学年高中物理第4章1量子概念的诞生2光电效应与光的量子说学案教科版Word文件下载.docx

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10－34J·

s.

（2）普朗克理论的意义

①利用能量子的假设，普朗克推导出了与实验相符的公式（即普朗克公式）成功的解决了黑体辐射问题．

②普朗克在1900年把能量子列入物理学，正确地破除了“能量连续变化”的传统观念，成为新物理学思想的基石之一．

二、光电效应与光的量子说

1．光电效应定义

照射到金属表面的光，能使金属中的电子从表面逸出的现象．

2．光电子

光电效应中发射出来的电子．

3．光电效应的实验规律

（1）对于给定的光电阴极材料，都存在一个发生光电效应所需的入射光的最小频率ν0，叫做光电效应的截止频率，亦称为极限频率．只有超过截止频率的光，才能引起光电效应．不同金属材料的截止频率不同．

（2）当入射光的频率高于截止频率、光电流出现时，光电流的大小由光强决定，光强越大，光电流越大．

（3）从阴极发出的光电子的最大初动能与入射光的频率成线性关系．

（4）只要光的频率大于截止频率，即使用极弱的入射光，光电子总能立刻（约10－9s）发射出来．

4．光子说

光不仅在发射和吸收时能量是一份一份的，而且光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，频率为ν的光的能量子为hν，这些能量子称为光子．

5．光电效应方程

（1）对光电效应的说明

在光电效应中，金属中的电子吸收一个光子获得的能量是hν，其中一部分用来克服金属的逸出功W，另一部分为光电子的初动能Ek.

（2）光电效应方程

Ek＝hν－W.

1．正误判断（正确的打“√”，错误的打“×

”）

（1）能吸收各种电磁波而不反射电磁波的物体叫黑体．（√）

（2）温度越高，黑体辐射电磁波的强度越大．（√）

（3）能量子的能量不是任意的，其大小与电磁波的频率成正比．（√）

（4）任何频率的光照射到金属表面都可以发生光电效应．（×

）

（5）金属表面是否发生光电效应与入射光的强弱有关．（×

（6）不同的金属逸出功不同，因此金属对应的截止频率也不同．（√）

（7）入射光若能使某金属发生光电效应，则入射光的强度越大，照射出的光电子越多．（√）

2．（多选）下列叙述正确的是（　　）

A．一切物体都在辐射电磁波

B．一般物体辐射电磁波的情况只与温度有关

C．一般物体辐射电磁波的情况只与材料有关

D．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关

AD　[根据热辐射定义知A对；

根据热辐射和黑体辐射的特点知一般物体辐射电磁波的情况除与温度有关外，还与材料种类和表面状况有关，而黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关，B、C错、D对．]

3．如图所示，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．验电器指针带的是负电荷

A　[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和验电器指针带正电．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，锌板带正电，选项A正确．红光不能使锌板发生光电效应．]

对黑体和黑体辐射的理解

1．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

热辐射特点

吸收、反射特点

一般

物体

辐射电磁波的情况与温度有关，与材料的种类及表面状况有关

既吸收又反射，其能力与材料的种类及入射波长等因素有关

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

完全吸收各种入射电磁波，不反射

3.黑体辐射的实验规律

（1）温度一定时，黑体辐射强度随波长的分布有一个极大值．

（2）随着温度的升高

①各种波长的辐射强度都有增加；

②辐射强度的极大值向波长较短的方向移动．如图所示．

4．普朗克的量子化假设的意义

（1）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，成为物理学发展史上一个重大转折点．

（2）普朗克常量h是自然界最基本的常量之一，它体现了微观世界的基本特征．

【例1】　（多选）黑体辐射的实验规律如图所示，由图可知（　　）

A．随温度升高，各种波长的辐射强度都增加

B．随温度降低，各种波长的辐射强度都增加

C．随温度升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动

D．随温度降低，辐射强度的极大值向波长较长的方向移动

ACD　[由图可知，随温度升高，各种波长的辐射强度都增加，且辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，当温度降低时，上述变化都将反过来，故A、C、D正确，B错误．]

1．（多选）下列关于黑体辐射的实验规律叙述正确的是（　　）

A．随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有所增加

B．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

C．黑体热辐射的强度与波长无关

D．黑体辐射无任何规律

AB　[黑体辐射的规律为随着温度的升高各种波长的辐射强度都增加，同时辐射强度的极大值向波长较短的方向移动．故A、B对．]

正确理解光电效应的相关知识

1．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，光照射金属是因，产生光电子是果．

2．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，光子的能量全部被电子吸收，电子吸收了光子的能量，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或等于光电子的最大初动能．

3．光子的能量与入射光的强度：

光子的能量即每个光子的能量，其值为ε＝hν（ν为光子的频率），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位时间内光子能量hν与入射光子数n的乘积．即光强等于nhν.

