高中物理 第二章 波粒二象性 第二节 光子同步备课课件 粤教版选修

,第二章,第二节 光 子,学习目标 1.知道普朗克的能量量子假说. 2.知道爱因斯坦的光子说以及光子能量的表达式. 3.知道爱因斯坦的光电效应方程以及对光电效应规律的解释.,内容索引,知识探究,题型探究,达标检测,知识探究,一、能量量子假说,(1)在宏观世界里，下列哪些量的取值是连续的；哪些是不连续的？(物体的长度、质量、动能、动量、人的个数、台阶的个数),答案,答案 连续的有：物体的长度、质量、动能、动量. 不连续的有：人的个数、台阶的个数.,答案,(2)氢原子中电子的能量只可能取值13.6 eV、3.40 eV、1.51 eV等，这是连续还是分立取值？,答案 分立取值，即氢原子的能量是量子化的.,1.假说内容：物体热辐射所发出的电磁波的能量是 ，只能是h的 . 2.能量量子： 称为一个能量量子，其中是辐射频率，h是一个常量，称为普朗克常量，h6.63×1034 J·s. 3.假说的意义：能量量子假说能够非常合理地解释某些电磁波的 和、 的实验现象. 4.量子化现象：在微观世界里，物理量的取值很多时候是不连续的，只能取一些分立值的现象.,不连续的,整数倍,h,辐射,吸收,判断下列说法的正误. (1)物体热辐射的电磁波的能量是不连续的. ( ) (2)电磁波的能量子的能量h，是电磁波的速度. ( ) (3)所谓量子化即物理量的取值是分立的，是不连续的. ( ),×,二、光子假说和光电效应方程,用如图1所示的装置研究光电效应现象.所用光子能量为2.75 eV的光照射到光电管上时发生了光电效应，电流表的示数不为零；移动滑动变阻器的滑动触头，发现当电压表的示数大于或等于1.7 V时，电流表示数为0. (1)光电子的最大初动能是多少？遏止电压为多少？,图1,答案 1.7 eV 1.7 V,答案,(2)光电管阴极的逸出功是多少？,答案,答案 W0h mv max22.75 eV1.7 eV1.05 eV,(3)当滑动触头向a端滑动时，光电流变大还是变小？,答案 变大,(4)当入射光的频率增大时，光电子最大初动能如何变化？遏止电压呢？,答案 变大 变大,1.光子说 (1)光不仅具有 性，还有 性，爱因斯坦把能量子概念推广到光电效应中，提出 概念，简称光子. (2)光子假说：爱因斯坦指出，光的能量不是连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个 ，一个 的能量为 .,波动,粒子,光量子,光子,光子,h,2.光电效应方程 (1)表达式： 或 (2)对光电效应方程的理解：必须对内部电子做功，电子才能脱离离子的束缚而逸出表面，这个功称为金属的 ，用符号W0表示.根据能量守恒定律，入射光子的能量等于出射光电子的最大初动能与逸出功之和.,.,逸出功,判断下列说法的正误. (1)从金属表面出来的光电子的最大初动能越大，这种金属的逸出功越小.( ) (2)光电子的最大初动能与入射光的频率成正比.( ) (3)入射光若能使某金属发生光电效应，则入射光的强度越大，照射出的光电子越多.( ) (4)用同一种色光照同一种金属 ，发出的所有光电子的初动能都相同. ( ),×,×,×,三、光电效应的解释,(1)根据光电效应方程h mvmax2W0可知， mvmax2hW0，那么要发生光电效应，对光的频率有什么要求？,(2)如果光电子的最大初能为 mvmax2，那么它对应的遏止电压为多少？,答案,(3)遏止电压与光的频率有什么关系？与光的强度有什么关系？,答案,光电效应的解释 1.光电效应方程说明了产生光电效应的条件. 若有光电子逸出，则光电子的最大初动能必须大于或至少等于零，即 mvmax2hW00，亦即h ， 0，而0 恰好是光电效应的极限频率.,W0,2.对遏止电压与入射光的频率有关，而与入射光的强度无关的解释 遏止电压对应光电子的最大初动能，即：eU0 mv max2，对应爱因斯坦的光电效应方程可得：heU0W0，可见，对某种金属而言，遏止电压只由入射光 决定，与光的 无关.,频率,强弱,判断下列说法的正误. (1)只要光的频率小于极限频率，无论光多强，都不会发生光电效应. ( ) (2)增加入射光的强度，遏止电压变大.( ) (3)发生光电效应的条件是入射光的频率大于金属的截止频率，与入射光的强度无关.( ),×,题型探究,一、对光子概念的理解,1.光子不是光电子：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.光子的能量由光的频率决定：h. 3.光的强度与光子的能量的关系：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.,例1 氦氖激光器发射波长为6.328×107 m的单色光，试计算这种光的一个光子的能量为多少？若该激光器的发光功率为18 mW，则每秒钟发射多少个光子？(h6.63×1034 J·s),解析,答案,解析 根据爱因斯坦光子学说，光子能量h， 而c，,答案 3.14×1019 J 5.73×1016个,因为发光功率已知，所以1 s内发射的光子数为,1.光速c3.0×108 m/s对真空中任何光都成立. 2.真空中任何光都有c，是光的波长.,二、光电效应方程的理解与应用,1.