（全國(guó)通用版）2018-2019高中物理 第十七章 波粒二象性 第一節(jié) 能量量子化 第二節(jié) 光的粒子性學(xué)案 新人教版選修3-5

《（全國(guó)通用版）2018-2019高中物理 第十七章 波粒二象性 第一節(jié) 能量量子化 第二節(jié) 光的粒子性學(xué)案 新人教版選修3-5》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《（全國(guó)通用版）2018-2019高中物理 第十七章 波粒二象性 第一節(jié) 能量量子化 第二節(jié) 光的粒子性學(xué)案 新人教版選修3-5（20頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、 第一節(jié)　能量量子化 第二節(jié)　光的粒子性 〔情 景 切 入〕 1990年，德國(guó)物理學(xué)家普朗克提出了一個(gè)大膽的假設(shè)：粒子的能量只能是某一最小能量值的整數(shù)倍。這一假說(shuō)不僅解決了熱輻射問(wèn)題，同時(shí)也改變了人們對(duì)微觀世界的認(rèn)識(shí)。 光在愛(ài)因斯坦的眼里成了“粒子”，電子、質(zhì)子等在德布羅意看來(lái)具有了波動(dòng)性…… 光到底是什么？實(shí)物粒子真的具有波動(dòng)性嗎？讓我們一起進(jìn)入這種神奇的微觀世界，去揭開(kāi)微觀世界的奧秘吧。 〔知 識(shí) 導(dǎo) 航〕 本章內(nèi)容涉及微觀世界中的量子化現(xiàn)象。首先從黑體和黑體輻射出發(fā)，提出了能量的量子化觀點(diǎn)，進(jìn)而通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究光電效應(yīng)現(xiàn)象，用愛(ài)因斯坦的光子說(shuō)對(duì)光電效應(yīng)的實(shí)

2、驗(yàn)規(guī)律做出合理解釋?zhuān)鞔_了光具有波粒二象性，進(jìn)而將波粒二象性推廣到運(yùn)動(dòng)的實(shí)物粒子，提出了德布羅意波的概念，經(jīng)分析和研究得出光波和德布羅意波都是概率波以及不確定性關(guān)系的結(jié)論。 本章內(nèi)容可分為三個(gè)單元：(第一～二節(jié))主要介紹了能量量子化和光的粒子性；第二單元(第三節(jié))介紹了粒子的波動(dòng)性；第三單元(第四～五節(jié))介紹了概率波和不確定性關(guān)系。 本章的重點(diǎn)是：普朗克的能量量子化假設(shè)、光電效應(yīng)、光電效應(yīng)方程、德布羅意波。本章的難點(diǎn)是：光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律和波粒二象性。 〔學(xué) 法 指 導(dǎo)〕 1．重視本章實(shí)驗(yàn)的理解。本章知識(shí)理論性很強(qiáng)，涉及的新概念較多，也比較抽象，但它們作為物理量都有其實(shí)驗(yàn)事實(shí)基礎(chǔ)，所以

3、在學(xué)習(xí)時(shí)要結(jié)合實(shí)驗(yàn)來(lái)理解它們，就不會(huì)覺(jué)得那么抽象。 2．注意體會(huì)人類(lèi)認(rèn)識(shí)微觀粒子本性的歷史進(jìn)程。人類(lèi)認(rèn)識(shí)微觀粒子本性的進(jìn)程是波浪形的，在曲折中前進(jìn)，舊的理論總是被新發(fā)現(xiàn)、新的實(shí)驗(yàn)事實(shí)否定，為解釋新實(shí)驗(yàn)事實(shí)又提出新的理論。光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)證明了光是一種粒子，但光的干涉和衍射又證明了光是一種波，因此光是一種波——電磁波，同時(shí)光也是一種粒子——光子。也就是說(shuō)光具有波粒二象性。光在空間各點(diǎn)出現(xiàn)的概率是受波動(dòng)規(guī)律支配的，因此光是一種概率波。 3．學(xué)習(xí)本章知識(shí)會(huì)用到以前學(xué)過(guò)的知識(shí)，如光的干涉、衍射，彈性碰撞、動(dòng)量定理和動(dòng)能定理等，因此可以有針對(duì)性地復(fù)習(xí)過(guò)去的這些知識(shí)，對(duì)順利學(xué)習(xí)本章內(nèi)容會(huì)有幫助。

4、 　學(xué) 習(xí) 目 標(biāo) ※ 認(rèn)識(shí)黑體和黑體輻射的概念 ※ 理解能量子的概念，掌握計(jì)算能量子的方法 ※ 知道光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律 ※※ 掌握愛(ài)因斯坦的光電效應(yīng)方程 ※ 了解康普頓效應(yīng)及光子的動(dòng)量 　知 識(shí) 導(dǎo) 圖 知識(shí)點(diǎn)1　黑體與黑體輻射 1．熱輻射 (1)定義：我們周?chē)囊磺形矬w都在輻射__電磁波__，這種輻射與物體的__溫度__有關(guān)，所以叫熱輻射。 (2)特征：熱輻射強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布情況隨物體的__溫度__而有所不同。 2．黑體 (1)定義：如果某種物體在任何溫度下能夠完全吸收入射的__各種波長(zhǎng)的電磁波__而不發(fā)生反射，這種物體就是絕對(duì)黑體，簡(jiǎn)稱(chēng)黑

