高中物理第十七章波粒二象性第一二节能量量子化光的粒子性课件新人教版选修3-.ppt

第十七章波粒二象性波粒二象性情情 景景 切切 入入1990年年，德德国国物物理理学学家家普普朗朗克克提提出出了了一一个个大大胆胆的的假假设设：粒粒子子的的能能量量只只能能是是某某一一最最小小能能量量值值的的整整数数倍倍。这这一一假假说说不不仅仅解解决决了了热热辐辐射射问问题题，同同时时也也改改变变了了人人们对微观世界的认识。们对微观世界的认识。光光在在爱爱因因斯斯坦坦的的眼眼里里成成了了“粒粒子子”，电电子子、质质子子等等在在德德布布罗罗意意看看来来具具有有了了波动性波动性光光到到底底是是什什么么？实实物物粒粒子子真真的的具具有有波波动动性性吗吗？让让我我们们一一起起进进入入这这种种神神奇奇的的微观世界，去揭开微观世界的奥秘吧。微观世界，去揭开微观世界的奥秘吧。知知 识识 导导 航航本本章章内内容容涉涉及及微微观观世世界界中中的的量量子子化化现现象象。首首先先从从黑黑体体和和黑黑体体辐辐射射出出发发，提提出出了了能能量量的的量量子子化化观观点点，进进而而通通过过实实验验研研究究光光电电效效应应现现象象，用用爱爱因因斯斯坦坦的的光光子子说说对对光光电电效效应应的的实实验验规规律律做做出出合合理理解解释释，明明确确了了光光具具有有波波粒粒二二象象性性，进进而而将将波波粒粒二二象象性性推推广广到到运运动动的的实实物物粒粒子子，提提出出了了德德布布罗罗意意波波的的概概念念，经经分分析析和和研研究究得得出光波和德布罗意波都是概率波以及不确定性关系的结论。出光波和德布罗意波都是概率波以及不确定性关系的结论。本本章章内内容容可可分分为为三三个个单单元元：(第第一一二二节节)主主要要介介绍绍了了能能量量量量子子化化和和光光的的粒粒子子性性；第第二二单单元元(第第三三节节)介介绍绍了了粒粒子子的的波波动动性性；第第三三单单元元(第第四四五五节节)介介绍绍了了概概率率波和不确定性关系。波和不确定性关系。本本章章的的重重点点是是：普普朗朗克克的的能能量量量量子子化化假假设设、光光电电效效应应、光光电电效效应应方方程程、德德布罗意波。本章的难点是：光电效应的实验规律和波粒二象性。布罗意波。本章的难点是：光电效应的实验规律和波粒二象性。学学 法法 指指 导导1重重视视本本章章实实验验的的理理解解。本本章章知知识识理理论论性性很很强强，涉涉及及的的新新概概念念较较多多，也也比比较较抽抽象象，但但它它们们作作为为物物理理量量都都有有其其实实验验事事实实基基础础，所所以以在在学学习习时时要要结结合合实实验验来来理解它们，就不会觉得那么抽象。理解它们，就不会觉得那么抽象。2注注意意体体会会人人类类认认识识微微观观粒粒子子本本性性的的历历史史进进程程。人人类类认认识识微微观观粒粒子子本本性性的的进进程程是是波波浪浪形形的的，在在曲曲折折中中前前进进，旧旧的的理理论论总总是是被被新新发发现现、新新的的实实验验事事实实否否定定，为为解解释释新新实实验验事事实实又又提提出出新新的的理理论论。光光电电效效应应和和康康普普顿顿效效应应证证明明了了光光是是一一种种粒粒子子，但但光光的的干干涉涉和和衍衍射射又又证证明明了了光光是是一一种种波波，因因此此光光是是一一种种波波电电磁磁波波，同同时时光光也也是是一一种种粒粒子子光光子子。也也就就是是说说光光具具有有波波粒粒二二象象性性。光光在在空空间间各各点点出出现现的的概概率是受波动规律支配的，因此光是一种概率波。率是受波动规律支配的，因此光是一种概率波。3学学习习本本章章知知识识会会用用到到以以前前学学过过的的知知识识，如如光光的的干干涉涉、衍衍射射，弹弹性性碰碰撞撞、动动量量定定理理和和动动能能定定理理等等，因因此此可可以以有有针针对对性性地地复复习习过过去去的的这这些些知知识识，对对顺顺利利学学习本章内容会有帮助。