1、第1节 量子概念的诞生 第2节 光电效应与光量子假说第1节量子概念的诞生第2节光电效应与光量子假说学习目标核心提炼1.了解黑体辐射及能量子概念，知道黑体辐射的实验规律。3个概念黑体黑体辐射能量子4个光电效应规律截止频率光强与光电流的关系最大初动能与入射光频率的关系瞬时性1个光电效应方程hmv2A2.知道普朗克提出的能量子假说。3.了解光电效应及其实验规律，感受以实验为基础的科学研究方法。4.知道光电效应方程及其意义，感受科学家在面对科学疑难时的创新精神。一、热辐射、黑体与黑体辐射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，辐射强度随波长的分布与物体的温度有关。2.黑体：能够全
2、部吸收外来电磁波而不发生反射的物体。3.一般材料物体的辐射规律：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。4.黑体辐射：加热腔体，黑体表面就向外辐射电磁波的现象。思考判断(1)只有高温物体才能辐射电磁波。()(2)能吸收各种电磁波而不反射电磁波的物体叫黑体。()(3)温度越高，黑体辐射电磁波的强度越大。()答案(1)(2)(3)二、能量子1.定义：普朗克认为，振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值的整数倍，这个不可再分的最小能量值叫作能量子。2.能量子大小：h，其中是电磁波的频率，h称为普朗克常数。h6.6261034 Js(一般取h6.631034 Js)。3.能量子
3、提出的意义：打破了一切自然过程都是连续变化的经典看法，第一次向人们展示了自然界的非连续特性。思考判断(1)微观粒子的能量只能是能量子的整数倍。()(2)能量子的能量不是任意的，其大小与电磁波的频率成正比。()答案(1)(2)三、光电效应1.光电效应：当光照射在金属表面上时，金属中的电子吸收光的能量而逸出金属表面的现象。2.光电子：光电效应中发射出来的电子。3.光电效应的四个特征(1)发生条件：对于给定的光电阴极材料，都存在一个截止频率0，只有超过截止频率0的光，才能引起光电效应。(2)光电流的大小：由光强决定，光强愈大，光电流愈大。(3)光电子的最大初动能：与入射光的频率成线性关系。(4)光电
4、效应具有瞬时性：光电效应中产生电流的时间不超过109s。思考判断(1)任何频率的光照射到金属表面都可以发生光电效应。()(2)金属表面是否发生光电效应与入射光的强弱有关。()(3)入射光照射到金属表面上时，光电子几乎是瞬时发射的。()答案(1)(2)(3)四、爱因斯坦的光子说与光电效应方程1.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能量子组成的，频率为的光的能量子为h，这些能量子被称为光子。2.爱因斯坦的光电效应方程(1)表达式：hmv2A。(2)物理意义：金属板内的电子从入射光中吸收一个光子的能量h之后，一部分消耗于电子由金属内逸出表面时所需做的功A，叫
5、逸出功；另一部分转换为光电子的动能mv2。3.截止频率：当最大初动能等于零时，金属表面不再有光电子逸出，这时入射光的频率就是截止频率0。思考判断(1)“光子”就是“光电子”的简称。()(2)光电子的最大初动能与入射光的频率成正比。()(3)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。()答案(1)(2)(3)黑体辐射的规律要点归纳1.一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磁波的情况与温度、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电磁波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
6、射2.随着温度的升高，黑体辐射的各种波长的辐射强度都有增加，且辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。精典示例 例1 (多选)黑体辐射的实验规律如图1所示，由图可知(),图1)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解析由题图可知，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。答案ACD针对训练1 关于对黑体的认识，下列说法正确的是()A.黑体只吸收电磁波，不反射电磁波，看上去是黑的B.黑
