高中物理 2.2 光子课件 粤教版选修3-5.ppt

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,,,高中物理·选修3-5·粤教版,第二节 光子,[目标定位] 1.知道普朗克提出的能量子假说.2.知道爱因斯坦 的光子说，知道光子能量的表达式.3.知道爱因斯坦的光电效 应方程以及对光电效应规律的解释．,一、能量量子假说 1．假说内容：物体热辐射所发出的电磁波的能量是________，只能是最小能量值hν的________． 2．能量量子：____称为一个能量量子，其中ν是辐射频率，h是一个常量，称为普朗克常量，h＝6.63×10－34 J·s. 3．假说的意义：能量量子假说能够非常合理地解释某些电磁波的______和______的实验现象． 4．量子化现象：在微观世界里，物理量只能取一些分立值的现象．,不连续的,整数倍,hν,辐射,吸收,二、光子假说 1．内容：光不仅在发射和吸收时能量是一份一份的，而且光本身就是由一个个不可分割的________组成的，这些能量子被称为______，频率为ν的光的能量子为____． 2．意义：利用光子假说可以完美地解释________的各种特征． 三、光电效应方程 1．逸出功W0：电子从金属中逸出所需要的克服束缚而消耗的能量的最小值，叫做金属的逸出功．,能量子,光子,hν,光电效应,想一想 怎样从能量守恒角度理解爱因斯坦光电效应方程？ 答案 爱因斯坦光电效应方程中的hν是入射光子的能量，逸出功W0是光子飞出金属表面消耗的能量，Ek是光子的最大初动能，因此爱因斯坦光电效应方程符合能量的转化与守恒定律． 四、对光电效应的解释 1．对极限频率的解释 金属内部的一个电子一般只吸收______光子的能量，如果光子的能量______电子的逸出功，那么无论光的强度(光子数目)有多大，照射时间多长，金属内部的电子都不能被激发而逃逸出来．因此光电效应的条件是光子的能量ε＝hν,一个,小于,2．对遏止电压与入射光的频率有关，而与入射光的强度无关的解释,大于,等于,极限频率,频率,光强度,一、对光子概念的理解 1．光子不是光电子：光子指光在空间传播时的每一份能量，光子不带电，光电子是金属表面受到光照射时发射出来的电子，其本质是电子，光子是光电效应的因，光电子是果． 2．由光子的能量确定光电子的动能：光照射到金属表面时，光子的能量全部被电子吸收，电子吸收了光子的能量，可能向各个方向运动，需克服原子核和其他原子的阻碍而损失一部分能量，剩余部分为光电子的初动能；只有金属表面的电子直接向外飞出时，只需克服原子核的引力做功，才具有最大初动能．光电子的初动能小于或等于光电子的最大初动能．,3．光子的能量与入射光的强度的关系：光子的能量即每个光子的能量，其值为E＝hν(ν为光子的频率)，其大小由光的频率决定．入射光的强度指单位时间内照射到金属表面单位面积上的总能量，入射光的强度等于单位时间内光子能量与入射光子数的乘积． 【例1】 氦氖激光器发射波长为6 328 A°的单色光，试计算这种光的一个光子的能量为多少？若该激光器的发光功率为18 mW，则每秒钟发射多少个光子？(h＝6.63×10－34 J·s) 答案 3.14×10－19 J 5.73×1016个,借题发挥 光能量子E＝hν，光能是光子能量的整数倍，即E总＝n·ε＝n·hν. 普朗克量子化理论，认为电磁波的能量是量子化的、不连续的，总能量是能量子的整数倍，即E总＝nε，其中ε＝hν，因此，只要知道电磁波的频率ν即可解答．光是一种电磁波，光能量子简称光子．其能量值是光能量的最小单位，ε＝hν，其中ν为光的频率，通常结合c＝λν，确定ε的值．,针对训练1 对应于3.4×10－19 J的能量子，其电磁辐射的频率和波长各是多少？它是什么颜色的光？(h＝6.63×10－34 J·s) 答案 5.13×1014 Hz 5.85×10－7 m 黄色,二、光电效应方程的理解与应用 1．光电效应方程Ek＝hν－W0的理解 (1)式中的Ek是光电子的最大初动能，就某个光电子而言，其离开金属时剩余动能大小可以是0～Ek范围内的任何数值． (2)光电效应方程实质上是能量守恒方程 能量为ε＝hν的光子被电子所吸收，电子把这些能量的一部分用来克服金属表面对它的吸引，另一部分就是电子离开金属表面时的动能．如果克服吸引力做功最少为W0，则电子离开金属表面时动能最大为Ek，根据能量守恒定 律可知：Ek＝hν－W0.,(3)光电效应方程包含了产生光电效应的条件 (4)Ekm­ν曲线 如图2－2－1所示是光电子最大初动能Ekm 随入射光频率ν的变化曲线．这里，横轴上 的截距是极限频率；纵轴上的截距是逸出 功的负值；斜率为普朗克常量． 图2－2－1,2．光子说对光电效应的解释 (1)由爱因斯坦光电效应方程可以看出，光电子的最大初动能Ek和入射光的频率ν有关，且成线性关系，而与光的强弱无关．只有当hνW0时，才有光电子逸出． (2)金属电子一次性吸收光子的全部能量，不需要积累能量的时间，所以光电流几乎是瞬时产生的． (3)光较强时，包含的光子数较多，照射金属时产生的光电子较多，所以饱和电流较大．,【例2】 (单选)如图2－2－2所示，当电 键K断开时，用光子能量为2.5 eV的一 束光照射阴极P，发现电流表读数不为 零．合上电键，调节滑动变阻器，发 现当电压表读数小于0.60 V时，电流 表读数仍不为零．当电压表读数大于 或等于0.60 V时，电流表读数为零． 由此可知阴极材料的逸出功为( ) A．1.9 eV B．0.6 eV C．2.5 eV D．3.1 eV 答案 A,图2－2－2,解析 由题意知光电子的最大初动能为Ek＝eU0＝0.60 eV，所以根据光电效应方程Ek＝hν－W0可得 W0＝hν－Ek＝(2.5－0.6)eV＝1.9 eV,针对训练2 (双选)如图2－2－3所示是某金 属在光的照射下，光电子最大初动能Ek 与入射光频率ν的关系图象，由图象可 知 ( ) A．该金属的逸出功等于E B．该金属的逸出功等于hν0 C．入射光的频率为ν0时，产生的光电子的最大初动能为E D．入射光的频率为2ν0时，产生的光电子的最大初动能为 2E 答案 AB,图2－2－3,解析 题中图象反映了光电子的最大初动能Ek与入射光频率ν的关系，根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0，知当入射光的频率恰为该金属的极限频率ν0时，光电子的最大初动能Ek＝0，此时有hν0＝W0，即该金属的逸出功等于hν0，选项B正确；根据图线的物理意义，有W0＝E，故选项A正确，而选项C、D错误.,