【课件】普朗克黑体辐射理论及光电效应 2022-2023学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第三册.pptx

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1、人人教版教版 选择性必修第三册选择性必修第三册 4.1普朗克黑体辐射理论光电效应 第四章 原子结构与波粒二象性新知导入新知导入 1900年，物理学家威廉汤姆孙勋爵作了展望新世纪的发言：科学的大厦已经基本完成，后辈的物理学家只要做一些零碎的修补工作就行了“但是，在物理学晴朗天空的远处，还有两朵令人不安的乌云”1.一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与物体的温度有关，所以叫做热辐射。辐射强度及波长成分的分布随温度变化2.黑体：如果一个物体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。黑体虽然不反射电磁波，却可以向外辐射电磁波，这样的辐射叫作黑体辐射。注意：（1）黑体

2、是个理想化的模型。（2）一般物体的辐射与温度、材料、表面状况有关，但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。一、黑体辐射新知讲解新知讲解二、黑体辐射的实验规律 1.辐射强度按波长分布与温度的关系特点：随温度的升高各种波长的辐射强度都在增加；辐射强度的最大值向短波方向移动。（1）维恩的经验公式：短波符合，长波不符合（2）瑞利 金斯公式：长波符合，短波荒唐2.经典物理学所遇到的困难 黑体辐射公式：1900年10月19日，普朗克在德国物理学会会议上提出黑体辐射公式。3.超越牛顿的发现新知讲解新知讲解三、能量子 5.宏观能量：连续的 微观能量：不连续、分立、量子化的。课堂练习课堂练习1下列

3、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ACD2红、橙、黄、绿四种单色光中，光子能量最小的是（）A红光B橙光 C黄光 D绿光A6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AD课堂练习课堂练习8在实验室或工厂的高温炉子上开一小孔，小孔可看作黑体，由小孔的热辐射特性，就可以确定炉内的温度。如图所示是黑体的辐射强度与其辐射光波长的关系图象，则下列说法正确的是（）AT1T2BT1T2C随着温度的升高，黑体的辐射强度都有所降低

4、D随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较长方向移动A新知讲解新知讲解四、光电效应的实验规律1.光电效应：当光照射在金属表面时，金属中有电子逸出的现象，称为光电效应。逸出的电子称为光电子。2.截止频率：当入射光频率减小到某一数值 c 时，A、K极板间不加反向电压，电流也为0。此时的光的频率 c即为截止频率！理解：1.金属要发生光电效应与入射光强弱无关，只与频率有关。2.入射光频率低于截止频率时，不论光照多强，金属都不会发生光电效应！不同金属的截止频率不同。截止频率与金属自身的性质有关。3.饱和电流：光照不变，增大UAK，G表中电流达到某一值后不再增大，即达到饱和值。理解：频率不变，入射光越强，

5、饱和电流越大，单位时间内发射的光电子数越多。新知讲解新知讲解 当K、A间加反向电压，光电子克服电场力作功，当电压达到某一值Uc时，光电流恰为0。Uc称截止电压。4.截止电压理解：光电子克服电场力做功，到达A极板时速度刚好为零。=同一种金属，截止电压只与光的频率有关。光电子的最大初动能只与入射光的频率有关，入射光的强弱无关。1.入射光的频率必须大于这个极限频率，才能发生光电效应，低于这个频率就不能发生光电效应；2.当入射光的频率大于极限频率时，入射光越强，饱和电流越大；3.光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随着入射光的频率增大而增大；新知讲解新知讲解五、光电效应经典解释中的疑难p光光越强，

6、逸出的电子数越多，光电流也就越大。越强，逸出的电子数越多，光电流也就越大。p不管不管光的频率如何，只要光足够强，电子都可以光的频率如何，只要光足够强，电子都可以获得获得足够能量从足够能量从而逸出表面，不应存在而逸出表面，不应存在截止频率。截止频率。p光光越强，光电子的初动能应该越大，所以越强，光电子的初动能应该越大，所以截止电压截止电压Uc 应该与光应该与光的强弱的强弱有关。有关。p如果如果光很弱，按经典电磁理论估算，电子需要光很弱，按经典电磁理论估算，电子需要几分钟几分钟到十几分钟到十几分钟的时间才能获得逸出表面所需的的时间才能获得逸出表面所需的能量。能量。无法用经典的波动理论来解释光电效应

7、。逸出功W0：使电子脱离某种金属所做功的最小值，叫做这种金属的逸出功。新知讲解新知讲解六、爱因斯坦的光电效应理论 1.光子：光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，频率为的光的能量子为h。这些能量子后来被称为光子。2.爱因斯坦的光电效应方程或光电子最大初动能光电子最大初动能 一个电子吸收一个光子的能量h后，一部分能量用来克服金属的逸出功W0，剩下的表现为逸出后电子的初动能Ek，即：=+=金属的逸出功金属的逸出功 新知讲解新知讲解3.光电效应理论的验证新知讲解新知讲解七、康普顿效应和光子的动量 1.光的散射 光束通过某些介质时，可以看到光的散射现象。2.康普顿效应 1923年康普顿在做X射线通