7、体辐射电磁波的强度按波长的分布除与温度有关外，还与材料的种类及表面状况有关C.黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温度有关，与材料的种类及表面状况无关D.如果在一个空腔壁上开一个很小的孔，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答案C能量子的理解和计算要点归纳1.物体在发射或接收能量的时候，只能从某一状态“飞跃”地过渡到另一状态，而不可能停留在不符合这些能量的任何一个中间状态。2.在宏观尺度内研究物体的运动时我们可以认为：物体的运动是连续的，能量变化是连续的，不必考虑量子化；在研究微观粒子时必须考虑能量量子化。3.能量子的能量h，其中h是普朗克常
8、数，是电磁波的频率。精典示例例2 人眼对绿光较为敏感，正常人的眼睛接收到波长为530 nm的绿光时，只要每秒钟有6个绿光的光子射入瞳孔，眼睛就能察觉。普朗克常数为6.631034 Js，光速为3.0108 m/s，则人眼能察觉到绿光时所接收到的最小功率是()A.2.31018 W B.3.81019 WC.7.01010 W D.1.21018 W解析因只要每秒有6个绿光的光子射入瞳孔，眼睛就能察觉。所以察觉到绿光所接收的最小功率P，式中E6，又hh，可解得P W2.31018 W。答案A针对训练2 (多选)对于带电微粒的辐射和吸收能量时的特点，以下说法正确的是()A.以某一个最小能量值一份一
9、份地辐射或吸收B.辐射和吸收的能量是某一最小值的整数倍C.吸收的能量可以是连续的D.辐射和吸收的能量是量子化的解析带电微粒辐射或吸收能量时是以最小能量值能量子的整数倍或一份一份地辐射或吸收的，是不连续的，故选项A、B、D正确，C错误。答案ABD光电效应现象及其特征要点归纳1.光子的能量与入射光的强度：光子的能量即每个光子的能量，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。2.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
10、强度之间没有简单的正比关系。3.发生光电效应时，产生的光电子数与入射光的频率无关，与入射光的强度有关。4.光电效应与光的电磁理论的矛盾按光的电磁理论，应有：(1)光越强，光电子的初动能越大，遏止电压与光的强弱有关。(2)不存在截止频率，任何频率的光都能产生光电效应。(3)在光很弱时，放出电子的时间应远大于109 s。特别提醒(1)发生光电效应时，饱和光电流与入射光的强度有关。(2)遏止电压只与入射光的频率有关，而与入射光的强弱无关。精典示例 例3 用如图2所示的光电管研究光电效应的实验中，用某种频率的单色光a照射光电管阴极K，电流计G的指针发生偏转。而用另一频率的单色光b照射光电管阴极K时，电
11、流计G的指针不发生偏转，那么()图2A.a光的波长一定大于b光的波长B.增加b光的强度可能使电流计G的指针发生偏转C.用a光照射光电管阴极K时通过电流计G的电流是由d到cD.只增加a光的强度可使通过电流计G的电流增大解析因单色光b照射光电管的阴极K时，没有发生光电效应，故有ab，由可知，a甲乙，甲乙丙，所以选项A、D错误，B正确；由于h0A，所以选项C错误。答案B(1)逸出功和截止频率均由金属本身决定，与其他因素无关。(2)极限频率为0的光照射金属对应逸出电子的最大初动能为零，逸出功Ah0。(3)最大初动能与遏止电压(U0)的关系：EkeU0。针对训练5 (多选)如图7所示是某金属在光的照射下
12、，光电子最大初动能Ek与入射光频率的关系图像，由图像可知()图7A.该金属的逸出功等于EB.该金属的逸出功等于hcC.入射光的频率为c时，产生的光电子的最大初动能为ED.入射光的频率为2c时，产生的光电子的最大初动能为2E解析题中图像反映了光电子的最大初动能Ek与入射光频率的关系，根据爱因斯坦光电效应方程EkhA，知当入射光的频率恰为该金属的截止频率c时，光电子的最大初动能Ek0，此时有hcA，即该金属的逸出功等于hc，选项B正确；根据图线的物理意义，有AE，故选项A正确，C、D错误。答案AB1.(对黑体辐射规律的理解)能正确解释黑体辐射实验规律的是()A.能量的连续经典理论B.普朗克提出的能
