《高中物理 第2章 波和粒子 2.1 撥開黑體輻射的疑云 2.2 涅槃鳳凰再飛翔導學案 滬科版選修35》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《高中物理 第2章 波和粒子 2.1 撥開黑體輻射的疑云 2.2 涅槃鳳凰再飛翔導學案 滬科版選修35（13頁珍藏版）》請在裝配圖網上搜索。

1、 學案1　撥開黑體輻射的疑云 學案2　涅槃鳳凰再飛翔 [學習目標定位] 1.了解黑體與黑體輻射，知道輻射本領與波長的關系；了解能量子的概念及提出的過程.2.知道光電效應現象及其實驗規(guī)律.3.掌握愛因斯坦光電效應方程及其意義.4.了解康普頓效應及其意義． 1．各種色光的頻率：從紅到紫的頻率依次變大． 2．光的波長λ與頻率ν的關系：c＝λν，式中c為光速． 3．黑體與黑體輻射 (1)熱輻射：物體在任何溫度下，都會發(fā)射電磁波，溫度不同，所發(fā)射的電磁波的頻率、強度也不同． (2)黑體：能完全吸收投射到其表面的電磁波而不產生反射的物體，也稱之為絕對黑體． (3)黑體輻射的實

2、驗規(guī)律如圖1所示． 圖1 ①隨著溫度的升高，黑體輻射各種波長電磁波的輻射本領都增大； ②隨著溫度的升高，輻射本領的最大值向波長較短的方向移動． 4．能量子 (1)定義：黑體的空腔壁是由大量振子組成的，其能量E只能是某一最小能量值hν的整數倍，即E＝nhν(n＝1,2,3，…)．這樣的一份最小能量hν叫做能量子，ν是振子的頻率，h叫做普朗克常量． (2)能量的量子化：在微觀世界中能量不能連續(xù)變化，只能取分立值． 5．光電效應 (1)光電效應：在光的照射下物體發(fā)射電子的現象叫做光電效應，發(fā)射出來的電子叫光電子． (2)光電效應的實驗規(guī)律： ①對于各種金屬都存在著一個極限頻率

3、，當入射光的頻率高于這個極限頻率時，才能產生光電效應； ②光電子的最大動能隨著入射光頻率的增加而增加，與入射光的強度無關； ③當產生光電效應時，單位時間內從金屬表面逸出的電子數與入射光的強度有關； ④入射光射到金屬表面時，光電子的產生幾乎是瞬時的，不超過1×10－9 s. 6．愛因斯坦光電效應方程 (1)光子說：光在空間傳播時是不連續(xù)的，而是一份一份的，一份叫做一個光量子，簡稱光子．光子的能量E＝hν. (2)愛因斯坦光電效應方程：hν＝W＋Ekm，其中W為電子脫離某種金屬所做功的最小值，叫做這種金屬的逸出功． 7．康普頓效應 (1)康普頓效應 美國物理學家康普頓發(fā)

4、現在散射的X射線中，除有與入射線波長相同的射線外，還有波長比入射線波長更長的射線，這個波長變化的現象叫做康普頓效應． (2)康普頓效應的意義：康普頓效應表明光子除了具有能量外還具有動量，進一步為光的粒子性提供了證據． (3)光子的動量：表達式：p＝. 一、光電效應產生的條件 [問題設計] 在課本的“探究光電效應產生的條件”實驗中： (1)用紫外線燈照射鋅板擦凈的一面，驗電器的箔片張角有何變化？ (2)在紫外線燈和鋅板間插入一塊玻璃，驗電器的箔片張角有何變化？ (3)用白熾燈照射鋅板擦凈的一面，驗電器的箔片張角有何變化？設法增加白熾燈的亮度，情況有無變化？ 答案　(1)驗電

5、器的張角變小，說明在紫外線燈照射下鋅板上電子減少了． (2)驗電器張角變小，速率明顯變慢．因為紫外線不能穿過玻璃板而可見光卻能．由此說明金屬板產生光電效應是光中紫外線照射的結果而不是可見光． (3)驗電器張角不變．說明可見光不能使鋅板發(fā)生光電效應． [要點提煉] 1．光電效應的實質：光現象轉化為,電現象． 2．光電效應中的光包括不可見光和可見光． 3．金屬都存在一個極限頻率，只有入射光的頻率高于該金屬的極限頻率時，光電效應才能發(fā)生． 圖2 例1　如圖2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

