2.2 光子 学案(2020年粤教版高中物理选修3-5)
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1、第二节第二节 光子光子 学科素养与目标要求 物理观念:1.知道普朗克的能量量子假说.2.知道爱因斯坦的光子假说以及光子能量的表达式. 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. 科学态度与责任:了解能量子和量子化概念的提出过程,体会物理学发展的艰辛. 科学思维:1.应用光子假说解释光电效应的规律.2.应用光电效应方程解决光电效应综合问题. 一、能量量子假说 1.1900 年,德国物理学家普朗克在研究电磁波的辐射问题时,首次提出能量量子假说,认为 物体热辐射所发出的电磁波的能量是不连续的, 只能是 h 的整数倍, h 称为一个能量量子, h 称为普朗克常量. 2.微观世界里,物理量
2、的取值有很多时候是不连续的,只能取一些分立的值,这种现象称为 量子化现象. 二、光子假说和光电效应方程 1.光子假说 (1)爱因斯坦指出,光的能量不是连续的,而是一份一份的,每一份叫做一个光子,一个光子 的能量为 h. (2)光子概念是量子思想的一个质的飞跃,可以完美地解释光电效应的各种特征. 2.光电效应方程 (1)表达式:h1 2mvmax 2W 0或1 2mvmax 2hW 0. (2)对光电效应方程的理解:必须对内部电子做功,电子才能脱离离子的束缚而逸出表面,这 个功称为金属的逸出功,用符号 W0表示.根据能量守恒定律,入射光子的能量等于出射光电 子的最大初动能与逸出功之和. 三、光电
3、效应的解释 1.光电效应方程说明了产生光电效应的条件. 若有光电子逸出,则光电子的最大初动能必须大于或等于零,即1 2mvmax 2hW 00,亦即 hW0,W0 h 0,而 0W0 h 恰好是光电效应的极限频率. 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 遏止电压对应光电子的最大初动能, 即: eU01 2mvmax 2, 根据爱因斯坦的光电效应方程可得: heU0W0,可见,对于某种金属,也就是逸出功 W0一定的情况下,遏止电压只由入射光 频率决定,与光的强弱无关. 1.判断下列说法的正误. (1)物体热辐射的电磁波的能量是不连续的.( ) (2)所谓量子化即物理量的取
4、值是分立的,是不连续的.( ) (3)从金属表面出来的光电子的最大初动能越大,这种金属的逸出功越小.( ) (4)光电子的最大初动能与入射光的频率成正比.( ) 2.用如图 1 甲所示的装置研究光电效应现象,当用光子能量为 5 eV 的光照射到光电管上时, 测得电流计上的示数随电压变化的图象如图乙所示.则光电子的最大初动能为_ J,金 属的逸出功为_ J.(电子电荷量 e1.610 19 C) 图 1 答案 3.210 19 4.81019 解析 由题图乙可知,当该装置所加的电压为反向电压等于2 V 时,电流表示数为 0,故光 电子的最大初动能为 2 eV3.210 19 J,根据光电效应方程
5、可得,1 2mvmax 2hW 0,则 W0 3 eV4.810 19 J. 一、对光子概念的理解 1.对能量量子化的理解 (1)物体在发射或接收能量的时候,只能从某一状态“飞跃”地过渡到另一状态,而不可能停 留在不符合这些能量的任何一个中间状态. (2)在宏观尺度内研究物体的运动时我们可以认为: 物体的运动是连续的, 能量变化是连续的, 不必考虑量子化;在研究微观粒子时必须考虑能量量子化. (3)能量子公式:h 是电磁波的频率,h 是一个常量,后人称之为普朗克常量,其值为 h6.62610 34 J s. (4)能量的量子化 在微观世界中能量不能连续变化,只能取分立值,这种现象叫做能量的量子
6、化. 2.对光子概念的理解 (1)光子不是光电子:光子是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)光子的能量由光的频率决定:h. (3)光的强度与光子的能量的关系: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 人眼对绿光较为敏感,正常人的眼睛接收到波长为 530 nm 的绿光时,只要每秒钟有 6 个绿光的光子射入瞳孔,眼睛就能察觉.普朗克常量为 6.6310 34 J s,光速为 3108 m/s, 则人眼能察觉到绿光
7、时所接收到的最小功率约是( ) A.2.310 18 W B.3.810 19 W C.7.010 10 W D.1.210 18 W 答案 A 解析 察觉到绿光所接收的最小功率 PE t, 因只要每秒有 6 个绿光的光子射入瞳孔, 眼睛就 能察觉,所以式中 E6,又 hhc , 可解得 P66.6310 343108 53010 9 W2.310 18 W. 提示 解决此类题目的关键是熟练掌握 h 和 c 及 EnPt 等公式. 例 2 (多选)对于带电微粒辐射和吸收能量时的特点,以下说法正确的是( ) A.以某一个最小能量值一份一份地辐射或吸收 B.辐射和吸收的能量是某一最小值的整数倍 C
8、.吸收的能量可以是连续的 D.辐射和吸收的能量是量子化的 答案 ABD 解析 带电微粒辐射或吸收能量时是以最小能量值能量子 为单位一份一份地辐射或吸 收的,是不连续的,故选项 A、B、D 正确,C 错误. 学科素养 例 2 考查了带电微粒辐射、吸收的能量量子化的特点,加强了对能量量子化的 认识,促进了能量量子化物理观念的形成. 二、光电效应方程的理解与应用 1.光电效应方程实质上是能量守恒方程 (1)能量为 h 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. (2)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1
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- 4.5 裂变和聚变 学案2020年粤教版高中物理选修3-5
- 3.2 原子的结构 学案2020年粤教版高中物理选修3-5
- 3.5核裂变 学案2020年教科版高中物理选修3-5
- 2.2 光子 学案2020年粤教版高中物理选修3-5
- 1.1 物体的碰撞 学案2020年粤教版高中物理选修3-5
- 2.1 光电效应 学案2020年粤教版高中物理选修3-5
- 1.1碰撞 学案2020年教科版高中物理选修3-5
- 1.4 反冲运动 学案2020年粤教版高中物理选修3-5
- 2.1电子 学案2020年教科版高中物理选修3-5
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