5、體。 (2)黑體輻射的特征：黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布只與黑體的__溫度__有關(guān)。 3．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__溫度__有關(guān)，如圖所示。 (1)隨著溫度的升高，各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都__增加__； (2)隨著溫度的升高，輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)__較短__的方向移動(dòng)。 知識(shí)點(diǎn)2　能量子 1．定義 普朗克認(rèn)為，帶電微粒的能量只能是某一最小能量值ε的__整數(shù)倍__，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__一份一份__地輻射或吸收的，這個(gè)不可再分的最小能量值ε叫做能量子。 2．能量子大小 ε＝hν，其中ν是電磁波的

6、頻率，h稱(chēng)為_(kāi)_普朗克__常量，h＝6.626×10－34J·s(一般取h＝6.63×10－34J·s)。 3．能量的量子化 在微觀世界中能量是__量子化__的，或者說(shuō)微觀粒子的能量是__分立__的。 知識(shí)點(diǎn)3　光電效應(yīng) 1．光電效應(yīng) 照射到金屬表面的光，能使金屬中的__電子__從表面逸出的現(xiàn)象。如圖所示。 2．光電子 光電效應(yīng)中發(fā)射出來(lái)的__電子__。 3．光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律 (1)存在著飽和光電流：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)存在著遏止電壓和截止頻率：光電

7、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)具有瞬時(shí)性：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(guò)__10－9__s。 知識(shí)點(diǎn)4　愛(ài)因斯坦的光電效應(yīng)方程 1．光子 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ν的光的能量子為hν，h為普朗克常量。這些能量子后來(lái)被稱(chēng)為光子。 2．愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程 在光電效應(yīng)中，金屬中的電子吸收一個(gè)光子獲得的能量是__hν__，這些能量的一部分用來(lái)克服金屬的__逸出功__

8、W0，剩下的表現(xiàn)為逸出后電子的初動(dòng)能Ek，即 hν＝__Ek＋W0__或Ek＝__hν－W0__ 知識(shí)點(diǎn)5　康普頓效應(yīng) 1．光的散射 光在介質(zhì)中與__物質(zhì)微粒__相互作用，因而傳播方向發(fā)生改變，這種現(xiàn)象叫做光的散射。 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，除了與入射波長(zhǎng)λ0相同的成分外，還有__波長(zhǎng)大于λ0__的成分，這個(gè)現(xiàn)象稱(chēng)為康普頓效應(yīng)。 知識(shí)點(diǎn)6　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_

9、_長(zhǎng)__。 預(yù)習(xí)反饋 『判一判』 (1)只有高溫的物體才會(huì)熱輻射。(×) (2)熱輻射的輻射強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布情況隨溫度的變化而有所不同。(√) (3)微觀粒子的能量只能是能量子的整數(shù)倍。(√) (4)能量子的能量不是任意的，其大小與電磁波的頻率成正比。(√) (5)任何頻率的光照射到金屬表面都可以發(fā)生光電效應(yīng)。(×) (6)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)。(×) (7)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。(√) (8)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。(×) (9)光子發(fā)生散射后，其波長(zhǎng)變大。(√) 『選一選』 (

10、多選)(北京市臨川育人學(xué)校2017～2018學(xué)年高二下學(xué)期期中)如圖所示，電路中所有元件完好，當(dāng)光照射到光電管上時(shí)，靈敏電流計(jì)中沒(méi)有電流通過(guò)，可能的原因是(　BD　) A．入射光強(qiáng)度較弱 B．入射光波長(zhǎng)太長(zhǎng) C．光照射時(shí)間太短 D．電源正負(fù)極接反 解析：光電管能否產(chǎn)生光電效應(yīng)與入射光的強(qiáng)度、光照時(shí)間沒(méi)有關(guān)系，當(dāng)入射光波長(zhǎng)小于金屬的極限波長(zhǎng)時(shí)，即入射光頻率大于金屬的極限頻率時(shí)，金屬才能產(chǎn)生光電效應(yīng)，A、C錯(cuò)誤；若入射光波長(zhǎng)大于金屬的極限波長(zhǎng)時(shí)，金屬不能產(chǎn)生光電效應(yīng)，靈敏電流計(jì)中沒(méi)有電流通過(guò)，B正確；電源正負(fù)極接反時(shí)，光電管加上反向電壓，光電子做減速運(yùn)動(dòng)，可能到達(dá)不了陽(yáng)極

11、，電路中不能形成電流，D正確。 『想一想』 很多地方用紅外熱像儀監(jiān)測(cè)人的體溫，只要被測(cè)者從儀器前走過(guò)，便可知道他的體溫是多少，你知道其中的道理嗎？ 答案：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(guò)監(jiān)測(cè)被測(cè)者輻射的紅外線的情況就知道這個(gè)人的體溫。 探究一　對(duì)黑體及黑體輻射的理解　 S　1 有經(jīng)驗(yàn)的煉鋼工人，通過(guò)觀察煉鋼爐內(nèi)的顏色，就可以估計(jì)出爐內(nèi)的大體溫度，這是根據(jù)什么道理？ 提示：黑體輻射與溫度有關(guān)。 G　 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(kāi)一個(gè)小孔，

