高中物理 第十七章 波粒二象性 1 能量量子化 2 光的粒子性课堂导引素材 新人教版选修3-5（通用）
1 能量量子化：物理学的新纪元
2 光的粒子性
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1.黑体热辐射强度与波长的关系
随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有所增加，并且辐射强度的极大值向波长较短的方向移动.
2.光电效应规律
（1）任何一种金属都有一个截止频率或极限频率ν0，入射光的频率必须大于ν0才能发生光电效应.
（2）光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光频率的增大而增大.
（3）光电效应的发生是瞬时的，不超过10-9 s.
（4）发生光电效应时，入射光越强，饱和光电流越大，逸出的光电子数越多.逸出电子的数目与入射光的强度成正比.
3.光子说对光电效应的解释
（1）按光子说的观点，光的产生、传播、吸收都是一份一份的，每一份叫做一个光子，每个光子的能量E正比于频率ν，即E=hν.当光照射到金属表面时，金属中的电子一次只能吸收一个光子，而不可能一次吸收多个光子或只吸收半个光子，电子吸收光子后其动能就足够大，就可以挣脱金属内正电荷的引力束缚而从金属中发射出来，成为光电子.
同一种金属中的不同电子吸收光子后，脱离金属时的路径不同，克服阻力所做的功就不同，离开金属后剩余的动能也就不同.其中，处于金属表面的自由电子吸收光子后，垂直于金属表面射出时，运动路径最短，克服阻力做的功最小，离开金属时光电子的动能最大，克服阻力所做功的最小值就叫做这种金属的逸出功W.因此，当一入射光光子的能量小于金属的逸出功（hν
W0时，才有光电子逸出, 就是光电效应的截止频率.
案例 下表给出了一些金属材料的逸出功.
材料
铯
钙
镁
铍
钛
逸出功（×10-19 J）
3.0
4.3
5.9
6.2
6.6
现用波长为400 nm的单色光照射上述材料，能产生光电效应的材料最多有几种（普朗克常量h=6.6×10-34 J·s,光速c=3.0×108 m/s）( )
A.2种 B.3种 C.4种 D.5种
【思路解析】本题考查发生光电效应的条件，光子的能量及光波长、波速与频率的关系.
当单色光的频率大于金属的极限频率时便能产生光电效应，即照射光子的能量大于金属的逸出功.由E=hν及c=λν得，
E=6.6×10-34×J=4.97×10-19 J
照射光光子的能量大于铯、钙的逸出功，能产生光电效应的材料有2种，故A正确.
【答案】A
活学巧用
【例1】一束绿光照射某金属发生了光电效应，则下列说法正确的是（ ）
A.若增加绿光的照射强度，则单位时间内逸出的光电子数目不变
B.若增加绿光的照射强度，则逸出的光电子将具有更大的动能
C.若改用紫光照射，则逸出的光电子将具有更大的动能
D.若改用紫光照射，则单位时间内逸出的光电子数目增加
思路解析：在光电效应中，入射光的频率决定能否发生光电效应，在能产生光电效应时，入射光的强度影响单位时间内逸出的光电子数目，入射光的频率影响逸出的光电子的初动能的大小.选项C正确.
答案：C
【例2】 如图17-1-2所示，电路中所有元件完好，但光照射到光电管上，灵敏电流计中没有电流通过，其原因可能是（ ）
图17-1-2
A.入射光太弱 B.入射光波长太长
C.光照时间短 D.电源正负极接反
思路解析：只要入射光的频率大于极限频率，就会有光电子射出，只要所加反向电压大于遏止电压，电子达不到阳极，也不会有光电流，故仅B、D正确.
答案：BD
【例3】 光子说是__________为解释光电效应而提出的，按照光子说，光子的能量是由光的__________决定的，光的强度是在垂直于光的传播方向上单位时间内通过单位面积的__________.
思路解析：光子说是爱因斯坦提出来的，光子说认为光子的能量是由光的频率决定的，即E=hν.光强度是指垂直于光的传播方向上单位时间内通过单位面积的能量.
答案：爱因斯坦 频率 能量
【例4】 在做光电效应演示实验时，把某金属板连在验电器上，第一次用弧光灯直接照射金属板，验电器的指针张开一个角度，第二次在弧光灯和金属板之间插入一块普通玻璃，再用弧光灯照射，验电器的指针不张开.由此可以判定，使金属板产生光电效应的是弧光灯中的( )
A.可见光成分 B.红外线成分
C.无线电波成分 D.紫外线成分
思路解析：因为玻璃不能挡住可见光，且红外线与无线电波频率都比可见光小，故D正确.
答案：D
【例5】 请同学们回答：当一种理论不能解释一些新发现的物理现象时，应该怎么办？
思路解析：理论是建立在事实的基础之上的，如果一种理论不能够解释一些新发现的现象时，说明在新的领域，这种理论已经不能适用了，因此应该建立一种新理论来解释新的现象.
【例6】 已知金属铯的逸出功为1.9 eV,在光电效应实验中，要使铯表面发出的光电子的最大动能为1.0 eV,入射光的波长应为m.
思路解析：本题考查光电效应方程、光子的能量E=hν的关系.由爱因斯坦光电效应方程得
=1.9 eV+1.0 eV=2.9 eV又E=hν,c=λν
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答案：4.3×10-7