习本章内容会有帮助。第一节能量量子化第一节能量量子化第二节光的粒子性第二节光的粒子性【素养目标定位素养目标定位】认识黑体和黑体黑体和黑体辐射的概念射的概念理解能量子的概念，掌握理解能量子的概念，掌握计算能量子的方法算能量子的方法知道光知道光电效效应的的实验规律律掌握掌握爱因斯坦的光因斯坦的光电效效应方程方程了解康普了解康普顿效效应及光子的及光子的动量量【素养思维脉络素养思维脉络】课前预习反馈课前预习反馈黑体与黑体辐射黑体与黑体辐射1热辐射热辐射(1)定定义义：我我们们周周围围的的一一切切物物体体都都在在辐辐射射_，这这种种辐辐射射与与物物体体的的_有关，所以叫热辐射。有关，所以叫热辐射。(2)特征：热辐射强度按波长的分布情况随物体的特征：热辐射强度按波长的分布情况随物体的_而有所不同。而有所不同。2黑体黑体(1)定定义义：如如果果某某种种物物体体在在任任何何温温度度下下能能够够完完全全吸吸收收入入射射的的_ _而不发生反射，这种物体就是绝对黑体，简称黑体。而不发生反射，这种物体就是绝对黑体，简称黑体。(2)黑黑体体辐辐射射的的特特征征：黑黑体体辐辐射射电电磁磁波波的的强强度度按按波波长长的的分分布布只只与与黑黑体体的的_有关。有关。电磁波电磁波知识点知识点 1温度温度温度温度各种波长的各种波长的电磁波电磁波温度温度3黑体辐射的实验规律黑体辐射的实验规律黑黑体体辐辐射射电电磁磁波波的的强强度度按按波波长长的的分分布布只只与与黑黑体体的的_有关，如图所示。有关，如图所示。(1)随随着着温温度度的的升升高高，各各种种波波长长的的辐辐射射强强度度都都_；(2)随随着着温温度度的的升升高高，辐辐射射强强度度的的极极大大值值向向波波长长_的方向移动。的方向移动。温度温度增加增加较短较短能量子能量子1定义定义普普朗朗克克认认为为，带带电电微微粒粒的的能能量量只只能能是是某某一一最最小小能能量量值值的的_，当当带带电电微微粒粒辐辐射射或或吸吸收收能能量量时时，也也是是以以这这个个最最小小能能量量值值为为单单位位_地地辐辐射射或吸收的，这个不可再分的最小能量值或吸收的，这个不可再分的最小能量值叫做能量子。叫做能量子。2能量子大小能量子大小h，其其中中是是电电磁磁波波的的频频率率，h称称为为_常常量量，h6.6261034 Js(一般取一般取h6.631034Js)。3能量的量子化能量的量子化在微观世界中能量是在微观世界中能量是_的，或者说微观粒子的能量是的，或者说微观粒子的能量是_的。的。整数倍整数倍知识点知识点 2一份一份一份一份普朗克普朗克量子化量子化分立分立光电效应光电效应1光电效应光电效应照照射射到到金金属属表表面面的的光光，能能使使金金属属中中的的_从从表表面逸出的现象。如图所示。面逸出的现象。如图所示。2光电子光电子光电效应中发射出来的是光电效应中发射出来的是_。电子电子知识点知识点 3电子电子3光电效应的实验规律光电效应的实验规律(1)存存在在着着饱饱和和光光电电流流：在在光光的的颜颜色色不不变变的的情情况况下下，入入射射光光越越强强，_电电流流越越大大。这这表表明明对对于于一一定定颜颜色色的的光光，入入射射光光越越强强，单单位位时时间间内内发发射射的的_越多。越多。(2)存存在在着着遏遏止止电电压压和和截截止止频频率率：光光电电子子的的最最大大初初动动能能与与入入射射光光的的_有有关关，而而与与入入射射光光的的_无无关关，当当入入射射光光的的频频率率低低于于_时时不不能能发生光电效应。发生光电效应。(3)光光电电效效应应具具有有瞬瞬时时性性：光光电电效效应应几几乎乎是是_发发生生的的，从从光光照照射射到到产产生光电流的时间不超过生光电流的时间不超过_s。