2020-2021学年新教材物理人教版选择性必修三学案4.1&4.2普朗克黑体辐射理论、光电效应.pdf

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1、 第四章 原子结构和波粒二象性 1.普朗克黑体辐射理论 2.光 电 效 应 必备知识素养奠基 一、热辐射 1.热辐射:我们周围的一切物体都在辐射电磁波,这种辐射与物体的温度有关。2.一般材料物体的辐射规律:辐射电磁波的情况除与温度有关外,还与材料的种类及表面状况有关。二、黑体与黑体辐射 1.黑体:指能够完全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温度有关,如图所示。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反射和吸收,最终不能从空腔射出。这个小孔(而非空腔壁)就成了一个黑体

2、。黑体是一个理想化的物理模型。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 的整数倍,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的,这个不可再分的最小能量值 叫作能量子。2.能量子大小:=h,其中 是电磁波的频率,h 称为普朗克常量。h=6.62610-34 Js(一般取 h=6.6310-34 Js)。3.能量的量子化:在微观世界中能量是量子化的,或者说微观粒子的能量是分立的。四、光电效应实验规律 提示:紫外线照射锌板后,发生光电效应,发射出电子,使验电器带电。1.光电效应: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。

3、2.光电子:光电效应中发射出来的电子。3.光电效应的实验规律:(1)存在着饱和电流:在光的频率不变的情况下,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)存在着遏止电压和截止频率: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。(3)光电效应具有瞬时性:光电效应几乎是瞬时发生的。4.逸出功:使电子脱离某种金属所做功的最小值。不同金属的逸出功B(A.相同 B.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

4、子组成的,频率为 的光的能量子为 h,这 些能量子被称为光子。2.爱因斯坦的光电效应方程:(1)表达式:h=Ek+W0或 Ek=h-W0。(2)物理意义:金属中电子吸收一个光子获得的能量是 h,这些能量一部分用于克服金属的逸出功 W0,剩下的表现为逸出后电子的初动能 Ek。六、康普顿效应和光子的动量 1.光的散射:光与介质中的物质微粒发生散射,改变传播方向,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 0相同的成分外,还有波长大于 0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

5、了具有能量之外,还具有动量,深入揭示了光的粒子性的一面。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,这些光子散射后波长变大。关键能力素养形成 一 黑体和黑体辐射 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

6、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。【思考讨论】医疗测温枪,使用时只要把“枪口”对准待测物体,“枪尾”的显示屏上就能用数字直接显示那个物体的温度,应用于传染性疾病发生地区,在非典时期、禽流感时期等具有特殊用途。你知道其中的道理吗?提示: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

7、者辐射的红外线的情况就知道这个人的体温。【典例示范】(2020江苏高考)“测温枪”(学名“红外线辐射测温仪”)具有响应快、非接 触和操作方便等优点。它是根据黑体辐射规律设计出来的,能将接收到的人体热 辐射转换成温度显示。若人体温度升高,则人体热辐射强度 I 及其极大值对应的波长 的变化情况是()A.I 增大,增大 B.I 增大,减小 C.I 减小,增大 D.I 减小,减小【解析】选 B。黑体辐射的实验规律如图 特点是,随着温度升高,各种波长的辐射强度都增加,所以人体热辐射的强度 I 增大;随着温度的升高,辐射强度的峰值向波长较短的方向移动,所以减小。故选 B。【素养训练】1.下列关于热辐射和黑

8、体辐射说法不正确的是()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.随着温度的升高,黑体辐射强度的极大值向波长较短的方向移动 D.黑体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波【解析】选 B。一切物体都在辐射电磁波,故 A 正确。物体辐射电磁波的情况不仅与温度有关,还与其他因素有关,故B错误;黑体辐射强度的极大值随温度升高向波长较短的方向移动,故 C 正确;能 100%地吸收入射到其表面的电磁波,这样的物体称为黑体,故D正确;此题选择不正确的选项,故选 B。2.红外线热像仪可以监测人的体温,当被测者从仪器前走过时,便可知 道被测者的体温是多少,关于其中原理,下列说法正确的

