歡迎進入物理課堂 第1節(jié)量子概念的誕生第2節(jié)光電效應(yīng)與光的量子說 核心要點突破 課堂互動講練 知能優(yōu)化訓(xùn)練 第2節(jié) 課前自主學(xué)案 課標(biāo)定位 1 理解熱輻射 知道一切物體都在向外輻射能量 2 了解黑體和黑體輻射的實驗規(guī)律 知道普朗克提出的能量子的假說 3 理解光電效應(yīng)的實驗規(guī)律和愛因斯坦的光子說及其對光電效應(yīng)的解釋 了解光電效應(yīng)方程 并會用來解決簡單問題 課標(biāo)定位 課前自主學(xué)案 一 熱輻射問題 黑體與黑體輻射1 熱輻射 周圍的一切物體都在輻射電磁波 這種輻射的強度隨波長如何分布都與物體的 相關(guān) 所以叫做熱輻射 2 黑體 某物體能夠 吸收外來電磁波而不發(fā)生反射 這種物體稱為絕對黑體 簡稱黑體 3 黑體輻射 黑體表面向外輻射電磁波的強度按波長分布的情況與溫度有關(guān) 溫度 全部 二 普朗克提出的能量子概念和量子論誕生的歷史意義1 能量子 普朗克認為 帶電微粒輻射或者吸收能量時 只能輻射或吸收某個最小能量值的 即 能的輻射或者吸收只能是一份一份的 這個不可再分的最小能量值 叫做 2 能量子大小 h 其中 是電磁波的頻率 h稱為普朗克常量 h J s 一般取h 6 63 10 34J s 3 能量子概念的引入 解決了黑體輻射問題 向人們展示了自然過程的非連續(xù)特性 標(biāo)志著量子論的誕生 整數(shù)倍 能量子 6 626 10 34 三 光電效應(yīng) 光的波動說的困難1 定義 光照射在金屬表面上時 金屬中的電子因吸收光的能量而逸出金屬表面的現(xiàn)象 2 光電效應(yīng)的特征 1 任何金屬均存在截止頻率 極限頻率 只有 截止頻率 才能引起光電效應(yīng) 2 發(fā)生光電效應(yīng)時 光電流的大小由 決定 越大 光電流越大 3 光電子的最大初動能與入射光的頻率成 關(guān)系 4 光電效應(yīng)具有瞬時性 發(fā)生時間不超過10 9s 3 光的波動說無法解釋光電效應(yīng)現(xiàn)象 超過 光強 光強 線性 四 光量子概念的提出 光電效應(yīng)方程1 光子說 愛因斯坦提出 在空間傳播的光不是連續(xù)的 而是一份一份的 每一份叫做一個光量子 簡稱 2 光子的能量 h 其中 指光的 光電效應(yīng)顯示了光的 3 光電效應(yīng)方程 4 光的量子說能很好地解釋光電效應(yīng)現(xiàn)象 光子 頻率 粒子性 h mv2 W 普朗克認為能量是量子化的 為什么我們感覺不到宏觀物體的量子化特征 提示 對于宏觀物體 因為普朗克常量h非常小 可認為趨近于零 量子化的特征顯示不出來 思考感悟 核心要點突破 一 光電效應(yīng)中幾個易混淆的概念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 帶負電 光子是光電效應(yīng)的因 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 電子吸收光子的能量 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的情況 才具有最大初動能 3 光電流和飽和光電流金屬板飛出的光電子到達陽極 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) 4 入射光強度與光子能量入射光強度指單位時間內(nèi)照射到金屬表面單位面積上的總能量 光子能量即每個光子的能量 光子總能量等于光子能量與入射光子數(shù)的乘積 特別提醒 1 光電效應(yīng)中的光包括不可見光 2 光電效應(yīng)的實質(zhì) 光現(xiàn)象 電現(xiàn)象 即時應(yīng)用 即時突破 小試牛刀 1 關(guān)于光子和光電子 以下說法正確的是 A 光子就是光電子B 光電子是金屬中電子吸收光子后飛離金屬表面產(chǎn)生的C 真空中光子和光電子速度都是cD 光子和光電子都帶負電 解析 選B 光子是能量粒子 不會靜止下來 光電子是電子 是實物粒子 可靜止 可運動 光電子是金屬吸收光子后發(fā)射出的電子 光子不帶電 真空中速度等于光速c 而電子帶負電 真空中亦可靜止 故B正確 A C D錯誤 二 光電效應(yīng)與經(jīng)典電磁理論的矛盾1 矛盾之一 遏止電壓由入射光頻率決定與光強無關(guān)按照光的經(jīng)典電磁理論 光越強 光電子的初動能應(yīng)該越大 所以遏止電壓應(yīng)與光的強弱有關(guān) 而實驗表明 遏止電壓由入射光頻率決定 與光強無關(guān) 2 矛盾之二 存在截止頻率按照光的經(jīng)典電磁理論 不管光的頻率如何 只要光足夠強 電子都可獲得足夠能量從而逸出金屬表面 不應(yīng)存在截止頻率 而實驗表明 不同金屬有不同的截止頻率 入射光頻率大于截止頻率時才會發(fā)生光電效應(yīng) 3 矛盾之三 效應(yīng)具有瞬時性按照光的經(jīng)典電磁理論 如果光很弱 電子需幾分鐘到十幾分鐘的時間才能獲得逸出金屬表面所需的能量 而實驗表明 無論入射光怎樣微弱 光電效應(yīng)幾乎是瞬時的 即時應(yīng)用 即時突破 小試牛刀 2 光電效應(yīng)的規(guī)律中 經(jīng)典波動說能解釋的有 A 入射光的頻率必須大于被照射金屬的極限頻率時才能產(chǎn)生光電效應(yīng)B 