饱和饱和光电子数光电子数频率频率强弱强弱截止频率截止频率瞬时瞬时109爱因斯坦的光电效应方程爱因斯坦的光电效应方程1光子光子光光不不仅仅在在发发射射和和吸吸收收时时能能量量是是_的的，而而且且光光本本身身就就是是由由一一个个个个不不可可分分割割的的_组组成成的的，频频率率为为的的光光的的能能量量子子为为h，h为为普普朗朗克克常常量量。这些能量子后来被称为光子。这些能量子后来被称为光子。2爱因斯坦光电效应方程爱因斯坦光电效应方程在在光光电电效效应应中中，金金属属中中的的电电子子吸吸收收一一个个光光子子获获得得的的能能量量是是_，这这些些能能量量的的一一部部分分用用来来克克服服金金属属的的_W0，剩剩下下的的表表现现为为逸逸出出后后电电子子的的初初动动能能Ek，即，即h_或或Ek_一份一份一份一份知识点知识点 4能量子能量子h逸出功逸出功EkW0hW0康普顿效应康普顿效应1光的散射光的散射光光在在介介质质中中与与_相相互互作作用用，因因而而传传播播方方向向发发生生改改变变，这这种种现现象象叫做光的散射。叫做光的散射。2康普顿效应康普顿效应美美国国物物理理学学家家康康普普顿顿在在研研究究石石墨墨对对X射射线线的的散散射射时时，发发现现在在散散射射的的X射射线线中中，除除了了与与入入射射波波长长0相相同同的的成成分分外外，还还有有_的的成成分分，这这个个现现象象称称为为康康普顿效应。普顿效应。物质微粒物质微粒知识点知识点 5波长大于波长大于0光子的动量光子的动量1表达式表达式p_2说明说明在在康康普普顿顿效效应应中中，入入射射光光子子与与晶晶体体中中电电子子碰碰撞撞时时，把把一一部部分分动动量量转转移移给给_，光子的动量，光子的动量_，因此有些光子散射后波长变，因此有些光子散射后波长变_。知识点知识点 6电子电子变小变小长长判一判判一判(1)只有高温的物体才会热辐射。只有高温的物体才会热辐射。()(2)热辐射的辐射强度按波长的分布情况随温度的变化而有所不同。热辐射的辐射强度按波长的分布情况随温度的变化而有所不同。()(3)微观粒子的能量只能是能量子的整数倍。微观粒子的能量只能是能量子的整数倍。()(4)能量子的能量不是任意的，其大小与电磁波的频率成正比。能量子的能量不是任意的，其大小与电磁波的频率成正比。()思考辨析思考辨析(5)任何频率的光照射到金属表面都可以发生光电效应。任何频率的光照射到金属表面都可以发生光电效应。()(6)金属表面是否发生光电效应与入射光的强弱有关。金属表面是否发生光电效应与入射光的强弱有关。()(7)入射光照射到金属表面上时，光电子几乎是瞬时发射的。入射光照射到金属表面上时，光电子几乎是瞬时发射的。()(8)光光子子发发生生散散射射时时，其其动动量量大大小小发发生生变变化化，但但光光子子的的频频率率不不发发生生变变化化。()(9)光子发生散射后，其波长变大。光子发生散射后，其波长变大。()选一选选一选(多多选选)(2020北北京京市市临临川川育育人人中中学学高高二二下下学学期期期期中中)如如图图所所示示，电电路路中中所所有有元元件件完完好好，当当光光照照射射到到光光电电管管上上时时，灵灵敏敏电电流流计计中中没没有有电电流流通通过过，可可能能的的原原因因是是()A入射光强度较弱入射光强度较弱B入射光波长太长入射光波长太长C光照射时间太短光照射时间太短D电源正负极接反电源正负极接反BD解解析析：光光电电管管能能否否产产生生光光电电效效应应与与入入射射光光的的强强度度、光光照照时时间间没没有有关关系系，当当入入射射光光波波长长小小于于金金属属的的极极限限波波长长时时，即即入入射射光光频频率率大大于于金金属属的的极极限限频频率率时时，金金属属才才能能产产生生光光电电效效应应，A、C错错误误；若若入入射射光光波波长长大大于于金金属属的的极极限限波波长长时时，金金属属不不能能产产生生光光电电效效应应，灵灵敏敏电电流流计计中中没没有有电电流流通通过过，B正正确确；电电源源正正负负极极接接反反时时，光光电电管管加加上上反反向向电电压压，光光电电子子做做减减速速运运动动，可可能能到到达达不不了了阳阳极极，电电路路中中不不能能形形成电流，成电流，D正确。