1、教科版物理选修35第4章 1量子概念的诞生 2光电效应与光的量子说1量子概念的诞生 2光电效应与光的量子说学习目标1.了解热辐射及热辐射的特性，了解黑体与黑体辐射，了解黑体辐射的实验规律及黑体辐射电磁波强度随波长的分布曲线(重点)2.了解普朗克提出的能量子的概念，了解量子论诞生的历史意义.3.知道光电效应中截止频率的概念及其与光的电磁理论的矛盾(重点)4.知道光子说及其对光电效应的解释(重点)5.掌握爱因斯坦光电效应方程并会用它来解决简单问题(难点)一、量子概念的诞生1热辐射我们周围的一切物体都在以电磁波的形式向外辐射能量，而且辐射强度随波长如何分布都与物体的温度相关，所以物理上把这种辐射称为
2、热辐射，物体热辐射中随温度的升高，辐射的较短波长的电磁波的成分越来越强2黑体与黑体辐射(1)黑体：如果某物体能够全部吸收外来电磁波而不发生反射，这种物体就称为绝对黑体，简称黑体(2)黑体辐射的实验规律一般材料的物体，辐射电磁波的情况，除与温度有关外，还与材料的种类及表面状况有关黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的有关随着温度的升高，一方面，各种波长的辐射强度都有增加；另一方面，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动(3)维恩和瑞利的理论解释建立理论的基础：依据经典理论的知识寻求黑体辐射的理论解释维恩公式：在短波区与实验非常接近，在长波区则与实验偏离很大瑞利公式：在长波区与实验基本一致，但在
3、短波区与实验严重不符，由理论得出的荒谬结果被称为“紫外灾难”3普朗克提出的能量子的概念(1)普朗克的假设振动的带电谐振子具有的能量是不连续的，只能取一些分立的值，即Ennh(n1,2,3，)，即能量E只能取h的整数倍，最小的一份能量h称为能量子，式中是谐振动的频率，h是一个常数，称为普朗克常量h6.626 068 76(52)1034 Js.(2)普朗克理论的意义利用能量子的假设，普朗克推导出了与实验相符的公式(即普朗克公式)成功的解决了黑体辐射问题普朗克在1900年把能量子列入物理学，正确地破除了“能量连续变化”的传统观念，成为新物理学思想的基石之一二、光电效应与光的量子说1光电效应定义照射
4、到金属表面的光，能使金属中的电子从表面逸出的现象2光电子光电效应中发射出来的电子3光电效应的实验规律(1)对于给定的光电阴极材料，都存在一个发生光电效应所需的入射光的最小频率0，叫做光电效应的截止频率，亦称为极限频率只有超过截止频率的光，才能引起光电效应不同金属材料的截止频率不同(2)当入射光的频率高于截止频率、光电流出现时，光电流的大小由光强决定，光强越大，光电流越大(3)从阴极发出的光电子的最大初动能与入射光的频率成线性关系(4)只要光的频率大于截止频率，即使用极弱的入射光，光电子总能立刻(约109 s)发射出来4光子说光不仅在发射和吸收时能量是一份一份的，而且光本身就是由一个个不可分割的
5、能量子组成的，频率为的光的能量子为h，这些能量子称为光子5光电效应方程(1)对光电效应的说明在光电效应中，金属中的电子吸收一个光子获得的能量是h，其中一部分用来克服金属的逸出功W，另一部分为光电子的初动能Ek.(2)光电效应方程EkhW.1正误判断(正确的打“”，错误的打“”)(1)能吸收各种电磁波而不反射电磁波的物体叫黑体 ()(2)温度越高，黑体辐射电磁波的强度越大 ()(3)能量子的能量不是任意的，其大小与电磁波的频率成正比 ()(4)任何频率的光照射到金属表面都可以发生光电效应 ()(5)金属表面是否发生光电效应与入射光的强弱有关 ()(6)不同的金属逸出功不同，因此金属对应的截止频率
