第四章波粒二象性1量子概念的誕生2光電效應(yīng)與光的量子說(shuō),一、黑體與黑體輻射1.熱輻射:我們周?chē)囊磺形矬w都在以_的形式向外輻射能量,而且輻射強(qiáng)度隨波長(zhǎng)如何分布都與物體的_有關(guān)。2.黑體:能夠_吸收外來(lái)電磁波而不發(fā)生反射的物體。,電磁波,溫度,全部,3.一般材料物體的輻射規(guī)律:輻射電磁波的情況除與_有關(guān)外,還與材料的種類(lèi)及表面狀況有關(guān)。4.黑體輻射:加熱腔體,黑體表面就向外輻射_的現(xiàn)象。,溫度,電磁波,【判一判】(1)只有高溫物體才向外輻射能量。()(2)一切物體總是不停地向外輻射能量。()(3)黑體就是指黑顏色的物體。(),提示:(1)、(2)一切物體都在以電磁波的形式向外輻射能量,并不只有高溫物體才向外輻射能量,(1)錯(cuò)誤,(2)正確。(3)黑體并不是指黑色物體,而是指能夠完全吸收入射的各種波長(zhǎng)的電磁波而不發(fā)生反射的物體,(3)錯(cuò)誤。,二、能量子1.定義:普朗克認(rèn)為,帶電微粒的能量只能是某一最小能量值的_,這個(gè)不可再分的最小能量值叫作_。2.能量子大小:=h,其中是諧振動(dòng)的頻率,h稱(chēng)為_(kāi)常數(shù)。h=6.62610-34Js(一般取h=6.6310-34Js)。,整數(shù)倍,能量子,普朗克,3.能量的量子化:在微觀世界中能量是_的,或者說(shuō)微觀粒子的能量是_的。,量子化,分立,三、光電效應(yīng)1.光電效應(yīng):當(dāng)光照射在金屬表面上時(shí),金屬中的_會(huì)因吸收光的能量而逸出金屬表面的現(xiàn)象。2.光電子:光電效應(yīng)中發(fā)射出來(lái)的_。,電子,電子,3.光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律:(1)入射光光強(qiáng)和光電流關(guān)系:光電流出現(xiàn)時(shí),入射光越強(qiáng),單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)_,光電流越大。(2)_頻率:光電子的最大初動(dòng)能與入射光的頻率有關(guān),而與入射光的強(qiáng)弱無(wú)關(guān),當(dāng)入射光的頻率低于截止頻率時(shí)不能發(fā)生光電效應(yīng)。(3)光電效應(yīng)具有_:光電效應(yīng)幾乎是瞬時(shí)發(fā)生的,從光照射到產(chǎn)生光電流的時(shí)間不超過(guò)10-9s。,越多,截止,瞬時(shí)性,【想一想】光電效應(yīng)中發(fā)射出的光電子與一般原子中的電子有區(qū)別嗎?提示:光電子是在光電效應(yīng)現(xiàn)象中,從金屬表面發(fā)射出來(lái)的電子,與一般原子中的電子沒(méi)有本質(zhì)的區(qū)別。,四、愛(ài)因斯坦的光電效應(yīng)方程1.光子說(shuō):光不僅在發(fā)射和吸收時(shí)能量是一份一份的,而且光本身就是由一個(gè)個(gè)不可分割的能量子組成的,這些能量子被稱(chēng)為_(kāi),頻率為的光的能量子為h。,光子,2.愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程:(1)表達(dá)式:_。(2)物理意義:金屬中電子吸收一個(gè)光子獲得的能量是h,這些能量一部分用于克服金屬的_,剩下的表現(xiàn)為逸出后光電子的動(dòng)能mv2。,逸出功W,【判一判】(1)光子就是光電子的簡(jiǎn)稱(chēng)。()(2)不同頻率的光,其光子能量是不同的。()(3)同一頻率的光照射同一種金屬,逸出的光電子的初動(dòng)能相同。(),提示:(1)光子是能量子,而光電子是電子,它們是不同的,(1)錯(cuò)誤。(2)由=h可知,不同頻率的光,不同,其光子能量不同,(2)正確。(3)同一頻率的光,照射同一種金屬時(shí),入射光子的能量相同,離表面越深的電子吸收光子后,克服金屬內(nèi)部的引力做功越多,其逸出金屬時(shí)的初動(dòng)能越小,(3)錯(cuò)誤。,知識(shí)點(diǎn)一、正確理解光電效應(yīng)中的四組概念思考探究:,如圖所示為研究光電效應(yīng)規(guī)律的電路圖,請(qǐng)思考下列問(wèn)題:(1)圖中的a和b分別為什么粒子?(2)變阻器滑動(dòng)頭向右移動(dòng)時(shí),電流表G的示數(shù)如何變化?(3)當(dāng)a的強(qiáng)度增加時(shí),b粒子的數(shù)目和電流表的示數(shù)如何變化?,【歸納總結(jié)】1.