12、那么射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 熱輻射特點(diǎn) 吸收、反射特點(diǎn) 一般 物體 輻射電磁波的情況與溫度有關(guān)，與材料的種類(lèi)及表面狀況有關(guān) 既吸收，又反射，其能力與材料的種類(lèi)及入射光波長(zhǎng)等因素有關(guān) 黑體 輻射電磁波的強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布只與黑體的溫度有關(guān) 完全吸收各種入射電磁波，不反射 特別提醒：(1)熱輻射不一定要高溫，任何溫度的物體都發(fā)出一定的熱輻射，只是溫度低時(shí)輻射弱，溫度高時(shí)輻射強(qiáng)。 (2)黑體是一個(gè)理想化的物理模型，實(shí)際不存在。 (3)黑體看上去不是一定是黑的，只有當(dāng)自

13、身輻射的可見(jiàn)光非常微弱時(shí)看上去才是黑的；有些可看作黑體的物體由于有較強(qiáng)的輻射，看起來(lái)還會(huì)很明亮，例如：煉鋼爐口上的小孔。一些發(fā)光的物體(如太陽(yáng)、白熾燈燈絲)也被看作黑體來(lái)處理。 D　 典例1　關(guān)于對(duì)黑體的認(rèn)識(shí)，下列說(shuō)法正確的是(　C　) A．黑體只吸收電磁波，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(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 解題指導(dǎo)：

14、黑體完全吸收電磁波而不反射，同時(shí)其本身也輻射電磁波；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)，與其他因素?zé)o關(guān)。 解析：黑體自身輻射電磁波，不一定是黑的，A錯(cuò)誤；黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布只與黑體的溫度有關(guān)，B錯(cuò)誤，C正確；小孔只吸收電磁波，不反射電磁波，因此小孔成了一個(gè)黑體，而不是空腔，D錯(cuò)誤。, 〔對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練1〕　關(guān)于黑體輻射的強(qiáng)度與波長(zhǎng)的關(guān)系，下圖正確的是(　B　) 解析：根據(jù)黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律：隨溫度升高，各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都有增加，故圖線不會(huì)有交點(diǎn)，選項(xiàng)C、D錯(cuò)誤；另一方面，輻射強(qiáng)度的極大值會(huì)向波長(zhǎng)較短方向移動(dòng)，選項(xiàng)A錯(cuò)誤，B正確。 探究二　能量量子化　 S　

15、2 由能量量子化假說(shuō)可知，能量是一份一份的，而不是連續(xù)的，在宏觀概念中，舉一些我們周?chē)贿B續(xù)的實(shí)例。 提示：人的個(gè)數(shù)，自然數(shù)，汽車(chē)等。 G　 1．能量子 物體熱輻射所發(fā)出的電磁波是通過(guò)內(nèi)部的帶電諧振子向外輻射的，諧振子的能量是不連續(xù)的，只能是hν的整數(shù)倍，hν稱(chēng)為一個(gè)能量量子，其中ν是諧振子的振動(dòng)頻率，h是一個(gè)常數(shù)，稱(chēng)為普朗克常量。 2．普朗克常量 h＝6.63×10－34J·s 3．意義 可以非常合理地解釋某些電磁波的輻射和吸收的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。 4．量子化現(xiàn)象 在微觀世界中物理量分立取值的現(xiàn)象稱(chēng)為量子化現(xiàn)象。 5．量子化假設(shè)的意義 普朗克的能量子假設(shè)，使人類(lèi)對(duì)微觀世界的

16、本質(zhì)有了全新的認(rèn)識(shí)，對(duì)現(xiàn)代物理學(xué)的發(fā)展產(chǎn)生了革命性的影響。普朗克常量h是自然界中最基本的常量之一，它體現(xiàn)了微觀世界的基本特征。 D　 典例2　氦氖激光器發(fā)射波長(zhǎng)為6328的單色光，試計(jì)算這種光的一個(gè)光子的能量為多少？若該激光器的發(fā)光功率為18mW，則每秒鐘發(fā)射多少個(gè)光子？ 解題指導(dǎo)：求解本題的關(guān)鍵有兩點(diǎn)：一是能根據(jù)已知條件求得每一個(gè)光子的能量，另外必須明確激光器發(fā)射的能量由這些光子能量的總和組成。 答案：3.14×10－19J　5.73×1016個(gè) 解析：根據(jù)愛(ài)因斯坦光子學(xué)說(shuō)，光子能量E＝hν，而 λν＝c，所以：E＝＝J＝3.14×10－19J。 因?yàn)榘l(fā)光功率已知，所以1s內(nèi)發(fā)

17、射的光子數(shù)為： n＝＝個(gè)＝5.73×1016個(gè)。, 〔對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練2〕　人眼對(duì)綠光最為敏感，正常人的眼睛接收到波長(zhǎng)為530nm的綠光時(shí)，只要每秒有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6.63×10－34J·s，光速為3.0×108m /s，則人眼能察覺(jué)到綠光時(shí)所接收到的最小功率是(　A　) A．2.3×10－18W B．3.8×10－19W C．7.0×10－10W D．1.2×10－18W 解析：每秒有6個(gè)綠光的光子射入瞳孔，所以察覺(jué)到綠光所接收到最小功率為 P＝＝W＝ 2.3×10－18W。 探究三　光電效應(yīng)　 S　3 如圖所示，把一塊鋅板連接在驗(yàn)電器上，用紫