6、也不同 ()(7)入射光若能使某金属发生光电效应，则入射光的强度越大，照射出的光电子越多 ()2(多选)下列叙述正确的是()A一切物体都在辐射电磁波B一般物体辐射电磁波的情况只与温度有关C一般物体辐射电磁波的情况只与材料有关D黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关AD根据热辐射定义知A对；根据热辐射和黑体辐射的特点知一般物体辐射电磁波的情况除与温度有关外，还与材料种类和表面状况有关，而黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关，B、C错、D对3如图所示，用弧光灯照射锌板，验电器指针张开一个角度，则下列说法中正确的是()A用紫外线照射锌板，验电器指针会发生偏转B用红光照射锌板，验
7、电器指针会发生偏转C锌板带的是负电荷D验电器指针带的是负电荷A将擦得很亮的锌板与验电器连接，用弧光灯照射锌板(弧光灯发出紫外线)，验电器指针张开一个角度，说明锌板带了电，进一步研究表明锌板和验电器指针带正电这说明在紫外线的照射下，锌板中有一部分自由电子从表面飞出，锌板带正电，选项A正确红光不能使锌板发生光电效应对黑体和黑体辐射的理解1对黑体的理解绝对的黑体实际上是不存在的，但可以用某装置近似地代替如图所示，如果在一个空腔壁上开一个小孔，那么射入小孔的电磁波在空腔内表面会发生多次反射和吸收，最终不能从空腔射出，这个小孔就成了一个绝对黑体2一般物体与黑体的比较热辐射特点吸收、反射特点一般物体辐射电
8、磁波的情况与温度有关，与材料的种类及表面状况有关既吸收又反射，其能力与材料的种类及入射波长等因素有关黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关完全吸收各种入射电磁波，不反射3.黑体辐射的实验规律(1)温度一定时，黑体辐射强度随波长的分布有一个极大值(2)随着温度的升高各种波长的辐射强度都有增加；辐射强度的极大值向波长较短的方向移动如图所示4普朗克的量子化假设的意义(1)普朗克的能量子假设，使人类对微观世界的本质有了全新的认识，对现代物理学的发展产生了革命性的影响，成为物理学发展史上一个重大转折点(2)普朗克常量h是自然界最基本的常量之一，它体现了微观世界的基本特征【例1】(多选)黑体辐
9、射的实验规律如图所示，由图可知()A随温度升高，各种波长的辐射强度都增加B随温度降低，各种波长的辐射强度都增加C随温度升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动D随温度降低，辐射强度的极大值向波长较长的方向移动ACD由图可知，随温度升高，各种波长的辐射强度都增加，且辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，当温度降低时，上述变化都将反过来，故A、C、D正确，B错误1(多选)下列关于黑体辐射的实验规律叙述正确的是()A随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有所增加B随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动C黑体热辐射的强度与波长无关D黑体辐射无任何规律AB黑体辐射的规律为随着温度的升高各种
10、波长的辐射强度都增加，同时辐射强度的极大值向波长较短的方向移动故A、B对正确理解光电效应的相关知识1光子与光电子：光子指光在空间传播时的每一份能量，光子不带电；光电子是金属表面受到光照射时发射出来的电子，其本质是电子，光照射金属是因，产生光电子是果2光电子的动能与光电子的最大初动能：光照射到金属表面时，光子的能量全部被电子吸收，电子吸收了光子的能量，可能向各个方向运动，需克服原子核和其他原子的阻碍而损失一部分能量，剩余部分为光电子的初动能；只有金属表面的电子直接向外飞出时，只需克服原子核的引力做功，才具有最大初动能光电子的初动能小于或等于光电子的最大初动能3光子的能量与入射光的强度：光子的能量
