,高中物理·選修3-5·粵教版,第二節(jié) 光子,目標(biāo)定位 1.知道普朗克提出的能量子假說(shuō).2.知道愛(ài)因斯坦 的光子說(shuō)，知道光子能量的表達(dá)式.3.知道愛(ài)因斯坦的光電效 應(yīng)方程以及對(duì)光電效應(yīng)規(guī)律的解釋,一、能量量子假說(shuō) 1假說(shuō)內(nèi)容：物體熱輻射所發(fā)出的電磁波的能量是_，只能是最小能量值h的_ 2能量量子：_稱(chēng)為一個(gè)能量量子，其中是輻射頻率，h是一個(gè)常量，稱(chēng)為普朗克常量，h6.63×1034 J·s. 3假說(shuō)的意義：能量量子假說(shuō)能夠非常合理地解釋某些電磁波的_和_的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象 4量子化現(xiàn)象：在微觀世界里，物理量只能取一些分立值的現(xiàn)象,不連續(xù)的,整數(shù)倍,h,輻射,吸收,二、光子假說(shuō) 1內(nèi)容：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_組成的，這些能量子被稱(chēng)為_(kāi)，頻率為的光的能量子為_(kāi) 2意義：利用光子假說(shuō)可以完美地解釋_的各種特征 三、光電效應(yīng)方程 1逸出功W0：電子從金屬中逸出所需要的克服束縛而消耗的能量的最小值，叫做金屬的逸出功,能量子,光子,h,光電效應(yīng),想一想 怎樣從能量守恒角度理解愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程？ 答案 愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程中的h是入射光子的能量，逸出功W0是光子飛出金屬表面消耗的能量，Ek是光子的最大初動(dòng)能，因此愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程符合能量的轉(zhuǎn)化與守恒定律 四、對(duì)光電效應(yīng)的解釋 1對(duì)極限頻率的解釋 金屬內(nèi)部的一個(gè)電子一般只吸收_光子的能量，如果光子的能量_電子的逸出功，那么無(wú)論光的強(qiáng)度(光子數(shù)目)有多大，照射時(shí)間多長(zhǎng)，金屬內(nèi)部的電子都不能被激發(fā)而逃逸出來(lái)因此光電效應(yīng)的條件是光子的能量h,一個(gè),小于,2對(duì)遏止電壓與入射光的頻率有關(guān)，而與入射光的強(qiáng)度無(wú)關(guān)的解釋,大于,等于,極限頻率,頻率,光強(qiáng)度,一、對(duì)光子概念的理解 1光子不是光電子：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由光子的能量確定光電子的動(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)度的關(guān)系：光子的能量即每個(gè)光子的能量，其值為Eh(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 【例1】 氦氖激光器發(fā)射波長(zhǎng)為6 328 A°的單色光，試計(jì)算這種光的一個(gè)光子的能量為多少？若該激光器的發(fā)光功率為18 mW，則每秒鐘發(fā)射多少個(gè)光子？(h6.63×1034 J·s) 答案 3.14×1019 J 5.73×1016個(gè),借題發(fā)揮 光能量子Eh，光能是光子能量的整數(shù)倍，即E總n·n·h. 普朗克量子化理論，認(rèn)為電磁波的能量是量子化的、不連續(xù)的，總能量是能量子的整數(shù)倍，即E總n，其中h，因此，只要知道電磁波的頻率即可解答光是一種電磁波，光能量子簡(jiǎn)稱(chēng)光子其能量值是光能量的最小單位，h，其中為光的頻率，通常結(jié)合c，確定的值,針對(duì)訓(xùn)練1 對(duì)應(yīng)于3.4×1019 J的能量子，其電磁輻射的頻率和波長(zhǎng)各是多少？它是什么顏色的光？(h6.63×1034 J·s) 答案 5.13×1014 Hz 5.85×107 m 黃色,二、光電效應(yīng)方程的理解與應(yīng)用 1光電效應(yīng)方程EkhW0的理解 (1)式中的Ek是光電子的最大初動(dòng)能，就某個(gè)光電子而言，其離開(kāi)金屬時(shí)剩余動(dòng)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(shí)質(zhì)上是能量守恒方程 能量為h的光子被電子所吸收，電子把這些能量的一部分用來(lái)克服金屬表面對(duì)它的吸引，另一部分就是電子離開(kāi)金屬表面時(shí)的動(dòng)能如果克服吸引力做功最少為W0，則電子離開(kāi)金屬表面時(shí)動(dòng)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 (4)Ekm­曲線 如圖221所示是光電子最大初動(dòng)能Ekm 隨入射光頻率的變化曲線這里，橫軸上 的截距是極限頻率；縱軸上的截距是逸出 功的負(fù)值；斜率為普朗克常量 圖221,2光子說(shuō)對(duì)光電效應(yīng)的解釋 (1)由愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程可以看出，光電子的最大初動(dòng)能Ek和入射光的頻率有關(guān)，且成線性關(guān)系，而與光的強(qiáng)弱無(wú)關(guān)只有當(dāng)hW0時(shí)，才有光電子逸出 (2)金屬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，所以光電流幾乎是瞬時(shí)產(chǎn)生的 (3)光較強(qiáng)時(shí)，包含的光子數(shù)較多，照射金屬時(shí)產(chǎn)生的光電子較多，所以飽和電流較大,【例2】 (單選)如圖222所示，當(dāng)電 鍵K斷開(kāi)時(shí)，用光子能量為2.5 eV的一 束光照射陰極P，發(fā)現(xiàn)電流表讀數(shù)不為 零合上電鍵，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，發(fā) 現(xiàn)當(dāng)電壓表讀數(shù)小于0.60 V時(shí)，電流 表讀數(shù)仍不為零當(dāng)電壓表讀數(shù)大于 或等于0.60 V時(shí)，電流表讀數(shù)為零 由此可知陰極材料的逸出功為( ) A1.9 eV B0.6 eV C2.5 eV D3.1 eV 答案 A,圖222,解析 由題意知光電子的最大初動(dòng)能為EkeU00.60 eV，所以根據(jù)光電效應(yīng)方程EkhW0可得 W0hEk(2.50.6)eV1.9 eV,針對(duì)訓(xùn)練2 (雙選)如圖223所示是某金 屬在光的照射下，光電子最大初動(dòng)能Ek 與入射光頻率的關(guān)系圖象，由圖象可 知 ( ) A該金屬的逸出功等于E B該金屬的逸出功等于h0 C入射光的頻率為0時(shí)，產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能為E D入射光的頻率為20時(shí)，產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能為 2E 答案 AB,圖223,解析 題中圖象反映了光電子的最大初動(dòng)能Ek與入射光頻率的關(guān)系，根據(jù)愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程EkhW0，知當(dāng)入射光的頻率恰為該金屬的極限頻率0時(shí)，光電子的最大初動(dòng)能Ek0，此時(shí)有h0W0，即該金屬的逸出功等于h0，選項(xiàng)B正確；根據(jù)圖線的物理意義，有W0E，故選項(xiàng)A正確，而選項(xiàng)C、D錯(cuò)誤.,