正确。想一想想一想很很多多地地方方用用红红外外热热像像仪仪监监测测人人的的体体温温，只只要要被被测测者者从从仪仪器器前前走走过过，便便可可知知道道他他的的体体温是多少，你知道其中的道理吗？温是多少，你知道其中的道理吗？答答案案：根根据据热热辐辐射射规规律律可可知知，人人的的体体温温的的高高低低，直直接接决决定定了了这这个个人人辐辐射射的的红红外外线线的的频频率率和和强强度度。通通过过监监测测被被测测者者辐辐射射的的红红外外线线的情况就知道这个人的体温。的情况就知道这个人的体温。课内互动探究课内互动探究对黑体及黑体辐射的理解对黑体及黑体辐射的理解有有经经验验的的炼炼钢钢工工人人，通通过过观观察察炼炼钢钢炉炉内内的的颜颜色色，就就可可以以估估计计出出炉炉内内的的大大体体温度，这是根据什么道理？温度，这是根据什么道理？提示：提示：黑体辐射与温度有关。黑体辐射与温度有关。探究探究 一一 思考讨论思考讨论 11对黑体的理解对黑体的理解绝绝对对的的黑黑体体实实际际上上是是不不存存在在的的，但但可可以以用用某某装装置置近近似似地地代代替替。如如图图所所示示，如如果果在在一一个个空空腔腔壁壁上上开开一一个个小小孔孔，那那么么射射入入小小孔孔的的电电磁磁波波在在空空腔腔内内表表面面会会发发生生多次反射和吸收，最终不能从空腔射出，这个小孔就成了一个绝对黑体。多次反射和吸收，最终不能从空腔射出，这个小孔就成了一个绝对黑体。归纳总结归纳总结2一般物体与黑体的比较一般物体与黑体的比较热辐射特点射特点吸收、反射特点吸收、反射特点一般一般物体物体辐射射电磁磁波波的的情情况况与与温温度度有有关关，与与材料的种材料的种类及表面状况有关及表面状况有关既既吸吸收收，又又反反射射，其其能能力力与与材材料料的的种种类及入射光波及入射光波长等因素有关等因素有关黑体黑体辐射射电磁磁波波的的强强度度按按波波长的的分分布布只只与黑体的温度有关与黑体的温度有关完全吸收各种入射完全吸收各种入射电磁波，不反射磁波，不反射3黑体辐射的实验规律黑体辐射的实验规律(1)温度一定时，黑体辐射强度随波长的分布有一个极大值。温度一定时，黑体辐射强度随波长的分布有一个极大值。(2)随着温度的升高随着温度的升高各种波长的辐射强度都有增加；各种波长的辐射强度都有增加；辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。(1)热热辐辐射射不不一一定定要要高高温温，任任何何温温度度的的物物体体都都发发出出一一定定的的热热辐辐射射，只只是是温温度度低时辐射弱，温度高时辐射强。低时辐射弱，温度高时辐射强。(2)黑体是一个理想化的物理模型，实际不存在。黑体是一个理想化的物理模型，实际不存在。(3)黑黑体体看看上上去去不不是是一一定定是是黑黑的的，只只有有当当自自身身辐辐射射的的可可见见光光非非常常微微弱弱时时看看上上去去才才是是黑黑的的；有有些些可可看看作作黑黑体体的的物物体体由由于于有有较较强强的的辐辐射射，看看起起来来还还会会很很明明亮亮，例例如如：炼炼钢钢炉炉口口上上的的小小孔孔。一一些些发发光光的的物物体体(如如太太阳阳、白白炽炽灯灯灯灯丝丝)也也被被看看作作黑黑体体来处理。来处理。