《2018-2019學(xué)年高中物理 第十七章 波粒二象性 17.1-17.2 能量量子化 光的粒子性課件 新人教版選修3-5.ppt》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2018-2019學(xué)年高中物理 第十七章 波粒二象性 17.1-17.2 能量量子化 光的粒子性課件 新人教版選修3-5.ppt（108頁珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。
1、第十七章波粒二象性1能量量子化2光的粒子性,一、熱輻射1.熱輻射:我們周圍的一切物體都在輻射_,這種輻射與物體的_有關(guān)。2.一般材料物體的輻射規(guī)律:輻射電磁波的情況除與_有關(guān)外,還與_的種類及_有關(guān)。,電磁波,溫度,溫度,材料,表面狀況,二、黑體與黑體輻射1.黑體:指能夠_吸收入射的各種波長的電磁波而不發(fā)生反射的物體。2.黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律:黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長的分布只與黑體的_有關(guān),如圖所示。,完全,溫度,3.黑體模型:如圖所示,在一個(gè)空腔壁上開一個(gè)很小的孔,射入小孔的電磁波在空腔內(nèi)表面會(huì)發(fā)生多次_和_,最終不能從空腔射出。這個(gè)小孔(而非空腔壁)就成了一個(gè)_。黑體是一個(gè)_化的物理模型。
2、,反射,吸收,黑體,理想,三、能量子1.定義:普朗克認(rèn)為,振動(dòng)著的帶電微粒的能量只能是某一最小能量值的_,當(dāng)帶電微粒輻射或吸收能量時(shí),也是以這個(gè)最小能量值為單位_地輻射或吸收的,這個(gè)不可再分的最小能量值叫作_。,整數(shù)倍,一份一份,能量,子,2.能量子大小:=h,其中是電磁波的頻率,h稱為_常量。h=6.62610-34Js(一般取h=6.6310-34Js)。3.能量的量子化:在微觀世界中能量是_的,或者說微觀粒子的能量是_的。,普朗克,量子化,分立,四、光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)規(guī)律1.光電效應(yīng):照射到金屬表面的光,能使金屬中的_從表面逸出的現(xiàn)象。2.光電子:光電效應(yīng)中發(fā)射出來的_。,電子,電子,3.光電
3、效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律:(1)存在著_光電流:在光的顏色不變的情況下,入射光越強(qiáng),飽和電流越大。這表明對(duì)于一定顏色的光,入射光越強(qiáng),單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)越多。(2)存在著遏止電壓和_頻率:光電子的最大初動(dòng)能與入射光的頻率有關(guān),而與入射光的強(qiáng)弱無關(guān)。當(dāng)入射光的頻率低于截止頻率時(shí)不能發(fā)生光電效應(yīng)。,飽和,截止,(3)光電效應(yīng)具有_:光電效應(yīng)幾乎是瞬時(shí)發(fā)生的,從光照射到產(chǎn)生光電流的時(shí)間不超過10-9s。4.逸出功:使電子脫離某種金屬所做功的_。不同金屬的逸出功_(A.相同B.不同)。,瞬時(shí)性,最小值,B,五、愛因斯坦的光子說與光電效應(yīng)方程1.光子說:光不僅在發(fā)射和吸收時(shí)能量是一份一份的,而且光本身就是由
