搜索
1能量量子化2光的粒子性学习目标素养提炼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.物理观念：黑体辐射、量子假说、光电效应、康普顿效应．科学思维：利用爱因斯坦的光子说解释光电效应，解释光电效应的实验规律．科学探究：黑体辐射的实验规律、光电效应的实验规律.01课前自主梳理02课堂合作探究03随堂演练达标04课后达标检测一、黑体与黑体辐射1．热辐射：我们周围的一切物体都在辐射，这种辐射与物体的有关．2．黑体：指能够吸收入射的各种波长的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有关外，还与材料的种类及表面状况有关．电磁波温度完全温度4．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有关，如图所示．(1)随着温度的升高，各种波长的辐射强度都．(2)随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长的方向移动．温度增加较短[判断辨析](1)黑体就是黑色的物体．()(2)黑体能够完全吸收各种电磁波，但不辐射电磁波．()(3)黑体辐射电磁波的强度按波长分布，只与黑体的温度有关．()××√二、能量子1．定义：普朗克认为，带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的，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地辐射或吸收的，这个不可再分的最小能量值ε叫作能量子．2．能量子大小：ε＝hν，其中ν是电磁波的频率，h称为h＝6.626×10－34J·s(一般取h＝6.63×10－34J·s)．3．能量的量子化在微观世界中能量是的，或者说微观粒子的能量是的．说明：量子化是微观世界的基本特点，其所有的变化都是不连续的．整数倍一份一份普朗克常量量子化分立[思考]普朗克是在什么情况下大胆提出能量量子化假说的？提示：在用当时已有的电磁场理论无法解释黑体辐射的实验规律的情况下，普朗克大胆提出了能量量子化的假说，得出了黑体辐射的强度按波长分布的公式，并与黑体辐射的实验规律相当符合．三、光电效应1．光电效应：照射到金属表面的光，能使金属中的从表面逸出的现象．2．光电子：光电效应中发射出来的．3．光电效应的实验规律(1)存在着光电流：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发生光电效应．(3)光电效应具有：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.电子电子饱和截止瞬时性[判断辨析](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．()××√四、爱因斯坦的光电效应方程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，这些能量子被称为，频率为ν的光的能量子为hν.2．爱因斯坦光电效应方程(1)表达式：＝Ek＋W0或Ek＝－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，剩下的表现为逸出后电子的初动能Ek.光子hνhν逸出功W0[思考]不同频率的光照射到同一金属表面发生光电效应时，光电子的最大初动能是否相同？提示：由于同一金属的逸出功相同，而不同频率的光的光子能量不同，由光电效应方程可知，发生光电效应时，逸出的光电子的最大初动能是不同的．五、康普顿效应1．光的散射光在介质中与相互作用，因而传播方向，这种现象叫作光的散射．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λ0的成分，这个现象称为康普顿效应．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，深入揭示了光的的一面．物质微粒发生改变大于粒子性4．光子的动量(1)表达式：p＝.(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变长．hλ[判断辨析](1)光子的动量与波长成反比．()(2)光子发生散射时，其动量大小发生变化，但光子的频率不发生变化．()(3)光子发生散射后，其波长变长．()√×√要点一对黑体辐射、能量子的理解[探究导入]很多地方用红外热像仪监测人的体温，只要被测者从仪器前走过，便可知道他的体温是多少，你知道其中的道理吗？提示：人不停地向外辐射红外线，辐射的能量大小和波长分布与人体表面的温度有着十分密切的关系，因此通过对人自身辐射的红外能量的测定，便能准确测定人体的表面温度．1．黑体辐射(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．2．能量子(1)能量子和量子数：振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整数倍，E＝nε，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一份一份地辐射或吸收，这个不可再分的最小能量值ε叫作能量子，n就是量子数．