第二章 第二节 光子

预习导学第二节光子预习导学课堂讲义高中物理·选修3-5·粤教版第二节光子预习导学第二节光子预习导学课堂讲义[目标定位]1.知道普朗克提出的能量子假说.2.知道爱因斯坦的光子说，知道光子能量的表达式.3.知道爱因斯坦的光电效应方程以及对光电效应规律的解释．预习导学第二节光子预习导学课堂讲义一、能量量子假说1．假说内容：物体热辐射所发出的电磁波的能量是________，只能是最小能量值hν的________．2．能量量子：____称为一个能量量子，其中ν是辐射频率，h是一个常量，称为普朗克常量，h＝6.63×10－34J·s.3．假说的意义：能量量子假说能够非常合理地解释某些电磁波的______和______的实验现象．4．量子化现象：在微观世界里，物理量只能取一些分立值的现象．不连续的整数倍hν辐射吸收预习导学第二节光子预习导学课堂讲义二、光子假说1．内容：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________组成的，这些能量子被称为______，频率为ν的光的能量子为____．2．意义：利用光子假说可以完美地解释________的各种特征．三、光电效应方程1．逸出功W0：电子从金属中逸出所需要的克服束缚而消耗的能量的最小值，叫做金属的逸出功．2．光电效应方程：hν＝12mv2max＋W0.其中12mv2max为光电子的最大初动能，W0为金属的逸出功．能量子光子hν光电效应预习导学第二节光子预习导学课堂讲义想一想怎样从能量守恒角度理解爱因斯坦光电效应方程？答案爱因斯坦光电效应方程中的hν是入射光子的能量，逸出功W0是光子飞出金属表面消耗的能量，Ek是光子的最大初动能，因此爱因斯坦光电效应方程符合能量的转化与守恒定律．四、对光电效应的解释1．对极限频率的解释金属内部的一个电子一般只吸收______光子的能量，如果光子的能量______电子的逸出功，那么无论光的强度(光子数目)有多大，照射时间多长，金属内部的电子都不能被激发而逃逸出来．因此光电效应的条件是光子的能量ε＝hν一个小于预习导学第二节光子预习导学课堂讲义2．对遏止电压与入射光的频率有关，而与入射光的强度无关的解释必须______或至少______逸出功W0，即ν≥W0h，而不同金属W0不同，因此不同金属的__________也不相同．遏止电压对应光电子的最大初动能，即：eU0＝12mv2max，对应爱因斯坦的光电效应方程可得：hν＝eU0＋W0，可见，对某种金属而言，遏止电压只由_______决定，与________无关.大于等于极限频率频率光强度课堂讲义预习导学课堂讲义第二节光子一、对光子概念的理解1．光子不是光电子：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，光子是光电效应的因，光电子是果．2．由光子的能量确定光电子的动能：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．课堂讲义预习导学课堂讲义第二节光子3．光子的能量与入射光的强度的关系：光子的能量即每个光子的能量，其值为E＝hν(ν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与入射光子数的乘积．【例1】氦氖激光器发射波长为6328A°的单色光，试计算这种光的一个光子的能量为多少？若该激光器的发光功率为18mW，则每秒钟发射多少个光子？(h＝6.63×10－34J·s)答案3.14×10－19J5.73×1016个课堂讲义预习导学课堂讲义第二节光子解析根据爱因斯坦光子学说，光子能量ε＝hν，而λν＝c，所以ε＝hcλ＝6.63×10－34×3×1086.328×10－7J＝3.14×10－19J因为发光功率已知，所以1s内发射的光子数为n＝P·tε＝18×10－3×13.14×10－19个＝5.73×1016个课堂讲义预习导学课堂讲义第二节光子借题发挥光能量子E＝hν，光能是光子能量的整数倍，即E总＝n·ε＝n·hν.