4、一個(gè)個(gè)不可分割的能量子組成的,頻率為的光的能量子為h,這些能量子被稱為_。,光子,2.愛因斯坦的光電效應(yīng)方程:(1)表達(dá)式:_=Ek+W0或Ek=_-W0。(2)物理意義:金屬中電子吸收一個(gè)光子獲得的能量是h,這些能量一部分用于克服金屬的_,剩下的表現(xiàn)為逸出后電子的初動(dòng)能Ek。,h,h,逸出功W0,六、康普頓效應(yīng)和光子的動(dòng)量1.光的散射:光在介質(zhì)中與_相互作用,因而傳播方向_,這種現(xiàn)象叫作光的散射。,物質(zhì)微粒,發(fā)生改變,2.康普頓效應(yīng):美國物理學(xué)家康普頓在研究石墨對(duì)X射線的散射時(shí),發(fā)現(xiàn)在散射的X射線中,除了與入射波長0相同的成分外,還有波長_0的成分,這個(gè)現(xiàn)象稱為康普頓效應(yīng)。3.康普頓效應(yīng)的意
5、義:康普頓效應(yīng)表明光子除了具有能量之外,還具有動(dòng)量,深入揭示了光的_的一面。,大于,粒子性,4.光子的動(dòng)量:(1)表達(dá)式:p=_。(2)說明:在康普頓效應(yīng)中,入射光子與晶體中電子碰撞時(shí),把一部分動(dòng)量轉(zhuǎn)移給電子,光子的動(dòng)量變小。因此,有些光子散射后波長_。,變大,【預(yù)習(xí)診斷】1.請(qǐng)判斷下列說法的正誤。(1)只有高溫物體才能輻射電磁波。()(2)能吸收各種電磁波而不反射電磁波的物體叫黑體。()(3)微觀粒子的能量只能是能量子的整數(shù)倍。(),(4)任何頻率的光照射到金屬表面都可以發(fā)生光電效應(yīng)。()(5)金屬表面是否發(fā)生光電效應(yīng)與入射光的強(qiáng)弱有關(guān)。()(6)“光子”就是“光電子”的簡稱。(),(7)光
6、電子的最大初動(dòng)能與入射光的頻率成正比。()(8)光子的動(dòng)量與波長成反比。(),提示:(1)。任何物體都可以輻射電磁波。(2)。根據(jù)黑體定義判斷正確。(3)。微觀粒子的能量是分立的。(4)。要發(fā)生光電效應(yīng),入射光的頻率要大于金屬的極限頻率。(5)。金屬表面是否發(fā)生光電效應(yīng)與入射光的頻率有關(guān),與強(qiáng)度無關(guān)。,(6)。光子是空間傳播的一份一份的能量,是不帶電的;光電子是光電效應(yīng)中發(fā)射出來的電子。(7)。光電子的最大初動(dòng)能與入射光的頻率成線性關(guān)系,不是正比關(guān)系。(8)。根據(jù)p=判斷正確。,2.白天的天空各處都是亮的,是大氣分子對(duì)太陽光散射的結(jié)果。假設(shè)一個(gè)運(yùn)動(dòng)的光子和一個(gè)靜止的自由電子碰撞以后,電子向某一
7、個(gè)方向運(yùn)動(dòng),光子沿另一方向散射出去,則這個(gè)散射光子跟原來的光子相比()A.頻率變大B.頻率不變C.光子能量變大D.波長變長,【解析】選D。運(yùn)動(dòng)的光子和一個(gè)靜止的自由電子碰撞時(shí),既遵守能量守恒,又遵守動(dòng)量守恒。碰撞中光子將能量h的一部分傳遞給了電子,光子的能量減少,波長變長,頻率減小,D選項(xiàng)正確。,3.(多選)下列說法正確的是()A.黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長的分布只與黑體的溫度有關(guān)B.光電效應(yīng)揭示了光的粒子性C.波長是架起粒子性與波動(dòng)性的橋梁D.愛因斯坦首先發(fā)現(xiàn)了光電效應(yīng),【解析】選A、B。根據(jù)黑體輻射實(shí)驗(yàn)的規(guī)律可知:黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長的分布只與黑體的溫度有關(guān),故A正確。愛因斯坦的光子
