（新課標(biāo)）2018-2019學(xué)年高考物理 主題三 原子與原子核 3.1 波粒二象性 3.1.1-3.1.2 能量量子化 光的粒子性課件 新人教版選修3-5.ppt

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1、3.1波粒二象性 3.1.1能量量子化 3.1.2光的粒子性,一、黑體與黑體輻射 1.熱輻射：我們周?chē)囊磺形矬w都在輻射 ，這種輻射與物體的 有關(guān)。 2.黑體：指能夠 吸收入射的各種波長(zhǎng)的電磁波而不發(fā)生反射的物體。 3.一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，還與材料的及 有關(guān)。,電磁波,溫度,完全,溫度,種類(lèi),表面狀況,4.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(zhǎng)的分布只與黑體的 有關(guān)，如圖1所示。,(1)隨著溫度的升高，各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都。 (2)隨著溫度的升高，輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)的方向移動(dòng)。,圖1,溫度,增加,較短,思考判斷,(1)只有高溫物體才能輻射電

2、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)溫度越高，黑體輻射電磁波的強(qiáng)度越大。() 答案(1)(2)(3),二、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。 2.能量子大小：h，其中是電磁波的頻率，h稱(chēng)為 常量。h6.626 1034 Js(一般取h6.631034 Js)。 3.能量的量子化：在微觀世界中能量是 的，或者說(shuō)微觀粒子的能量是的。,整數(shù)倍,一份一份,能量子,普朗克,量子化,分立,思考判斷,(1)

3、微觀粒子的能量只能是能量子的整數(shù)倍。() (2)能量子的能量不是任意的，其大小與電磁波的頻率成正比。() 答案(1)(2),三、光電效應(yīng)的實(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(lái)的 。,電子,電子,3.光電效應(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(wú)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)。 (3)光電效應(yīng)具有：光電效應(yīng)幾

4、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(guò)109 s。 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)。,飽和,截止,瞬時(shí)性,最小值,B,思考判斷,(1)任何頻率的光照射到金屬表面都可以發(fā)生光電效應(yīng)。() (2)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)。() (3)入射光照射到金屬表面上時(shí)，光電子幾乎是瞬時(shí)發(fā)射的。() 答案(1)(2)(3),四、愛(ài)因斯坦的光子說(shuō)與光電效應(yīng)方程 1.光子說(shuō)：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(chēng)為。 2.愛(ài)因斯坦的光電效應(yīng)方程

5、(1)表達(dá)式：EkW0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。,光子,h,h,逸出功W0,思考判斷,(1)“光子”就是“光電子”的簡(jiǎn)稱(chēng)。() (2)光電子的最大初動(dòng)能與入射光的頻率成正比。() (3)入射光若能使某金屬發(fā)生光電效應(yīng)，則入射光的強(qiáng)度越大，照射出的光電子越多。() 答案(1)(2)(3),五、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。 2.康普頓效應(yīng)：美國(guó)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

6、入射波長(zhǎng)0相同的成分外，還有波長(zhǎng)0的成分，這個(gè)現(xiàn)象稱(chēng)為康普頓效應(yīng)。 3.康普頓效應(yīng)的意義：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。,物質(zhì)微粒,發(fā)生改變,大于,粒子性,4.光子的動(dòng)量,(1)表達(dá)式：p 。 (2)說(shuō)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(zhǎng)。,變大,思考判斷,(1)光子的動(dòng)量與波長(zhǎng)成反比。() (2)光子發(fā)生散射時(shí)，其動(dòng)量大小發(fā)生變化，但光子的頻率不發(fā)生變化。() (3)光子發(fā)生散射后，其波長(zhǎng)變大。() 答案(1)(2)(3),黑體輻射的規(guī)律,1.一般物體與黑體的比較,要點(diǎn)

7、歸納,2.隨著溫度的升高，黑體輻射的各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都有增加，且輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較短的方向移動(dòng)。,例1 (多選)黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律如圖2所示，由圖可知(),精典示例,圖2,A.隨溫度升高，各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都增加 B.隨溫度降低，各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都增加 C.隨溫度升高，輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較短的方向移動(dòng) D.隨溫度降低，輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較長(zhǎng)的方向移動(dòng) 解析由題圖可知，隨溫度升高，各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都增加，且輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較短的方向移動(dòng)，當(dāng)溫度降低時(shí)，上述變化都將反過(guò)來(lái)。 答案ACD,針對(duì)訓(xùn)練1 關(guān)于對(duì)黑體的認(rèn)識(shí)，下列說(shuō)法正確的是(),A.黑體只吸收電磁波，不反射電磁波

