1量子概念的誕生 2光電效應(yīng)與光的量子說學(xué)習(xí)目標(biāo)1.了解熱輻射及熱輻射的特性，了解黑體與黑體輻射，了解黑體輻射的實驗規(guī)律及黑體輻射電磁波強度隨波長的分布曲線(重點)2.了解普朗克提出的能量子的概念，了解量子論誕生的歷史意義.3.知道光電效應(yīng)中截止頻率的概念及其與光的電磁理論的矛盾(重點)4.知道光子說及其對光電效應(yīng)的解釋(重點)5.掌握愛因斯坦光電效應(yīng)方程并會用它來解決簡單問題(難點)一、量子概念的誕生1熱輻射我們周圍的一切物體都在以電磁波的形式向外輻射能量，而且輻射強度隨波長如何分布都與物體的溫度相關(guān)，所以物理上把這種輻射稱為熱輻射，物體熱輻射中隨溫度的升高，輻射的較短波長的電磁波的成分越來越強2黑體與黑體輻射(1)黑體：如果某物體能夠全部吸收外來電磁波而不發(fā)生反射，這種物體就稱為絕對黑體，簡稱黑體(2)黑體輻射的實驗規(guī)律一般材料的物體，輻射電磁波的情況，除與溫度有關(guān)外，還與材料的種類及表面狀況有關(guān)黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體的有關(guān)隨著溫度的升高，一方面，各種波長的輻射強度都有增加；另一方面，輻射強度的極大值向波長較短的方向移動(3)維恩和瑞利的理論解釋建立理論的基礎(chǔ)：依據(jù)經(jīng)典理論的知識尋求黑體輻射的理論解釋維恩公式：在短波區(qū)與實驗非常接近，在長波區(qū)則與實驗偏離很大瑞利公式：在長波區(qū)與實驗基本一致，但在短波區(qū)與實驗嚴(yán)重不符，由理論得出的荒謬結(jié)果被稱為“紫外災(zāi)難”3普朗克提出的能量子的概念(1)普朗克的假設(shè)振動的帶電諧振子具有的能量是不連續(xù)的，只能取一些分立的值，即Ennh(n1,2,3，)，即能量E只能取h的整數(shù)倍，最小的一份能量h稱為能量子，式中是諧振動的頻率，h是一個常數(shù)，稱為普朗克常量h6.626 068 76(52)×1034 J·s.(2)普朗克理論的意義利用能量子的假設(shè)，普朗克推導(dǎo)出了與實驗相符的公式(即普朗克公式)成功的解決了黑體輻射問題普朗克在1900年把能量子列入物理學(xué)，正確地破除了“能量連續(xù)變化”的傳統(tǒng)觀念，成為新物理學(xué)思想的基石之一二、光電效應(yīng)與光的量子說1光電效應(yīng)定義照射到金屬表面的光，能使金屬中的電子從表面逸出的現(xiàn)象2光電子光電效應(yīng)中發(fā)射出來的電子3光電效應(yīng)的實驗規(guī)律(1)對于給定的光電陰極材料，都存在一個發(fā)生光電效應(yīng)所需的入射光的最小頻率0，叫做光電效應(yīng)的截止頻率，亦稱為極限頻率只有超過截止頻率的光，才能引起光電效應(yīng)不同金屬材料的截止頻率不同(2)當(dāng)入射光的頻率高于截止頻率、光電流出現(xiàn)時，光電流的大小由光強決定，光強越大，光電流越大(3)從陰極發(fā)出的光電子的最大初動能與入射光的頻率成線性關(guān)系(4)只要光的頻率大于截止頻率，即使用極弱的入射光，光電子總能立刻(約109 s)發(fā)射出來4光子說光不僅在發(fā)射和吸收時能量是一份一份的，而且光本身就是由一個個不可分割的能量子組成的，頻率為的光的能量子為h，這些能量子稱為光子5光電效應(yīng)方程(1)對光電效應(yīng)的說明在光電效應(yīng)中，金屬中的電子吸收一個光子獲得的能量是h，其中一部分用來克服金屬的逸出功W，另一部分為光電子的初動能Ek.