8、說成功解釋了光電效應(yīng),光電效應(yīng)說明光具有粒子性,故B正確。波長是描述波動(dòng)的物理量,故C錯(cuò)誤。赫茲等人首先發(fā)現(xiàn)了光電效應(yīng),愛因斯坦發(fā)現(xiàn)了光電效應(yīng)的規(guī)律,并成功解釋了光電效應(yīng),故D錯(cuò)誤。故選A、B。,知識(shí)點(diǎn)一黑體和黑體輻射探究導(dǎo)入:很多地方用紅外熱像儀監(jiān)測人的體溫,只要被測者從儀器前走過,便可知道他的體溫是多少,你知道其中的道理嗎?,提示:根據(jù)熱輻射規(guī)律可知,人的體溫的高低,直接決定了這個(gè)人輻射的紅外線的頻率和強(qiáng)度。通過監(jiān)測被測者輻射的紅外線的情況就知道這個(gè)人的體溫。,【歸納總結(jié)】1.對(duì)黑體的理解:絕對(duì)的黑體實(shí)際上是不存在的,但可以用某裝置近似地代替。如圖所示,如果在一個(gè)空腔壁上開一個(gè)小孔,那么射
9、入小孔的電磁波在空腔內(nèi)表面會(huì)發(fā)生多次反射和吸收,最終不能從空腔射出,這個(gè)小孔就成了一個(gè)絕對(duì)黑體。,2.一般物體與黑體的比較:,3.黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律:(1)溫度一定時(shí),黑體輻射強(qiáng)度隨波長的分布有一個(gè)極大值。(2)隨著溫度的升高各種波長的輻射強(qiáng)度都有增加;,輻射強(qiáng)度的極大值向波長較短的方向移動(dòng)。如圖所示。,【典例探究】考查角度1熱輻射與黑體輻射【典例1】(多選)下列敘述正確的是()A.一切物體都在輻射電磁波B.一般物體輻射電磁波的情況只與溫度有關(guān)C.黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長的分布只與黑體溫度有關(guān)D.黑體能夠完全吸收入射的各種波長的電磁波,【解析】選A、C、D。根據(jù)熱輻射定義知A對(duì);根據(jù)熱輻射和
10、黑體輻射的特點(diǎn)知一般物體輻射電磁波的情況除與溫度有關(guān)外,還與材料種類和表面狀況有關(guān),而黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長的分布只與黑體溫度有關(guān),B錯(cuò)、C對(duì);根據(jù)黑體定義知D對(duì)。故選A、C、D。,考查角度2黑體輻射的規(guī)律【典例2】(多選)(2017石家莊高二檢測)熱輻射是指所有物體在一定的溫度下都要向外輻射電磁波的現(xiàn)象,輻射強(qiáng)度是指垂直于電磁波傳播方向上的單位面積上單位時(shí)間內(nèi)所接收到的輻射能量。在研究某一黑體熱輻射時(shí),得到了四種溫度下黑體熱輻射的強(qiáng)度與波長的關(guān)系如圖。圖中橫軸表示電磁波的波長,縱軸表示某,種波長電磁波的輻射強(qiáng)度,則由輻射強(qiáng)度圖線可知,同一黑體在不同溫度下(),A.向外輻射同一波長的電磁波
11、的輻射強(qiáng)度相同B.輻射強(qiáng)度的極大值隨溫度升高而向短波方向移動(dòng)C.向外輻射的電磁波的總能量隨溫度升高而減小D.向外輻射的電磁波的波長范圍是相同的,【解析】選B、D。從圖中可以看出,溫度越高,向外輻射同一波長的電磁波的輻射強(qiáng)度越大,故A錯(cuò)誤;從圖中可以看出,輻射強(qiáng)度的極大值隨溫度升高而向短波方向移動(dòng),故B正確;從圖中可以看出,輻射的各個(gè)波長的部分的輻射強(qiáng)度均變大,故向外輻射的電磁波的總能量隨溫度升高而增強(qiáng),故C錯(cuò)誤;從圖中可以看出,黑體可以輻射出任何頻率的電磁波,故向外輻射的電磁波的波長范圍是相同的,故D正確。故選B、D。,【過關(guān)訓(xùn)練】1.關(guān)于黑體的認(rèn)識(shí),下列說法正確的是()A.黑體只吸收電磁波,