8、，看上去是黑的 B.黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布除與溫度有關(guān)外，還與材料的種類(lèi)及表面狀況有關(guān) C.黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布只與溫度有關(guān)，與材料的種類(lèi)及表面狀況無(wú)關(guān) D.如果在一個(gè)空腔壁上開(kāi)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 答案C,能量子的理解和計(jì)算,1.物體在發(fā)射或接收能量的時(shí)候，只能從某一狀態(tài)“飛躍”地過(guò)渡到另一狀態(tài)，而不可能停留在不符合這些能量的任何一個(gè)中間狀態(tài)。 2.在宏觀尺度內(nèi)研究物體的運(yùn)動(dòng)時(shí)我們可以認(rèn)為：物體的運(yùn)動(dòng)是連續(xù)的，能量變化是連續(xù)的，不必考慮量子化；在研究微觀粒子時(shí)必須考慮能量量子化。 3.能量

9、子的能量h，，其中h是普朗克常量，是電磁波的頻率。,要點(diǎn)歸納,例2 人眼對(duì)綠光較為敏感，正常人的眼睛接收到波長(zhǎng)為530 nm的綠光時(shí)，只要每秒鐘有6個(gè)綠光的光子射入瞳孔，眼睛就能察覺(jué)。普朗克常量為6.631034 Js，光速為3.0108 m/s，則人眼能察覺(jué)到綠光時(shí)所接收到的最小功率是() A.2.31018 W B.3.81019 W C.7.01010 W D.1.21018 W,答案A,精典示例,針對(duì)訓(xùn)練2 (多選)對(duì)于帶電微粒的輻射和吸收能量時(shí)的特點(diǎn)，以下說(shuō)法正確的是(),A.以某一個(gè)最小能量值一份一份地輻射或吸收 B.輻射和吸收的能量是某一最小值的整數(shù)倍 C.吸收的能量可以是連續(xù)的

10、 D.輻射和吸收的能量是量子化的 解析帶電微粒輻射或吸收能量時(shí)是以最小能量值能量子的整數(shù)倍或一份一份地輻射或吸收的，是不連續(xù)的。故選項(xiàng)A、B、D正確，C錯(cuò)誤。 答案ABD,2.光電效應(yīng)中的光包括不可見(jiàn)光和可見(jiàn)光。 3.光電子：光電效應(yīng)中發(fā)射出來(lái)的電子，其本質(zhì)還是電子。 4.能不能發(fā)生光電效應(yīng)由入射光的頻率決定，與入射光的強(qiáng)度無(wú)關(guān)。 5.發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)，產(chǎn)生的光電子數(shù)與入射光的頻率無(wú)關(guān)，與入射光的強(qiáng)度有關(guān)。,光電效應(yīng)現(xiàn)象及其實(shí)驗(yàn)規(guī)律,要點(diǎn)歸納,6.光電效應(yīng)與光的電磁理論的矛盾,按光的電磁理論，應(yīng)有： (1)光越強(qiáng)，光電子的初動(dòng)能越大，遏止電壓與光的強(qiáng)弱有關(guān)。 (2)不存在截止頻率，任何頻率的光都

11、能產(chǎn)生光電效應(yīng)。 (3)在光很弱時(shí)，放出電子的時(shí)間應(yīng)遠(yuǎn)大于109 s。,例3 一驗(yàn)電器與鋅板相連(如圖3所示)，用一紫外線燈照射鋅板，關(guān)燈后，驗(yàn)電器指針保持一定偏角。,精典示例,圖3,(1)現(xiàn)用一帶負(fù)電的金屬小球與鋅板接觸，則驗(yàn)電器指針偏角將________(填“增大”、“減小”或“不變”)。 (2)使驗(yàn)電器指針回到零，再用相同強(qiáng)度的鈉燈發(fā)出的黃光照射鋅板，驗(yàn)電器指針無(wú)偏轉(zhuǎn)。那么，若改用強(qiáng)度更大的紅外線燈照射鋅板，可觀察到驗(yàn)電器指針________(填“有”或“無(wú)”)偏轉(zhuǎn)。,解析(1)當(dāng)用紫外線燈照射鋅板時(shí)，鋅板發(fā)生光電效應(yīng)，鋅板放出光電子而帶上正電，此時(shí)與鋅板連在一起的驗(yàn)電器也帶上了正電，故