4．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，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，在一定的光照条件下，饱和光电流与所加电压大小无关．

5．光的强度与饱和光电流：

饱和光电流与入射光强度成正比的规律是对频率相同的光照射金属产生光电效应而言的．对于不同频率的光，由于每个光子的能量不同，饱和光电流与入射光强度之间没有简单的正比关系．

【例2】　（多选）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（　　）

A．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，则逸出的光电子的最大初动能增加

AD　[光电效应的规律表明：

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，又知紫光频率高于绿光，故选项正确的有A、D.]

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的大小，能否发生光电效应与入射光的强弱无关．

2．（多选）利用光电管研究光电效应实验如图所示，用频率为ν的可见光照射阴极K，电流表中有电流通过，则（　　）

A．用紫外线照射，电流表不一定有电流通过

B．用红外线照射，电流表一定无电流通过

C．用频率为ν的可见光照射阴极K，当滑动变阻器的滑片移到最右端时，电流表一定无电流通过

D．用频率为ν的可见光照射阴极K，当滑动变阻器的滑片向左端移动时，电流表示数可能不变

D　[因紫外线的频率比可见光的频率高，所以用紫外线照射，电流表一定有电流通过，选项A错误；

因不知阴极K的极限频率，所以用红外线照射，可能发生光电效应，电流表可能有电流通过，选项B错误；

由于发生了光电效应，即使A、K间的电压UAK＝0，电流表中也有电流通过，所以选项C错误；

当滑动变阻器的滑片向左端移动时，阳极吸收光电子的能力增强，光电流会增大，当所有光电子都到达阳极时，电流达到最大，即饱和电流，若在移动前，电流已经达到饱和电流，那么再增大UAK，光电流也不会增大，所以选项D正确．]

爱因斯坦光电效应方程的理解及应用

1．光电效应方程Ek＝hν－W0的四点理解

（1）式中的Ek是光电子的最大初动能，就某个光电子而言，其离开金属时剩余动能大小可以是0～Ek范围内的任何数值．

（2）光电效应方程实质上是能量守恒方程．

①能量为ε＝hν的光子被电子吸收，电子把这些能量的一部分用来克服金属表面对它的吸引，另一部分就是电子离开金属表面时的动能．

②如果克服吸引力做功最少为W0，则电子离开金属表面时动能最大为Ek，根据能量守恒定律可知：

Ek＝hν－W0.

（3）光电效应方程包含了产生光电效应的条件．

若发生光电效应，则光电子的最大初动能必须大于零，即Ek＝hν－W0＞0，亦即hν＞W0，ν＞

＝νc，而νc＝

恰好是光电效应的截止频率．

（4）Ekν曲线．如图所示是光电子最大初动能Ek随入射光频率ν的变化曲线．这里，横轴上的截距是截止频率或极限频率；

纵轴上的截距是逸出功的负值；

斜率为普朗克常量．

2．光电效应的研究思路

（1）两条线索：

（2）两条对应关系：

→

（3）三点提醒：

①能否发生光电效应，不取决于光的强度而取决于光的频率．

②光电效应中的“光”不是特指可见光，也包括不可见光.

③逸出功的大小由金属本身决定，与入射光无关．

【例3】　如图所示，一光电管的阴极用极限波长λ0＝500nm的钠制成，用波长λ＝300nm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，饱和光电流的值I＝0.56μA.

（1）求每秒内由K极发射的光电子数；

（2）求光电子到达A极时的最大动能；

（3）如果电势差U不变，而照射光的强度增加到原值的三

倍，此时光电子到达A极时最大动能是多大？

（普朗克常量h＝6.63×

s）

[思路点拨]　

（1）光电管阴极的逸出功W与极限波长λ0的关系为W＝

.

