【步步高】2014-2015学年高中物理 2.1-2.2 拨开黑体辐射的疑云 涅槃凤凰再飞翔课件 沪科版选修3-5.ppt

第2章 波和粒子2.1-2.2 拨开黑体辐射的疑云 涅槃凤凰再飞翔1.了解黑体与黑体了解黑体与黑体辐辐射，知道射，知道辐辐射本射本领领与波与波长长的关系；的关系；了解能量子的概念及提出的了解能量子的概念及提出的过过程程.2.知道光知道光电电效效应现应现象及其象及其实验规实验规律律.3.掌握掌握爱爱因斯坦光因斯坦光电电效效应应方程及其意方程及其意义义.4.了解康普了解康普顿顿效效应应及其意及其意义义 学习目标定位学习目标定位知识储备区3(2)完全完全 绝对绝对黑体黑体 (3)增大增大 较较短短知识链接知识链接新知呈现新知呈现1大大 24(1)整数倍整数倍 nh h 频频率率 普朗克常量普朗克常量(2)不能不能连续变连续变化化 分立分立值值知识储备区5(1)电电子子 光光电电子子 (2)高于高于这这个极限个极限频频率率入射光入射光频频率率 无关无关 入射光的入射光的强强度度 瞬瞬时时 1109 s6(1)不不连续连续 一份一份一份一份 h (2)最小最小值值 逸出功逸出功7(1)更更长长 (2)动动量量 (3)学习探究区一、光电效应产生的条件一、光电效应产生的条件二、光电效应的实验规律二、光电效应的实验规律三、爱因斯坦的光子说三、爱因斯坦的光子说一、光电效应产生的条件问题设计问题设计在在课课本的本的“探究光探究光电电效效应产应产生的条件生的条件”实验实验中：中：(1)用用紫紫外外线线灯灯照照射射锌锌板板擦擦净净的的一一面面，验验电电器器的的箔箔片片张张角角有有何何变变化化？答答案案验验电电器器的的张张角角变变小小，说说明明在在紫紫外外线线灯灯照照射射下下锌锌板板上上电电子子减少了减少了(2)在在紫紫外外线线灯灯和和锌锌板板间间插插入入一一块块玻玻璃璃，验验电电器器的的箔箔片片张张角角有有何何变变化？化？答答案案验验电电器器张张角角变变小小，速速率率明明显显变变慢慢因因为为紫紫外外线线不不能能穿穿过过玻玻璃璃板板而而可可见见光光却却能能由由此此说说明明金金属属板板产产生生光光电电效效应应是是光光中中紫紫外线照射的结果而不是可见光外线照射的结果而不是可见光(3)用用白白炽炽灯灯照照射射锌锌板板擦擦净净的的一一面面，验验电电器器的的箔箔片片张张角角有有何何变变化化？设设法增加白法增加白炽炽灯的亮度，情况有无灯的亮度，情况有无变变化？化？答案答案验电器张角不变说明可见光不能使锌板发生光电效应验电器张角不变说明可见光不能使锌板发生光电效应要点提炼要点提炼1光光电电效效应应的的实质实质：光：光现现象象 电现电现象象2光光电电效效应应中的光包括不可中的光包括不可见见光和光和 3金属都存在一个极限金属都存在一个极限频频率，只有入射光的率，只有入射光的频频率率 时时，光，光电电效效应应才能才能发发生生可见光可见光高于该金属高于该金属的极限频率的极限频率转转化化为为例例1 如图如图2所示，用弧光灯照射锌板，验电器指所示，用弧光灯照射锌板，验电器指针张开一个角度，则下列说法中正确的是针张开一个角度，则下列说法中正确的是()A用紫外线照射锌板，验电器指针会发生偏转用紫外线照射锌板，验电器指针会发生偏转B用红光照射锌板，验电器指针会发生偏转用红光照射锌板，验电器指针会发生偏转C锌板带的是负电荷锌板带的是负电荷D使使验电验电器指器指针发针发生偏生偏转转的是正的是正电电荷荷图图2解解析析将将擦擦得得很很亮亮的的锌锌板板与与验验电电器器连连接接，用用弧弧光光灯灯照照射射锌锌板板(弧弧光光灯灯发发出出紫紫外外线线)，验验电电器器指指针针张张开开一一个个角角度度，说说明明锌锌板板带带了了电电，进进一一步步研研究究表表明明锌锌板板带带正正电电这这说说明明在在紫紫外外线线的的照照射射下下，锌锌板板中中有有一一部部分分自自由由电电子子从从表表面面飞飞出出来来，锌锌板板中中由由于于缺缺少少电电子子，于于是带正电，选项是带正电，选项A、D正确红光不能使锌板发生光电效应正确红光不能使锌板发生光电效应答案答案AD返回返回二、光电效应的实验规律如如图图3所示，阴极所示，阴极K和阳极和阳极A是密封在真空玻是密封在真空玻璃管中的两个璃管中的两个电电极，极，K用用铯铯做成做成电电源加在源加在K和和A之之间间的的电压电压大小可以大小可以调调整，正整，正负负极也极也可以可以对调对调(1)加在光加在光电电管两极管两极间电压为间电压为零零时时，用紫光照射阴极，用紫光照射阴极K，回路中有，回路中有电电流流吗吗？