12、指針發(fā)生了偏轉(zhuǎn)。當(dāng)帶負(fù)電的金屬小球與鋅板接觸后，中和了一部分正電荷，從而使驗(yàn)電器的指針偏角減小。 (2)使驗(yàn)電器指針回到零，用鈉燈發(fā)出的黃光照射鋅板，驗(yàn)電器指針無(wú)偏轉(zhuǎn)，說(shuō)明鈉燈發(fā)出的黃光的頻率小于鋅的極限頻率，而紅外線比黃光的頻率還要低，更不可能使鋅板發(fā)生光電效應(yīng)。能否發(fā)生光電效應(yīng)與入射光的強(qiáng)弱無(wú)關(guān)。 答案(1)減小(2)無(wú),針對(duì)訓(xùn)練3 (多選)如圖4所示，電路中所有元件完好，但光照射到光電管上，靈敏電流計(jì)中沒(méi)有電流通過(guò)。其原因可能是(),A.入射光太弱 B.入射光波長(zhǎng)太長(zhǎng) C.光照時(shí)間太短 D.電源正、負(fù)極接反,圖4,解析金屬存在截止頻率，超過(guò)截止頻率的光照射金屬時(shí)才會(huì)有光電子射出。射出的光

13、電子的動(dòng)能隨頻率的增大而增大，動(dòng)能小時(shí)不能克服反向電壓，也不會(huì)有光電流。入射光的頻率低于截止頻率，不能產(chǎn)生光電效應(yīng)，與光照強(qiáng)弱無(wú)關(guān)，選項(xiàng)B正確，A錯(cuò)誤；電路中電源正、負(fù)極接反，對(duì)光電管加了反向電壓，若該電壓超過(guò)了遏止電壓，也沒(méi)有光電流產(chǎn)生，選項(xiàng)D正確；光電效應(yīng)的產(chǎn)生與光照時(shí)間無(wú)關(guān)，選項(xiàng)C錯(cuò)誤。 答案BD,1.光電效應(yīng)方程實(shí)質(zhì)上是能量守恒方程,(1)能量為h的光子被電子所吸收，電子把這些能量的一部分用來(lái)克服金屬表面對(duì)它的吸引，另一部分就是電子離開(kāi)金屬表面時(shí)的動(dòng)能。 (2)如果克服吸引力做功最少為W0，則電子離開(kāi)金屬表面時(shí)動(dòng)能最大為Ek，根據(jù)能量守恒定律可知：EkhW0。,光電效應(yīng)方程的理解與應(yīng)用

14、,要點(diǎn)歸納,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； 光子頻率高光子能量大產(chǎn)生光電子的最大初動(dòng)能大。,例4 如圖5所示，當(dāng)開(kāi)關(guān)K斷開(kāi)時(shí)，用光子能量為2.5 eV的一束光照射陰極P，發(fā)現(xiàn)電流表讀數(shù)不為零。合上開(kāi)關(guān)，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，發(fā)現(xiàn)當(dāng)電壓表讀數(shù)小于0.6 V時(shí)，電流表讀數(shù)仍不為零。當(dāng)電壓表讀數(shù)大于或等于0.6 V時(shí)，電流表讀數(shù)為零。由此可知陰極材料的逸出功為(),A.1.9 eV B.0.6 eVC.2.5 eV D.3.1 eV,精典示例,圖5,解析由題意知光電子的最大初動(dòng)能為 EkeUc0.6 eV 所以根據(jù)光電效應(yīng)方程E

15、khW0可得 W0hEk(2.50.6)eV1.9 eV 答案A,,1.逸出功W0對(duì)應(yīng)著某一極限頻率c，即W0hc，只有入射光的頻率c時(shí)才有光電子逸出，即才能發(fā)生光電效應(yīng)。 2.對(duì)于某一金屬(c一定)，入射光的頻率決定著能否產(chǎn)生光電效應(yīng)及光電子的最大初動(dòng)能，而與入射光的強(qiáng)度無(wú)關(guān)。,針對(duì)訓(xùn)練4 (多選)如圖6所示是某金屬在光的照射下，光電子最大初動(dòng)能Ek與入射光頻率的關(guān)系圖象，由圖象可知(),A.該金屬的逸出功等于E B.該金屬的逸出功等于hc C.入射光的頻率為c時(shí)，產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能為E D.入射光的頻率為2c時(shí)，產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能為2E,圖6,解析題中圖象反映了光電子的最大初動(dòng)能Ek與入射光頻率的關(guān)系，根據(jù)愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程EkhW0，知當(dāng)入射光的頻率恰為該金屬的截止頻率c時(shí)，光電子的最大初動(dòng)能Ek0，此時(shí)有hcW0，即該金屬的逸出功等于hc，選項(xiàng)B正確；根據(jù)圖線的物理意義，有W0E，故選項(xiàng)A正確，C、D錯(cuò)誤。 答案AB,