高中物理 第17章 第1、2节 能量量子化 光的粒子性课件 新人教版选修3-5.ppt

成才之路 物理 路漫漫其修远兮吾将上下而求索 人教版 选修3 5 波粒二象性 第十七章 第一节能量量子化第二节光的粒子性 第十七章 如图所示 把一块锌板连接在验电器上 用紫外线灯照射锌板 观察到验电器的指针发生了变化 这说明锌板带了电 你知道锌板是怎样带上电的吗 1 热辐射 1 定义 我们周围的一切物体都在辐射 这种辐射与物体的 有关 所以叫热辐射 2 特征 热辐射强度按波长的分布情况随物体的 而有所不同 2 黑体 1 定义 如果某种物体在任何温度下能够完全吸收入射的 而不发生反射 这种物体就是绝对黑体 简称黑体 2 黑体辐射的特征 黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的 有关 黑体与黑体辐射 电磁波 温度 温度 各种波长的电磁波 温度 3 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 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 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 叫做能量子 2 能量子大小 h 其中 是电磁波的频率 h称为 常量 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 能量子 整数倍 一份一份 普朗克 量子化 分立 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 如图所示 光电效应 电子 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 存在着饱和光电流 在光的颜色不变的情况下 入射光越强 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 越多 2 存在着遏止电压和截止频率 光电子的最大初动能与入射光的 有关 而与入射光的 无关 当入射光的频率低于 时不能发生光电效应 3 光电效应具有瞬时性 光电效应几乎是 发生的 从光照射到产生光电流的时间不超过 s 电子 饱和 光电子数 频率 强弱 截止频率 瞬时 10 9 爱因斯坦的光电效应方程 一份一份 能量子 逸出功 1 光的散射光在介质中与 相互作用 因而传播方向发生改变 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 0相同的成分外 还有 的成分 这个现象称为康普顿效应 康普顿效应 物质微粒 波长大于 0 光子的动量 电子 变小 长 一 对黑体及黑体辐射的理解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 特别提醒 1 热辐射不一定要高温 任何温度的物体都发出一定的热辐射 只是温度低时辐射弱 温度高时辐射强 2 黑体是一个理想化的物理模型 实际不存在 3 黑体看上去不是一定是黑的 只有当自身辐射的可见光非常微弱时看上去才是黑的 有些可看作黑体的物体由于有较强的辐射 看起来还会很明亮 例如 炼钢炉口上的小孔 一些发光的物体 如太阳 白炽灯灯丝 也被看作黑体来处理 非典 期间 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 答案 根据热辐射规律可知 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知道这个人的体温 3 意义可以非常合理地解释某些电磁波的辐射和吸收的实验现象 4 量子化现象在微观世界中物理量分立取值的现象称为量子化现象 5 量子化假设的意义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 普朗克常量h是自然界中最基本的常量之一 它体现了微观世界的基本特征 由能量量子化假说可知 能量是一份一份的 而不是连续的 在宏观概念中 举一些我们周围不连续的实例 答案 人的个数 自然数 汽车等 三 光电效应中几个易混淆的概念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E 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与入射光子数的乘积 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 特别提醒 1 光电效应的实质是光现象转化为电现象 2 发生光电效应时 饱和光电流与入射光的强度有关 要明确不同频率的光 不同金属与光电流的对应关系 特别提醒 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 光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大 但不是正比关系 一束绿光照射某金属发生了光电效应 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答案 AD 解析 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 紫光频率高于绿光 故上述选项正确的有A D 五 康普顿效应1 光子说对康普顿效应的解释 1 假定X射线光子与电子发生弹性碰撞 光子和电子相碰撞时 光子有一部分能量传给电子 散射光子的能量减少 于是散射光的波长大于入射光的波长 2 康普顿效应进一步揭示了光的粒子性 也再次证明了爱因斯坦光子说的正确性 答案 1变长 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 黑体与黑体辐射 解析 黑体自身辐射电磁波 不一定是黑的 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 B错误 C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 而不是空腔 D错误 答案 C点评 黑体完全吸收电磁波而不反射 同时其本身也辐射电磁波 黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温度有关 与其他因素无关 湛江市2014 2015学年高二质检 在实验室或工厂的高温炉子上开一个小孔 小孔可看做黑体 由小孔的热辐射特征 就可以确定炉内的温度 如图所示 就是黑体的辐射强度与其辐射光波波长的关系图象 则下列说法正确的是 A T1 T2B T1 T2 C 随着温度的升高 黑体的辐射强度都有所降低 D 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 答案 AD 普朗克能量子假说 答案 3 14 10 19J5 73 1016个点评 求解本题的关键有两点 一是能根据已知条件求得每一个光子的能量 另外必须明确激光器发射的能量由这些光子能量的总和组成 北京市顺义区牛栏山一中2014 2015学年高二下学期期中 对于红 黄 绿 蓝四种单色光 下列表述正确的是 A 在相同介质中 绿光的折射率最大B 红光的频率最高C 在相同介质中 蓝光的波长最短D 黄光光子的能量最小答案 C 解析 红 黄 绿 蓝四种单色光的频率依次增大 光从真空进入介质 频率不变 B错 由色散现象 同一介质对频率大的光有大的折射率 A错 频率大的光在真空中和介质中的波长都小 蓝光的波长最短 C正确 频率大 光子能量大 D错 关于光电效应的规律 下面说法正确的是 A 当某种色光照射金属表面时 能产生光电效应 则入射光的频率越高 产生的光电子的最大初动能越大B 当某种色光照射金属表面时 能产生光电效应 则入射光的强度越大 产生的光电子数越多C 同一频率的光照射不同金属 如果都能产生光电效应 则逸出功大的金属产生的光电子的最大初动能也越大D 对某金属 入射光波长必须等于小于某一极限波长 才能产生光电效应 光电效应规律 寿光市现代中学2014 2015学年高二下学期检测 一束平行光经玻璃三棱镜折射后 分解为互相分离的三束光 分别照在相同的金属板a b c上 如图所示 已知金属板b有光电子放出 则可知 A 板a一定不放出光电子B 板a一定能放出光电子C 板c一定不放出光电子D 板c一定能放出光电子答案 D 爱因斯坦光电效应方程的应用 1 每秒阴极发射的光电子数和光电子飞出阴极时的最大初动能 2 如果把照射阴极绿光的光强增大为原来的2倍 每秒阴极发射的光电子数和光电子飞出阴极的最大初动能 如图所示是用光照射某种金属时逸出的光电子的最大初动能随入射光频率的变化图线 普朗克常量h 6 63 10 34J s 由图可知 A 该金属的极限频率为4 27 1014HzB 该金属的极限频率为5 5 1014HzC 该图线的斜率表示普朗克常量D 该金属的逸出功为0 5eV答案 AC