（2）每秒内由K极发射的电子全部参与导电时对应饱和光电流．

（3）光电子的最大初动能大小与入射光的强度大小无关．

[解析]　

（1）每秒内由K极发射的光电子数

n＝

＝

个＝3.5×

1012个．

（2）由光电效应方程可知

Ek0＝hν－W0＝h

－h

＝hc

在A、K间加电压U时，光电子到达阳极时的动能

Ek＝Ek0＋eU＝hc

＋eU

代入数值，得Ek＝6.012×

10－19J.

（3）根据光电效应规律，光电子的最大初动能与入射光的强度无关，如果电势差U不变，则光电子到达A极的最大动能不变，Ek＝6.012×

[答案]　

（1）3.5×

1012个　

（2）6.012×

10－19J

（3）6.012×

3．用不同频率的紫外线分别照射钨和锌的表面而产生光电效应，可得到光电子最大初动能Ek随入射光频率ν的变化而变化的Ekν图像，如图所示．已知钨的逸出功是3.28eV，锌的逸出功是3.34eV，若将两者的图像分别用实线与虚线画在同一个Ekν图上，则下图中正确的是（　　）

A　　　　B　　　　C　　　　D

A　[根据光电效应方程Ek＝hν－W可知，Ekν图像的斜率为普朗克常量h，因此题图中两线应平行，故C、D错；

图线与横轴的交点表示恰能发生光电效应（光电子动能为零）时的入射光频率，即截止频率，由光电效应方程可知，逸出功越大的金属对应的入射光的频率越高，所以能使金属锌发生光电效应的截止频率较高，所以A对，B错．]

课堂小结

知识网络

1．热辐射黑体和黑体辐射的概念．

2．黑体辐射的实验规律．

3．能量量子假说．

4．光电效应现象及实验规律．

5．光电效应方程的应用.

1．（多选）对黑体的认识，下列说法正确的是（　　）

A．黑体只吸收电磁波，不辐射电磁波

B．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温度有关，与材料的种类及其表面状况无关

C．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，最终不能从小孔射出，这个空腔就成了一个黑体

D．黑体是一种理想化模型，实际物体没有绝对黑体

BD　[黑体不仅吸收电磁波，而且也向外辐射电磁波，A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，与材料的种类及其表面状况无关，B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，而空腔不是黑体，C错误；

任何物体都会反射电磁波，只吸收不反射电磁波的物体实际是不存在的，故黑体是一种理想化的模型，D正确．]

2．某激光器能发射波长为λ的激光，发射功率为P，c表示光速，h为普朗克常量，则激光器每秒发射的光量子数为（　　）

A．

　B．

C．

D．λPhc

A　[每个光量子的能量ε＝hν＝

，每秒钟发射的总能量为P，则n＝

.]

3．入射光照射到某金属表面上发生光电效应，若入射光的强度减小，而频率保持不变，那么（　　）

A．从光照到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将减少

D．有可能不发生光电效应

C　[发生光电效应几乎是瞬间的，所以A错误；

入射光的频率不变，则逸出的光电子的最大初动能也就不变，B错误；

入射光强度减弱，说明单位时间内入射光子数减少，则单位时间内从金属表面逸出的光电子数也减少，C正确；

入射光照射到某金属上发生光电效应，说明入射光频率大于这种金属的极限频率，即使入射光的强度减小，也一定能发生光电效应，D错误．]

4．小明用金属铷为阴极的光电管，观测光电效应现象，实验装置示意如图甲所示．已知普朗克常量h＝6.63×

（1）图甲中电极A为光电管的________（选填“阴极”或“阳极”）；

（2）实验中测得铷的遏止电压Uc与入射光频率ν之间的关系如图乙所示，则铷的截止频率νc＝____________Hz，逸出功W0＝____________J；

（3）如果实验中入射光的频率ν＝7.00×

1014Hz，则产生的光电子的最大初动能Ek＝______________J.

[解析]　

（1）在光电效应中，电子向A极运动，故电极A为光电管的阳极．

（2）由题图可知，铷的截止频率νc为5.15×

1014Hz，逸出功W0＝hνc＝6.63×

10－34×

5.15×

1014J≈3.41×

（3）当入射光的频率为ν＝7.00×

1014Hz时，由Ek＝hν－hνc得，光电子的最大初动能为Ek＝6.63×

（7.00－5.15）×

1014J≈1.23×

[答案]　

（1）阳极　

（2）5.15×

1014[（5.12～5.18）×

1014均视为正确]　3.41×

10－19[（3.39～3.43）×

10－19均视为正确]　（3）1.23×

10－19[（1.21～1.25）×

10－19均视为正确]