9、是()A.人的体温会影响周围空气温度,仪器通过测量空气温度便可知道人的体温 B.仪器发出的红外线遇人反射,反射情况与被测者的温度有关 C.被测者会辐射红外线,辐射强度以及按波长的分布情况与温度有关,温度高时辐射强且较短波长的成分强 D.被测者会辐射红外线,辐射强度以及按波长的分布情况与温度有关,温度高时辐射强且较长波长的成分强【解析】选 C。根据热辐射规律可知,随着温度的升高,各种波长的辐射强度都增加;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。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可知道这个人的体温,故 C 正确。3.下列描绘两

10、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,且辐射强度的极大值向波长较短的方向移动,故 B、C、D 错误,A 正确。【补偿训练】1.关于热辐射的认识,下列说法中正确的是()A.热的物体向外辐射电磁波,冷的物体只吸收电磁波 B.温度越高,物体辐射的电磁波越强 C.辐射强度按波长的分布情况只与物体的温度有关,与材料种类及表面状况无关 D.常温下我们看到的物体的颜色就是物体辐射电磁波的颜色【解析】选 B。一切物体都不停地向外辐射电磁波,且温度越高,辐射的电磁波越强,A错误,B正确;选项C是黑体辐射的

11、特性,C错误;常温下看到的物体的颜色是反射光的颜色,D 错误。2.如图所示为 t1、t2温度时的黑体辐射强度与波长的关系,则两温度的关系为 ()A.t1=t2 B.t1t2 C.t123)。分别用这三束光照射同一种金属。已知用光束 2 照射时,恰能产生光电子。下列说法正确的是()A.用光束 1 照射时,不能产生光电子 B.用光束 3 照射时,不能产生光电子 C.用光束 2 照射时,光越强,单位时间内产生的光电子数目越多 D.用光束 2 照射时,光越强,产生的光电子的最大初动能越大【解析】选 A、C。依据波长与频率的关系:=,因 123,那么120,亦即 hW0,=c,而 c=恰好是光电效应的截

12、止频率。(4)Ek-曲线。如图所示是光电子最大初动能 Ek随入射光频率 的变化曲线。这里,横轴上的截距是截止频率或极限频率;纵轴上的截距是逸出功的负值;斜率为普朗克常量。2.光电效应规律中的两条线索、两个关系:(1)两条线索:(2)两个关系:光强光子数目多发射光电子多光电流大;光子频率高光子能量大产生光电子的最大初动能大。【思考讨论】光电效应是物理学中一个重要而神奇的现象,在光的照射下,某些物质内部的电子会被光子激发出来而形成电流,即光生电。光电现象由德国物理学家赫兹于 1887 年发现,而正确的解释为爱因斯坦所提出。科学家们对光电效应的深入研究对发展量子理论起了根本性的作用。光电效应在现代科

13、技中有哪些应用呢?提示:应用光电效应的产品有很多,主要是两个方面:太阳能电池和光电传感器,使用光电传感器的设备,常见的有:光控路灯,数码照相机,光敏电阻、二极管、三极管等。【典例示范】如图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 的关系图像,由图像可知,下列说法不正确的是()A.图线的斜率表示普朗克常量 h B.该金属的逸出功等于 E C.该金属的逸出功等于 h0 D.入射光的频率为 20 时,产生的光电子的最大初动能为 2E【解析】选 D。根据光电效应方程 Ek=h-W0,知图线的斜率表示普朗克常量 h,故 A 正确;根据光电效应方程 Ek=h-W0,当=0 时,Ek=-

14、W0,由图像知纵轴截距为-E,所以W0=E,即该金属的逸出功等于E,故B正确;图线与横轴交点的横坐标是 0,该金属的逸出功等于 h0,故 C 正确;当入射光的频率为 20时,根据光电效应方程可知,Ek=h20-h0=E,故 D 错误。【规律方法】利用光电效应方程解题的一般规律(1)根据光电效应方程,结合图线的纵轴截距求出金属的逸出功,或结合横轴截距得出金属的极限频率,从而得出逸出功。(2)根据光电效应方程求出入射光的频率变化时的光电子的最大初动能。【素养训练】1.(2019北京高考)光电管是一种利用光照射产生电流的装置,当入射光照在管中金属板上时,可能形成光电流。表中给出了 6 次实验的结果。