(2)光電效應(yīng)方程EkhW.1正誤判斷(正確的打“”，錯誤的打“×”)(1)能吸收各種電磁波而不反射電磁波的物體叫黑體()(2)溫度越高，黑體輻射電磁波的強度越大()(3)能量子的能量不是任意的，其大小與電磁波的頻率成正比()(4)任何頻率的光照射到金屬表面都可以發(fā)生光電效應(yīng)(×)(5)金屬表面是否發(fā)生光電效應(yīng)與入射光的強弱有關(guān)(×)(6)不同的金屬逸出功不同，因此金屬對應(yīng)的截止頻率也不同()(7)入射光若能使某金屬發(fā)生光電效應(yīng)，則入射光的強度越大，照射出的光電子越多()2(多選)下列敘述正確的是()A一切物體都在輻射電磁波B一般物體輻射電磁波的情況只與溫度有關(guān)C一般物體輻射電磁波的情況只與材料有關(guān)D黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體溫度有關(guān)AD根據(jù)熱輻射定義知A對；根據(jù)熱輻射和黑體輻射的特點知一般物體輻射電磁波的情況除與溫度有關(guān)外，還與材料種類和表面狀況有關(guān)，而黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體溫度有關(guān)，B、C錯、D對3如圖所示，用弧光燈照射鋅板，驗電器指針張開一個角度，則下列說法中正確的是()A用紫外線照射鋅板，驗電器指針會發(fā)生偏轉(zhuǎn)B用紅光照射鋅板，驗電器指針會發(fā)生偏轉(zhuǎn)C鋅板帶的是負(fù)電荷D驗電器指針帶的是負(fù)電荷A將擦得很亮的鋅板與驗電器連接，用弧光燈照射鋅板(弧光燈發(fā)出紫外線)，驗電器指針張開一個角度，說明鋅板帶了電，進(jìn)一步研究表明鋅板和驗電器指針帶正電這說明在紫外線的照射下，鋅板中有一部分自由電子從表面飛出，鋅板帶正電，選項A正確紅光不能使鋅板發(fā)生光電效應(yīng)對黑體和黑體輻射的理解1對黑體的理解絕對的黑體實際上是不存在的，但可以用某裝置近似地代替如圖所示，如果在一個空腔壁上開一個小孔，那么射入小孔的電磁波在空腔內(nèi)表面會發(fā)生多次反射和吸收，最終不能從空腔射出，這個小孔就成了一個絕對黑體2一般物體與黑體的比較熱輻射特點吸收、反射特點一般物體輻射電磁波的情況與溫度有關(guān)，與材料的種類及表面狀況有關(guān)既吸收又反射，其能力與材料的種類及入射波長等因素有關(guān)黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體的溫度有關(guān)完全吸收各種入射電磁波，不反射3.黑體輻射的實驗規(guī)律(1)溫度一定時，黑體輻射強度隨波長的分布有一個極大值(2)隨著溫度的升高各種波長的輻射強度都有增加；輻射強度的極大值向波長較短的方向移動如圖所示4普朗克的量子化假設(shè)的意義(1)普朗克的能量子假設(shè)，使人類對微觀世界的本質(zhì)有了全新的認(rèn)識，對現(xiàn)代物理學(xué)的發(fā)展產(chǎn)生了革命性的影響，成為物理學(xué)發(fā)展史上一個重大轉(zhuǎn)折點(2)普朗克常量h是自然界最基本的常量之一，它體現(xiàn)了微觀世界的基本特征【例1】(多選)黑體輻射的實驗規(guī)律如圖所示，由圖可知()A隨溫度升高，各種波長的輻射強度都增加B隨溫度降低，各種波長的輻射強度都增加C隨溫度升高，輻射強度的極大值向波長較短的方向移動D隨溫度降低，輻射強度的極大值向波長較長的方向移動ACD由圖可知，隨溫度升高，各種波長的輻射強度都增加，且輻射強度的極大值向波長較短的方向移動，當(dāng)溫度降低時，上述變化都將反過來，故A、C、D正確，B錯誤