6、 B．用紅光照射鋅板，驗電器指針會發(fā)生偏轉 C．鋅板帶的是負電荷 D．使驗電器指針發(fā)生偏轉的是正電荷 解析　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，進一步研究表明鋅板帶正電．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來，鋅板中由于缺少電子，于是帶正電，選項A、D正確．紅光不能使鋅板發(fā)生光電效應． 答案　AD 二、光電效應的實驗規(guī)律 [問題設計] 圖3 如圖3所示，陰極K和陽極A是密封在真空玻璃管中的兩個電極，K用銫做成．電源加在K和A之間的電壓大小可以調整，正負極也可以對調． (1)加

7、在光電管兩極間電壓為零時，用紫光照射陰極K，回路中有電流嗎？改變入射光強度，光電流大小如何變化？ (2)保持入射光的強度不變，更換濾色片以改變入射光頻率，使光由紫光→藍光→綠光→紅光，會看到什么現象？這說明什么？ (3)在紫光照射下，加上反向電壓，直至電流為0.改變光強做兩次，記錄下各個遏止電壓的值；改用藍光和綠光再各做一次，也記錄下遏止電壓的值．你發(fā)現什么規(guī)律？遏止電壓U與光電子的最大動能Ekm什么關系？從實驗記錄數據你又能得出什么結論？(可以結合課本“實驗探究：研究光電效應的規(guī)律”中表1的數據分析) 答案　(1)有．光越強，光電流越大． (2)紫光、藍光、綠光照射下有光電流，紅光則

8、沒有．說明入射光的頻率低于某一極限頻率時將不能產生光電效應． (3)用紫光照射，不管光強如何，遏止電壓相同，由紫光逐次換成藍光和綠光，遏止電壓逐次減小，說明遏止電壓隨入射光頻率的減小而減?。鶕幽芏ɡ韊U＝Ekm，遏止電壓不同說明光電子的最大動能只與入射光頻率有關，且隨入射光頻率的增大而增大． [要點提煉] 1．光電效應的四條規(guī)律 (1)極限頻率的存在：入射光的頻率必須高于ν0，才能產生光電效應，與光強度及照射時間無關． (2)光電子的最大動能隨著入射光頻率的增加而增加，與入射光的強度無關． (3)當產生光電效應時，光電流大小隨入射光強度的增加而增大． (4)光電效應的發(fā)生幾乎

9、是瞬時的，不超過1×10－9_s. 2．掌握三個概念的含義 (1)入射光頻率決定著能否發(fā)生光電效應和光電子的最大動能． (2)入射光強度決定著單位時間內發(fā)射的光子數； (3)飽和光電流決定著單位時間內發(fā)射的光電子數． 圖4 例2　如圖4所示，電路中各元件完好，光照射到陰極K.靈敏電流計沒有示數，其可能原因是(　　) A．入射光強度太弱 B．入射光的頻率太小 C．光照時間短 D．電源正負極接反 解析　題圖所示電路中形成電流需要具備兩個條件：一是陰極K在光照射下有光電子逸出，二是溢出的光電子應該能在電路中定向移動到達陽極A.光電子的逸出取決于入射光的頻率ν，

10、只有入射光的頻率大于極限頻率ν0時才有光電子逸出，與入射光的強度和時間無關，A、C錯，B對；光電子能否達到陽極A，取決于光電子的動能大小和兩極間所加電壓的正負和大小共同決定，一旦電源接反了且電壓大于遏止電壓，即使具有最大動能的光電子也不能達到陽極，即使發(fā)生了光電效應現象，電路中也不會有光電流，D對，所以正確選項為B、D. 答案　BD 針對訓練　當用綠光照射光電管陰極K時，可以發(fā)生光電效應，則下列說法正確的是(　　) A．增大綠光照射強度，光電子的最大動能增大 B．增大綠光照射強度，電路中光電流增大 C．改用比綠光波長大的光照射光電管陰極K時，電路中一定有光電流 D．改用比綠光頻率大

