高中物理 2.12.2 撥開黑體輻射的疑云 涅槃鳳凰再飛翔課件 滬科版選修35.ppt

第2章波和粒子 2 1 2 2撥開黑體輻射的疑云涅槃鳳凰再飛翔 1 了解黑體與黑體輻射 知道輻射本領(lǐng)與波長的關(guān)系 了解能量子的概念及提出的過程 2 知道光電效應(yīng)現(xiàn)象及其實(shí)驗(yàn)規(guī)律 3 掌握愛因斯坦光電效應(yīng)方程及其意義 4 了解康普頓效應(yīng)及其意義 學(xué)習(xí)目標(biāo)定位 知識(shí)儲(chǔ)備區(qū) 3 2 完全絕對(duì)黑體 3 增大 較短 知識(shí)鏈接 新知呈現(xiàn) 1 大2 4 1 整數(shù)倍nh h 頻率普朗克常量 2 不能連續(xù)變化分立值 知識(shí)儲(chǔ)備區(qū) 5 1 電子光電子 2 高于這個(gè)極限頻率 入射光頻率無關(guān) 入射光的強(qiáng)度 瞬時(shí)1 10 9s 6 1 不連續(xù)一份一份h 2 最小值逸出功 7 1 更長 2 動(dòng)量 3 學(xué)習(xí)探究區(qū) 一 光電效應(yīng)產(chǎn)生的條件 二 光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律 三 愛因斯坦的光子說 一 光電效應(yīng)產(chǎn)生的條件 問題設(shè)計(jì) 在課本的 探究光電效應(yīng)產(chǎn)生的條件 實(shí)驗(yàn)中 1 用紫外線燈照射鋅板擦凈的一面 驗(yàn)電器的箔片張角有何變化 答案驗(yàn)電器的張角變小 說明在紫外線燈照射下鋅板上電子減少了 2 在紫外線燈和鋅板間插入一塊玻璃 驗(yàn)電器的箔片張角有何變化 答案驗(yàn)電器張角變小 速率明顯變慢 因?yàn)樽贤饩€不能穿過玻璃板而可見光卻能 由此說明金屬板產(chǎn)生光電效應(yīng)是光中紫外線照射的結(jié)果而不是可見光 3 用白熾燈照射鋅板擦凈的一面 驗(yàn)電器的箔片張角有何變化 設(shè)法增加白熾燈的亮度 情況有無變化 答案驗(yàn)電器張角不變 說明可見光不能使鋅板發(fā)生光電效應(yīng) 要點(diǎn)提煉 1 光電效應(yīng)的實(shí)質(zhì) 光現(xiàn)象電現(xiàn)象 2 光電效應(yīng)中的光包括不可見光和 3 金屬都存在一個(gè)極限頻率 只有入射光的頻率時(shí) 光電效應(yīng)才能發(fā)生 可見光 高于該金屬 的極限頻率 轉(zhuǎn)化為 例1如圖2所示 用弧光燈照射鋅板 驗(yàn)電器指針張開一個(gè)角度 則下列說法中正確的是 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 圖2 解析將擦得很亮的鋅板與驗(yàn)電器連接 用弧光燈照射鋅板 弧光燈發(fā)出紫外線 驗(yàn)電器指針張開一個(gè)角度 說明鋅板帶了電 進(jìn)一步研究表明鋅板帶正電 這說明在紫外線的照射下 鋅板中有一部分自由電子從表面飛出來 鋅板中由于缺少電子 于是帶正電 選項(xiàng)a d正確 紅光不能使鋅板發(fā)生光電效應(yīng) 答案ad 返回 二 光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律 如圖3所示 陰極k和陽極a是密封在真空玻璃管中的兩個(gè)電極 k用銫做成 電源加在k和a之間的電壓大小可以調(diào)整 正負(fù)極也可以對(duì)調(diào) 1 加在光電管兩極間電壓為零時(shí) 用紫光照射陰極k 回路中有電流嗎 改變?nèi)肷涔鈴?qiáng)度 光電流大小如何變化 問題設(shè)計(jì) 答案有 光越強(qiáng) 光電流越大 圖3 2 保持入射光的強(qiáng)度不變 更換濾色片以改變?nèi)肷涔忸l率 使光由紫光 藍(lán)光 綠光 紅光 會(huì)看到什么現(xiàn)象 這說明什么 答案紫光 藍(lán)光 綠光照射下有光電流 紅光則沒有 說明入射光的頻率低于某一極限頻率時(shí)將不能產(chǎn)生光電效應(yīng) 3 在紫光照射下 加上反向電壓 直至電流為0 改變光強(qiáng)做兩次 記錄下各個(gè)遏止電壓的值 