8、过物质散射的实验时，发现散射线中除有与入射线波长相同的射线外，还有比入射线波长更长的射线，其波长的改变量与散射角有关，而与入射线波长和散射物质都无关。这种波长改变的散射称为康普顿效应。经典经典理论无法解释康普顿效应理论无法解释康普顿效应。经典经典理论认为：物质中的电子会随入射光以相同的频率振动，理论认为：物质中的电子会随入射光以相同的频率振动，并向外辐射，即散射光的频率与入射光频率相等。而无法解释并向外辐射，即散射光的频率与入射光频率相等。而无法解释有有存在存在的实验规律。的实验规律。X-ray0新知讲解新知讲解3.3.康普顿效应的光量子理论解释康普顿效应的光量子理论解释（1）若光子和外层电子

9、相碰撞，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）若光子和束缚很紧的内层电子相碰撞，光子将与整个原子交换能量，由于光子质量远小于原子质量，根据碰撞理论，碰撞前后光子能量几乎不变，波长不变。（3）因为碰撞中交换的能量和碰撞的角度有关，所以波长改变和散射角有关。新知讲解新知讲解 4.4.康普顿散射实验的意义康普顿散射实验的意义 （1）有力地支持了爱因斯坦“光量子光量子”假设。（2）首次在实验上证实了“光子具有动量光子具有动量”的假设。（3）证实了在微观世界的单个碰撞事件中，动量和能量守恒在微观世界的单个碰撞事件中，动量和能量守恒定律仍然是成立的定律仍然是

10、成立的。康普顿康普顿的成功也不是一帆风顺的，在他早期的成功也不是一帆风顺的，在他早期的几的几篇论文中，一直认为散射篇论文中，一直认为散射光频率的改变是光频率的改变是由于由于“混进来了某种荧光辐射混进来了某种荧光辐射”；在计算中起先；在计算中起先只考虑只考虑能量守能量守恒，后来才认识到还要用动量守恒。恒，后来才认识到还要用动量守恒。康普顿于康普顿于19271927年获诺贝尔物理奖。年获诺贝尔物理奖。新知讲解新知讲解五、五、光的波粒二象性光的波粒二象性光具有波动性，又有粒子性，即波粒二象性。光具有波动性，又有粒子性，即波粒二象性。光在传播过程中表现出波动性，如干涉、衍射、偏振现象。光在传播过程中表

11、现出波动性，如干涉、衍射、偏振现象。光在与物质发生作用时表现出粒子性，如光电效应，康普顿效应。光在与物质发生作用时表现出粒子性，如光电效应，康普顿效应。光子能量：光子能量：光子动量：光子动量：关于光的本性问题，我们不应该在微粒说和波动说之间进行取舍，关于光的本性问题，我们不应该在微粒说和波动说之间进行取舍，而应该把它们看作是光的本性的两种不同侧面的描述。而应该把它们看作是光的本性的两种不同侧面的描述。=粒子性粒子性波动性波动性课堂练习课堂练习1在在演示光电效应的实验中，原来不带电的一块锌板与灵敏验电器相连，演示光电效应的实验中，原来不带电的一块锌板与灵敏验电器相连，用弧光灯照射锌板时，验电器的

12、指针就张开一个角度，如图所示，用弧光灯照射锌板时，验电器的指针就张开一个角度，如图所示，（）A锌锌板带正电，指针带负电板带正电，指针带负电B锌锌板带正电，指针带正电板带正电，指针带正电C锌锌板带负电，指针带正电板带负电，指针带正电D锌锌板带负电，指针带负电板带负电，指针带负电B2一束黄光照射某金属表面时，不能产生光电效应，则下列措施中可能使一束黄光照射某金属表面时，不能产生光电效应，则下列措施中可能使该金属产生光电效应的该金属产生光电效应的是（是（）A延长延长光照时间光照时间B增大增大光束的强度光束的强度C换换用红光照射用红光照射D换换用紫光照射用紫光照射D课堂练习课堂练习3关于光子说的基本内容有以下几点，不正确的是（）A在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫一个光子B光是具有质量、能量和体积的物质微粒子C光子的能量跟它的频率成正比D光子客观并不存在，而是人为假设的B4.关于光电效应下述说法中正确的是（）A光电子的最大初动能随着入射光的强度增大而增大B只要入射光的强度足够强，照射时间足够长，就一定能产生光电效应C在光电效应中，饱和光电流的大小与入射光的频率无关D任何一种金属都有一个极限频率，低于这个频率的光不能发生光电效应D