2017沪科版高中物理选修(3-5)2.1-2.2《拨开黑体辐射的疑云 涅槃凤凰再飞翔》word学案.doc

1、学案 1 拨开黑体辐射的疑云 学案 2 涅槃凤凰再飞翔 学习目标定位 1.了解黑体与黑体辐射，知道辐射本领与波长的关系；了解能量子的概念 及提出的过程.2.知道光电效应现象及其实验规律.3.掌握爱因斯坦光电效应方程及其意义.4. 了解康普顿效应及其意义 1各种色光的频率：从红到紫的频率依次变大 2光的波长 与频率 的关系： c，式中 c 为光速 3黑体与黑体辐射 (1)热辐射：物体在任何温度下，都会发射电磁波，温度不同，所发射的电磁波的频率、强 度也不同 (2)黑体：能完全吸收投射到其表面的电磁波而不产生反射的物体，也称之为绝对黑体 (3)黑体辐射的实验规律如图 1 所示 图 1 随着温度的升

2、高，黑体辐射各种波长电磁波的辐射本领都增大； 随着温度的升高，辐射本领的最大值向波长较短的方向移动 4能量子 (1)定义：黑体的空腔壁是由大量振子组成的，其能量 E 只能是某一最小能量值 h 的整数 倍，即 Enh(n 1,2,3，)这样的一份最小能量 h 叫做能量子， 是振子的频率，h 叫 做普朗克常量 (2)能量的量子化：在微观世界中能量不能连续变化，只能取分立值 5光电效应 (1)光电效应：在光的照射下物体发射电子的现象叫做光电效应，发射出来的电子叫光电 子 (2)光电效应的实验规律： 对于各种金属都存在着一个极限频率，当入射光的频率高于这个极限频率时，才能产生 光电效应； 光电子的最大

3、动能随着入射光频率的增加而增加，与入射光的强度无关； 当产生光电效应时，单位时间内从金属表面逸出的电子数与入射光的强度有关； 入射光射到金属表面时，光电子的产生几乎是瞬时的，不超过 1109 s. 6爱因斯坦光电效应方程 (1)光子说：光在空间传播时是不连续的，而是一份一份的，一份叫做一个光量子，简称光 子光子的能量 Eh. (2)爱因斯坦光电效应方程：hWEkm，其中 W 为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 7康普顿效应 (1)康普顿效应 美国物理学家康普顿发现在散射的 X 射线中，除有与入射线波长相同的射线外，还有波长 比入射线波长更长的射线，这个波长变化的现象叫做康

4、普顿效应 (2)康普顿效应的意义：康普顿效应表明光子除了具有能量外还具有动量，进一步为光的粒 子性提供了证据 (3)光子的动量：表达式：p . h 一、光电效应产生的条件 问题设计 在课本的“探究光电效应产生的条件”实验中： (1)用紫外线灯照射锌板擦净的一面，验电器的箔片张角有何变化？ (2)在紫外线灯和锌板间插入一块玻璃，验电器的箔片张角有何变化？ (3)用白炽灯照射锌板擦净的一面，验电器的箔片张角有何变化？设法增加白炽灯的亮度， 情况有无变化？ 答案 (1)验电器的张角变小，说明在紫外线灯照射下锌板上电子减少了 (2)验电器张角变小，速率明显变慢因为紫外线不能穿过玻璃板而可见光却能由此说

5、明 金属板产生光电效应是光中紫外线照射的结果而不是可见光 (3)验电器张角不变说明可见光不能使锌板发生光电效应 要点提炼 1光电效应的实质：光现象转化为,电现象 2光电效应中的光包括不可见光和可见光 3金属都存在一个极限频率，只有入射光的频率高于该金属的极限频率时，光电效应才能 发生 图 2 例 1 如图 2 所示，用弧光灯照射锌板，验电器指针张开一个角度，则下列说法中正确的 是( ) A用紫外线照射锌板，验电器指针会发生偏转 B用红光照射锌板，验电器指针会发生偏转 C锌板带的是负电荷 D使验电器指针发生偏转的是正电荷 解析 将擦得很亮的锌板与验电器连接，用弧光灯照射锌板(弧光灯发出紫外线)

