第十六章　第1課時　能量量子化　光電效應(yīng)-2025年高中物理大一輪復(fù)習(xí)

考情分析試題情境生活實踐類醫(yī)用放射性核素、霓虹燈、氖管、光譜儀、原子鐘、威耳遜云室、射線測厚儀、原子彈、反應(yīng)堆與核電站、太陽、氫彈、環(huán)流器裝置等學(xué)習(xí)探究類光電效應(yīng)現(xiàn)象、光的波粒二象性、原子的核式結(jié)構(gòu)模型、氫原子光譜、原子的能級結(jié)構(gòu)、射線的危害與防護、原子核的結(jié)合能、核裂變反應(yīng)和核聚變反應(yīng)等第1課時能量量子化光電效應(yīng)目標要求1.掌握黑體輻射的定義及其實驗規(guī)律，理解能量量子化的意義。2.理解光電效應(yīng)現(xiàn)象及光電效應(yīng)的實驗規(guī)律。會利用光電效應(yīng)方程計算逸出功、截止頻率、最大初動能等物理量。3.會分析光電效應(yīng)常見的三類圖像?？键c一黑體及黑體輻射1.熱輻射(1)定義：周圍的一切物體都在輻射________，這種輻射與物體的________有關(guān)，所以叫作熱輻射。(2)特點：熱輻射強度按波長的分布情況隨物體的________不同而有所不同。2．黑體、黑體輻射的實驗規(guī)律(1)黑體：能夠________________入射的各種波長的電磁波而不發(fā)生反射的物體。(2)黑體輻射的實驗規(guī)律①黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體的________有關(guān)。②隨著溫度的升高，一方面，各種波長的輻射強度都有________，另一方面，輻射強度的極大值向波長較________的方向移動，如圖。3．能量量子化(1)能量子：普朗克認為，當帶電微粒輻射或吸收能量時，只能輻射或吸收________________________________________，這個不可再分的最小能量值ε叫作能量子。(2)能量子大?。害牛絖_______，其中ν是帶電微粒吸收或輻射電磁波的頻率，h被稱為普朗克常量。h＝6.62607015×10－34J·s(一般取h＝6.63×10－34J·s)。4．光子(1)光子及光子能量：愛因斯坦認為，光本身是由________________________________組成，頻率為ν的光的能量子ε＝______，稱為光子。(2)光子的動量：①康普頓認為，光子不僅具有能量，而且具有動量，光子的動量p與光的波長λ和普朗克常量h有關(guān)。三者關(guān)系為p＝eq\f(h,λ)。②在康普頓效應(yīng)中，當入射的光子與晶體中的電子碰撞時，要把一部分動量轉(zhuǎn)移給電子，光子動量可能會變小，波長λ________。1．黑體能夠反射各種波長的電磁波，但不會輻射電磁波。()2．黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與溫度有關(guān)，隨著溫度的升高，各種波長的輻射強度都增加，輻射強度極大值向波長較短的方向移動。()3．玻爾為得出黑體輻射的強度按波長分布的公式，提出了能量子的假說。()4．微觀粒子的能量是量子化的，即微觀粒子的能量是分立的。()例1(多選)關(guān)于黑體輻射的實驗規(guī)律如圖所示，下列說法正確的是()A．黑體能夠完全吸收照射到它上面的光波B．隨著溫度的降低，各種波長的光輻射強度都有所增加C．隨著溫度的升高，輻射強度極大值向波長較長的方向移動D．黑體輻射的強度只與它的溫度有關(guān)，與形狀和黑體材料無關(guān)例2(2023·江蘇卷·14)“夸父一號”太陽探測衛(wèi)星可以觀測太陽輻射的硬X射線。硬X射線是波長很短的光子，設(shè)波長為λ。若太陽均勻地向各個方向輻射硬X射線，衛(wèi)星探測儀鏡頭正對著太陽，每秒接收到N個該種光子。已知探測儀鏡頭面積為S，衛(wèi)星離太陽中心的距離為R，普朗克常量為h，光速為c，求：(1)每個光子的動量p和能量E；(2)太陽輻射硬X射線的總功率P。________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________球面輻射模型設(shè)一個點光源或球光源輻射光子的功率為P0，它以球面波的形式均勻向外輻射光子，在一段很短的時間Δt內(nèi)輻射的能量E＝P0·Δt，到光源的距離為R處有個正對光源的面積為S的接收器，如圖所示，則在Δt內(nèi)接收器接收到的輻射光子能量E′＝eq\f(S,4πR2)E＝eq\f(P0Δt·S,4πR2)?？键c二光電效應(yīng)1．光電效應(yīng)及其規(guī)律(1)光電效應(yīng)現(xiàn)象照射到金屬表面的光，能使金屬中的________從表面逸出的現(xiàn)象稱為光電效應(yīng)，這種電子常稱為________________。(2)光電效應(yīng)規(guī)律①每種金屬都有一個截止頻率νc，也稱作極限頻率，入射光的頻率必須________________這個截止頻率才能產(chǎn)生光電效應(yīng)。