13、量量子化理论C.以上两种理论体系任何一种都能解释D.牛顿提出的能量微粒说解析根据黑体辐射的实验规律，随着温度的升高，一方面各种波长的辐射强度都增加；另一方面，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，只能用普朗克提出的能量量子化理论才能得到较满意的解释，故选项B正确。答案B2.(能量子的理解及h的应用)(多选)关于普朗克“能量量子化”的假设，下列说法正确的是()A.认为带电微粒辐射或吸收能量时，是一份一份的B.认为能量值是连续的C.认为微观粒子的能量是量子化的、连续的D.认为微观粒子的能量是分立的解析普朗克的理论认为带电微粒辐射或吸收能量时，是一份一份的，微观粒子的能量是量子化的，是分立的，故选项
14、A、D正确。答案AD3.(光电效应规律)关于光电效应，下列说法正确的是()A.当入射光的频率低于截止频率时，不能发生光电效应B.只要光照射的时间足够长，任何金属都能产生光电效应C.光电效应现象中存在极限频率，导致含有光电管的电路存在饱和电流D.入射光的光强一定时，频率越高，单位时间内逸出的光电子数就越多解析光电效应的条件是入射光的频率大于金属的截止频率，与入射光的强度无关，饱和电流的大小与极限频率无关，与入射光的强度有关；入射光的光强一定时，频率越高，光子的能量值越大；入射光中的光子的数目越少，单位时间内逸出的光电子数就越少。答案A4.(光电效应方程的理解与应用)分别用波长为和的单色光照射同一
15、金属板，发出的光电子的最大初动能之比为12，以h表示普朗克常量，c表示真空中的光速，则此金属板的逸出功为()A. B.C. D.解析根据光电效应方程得Ek1hAEk2hA又Ek22Ek1联立得A，选项A正确。答案A1.下列描绘两种温度下黑体辐射强度与波长关系的图中，符合黑体辐射实验规律的是()解析黑体辐射规律：随着温度的升高，一方面，各种波长的辐射强度都有所增加，另一方面，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，A图正确。答案A2.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. D.Phc解析每个光量子的能量h，每秒钟发射的
16、总能量为P，则n。答案A3.(2019厦门高二检测)(多选)光电效应实验的装置如图1所示，则下列说法正确的是()图1A.用紫外线照射锌板，验电器指针会发生偏转B.用红色光照射锌板，验电器指针会发生偏转C.锌板带的是负电荷D.使验电器指针发生偏转的是正电荷解析将擦得很亮的锌板连接验电器，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来，锌板中缺少电子，于是带正电，选项A、D正确。红光不能使锌板发生光电效应。答案AD4.“非典”期间，很多地方用红外线热像仪监测人的体温，只要被测者从仪器
17、前走过，便可知道他的体温是多少，关于其中原理，下列说法正确的是()A.人的体温会影响周围空气温度，仪器通过测量空气温度便可知道人的体温B.仪器发出的红外线遇人反射，反射情况与被测者的温度有关C.被测者会辐射红外线，辐射强度以及按波长的分布情况与温度有关，温度高时辐射强且较短波长的成分强D.被测者会辐射红外线，辐射强度以及按波长的分布情况与温度有关，温度高时辐射强且较长波长的成分强解析根据辐射规律可知，随着温度的升高，各种波长的辐射强度都增加；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。人的体温的高低，直接决定了这个人辐射的红外线的频率和强度，通过监测被测者辐射的红外线的情况就可知道这
18、个人的体温，选项C正确。答案C5.(2019唐山高二检测)对爱因斯坦光电效应方程EkmhA，下面各种理解中正确的是()A.用同种频率的光照射同一种金属，从金属中逸出的所有光电子都会具有同样的初动能EkmB.式中的A表示每个光电子从金属中飞出过程中克服金属中正电荷引力所做的功C.逸出功A和极限频率0之间应满足关系式Ah0D.光电子的最大初动能和入射光的频率成正比解析爱因斯坦光电效应方程EkmhA中的A表示从金属表面直接逸出的光电子克服金属中正电荷引力做的功，因此是所有逸出的光电子中克服引力做功的最小值，对应的光电子的初动能是所有光电子中最大的，其他光电子的初动能都小于这个值，故选项A、B错误；若