光子與光電子:光子指光在空間傳播時(shí)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(shí)發(fā)射出來(lái)的電子,其本質(zhì)是電子,光子是光電效應(yīng)的因,光電子是果。,2.光電子的動(dòng)能與光電子的最大初動(dòng)能:光照射到金屬表面時(shí),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(gè)方向運(yùn)動(dòng),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(dòng)能;只有金屬表面的電子直接向外飛出時(shí),只需克服原子核的引力做功,才具有最大初動(dòng)能。光電子的初動(dòng)能小于或等于光電子的最大初動(dòng)能。,3.光子的能量與入射光的強(qiáng)度:光子的能量即每個(gè)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(qiáng)度指單位時(shí)間內(nèi)照射到金屬表面單位面積上的總能量,入射光的強(qiáng)度等于單位時(shí)間內(nèi)光子能量與入射光子數(shù)的乘積。,4.光的強(qiáng)度與飽和光電流:飽和光電流與入射光強(qiáng)度成正比的規(guī)律是對(duì)頻率相同的光照射金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)而言的,對(duì)于不同頻率的光,由于每個(gè)光子的能量不同,飽和光電流與入射光強(qiáng)度之間沒(méi)有簡(jiǎn)單的正比關(guān)系。,【特別提醒】(1)光電效應(yīng)的實(shí)質(zhì)是光現(xiàn)象轉(zhuǎn)化為電現(xiàn)象。(2)發(fā)生光電效應(yīng)時(shí),飽和光電流與入射光的強(qiáng)度有關(guān),要明確不同頻率的光、不同金屬與光電流的對(duì)應(yīng)關(guān)系。,【典例探究】【典例】用如圖所示的光電管研究光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中,用某種頻率的單色光a照射光電管陰極K,電流計(jì)G的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)。而用另一頻率的單色光b照射光電管陰極K時(shí),電流計(jì)G的指針不發(fā)生偏轉(zhuǎn),那么(),A.a光的波長(zhǎng)一定大于b光的波長(zhǎng)B.增加b光的強(qiáng)度可能使電流計(jì)G的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)C.用a光照射光電管陰極K時(shí)通過(guò)電流計(jì)G的電流是由d到cD.只增加a光的強(qiáng)度可使通過(guò)電流計(jì)G的電流增大,【思路點(diǎn)撥】解答此類(lèi)問(wèn)題時(shí)應(yīng)掌握以下兩點(diǎn):(1)發(fā)生光電效應(yīng)時(shí),入射光的波長(zhǎng)必小于極限波長(zhǎng)。(2)電流表G的示數(shù)大小與入射光強(qiáng)度的關(guān)系。,【正確解答】選D。因單色光b照射光電管的陰極K時(shí),沒(méi)有發(fā)生光電效應(yīng),故有a>b,由=可知,a<b,A錯(cuò)誤;因電子的運(yùn)動(dòng)方向由K極到A極,故通過(guò)G的電流方向?yàn)橛蒫到d,C錯(cuò)誤;只增加a光的強(qiáng)度,從K極發(fā)出的電子數(shù)增加,故通過(guò)電流表G的電流增大,D正確;電流表G的指針是否偏轉(zhuǎn)與b光的強(qiáng)度大小無(wú)關(guān),B錯(cuò)誤。,【過(guò)關(guān)訓(xùn)練】1.(多選)(2016全國(guó)卷)現(xiàn)用某一光電管進(jìn)行光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn),當(dāng)用某一頻率的光入射時(shí),有光電流產(chǎn)生。下列說(shuō)法正確的是()A.保持入射光的頻率不變,入射光的光強(qiáng)變大,飽和光電流變大B.入射光的頻率變高,飽和光電流變大,C.入射光的頻率變高,光電子的最大初動(dòng)能變大D.保持入射光的光強(qiáng)不變,不斷減小入射光的頻率,始終有光電流產(chǎn)生E.遏止電壓的大小與入射光的頻率有關(guān),與入射光的光強(qiáng)無(wú)關(guān),【解析】選A、C、E。