15、组 次 入射光子的能量/eV 相对光强 光电流大小/mA 逸出光电子的最大动能/eV 第 一 组 1 2 3 4.0 4.0 4.0 弱 中 强 29 43 60 0.9 0.9 0.9 第 二 组 4 5 6 6.0 6.0 6.0 弱 中 强 27 40 55 2.9 2.9 2.9 由表中数据得出的论断中不正确的是()A.两组实验采用了不同频率的入射光 B.两组实验所用的金属板材质不同 C.若入射光子的能量为 5.0 eV,逸出光电子的最大动能为 1.9 eV D.若入射光子的能量为 5.0 eV,相对光强越强,光电流越大【解析】选 B。由光电效应可知电子最大初动能 Ekm和入射光频率

16、以及逸出功 W0的关系满足 Ekm=h-W0,题中数据表添加一项逸出功后,如表所示,根据表格可知,不同频率光入射逸出功相同,由此可以判断是同一种金属材料,选项 B 错误;入射光子能量不同,所以频率不同,选项 A 正确;根据式可知若入射光子能量为 5.0 eV,则逸出电子最大动能为 1.9 eV;只要能够发生光电效应,相对光强越强,光电流越大,选项C、D 正确。组 次 入射光子 的能量/eV 相对光强 光电流大小/mA 逸出光电子的 最大动能/eV 逸出功W/eV 第 一 组 1 2 3 4.0 4.0 4.0 弱 中 强 29 43 60 0.9 0.9 0.9 3.1 eV 3.1 eV 3

17、.1 eV 第 二 组 4 5 6 6.0 6.0 6.0 弱 中 强 27 40 55 2.9 2.9 2.9 3.1 eV 3.1 eV 3.1 eV 2.美国物理学家密立根用精湛的技术测量光电效应中几个重要的物理量,这项工作成了爱因斯坦方程式在很小误差范围内的直接实验证据。密立根的实验目的是:测量金属的遏止电压 Uc、入射光频率,由此计算普朗克常量 h,并与普朗克根据黑体辐射得出的 h 相比较,以检验爱因斯坦光电效应方程式的正确性。如图所示是根据某次实验作出的 Uc-图像,电子的电荷量 e=1.610-19 C。试根据图像和题目中的已知条件:(1)写出爱因斯坦光电效应方程(用 Ekm、h

18、、W0表示)。(2)由图像求出这种金属的截止频率 c。(3)若图像的斜率为 k,写出普朗克常量 h 的表达式,并根据图像中的数据求出普朗克常量 h。【解析】(1)光电效应方程:Ekm=h-W0 (2)由图像可知,当 Uc=0 时,该金属的截止频率:c=4.271014 Hz(3)由光电效应方程知:k=,可得 h=ke,即:h=1.610-19 Js=6.310-34 Js 答案:(1)Ekm=h-W0(2)4.271014 Hz(3)h=ke 6.310-34 Js【补偿训练】1.(多选)如图所示为一真空光电管的应用电路,其阴极金属材料的极限频率为4.51014 Hz,则以下判断正确的是()A

19、.发生光电效应时,电路中光电流的饱和值取决于入射光的频率 B.发生光电效应时,电路中光电流的饱和值取决于入射光的强度 C.用=0.5 m 的光照射光电管时,电路中有光电流产生 D.光照射时间越长,电路中的光电流越大【解析】选 B、C。在光电管中若发生了光电效应,单位时间内发射光电子的数目只与入射光的强度有关,光电流的饱和值只与单位时间内发射光电子的数目有关,据此可判断 A、D 错误,B 正确;波长=0.5 m的光子的频率=Hz=61014 Hz4.51014 Hz,可发生光电效应,所以选项 C 正确。2.(2018全国卷)用波长为 300 nm 的光照射锌板,电子逸出锌板表面的最大 初动能为

20、1.2810-19 J。已知普朗克常量为 6.6310-34 Js,真空中的光速为 3.00108 ms-1。能使锌产生光电效应的单色光的最低频率约为()A.11014 Hz B.81014 Hz C.21015 Hz D.81015 Hz 【解析】选 B。根据爱因斯坦光电效应方程 Ek=h-W0,当 最小时h0=W0,代入数值可得 081014 Hz,选项 B 正确。四 康普顿效应和光的波粒二象性 一、康普顿效应 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,