11、的光照射光電管陰極K時，電路中一定有光電流 答案　D 解析　光電流與光強有關，光越強光電流越大，故B對；最大動能與光強無關，故A錯；當改用頻率更大的光照射時，一定能發(fā)生光電效應現象，因此有光電流，故D對． 三、愛因斯坦的光子說 [要點提煉] 對光電效應方程hν＝W＋Ekm的理解 1．光電效應方程實質上是能量守恒方程． 能量為E＝hν的光子被電子所吸收，電子把這些能量的一部分用來克服金屬表面對它的吸引力，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W，則電子離開金屬表面時動能最大為Ekm，根據能量守恒定律可知：Ekm＝hν－W. 2．光電效應方程說明了產生光電效

12、應的條件． 若發(fā)生光電效應，則光電子的最大動能必須大于零，即Ekm＝hν－W>0，亦即hν>W，ν>＝ν0，而ν0＝恰好是光電效應的極限頻率． 圖5 3．Ekm－ν曲線．如圖5所示是光電子最大動能Ekm隨入射光頻率ν的變化曲線．這里，橫軸上的截距是極限頻率或截止頻率；縱軸上的截距是逸出功的負值；斜率為普朗克常量． 例3　如圖6所示，當電鍵K斷開時，用光子能量為2.5 eV的一束光照射陰極P，發(fā)現電流表讀數不為零．合上電鍵，調節(jié)滑動變阻器，發(fā)現當電壓表讀數小于0.60 V時，電流表讀數仍不為零．當電壓表讀數大于或等于0.60 V時，電流表讀數為零．由此可知陰極材料的

13、逸出功為(　　) 圖6 A．1.9 eV B．0.6 eV C．2.5 eV D．3.1 eV 解析　由題意知光電子的最大動能為 Ekm＝eU＝0.60 eV 所以根據光電效應方程 Ekm＝hν－W 可得W＝hν－Ekm＝(2.5－0.6) eV＝1.9 eV 答案　A 能量量子化,光的粒子性 1．下列關于光子說對光電效應的解釋正確的是(　　) A．金屬表面的一個電子只能吸收一個光子 B．電子吸收光子后一定能從金屬表面逸出，成為光電子 C．金屬表面的一個電子吸收若干個光子，積累了足夠的能量才能從金屬表面逸出 D．無論光子能量大小

14、如何，電子吸收光子并積累了能量后，總能逸出成為光電子 答案　A 解析　根據光電效應規(guī)律可知：金屬中的一個電子只能吸收一個光子的能量，一個光子的能量也只能交給一個電子，故選項A正確．電子吸收一個光子的能量后，動能立即增大，不需要積累能量的過程，故選項B錯誤．不存在一個電子吸收若干光子的現象，且只有當入射光的能量不低于該金屬電子的逸出功時，才能發(fā)生光電效應，即入射光頻率不低于金屬的極限頻率時才能發(fā)生光電效應，故選項C、D錯誤． 圖7 2.如圖7所示是光電效應中光電子的最大動能Ekm與入射光頻率ν的關系圖像．從圖中可知(　　) A．Ekm與ν成正比 B．入射光頻率必須大于或等于極限頻

15、率ν0時，才能產生光電效應 C．對同一種金屬而言，Ekm僅與ν有關 D．Ekm與入射光強度成正比 答案　BC 解析　由Ekm＝hν－W知B、C正確，A、D錯誤． 3．用同一束單色光，在同一條件下先后照射鋅片和銀片，都能產生光電效應，在這兩個過程中，對于下列四個量，一定相同的是____，可能相同的是____，一定不同的是____． A．光子的能量 B．光電子的逸出功 C．光電子的動能 D．光電子的最大動能 答案　A　C　BD 解析　光子的能量由光的頻率決定，同一束單色光頻率相同，因而光子能量相同．逸出功等于電子脫離原子核束縛需要做的最少的功，因此只由材料決定．

16、鋅片和銀片的光電效應中，光電子的逸出功一定不相同．由Ekm＝hν－W，照射光子的能量hν相同，逸出功W不同，則電子最大動能也不同．由于光電子吸收光子后到達金屬表面的路徑不同，途中損失的能量也不同，因而脫離金屬時的動能可能分布在零到最大動能之間．所以，光電子的動能是可能相同的． 4．(2014·廣東·18)在光電效應實驗中，用頻率為ν的光照射光電管陰極，發(fā)生了光電效應，下列說法正確的是(　　) A．增大入射光的強度，光電流增大 B．減小入射光的強度，光電效應現象消失 C．改用頻率小于ν的光照射，一定不發(fā)生光電效應 D．改用頻率大于ν的光照射，光電子的最大初動能變大

