第二章第二节光子.ppt

预习导学预习导学第二节第二节 光光 子子预习导学预习导学课堂讲义课堂讲义高中物理高中物理·选修选修3­5·粤教版粤教版第二节第二节 光子光子预习导学预习导学第二节第二节 光光 子子预习导学预习导学课堂讲义课堂讲义[目标定位目标定位]　　1.知道普朗克提出的能量子假知道普朗克提出的能量子假说说.2.知道知道爱爱因斯坦因斯坦的光子的光子说说，知道光子能量的表达式，知道光子能量的表达式.3.知道知道爱爱因斯坦的光因斯坦的光电电效效应应方程以及方程以及对对光光电电效效应规应规律的解律的解释释．．预习导学预习导学第二节第二节 光光 子子预习导学预习导学课堂讲义课堂讲义一、能量量子假说一、能量量子假说1．假．假说说内容：物体内容：物体热辐热辐射所射所发发出的出的电电磁波的能量是磁波的能量是________，，只能是最小能量只能是最小能量值值hν的的________．．2．能量量子：．能量量子：____称称为为一个能量量子，其中一个能量量子，其中ν是是辐辐射射频频率，率，h是是一个常量，称一个常量，称为为普朗克常量，普朗克常量，h＝＝6.63×10－－34 J·s.3．假．假说说的意的意义义：能量量子假：能量量子假说说能能够够非常合理地解非常合理地解释释某些某些电电磁波磁波的的______和和______的的实验现实验现象．象．4．量子化．量子化现现象：在微象：在微观观世界里，物理量只能取一些分立世界里，物理量只能取一些分立值值的的现现象．象．不不连续连续的的整数倍整数倍hν辐辐射射吸收吸收预习导学预习导学第二节第二节 光光 子子预习导学预习导学课堂讲义课堂讲义二、光子假说二、光子假说1．内容：光不．内容：光不仅仅在在发发射和吸收射和吸收时时能量是一份一份的，而且光本能量是一份一份的，而且光本身就是由一个个不可分割的身就是由一个个不可分割的________组组成的，成的，这这些能量子被些能量子被称称为为______，，频频率率为为ν的光的能量子的光的能量子为为____．．2．意．意义义：利用光子假：利用光子假说说可以完美地解可以完美地解释释________的各种特征．的各种特征．三、光电效应方程三、光电效应方程1．逸出功．逸出功W0：：电电子从金属中逸出所需要的克服束子从金属中逸出所需要的克服束缚缚而消耗的能而消耗的能量的最小量的最小值值，叫做金属的逸出功．，叫做金属的逸出功．能量子能量子光子光子hν光光电电效效应应预习导学预习导学第二节第二节 光光 子子预习导学预习导学课堂讲义课堂讲义想一想想一想　怎　怎样样从能量守恒角度理解从能量守恒角度理解爱爱因斯坦光因斯坦光电电效效应应方程？方程？答案答案　　爱爱因斯坦光因斯坦光电电效效应应方程中的方程中的hν是入射光子的能量，逸是入射光子的能量，逸出功出功W0是光子是光子飞飞出金属表面消耗的能量，出金属表面消耗的能量，Ek是光子的最大初是光子的最大初动动能，因此能，因此爱爱因斯坦光因斯坦光电电效效应应方程符合能量的方程符合能量的转转化与守恒定化与守恒定律．律．四四、、对光电效应的解释对光电效应的解释1．．对极限频率的解释对极限频率的解释金属内部的一个金属内部的一个电电子一般只吸收子一般只吸收______光子的能量，如果光光子的能量，如果光子的能量子的能量______电电子的逸出功，那么无子的逸出功，那么无论论光的光的强强度度(光子数目光子数目)有多大，照射有多大，照射时间时间多多长长，金属内部的，金属内部的电电子都不能被激子都不能被激发发而逃而逃逸出来．因此光逸出来．因此光电电效效应应的条件是光子的能量的条件是光子的能量ε＝＝hν一个一个小于小于预习导学预习导学第二节第二节 光光 子子预习导学预习导学课堂讲义课堂讲义2．．对对遏止遏止电压电压与入射光的与入射光的频频率有关，而与入射光的率有关，而与入射光的强强度无关度无关的解的解释释大于大于等于等于极限极限频频率率频频率率光光强强度度课堂讲义课堂讲义预习导学预习导学课堂讲义课堂讲义第二节第二节 光光 子子一、对光子概念的理解一、对光子概念的理解1．光子不是光．光子不是光电电子：光子指光在空子：光子指光在空间传间传播播时时的每一份能量，光的每一份能量，光子不子不带电带电，光，光电电子是金属表面受到光照射子是金属表面受到光照射时发时发射出来的射出来的电电子，子，其本其本质质是是电电子，光子是光子，光子是光电电效效应应的因，光的因，光电电子是果．