11、即每个光子的能量，其值为h(为光子的频率)，其大小由光的频率决定入射光的强度指单位时间内照射到金属表面单位面积上的总能量，入射光的强度等于单位时间内光子能量h与入射光子数n的乘积即光强等于nh.4光电流和饱和光电流：金属板飞出的光电子到达阳极，回路中便产生光电流，随着所加正向电压的增大，光电流趋于一个饱和值，这个饱和值是饱和光电流，在一定的光照条件下，饱和光电流与所加电压大小无关5光的强度与饱和光电流：饱和光电流与入射光强度成正比的规律是对频率相同的光照射金属产生光电效应而言的对于不同频率的光，由于每个光子的能量不同，饱和光电流与入射光强度之间没有简单的正比关系【例2】(多选)一束绿光照射某金
12、属发生了光电效应，则下列说法正确的是()A若增加绿光的照射强度，则逸出的光电子数增加B若增加绿光的照射强度，则逸出的光电子最大初动能增加C若改用紫光照射，则可能不会发生光电效应D若改用紫光照射，则逸出的光电子的最大初动能增加AD光电效应的规律表明：入射光的频率决定着是否发生光电效应以及发生光电效应时产生的光电子的最大初动能的大小，当入射光频率增加后，产生的光电子最大初动能也增加，而照射光的强度增加，会使单位时间内逸出的光电子数增加，又知紫光频率高于绿光，故选项正确的有A、D.入射光的频率决定着是否发生光电效应以及发生光电效应时产生的光电子的最大初动能的大小，能否发生光电效应与入射光的强弱无关2
13、(多选)利用光电管研究光电效应实验如图所示，用频率为的可见光照射阴极K，电流表中有电流通过，则()A用紫外线照射，电流表不一定有电流通过B用红外线照射，电流表一定无电流通过C用频率为的可见光照射阴极K，当滑动变阻器的滑片移到最右端时，电流表一定无电流通过D用频率为的可见光照射阴极K，当滑动变阻器的滑片向左端移动时，电流表示数可能不变D因紫外线的频率比可见光的频率高，所以用紫外线照射，电流表一定有电流通过，选项A错误；因不知阴极K的极限频率，所以用红外线照射，可能发生光电效应，电流表可能有电流通过，选项B错误；由于发生了光电效应，即使A、K间的电压UAK0，电流表中也有电流通过，所以选项C错误；
14、当滑动变阻器的滑片向左端移动时，阳极吸收光电子的能力增强，光电流会增大，当所有光电子都到达阳极时，电流达到最大，即饱和电流，若在移动前，电流已经达到饱和电流，那么再增大UAK，光电流也不会增大，所以选项D正确爱因斯坦光电效应方程的理解及应用1光电效应方程EkhW0的四点理解(1)式中的Ek是光电子的最大初动能，就某个光电子而言，其离开金属时剩余动能大小可以是0Ek范围内的任何数值(2)光电效应方程实质上是能量守恒方程能量为h的光子被电子吸收，电子把这些能量的一部分用来克服金属表面对它的吸引，另一部分就是电子离开金属表面时的动能如果克服吸引力做功最少为W0，则电子离开金属表面时动能最大为Ek，根
15、据能量守恒定律可知：EkhW0.(3)光电效应方程包含了产生光电效应的条件若发生光电效应，则光电子的最大初动能必须大于零，即EkhW00，亦即hW0，c，而c恰好是光电效应的截止频率(4)Ek曲线如图所示是光电子最大初动能Ek随入射光频率的变化曲线这里，横轴上的截距是截止频率或极限频率；纵轴上的截距是逸出功的负值；斜率为普朗克常量2光电效应的研究思路(1)两条线索：(2)两条对应关系：(3)三点提醒：能否发生光电效应，不取决于光的强度而取决于光的频率光电效应中的“光”不是特指可见光，也包括不可见光. 逸出功的大小由金属本身决定，与入射光无关【例3】如图所示，一光电管的阴极用极限波长0500 n
16、m的钠制成，用波长300 nm的紫外线照射阴极，光电管阳极A和阴极K之间的电势差U2.1 V，饱和光电流的值I0.56 A.(1)求每秒内由K极发射的光电子数；(2)求光电子到达A极时的最大动能；(3)如果电势差U不变，而照射光的强度增加到原值的三倍，此时光电子到达A极时最大动能是多大？(普朗克常量h6.631034 Js)思路点拨(1)光电管阴极的逸出功W与极限波长0的关系为W.(2)每秒内由K极发射的电子全部参与导电时对应饱和光电流(3)光电子的最大初动能大小与入射光的强度大小无关解析(1)每秒内由K极发射的光电子数n个3.51012个(2)由光电效应方程可知Ek0hW0hhhc在A、K间