光電子的最大初動能與入射光強度無關(guān) 只隨入射光頻率的增大而增大C 入射光照射到金屬上時 光電子的發(fā)射幾乎是瞬時的 一般不超過10 9sD 當(dāng)入射光頻率大于極限頻率時 單位時間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)目與入射光強度成正比答案 D 三 光子說對光電效應(yīng)的解釋1 飽和光電流與光強的關(guān)系光越強 包含的光子數(shù)越多 照射金屬時產(chǎn)生的光電子越多 因而飽和電流越大 所以 入射光頻率一定時 飽和電流與光強成正比 2 存在截止頻率和遏止電壓愛因斯坦的光電效應(yīng)方程表明光電子的初動能與入射光頻率成線性關(guān)系 與光強無關(guān) 所以遏止電壓由入射光頻率決定 與光強無關(guān) 光電效應(yīng)方程同時表明 只有h W0時 才有光電子逸出 3 效應(yīng)具有瞬時性電子一次性吸收光子的全部能量 不需要積累能量的時間 所以光電流幾乎是瞬時發(fā)生的 特別提醒 解釋光電效應(yīng)時 應(yīng)從以下兩點進行把握 1 照射光頻率決定著是否發(fā)生光電效應(yīng)以及光電子的最大初動能 2 照射光強度決定著單位時間內(nèi)發(fā)射出來的光電子數(shù) 即時應(yīng)用 即時突破 小試牛刀 3 入射光照到某金屬表面發(fā)生光電效應(yīng) 若入射光的強度減弱 而頻率保持不變 則下列說法中正確的是 A 從光照射到金屬表面上到金屬發(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減少C 單位時間內(nèi)從金屬表面逸出的光電子數(shù)目將減少D 有可能不發(fā)生光電效應(yīng)答案 C 課堂互動講練 2011年高考廣東理綜卷 光電效應(yīng)實驗中 下列表述正確的是 A 光照時間越長光電流越大B 入射光足夠強就可以有光電流C 遏止電壓與入射光的頻率有關(guān)D 入射光頻率大于極限頻率才能產(chǎn)生光電子 精講精析 在光電效應(yīng)中 若照射光的頻率小于極限頻率 無論光照時間多長 光照強度多大 都無光電流 當(dāng)照射光的頻率大于極限頻率時 立刻有光電子產(chǎn)生 時間間隔很小 故A B錯誤 D正確 由 eU 0 Ek Ek h W 可知U h W e 即遏止電壓與入射光頻率 有關(guān) 答案 CD 變式訓(xùn)練1下列光子說解釋光電效應(yīng)規(guī)律的說法中 正確的有 A 存在極限頻率是因為各種金屬都有一定的逸出功B 光的頻率越高 電子得到光子的能量越大 逸出后飛離金屬的最大初動能越大C 電子吸收光子的能量后動能立即增加 成為光電子不需要時間D 光的強度越大 單位時間內(nèi)入射光子數(shù)越多 光電子數(shù)越多 光電流越大 解析 選ABD 由于各種金屬都有一定的逸出功 因此光照射金屬時電子不一定逸出 所以存在極限頻率 A選項正確 光的頻率越高 電子得到的光子的能量越大 克服逸出功后飛離金屬的最大初動能越大 B選項正確 電子吸收光子的能量后不一定逸出 也不一定成為光電子 C選項錯誤 產(chǎn)生光電效應(yīng)后 光的強度越大 產(chǎn)生光電效應(yīng)的電子越多 逸出的光電子也就越多 光電流也就越大 D選項正確 在做光電效應(yīng)的實驗時 某金屬被光照射發(fā)生了光電效應(yīng) 實驗測得光電子的最大初動能Ek與入射光的頻率 的關(guān)系如圖4 1 1所示 由實驗圖線可求出 A 該金屬的極限頻率和極限波長B 普朗克常量C 該金屬的逸出功D 單位時間內(nèi)逸出的光電子數(shù) 圖4 1 1 思路點撥 由題目可知光電子的最大初動能與入射光頻率之間的關(guān)系圖像 解答本題可先由光電效應(yīng)方程寫出最大初動能與入射光頻率的關(guān)系式 再明確圖像的斜率 截距等的物理意義 進而分析判斷 自主解答 依據(jù)光電效應(yīng)方程Ek h W可知 當(dāng)Ek 0時 0 即圖像中橫坐標(biāo)的截距在數(shù)值上等于金屬的極限頻率 圖線的斜率k tan 可見圖線的斜率在數(shù)值上等于普朗克常量 據(jù)圖像 假設(shè)圖線的延長線與Ek軸的交點為C 其截距為W 有tan W 0 而tan h 所以W h 0 即圖像中縱坐標(biāo)軸的截距在數(shù)值上等于金屬的逸出功 答案 ABC 變式訓(xùn)練2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) 可得到光電子的最大初動能Ek隨入射光頻率 變化的Ek 圖像 已知鎢的逸出功是3 28eV 鋅的逸出功是3 34eV 若將二者的圖線畫在同一個坐標(biāo)圖中 以實線表示鎢 虛線表示鋅 如圖4 1 2所示 能正確反映這一過程的圖像是 圖4 1 2 解析 選A 根據(jù)光電效應(yīng)方程Ek h W可知Ek 圖像的斜率為普朗克常量h 因此圖中兩線應(yīng)平行 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 時的入射光頻率即極限頻率 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)的極限頻率較高 所以A對 B錯 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全