改用藍(lán)光和綠光再各做一次 也記錄下遏止電壓的值 你發(fā)現(xiàn)什么規(guī)律 遏止電壓u與光電子的最大動(dòng)能ekm什么關(guān)系 從實(shí)驗(yàn)記錄數(shù)據(jù)你又能得出什么結(jié)論 可以結(jié)合課本 實(shí)驗(yàn)探究 研究光電效應(yīng)的規(guī)律 中表1的數(shù)據(jù)分析 答案用紫光照射 不管光強(qiáng)如何 遏止電壓相同 由紫光逐次換成藍(lán)光和綠光 遏止電壓逐次減小 說明遏止電壓隨入射光頻率的減小而減小 根據(jù)動(dòng)能定理eu ekm 遏止電壓不同說明光電子的最大動(dòng)能只與入射光頻率有關(guān) 且隨入射光頻率的增大而增大 要點(diǎn)提煉 1 光電效應(yīng)的四條規(guī)律 1 極限頻率的存在 入射光的頻率必須 0 才能產(chǎn)生光電效應(yīng) 與光強(qiáng)度及照射時(shí)間無關(guān) 2 光電子的最大動(dòng)能隨著的增加而增加 與入射光的強(qiáng)度 3 當(dāng)產(chǎn)生光電效應(yīng)時(shí) 光電流大小隨入射光強(qiáng)度的增加而 4 光電效應(yīng)的發(fā)生幾乎是的 不超過 高于 入射光頻率 無關(guān) 增大 瞬時(shí) 1 10 9s 2 掌握三個(gè)概念的含義 1 入射光頻率決定著和 2 入射光強(qiáng)度決定著 3 飽和光電流決定著 能否發(fā)生光電效應(yīng) 光電子的最大動(dòng)能 單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射的光子數(shù) 單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù) 例2如圖4所示 電路中各元件完好 光照射到陰極k 靈敏電流計(jì)沒有示數(shù) 其可能原因是 a 入射光強(qiáng)度太弱b 入射光的頻率太小c 光照時(shí)間短d 電源正負(fù)極接反 解析題圖所示電路中形成電流需要具備兩個(gè)條件 一是陰極k在光照射下有光電子逸出 二是溢出的光電子應(yīng)該能在電路中定向移動(dòng)到達(dá)陽極a 圖4 光電子的逸出取決于入射光的頻率 只有入射光的頻率大于極限頻率 0時(shí)才有光電子逸出 與入射光的強(qiáng)度和時(shí)間無關(guān) a c錯(cuò) b對(duì) 光電子能否達(dá)到陽極a 取決于光電子的動(dòng)能大小和兩極間所加電壓的正負(fù)和大小共同決定 一旦電源接反了且電壓大于遏止電壓 即使具有最大動(dòng)能的光電子也不能達(dá)到陽極 即使發(fā)生了光電效應(yīng)現(xiàn)象 電路中也不會(huì)有光電流 d對(duì) 所以正確選項(xiàng)為b d 答案bd 針對(duì)訓(xùn)練當(dāng)用綠光照射光電管陰極k時(shí) 可以發(fā)生光電效應(yīng) 則下列說法正確的是 a 增大綠光照射強(qiáng)度 光電子的最大動(dòng)能增大b 增大綠光照射強(qiáng)度 電路中光電流增大c 改用比綠光波長大的光照射光電管陰極k時(shí) 電路中一定有光電流d 改用比綠光頻率大的光照射光電管陰極k時(shí) 電路中一定有光電流 答案d 返回 解析光電流與光強(qiáng)有關(guān) 光越強(qiáng)光電流越大 故b對(duì) 最大動(dòng)能與光強(qiáng)無關(guān) 故a錯(cuò) 當(dāng)改用頻率更大的光照射時(shí) 一定能發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象 因此有光電流 故d對(duì) 三 愛因斯坦的光子說 要點(diǎn)提煉 對(duì)光電效應(yīng)方程h w ekm的理解1 光電效應(yīng)方程實(shí)質(zhì)上是能量守恒方程 能量為e h 的光子被電子所吸收 電子把這些能量的一部分用來克服金屬表面對(duì)它的吸引力 另一部分就是電子離開金屬表面時(shí)的動(dòng)能 如果克服吸引力做功最少為w 則電子離開金屬表面時(shí)動(dòng)能為ekm 