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第1节能量量子化第2节光的粒子性学习目标1．知道黑体、热辐射和黑体辐射的概念，了解黑体辐射的实验规律．2．了解普朗克提出的量子假说．3．知道光电效应现象，了解光电效应的实验规律．4．理解爱因斯坦的光子说及对光电效应的解释，会用光电效应方程解决一些简单问题．5．了解康普顿效应及其意义．填一填、做一做、记一记课前自主导学|基础知识·填一填|一、热辐射1．热辐射：我们周围的一切物体都在辐射1__________，这种辐射与物体的2__________有关．2．一般材料物体的辐射规律：辐射电磁波的情况除与3_______有关外，还与4_________的种类及5___________有关．电磁波温度温度材料表面状况二、黑体与黑体辐射1．黑体：指能够6_____________吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射的物体．2．黑体辐射的实验规律：黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的7_____________有关，如图所示．完全温度3．黑体模型：如图所示，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会发生多次8________和9________，最终不能从空腔射出．这个小孔(而非空腔壁)就成了一个10______．黑体是一个11__________化的物理模型．反射吸收黑体理想三、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ε的12_________，当带电微粒辐射或吸收能量时，也是以这个最小能量值为单位13_____________地辐射或吸收的，这个不可再分的最小能量值ε叫做14_____________．2．能量子大小：ε＝hν，其中ν是电磁波的频率，h称为15_____________常量．h＝6.626×10－34J·s(一般取h＝6.63×10－34J·s)．整数倍一份一份能量子普朗克3．能量的量子化：在微观世界中能量是16___________的，或者说微观粒子的能量是17_____________的．四、光电效应的实验规律1．光电效应：照射到金属表面的光，能使金属中的18_____________从表面逸出的现象．2．光电子：光电效应中发射出来的19_____________.量子化分立电子电子3．光电效应的实验规律(1)存在着20_____________光电流：在光的颜色不变的情况下，入射光越强，饱和电流越大．这表明对于一定颜色的光，入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多．(2)存在着遏止电压和21_____________频率：光电子的最大初动能与入射光的频率有关，而与入射光的强弱无关．当入射光的频率低于截止频率时不能发生光电效应．饱和截止(3)光电效应具有22_____________：光电效应几乎是瞬时发生的，从光照射到产生光电流的时间不超过10－9s.4．逸出功：使电子脱离某种金属所做功的23_____________.不同金属的逸出功24_____________.瞬时性最小值不同五、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ν的光的能量子为hν，这些能量子被称为25_________.2．爱因斯坦的光电效应方程(1)表达式：26______＝Ek＋W0或Ek＝27______－W0.(2)物理意义：金属中电子吸收一个光子获得的能量是hν，这些能量一部分用于克服金属的28___________，剩下的表现为逸出后电子的初动能Ek.光子hνhν逸出功W0六、康普顿效应和光子的动量1．光的散射：光在介质中与29_____________相互作用，因而传播方向30_____________，这种现象叫做光的散射．2．康普顿效应：美国物理学家康普顿在研究石墨对X射线的散射时，发现在散射的X射线中，除了与入射波长λ0相同的成分外，还有波长31_____________λ0的成分，这个现象称为康普顿效应．物质微粒发生改变大于3．康普顿效应的意义：康普顿效应表明光子除了具有能量之外，还具有动量，深入揭示了光的32_____________的一面．4．光子的动量(1)表达式：p＝33_____.(2)说明：在康普顿效应中，入射光子与晶体中电子碰撞时，把一部分动量转移给电子，光子的动量变小．因此，有些光子散射后波长34_____________.粒子性hλ变大|基础小题·做一做|1．正误判断(1)黑体一定是黑色的．()(2)热辐射只能产生于高温物体．()(3)能产生光电效应的光必定是可见光．()(4)经典物理学理论不能合理解释康普顿效应．()(5)微观粒子的能量只能是能量子的整数倍．()(6)能量子的能量不是任意的，其大小与电磁波的频率成正比．()×××√√√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．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关D．黑体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波解析：选ACD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错，C对；根据黑体定义知D对．3．当用一束紫外线照射锌板时，发生了光电效应，这时()A．锌板带负电B．有正离子从锌板逸出C．有电子从锌板逸出D．锌板会吸附空气中的正离子解析：选C锌板在紫外线的照射下发生了光电效应，锌板上有电子逸出，所以锌板带正电，C正确，A、B、D错误．4．康普顿效应说明了什么？为什么说康普顿效应反映了光子具有动量？