光电效应方程实质上是能量守恒方程. (1)能量为h的光子被电子所吸收，电子把这些能量的一部分用来克服金属表面对它的吸引，另一部分就是电子离开金属表面时的动能. (2)如果克服吸引力做功最少为W0，则电子离开金属表面时动能最大为 mv max2，根据能量守恒定律可知： mv max2hW0.,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.,3.Ekm曲线 如图2所示是光电子最大初动能Ekm随入射光频率的变化曲线.这里，横轴上的截距是极限频率，纵轴上的截距是逸出功的负值，斜率为普朗克常量.,图2,例2 如图3所示，当开关K断开时，用光子能量为2.5 eV的一束光照射阴极P，发现电流表读数不为零.合上开关，调节滑动变阻器，发现当电压表读数小于0.6 V时，电流表读数仍不为零.当电压表读数大于或等于0.6 V时，电流表读数为零.由此可知阴极材料的逸出功为 A.1.9 eV B.0.6 eV C.2.5 eV D.3.1 eV,图3,解析,答案,解析 由题意知光电子的最大初动能为,例3 在光电效应实验中，某金属的截止频率相应的波长为0，该金属的 逸出功为_.若用波长为(0)的单色光做该实验，则其遏止电压为 _.已知电子的电荷量、真空中的光速和普朗克常量分别为e、c和h.,解析,答案,例4 在某次光电效应实验中，得到的遏止电压U0与入射光的频率的关系如图4所示.若该直线的斜率和纵截距分别为k和b，电子电荷量的绝对值为e，则普朗克常量可表示为_，所用材料的逸出功可表示为_.,解析,答案,图4,ek,eb,针对训练1 (多选)一单色光照到某金属表面时，有光电子从金属表面逸出，下列说法中正确的是 A.只增大入射光的频率，金属逸出功将减小 B.只延长入射光照射时间，光电子的最大初动能将不变 C.只增大入射光的频率，光电子的最大初动能将增大 D.只增大入射光的频率，光电子逸出所经历的时间将缩短,解析 金属的逸出功由金属本身决定，与入射光的频率无关，选项A错误； 根据爱因斯坦光电效应方程 mvmax2hW0可知，当金属的极限频率确定时，光电子的最大初动能取决于入射光的频率，与光照强度、照射时间、光子数目无关，选项B、C正确，D错误.,解析,答案,针对训练2 如图5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0时，产生的光电子的最大初动能 为E D.入射光的频率为20时，产生的光电子的最大初动能为2E,图5,解析,答案,解析 题中图象反映了光电子的最大初动能Ek与入射光频率的关系，根据爱因斯坦光电效应方程知EkhW0，知当入射光的频率恰为该金属的极限频率0时，光电子的最大初动能Ek0，此时有h0W0，即该金属的逸出功等于h0，选项B正确； 根据图线的物理意义，有W0E，故选项A正确，而选项C、D错误.,1.逸出功W0对应着某一极限频率0，即W0h0，只有入射光的频率0时才有光电子逸出，即才能发生光电效应. 2.对于某一金属(0一定)，入射光的频率决定着能否产生光电效应及光电子的最大初动能，而与入射光的强度无关. 3.逸出功和极限频率均由金属本身决定，与其他因素无关.,达标检测,1.(多选)下列对光子的认识，正确的是 A.光子说中的光子就是牛顿在微粒说中所说的微粒 B.光子说中的光子就是光电效应的光电子 C.在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光量 子，简称光子 D.光子的能量跟光的频率成正比,解析,答案,1,2,3,4,解析 根据光子说，在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光量子，简称光子.而牛顿的“微粒说”中的微粒指宏观世界的微小颗粒.光电效应中，金属内的电子吸收光子后克服原子核的库仑引力等束缚，逸出金属表面，成为光电子，故A、B选项错误，C选项正确； 由Eh知，光子能量E与其频率成正比，故D选项正确.,1,2,3,4,2.(多选)在光电效应实验中，用频率为的光照射光电管阴极，发生了光电效应，下列说法正确的是 A.增大入射光的强度，光电流增大 B.减小入射光的强度，光电效应现象消失 C.改用频率小于的光照射，一定不发生光电效应 D.改用频率大于的光照射，光电子的最大初动能变大,答案,解析,1,2,3,4,解析 增大入射光强度，单位时间内照射到单位面积的光子数增加，则光电流将增大，故选项A正确； 光电效应是否发生取决于入射光的频率与极限频率的关系，而与入射光的强度无关，故选项B错误. 用频率为的光照射光电管阴极，发生光电效应，用频率较小的光照射时，若光的频率仍大于极限频率，则仍会发生光电效应，选项C错误； 根据hW0 mvmax2可知，增加照射光频率，光电子的最大初动能也增大，故选项D正确.,1,2,3,4,3. (多选)如图6所示是光电效应中光电子的最大初动能Ek与入射光频率的关系图象.从图中可知 A.Ek与成正比 B.入射光频率必须大于或等于极限频率0时， 才能发生光电效应 C.对同一种金属而言，Ek仅与有关 D.Ek与入射光强度成正比,答案,1,2,3,4,图6,4.几种金属的逸出功W0见下表：,答案,解析,1,2,3,4,用一束可见光照射上述金属的表面，请通过计算说明哪些能发生光电效应.已知该可见光的波长范围为4.0×1077.6×107 m，普朗克常量h6.63×1034 J·s.,答案 钠、钾、铷能发生光电效应,解析 光子的能量E ，取4.0×107 m，则E5.0×1019 J，根据EW0判断，钠、钾、铷能发生光电效应.,