21、也再次证明了爱因斯坦光子说的正确性。3.在光的散射中,光子在与其他微粒作用过程中遵循能量守恒定律和动量守恒定律。【思考讨论】太阳光从小孔射入室内时,我们从侧面可以看到这束光;白天的天空各处都是亮的;宇航员在太空中会发现尽管太阳光耀眼刺目,其他方向的天空却是黑的,为什么?提示:在地球上存在着大气,太阳光经微粒散射后传向各个方向,而在太空中的真空环境下光不散射只向前传播。二、光的波粒二象性 1.对光的本性认识史:人类对光的认识经历了漫长的历程,从牛顿的光的微粒说,到托马斯杨和菲涅耳的波动说,从麦克斯韦的光的电磁说到爱因斯坦的光子说。直到二十世纪初,对于光的本性的认识才提升到一个更高层次,即光具有波

22、粒二象性。对于光的本性认识史,列表如下:学说名称 微粒说 波动说 电磁说 光子说 波粒二象性 代表人物 牛顿 惠更斯 麦克斯韦 爱因斯坦 实验依据 光的直线传播、光的反射 光的干涉、衍射 能在真空中传播,是横波,光速等于电磁波的速度 光电效应、康普顿效应 光既有波动现象,又有粒子特征 内容要点 光是一群弹性粒子 光是一种机械波 光是一种电磁波 光是由一份一份光子组成的 光是具有电磁本性的物质,既有波动性又有粒子性 2.对光的波粒二象性的理解:实验基础 表 现 说 明 光的波动性 干涉和衍射(1)光子在空间各点出现的可能性大小可用波动规律来(1)光的波动性是光子本身的一种属性,不是光子之间相互

23、描述。(2)足够能量的光在传播时,表现出波的性质。作用产生的。(2)光的波动性不同于宏观观念的波。光的粒子性 光电效应、康普顿效应(1)当光同物质发生作用时,这种作用是“一份一份”进行的,表现出粒子的性质。(2)少量或个别光子容易显示出光的粒子性。(1)粒子的含义是“不连续”“一份一份”的。(2)光子不同于宏观观念的粒子。【思考讨论】光能发生干涉、衍射,这是波所特有的现象;光电效应、康普顿效应,又是粒子才有的性质,那么,光到底是波还是粒子呢?提示:光既有波动性,又有粒子性,光有波粒二象性。【典例示范】科学研究证明,光子有能量也有动量,的时候,光子的给了电子,假设光子和电子碰撞前的 为,碰撞后的

24、波长为,则以下说法正确的是()A.碰撞过程中能量守恒,动量守恒,且=B.碰撞过程中能量不守恒,动量不守恒,且=C.碰撞过程中能量守恒,动量守恒,且 【审题关键】序号 信息提取 碰撞过程动量守恒 能量转移,总能量守恒 波长公式=【解析】选 C。光子与电子的碰撞过程中,系统不受外力,也没有能量损失,故系统动量守恒,系统能量也守恒,光子与电子碰撞后,电子能量增加,故光子能量减小,根据E=h,光子的频率减小,根据=知,波长变长,即。【素养训练】1.下列关于光的本性的说法中正确的是()A.关于光的本性,牛顿提出了“微粒说”,惠更斯提出了“波动说”,爱因斯坦提出了“光子说”,综合他们的说法圆满地说明了光的

25、本性 B.光具有波粒二象性是指既可以把光看成宏观概念上的波,也可以看成微观概念上的粒子 C.光的干涉、衍射现象说明光具有波动性,光电效应和康普顿效应说明 光具有粒子性 D.频率低、波长长的光,粒子性特征显著;频率高、波长短的光,波动性特征显著【解析】选 C。牛顿的“微粒说”认为光是一种实物粒子,是宏观意义的粒子,而不是微观概念上的粒子,这实际上是不科学的。惠更斯提出了“波动说”,光既具有粒子性,又具有波动性,即具有波粒二象性,才能圆满说明光的本性,故A错误;光具有波粒二象性,但不能把光看成宏观概念上的波,光的粒子性要求把光看成微观概念上的粒子,故B错误;干涉和衍射是波的特有现象,光的干涉、衍射