6、，验电器 指针张开一个角度，说明锌板带了电，进一步研究表明锌板带正电这说明在紫外线的照 射下，锌板中有一部分自由电子从表面飞出来，锌板中由于缺少电子，于是带正电，选项 A、D 正确红光不能使锌板发生光电效应 答案 AD 二、光电效应的实验规律 问题设计 图 3 如图 3 所示，阴极 K 和阳极 A 是密封在真空玻璃管中的两个电极， K 用铯做成电源加在 K 和 A 之间的电压大小可以调整，正负极也可以对调 (1)加在光电管两极间电压为零时，用紫光照射阴极 K，回路中有电流吗？改变入射光强 度，光电流大小如何变化？ (2)保持入射光的强度不变，更换滤色片以改变入射光频率，使光由紫光蓝光绿光红 光

7、，会看到什么现象？这说明什么？ (3)在紫光照射下，加上反向电压，直至电流为 0.改变光强做两次，记录下各个遏止电压的 值；改用蓝光和绿光再各做一次，也记录下遏止电压的值你发现什么规律？遏止电压 U 与光电子的最大动能 Ekm 什么关系？从实验记录数据你又能得出什么结论？(可以结合课 本“实验探究：研究光电效应的规律”中表 1 的数据分析) 答案 (1)有光越强，光电流越大 (2)紫光、蓝光、绿光照射下有光电流，红光则没有说明入射光的频率低于某一极限频率 时将不能产生光电效应 (3)用紫光照射，不管光强如何，遏止电压相同，由紫光逐次换成蓝光和绿光，遏止电压逐 次减小，说明遏止电压随入射光频率的

8、减小而减小根据动能定理 eUEkm，遏止电压不 同说明光电子的最大动能只与入射光频率有关，且随入射光频率的增大而增大 要点提炼 1光电效应的四条规律 (1)极限频率的存在：入射光的频率必须高于 0，才能产生光电效应，与光强度及照射时间 无关 (2)光电子的最大动能随着入射光频率的增加而增加，与入射光的强度无关 (3)当产生光电效应时，光电流大小随入射光强度的增加而增大 (4)光电效应的发生几乎是瞬时的，不超过 1109_s. 2掌握三个概念的含义 (1)入射光频率决定着能否发生光电效应和光电子的最大动能 (2)入射光强度决定着单位时间内发射的光子数； (3)饱和光电流决定着单位时间内发射的光电

9、子数 图 4 例 2 如图 4 所示，电路中各元件完好，光照射到阴极 K.灵敏电流计没有示数，其可能原 因是( ) A入射光强度太弱 B入射光的频率太小 C光照时间短 D电源正负极接反 解析 题图所示电路中形成电流需要具备两个条件：一是阴极 K 在光照射下有光电子逸出， 二是溢出的光电子应该能在电路中定向移动到达阳极 A.光电子的逸出取决于入射光的频率 ，只有入射光的频率大于极限频率 0 时才有光电子逸出，与入射光的强度和时间无关， A、C 错，B 对；光电子能否达到阳极 A，取决于光电子的动能大小和两极间所加电压的正 负和大小共同决定，一旦电源接反了且电压大于遏止电压，即使具有最大动能的光电

10、子也 不能达到阳极，即使发生了光电效应现象，电路中也不会有光电流，D 对，所以正确选项 为 B、D. 答案 BD 针对训练 当用绿光照射光电管阴极 K 时，可以发生光电效应，则下列说法正确的是( ) A增大绿光照射强度，光电子的最大动能增大 B增大绿光照射强度，电路中光电流增大 C改用比绿光波长大的光照射光电管阴极 K 时，电路中一定有光电流 D改用比绿光频率大的光照射光电管阴极 K 时，电路中一定有光电流 答案 D 解析 光电流与光强有关，光越强光电流越大，故 B 对；最大动能与光强无关，故 A 错； 当改用频率更大的光照射时，一定能发生光电效应现象，因此有光电流，故 D 对 三、爱因斯坦的