就是说辐射或吸收能量时以这个最小能量值为单位一份一份地辐射或吸收，即只能从某一状态“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)能量子的能量公式：ε＝hν，其中ν是电磁波的频率，h称为普朗克常量．h＝6.626×10－34J·s.(3)能量子假说的意义①普朗克的能量子假说，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．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，架起了电磁波的波动性与粒子性的桥梁．[典例1]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增加，另一方面辐射强度的极大值向波长较短的方向移动．据此规律可知A图正确．[答案]A[总结提升]黑体辐射规律一方面描述了辐射强度与温度的关系；另一方面描述了辐射强度的极大值与波长的关系．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解析：黑体自身辐射电磁波，不一定是黑的，故选项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，故选项B错误，选项C正确；小孔只吸收电磁波，不反射电磁波，因此是小孔成了一个黑体，而不是空腔，故选项D错误．答案：C2．(多选)对于带电微粒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为单位一份一份地辐射或吸收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ε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要点二光电效应现象及其实验规律[探究导入]某单色光照射到金属表面上结果没有光电子逸出，请思考：我们应如何操作才能使该金属发生光电效应呢？增大入射光频率还是增大入射光强度？提示：每种金属都有一个截止频率，当入射光的效率低于截止频率时不发生光电效应，故应增大入射光频率．1．光电效应的实质：光现象――→转化为电现象．2．光电效应中的光包括不可见光和可见光．3．光电子：光电效应中发射出来的电子，其本质还是电子．4．能不能发生光电效应由入射光的频率决定，与入射光的强度无关．5．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．6．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10－9s.[典例2](多选)对光电效应的理解正确的是()A．金属钠的每个电子可以吸收一个或一个以上的光子，当它积累的动能足够大时，就能逸出金属B．如果入射光子的能量小于金属表面的电子克服原子核的引力而逸出时所需做的最小功，便不能发生光电效应C．发生光电效应时，入射光越强，光子的能量就越大，光电子的最大初动能就越大D．由于不同金属的逸出功是不相同的，因此使不同金属产生光电效应，入射光的最低频率也不同[解析]按照爱因斯坦的光子说，光子的能量由光的频率决定，与光强无关，入射光的频率越大，发生光电效应时产生的光电子的最大初动能越大；但要使电子离开金属，电子必须具有足够的动能，而电子增加的动能只能来源于照射光的光子能量，且一个电子只能吸收一个光子，不能同时吸收多个光子，所以光子的能量小于某一数值时便不能产生光电效应现象；电子从金属逸出时只有从金属表面向外逸出的电子克服原子核的引力所做的功最小．综上所述，选项B、D正确．[答案]BD[总结提升]对光电效应现象的理解光电效应实验规律可理解记忆：“放(出光电子)不放，比频率；若能放瞬时放；放多少(光电子)，看光强；(光电子的)最大初动能，看(入射光的)频率．”3．(多选)光电效应实验的装置如图所示，用弧光灯照射锌板，验电器指针张开一个角度，则下面说法中正确的是()A．用紫外线照射锌板，验电器指针会发生偏转B．用绿色光照射锌板，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，A、D选项正确．绿光不一定能使锌板发生光电效应．答案：AD4．入射光照到某金属表面发生光电效应．若入射光的强度减弱，而频率保持不变，则下列说法中正确的是()A．从光照射到金属表面上到金属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减小C．单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将减少D．有可能不发生光电效应解析：光电效应的发生几乎是瞬时的，跟入射光的强度无关，A错；光电子的最大初动能跟入射光的频率有关，与入射光的强度无关，B错；入射光强度减弱，则入射光子数减少，入射光子与逸出光电子是一对一的关系，因而逸出的光电子数减少，C对；能否发生光电效应，与入射光的强度无关，D错．答案：C要点三光电效应方程及其规律[探究导入](1)入射光越强，光电子的最大初动能越大，对吗？(2)正向电压越大，光电流就越大吗？提示：(1)不对，由光电效应方程Ek＝hν－W0知，光电子的最大初动能与入射光的频率有关，与光照强度无关．(2)当正向电压增大到一定值时，所有光电子都被阳极吸收，这时即使再增大电压，电流也不会增大．1．对光电效应方程Ek＝hν－W0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0～Ek范围内的任何数值