子是果．2．由光子的能量确定光．由光子的能量确定光电电子的子的动动能：光照射到金属表面能：光照射到金属表面时时，光，光子的能量全部被子的能量全部被电电子吸收，子吸收，电电子吸收了光子的能量，可能向子吸收了光子的能量，可能向各个方向运各个方向运动动，需克服原子核和其他原子的阻碍而，需克服原子核和其他原子的阻碍而损损失一部失一部分能量，剩余部分分能量，剩余部分为为光光电电子的初子的初动动能；只有金属表面的能；只有金属表面的电电子子直接向外直接向外飞飞出出时时，只需克服原子核的引力做功，才具有最大，只需克服原子核的引力做功，才具有最大初初动动能．光能．光电电子的初子的初动动能小于或等于光能小于或等于光电电子的最大初子的最大初动动能．能．课堂讲义课堂讲义预习导学预习导学课堂讲义课堂讲义第二节第二节 光光 子子3．光子的能量与入射光的．光子的能量与入射光的强强度的关系：光子的能量即每个光度的关系：光子的能量即每个光子的能量，其子的能量，其值为值为E＝＝hν(ν为为光子的光子的频频率率)，其大小由光的，其大小由光的频频率决定．入射光的率决定．入射光的强强度指度指单单位位时间时间内照射到金属表面内照射到金属表面单单位面位面积积上的上的总总能量，入射光的能量，入射光的强强度等于度等于单单位位时间时间内光子能内光子能量与入射光子数的乘量与入射光子数的乘积积．．【【例例1】】　氦　氦氖氖激光器激光器发发射波射波长为长为6 328 A°的的单单色光，色光，试计试计算算这这种光的一个光子的能量种光的一个光子的能量为为多少？若多少？若该该激光器的激光器的发发光功率光功率为为18 mW，，则则每秒每秒钟发钟发射多少个光子？射多少个光子？(h＝＝6.63×10－－34 J·s)答案答案　　3.14×10－－19 J　　5.73×1016个个课堂讲义课堂讲义预习导学预习导学课堂讲义课堂讲义第二节第二节 光光 子子课堂讲义课堂讲义预习导学预习导学课堂讲义课堂讲义第二节第二节 光光 子子借题发挥借题发挥　光能量子　光能量子E＝＝hν，光能是光子能量的整数倍，即，光能是光子能量的整数倍，即E总总＝＝n·ε＝＝n·hν.普朗克量子化理论，认为电磁波的能量是量子化的、不连续普朗克量子化理论，认为电磁波的能量是量子化的、不连续的，总能量是能量子的整数倍，即的，总能量是能量子的整数倍，即E总总＝＝nε，其中，其中ε＝＝hν，因此，，因此，只要知道电磁波的频率只要知道电磁波的频率ν即可解答．光是一种电磁波，光能量即可解答．光是一种电磁波，光能量子简称光子．其能量值是光能量的最小单位，子简称光子．其能量值是光能量的最小单位，ε＝＝hν，其中，其中ν为光的频率，通常结合为光的频率，通常结合c＝＝λν，确定，确定ε的值．的值．课堂讲义课堂讲义预习导学预习导学课堂讲义课堂讲义第二节第二节 光光 子子针对训练针对训练1　　对应对应于于3.4×10－－19 J的能量子，其的能量子，其电电磁磁辐辐射的射的频频率率和波和波长长各是多少？它是什么各是多少？它是什么颜颜色的光？色的光？(h＝＝6.63×10－－34 J·s)答案答案　　5.13×1014 Hz　　5.85×10－－7 m　黄色　黄色课堂讲义课堂讲义预习导学预习导学课堂讲义课堂讲义第二节第二节 光光 子子二、光电效应方程的理解与应用二、光电效应方程的理解与应用1．光电效应方程．光电效应方程Ek＝＝hν－－W0的理解的理解(1)式中的式中的Ek是光是光电电子的最大初子的最大初动动能，就某个光能，就某个光电电子而言，子而言，其离开金属其离开金属时时剩余剩余动动能大小可以是能大小可以是0～～Ek范范围围内的任何数内的任何数值值．．(2)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量能量为为ε＝＝hν的光子被的光子被电电子所吸收，子所吸收，电电子把子把这这些能量的一些能量的一部分用来克服金属表面部分用来克服金属表面对对它的吸引，另一部分就是它的吸引，另一部分就是电电子离子离开金属表面开金属表面时时的的动动能．如果克服吸引力做功最少能．如果克服吸引力做功最少为为W0，，则则电电子离开金属表面子离开金属表面时动时动能最大能最大为为Ek，根据能量守恒定，根据能量守恒定律可知：律可知：Ek＝＝hν－－W0.