1(多選)下列關(guān)于黑體輻射的實驗規(guī)律敘述正確的是()A隨著溫度的升高，各種波長的輻射強度都有所增加B隨著溫度的升高，輻射強度的極大值向波長較短的方向移動C黑體熱輻射的強度與波長無關(guān)D黑體輻射無任何規(guī)律AB黑體輻射的規(guī)律為隨著溫度的升高各種波長的輻射強度都增加，同時輻射強度的極大值向波長較短的方向移動故A、B對正確理解光電效應(yīng)的相關(guān)知識1光子與光電子：光子指光在空間傳播時的每一份能量，光子不帶電；光電子是金屬表面受到光照射時發(fā)射出來的電子，其本質(zhì)是電子，光照射金屬是因，產(chǎn)生光電子是果2光電子的動能與光電子的最大初動能：光照射到金屬表面時，光子的能量全部被電子吸收，電子吸收了光子的能量，可能向各個方向運動，需克服原子核和其他原子的阻礙而損失一部分能量，剩余部分為光電子的初動能；只有金屬表面的電子直接向外飛出時，只需克服原子核的引力做功，才具有最大初動能光電子的初動能小于或等于光電子的最大初動能3光子的能量與入射光的強度：光子的能量即每個光子的能量，其值為h(為光子的頻率)，其大小由光的頻率決定入射光的強度指單位時間內(nèi)照射到金屬表面單位面積上的總能量，入射光的強度等于單位時間內(nèi)光子能量h與入射光子數(shù)n的乘積即光強等于nh.4光電流和飽和光電流：金屬板飛出的光電子到達(dá)陽極，回路中便產(chǎn)生光電流，隨著所加正向電壓的增大，光電流趨于一個飽和值，這個飽和值是飽和光電流，在一定的光照條件下，飽和光電流與所加電壓大小無關(guān)5光的強度與飽和光電流：飽和光電流與入射光強度成正比的規(guī)律是對頻率相同的光照射金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)而言的對于不同頻率的光，由于每個光子的能量不同，飽和光電流與入射光強度之間沒有簡單的正比關(guān)系【例2】(多選)一束綠光照射某金屬發(fā)生了光電效應(yīng)，則下列說法正確的是()A若增加綠光的照射強度，則逸出的光電子數(shù)增加B若增加綠光的照射強度，則逸出的光電子最大初動能增加C若改用紫光照射，則可能不會發(fā)生光電效應(yīng)D若改用紫光照射，則逸出的光電子的最大初動能增加AD光電效應(yīng)的規(guī)律表明：入射光的頻率決定著是否發(fā)生光電效應(yīng)以及發(fā)生光電效應(yīng)時產(chǎn)生的光電子的最大初動能的大小，當(dāng)入射光頻率增加后，產(chǎn)生的光電子最大初動能也增加，而照射光的強度增加，會使單位時間內(nèi)逸出的光電子數(shù)增加，又知紫光頻率高于綠光，故選項正確的有A、D.入射光的頻率決定著是否發(fā)生光電效應(yīng)以及發(fā)生光電效應(yīng)時產(chǎn)生的光電子的最大初動能的大小，能否發(fā)生光電效應(yīng)與入射光的強弱無關(guān)2(多選)利用光電管研究光電效應(yīng)實驗如圖所示，用頻率為的可見光照射陰極K，電流表中有電流通過，則()A用紫外線照射，電流表不一定有電流通過B用紅外線照射，電流表一定無電流通過C用頻率為的可見光照射陰極K，當(dāng)滑動變阻器的滑片移到最右端時，電流表一定無電流通過D用頻率為的可見光照射陰極K，當(dāng)滑動變阻器的滑片向左端移動時，電流表示數(shù)可能不變D因紫外線的頻率比可見光的頻率高，所以用紫外線照射，電流表一定有電流通過，選項A錯誤；因不知陰極K的極限頻率，所以用紅外線照射，可能發(fā)生光電效應(yīng)，電流表可能有電流通過，選項B錯誤；由于發(fā)生了光電效應(yīng)，即使A、K間的電壓UAK