26、现象说明光具有波动性,光电效应和康普顿效应说明光具有粒子性,故 C 正确;频率低、波长长的光,波动性特征显著;频率高、波长短的光,粒子性特征显著,故 D 错误。2.康普顿效应证实了光子不仅具有能量,也具有动量。如图给出了光子与静止电子碰撞后电子的运动方向,则碰后光子()A.可能沿 1 方向,且波长变小 B.可能沿 2 方向,且波长变小 C.可能沿 1 方向,且波长变长 D.可能沿 3 方向,且波长变长【解析】选 C。康普顿效应第一次从实验上证实了爱因斯坦提出的关于 光子具有动量的假设。光子和电子、质子这样的实物粒子一样,不仅具有能量,也具有动量,碰撞过程中能量守恒,动量也守恒。根据动量守恒,碰

27、后光子不可能沿 2、3 方向,根据能量守恒,在散射波中,除了原波长的波以外,还出现波长增大的波,故 C 正确,A、B、D 错误。3.光子有能量,也有动量,动量 p=,它也遵守有关动量的规律。真空中有如图所示装置可绕通过横杆中点的竖直轴 OO在水平面内灵活地转动,其中左边是圆形黑纸片(吸收光子),右边是和左边大小、质量相同的圆形白纸片(反射光子)。当用平行白光垂直照射这两个圆面时,关于装置开始时的转动情况(俯视),下列说法中正确的是()A.顺时针方向转动 B.逆时针方向转动 C.都有可能 D.不会转动【解析】选 B。根据动量定理 Ft=mvt-mv0,由光子的动量变化可知黑纸片和光子之间的作用力

28、小于白纸片和光子之间的作用力,所以装置开始时逆时针方向转动,B 选项正确。【补偿训练】1.关于光的波粒二象性的说法,正确的是()A.一束传播的光,有的光是波,有的光是粒子 B.光波与机械波是同样的一种波 C.光的波动性是由于光子间的相互作用而形成的 D.光是一种波,同时也是一种粒子,光子说并未否定电磁说,在光子能 量=h 中,频率 仍表示的是波的特性【解析】选 D。光是一种波,同时也是一种粒子,光具有波粒二象性,当光和物质 作用时,是“一份一份”的,表现出粒子性;单个光子通过双缝后在空间各点出 现的可能性可以用波动规律描述,表现出波动性。粒子性和波动性是光子本身的 一种属性,光子说并未否定电磁

29、说。2.人们对“光的本性”的认识,经历了漫长的发展过程。下列符合物理学史实的是()A.牛顿提出光是一种高速粒子流,并能解释一切光的现象 B.惠更斯认为光是机械波,并能解释一切光的现象 C.为了解释光电效应,爱因斯坦提出了光子说 D.为了说明光的本性,麦克斯韦提出了光的波粒二象性【解析】选 C。牛顿认为光是一种粒子流,他的观点支持了光的微粒说,能解释光的直线传播与反射现象,不能解释一切现象。故 A 错误。惠更斯认为光是一种机械波,能解释光的反射、折射和衍射,但不能解释光的直线传播和光电效应等现象,故 B 错误。为了解释光电效应爱因斯坦提出光子说,认为光的反射、传播和吸收不是连续的而是一份一份的,

30、每一份就是一个光子,故 C 正确。麦克斯韦提出了光的电磁波说,认为光是一种电磁波,故 D 错误。故选 C。【拓展例题】考查内容:光电效应与图像综合性问题 【典例】在图甲所示的装置中,K 为一个金属板,A 为一个金属电极,都密封在真空玻璃管中,单色光可通过玻璃壳照在 K 上,E 为可调直流电源。实验发现,当用某种频率的单色光照射 K 时,K 会发出电子(光电效应),这时,即使 A、K 间的电压等于零,回路中也有电流,当 A 的电势低于 K 时,电流仍不为零,A 的电势比K 低得越多,电流越小,当 A 比 K 的电势低到某一值 Uc(遏止电压)时,电流消失。当改变照射光的频率 时,遏止电压 Uc也

31、将随之改变。如果某次实验我们测出的一系列数据如图乙所示,若知道电子的电荷量 e,则根据图像可求出该金属的极限频 率为多少?该金属的逸出功 W0为多少?普朗克常量 h 为多少?【解析】由题图可知,数据对应的点几乎落在一条直线上,直线与轴的交点0即为该金属的极限频率。因此当照射光的频率为0时,遏止电压 Uc=0,说明在此频率下,金属板刚好发生光电效应。设光电子的最大初动能为 Ek,根据光电效应方程有 h=W0+Ek 当 A 比 K 的电势低到某一值 Uc时,电流消失,光电子的最大初动能全部用来克服电场力做功,由动能定理有 eUc=Ek 联立以上两式可得 Uc=-由上式可知,Uc-图像斜率 k=,在