②光電子的最大初動能與入射光的強度______，只隨入射光________的增大而增大。③光電效應(yīng)的發(fā)生幾乎是瞬時的，一般不超過10－9s。④當入射光的頻率大于或等于截止頻率時，在光的顏色不變的情況下，入射光越強，逸出的光電子數(shù)越________，飽和電流越大，逸出光電子的數(shù)目與入射光的強度成正比，飽和電流的大小與入射光的強度成________。2．愛因斯坦光電效應(yīng)方程(1)光電效應(yīng)方程表達式：hν＝Ek＋W0或Ek＝______________。①物理意義：金屬表面的電子吸收一個光子獲得的能量是hν，這些能量的一部分用來克服金屬的逸出功W0，剩下的表現(xiàn)為逸出后電子的________________________。②逸出功W0：電子從金屬中逸出所需做功的________________叫作這種金屬的逸出功，逸出功W0與金屬的截止頻率的關(guān)系為________________________。③最大初動能：發(fā)生光電效應(yīng)時，金屬表面上的________吸收光子后克服原子核的引力逸出時所具有的動能的最大值。Ek＝eq\f(1,2)mevc2，可以利用光電管實驗的方法測得，最大初動能與遏止電壓Uc的關(guān)系為________________。1．光子和光電子都不是實物粒子。()2．用紫外線燈照射鋅板，驗電器箔片張開，此時鋅板帶正電；若改用紅光照射鋅板，發(fā)現(xiàn)驗電器箔片不張開，說明紅外線的頻率小于鋅的截止頻率。()3．只要入射光的強度足夠大，就可以使金屬發(fā)生光電效應(yīng)。()4．要使某金屬發(fā)生光電效應(yīng)，入射光子的能量必須大于或等于該金屬的逸出功。()5．光電子的最大初動能與入射光子的頻率成正比。()例3(2023·廣東省華南師大附中三模)如圖所示為研究光電效應(yīng)實驗的電路圖。初始時刻，滑動觸頭P在O點左側(cè)靠近a點某位置；用一定強度的綠光照射光電管K極，當閉合開關(guān)后，微安表的示數(shù)不為0，則在P向b端移動的過程中()A．微安表的示數(shù)不斷增大B．微安表的示數(shù)可能為零C．到達A極的光電子動能不斷增大D．K極逸出的光電子的最大初動能不斷增大拓展將滑片P停在適當位置不動，若提高綠光強度，則金屬的逸出功____________，光電子的最大初動能________，飽和電流__________。(均選填“增大”“減小”或“不變”)例4(2024·湖南省聯(lián)考)表中給出了鋁和鈣的截止頻率和逸出功，已知普朗克常量與光速的乘積為1240eV·nm，若用200nm的光分別照射兩種金屬，下列選項正確的是()金屬鋁鈣νc/(×1014Hz)10.17.73W0/eV4.23.2A.只有金屬鈣能發(fā)生光電效應(yīng)B．若增大入射光的波長，則截止頻率減小C．金屬鋁和鈣對應(yīng)遏止電壓之比為2∶3D．金屬鋁和鈣對應(yīng)遏止電壓之比為21∶16光電效應(yīng)的分析思路考點三光電效應(yīng)常見的三類圖像1．Ek－ν圖像(1)寫出最大初動能Ek與入射光頻率ν的關(guān)系式：__________________________________。(2)由圖像獲得的信息：①圖線與ν軸交點的橫坐標：______________________。②圖線與Ek軸交點坐標的絕對值：________________________。③圖線的斜率：________________________。2．Uc－ν圖像(此時兩極間接反向電壓)(1)寫出遏止電壓Uc與入射光頻率ν的關(guān)系式____________________________________。(2)由圖像獲得的信息：①圖線與橫軸交點的坐標：________________。②圖線的斜率k＝________。3．光電流I與電壓的關(guān)系(用同一光電管做實驗)(1)甲、乙兩種色光比較：兩種色光對應(yīng)的光電子最大初動能Ek甲_________Ek乙，兩色光頻率ν甲____________ν乙，兩種色光對應(yīng)的截止頻率νc甲________νc乙，兩種色光強度關(guān)系________________________。(2)丙、丁兩種色光的比較：兩種色光對應(yīng)的光電子最大初動能Ek丙________Ek丁，兩色光頻率ν丙________ν??；兩種色光對應(yīng)的截止頻率νc丙________νc丁。例5(2022·河北卷·4)如圖是密立根于1916年發(fā)表的鈉金屬光電效應(yīng)的遏止電壓Uc與入射光頻率ν的實驗曲線，該實驗直接證明了愛因斯坦光電效應(yīng)方程，并且第一次利用光電效應(yīng)實驗測定了普朗克常量h。由圖像可知()A．鈉的逸出功為hνcB．鈉的截止頻率為8.5×1014HzC．圖中直線的斜率為普朗克常量hD．遏止電壓Uc與入射光頻率ν成正比例