保持入射光的頻率不變,入射光的光強(qiáng)變大,單位時(shí)間內(nèi)光電子變多,飽和光電流變大,A對(duì);據(jù)愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程=h-W0可知,入射光的頻率變高,光電子的最大初動(dòng)能變大,飽和光電流不變,B錯(cuò)、C對(duì);當(dāng)h0,亦即h>W,>=0,而0=恰好是光電效應(yīng)的截止頻率。,(4)Ekm-曲線(xiàn)。如圖所示是光電子最大初動(dòng)能Ekm隨入射光頻率的變化曲線(xiàn)。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;斜率為普朗克常數(shù)。,2.光子說(shuō)對(duì)光電效應(yīng)的解釋:(1)飽和光電流與光強(qiáng)關(guān)系:光越強(qiáng),包含的光子數(shù)越多,照射金屬時(shí)產(chǎn)生的光電子越多,因而飽和光電流越大。所以,入射光頻率一定時(shí),飽和光電流與光強(qiáng)成正比。,(2)存在截止頻率和遏止電壓:愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程表明光電子的初動(dòng)能與入射光頻率成線(xiàn)性關(guān)系,與光強(qiáng)無(wú)關(guān),所以遏止電壓由入射光頻率決定,與光強(qiáng)無(wú)關(guān)。光電效應(yīng)方程同時(shí)表明,只有h>W時(shí),才有光電子逸出,0=就是光電效應(yīng)的截止頻率。,(3)光電效應(yīng)具有瞬時(shí)性:電子一次性吸收光子的全部能量,不需要積累能量的時(shí)間,所以光電效應(yīng)幾乎是瞬時(shí)發(fā)生的。,【特別提醒】(1)逸出功和截止頻率均由金屬本身決定,與其他因素?zé)o關(guān)。(2)光電子的最大初動(dòng)能隨入射光頻率的增大而增大,但不是正比關(guān)系。,【典例探究】【典例】在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中,某金屬的截止頻率相應(yīng)的波長(zhǎng)為0,該金屬的逸出功為_(kāi)。若用波長(zhǎng)為(<0)的單色光做實(shí)驗(yàn),則其遏止電壓為_(kāi)。已知電子的電荷量、真空中的光速和普朗克常數(shù)分別為e、c和h。,【思路點(diǎn)撥】解答本題時(shí)可按以下思路分析:先由愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程計(jì)算出逸出功,再由遏止電壓與光電子最大初動(dòng)能的關(guān)系及光電效應(yīng)方程,可求出遏止電壓。,【正確解答】因?yàn)閃=h0=,eU=Ek,且Ek=h-W,=,所以U=答案:,【總結(jié)提升】運(yùn)用光電效應(yīng)方程解答問(wèn)題的技巧應(yīng)用光電效應(yīng)方程討論問(wèn)題時(shí)應(yīng)把握:(1)極限頻率為0的光照射金屬對(duì)應(yīng)逸出電子的最大初動(dòng)能為零,逸出功W=h0。(2)某種金屬的逸出功是一定值,隨入射光頻率的增大,光電子的最大初動(dòng)能增大。,【過(guò)關(guān)訓(xùn)練】1.(多選)產(chǎn)生光電效應(yīng)時(shí),關(guān)于逸出光電子的最大初動(dòng)能Ek,下列說(shuō)法正確的是()A.對(duì)于同種金屬,Ek與照射光的強(qiáng)度無(wú)關(guān)B.對(duì)于同種金屬,Ek與照射光的波長(zhǎng)成反比C.對(duì)于同種金屬,Ek與光照射的時(shí)間成正比D.對(duì)于同種金屬,Ek與照射光的頻率成線(xiàn)性關(guān)系,E.對(duì)于不同種金屬,若照射光頻率不變,Ek與金屬的逸出功成線(xiàn)性關(guān)系,【解析】選A、D、E。由愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程Ek=h-W0可知,Ek與照射光的強(qiáng)度無(wú)關(guān),選項(xiàng)A正確;Ek與照射光的頻率成線(xiàn)性關(guān)系,與波長(zhǎng)不是成反比的關(guān)系,選項(xiàng)B錯(cuò)誤、D正確;由于電子是一次性吸收光子的全部能量,Ek與光照射的時(shí)間無(wú)關(guān),選項(xiàng)C錯(cuò)誤;對(duì)于不同金屬,若照射光的頻率不變,由光電效應(yīng)方程可知,Ek與金屬的逸出功成線(xiàn)性關(guān)系,選項(xiàng)E正確。,2.