0，電流表中也有電流通過，所以選項C錯誤；當(dāng)滑動變阻器的滑片向左端移動時，陽極吸收光電子的能力增強，光電流會增大，當(dāng)所有光電子都到達(dá)陽極時，電流達(dá)到最大，即飽和電流，若在移動前，電流已經(jīng)達(dá)到飽和電流，那么再增大UAK，光電流也不會增大，所以選項D正確愛因斯坦光電效應(yīng)方程的理解及應(yīng)用1光電效應(yīng)方程EkhW0的四點理解(1)式中的Ek是光電子的最大初動能，就某個光電子而言，其離開金屬時剩余動能大小可以是0Ek范圍內(nèi)的任何數(shù)值(2)光電效應(yīng)方程實質(zhì)上是能量守恒方程能量為h的光子被電子吸收，電子把這些能量的一部分用來克服金屬表面對它的吸引，另一部分就是電子離開金屬表面時的動能如果克服吸引力做功最少為W0，則電子離開金屬表面時動能最大為Ek，根據(jù)能量守恒定律可知：EkhW0.(3)光電效應(yīng)方程包含了產(chǎn)生光電效應(yīng)的條件若發(fā)生光電效應(yīng)，則光電子的最大初動能必須大于零，即EkhW00，亦即hW0，c，而c恰好是光電效應(yīng)的截止頻率(4)Ek­曲線如圖所示是光電子最大初動能Ek隨入射光頻率的變化曲線這里，橫軸上的截距是截止頻率或極限頻率；縱軸上的截距是逸出功的負(fù)值；斜率為普朗克常量2光電效應(yīng)的研究思路(1)兩條線索：(2)兩條對應(yīng)關(guān)系：(3)三點提醒：能否發(fā)生光電效應(yīng)，不取決于光的強度而取決于光的頻率光電效應(yīng)中的“光”不是特指可見光，也包括不可見光. 逸出功的大小由金屬本身決定，與入射光無關(guān)【例3】如圖所示，一光電管的陰極用極限波長0500 nm的鈉制成，用波長300 nm的紫外線照射陰極，光電管陽極A和陰極K之間的電勢差U2.1 V，飽和光電流的值I0.56 A.(1)求每秒內(nèi)由K極發(fā)射的光電子數(shù)；(2)求光電子到達(dá)A極時的最大動能；(3)如果電勢差U不變，而照射光的強度增加到原值的三倍，此時光電子到達(dá)A極時最大動能是多大？(普朗克常量h6.63×1034 J·s)思路點撥(1)光電管陰極的逸出功W與極限波長0的關(guān)系為W.(2)每秒內(nèi)由K極發(fā)射的電子全部參與導(dǎo)電時對應(yīng)飽和光電流(3)光電子的最大初動能大小與入射光的強度大小無關(guān)解析(1)每秒內(nèi)由K極發(fā)射的光電子數(shù)n個3.5×1012個(2)由光電效應(yīng)方程可知Ek0hW0hhhc在A、K間加電壓U時，光電子到達(dá)陽極時的動能EkEk0eUhceU代入數(shù)值，得Ek6.012×1019 J.(3)根據(jù)光電效應(yīng)規(guī)律，光電子的最大初動能與入射光的強度無關(guān)，如果電勢差U不變，則光電子到達(dá)A極的最大動能不變，Ek6.012×1019 J.答案(1)3.5×1012個(2)6.012×1019 J(3)6.012×1019 J3用不同頻率的紫外線分別照射鎢和鋅的表面而產(chǎn)生光電效應(yīng)，可得到光電子最大初動能Ek隨入射光頻率的變化而變化的Ek­圖像，如圖所示已知鎢的逸出功是3.28 eV，鋅的逸出功是3.34 eV，若將兩者的圖像分別用實線與虛線畫在同一個Ek­圖上，則下圖中正確的是()ABCDA根據(jù)光電效應(yīng)方程EkhW可知，Ek­圖像的斜率為普朗克常量h，因此題圖中兩線應(yīng)平行，故C、D錯；圖線與橫軸的交點表示恰能發(fā)生光電效應(yīng)(光電子動能為零)時的入射光頻率，即截止頻率，由光電效應(yīng)方程可知，逸出功越大的金屬對應(yīng)的入射光的頻率越高，所以能使金屬鋅發(fā)生光電效應(yīng)的截止頻率較高，所以A對，B錯課 