课堂讲义课堂讲义预习导学预习导学课堂讲义课堂讲义第二节第二节 光光 子子(3)光光电电效效应应方程包含了方程包含了产产生光生光电电效效应应的条件的条件(4)Ekm­ν曲曲线线如如图图2－－2－－1所示是光所示是光电电子最大初子最大初动动能能Ekm随入射光随入射光频频率率ν的的变变化曲化曲线线．．这这里，横里，横轴轴上上的截距是极限的截距是极限频频率；率；纵轴纵轴上的截距是逸出上的截距是逸出功的功的负值负值；斜率；斜率为为普朗克常量．普朗克常量． 图图2－－2－－1课堂讲义课堂讲义预习导学预习导学课堂讲义课堂讲义第二节第二节 光光 子子2．光子说对光电效应的解释．光子说对光电效应的解释(1)由由爱爱因斯坦光因斯坦光电电效效应应方程可以看出，光方程可以看出，光电电子的最大初子的最大初动动能能Ek和入射光的和入射光的频频率率ν有关，且成有关，且成线线性关系，而与光的性关系，而与光的强强弱无关．只有当弱无关．只有当hν>W0时时，才有光，才有光电电子逸出．子逸出．(2)金属金属电电子一次性吸收光子的全部能量，不需要子一次性吸收光子的全部能量，不需要积积累能量累能量的的时间时间，所以光，所以光电电流几乎是瞬流几乎是瞬时产时产生的．生的．(3)光光较较强强时时，包含的光子数，包含的光子数较较多，照射金属多，照射金属时产时产生的光生的光电电子子较较多，所以多，所以饱饱和和电电流流较较大．大．课堂讲义课堂讲义预习导学预习导学课堂讲义课堂讲义第二节第二节 光光 子子【【例例2】】　　(单选单选)如如图图2－－2－－2所示，当所示，当电电键键K断开断开时时，用光子能量，用光子能量为为2.5 eV的一的一束光照射阴极束光照射阴极P，，发现电发现电流表流表读读数不数不为为零．合上零．合上电键电键，，调节调节滑滑动变动变阻器，阻器，发发现现当当电压电压表表读读数小于数小于0.60 V时时，，电电流流表表读读数仍不数仍不为为零．当零．当电压电压表表读读数大于数大于或等于或等于0.60 V时时，，电电流表流表读读数数为为零．零．由此可知阴极材料的逸出功由此可知阴极材料的逸出功为为(　　　　)A．．1.9 eV B．．0.6 eV C．．2.5 eV D．．3.1 eV答案答案　　A图图2－－2－－2课堂讲义课堂讲义预习导学预习导学课堂讲义课堂讲义第二节第二节 光光 子子解析解析　由题意知光电子的最大初动能为　由题意知光电子的最大初动能为Ek＝＝eU0＝＝0.60 eV，所以根据光电效应方程，所以根据光电效应方程Ek＝＝hν－－W0可得可得W0＝＝hν－－Ek＝＝(2.5－－0.6)eV＝＝1.9 eV课堂讲义课堂讲义预习导学预习导学课堂讲义课堂讲义第二节第二节 光光 子子针对训练针对训练2　　(双选双选)如如图图2－－2－－3所示是某金所示是某金属在光的照射下，光属在光的照射下，光电电子最大初子最大初动动能能Ek与入射光与入射光频频率率ν的关系的关系图图象，由象，由图图象可象可知知(　　　　)A．．该该金属的逸出功等于金属的逸出功等于EB．．该该金属的逸出功等于金属的逸出功等于hν0C．入射光的．入射光的频频率率为为ν0时时，，产产生的光生的光电电子的最大初子的最大初动动能能为为ED．入射光的．入射光的频频率率为为2ν0时时，，产产生的光生的光电电子的最大初子的最大初动动能能为为2E答案答案　　AB图图2－－2－－3课堂讲义课堂讲义预习导学预习导学课堂讲义课堂讲义第二节第二节 光光 子子解析解析　题中图象反映了光电子的最大初动能　题中图象反映了光电子的最大初动能Ek与入射光频与入射光频率率ν的关系，根据爱因斯坦光电效应方程的关系，根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝＝hν－－W0，知，知当入射光的频率恰为该金属的极限频率当入射光的频率恰为该金属的极限频率ν0时，光电子的最时，光电子的最大初动能大初动能Ek＝＝0，此时有，此时有hν0＝＝W0，即该金属的逸出功等于，即该金属的逸出功等于hν0，选项，选项B正确；根据图线的物理意义，有正确；根据图线的物理意义，有W0＝＝E，故选，故选项项A正确，而选项正确，而选项C、、D错误错误.预习导学预习导学第二节第二节 光光 子子预习导学预习导学课堂讲义课堂讲义再见再见。