18、外線燈照射鋅板，觀察到驗(yàn)電器的指針發(fā)生了變化，這說(shuō)明鋅板帶了電。你知道鋅板是怎樣帶上電的嗎？ 提示：鋅板在紫外線燈的照射下發(fā)生了光電效應(yīng)，發(fā)射出光電子，因此鋅板會(huì)顯示正電性，驗(yàn)電器會(huì)因帶正電荷而使金屬箔片張開(kāi)一定角度。 G　 對(duì)光電效應(yīng)方程的理解 1．光電子的動(dòng)能 方程Ek＝hν－W0中，Ek為光電子的最大初動(dòng)能，就某個(gè)光電子而言，其離開(kāi)金屬時(shí)的動(dòng)能大小可以是零到最大值范圍內(nèi)的任何數(shù)值。 2．方程實(shí)質(zhì) 方程Ek＝hν－W0實(shí)質(zhì)上是能量守恒方程。 3．產(chǎn)生光電效應(yīng)的條件 方程Ek＝hν－W0包含了產(chǎn)生光電效應(yīng)的條件， 即要產(chǎn)生光電效應(yīng)，須Ek＝hν－W0>0，亦即hν>W0

19、，ν>，而νc＝就是金屬的極限頻率。 4．截止頻率νc 方程Ek＝hν－W0表明，光電子的最大初動(dòng)能Ek與入射光的頻率ν存在線性關(guān)系(如圖所示)，與光強(qiáng)有關(guān)。圖中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，圖線的斜率為普朗克常量。 5．逸出功 方程Ek＝hν－W0中的逸出功W0為從金屬表面逸出的電子克服束縛而消耗的最少能量，不同金屬的逸出功是不同的。 6．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。 特別提醒：(1)逸出功和截止頻率

20、均由金屬本身決定，與其他因素?zé)o關(guān)?！? (2)光電子的最大初動(dòng)能隨入射光頻率的增大而增大，但不是正比關(guān)系。 D　 典例3　(多選)在做光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)時(shí)，某金屬被光照射發(fā)生了光電效應(yīng)，實(shí)驗(yàn)測(cè)得光電子的最大初動(dòng)能Ek與入射光的頻率ν的關(guān)系如圖所示，由實(shí)驗(yàn)圖線可求出(　ABC　) A．該金屬的極限頻率和極限波長(zhǎng) B．普朗克常量 C．該金屬的逸出功 D．單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子數(shù) 解題指導(dǎo)：分析、推導(dǎo)得出圖像的斜率及在圖像橫、縱坐標(biāo)軸上的截距所對(duì)應(yīng)的物理量，從而理解它們的物理意義，才能有效提高自身應(yīng)用數(shù)學(xué)知識(shí)解決物理問(wèn)題的能力。 解析：依據(jù)光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0可知，當(dāng)Ek＝0時(shí)

21、，ν＝ν0，即圖像中橫坐標(biāo)的截距在數(shù)值上等于金屬的極限頻率。圖線的斜率k＝?？梢?jiàn)圖線的斜率在數(shù)值上等于普朗克常量。 根據(jù)圖像，假設(shè)圖線的延長(zhǎng)線與Ek軸的交點(diǎn)為C，其截距大小為W0，有k＝。 而k＝h，所以W0＝hν0。 即圖像中縱坐標(biāo)軸的截距在數(shù)值上等于該金屬的逸出功。, 〔對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練3〕　(黑龍江綏化市肇東一中2015～2016學(xué)年高二下學(xué)期期中)如圖所示，用綠光照射一光電管，能產(chǎn)生光電效應(yīng)。欲使光電子從陰極逸出時(shí)的初動(dòng)能增大，應(yīng)該(　B　) A．改用紅光照射 B．改用紫光照射 C．增大光電管上的加速電壓 D．增大綠光的強(qiáng)度 解析：由Ek＝hν－W逸出知增加最大初動(dòng)能，只

22、要入射光的頻率變大就行了。紅光的頻率比綠光小，故A錯(cuò)誤；紫光的頻率比綠光的大，故B正確。增大光電管的加速電壓，不影響陰極逸出時(shí)的初動(dòng)能，故C錯(cuò)誤；增加綠光照射強(qiáng)度只是增大了光電流強(qiáng)度，D錯(cuò)誤。故選B。 探究四　康普頓效應(yīng)　 S　4 太陽(yáng)光從小孔射入室內(nèi)時(shí)，我們從側(cè)面可以看到這束光；宇航員在太空中會(huì)發(fā)現(xiàn)盡管太陽(yáng)光耀眼刺目，其他方向的天空卻是黑的，為什么？ 提示：在地球上光發(fā)生了散射；太空中沒(méi)有懸浮顆粒，光不能發(fā)生散射。 G　 1．光子說(shuō)對(duì)康普頓效應(yīng)的解釋 (1)假定X射線光子與電子發(fā)生彈性碰撞。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(zhǎng)大

23、于入射光的波長(zhǎng)。 (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(ài)因斯坦光子說(shuō)的正確性。 2．光電效應(yīng)與康普頓效應(yīng)的對(duì)比 (1)光電效應(yīng)與康普頓效應(yīng)都說(shuō)明了光具有粒子性。 (2)波長(zhǎng)較短的X射線或γ射線產(chǎn)生康普頓效應(yīng)，波長(zhǎng)較長(zhǎng)的可見(jiàn)光或紫外光產(chǎn)生光電效應(yīng)。 D　 典例4　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(zhǎng)為λ，碰撞后的波長(zhǎng)為λ′，則碰撞過(guò)程中(　C　) A．能量守恒，動(dòng)量守恒，且λ＝λ′ B．能量不守恒，動(dòng)量不守恒，且λ＝λ′ C．能量守恒，動(dòng)量守恒，且λ＜λ′ D．能量守恒，動(dòng)量守恒，且λ＞λ