17、 答案　AD 解析　增大入射光強度，單位時間內照射到單位面積的光電子數增加，則光電流將增大，故選項A正確；光電效應是否發(fā)生取決于照射光的頻率，而與照射強度無關，故選項B錯誤．用頻率為ν的光照射光電管陰極，發(fā)生光電效應，用頻率較小的光照射時，若光的頻率仍大于極限頻率，則仍會發(fā)生光電效應，選項C錯誤；根據hν－W逸＝mv2可知，增加照射光頻率，光電子的最大初動能也增大，故選項D正確. [基礎題] 1．紅、橙、黃、綠四種單色光中，光子能量最小的是(　　) A．紅光 B．橙光 C．黃光 D．綠光 答案　A 解析　按照愛因斯坦的光子說，光子的能量E＝hν，h為普朗克常量

18、，說明光子的能量與光的頻率成正比，而上述四種單色光中，綠光的頻率最大，紅光的頻率最小，故光子能量最小的是紅光，所以選項A正確． 2．2006年度諾貝爾物理學獎授予了兩名美國科學家，以表彰他們發(fā)現了宇宙微波背景輻射的黑體譜形狀及其溫度在不同方向上的微小變化．他們的出色工作被譽為是宇宙學研究進入精密科學時代的起點．下列與宇宙微波背景輻射黑體譜相關的說法中正確的是(　　) 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與溫度無關 C．黑體的熱輻射實際上是電磁輻射 D．普朗克在研究黑體的熱輻射問題中提出了能量子假設 答案　ACD 解析　根據熱輻射的定義，A正確；根據熱輻射和黑體

19、輻射的特點知一般物體輻射電磁波的情況與溫度有關，B錯誤，普朗克在研究黑體輻射時最早提出了能量子假設，他認為能量是一份一份的，一份是一個能量子，黑體輻射本質上是電磁輻射，故C、D正確． 3．關于光電效應的規(guī)律，下列說法中正確的是(　　) A．只有入射光的波長大于該金屬的極限波長，光電效應才能產生 B．光電子的最大動能跟入射光強度成正比 C．發(fā)生光電效應的反應時間一般都大于10－7 s D．發(fā)生光電效應時，單位時間內從金屬表面逸出的光電子數目與入射光強度成正比 答案　D 解析　由E＝hν＝h知，當入射光波長小于極限波長時，才能發(fā)生光電效應，故A錯．由Ekm＝hν－W知，最大動能由入射

20、光頻率決定，與光強度無關，故B錯．發(fā)生光電效應的時間一般不超過10－9 s，故C錯． 4．科學研究證明，光子有能量也有動量，當光子與電子碰撞時，光子的一些能量轉移給了電子．假設光子與電子碰撞前的波長為λ，碰撞后的波長為λ′，則碰撞過程中(　　) A．能量守恒，動量不守恒，且λ＝λ′ B．能量不守恒，動量不守恒，且λ＝λ′ C．能量守恒，動量守恒，且λ<λ′ D．能量守恒，動量守恒，且λ>λ′ 答案　C 解析　能量守恒和動量守恒是自然界的普遍規(guī)律，適用于宏觀世界也適用于微觀世界．光子與電子碰撞時遵循這兩個規(guī)律．光子與電子碰撞前光子的能量E＝hν＝h，當光子與電子碰撞時，

21、光子的一些能量轉移給了電子，光子的能量E′＝hν′＝h，由E>E′可知λ<λ′，選項C正確． 5．如圖1所示，畫出了四種溫度下黑體輻射的本領與波長的關系圖像，從圖像可以看出，隨著溫度的升高，則(　　) 圖1 A．各種波長的輻射本領都有增加 B．只有波長短的輻射本領增加 C．輻射本領的最大值向波長較短的方向移動 D．輻射電磁波的波長先增大后減小 答案　AC 解析　根據黑體輻射的實驗規(guī)律和輻射本領與波長的關系可判斷A、C正確． 6．硅光電池是利用光電效應將光輻射的能量轉化為電能．若有N個波長為λ0的光子打在光電池極板上，這些光子的總能量為(h為普朗克常量)(　　)