特别提醒特别提醒关于对黑体的认识，下列说法正确的是关于对黑体的认识，下列说法正确的是()A黑体只吸收电磁波，不反射电磁波，看上去是黑的黑体只吸收电磁波，不反射电磁波，看上去是黑的B黑黑体体辐辐射射电电磁磁波波的的强强度度按按波波长长的的分分布布除除与与温温度度有有关关外外，还还与与材材料料的的种种类类及表面状况有关及表面状况有关C黑黑体体辐辐射射电电磁磁波波的的强强度度按按波波长长的的分分布布只只与与温温度度有有关关，与与材材料料的的种种类类及及表表面状况无关面状况无关D如如果果在在一一个个空空腔腔壁壁上上开开一一个个很很小小的的孔孔，射射入入小小孔孔的的电电磁磁波波在在空空腔腔内内表表面面经多次反射和吸收，最终不能从小孔射出，这个空腔就成了一个黑体经多次反射和吸收，最终不能从小孔射出，这个空腔就成了一个黑体C典例典例 1典例剖析典例剖析解解题题指指导导：黑黑体体完完全全吸吸收收电电磁磁波波而而不不反反射射，同同时时其其本本身身也也辐辐射射电电磁磁波波；黑黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温度有关，与其他因素无关。体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温度有关，与其他因素无关。解解析析：黑黑体体自自身身辐辐射射电电磁磁波波，不不一一定定是是黑黑的的，A错错误误；黑黑体体辐辐射射电电磁磁波波的的强强度度按按波波长长的的分分布布只只与与黑黑体体的的温温度度有有关关，B错错误误，C正正确确；小小孔孔只只吸吸收收电电磁磁波波，不不反射电磁波，因此小孔成了一个黑体，而不是空腔，反射电磁波，因此小孔成了一个黑体，而不是空腔，D错误。错误。1(2020湖湖北北省省宜宜昌昌市市葛葛洲洲坝坝中中学学高高二二下下学学期期期期中中)普普朗朗克克在在研研究究黑黑体体辐辐射射的的基基础础上上，提提出出了了量量子子理理论论，下下列列关关于于描描绘绘两两种种温温度度下下黑黑体体辐辐射射强强度度与与波波长长关关系的图中，符合黑体辐射实验规律的是系的图中，符合黑体辐射实验规律的是()D对点训练对点训练解解析析：黑黑体体辐辐射射以以电电磁磁辐辐射射的的形形式式向向外外辐辐射射能能量量，温温度度越越高高，辐辐射射越越强强越越大大，故故AC错错误误。黑黑体体辐辐射射的的波波长长分分布布情情况况也也随随温温度度而而变变，如如温温度度较较低低时时，主主要要以以不不可可见见的的红红外外光光进进行行辐辐射射，在在500 以以至至更更高高的的温温度度时时，则则顺顺次次发发射射可可见见光光以以至紫外辐射。即温度越高，辐射的电磁波的波长越短，故至紫外辐射。即温度越高，辐射的电磁波的波长越短，故B错误，错误，D正确。正确。能量量子化能量量子化由由能能量量量量子子化化假假说说可可知知，能能量量是是一一份份一一份份的的，而而不不是是连连续续的的，在在宏宏观观概概念念中，举一些我们周围不连续的实例。中，举一些我们周围不连续的实例。提示：提示：人的个数，自然数，汽车等。人的个数，自然数，汽车等。探究探究 二二 思考讨论思考讨论 21能量子能量子物物体体热热辐辐射射所所发发出出的的电电磁磁波波是是通通过过内内部部的的带带电电谐谐振振子子向向外外辐辐射射的的，谐谐振振子子的的能能量量是是不不连连续续的的，只只能能是是h的的整整数数倍倍，h称称为为一一个个能能量量量量子子，其其中中是是谐谐振振子子的振动频率，的振动频率，h是一个常数，称为普朗克常量。是一个常数，称为普朗克常量。2普朗克常量普朗克常量h6.631034 Js归纳总结归纳总结3意义意义可以非常合理地解释某些电磁波的辐射和吸收的实验现象。可以非常合理地解释某些电磁波的辐射和吸收的实验现象。