2018高中物理人教选修3-5课件：第十七章 章末总结

第十七章,章末总结,内容索引,知识网络,题型探究,达标检测,知识网络,波粒二象性,能量的量子化,黑体与黑体辐射：电磁辐射不_,黑体辐射的实验规律：各种波长的辐射只与 有关,能量子,定义：每一份辐射的能量是一个_,大小： ，h6.631034 Js,光 的 粒 子 性,光电效应,概念：光照使金属发射 的现象,实验规律,任何金属都存在_,最大初动能与光频率是 关系,光电子数目正比于光强存在_,瞬时性,连续,温度,能量子,h,电子,截止频率,一次函数,饱和电流,波粒二象性,光 的 粒 子 性,爱因斯坦光电效应方程：Ek_,光子：光辐射不连续，每一份光叫做一个_,康普顿效应：X射线对石墨晶体的散射，说明光具有_,光子说,光子的能量：,光子的动量：p_,光具有波粒二象性,少量光子易表现出 性，大量光子易表现 出 性 高频光子 性显著，低频光子 性显著 光传播时表现出 性，与微粒作用时表现 出 性,hW0,动量,光子,h,粒子,波动,粒子,波动,波动,粒子,波粒二象性,粒子的波动性,提出粒子具有波动性：物质波或概率波,电子的衍射现象证实了粒子的_,概率波波长：_,粒子具有 性,不确定性关系：xp_,德布罗意,波动性,波粒二象,题型探究,一、量子论、光子说、光子能量的计算 1.量子论 德国物理学家普朗克提出：电磁波的发射和吸收是不连续的，是一份一份的，每一份电磁波的能量h. 2.光子说 爱因斯坦提出：空间传播的光也是不连续的，也是一份一份的，每一份称为一个光子，光子具有的能量与光的频率成正比，即h，其中h为普朗克常量，h6.631034 Js. 3.光的频率与波长的关系： c .,例1激光器是一个特殊的光源，它发出的光便是激光，红宝石激光器发射的激光是不连续的一道一道的闪光，每道闪光称为一个光脉冲，现有一红宝石激光器，发射功率为1.01010 W，所发射的每个光脉冲持续的时间t为1.01011 s，波长为 793.4 nm.问每列光脉冲的长度l是多少？其中含有的光子数n是多少？(普朗克常量h6.631034 Js，光速c3108 m/s),解析,答案3103 m41017个,答案,解析光脉冲的长度是光在一个脉冲时间内传播的距离，设为l.则lct31081.01011 m3103 m. 根据WPt可知每列光脉冲能量WPt1.010101.01011 J0.1 J.,二、光电效应的规律和光电效应方程 1.光电效应的实验规律 (1)任何一种金属都有一个极限频率，入射光的频率必须大于等于这个极限频率，才能发生光电效应.低于极限频率时，无论光照强度多强，都不会发生光电效应. (2)光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光频率的增大而增大. (3)入射光照射到金属上时，光电子的发射几乎是瞬时的，一般不超过109s. (4)当入射光的频率高于极限频率时，单位时间内从金属表面逸出的光电子数目与入射光的强度成正比.,2.爱因斯坦光电效应方程EkhW0 W0表示金属的逸出功，c表示金属的极限频率，则W0hc.,例2如图1甲所示为研究光电效应的电路图.,图1,(1)对于某金属用紫外线照射时，电流表指针发生偏转.将滑动变阻器滑片向右移动的过程中，电流表的示数不可能_(选填“减小”、“增大”).如果改用频率略低的紫光照射，电流表_(选填“一定”“可能”或“一定没”)有示数.,解析,答案,减小,可能,解析AK间所加的电压为正向电压，光电子在光电管中加速，滑动变阻器滑片向右移动的过程中，若光电流达到饱和，则电流表示数不变，若光电流没达到饱和电流，则电流表示数增大，所以滑动变阻器滑片向右移动的过程中，电流表的示数不可能减小，紫光照射不一定能发生光电效应，所以电流表可能有示数.,(2)当用光子能量为5 eV的光照射到光电管上时，测得电流表上的示数随电压变化的图象如图乙所示.则光电子的最大初动能为_ J，金属的逸出功为_ J.,解析,答案,3.21019,4.81019,解析由题图乙可知，当该装置所加的电压为反向电压，当电压为2 V时，电流表示数为0，得光电子的最大初动能为2 eV，根据光电效应方程EkmhW0得W03 eV4.81019 J.,针对训练关于光电效应，以下说法正确的是 A.光电子的最大初动能与入射光的频率成正比 B.光电子的最大初动能越大，形成的光电流越强 C.能否产生光电效应现象，取决于入射光光子的能量是否大于金属的逸 出功 D.用频率是1的绿光照射某金属发生了光电效应，改用频率是2的黄光 照射该金属一定不发生光电效应,解析,答案,解析由光电效应方程知，光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大，但不是成正比关系，A错. 光电流的强度与入射光的强度成正比，与光电子的最大初动能无关，B错. 用频率是1的绿光照射某金属发生了光电效应，改用频率是2的黄光照射该金属不一定不发生光电效应，能发生光电效应的条件是入射光光子的能量要大于金属的逸出功，D错，C对.,三、用图象表示光电效应的规律 1.Ek图象 根据爱因斯坦光电效应方程EkhW0，光电子的最大初动能Ek是入射光频率的一次函数，图象如图2所示.