24、′ 解題指導(dǎo)：能量守恒和動(dòng)量守恒是自然界的普遍規(guī)律，適用于宏觀世界也適用于微觀世界。 解析：光子與電子碰撞時(shí)遵循動(dòng)量和能量?jī)蓚€(gè)守恒規(guī)律。光子與電子碰撞前光子的能量E＝hν＝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′＝hν′＝h，由E＞E′，可知λ＜λ′，選項(xiàng)C正確。, 〔對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練4〕　康普頓效應(yīng)證實(shí)了光子不僅具有能量，也有動(dòng)量。下圖給出了光子與靜止電子碰撞后，電子的運(yùn)動(dòng)方向，則碰后光子可能沿方向__1__運(yùn)動(dòng)，并且波長(zhǎng)__變長(zhǎng)__(填“不變”、“變短”或“變長(zhǎng)”)。 解析：因光子與電子的碰撞過(guò)程動(dòng)量守恒，所以碰撞之后光子和電子的總動(dòng)量的方向與光子碰前動(dòng)量的方

25、向一致，可見(jiàn)碰后光子運(yùn)動(dòng)的方向可能沿1方向，不可能沿2或3方向；通過(guò)碰撞，光子將一部分能量轉(zhuǎn)移給電子，能量減少，由E＝hν知，頻率變小，再根據(jù)c＝λν知，波長(zhǎng)變長(zhǎng)。 光電效應(yīng)中幾個(gè)易混淆的概念 1．光子與光電子 光子指光在空間傳播時(shí)的每一份能量，光子不帶電，光電子是金屬表面受到光照射時(shí)發(fā)射出來(lái)的電子，其本質(zhì)是電子，光子是光電效應(yīng)的因，光電子是果。 2．光電子的動(dòng)能與光電子的最大初動(dòng)能 光照射到金屬表面時(shí)， 光子的能量全部被電子吸收，電子吸收光子的能量，可能向各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，需克服原子核和其他原子的阻礙而損失一部分能量，剩余部分為光電子的初動(dòng)能；只有金屬表面的電子直接向外飛出時(shí)，只需

26、克服原子核的引力做功，才具有最大初動(dòng)能。光電子的初動(dòng)能小于等于光電子的最大初動(dòng)能。 3．光子的能量與入射光的強(qiáng)度 光子的能量即每個(gè)光子的能量，其值為E＝hν(ν為光子的頻率)，其大小由光的頻率決定。入射光的強(qiáng)度指單位時(shí)間內(nèi)照射到金屬表面單位面積上的總能量；入射光的強(qiáng)度等于單位時(shí)間內(nèi)光子能量與入射光子數(shù)的乘積。 4．光電流和飽和光電流 金屬板飛出的光電子到達(dá)陽(yáng)極，回路中便產(chǎn)生光電流，隨著所加正向電壓的增大，光電流趨于一個(gè)飽和值，這個(gè)飽和值是飽和光電流，在一定的光照條件下，飽和光電流與所加電壓大小無(wú)關(guān)。 案例　用同一束單色光，在同一條件下，先后照射鋅片和銀片，都能產(chǎn)生光電效應(yīng)，這兩個(gè)過(guò)程

27、中，對(duì)下列四個(gè)量，一定相同的是__A__，可能相同的是__C__，一定不相同的是__BD__。 A．光子的能量 B．金屬的逸出功 C．光電子動(dòng)能 D．光電子最大初動(dòng)能 解析：光子的能量由光的頻率決定，同一束單色光頻率相同，因而光子能量相同，逸出功等于電子脫離原子核束縛需要做的最小的功，因此只由材料決定，鋅片和銀片的逸出功一定不相同。由Ek＝hν－W，照射光子能量hν相同，逸出功W不同，則電子最大初動(dòng)能也不同，由于光電子吸收光子后到達(dá)金屬表面的路徑不同，途中損失的能量也不同，因而脫離金屬時(shí)的動(dòng)能可能分布在零到最大初動(dòng)能之間，所以，兩個(gè)不同光電效應(yīng)的光電子中，動(dòng)能是可能相等的。 1．(

28、山東省煙臺(tái)市2016～2017學(xué)年高三模擬)近年來(lái)軍事行動(dòng)中，士兵都配帶“紅外夜視儀”，在夜間也能清楚地看清目標(biāo)，主要是因?yàn)?　B　) A．“紅外夜視儀”發(fā)射出強(qiáng)大的紅外線，照射被視物體 B．一切物體均在不停地輻射紅外線 C．一切高溫物體均在不停地輻射紅外線 D．“紅外夜視儀”發(fā)射出X射線，被照射物體受到激發(fā)而發(fā)出紅外線 解析：一切物體都在不停地向外輻射紅外線，不同物體輻射出來(lái)的紅外線不同，采用“紅外夜視儀”可以清楚地分辨出物體的形狀、大小和位置，不受白天和夜晚的影響，即可確認(rèn)出目標(biāo)從而采取有效的行動(dòng)。故只有B項(xiàng)正確。 2．(多選)(山東青州實(shí)驗(yàn)中學(xué)2016～2017學(xué)年高二下學(xué)期