根據(jù)能量守恒定律可知 ekm 最大 h w 2 光電效應(yīng)方程說明了產(chǎn)生光電效應(yīng)的條件 若發(fā)生光電效應(yīng) 則光電子的最大動(dòng)能必須大于零 即ekm h w 0 亦即h 0 而 0 恰好是光電效應(yīng)的極限頻率 w 3 ekm 曲線 如圖5所示是光電子最大動(dòng)能ekm隨入射光頻率 的變化曲線 這里 橫軸上的截距是 縱軸上的截距是 斜率為 圖5 極限頻率或截止頻率 逸出功的負(fù)值 普朗克常量 例3如圖6所示 當(dāng)電鍵k斷開時(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 由此可知陰極材料的逸出功為 a 1 9evb 0 6evc 2 5evd 3 1ev 圖6 解析由題意知光電子的最大動(dòng)能為ekm eu 0 60ev所以根據(jù)光電效應(yīng)方程ekm h w可得w h ekm 2 5 0 6 ev 1 9ev答案a 返回 課堂要點(diǎn)小結(jié) 能量量子化光的粒子性 返回 自我檢測(cè)區(qū) 1 2 3 4 1 下列關(guān)于光子說對(duì)光電效應(yīng)的解釋正確的是 a 金屬表面的一個(gè)電子只能吸收一個(gè)光子b 電子吸收光子后一定能從金屬表面逸出 成為光電子c 金屬表面的一個(gè)電子吸收若干個(gè)光子 積累了足夠的能量才能從金屬表面逸出d 無論光子能量大小如何 電子吸收光子并積累了能量后 總能逸出成為光電子 1 2 3 4 解析根據(jù)光電效應(yīng)規(guī)律可知 金屬中的一個(gè)電子只能吸收一個(gè)光子的能量 一個(gè)光子的能量也只能交給一個(gè)電子 故選項(xiàng)a正確 電子吸收一個(gè)光子的能量后 動(dòng)能立即增大 不需要積累能量的過程 故選項(xiàng)b錯(cuò)誤 1 2 3 4 不存在一個(gè)電子吸收若干光子的現(xiàn)象 且只有當(dāng)入射光的能量不低于該金屬電子的逸出功時(shí) 才能發(fā)生光電效應(yīng) 即入射光頻率不低于金屬的極限頻率時(shí)才能發(fā)生光電效應(yīng) 故選項(xiàng)c d錯(cuò)誤 答案a 1 2 3 4 2 如圖7所示是光電效應(yīng)中光電子的最大動(dòng)能ekm與入射光頻率 的關(guān)系圖像 從圖中可知 a ekm與 成正比b 入射光頻率必須大于或等于極限頻率 0時(shí) 才能產(chǎn)生光電效應(yīng)c 對(duì)同一種金屬而言 ekm僅與 有關(guān)d ekm與入射光強(qiáng)度成正比 1 2 3 4 圖7 1 2 3 4 解析由ekm h w知b c正確 a d錯(cuò)誤 答案bc 3 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) 在這兩個(gè)過程中 對(duì)于下列四個(gè)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 光電子的逸出功c 光電子的動(dòng)能d 光電子的最大動(dòng)能 1 2 3 4 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少的功 因此只由材料決定 鋅片和銀片的光電效應(yīng)中 光電子的逸出功一定不相同 由ekm h w 照射光子的能量h 相同 逸出功w不同 則電子最大動(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動(dòng)能之間 所以 光電子的動(dòng)能是可能相同的 答案acbd 1 2 3 4 4 2014 廣東 18 在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中 用頻率為 的光照射光電管陰極 發(fā)生了光電效應(yīng) 下列說法正確的是 a 增大入射光的強(qiáng)度 光電流增大b 減小入射光的強(qiáng)度 光電效應(yīng)現(xiàn)象消失c 改用頻率小于 的光照射 一定不發(fā)生光電效應(yīng)d 改用頻率大于 的光照射 光電子的最大初動(dòng)能變大 1 2 3 4