,光电子最大初动能增大。43/59【过关训练】1.(多项选择)产生光电效应时,关于逸出光电子最大初动能Ek,以下说法正确是(

)A.对于同种金属,Ek与照射光强度无关B.对于同种金属,Ek与照射光波长成反比C.对于同种金属,Ek与光照射时间成正比D.对于同种金属,Ek与照射光频率成线性关系44/59E.对于不一样种金属,若照射光频率不变,Ek与金属逸出功成线性关系45/59【解析】选A、D、E。由爱因斯坦光电效应方程Ek=hν-W0可知,Ek与照射光强度无关,选项A正确;Ek与照射光频率ν成线性关系,与波长不是成反比关系,选项B错误、D正确;因为电子是一次性吸收光子全部能量,Ek与光照射时间无关,选项C错误;对于不一样金属,若照射光频率不变,由光电效应方程可知,Ek与金属逸出功成线性关系,选项E正确。46/592.(·全国卷Ⅰ)在某次光电效应试验中,得到遏止电压Uc与入射光频率ν关系如图所表示,若该直线斜率和截距分别为k和b,电子电荷量绝对值为e,则普朗克常量可表示为__________,所用材料逸出功可表示为__________。47/59【解析】由题意可得eUc==hν-W,变形为Uc=,结合图象可知=k,=-b,所以h=ek,W=-eb。答案:ek

-eb48/59【温馨提醒】利用爱因斯坦光子说及光电效应方程解释光电效应现象试验规律是本部分知识常考内容。49/59【拓展例题】考查内容:了解光电效应(多项选择)1905年是爱因斯坦“奇迹”之年,这一年他先后发表了三篇含有划时代意义论文,其中关于光量子理论成功地解释了光电效应现象。关于光电效应,以下说法正确是(

)50/59A.当入射光频率低于极限频率时,不能发生光电效应B.光电子最大初动能与入射光频率成正比C.光电子最大初动能与入射光强度成正比D.某单色光照射一金属时不发生光电效应,改用波长较短光照射该金属可能发生光电效应51/59【思绪点拨】解答本题应明确以下两点:(1)发生光电效应条件。(2)决定光电子最大初动能原因。52/59【正确解答】选A、D。依据光电效应现象试验规律,只有入射光频率大于极限频率才能发生光电效应,故A、D正确;依据光电效应方程,最大初动能与入射光频率为线性关系,但非正比关系,B错;依据光电效应现象试验规律,光电子最大初动能与入射光强度无关,C错。53/59玻尔理论与光电效应规律综合1.依据玻尔理论能够确定大量氢原子能级跃迁时发出不一样频率光条数及光子能量