改？改变变入射光入射光强强度，光度，光电电流大小如何流大小如何变变化？化？问题设计问题设计答案答案有光越有光越强强，光，光电电流越大流越大图图3(2)保保持持入入射射光光的的强强度度不不变变，更更换换滤滤色色片片以以改改变变入入射射光光频频率率，使使光光由紫光由紫光蓝蓝光光绿绿光光红红光，会看到什么光，会看到什么现现象？象？这说这说明什么？明什么？答答案案紫紫光光、蓝蓝光光、绿绿光光照照射射下下有有光光电电流流，红红光光则则没没有有说说明明入射光的入射光的频频率低于某一极限率低于某一极限频频率率时时将不能将不能产产生光生光电电效效应应(3)在在紫紫光光照照射射下下，加加上上反反向向电电压压，直直至至电电流流为为0.改改变变光光强强做做两两次次，记记录录下下各各个个遏遏止止电电压压的的值值；改改用用蓝蓝光光和和绿绿光光再再各各做做一一次次，也也记记录录下下遏遏止止电电压压的的值值你你发发现现什什么么规规律律？遏遏止止电电压压U与与光光电电子子的的最最大大动动能能Ekm什什么么关关系系？从从实实验验记记录录数数据据你你又又能能得得出出什什么么结结论论？(可可以以结结合合课课本本“实验实验探究：研究光探究：研究光电电效效应应的的规规律律”中表中表1的数据分析的数据分析)答答案案用用紫紫光光照照射射，不不管管光光强强如如何何，遏遏止止电电压压相相同同，由由紫紫光光逐逐次次换换成成蓝蓝光光和和绿绿光光，遏遏止止电电压压逐逐次次减减小小，说说明明遏遏止止电电压压随随入入射射光光频频率率的的减减小小而而减减小小根根据据动动能能定定理理eUEkm，遏遏止止电电压压不不同同说说明明光光电电子子的的最最大大动动能能只只与与入入射射光光频频率率有有关关，且且随随入入射射光光频频率率的的增大而增大增大而增大要点提炼要点提炼1光光电电效效应应的四条的四条规规律律(1)极极限限频频率率的的存存在在：入入射射光光的的频频率率必必须须 0，才才能能产产生生光光电电效效应应，与光，与光强强度及照射度及照射时间时间无关无关(2)光光电电子子的的最最大大动动能能随随着着 的的增增加加而而增增加加，与与入入射射光的光的强强度度 (3)当当产产生光生光电电效效应时应时，光，光电电流大小随入射光流大小随入射光强强度的增加而度的增加而 (4)光光电电效效应应的的发发生几乎是生几乎是 的，不超的，不超过过 .高于高于入射光频率入射光频率无关无关增大增大瞬时瞬时1109 s2掌握三个概念的含掌握三个概念的含义义(1)入射光入射光频频率决定着率决定着 和和 (2)入射光入射光强强度决定着度决定着；(3)饱饱和光和光电电流决定着流决定着能否能否发发生光生光电电效效应应光光电电子的最大子的最大动动能能单单位位时间时间内内发发射的光子数射的光子数单单位位时间时间内内发发射的光射的光电电子数子数例例2 如如图图4所所示示，电电路路中中各各元元件件完完好好，光光照照射射到到阴阴极极K.灵灵敏敏电电流流计没有示数，其可能原因是计没有示数，其可能原因是()A入射光强度太弱入射光强度太弱B入射光的频率太小入射光的频率太小C光照时间短光照时间短D电电源正源正负负极接反极接反解析解析题图所示电路中形成电流需要具备两个条件：一是阴极题图所示电路中形成电流需要具备两个条件：一是阴极K在光照射下有光在光照射下有光电电子逸出，二是溢出的光子逸出，二是溢出的光电电子子应该应该能在能在电电路路中定向移中定向移动动到达阳极到达阳极A.图图4光光电电子的逸出取决于入射光的子的逸出取决于入射光的频频率率，只有入射光的，只有入射光的频频率大于极率大于极限限频频率率0时时才有光才有光电电子逸出，与入射光的子逸出，与入射光的强强度和度和时间时间无关，无关，A、C错错，B对对；光光电电子能否达到阳极子能否达到阳极A，取决于光，取决于光电电子的子的动动能大小和两极能大小和两极间间所所加加电压电压的正的正负负和大小共同决定，一旦和大小共同决定，一旦电电源接反了且源接反了且电压电压大于遏大于遏止止电压电压，即使具有最大，即使具有最大动动能的光能的光电电子也不能达到阳极，即使子也不能达到阳极，即使发发生了光生了光电电效效应现应现象，象，电电路中也不会有光路中也不会有光电电流，流，D对对，所以正确，所以正确选项为选项为B、D.