11、光子说 要点提炼 对光电效应方程 hW Ekm 的理解 1光电效应方程实质上是能量守恒方程 能量为 Eh 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 引力，另一部分就是电子离开金属表面时的动能如果克服吸引力做功最少为 W，则电子 离开金属表面时动能最大为 Ekm，根据能量守恒定律可知：Ekmh W. 2光电效应方程说明了产生光电效应的条件 若发生光电效应，则光电子的最大动能必须大于零，即 Ekmh W0，亦即 hW， 0，而 0 恰好是光电效应的极限频率 Wh Wh 图 5 3Ekm 曲线如图 5 所示是光电子最大动能 Ekm 随入射光频率 的变化曲线这里， 横轴上的截

12、距是极限频率或截止频率；纵轴上的截距是逸出功的负值；斜率为普朗克常 量 例 3 如图 6 所示，当电键 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电键，调节滑动变阻器，发现当电压表读数小于 0.60 V 时，电流表 读数仍不为零当电压表读数大于或等于 0.60 V 时，电流表读数为零由此可知阴极材料 的逸出功为( ) 图 6 A1.9 eV B0.6 eV C2.5 eV D3.1 eV 解析 由题意知光电子的最大动能为 EkmeU 0.60 eV 所以根据光电效应方程 EkmhW 可得 Wh Ekm(2.50.6) eV1.9 eV 答案 A 能

13、量量子化,光的粒子性Error! 1下列关于光子说对光电效应的解释正确的是( ) A金属表面的一个电子只能吸收一个光子 B电子吸收光子后一定能从金属表面逸出，成为光电子 C金属表面的一个电子吸收若干个光子，积累了足够的能量才能从金属表面逸出 D无论光子能量大小如何，电子吸收光子并积累了能量后，总能逸出成为光电子 答案 A 解析 根据光电效应规律可知：金属中的一个电子只能吸收一个光子的能量，一个光子的 能量也只能交给一个电子，故选项 A 正确电子吸收一个光子的能量后，动能立即增大， 不需要积累能量的过程，故选项 B 错误不存在一个电子吸收若干光子的现象，且只有当 入射光的能量不低于该金属电子的逸

14、出功时，才能发生光电效应，即入射光频率不低于金 属的极限频率时才能发生光电效应，故选项 C、D 错误 图 7 2.如图 7 所示是光电效应中光电子的最大动能 Ekm 与入射光频率 的关系图像从图中可 知( ) AEkm 与 成正比 B入射光频率必须大于或等于极限频率 0 时，才能产生光电效应 C对同一种金属而言，Ekm 仅与 有关 DEkm 与入射光强度成正比 答案 BC 解析 由 EkmhW 知 B、C 正确，A、D 错误 3用同一束单色光，在同一条件下先后照射锌片和银片，都能产生光电效应，在这两个过 程中，对于下列四个量，一定相同的是_，可能相同的是_，一定不同的是_ A光子的能量 B光电

15、子的逸出功 C光电子的动能 D光电子的最大动能 答案 A C BD 解析 光子的能量由光的频率决定，同一束单色光频率相同，因而光子能量相同逸出功 等于电子脱离原子核束缚需要做的最少的功，因此只由材料决定锌片和银片的光电效应 中，光电子的逸出功一定不相同由 EkmhW，照射光子的能量 h 相同，逸出功 W 不同，则电子最大动能也不同由于光电子吸收光子后到达金属表面的路径不同，途中损 失的能量也不同，因而脱离金属时的动能可能分布在零到最大动能之间所以，光电子的 动能是可能相同的 4(2014广东18) 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 AD 解析 增大入射光强度，单位时间内照射到单位面积的光电子数增加，则光电流将增大， 故选项 A 正确；光电效应是否发生取决于照射光的频率，而与照射强度无关，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 hW 逸 mv2 可知，增 12 加照射光频率，光电子的最大初动能也增大，故选项 D 正确.