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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(shuō).2.知道愛因斯坦 的光子說(shuō)，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(duì)光電效應(yīng)規(guī)律的解釋．,一、能量量子假說(shuō) 1．假說(shuō)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(shuō)的意義：能量量子假說(shuō)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(shuō) 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(shuō)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(duì)光電效應(yīng)的解釋 1．對(duì)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(wú)論光的強(qiáng)度(光子數(shù)目)有多大，照射時(shí)間多長(zhǎng)，金屬內(nèi)部的電子都不能被激發(fā)而逃逸出來(lái)．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(duì)遏止電壓與入射光的頻率有關(guān)，而與入射光的強(qiáng)度無(wú)關(guān)的解釋,大于,等于,極限頻率,頻率,光強(qiáng)度,一、對(duì)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(lái)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(zhǎng)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(jiǎn)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(duì)訓(xùn)練1 對(duì)應(yīng)于3.4×10－19 J的能量子，其電磁輻射的頻率和波長(zhǎng)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(lái)克服金屬表面對(duì)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(shuō)對(duì)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(wú)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(duì)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.,