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)

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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 互动课堂 疏导引导 ‎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(hνW0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 ‎.‎ 答案:4.3×10-7‎
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