12、不反射電磁波,看上去是黑的B.黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長的分布除與溫度有關(guān)外,還與材料的種類及表面狀況有關(guān),C.黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長的分布只與溫度有關(guān),與材料的種類及表面狀況無關(guān)D.如果在一個(gè)空腔壁上開一個(gè)很小的孔,射入小孔的電磁波在空腔內(nèi)表面經(jīng)多次反射和吸收,最終不能從小孔射出,這個(gè)空腔就成了一個(gè)黑體,【解析】選C。黑體自身輻射電磁波,不一定是黑的,故A錯(cuò);黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長的分布只與黑體的溫度有關(guān),故B錯(cuò)、C對(duì);小孔只吸收電磁波,不反射電磁波,因此是小孔成了一個(gè)黑體,而不是空腔成了黑體,故D錯(cuò)。故選C。,2.(2018焦作高二檢測)下列描繪兩種溫度下黑體輻射強(qiáng)度與波長關(guān)系的圖
13、中,符合黑體輻射實(shí)驗(yàn)規(guī)律的是(),【解析】選A。黑體輻射以電磁輻射的形式向外輻射能量,溫度越高,輻射越強(qiáng)越大,故B、D錯(cuò)誤。黑體輻射的波長分布情況也隨溫度而變,如溫度較低時(shí),主要以不可見的紅外光進(jìn)行輻射,在500以至更高的溫度時(shí),則順次發(fā)射可見光以至紫外輻射。即溫度越高,輻射的電磁波的波長越短,故C錯(cuò)誤,A正確。故選A。,【補(bǔ)償訓(xùn)練】1.關(guān)于熱輻射的認(rèn)識(shí),下列說法中正確的是()A.熱的物體向外輻射電磁波,冷的物體只吸收電磁波B.溫度越高,物體輻射的電磁波越強(qiáng)C.輻射強(qiáng)度按波長的分布情況只與物體的溫度有關(guān),與材料種類及表面狀況無關(guān)D.常溫下我們看到的物體的顏色就是物體輻射電磁波的顏色,【解析】選
14、B。一切物體都不停地向外輻射電磁波,且溫度越高,輻射的電磁波越強(qiáng),A錯(cuò)誤,B正確;選項(xiàng)C是黑體輻射的特性,C錯(cuò)誤;常溫下看到的物體的顏色是反射光的顏色,D錯(cuò)誤。,2.如圖所示為t1、t2溫度時(shí)的黑體輻射強(qiáng)度與波長的關(guān)系,則兩溫度的關(guān)系為()A.t1=t2B.t1t2C.t1W0,=c,而c=恰好是光電效應(yīng)的截止頻率。,(4)Ek-曲線。如圖所示是光電子最大初動(dòng)能Ek隨入射光頻率的變化曲線。這里,橫軸上的截距是截止頻率或極限頻率;縱軸上的截距是逸出功的負(fù)值;斜率為普朗克常量。,2.光電效應(yīng)規(guī)律中的兩條線索、兩個(gè)關(guān)系:(1)兩條線索:,(2)兩個(gè)關(guān)系:光強(qiáng)光子數(shù)目多發(fā)射光電子多光電流大;光子頻率高
15、光子能量大產(chǎn)生光電子的最大初動(dòng)能大。,【典例探究】考查角度1光電效應(yīng)規(guī)律的應(yīng)用【典例1】（多選）（2017全國卷）在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，分別用頻率為a、b的單色光a、b照射到同種金屬上，測得相應(yīng)的遏止電壓分別為Ua和Ub、光電子的最大初動(dòng)能分別為Eka和Ekb。h為普朗克常量。下列說法正確的是（）,A若ab，則一定有UaUbB.若ab，則一定有EkaEkbC.若UaUb，則一定有EkaEkbD.若ab，則一定有ha-Ekahb-Ekb,【解析】選B、C。由愛因斯坦光電效應(yīng)方程h=Ekm+W0，由動(dòng)能定理可得Ekm=eU，故當(dāng)ab時(shí)，UaUb，EkaEkb，故A錯(cuò)誤，B正確；若UaUb，則一定有Ek