4量子化现象量子化现象在微观世界中物理量分立取值的现象称为量子化现象。在微观世界中物理量分立取值的现象称为量子化现象。5量子化假设的意义量子化假设的意义普普朗朗克克的的能能量量子子假假设设，使使人人类类对对微微观观世世界界的的本本质质有有了了全全新新的的认认识识，对对现现代代物物理理学学的的发发展展产产生生了了革革命命性性的的影影响响。普普朗朗克克常常量量h是是自自然然界界中中最最基基本本的的常常量量之之一一，它体现了微观世界的基本特征。它体现了微观世界的基本特征。氦氦氖氖激激光光器器发发射射波波长长为为6328的的单单色色光光，试试计计算算这这种种光光的的一一个个光光子子的的能能量量为为多多少少？若若该该激激光光器器的的发发光光功功率率为为18 mW，则则每每秒秒钟钟发发射射多多少少个个光光子子？解解题题指指导导：求求解解本本题题的的关关键键有有两两点点：一一是是能能根根据据已已知知条条件件求求得得每每一一个个光光子子的能量，另外必须明确激光器发射的能量由这些光子能量的总和组成。的能量，另外必须明确激光器发射的能量由这些光子能量的总和组成。答案：答案：3.141019 J5.731016个个典例典例 2典例剖析典例剖析2(2020天天津津市市南南开开中中学学高高二二下下学学期期期期中中)人人眼眼对对绿绿光光最最为为敏敏感感，正正常常人人的的眼眼睛睛接接收收到到波波长长为为530 nm的的绿绿光光时时，只只要要每每秒秒有有6个个绿绿光光的的光光子子射射入入瞳瞳孔孔，眼眼睛睛就就能能察察觉觉，普普朗朗克克常常量量为为6.631034 Js，光光速速为为3.0108 m/s，则则人人眼眼能能察察觉觉到到绿光时所接收到的最小功率是绿光时所接收到的最小功率是()A2.31018 WB3.81019 WC7.01010 WD1.21018 WA对点训练对点训练光电效应光电效应如如图图所所示示，把把一一块块锌锌板板连连接接在在验验电电器器上上，用用紫紫外外线线灯灯照照射射锌锌板板，观观察察到到验验电电器器的的指指针针发发生生了了变变化化，这这说说明明锌锌板板带带了了电电。你你知知道锌板是怎样带上电的吗？道锌板是怎样带上电的吗？提提示示：锌锌板板在在紫紫外外线线灯灯的的照照射射下下发发生生了了光光电电效效应应，发发射射出出光光电电子子，因因此此锌锌板板会会显显示示正正电电性性，验验电电器器会会因因带带正正电电荷荷而而使使金金属属箔箔片张开一定角度。片张开一定角度。探究探究 三三 思考讨论思考讨论 3对光电效应方程的理解对光电效应方程的理解1光电子的动能光电子的动能方方程程EkhW0中中，Ek为为光光电电子子的的最最大大初初动动能能，就就某某个个光光电电子子而而言言，其其离离开金属时的动能大小可以是零到最大值范围内的任何数值。开金属时的动能大小可以是零到最大值范围内的任何数值。2方程实质方程实质方程方程EkhW0实质上是能量守恒方程。实质上是能量守恒方程。归纳总结归纳总结5逸出功逸出功方方程程EkhW0中中的的逸逸出出功功W0为为从从金金属属表表面面逸逸出出的的电电子子克克服服束束缚缚而而消消耗耗的的最少能量，不同金属的逸出功是不同的。最少能量，不同金属的逸出功是不同的。6光电效应规律中的两条线索、两个关系光电效应规律中的两条线索、两个关系(1)两条线索两条线索(2)两个关系两个关系光光强强光子数目多光子数目多发射光射光电子多子多光光电流大；流大；光子光子频率高率高光子能量大光子能量大产生光生光电子的最大初子的最大初动能大。能大。(1)逸出功和截止频率均由金属本身决定，与其他因素无关。逸出功和截止频率均由金属本身决定，与其他因素无关。(2)光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大，但不是正比关系。