答案答案BD针针对对训训练练当当用用绿绿光光照照射射光光电电管管阴阴极极K时时，可可以以发发生生光光电电效效应应，则下列说法正确的是则下列说法正确的是()A增大绿光照射强度，光电子的最大动能增大增大绿光照射强度，光电子的最大动能增大B增大绿光照射强度，电路中光电流增大增大绿光照射强度，电路中光电流增大C改用比绿光波长大的光照射光电管阴极改用比绿光波长大的光照射光电管阴极K时，电路中一定有时，电路中一定有 光电流光电流D改用比改用比绿绿光光频频率大的光照射光率大的光照射光电电管阴极管阴极K时时，电电路中一定有路中一定有 光光电电流流答案答案D返回返回解析解析光电流与光强有关，光越强光电流越大，故光电流与光强有关，光越强光电流越大，故B对对；最大最大动动能与光能与光强强无关，故无关，故A错错；当改用当改用频频率更大的光照射率更大的光照射时时，一定能，一定能发发生光生光电电效效应现应现象，因此象，因此有光有光电电流，故流，故D对对三、爱因斯坦的光子说要点提炼要点提炼对对光光电电效效应应方程方程hWEkm的理解的理解1光光电电效效应应方程方程实质实质上是能量守恒方程上是能量守恒方程能能量量为为Eh的的光光子子被被电电子子所所吸吸收收，电电子子把把这这些些能能量量的的一一部部分分用用来来克克服服金金属属表表面面对对它它的的吸吸引引力力，另另一一部部分分就就是是电电子子离离开开金金属属表表面面时时的的动动能能如如果果克克服服吸吸引引力力做做功功最最少少为为W，则则电电子子离离开开金金属表面属表面时动时动能能 为为Ekm，根据能量守恒定律可知：，根据能量守恒定律可知：Ekm .最大最大hW2光光电电效效应应方程方程说说明了明了产产生光生光电电效效应应的条件的条件若若发发生光生光电电效效应应，则则光光电电子的最大子的最大动动能必能必须须大于零，即大于零，即EkmhW0，亦即，亦即h ，0，而，而0 恰好是光恰好是光电电效效应应的极限的极限频频率率W3Ekm曲曲线线如如图图5所所示示是是光光电电子子最最大大动动能能Ekm随随入入射射光光频频率率的的变变化化曲曲线线这这里里，横横轴轴上上的的截截距距是是 ；纵纵轴轴上的截距是上的截距是 ；斜率；斜率为为 图图5极限极限频频率或截止率或截止频频率率逸出功的逸出功的负值负值普朗克常量普朗克常量例例3如如图图6所示，当所示，当电键电键K断开断开时时，用光子能量，用光子能量为为2.5 eV的一束光照射阴极的一束光照射阴极P，发现电发现电流表流表读读数数不不为为零合上零合上电键电键，调节调节滑滑动变动变阻器，阻器，发现发现当当电压电压表表读读数小于数小于0.60 V时时，电电流表流表读读数仍不数仍不为为零零当当电压电压表表读读数大于或等于数大于或等于0.60 V时时，电电流表流表读读数数为为零由此可知阴极材料的逸出功零由此可知阴极材料的逸出功为为()A1.9 eV B0.6 eVC2.5 eV D3.1 eV图图6解析解析由题意知光电子的最大动能为由题意知光电子的最大动能为EkmeU0.60 eV所以根据光电效应方程所以根据光电效应方程EkmhW可得可得WhEkm(2.50.6)eV1.9 eV答案答案A返回返回课堂要点小结能量量子化能量量子化光的粒子性光的粒子性返回返回自我检测区12341下列关于光子下列关于光子说对说对光光电电效效应应的解的解释释正确的是正确的是()A金属表面的一个金属表面的一个电电子只能吸收一个光子子只能吸收一个光子B电电子吸收光子后一定能从金属表面逸出，成子吸收光子后一定能从金属表面逸出，成为为光光电电子子C金属表面的一个金属表面的一个电电子吸收若干个光子，子吸收若干个光子，积积累了足累了足够够的能量才的能量才 能从金属表面逸出能从金属表面逸出D无无论论光子能量大小如何，光子能量大小如何，电电子吸收光子并子吸收光子并积积累了能量后，累了能量后，总总 