提示：康普顿效应说明了光的粒子性，解释光子波长变化的问题时运用了能量守恒定律和动量守恒定律，理论与实验符合很好．|核心知识·记一记|1．能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射，这种物体就是绝对黑体，简称黑体．黑体辐射电磁波的强度只与黑体的温度有关．2．能量子：不可再分的最小能量值ε，ε＝hν.3．照射到金属表面的光，能使金属中的电子从表面逸出的现象，叫光电效应．爱因斯坦光电效应方程：Ek＝hν－W0.4．光电效应现象和康普顿效应均说明了光具有粒子性．析要点、研典例、重应用课堂互动探究★要点一黑体辐射与能量量子化|要点归纳|1．对黑体及黑体辐射的理解热辐射特点吸收、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光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2.普朗克能量量子化假设对黑体辐射的合理解释在能量量子化假设的基础上，普朗克得出了黑体辐射的强度按照波长分布的公式，根据公式得出的理论结果与实验结果完全相符．如图所示，曲线是根据普朗克公式得出黑体辐射强度按照波长分布的函数图象，小圆圈代表黑体辐射的实验值．从图象看出，两者符合性令人“击掌叫绝”．3．能量量子化假说的意义普朗克的量子化假设把人类对微观世界的认识推到了一个新的高度，对现代物理学的发展产生了革命性的影响．普朗克常量h是自然界中最基本的常量之一，它展现了微观世界的基本特征，架起了电磁波的波动性与粒子性的桥梁．|例题展示|【例1】热辐射是指所有物体都要向外辐射电磁波的现象．辐射强度指垂直于电磁波方向的单位面积在单位时间内所接收到的辐射能量．在研究同一物体在不同温度下向外辐射的电磁波的波长与其辐射强度的关系时，得到如图所示的图线，图中横轴λ表示电磁波的波长，纵轴Mλ表示某种波长的电磁波的辐射强度，则由Mλλ图线可知，同一物体在不同温度下()A．向外辐射同一波长的电磁波的辐射强度相同B．向外辐射的电磁波的波长范围是相同的C．向外辐射的电磁波的总能量随温度升高而减小D．辐射强度的极大值随温度升高而向短波方向移动[解析]由Mλλ图线可知，对于同一物体，随着温度的升高，一方面，各种波长电磁波的辐射强度都有所增加，向外辐射的电磁波的总能量增大；另一方面，辐射强度的极大值向短波方向移动，故D正确，A、C错误；从图象中无法准确知道波长范围的变化情况，故B错误．[答案]D【例2】(多选)某半导体激光器发射波长为1.5×10－6m，功率为5.0×10－3W的连续激光．已知可见光波长的数量级为10－7m，普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，该激光器发出的()A．是紫外线B．是红外线C．光子能量约为1.3×10－18JD．光子数约为每秒3.8×1016个[解析]半导体激光器发射的激光的波长大于可见光的波长，因此这是红外线，故A选项错误，B选项正确；根据光子能量的公式E＝hν＝hcλ＝1.326×10－19J，故C选项错误；激光的功率指的是单位时间内发射的能量，则每秒钟发射的光子数约为n＝Phcλ＝Pλhc＝3.8×1016个，故D选项正确．[答案]BD|对点训练|1．(多选)以下宏观概念中，哪些是“量子化”的()A．物体的带电荷量B．物体的质量C．物体的动量D．学生的个数解析：选AD所谓“量子化”应该是不连续的，是一份一份的，故选AD.2．(2019·开封市高三三模)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：选A黑体辐射以电磁辐射的形式向外辐射能量，温度越高，辐射越强越大，黑体辐射的波长分布情况也随温度而变化，温度越高，辐射强度的极大值向着波长较短的方向移动，A选项正确．3．(2019·江苏卷)在“焊接”视网膜的眼科手术中，所用激光的波长λ＝6.4×10－7m，每个激光脉冲的能量E＝1.5×10－2J．求每个脉冲中的光子数目．(已知普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，光速c＝3×108m/s.计算结果保留一位有效数字)解析：光子能量ε＝hcλ光子数目n＝Eε代入数据得n＝5×1016个．答案：5×1016个★要点二光电效应中的五组概念|要点归纳|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，光子是光电效应的因，光电子是果．2．光电子的初动能与光电子的最大初动能(1)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．(2)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即每个光子的能量，其值为ε＝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hν与单位面积上入射光子数n的乘积．即入射光的强度等于nhν.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．|例题展示|【例3】(多选)如图所示为一个真空光电管的应用电路，其阴极金属材料的极限频率为4.5×1014Hz，则以下判断正确的是()A．无论用怎样频率的单色光照射光电管，只要照射足够的时间都能在电路中产生光电流B．用λ＝0.5μm的光照射光电管时，电路中有光电流产生C．发生光电效应后，只增加照射光电管的入射光的频率，电路中的光电流就一定增加D．发生光电效应后，增加电源电压，电路中的光电流一定增加[解析]入射光的频率小于极限频率，无论照射多长时间也不能产生光电流，A错误；根据c＝λν，当λ＝0.5μm时，ν＝6.0×1014Hz，大于极限频率，有光电流产生，B正确；若只是入射光的频率增加，光电流一定增加，C正确；增加电源电压，若已达饱和电流，光电流不会增加，D