高中物理 2.2 光子課件 粵教版選修3-5.ppt
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,,,高中物理·選修3-5·粵教版,第二節(jié) 光子,[目標(biāo)定位] 1.知道普朗克提出的能量子假說.2.知道愛因斯坦 的光子說,知道光子能量的表達(dá)式.3.知道愛因斯坦的光電效 應(yīng)方程以及對光電效應(yīng)規(guī)律的解釋.,一、能量量子假說 1.假說內(nèi)容:物體熱輻射所發(fā)出的電磁波的能量是________,只能是最小能量值hν的________. 2.能量量子:____稱為一個(gè)能量量子,其中ν是輻射頻率,h是一個(gè)常量,稱為普朗克常量,h=6.63×10-34 J·s. 3.假說的意義:能量量子假說能夠非常合理地解釋某些電磁波的______和______的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象. 4.量子化現(xiàn)象:在微觀世界里,物理量只能取一些分立值的現(xiàn)象.,不連續(xù)的,整數(shù)倍,hν,輻射,吸收,二、光子假說 1.內(nèi)容:光不僅在發(fā)射和吸收時(shí)能量是一份一份的,而且光本身就是由一個(gè)個(gè)不可分割的________組成的,這些能量子被稱為______,頻率為ν的光的能量子為____. 2.意義:利用光子假說可以完美地解釋________的各種特征. 三、光電效應(yīng)方程 1.逸出功W0:電子從金屬中逸出所需要的克服束縛而消耗的能量的最小值,叫做金屬的逸出功.,能量子,光子,hν,光電效應(yīng),想一想 怎樣從能量守恒角度理解愛因斯坦光電效應(yīng)方程? 答案 愛因斯坦光電效應(yīng)方程中的hν是入射光子的能量,逸出功W0是光子飛出金屬表面消耗的能量,Ek是光子的最大初動(dòng)能,因此愛因斯坦光電效應(yīng)方程符合能量的轉(zhuǎn)化與守恒定律. 四、對光電效應(yīng)的解釋 1.對極限頻率的解釋 金屬內(nèi)部的一個(gè)電子一般只吸收______光子的能量,如果光子的能量______電子的逸出功,那么無論光的強(qiáng)度(光子數(shù)目)有多大,照射時(shí)間多長,金屬內(nèi)部的電子都不能被激發(fā)而逃逸出來.因此光電效應(yīng)的條件是光子的能量ε=hν,一個(gè),小于,2.對遏止電壓與入射光的頻率有關(guān),而與入射光的強(qiáng)度無關(guān)的解釋,大于,等于,極限頻率,頻率,光強(qiáng)度,一、對光子概念的理解 1.光子不是光電子:光子指光在空間傳播時(shí)的每一份能量,光子不帶電,光電子是金屬表面受到光照射時(shí)發(fā)射出來的電子,其本質(zhì)是電子,光子是光電效應(yīng)的因,光電子是果. 2.由光子的能量確定光電子的動(dòng)能:光照射到金屬表面時(shí),光子的能量全部被電子吸收,電子吸收了光子的能量,可能向各個(gè)方向運(yùn)動(dòng),需克服原子核和其他原子的阻礙而損失一部分能量,剩余部分為光電子的初動(dòng)能;只有金屬表面的電子直接向外飛出時(shí),只需克服原子核的引力做功,才具有最大初動(dòng)能.光電子的初動(dòng)能小于或等于光電子的最大初動(dòng)能.,3.光子的能量與入射光的強(qiáng)度的關(guān)系:光子的能量即每個(gè)光子的能量,其值為E=hν(ν為光子的頻率),其大小由光的頻率決定.入射光的強(qiáng)度指單位時(shí)間內(nèi)照射到金屬表面單位面積上的總能量,入射光的強(qiáng)度等于單位時(shí)間內(nèi)光子能量與入射光子數(shù)的乘積. 【例1】 氦氖激光器發(fā)射波長為6 328 A°的單色光,試計(jì)算這種光的一個(gè)光子的能量為多少?若該激光器的發(fā)光功率為18 mW,則每秒鐘發(fā)射多少個(gè)光子?(h=6.63×10-34 J·s) 答案 3.14×10-19 J 5.73×1016個(gè),借題發(fā)揮 光能量子E=hν,光能是光子能量的整數(shù)倍,即E總=n·ε=n·hν. 普朗克量子化理論,認(rèn)為電磁波的能量是量子化的、不連續(xù)的,總能量是能量子的整數(shù)倍,即E總=nε,其中ε=hν,因此,只要知道電磁波的頻率ν即可解答.