普朗克量子化理论，认为电磁波的能量是量子化的、不连续的，总能量是能量子的整数倍，即E总＝nε，其中ε＝hν，因此，只要知道电磁波的频率ν即可解答．光是一种电磁波，光能量子简称光子．其能量值是光能量的最小单位，ε＝hν，其中ν为光的频率，通常结合c＝λν，确定ε的值．课堂讲义预习导学课堂讲义第二节光子针对训练1对应于3.4×10－19J的能量子，其电磁辐射的频率和波长各是多少？它是什么颜色的光？(h＝6.63×10－34J·s)答案5.13×1014Hz5.85×10－7m黄色解析根据公式ε＝hν和ν＝cλ得ν＝εh＝3.4×10－196.63×10－34Hz＝5.13×1014Hz，λ＝cν＝3.0×1085.13×1014m＝5.85×10－7m．5.13×10－14Hz的频率属于黄光的频率范围，它是黄光，其波长为5.85×10－7m.课堂讲义预习导学课堂讲义第二节光子二、光电效应方程的理解与应用1．光电效应方程Ek＝hν－W0的理解(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0～Ek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ε＝hν的光子被电子所吸收，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，根据能量守恒定律可知：Ek＝hν－W0.课堂讲义预习导学课堂讲义第二节光子(3)光电效应方程包含了产生光电效应的条件(4)Ekmν曲线如图2－2－1所示是光电子最大初动能Ekm随入射光频率ν的变化曲线．这里，横轴上的截距是极限频率；纵轴上的截距是逸出功的负值；斜率为普朗克常量．图2－2－1若发生光电效应，则光电子的最大初动能必须大于零，即Ek＝hν－W00，亦即hνW0，νW0h＝ν0，而ν0＝W0h恰好是光电效应的极限频率．课堂讲义预习导学课堂讲义第二节光子2．光子说对光电效应的解释(1)由爱因斯坦光电效应方程可以看出，光电子的最大初动能Ek和入射光的频率ν有关，且成线性关系，而与光的强弱无关．只有当hνW0时，才有光电子逸出．(2)金属电子一次性吸收光子的全部能量，不需要积累能量的时间，所以光电流几乎是瞬时产生的．(3)光较强时，包含的光子数较多，照射金属时产生的光电子较多，所以饱和电流较大．根据光电效应方程，当光电子的最大初动能为零时，可得极限频率ν0＝W0h.课堂讲义预习导学课堂讲义第二节光子【例2】(单选)如图2－2－2所示，当电键K断开时，用光子能量为2.5eV的一束光照射阴极P，发现电流表读数不为零．合上电键，调节滑动变阻器，发现当电压表读数小于0.60V时，电流表读数仍不为零．当电压表读数大于或等于0.60V时，电流表读数为零．由此可知阴极材料的逸出功为()A．1.9eVB．0.6eVC．2.5eVD．3.1eV答案A图2－2－2课堂讲义预习导学课堂讲义第二节光子解析由题意知光电子的最大初动能为Ek＝eU0＝0.60eV，所以根据光电效应方程Ek＝hν－W0可得W0＝hν－Ek＝(2.5－0.6)eV＝1.9eV课堂讲义预习导学课堂讲义第二节光子针对训练2(双选)如图2－2－3所示是某金属在光的照射下，光电子最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图象，由图象可知()A．该金属的逸出功等于EB．该金属的逸出功等于hν0C．入射光的频率为ν0时，产生的光电子的最大初动能为ED．入射光的频率为2ν0时，产生的光电子的最大初动能为2E答案AB图2－2－3课堂讲义预习导学课堂讲义第二节光子解析题中图象反映了光电子的最大初动能Ek与入射光频率ν的关系，根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0，知当入射光的频率恰为该金属的极限频率ν0时，光电子的最大初动能Ek＝0，此时有hν0＝W0，即该金属的逸出功等于hν0，选项B正确；根据图线的物理意义，有W0＝E，故选项A正确，而选项C、D错误.预习导学第二节光子预习导学课堂讲义再见