32、 Uc轴上的截距为-。而由图可得,截距为-Uc。故有=,-Uc=-解得 h=,W0=eUc。答案:0 eUc 课堂检测素养达标 1.(多选)下列说法中正确的是()A.普朗克在研究黑体辐射问题时提出了能量子假说 B.光电效应、康普顿效应说明光具有粒子性 C.黑体辐射,随着温度的升高,一方面各种波长的辐射强度都有增加,另一方面辐射强度的极大值向波长较短的方向移动 D.在康普顿效应中,当入射光子与晶体中的电子碰撞时,把一部分动量转移给电子,因此光子散射后波长变短【解析】选 A、B、C。普朗克在研究黑体辐射问题时提出了能量子假说,故 A 正确;光电效应、康普顿效应说明光具有粒子性,故 B 正确;黑体辐

33、射随着波长越短温度越高则辐射越强,所以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C正确;在康普顿效应中,当入射光子与晶体中的电子碰撞时,把一部分动量转移给电子,则动量减小,根据=,知波长增大,故 D 错误。2.如图甲所示是研究光电效应实验规律的电路。当用强度一定的黄光照射到光电管上时,测得电流表的示数随电压变化的图像如图乙所示。下列说法正确的是()A.若改用红光照射光电管,一定不会发生光电效应 B.若改用蓝光照射光电管,图像与横轴交点在黄光照射时的右侧 C.若用频率更高的光照射光电管,则光电管中金属的逸出功变大 D.若照射的黄光越强,饱和光电流将越大【解析】选 D。根据光电效应方

34、程 Ekm=h-W0知,红光的频率小于黄光的频率,红光照射不一定发生光电效应,但不是一定不会发生光电效应,故A错误;根据光电效应方程Ekm=h-W0知,蓝光的频率大于黄光的频率,则光电子的最大初动能增大,所以反向遏止电压增大,图像与横轴交点在黄光照射时的左侧,故 B 错误;光电管中金属的逸出功的大小是由材料本身决定的,与入射光的频率无关,故 C 错误;增加入射光的强度,则单位时间内产生的光电子数目增加,饱和光电流将越大,故 D 正确。故选 D。3.在两种金属a 和b 的光电效应实验中,测量反向遏止电压Uc与入射光 子频率 的关系,下图中正确的是()【解析】选 D。根据光电效应方程得 Ek m=

35、h-W0,又 Ekm=eUc,解得Uc=-,则反 向遏止电压 Uc与入射光子频率 的关系图像是不过原点的直线;对于不同的金 属逸出功 W0不同,则两图像的斜率相同,截距不同。故选 D。【补偿训练】射线是放射性物质发出的电磁波,波长在 210-10 m 以下,是一种能量很大的光子流。一个 光子的能量至少相当于_个频率为 31014 Hz 的红光光子的能量。在医疗上用 射线作为“手术刀”来切除肿瘤,若 刀输出功率为 10 mW,则在 1 s 内射出的光子数至少有_个。(普朗克常量 h=6.63 10-34 Js)【解析】由光子的能量为 E=h,真空中光速 c=,则 E=h,由题有:h=nh,得n=

36、5103;若刀输出功率为10 mW,则在 1 s 内射出的光子数至少有 N=1.01013。答案:5103 1.01013 情境:红外遥感卫星通过接收地面物体发出的红外辐射来探测地面物体的状况。地球大气中的水气(H2O)、二氧化碳(CO2)能强烈吸收某些波长范围内的红外辐射,即地面物体发出的某些波长的电磁波,只有一部分能够通过大气层被遥感卫星接收。如图所示为水和二氧化碳对某一波段不同波长电磁波的吸收情况。问题:在该波段遥感卫星大致能够接收到的电磁波波长范围是多少?提示:由题图可知,水对红外辐射吸收率最低的波长范围大致是 813 m;二氧化碳对红外辐射吸收率最低的波长范围大致是 513 m,综上可知,该波段遥感卫星大致能够接收到的电磁波波长范围是 813 m。