16、aEkb，故C正確；由光電效應(yīng)方程可得：金屬的逸出功W0=ha-Eka=hb-Ekb，故D錯(cuò)誤。,考查角度2光電效應(yīng)方程的應(yīng)用【典例2】(2015全國卷)在某次光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中,得到的遏止電壓Uc與入射光的頻率的關(guān)系如圖所示,若該直線的斜率和截距分別為k和b,電子電荷量的絕對(duì)值為e,則普朗克常量可表示為_,所用材料的逸出功可表示為_。,【解析】由題意可得eUc=h-W,變形為Uc=-,結(jié)合圖象可知=k,=-b,所以h=ek,W=-eb。答案:ek-eb,【過關(guān)訓(xùn)練】(2016江蘇高考)幾種金屬的逸出功W0:,用一束可見光照射上述金屬的表面,請(qǐng)通過計(jì)算說明哪些能發(fā)生光電效應(yīng)。已知該可見光的波長范圍
17、為4.010-77.610-7m,普朗克常數(shù)h=6.6310-34Js。,【解析】光子的能量E=,取=4.010-7m,則E5.010-19J,根據(jù)EW0判斷,鈉、鉀、銣能發(fā)生光電效應(yīng)。答案:鈉、鉀、銣能發(fā)生光電效應(yīng),【補(bǔ)償訓(xùn)練】1.(多選)(2018上饒高二檢測)關(guān)于光電效應(yīng),下列幾種表述正確的是()A.用不可見光照射金屬一定比用可見光照射同種金屬產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能要大B.對(duì)于任何一種金屬都存在一個(gè)“最大波長”,入射光的波長必須小于這個(gè)波長,才能產(chǎn)生光電效應(yīng),C.金屬電子的逸出功與入射光的頻率成正比D.光電流的強(qiáng)度與入射光的強(qiáng)度有關(guān),【解析】選B、D。不可見光的頻率不一定比可見光的頻率
18、大,所以產(chǎn)生的光電子的初動(dòng)能不一定大,故A錯(cuò)誤;當(dāng)入射光的頻率大于金屬的極限頻率時(shí),即入射光的波長小于極限波長時(shí),發(fā)生光電效應(yīng),故B正確;根據(jù)光電效應(yīng)方程知Ekm=h-W0=eU,知U=,遏止電壓與入射光的頻率成一次函數(shù)關(guān)系,不是成正比,故C錯(cuò)誤;光的強(qiáng)度影響單位時(shí)間內(nèi)發(fā)出光電子的數(shù)目,即影響光電流的大小,故D正確。故選B、D。,2.(多選)一單色光照到某金屬表面時(shí),有光電子從金屬表面逸出,下列說法中正確的是()A.只增大入射光的頻率,金屬逸出功將減小B.只延長入射光照射時(shí)間,光電子的最大初動(dòng)能將不變C.只增大入射光的頻率,光電子的最大初動(dòng)能將增大D.只增大入射光的頻率,光電子逸出所經(jīng)歷的時(shí)間
19、將縮短,【解析】選B、C。金屬的逸出功由金屬本身的構(gòu)成決定,與入射光的頻率無關(guān),選項(xiàng)A錯(cuò)誤;根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek=h-W0可知,當(dāng)金屬的極限頻率確定時(shí),光電子的最大初動(dòng)能取決于入射光的頻率,與光照強(qiáng)度、照射時(shí)間、光子數(shù)目無關(guān),選項(xiàng)B、C正確,D錯(cuò)誤。,知識(shí)點(diǎn)四光子說對(duì)康普頓效應(yīng)的解釋探究導(dǎo)入:太陽光從小孔射入室內(nèi)時(shí),我們從側(cè)面可以看到這束光;白天的天空各處都是亮的;宇航員在太空中會(huì)發(fā)現(xiàn)盡管太陽光耀眼刺目,其他方向的天空卻是黑的,為什么?,提示:在地球上存在著大氣,太陽光經(jīng)微粒散射后傳向各個(gè)方向,而在太空中的真空環(huán)境下光不散射只向前傳播。,【歸納總結(jié)】(1)假定X射線光子與電子發(fā)生彈性碰