19、入射光的频率恰好是极限频率，即刚好能有光电子逸出，可理解为逸出的光电子的最大初动能是0，因此有Ah0，选项C正确；由EkmhA可知Ekm和之间是一次函数关系，但不是成正比关系，选项D错误。答案C6.(2018全国卷，17)用波长为300 nm的光照射锌板，电子逸出锌板表面的最大初动能为1.281019 J。已知普朗克常数为6.631034 Js，真空中的光速为3.00108 ms1。能使锌产生光电效应的单色光的最低频率约为()A.11014 Hz B.81014 HzC.21015 Hz D.81015 Hz解析根据爱因斯坦光电效应方程EkhAhh0，代入数据解得081014 Hz，B正确。答
20、案B7.(2019淮北一中期中)(多选)用甲、乙两种单色光照射同一金属做光电效应实验时，发现光电流与电压的关系如图2所示。已知普朗克常数为h，被照射金属的逸出功为A，遏止电压为Uc，电子的电荷量为e，则下列说法正确的是()图2A.甲光的强度大于乙光的强度B.甲光的频率大于乙光的频率C.甲光照射时产生的光电子的初动能均为eUcD.乙光的频率为解析根据光的强度越强，光电子的数目越多，对应的光电流越大，即可判定甲光的强度较大，选项A正确；由光电效应方程mv2hA，mv2Uce，且甲、乙的遏止电压相同可知，甲、乙的频率相同，选项B错误；甲光照射时产生的光电子的最大初动能均为eUc，选项C错误；根据mv
21、2hAUce可得，选项D正确。答案AD8.实验得到金属钙的光电子的最大初动能Ekm与入射光频率的关系如图3所示。下表中列出了几种金属的截止频率和逸出功，参照下表可以确定的是()图3金属钨钙钠截止频率0/1014 Hz10.957.735.53逸出功W0/eV4.543.202.29A.如用金属钨做实验得到的Ekm图线也是一条直线，其斜率比图中直线的斜率大B.如用金属钠做实验得到的Ekm图线也是一条直线，其斜率比图中直线的斜率大C.如用金属钠做实验得到的Ekm图线也是一条直线，设其延长线与纵轴交点的坐标为(0，Ek2)，则Ek2Ek1D.如用金属钨做实验，当入射光的频率1时，可能会有光电子逸出解
22、析由光电效应方程EkmhA可知Ekm图线是直线，且斜率相同，选项A、B错误；由表中所列的截止频率和逸出功数据可知选项C正确，D错误。答案C9.(2019绵阳高二检测)(多选)在图4甲所示的装置中，K为一金属板，A为金属电极，都密封在真空的玻璃管中，W为由石英片封盖的窗口，单色光可通过石英片射到金属板K上，E为输出电压可调的直流电源，其负极与电极A相连，A是电流表，实验发现，当用某种频率的单色光照射K时，K会发出电子(光电效应)，这时，即使A、K之间的电压等于零，回路中也有电流。当A的电势低于K时，而且当A比K的电势低到某一值Uc时，电流消失，Uc称为遏止电压，当改变照射光的频率，遏止电压Uc也
23、将随之改变，其关系如图乙所示，如果某次实验我们测出了画出这条图线所需的一系列数据，又知道了电子电荷量，则()图4A.可得该金属的极限频率B.可求得该金属的逸出功C.可求得普朗克常数D.可求得电子的质量解析由题意结合光电效应方程可知图像乙中当遏止电压Uc0时，入射光频率即极限频率，故选项A正确；当遏止电压Uc0时，入射光子的能量即等于逸出功，故选项B正确；图乙的斜率即普朗克常数与电子电荷量的比值，故选项C正确；电子质量不可求得，故选项D错误。答案ABC10.铝的逸出功是4.2 eV，现在用波长为200 nm的光照射铝的表面。求：(1)光电子的最大初动能；(2)遏止电压；(3)铝的截止频率。解析(1)由爱因斯坦光电效应方程EkhA可得EkhA J3.2251019 J2.02 eV。(2)由eUcEk得遏止电压Uc2.02 V。(3)由Ah0得极限频率0 Hz1.011015 Hz。答案(1)2.02 eV(2)2.02 V(3)1.011015 Hz11.(2019山东潍坊高二期中)某同学采用如图5所示的实验电路研究光电效应，用某单色光照射光电管的阴极K时，会发生光电效应现象。闭合开关S，在阳极A和阴极K之间加上反向电压，通过调节滑动变阻器的滑片逐渐增大电压，直至电流计中电流恰为零，此时电压表的示数U称为反向遏