(2015全國(guó)卷)在某次光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中,得到的遏止電壓Uc與入射光的頻率的關(guān)系如圖所示,若該直線(xiàn)的斜率和截距分別為k和b,電子電荷量的絕對(duì)值為e,則普朗克常量可表示為_(kāi),所用材料的逸出功可表示為_(kāi)。,【解析】由題意可得eUc=h-W,變形為Uc=,結(jié)合圖象可知=k,=-b,所以h=ek,W=-eb。答案:ek-eb,【溫馨提示】利用愛(ài)因斯坦的光子說(shuō)及光電效應(yīng)方程解釋光電效應(yīng)現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)規(guī)律是本部分知識(shí)的常考內(nèi)容。,【拓展例題】考查內(nèi)容:理解光電效應(yīng)(多選)1905年是愛(ài)因斯坦的“奇跡”之年,這一年他先后發(fā)表了三篇具有劃時(shí)代意義的論文,其中關(guān)于光量子的理論成功地解釋了光電效應(yīng)現(xiàn)象。關(guān)于光電效應(yīng),下列說(shuō)法正確的是(),A.當(dāng)入射光的頻率低于極限頻率時(shí),不能發(fā)生光電效應(yīng)B.光電子的最大初動(dòng)能與入射光的頻率成正比C.光電子的最大初動(dòng)能與入射光的強(qiáng)度成正比D.某單色光照射一金屬時(shí)不發(fā)生光電效應(yīng),改用波長(zhǎng)較短的光照射該金屬可能發(fā)生光電效應(yīng),【思路點(diǎn)撥】解答本題應(yīng)明確以下兩點(diǎn):(1)發(fā)生光電效應(yīng)的條件。(2)決定光電子最大初動(dòng)能的因素。,【正確解答】選A、D。根據(jù)光電效應(yīng)現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)規(guī)律,只有入射光頻率大于極限頻率才能發(fā)生光電效應(yīng),故A、D正確;根據(jù)光電效應(yīng)方程,最大初動(dòng)能與入射光頻率為線(xiàn)性關(guān)系,但非正比關(guān)系,B錯(cuò);根據(jù)光電效應(yīng)現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)規(guī)律,光電子的最大初動(dòng)能與入射光強(qiáng)度無(wú)關(guān),C錯(cuò)。,玻爾理論與光電效應(yīng)規(guī)律的綜合1.根據(jù)玻爾理論可以確定大量氫原子能級(jí)躍遷時(shí)發(fā)出的不同頻率光的條數(shù)及光子的能量值。2.根據(jù)愛(ài)因斯坦的光電效應(yīng)方程可以判斷,用輻射光照射光電管能否發(fā)生光電效應(yīng)及產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能大小。,【案例展示】(多選)氫原子從n=3的能級(jí)躍遷到n=2的能級(jí)時(shí)輻射出的光子,恰能使某金屬發(fā)生光電效應(yīng)。大量處于量子數(shù)n=4能級(jí)狀態(tài)的氫原子,在向各較低的能級(jí)狀態(tài)躍遷的過(guò)程中,則()A.在躍遷的過(guò)程中,只能發(fā)出三種不同頻率的光B.除自n=3的能級(jí)躍遷到n=2的能級(jí)輻射的光子外,還有四種不同頻率的光子可使該金屬發(fā)生光電效應(yīng),C.從n=4的能級(jí)躍遷到n=1的能級(jí)輻射的光子照射該金屬,產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能最大D.從n=4的能級(jí)躍遷到n=3的能級(jí)輻射的光子的波長(zhǎng)最長(zhǎng),【正確解答】選B、C、D。大量處于n=4的能級(jí)狀態(tài)的氫原子可釋放出=6種不同頻率的光,其中由n=4的能級(jí)向n=3的能級(jí)躍遷發(fā)出的光子能量比從n=3的能級(jí)躍遷到n=2的能級(jí)的光子能量小,不能發(fā)生光電效應(yīng),其他5種頻率的光均可發(fā)生光電效應(yīng),B正確,A錯(cuò)誤;從n=4的能級(jí)躍遷到n=1的能級(jí)輻射的光子能量最大,照射金屬產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能最大,C正確;由h=可,知,從n=4的能級(jí)躍遷到n=3的能級(jí)輻射的光子的波長(zhǎng)最長(zhǎng),D正確。,【易錯(cuò)分析】本題易錯(cuò)選項(xiàng)及錯(cuò)誤原因分析如下:,