能逸出成能逸出成为为光光电电子子1234解析解析根据光电效应规律可知：金属中的一个电子只能吸收一根据光电效应规律可知：金属中的一个电子只能吸收一个光子的能量，一个光子的能量也只能交给一个电子，故选项个光子的能量，一个光子的能量也只能交给一个电子，故选项A正确正确电电子吸收一个光子的能量后，子吸收一个光子的能量后，动动能立即增大，不需要能立即增大，不需要积积累能量累能量的的过过程，故程，故选项选项B错误错误1234不存在一个不存在一个电电子吸收若干光子的子吸收若干光子的现现象，且只有当入射光的能量象，且只有当入射光的能量不低于不低于该该金属金属电电子的逸出功子的逸出功时时，才能，才能发发生光生光电电效效应应，即入射光，即入射光频频率不低于金属的极限率不低于金属的极限频频率率时时才能才能发发生光生光电电效效应应，故，故选项选项C、D错误错误答案答案A12342.如如图图7所所示示是是光光电电效效应应中中光光电电子子的的最最大大动动能能Ekm与与入入射射光光频频率率的的关系关系图图像从像从图图中可知中可知()AEkm与与成正比成正比B入射光入射光频频率必率必须须大于或等于极限大于或等于极限频频率率0时时，才能才能产产生光生光电电效效应应C对对同一种金属而言，同一种金属而言，Ekm仅仅与与有关有关DEkm与入射光与入射光强强度成正比度成正比1234图图71234解析解析由由EkmhW知知B、C正确，正确，A、D错误错误答案答案BC3用用同同一一束束单单色色光光，在在同同一一条条件件下下先先后后照照射射锌锌片片和和银银片片，都都能能产产生生光光电电效效应应，在在这这两两个个过过程程中中，对对于于下下列列四四个个量量，一一定定相相同同的的是是_，可能相同的是，可能相同的是_，一定不同的是，一定不同的是_A光子的能量光子的能量 B光光电电子的逸出功子的逸出功C光光电电子的子的动动能能 D光光电电子的最大子的最大动动能能1234解析解析光子的能量由光的频率决定，同一束单色光频率相同，光子的能量由光的频率决定，同一束单色光频率相同，因而光子能量相同逸出功等于电子脱离原子核束缚需要做的因而光子能量相同逸出功等于电子脱离原子核束缚需要做的最少的功，因此只由材料决定锌片和银片的光电效应中，光最少的功，因此只由材料决定锌片和银片的光电效应中，光电子的逸出功一定不相同由电子的逸出功一定不相同由EkmhW，照射光子的能量，照射光子的能量h相同，逸出功相同，逸出功W不同，则电子最大动能也不同由于光电子吸不同，则电子最大动能也不同由于光电子吸收光子后到达金属表面的路径不同，途中损失的能量也不同，收光子后到达金属表面的路径不同，途中损失的能量也不同，因而脱离金属时的动能可能分布在零到最大动能之间所以，因而脱离金属时的动能可能分布在零到最大动能之间所以，光电子的动能是可能相同的光电子的动能是可能相同的答案答案ACBD12344(2014广广东东18)在在光光电电效效应应实实验验中中，用用频频率率为为的的光光照照射射光光电电管管阴极，阴极，发发生了光生了光电电效效应应，下列，下列说说法正确的是法正确的是()A增大入射光的增大入射光的强强度，光度，光电电流增大流增大B减小入射光的减小入射光的强强度，光度，光电电效效应现应现象消失象消失C改用改用频频率小于率小于的光照射，一定不的光照射，一定不发发生光生光电电效效应应D改用改用频频率大于率大于的光照射，光的光照射，光电电子的最大初子的最大初动动能能变变大大12341234解析解析增大入射光强度，单位时间内照射到单位面积的光电子增大入射光强度，单位时间内照射到单位面积的光电子数增加，则光电流将增大，故选项数增加，则光电流将增大，故选项A正确；正确；光光电电效效应应是否是否发发生取决于照射光的生取决于照射光的频频率，而与照射率，而与照射强强度无关，度无关，故故选项选项B错误错误用用频频率率为为的光照射光的光照射光电电管阴极，管阴极，发发生光生光电电效效应应，用，用频频率率较较小的小的光照射光照射时时，若光的，若光的频频率仍大于极限率仍大于极限频频率，率，则则仍会仍会发发生光生光电电效效应应，选项选项C错误错误；1234根据根据hW逸逸 mv2可知，增加照射光可知，增加照射光频频率，光率，光电电子的最大初子的最大初动动能也增大，故能也增大，故选项选项D正确正确.答案答案AD