29、檢測(cè))光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)的裝置如圖所示，則下列說(shuō)法中正確的是(　AD　) A．用紫外線照射鋅板，驗(yàn)電器指針會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn) B．用紅色光照射鋅板，驗(yàn)電器指針會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn) C．鋅板帶的是負(fù)電荷 D．使驗(yàn)電器指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)的是正電荷 解析：將擦得很亮的鋅板連接驗(yàn)電器，用弧光燈照射鋅板(弧光燈發(fā)出紫外線)，驗(yàn)電器指針張開(kāi)一個(gè)角度， 說(shuō)明鋅板帶了電。進(jìn)一步研究表明鋅板帶正電，這說(shuō)明在紫外光的照射下，鋅板中有一部分自由電子從表面飛出來(lái)，鋅板中缺少電子，于是帶正電，A、D選項(xiàng)正確，紅光不能使鋅板發(fā)生光電效應(yīng)。 3．(多選)(浙江省湖州市2017～2018學(xué)年高二下學(xué)期期末)如圖所示，一光電管的陰極用極限頻

30、率為ν0的鈉制成。現(xiàn)用頻率為2.5ν0的紫外線照射陰極，電子電荷量為e，普朗克常量為h，則(　AC　) A．滑片從最左端向右滑動(dòng)過(guò)程，電流表示數(shù)會(huì)減小 B．滑片向左滑動(dòng)過(guò)程，逸出功增大 C．可以計(jì)算出光電子遏制電壓為UC＝ D．若電流表示數(shù)為0時(shí)，則光電子離開(kāi)陰極時(shí)動(dòng)能為0 解析：由圖可知，光電管上所加的電壓為反向電壓，當(dāng)滑片從最左端向右滑動(dòng)過(guò)程，反向電壓變大，則到達(dá)A極的光電子數(shù)會(huì)減小，電流表示數(shù)會(huì)減小，選項(xiàng)A正確；金屬的逸出功由金屬本身決定，與外界條件無(wú)關(guān)，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；逸出光電子的最大初動(dòng)能Ekm＝2.5hν0－h(huán)ν0＝1.5hν0， 由Ekm＝UCe＝1.5hν0，解得U

31、C＝，選項(xiàng)C正確；因光電管加反向電壓，若電流表示數(shù)為0，不能說(shuō)明光電子離開(kāi)陰極時(shí)動(dòng)能為0，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。 4．(多選)(江蘇省鹽城市2016～2017學(xué)年高二下學(xué)期期中)用同一光電管研究a、b兩種單色光產(chǎn)生的光電效應(yīng)，得到光電流I與光電管兩極間所加電壓U的關(guān)系如圖。則下列敘述正確的是(　BD　) A．照射該光電管時(shí)a光使其逸出的光電子最大初動(dòng)能大 B．b光光子能量比a大 C．極限頻率越大的金屬材料逸出功越小 D．光電管是基于光電效應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換器件，可使光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào) 解析：由光電效應(yīng)方程mv＝hν－W0，由題圖可得b光照射光電管時(shí)反向截止電壓大，則其逸出的光電子最大初動(dòng)能大，

32、故A錯(cuò)誤；由A的分析可得b光照射光電管時(shí)反向截止電壓大，使其逸出的光電子最大初動(dòng)能大，所以b的頻率大，光子的能量大，故B正確；根據(jù)W0＝hν0，可知，極限頻率越大其金屬材料逸出功越大，故C錯(cuò)誤；光照射光電管，出現(xiàn)光電效應(yīng)現(xiàn)象，可使光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，故D正確。 基礎(chǔ)夯實(shí) 一、選擇題(1～5題為單選題，6、7題為多選題) 1．以下宏觀概念，哪些是“量子化”的(　D　) A．木棒的長(zhǎng)度 B．物體的質(zhì)量 C．物體的動(dòng)量 D．學(xué)生的個(gè)數(shù) 解析：所謂“量子化”應(yīng)該是不連續(xù)的，一份一份的，故選項(xiàng)D正確。 2．溫度較低的恒星，在天空中呈現(xiàn)(　A　) A．暗紅色 B．黃色 C

33、．白色 D．藍(lán)色 解析：恒星的顏色是由溫度決定的，溫度越低，顏色越偏紅，溫度越高，顏色越偏藍(lán)。故天空中呈現(xiàn)暗紅色，故A正確，B、C、D錯(cuò)誤。 3．下列電磁波光子能量最強(qiáng)的是(　B　) A．紫外線 B．X射線 C．可見(jiàn)光 D．紅外線 解析：紫外線、X射線、可見(jiàn)光、紅外線中X射線的波長(zhǎng)最短、頻率最高，所以X射線光子的能量ε＝hν最強(qiáng)，所以B正確；A、C、D錯(cuò)誤。 4．白天的天空各處都是亮的，是大氣分子對(duì)太陽(yáng)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(lái)的光子相比(　D　) A．頻率變大 B．頻率