堂 小 結(jié)知 識 網(wǎng) 絡(luò)1熱輻射黑體和黑體輻射的概念2黑體輻射的實驗規(guī)律3能量量子假說4光電效應(yīng)現(xiàn)象及實驗規(guī)律5光電效應(yīng)方程的應(yīng)用.1(多選)對黑體的認(rèn)識，下列說法正確的是()A黑體只吸收電磁波，不輻射電磁波B黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與溫度有關(guān)，與材料的種類及其表面狀況無關(guān)C如果在一個空腔壁上開一個很小的孔，射入小孔的電磁波在空腔內(nèi)表面經(jīng)多次反射和吸收，最終不能從小孔射出，這個空腔就成了一個黑體D黑體是一種理想化模型，實際物體沒有絕對黑體BD黑體不僅吸收電磁波，而且也向外輻射電磁波，A錯誤；黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體的溫度有關(guān)，與材料的種類及其表面狀況無關(guān)，B正確；小孔只吸收電磁波，不反射電磁波，因此小孔成了一個黑體，而空腔不是黑體，C錯誤；任何物體都會反射電磁波，只吸收不反射電磁波的物體實際是不存在的，故黑體是一種理想化的模型，D正確2某激光器能發(fā)射波長為的激光，發(fā)射功率為P，c表示光速，h為普朗克常量，則激光器每秒發(fā)射的光量子數(shù)為()A B CDPhcA每個光量子的能量h，每秒鐘發(fā)射的總能量為P，則n.3入射光照射到某金屬表面上發(fā)生光電效應(yīng)，若入射光的強度減小，而頻率保持不變，那么()A從光照到金屬表面上到發(fā)射出光電子之間的時間間隔將明顯增加B逸出的光電子的最大初動能將減小C單位時間內(nèi)從金屬表面逸出的光電子數(shù)將減少D有可能不發(fā)生光電效應(yīng)C發(fā)生光電效應(yīng)幾乎是瞬間的，所以A錯誤；入射光的頻率不變，則逸出的光電子的最大初動能也就不變，B錯誤；入射光強度減弱，說明單位時間內(nèi)入射光子數(shù)減少，則單位時間內(nèi)從金屬表面逸出的光電子數(shù)也減少，C正確；入射光照射到某金屬上發(fā)生光電效應(yīng)，說明入射光頻率大于這種金屬的極限頻率，即使入射光的強度減小，也一定能發(fā)生光電效應(yīng)，D錯誤4小明用金屬銣為陰極的光電管，觀測光電效應(yīng)現(xiàn)象，實驗裝置示意如圖甲所示已知普朗克常量h6.63×1034 J·s.(1)圖甲中電極A為光電管的_(選填“陰極”或“陽極”)；(2)實驗中測得銣的遏止電壓Uc與入射光頻率之間的關(guān)系如圖乙所示，則銣的截止頻率c_Hz，逸出功W0_J；(3)如果實驗中入射光的頻率7.00×1014Hz，則產(chǎn)生的光電子的最大初動能Ek_J.解析(1)在光電效應(yīng)中，電子向A極運動，故電極A為光電管的陽極(2)由題圖可知，銣的截止頻率c為5.15×1014 Hz，逸出功W0hc6.63×1034×5.15×1014 J3.41×1019 J.(3)當(dāng)入射光的頻率為7.00×1014Hz時，由Ekhhc得，光電子的最大初動能為Ek6.63×1034×(7.005.15)×1014 J1.23×1019 J.答案(1)陽極(2)5.15×1014(5.125.18)×1014均視為正確3.41×1019(3.393.43)×1019均視為正確(3)1.23×1019(1.211.25)×1019均視為正確- 11 -