17、加电压U时，光电子到达阳极时的动能EkEk0eUhceU代入数值，得Ek6.0121019 J.(3)根据光电效应规律，光电子的最大初动能与入射光的强度无关，如果电势差U不变，则光电子到达A极的最大动能不变，Ek6.0121019 J.答案(1)3.51012个(2)6.0121019 J(3)6.0121019 J3用不同频率的紫外线分别照射钨和锌的表面而产生光电效应，可得到光电子最大初动能Ek随入射光频率的变化而变化的Ek图像，如图所示已知钨的逸出功是3.28 eV，锌的逸出功是3.34 eV，若将两者的图像分别用实线与虚线画在同一个Ek图上，则下图中正确的是()ABCDA根据光电效应方程
18、EkhW可知，Ek图像的斜率为普朗克常量h，因此题图中两线应平行，故C、D错；图线与横轴的交点表示恰能发生光电效应(光电子动能为零)时的入射光频率，即截止频率，由光电效应方程可知，逸出功越大的金属对应的入射光的频率越高，所以能使金属锌发生光电效应的截止频率较高，所以A对，B错课 堂 小 结知 识 网 络1热辐射黑体和黑体辐射的概念2黑体辐射的实验规律3能量量子假说4光电效应现象及实验规律5光电效应方程的应用.1(多选)对黑体的认识，下列说法正确的是()A黑体只吸收电磁波，不辐射电磁波B黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温度有关，与材料的种类及其表面状况无关C如果在一个空腔壁上开一个很小的孔，
19、射入小孔的电磁波在空腔内表面经多次反射和吸收，最终不能从小孔射出，这个空腔就成了一个黑体D黑体是一种理想化模型，实际物体没有绝对黑体BD黑体不仅吸收电磁波，而且也向外辐射电磁波，A错误；黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关，与材料的种类及其表面状况无关，B正确；小孔只吸收电磁波，不反射电磁波，因此小孔成了一个黑体，而空腔不是黑体，C错误；任何物体都会反射电磁波，只吸收不反射电磁波的物体实际是不存在的，故黑体是一种理想化的模型，D正确2某激光器能发射波长为的激光，发射功率为P，c表示光速，h为普朗克常量，则激光器每秒发射的光量子数为()A B C DPhcA每个光量子的能量h，每秒
20、钟发射的总能量为P，则n.3入射光照射到某金属表面上发生光电效应，若入射光的强度减小，而频率保持不变，那么()A从光照到金属表面上到发射出光电子之间的时间间隔将明显增加B逸出的光电子的最大初动能将减小C单位时间内从金属表面逸出的光电子数将减少D有可能不发生光电效应C发生光电效应几乎是瞬间的，所以A错误；入射光的频率不变，则逸出的光电子的最大初动能也就不变，B错误；入射光强度减弱，说明单位时间内入射光子数减少，则单位时间内从金属表面逸出的光电子数也减少，C正确；入射光照射到某金属上发生光电效应，说明入射光频率大于这种金属的极限频率，即使入射光的强度减小，也一定能发生光电效应，D错误4小明用金属铷
21、为阴极的光电管，观测光电效应现象，实验装置示意如图甲所示已知普朗克常量h6.631034 Js.(1)图甲中电极A为光电管的_(选填“阴极”或“阳极”)；(2)实验中测得铷的遏止电压Uc与入射光频率之间的关系如图乙所示，则铷的截止频率c_Hz，逸出功W0_J；(3)如果实验中入射光的频率7.001014Hz，则产生的光电子的最大初动能Ek_J.解析(1)在光电效应中，电子向A极运动，故电极A为光电管的阳极(2)由题图可知，铷的截止频率c为5.151014 Hz，逸出功W0hc6.6310345.151014 J3.411019 J.(3)当入射光的频率为7.001014Hz时，由Ekhhc得，光电子的最大初动能为Ek6.631034(7.005.15)1014 J1.231019 J.答案(1)阳极(2)5.151014(5.125.18)1014均视为正确3.411019(3.393.43)1019均视为正确(3)1.231019(1.211.25)1019均视为正确