20、撞。光子和電子相碰撞時(shí),光子有一部分能量傳給電子,散射光子的能量減少,于是散射光的波長大于入射光的波長。(2)康普頓效應(yīng)進(jìn)一步揭示了光的粒子性,也再次證明了愛因斯坦光子說的正確性。,(3)在光的散射中,光子在與其他微粒作用過程中遵循能量守恒定律和動(dòng)量守恒定律。,【典例探究】考查角度1光子的動(dòng)量【典例1】科學(xué)研究證明,光子有能量也有動(dòng)量,當(dāng)光子與電子碰撞時(shí),光子的一些能量轉(zhuǎn)移給了電子。假設(shè)光子與電子碰撞前的波長為,碰撞后的波長為,則碰撞過程中(),A.能量守恒,動(dòng)量守恒,且=B.能量不守恒,動(dòng)量不守恒,且=C.能量守恒,動(dòng)量守恒,且,【解析】選C。能量守恒和動(dòng)量守恒是自然界的普遍規(guī)律,適用于宏觀
21、世界也適用于微觀世界。光子與電子碰撞時(shí)遵循這兩個(gè)守恒規(guī)律。光子與電子碰撞前光子的能量E=h=h,當(dāng)光子與電子碰撞時(shí),光子的一些能量轉(zhuǎn)移給了電子,光子的能量E=h=h,由EE,可知,再由c=1=2,得到12,B錯(cuò)誤,C、D正確。,【拓展例題】考查內(nèi)容:光電效應(yīng)與圖象綜合性問題【典例示范】在圖甲所示的裝置中,K為一個(gè)金屬板,A為一個(gè)金屬電極,都密封在真空玻璃管中,單色光可通過玻璃殼照在K上,E為可調(diào)直流電源。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),當(dāng)用某種頻率的單色光照射K時(shí),K會(huì)發(fā)出電子(光電效應(yīng)),這時(shí),即使A、K間的電壓等于零,回路中也有電流,當(dāng)A的電勢(shì)低于K時(shí),電流仍不為零,A的電勢(shì)比K低得越多,電流越小,當(dāng)A比K的電
22、勢(shì)低到某一值Uc(遏止電壓)時(shí),電流消失。當(dāng)改變照射光的頻率時(shí),遏止電壓Uc也將隨之改變。如果某次實(shí)驗(yàn)我們測出的一系列數(shù)據(jù)如圖乙所示,若知道電子的電荷量e,則根據(jù)圖象可求出該金屬的極限頻率為多少?該金屬的逸出功W0為多少?普朗克常量h為多少?,【解析】由題圖可知,數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的點(diǎn)幾乎落在一條直線上,直線與軸的交點(diǎn)0即為該金屬的極限頻率。因此當(dāng)照射光的頻率為0時(shí),遏止電壓Uc=0,說明在此頻率下,金屬板剛好發(fā)生光電效應(yīng)。設(shè)光電子的最大初動(dòng)能為Ek,根據(jù)光電效應(yīng)方程有h=W0+Ek,當(dāng)A比K的電勢(shì)低到某一值Uc時(shí),電流消失,光電子的最大初動(dòng)能全部用來克服電場力做功,由動(dòng)能定理有eUc=Ek聯(lián)立以上兩式可得由上式可知,Uc-圖象斜率k=,在Uc軸上的截距為-。而由圖可得,截距為-Uc。,解得h=,W0=eUc。答案:0eUc,
2018-2019學(xué)年高中物理 第十七章 波粒二象性 17.1-17.2 能量量子化 光的粒子性課件 新人教版選修3-5.ppt