其横轴截距为金属的极限频率c，纵轴截距是金属的逸出功的负值，斜率为普朗克常量h. 2.IU图象 光电流强度I随光电管两极间电压U的变化图象如图3所示，图中Im为饱和光电流，Uc为遏止电压.利用 1 2 mevm2eUc可得光电子的最大初动能.,图2,图3,3.Uc图象 遏止电压与入射光频率的关系图象如图4所示： 图中的横轴截距c为截止频率.而遏止电压Uc随入射光频率的增大而增大.,图4,例3用不同频率的光分别照射钨和锌，产生光电效应，根据实验可画出光电子的最大初动能Ek随入射光频率变化的Ek图线.已知钨的逸出功是2.84 eV，锌的逸出功为3.34 eV，若将二者的图线画在同一个Ek坐标系中，则正确的图是,解析,答案,解析根据光电效应方程EkhW0可知，Ek图象的斜率为普朗克常量h，因此图中两线应平行，故C、D错误； 图线与横轴的交点表示恰能发生光电效应(光电子动能为零)时的入射光频率即极限频率，由光电效应方程可知，逸出功越大的金属对应的入射光的极限频率越高，所以能使金属锌发生光电效应的极限频率较高，所以A正确，B错误.,四、波粒二象性的理解 1.光的波粒二象性 (1)光的干涉、衍射、偏振说明光具有波动性，光电效应现象、康普顿效应则证明光具有粒子性，因此，光具有波粒二象性，对于光子这样的微观粒子只有从波粒二象性出发，才能统一说明光的各种行为. (2)大量光子产生的效果显示出光的波动性，少数光子产生的效果显示出粒子性，且随着光的频率的增大，波动性越来越不显著，而粒子性却越来越显著.,2.实物粒子(如：电子、质子等)都有一种波与之对应(物质波的波长 h p ，频率 h ). 3.物质波与光波一样都属于概率波.概率波的实质：是指粒子在空间分布的概率是受波动规律支配的.,例4(多选)关于光的波粒二象性，正确的说法是 A.光的频率越高，光子的能量越大，粒子性越显著 B.光的波长越长，光的能量越小，波动性越显著 C.频率高的光子不具有波动性，波长较长的光子不具有粒子性 D.个别光子产生的效果往往显示粒子性，大量光子产生的效果往往显示 波动性,解析光具有波粒二象性，但在不同情况下表现不同，频率越高，波长越短，粒子性越明显，反之波动性越明显，个别光子易显示粒子性，大量光子易显示波动性，故选项A、B、D正确.,答案,解析,达标检测,1.能引起人的眼睛视觉效应的最小能量为1018 J，已知可见光的平均波长约为0.6 m，普朗克常量h6.631034 Js，则进入人眼的能量子数至少为 A.1个 B.3个 C.30个 D.300个,1,2,3,解析,答案,解析可见光的平均频率 c ， 能量子的平均能量为h， 引起视觉效应时En， 联立可得n3，B正确.,4,5,2.(多选)光电效应的实验结论是：对于某种金属 A.无论光强多强，只要光的频率小于极限频率就不能产生光电效应 B.无论光的频率多低，只要光照时间足够长就能产生光电效应 C.频率超过极限频率的入射光，光照强度越弱，所产生的光电子的最大 初动能就越小 D.频率超过极限频率的入射光，频率越高，所产生的光电子的最大初动 能就越大,1,2,3,答案,解析根据光电效应规律可知A正确，B错误. 根据光电效应方程EkhW0知，频率越高，光电子的最大初动能就越大，C错误，D正确.,解析,4,5,3.(多选)如图5是某金属在光的照射下产生的光电子的最大初动能Ek与入射光频率的关系图象.由图象可知 A.该金属的逸出功等于E B.该金属的逸出功等于h0 C.入射光的频率为20时，产生的光电子的最大初动能为E D.入射光的频率为 0 2 时，产生的光电子的最大初动能为 E 2,1,2,3,解析,图5,答案,4,5,解析由爱因斯坦光电效应方程EkhW0知，当0时W0Ek，故W0E，A项对； 而Ek0时，hW0即W0h0，B项对； 入射光的频率为20时产生的光电子的最大初动能Ekm2h0h0h0E，C项对； 入射光的频率为 0 2 时，不会发生光电效应，D错.,1,2,3,4,5,4.(多选)现代物理学认为，光和实物粒子都具有波粒二象性，下列事实中突出体现波动性的是 A.一定频率的光照射到锌板上，光的强度越大，单位时间内锌板上发射 的光电子就越多 B.肥皂液是无色的，吹出的肥皂泡却是彩色的 C.质量为103 kg、速度为102 m/s的小球，其德布罗意波长约为1028 m， 不过我们能清晰地观测到小球运动的轨迹 D.人们常利用热中子研究晶体的结构，因为热中子的德布罗意波长与晶 体中原子间距大致相同,1,2,3,解析,答案,4,5,解析光子照到锌板上，发生光电效应，说明光有粒子性，A不正确； 白光在肥皂泡上发生薄膜干涉时，会出现彩色条纹，光的干涉现象说明了光有波动性，B正确； 由于小球的波长很小，波动性不明显，表现为粒子性，C不正确； 用热中子研究晶体结构，其实是通过中子的衍射来“观察”晶体的，是利用中子的波动性，D正确.,1,2,3,4,5,5.已知金属铯的极限波长为0.66 m，用0.50 m的光照射铯金属表面发射光电子的最大初动能为多少焦耳？铯金属的逸出功为多少焦耳？(普朗克常量h6.631034 Js),1,2,解析,答案9.61020 J31019 J,答案,3,4,5,解析金属铯发生光电效应的极限频率0 c 0 . 金属铯的逸出功,31019 J. 由光电效应方程,9.61020 J.,1,2,3,4,5,