22、 A．h· B．Nh· C．N·hλ0 D．2Nhλ0 答案　B 解析　一個光電子的能量E＝hν＝h，則N個光子的總能量N·E＝Nh.選項B正確． 7．某金屬的逸出功為2.3 eV，這意味著(　　) A．這種金屬內部的電子克服原子核引力做2.3 eV的功即可脫離表面 B．這種金屬表層的電子克服原子核引力做2.3 eV的功即可脫離表面 C．要使這種金屬有電子逸出，入射光子的能量必須大于2.3 eV D．這種金屬受到光照時若有電子逸出，則電子離開金屬表面時的動能至少等于2.3 eV 答案　B 解析　逸出功指原子的外層

23、電子脫離原子核克服引力所做的功． 8．用綠光照射一光電管，產生了光電效應，欲使光電子從陰極逸出時的最大動能增加，下列做法可取的是(　　) A．改用紅光照射 B．增大綠光的強度 C．增大光電管上的加速電壓 D．改用紫光照射 答案　D 解析　由愛因斯坦光電效應方程hν＝W＋Ekm，在逸出功一定時，只有增大光的頻率，才能增加最大動能，與光的強度無關，故D項正確． [能力題] 9．已知能使某金屬產生光電效應的極限頻率為ν0(　　) A．當用頻率為2ν0的單色光照射該金屬時，一定能產生光電子 B．當用頻率為2ν0的單色光照射該金屬時，所產生的光電子的最大動能為hν0 C．當入射光

24、的頻率ν大于ν0時，若ν增大，則逸出功增大 D．當入射光的頻率ν大于ν0時，若ν增大一倍，則光電子的最大動能也增大一倍 答案　AB 解析　因入射光的頻率大于極限頻率時產生光電效應，所以A正確；因為金屬的極限頻率為ν0，所以逸出功W＝hν0，再由Ekm＝hν－W得，Ekm＝2hν0－h(huán)ν0＝hν0，B正確；因為逸出功是光電子恰好逸出時需要做的功，對于同種金屬是恒定的，故C項錯誤；由Ekm＝hν－W＝hν－h(huán)ν0＝h(ν－ν0)，可得當ν加倍時：＝≠2，故D項錯． 圖2 10.在做光電效應的實驗時，某金屬被光照射發(fā)生了光電效應，實驗測得光電子的最大動能Ekm與入射光的頻率ν的關系

25、如圖2所示，由實驗圖線可求出(　　) A．該金屬的極限頻率 B．普朗克常量 C．該金屬的逸出功 D．單位時間逸出的光電子數 答案　ABC 解析　依據光電效應方程Ekm＝hν－W可知，當Ekm＝0時，ν＝ν0，即圖像中橫軸的截距在數值上等于金屬的極限頻率．圖線的斜率在數值上等于普朗克常量h.當ν＝0時，Ekm＝－W，即圖像中縱坐標軸的截距在數值上等于金屬的逸出功． 11．(2013·浙江自選·14)小明用金屬銣為陰極的光電管，觀測光電效應現象，實驗裝置示意如圖3甲所示．已知普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s 圖3 (1)圖

26、中電極A為光電管的____________(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ν之間的關系如圖乙所示，則銣的截止頻率νc＝____Hz，逸出功W0＝________J； (3)如果實驗中入射光的頻率ν＝7.00×1014 Hz，則產生的光電子的最大初動能Ek＝________J. 答案　(1)陽極 (2)(5.12～5.18)×1014　(3.39～3.43)×10－19 (3)(1.21～1.25)×10－19 [探究與拓展題] 12．鋁的逸出功是4.2 eV，現用波長為200 nm的光照射鋁的表面．求

27、： (1)光電子的最大動能； (2)遏止電壓； (3)鋁的極限頻率． 答案　(1)3.225×10－19 J　(2)2.016 V (3)1.014×1015 Hz 解析　(1)根據光電效應方程Ekm＝hν－W有 Ekm＝－W＝ J－4.2×1.6×10－19 J＝3.225×10－19 J (2)由Ekm＝eU0可得U0＝＝ V＝2.016 V. (3)hν0＝W知 ν0＝＝ Hz＝1.014×1015 Hz. 6EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F375