34、不變 C．光子能量變大 D．波長(zhǎng)變長(zhǎng) 解析：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hν的一部分傳遞給了電子，光子的能量減少，波長(zhǎng)變長(zhǎng)，頻率減小，D選項(xiàng)正確。 5．(黑龍江綏化市肇東一中2015～2016學(xué)年高二下學(xué)期期中)愛(ài)因斯坦提出了光量子概念并成功地解釋光電效應(yīng)的規(guī)律而獲得1921年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。某種金屬逸出光電子的最大初動(dòng)能Ekm與入射光頻率ν的關(guān)系如圖所示，其中ν0為極限頻率。從圖中可以確定的是(　D　) A．逸出功與ν有關(guān) B．Ekm與入射光強(qiáng)度成正比 C．ν＜ν0時(shí)，會(huì)逸出光電子 D．圖中直線的斜率與普朗克常量

35、有關(guān) 解析：金屬的逸出功是由金屬自身決定的，與入射光頻率無(wú)關(guān)，其大小W＝hν，故A錯(cuò)誤；根據(jù)愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程Ekm＝hν－W，可知光電子的最大初動(dòng)能Ekm與入射光的強(qiáng)度無(wú)關(guān)，但入射光越強(qiáng)，光電流越大，只要入射光的頻率不變，則光電子的最大初動(dòng)能不變，故B錯(cuò)誤；要有光電子逸出，則光電子的最大初動(dòng)能Ekm＞0，即只有入射光的頻率大于金屬的極限頻率即ν＞ν0時(shí)才會(huì)有光電子逸出。故C錯(cuò)誤；根據(jù)愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程Ekm＝hν－W，可知＝h，故D正確。 6．在實(shí)驗(yàn)室或工廠的高溫爐子上開(kāi)一個(gè)小孔，小孔可看做黑體，由小孔的熱輻射特征，就可以確定爐內(nèi)的溫度，如圖所示，就是黑體的輻射強(qiáng)度與其輻射光波波長(zhǎng)的

36、關(guān)系圖象，則下列說(shuō)法正確的是(　AD　) A． T1>T2 B． T1T2。本題正確選項(xiàng)為A、D。 7．(多選)(寧波諾丁漢大學(xué)附屬中學(xué)2017～2018

37、學(xué)年度高二下學(xué)期期中)如圖所示，兩平行金屬板A、B板間電壓恒為U，一束波長(zhǎng)為λ的入射光射到金屬板B上，使B板發(fā)生了光電效應(yīng)，已知該金屬板的逸出功為W，電子的質(zhì)量為m，電荷量為e，已知普朗克常量為h，真空中光速為c，下列說(shuō)法中正確的是(　ABD　) A．入射光子的能量為h B．到達(dá)A板的光電子的最大動(dòng)能為h－W＋eU C．若增大兩板間電壓，B板沒(méi)有光電子逸出 D．若減小入射光的波長(zhǎng)一定會(huì)有光電子逸出 解析：根據(jù)E＝hν，而ν＝，則光子的能量為h，故A正確；光電子的逸出最大動(dòng)能Ekm＝h－W，根據(jù)動(dòng)能定理，Ekm′－Ekm＝eU，則到達(dá)A板的光電子的最大動(dòng)能為h－W＋eU，故B正確；

38、若減小入射光的波長(zhǎng)，那么頻率增大，一定會(huì)有光電子逸出，故D正確；金屬板的逸出功與極限頻率有關(guān)，與板間電壓無(wú)關(guān)，故C錯(cuò)誤。 二、非選擇題 8．有一個(gè)成語(yǔ)叫做“爐火純青”，原意說(shuō)的是道士煉丹時(shí)候的溫度控制，溫度高低主要是靠看火焰的顏色，溫度低的時(shí)候，是偏紅的，溫度最高的時(shí)候，才呈現(xiàn)青色，所以爐火純青表示溫度已經(jīng)足夠高了。怎樣用熱輻射來(lái)解釋溫度與顏色的關(guān)系？ 解析：黑體輻射與溫度之間有著密切的關(guān)系，熱輻射的光譜是連續(xù)光譜，輻射光譜的性質(zhì)與溫度有關(guān)，在室溫下，大多數(shù)物體輻射不可見(jiàn)的紅外光。但當(dāng)物體被加熱到500℃左右時(shí)，開(kāi)始發(fā)出暗紅色的可見(jiàn)光，隨著溫度的不斷上升，輝光逐漸亮起來(lái)，而且波長(zhǎng)較短的輻

39、射越來(lái)越多，大約在1500℃時(shí)就會(huì)變成明亮的白熾光。這說(shuō)明同一物體在一定溫度下所輻射的能量，在不同光譜區(qū)域的分布是不均勻的，而且溫度越高，光譜中與能量最大的輻射相對(duì)應(yīng)的頻率也越高。因此，火焰顏色也隨之而改變。 能力提升 一、選擇題(1～2題為單選題，3～4題為多選題) 1．在自然界生態(tài)系統(tǒng)中，蛇與老鼠和其他生物通過(guò)營(yíng)養(yǎng)關(guān)系構(gòu)成食物鏈，在維持生態(tài)平衡方面發(fā)揮重要的作用。蛇是老鼠的天敵，它是通過(guò)接收熱輻射來(lái)發(fā)現(xiàn)老鼠的。假設(shè)老鼠的體溫約37℃，它發(fā)出的最強(qiáng)的熱輻射的波長(zhǎng)為λm。根據(jù)熱輻射理論，λm與輻射源的絕對(duì)溫度T的關(guān)系近似為T(mén)λm＝2.90×10－3m·K。 (1)老鼠發(fā)出最強(qiáng)的熱