光是一種電磁波,光能量子簡稱光子.其能量值是光能量的最小單位,ε=hν,其中ν為光的頻率,通常結(jié)合c=λν,確定ε的值.,針對訓(xùn)練1 對應(yīng)于3.4×10-19 J的能量子,其電磁輻射的頻率和波長各是多少?它是什么顏色的光?(h=6.63×10-34 J·s) 答案 5.13×1014 Hz 5.85×10-7 m 黃色,二、光電效應(yīng)方程的理解與應(yīng)用 1.光電效應(yīng)方程Ek=hν-W0的理解 (1)式中的Ek是光電子的最大初動(dòng)能,就某個(gè)光電子而言,其離開金屬時(shí)剩余動(dòng)能大小可以是0~Ek范圍內(nèi)的任何數(shù)值. (2)光電效應(yīng)方程實(shí)質(zhì)上是能量守恒方程 能量為ε=hν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它的吸引,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W0,則電子離開金屬表面時(shí)動(dòng)能最大為Ek,根據(jù)能量守恒定 律可知:Ek=hν-W0.,(3)光電效應(yīng)方程包含了產(chǎn)生光電效應(yīng)的條件 (4)Ekm-ν曲線 如圖2-2-1所示是光電子最大初動(dòng)能Ekm 隨入射光頻率ν的變化曲線.這里,橫軸上 的截距是極限頻率;縱軸上的截距是逸出 功的負(fù)值;斜率為普朗克常量. 圖2-2-1,2.光子說對光電效應(yīng)的解釋 (1)由愛因斯坦光電效應(yīng)方程可以看出,光電子的最大初動(dòng)能Ek和入射光的頻率ν有關(guān),且成線性關(guān)系,而與光的強(qiáng)弱無關(guān).只有當(dāng)hνW0時(shí),才有光電子逸出. (2)金屬電子一次性吸收光子的全部能量,不需要積累能量的時(shí)間,所以光電流幾乎是瞬時(shí)產(chǎn)生的. (3)光較強(qiáng)時(shí),包含的光子數(shù)較多,照射金屬時(shí)產(chǎn)生的光電子較多,所以飽和電流較大.,【例2】 (單選)如圖2-2-2所示,當(dāng)電 鍵K斷開時(shí),用光子能量為2.5 eV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0.60 V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0.60 V時(shí),電流表讀數(shù)為零. 由此可知陰極材料的逸出功為( ) A.1.9 eV B.0.6 eV C.2.5 eV D.3.1 eV 答案 A,圖2-2-2,解析 由題意知光電子的最大初動(dòng)能為Ek=eU0=0.60 eV,所以根據(jù)光電效應(yīng)方程Ek=hν-W0可得 W0=hν-Ek=(2.5-0.6)eV=1.9 eV,針對訓(xùn)練2 (雙選)如圖2-2-3所示是某金 屬在光的照射下,光電子最大初動(dòng)能Ek 與入射光頻率ν的關(guān)系圖象,由圖象可 知 ( ) A.該金屬的逸出功等于E B.該金屬的逸出功等于hν0 C.入射光的頻率為ν0時(shí),產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能為E D.入射光的頻率為2ν0時(shí),產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能為 2E 答案 AB,圖2-2-3,解析 題中圖象反映了光電子的最大初動(dòng)能Ek與入射光頻率ν的關(guān)系,根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek=hν-W0,知當(dāng)入射光的頻率恰為該金屬的極限頻率ν0時(shí),光電子的最大初動(dòng)能Ek=0,此時(shí)有hν0=W0,即該金屬的逸出功等于hν0,選項(xiàng)B正確;根據(jù)圖線的物理意義,有W0=E,故選項(xiàng)A正確,而選項(xiàng)C、D錯(cuò)誤.,- 1.請仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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