40、輻射的波長(zhǎng)為(　B　) A．7.8×10－5m B．9.4×10－6m C．1.16×10－4m D．9.7×10－8m (2)老鼠發(fā)生的最強(qiáng)的熱輻射屬于(　C　) A．可見(jiàn)光波段 B．紫外波段 C．紅外波段 D．X射線波段 解析：(1)老鼠的體溫T＝(273＋37)K＝310K 由題設(shè)條件λm與T的近似關(guān)系式：λmT＝2.90×10－3m·K 得λm＝＝m≈9.4×10－6m，B正確。 (2)可見(jiàn)光的波長(zhǎng)范圍4.0×10－7～7.0×10－7m，λm大于此范圍，所以屬于紅外線，C正確。也可根據(jù)老鼠的體溫不高，不能輻射可見(jiàn)光進(jìn)行判斷。 2．(湖北宜昌市葛州壩中學(xué)20

41、15～2016學(xué)年高二下學(xué)期期中)在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，飛飛同學(xué)用同一光電管在不同實(shí)驗(yàn)條件下得到了三條光電流與電壓之間的關(guān)系曲線(甲光、乙光、丙光)，如圖所示。則可判斷出(　B　) A．甲光的頻率大于乙光的頻率 B．乙光的波長(zhǎng)大于丙光的波長(zhǎng) C．乙光對(duì)應(yīng)的截止頻率大于丙光的截止頻率 D．甲光對(duì)應(yīng)的光電子最大初動(dòng)能大于丙光的光電子最大初動(dòng)能 解析：該題考查了光電效應(yīng)問(wèn)題，應(yīng)根據(jù)截止電壓判斷頻率。由eUc＝mv2＝hν－W可知ν丙>ν甲＝ν乙　λ甲＝λ乙>λ丙，所以A、D錯(cuò)誤，B正確；由于hν0＝W，所以C錯(cuò)誤。 3．(河北冀州中學(xué)2016～2017年學(xué)高二下學(xué)期期中)如圖所示是用光照

42、射某種金屬時(shí)逸出的光電子的最大初動(dòng)能隨入射光頻率的變化圖線，普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，由圖可知(　AC　) A．該金屬的極限頻率為4.3×1014Hz B．該金屬的極限頻率為5.5×1014Hz C．該圖線的斜率表示普朗克常量 D．該金屬的逸出功為0.5eV 解析：由光電效應(yīng)方程Ekm＝hν－W知圖線與橫軸交點(diǎn)為金屬的極限頻率，即ν0＝4.3×1014Hz，A正確，B錯(cuò)誤；該圖線的斜率為普朗克常量，C正確；金屬的逸出功W＝hν0＝6.63×10－34×4.3×1014/1.6×10－19eV≈1.8eV，D錯(cuò)誤。 4．(江西省南康中學(xué)2016～2017學(xué)年高二下

43、學(xué)期期中)用如圖所示的裝置研究光電效應(yīng)現(xiàn)象。當(dāng)用光子能量為2.75eV的光照射到光電管上時(shí)發(fā)生了光電效應(yīng)，電流表G的示數(shù)不為零；移動(dòng)變阻器的觸頭c，發(fā)現(xiàn)當(dāng)電壓表的示數(shù)大于或等于1.7V時(shí)，電流表示數(shù)為0，則下列說(shuō)法正確的是(　BD　) A．光電子的最大初動(dòng)能始終為1.05eV B．光電管陰極的逸出功為1.05eV C．當(dāng)滑動(dòng)觸頭向a端滑動(dòng)時(shí)，反向電壓增大，電流增大 D．改用能量為2.5eV的光子照射，移動(dòng)變阻器的觸頭c，電流表G中也可能有電流 解析：由愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0可知，同種金屬的逸出功相同，所以光電子逸出后的初動(dòng)能取決于獲得的能量，A錯(cuò)誤；當(dāng)電壓表示數(shù)大于

44、或等于1.7V時(shí)，電流表無(wú)示數(shù)，說(shuō)明遏止電壓為1.7V，由eU＝mv2，可求得光電管的逸出功為1.05eV，B正確；若光的頻率不變，反向電壓大于遏止電壓后電路中就不再有電流，C錯(cuò)誤；當(dāng)入射光頻率超過(guò)截止頻率，且反向電壓小于遏止電壓，電路中就會(huì)有電流，D正確。 二、非選擇題 5．如圖所示，當(dāng)電鍵S斷開(kāi)時(shí)，用光子能量為2.5eV的一束光照射陰極P，發(fā)現(xiàn)電流表讀數(shù)不為零。合上電鍵，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，發(fā)現(xiàn)當(dāng)電壓表讀數(shù)小于0.60V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0.60V時(shí)，電流表讀數(shù)為零。 (1)求此時(shí)光電子的最大初動(dòng)能的大小。 (2)求該陰極材料的逸出功。 答案：(1)0.6eV　(2)1.9eV 解析：設(shè)用光子能量為2.5eV的光照射時(shí)，光電子的最大初動(dòng)能為Ek，陰極材料逸出功能為W0。 當(dāng)反向電壓達(dá)到U＝0.60V以后，具有最大初動(dòng)能的光電子達(dá)不到陽(yáng)極，因此eU＝Ek 由光電效應(yīng)方程：Ek＝hν－W0 由以上二式：Ek＝0.6eV，W0＝1.9eV。 20