光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大，但不是正比关系。特别提醒特别提醒典例典例 3典例剖析典例剖析C解解题题指指导导：(1)根根据据图图像像可可直直接接读读出出极极限限频频率率；(2)根根据据光光电电效效应应方方程程可可分分析析入射光频率、遏止电压、金属的逸出功和最大初动能之间的关系。入射光频率、遏止电压、金属的逸出功和最大初动能之间的关系。3(2020北北京京市市昌昌平平区区高高二二下下学学期期期期末末)图图甲甲是是光光电电效效应应的的实实验验装装置置图图，图图乙是光电流与加在阳极乙是光电流与加在阳极A和阴极和阴极K上的电压的关系图像。下列说法正确的是上的电压的关系图像。下列说法正确的是()C对点训练对点训练A饱和电流的大小，由入射光的颜色决定饱和电流的大小，由入射光的颜色决定B只要增大电压，光电流就会一直增大只要增大电压，光电流就会一直增大C对某种确定的金属，其遏止电压只由入射光的频率决定对某种确定的金属，其遏止电压只由入射光的频率决定D不论哪种颜色的入射光，只要光足够强，就能发生光电效应不论哪种颜色的入射光，只要光足够强，就能发生光电效应解解析析：通通过过图图像像分分析析得得出出，饱饱和和电电流流的的大大小小，由由入入射射光光的的强强度度决决定定，A错错误误。通通过过图图像像分分析析得得出出，当当达达到到饱饱和和电电流流后后，继继续续增增加加电电压压，电电流流不不再再增增大大，B错错误误。根根据据图图像像分分析析得得出出，光光电电流流为为零零时时，eUchW0，所所以以其其遏遏止止电电压压只只由由入入射射光光的的频频率率决决定定，C正正确确。只只有有当当光光的的频频率率高高于于截截止止频频率率才才能能发发生生光光电电效效应应，与与光光强强无关，无关，D错误。错误。康普顿效应康普顿效应太太阳阳光光从从小小孔孔射射入入室室内内时时，我我们们从从侧侧面面可可以以看看到到这这束束光光；宇宇航航员员在在太太空空中中会会发发现现尽尽管管太太阳阳光光耀耀眼眼刺刺目目，其其他他方方向向的的天天空空却却是是黑黑的，为什么？的，为什么？探究探究 四四 思考讨论思考讨论 4提示：提示：在地球上光在地球上光发生了散射；太空中没有生了散射；太空中没有悬浮浮颗粒，光不能粒，光不能发生散射。生散射。1光子说对康普顿效应的解释光子说对康普顿效应的解释(1)假假定定X射射线线光光子子与与电电子子发发生生弹弹性性碰碰撞撞。光光子子和和电电子子相相碰碰撞撞时时，光光子子有有一一部部分能量传给电子，散射光子的能量减少，于是散射光的波长大于入射光的波长。分能量传给电子，散射光子的能量减少，于是散射光的波长大于入射光的波长。(2)康康普普顿顿效效应应进进一一步步揭揭示示了了光光的的粒粒子子性性，也也再再次次证证明明了了爱爱因因斯斯坦坦光光子子说说的的正确性。正确性。归纳总结归纳总结2光电效应与康普顿效应的对比光电效应与康普顿效应的对比(1)光电效应与康普顿效应都说明了光具有粒子性。光电效应与康普顿效应都说明了光具有粒子性。(2)波波长长较较短短的的X射射线线或或射射线线产产生生康康普普顿顿效效应应，波波长长较较长长的的可可见见光光或或紫紫外外光光产生光电效应。产生光电效应。科科学学研研究究证证明明，光光子子有有能能量量也也有有动动量量，当当光光子子与与电电子子碰碰撞撞时时，光光子子的的一一些些能能量量转转移移给给了了电电子子。假假设设光光子子与与电电子子碰碰撞撞前前的的波波长长为为，碰碰撞撞后后的的波波长为长为，则碰撞过程中，则碰撞过程中()A能量守恒，动量守恒，且能量守恒，动量守恒，且B能量不守恒，动量不守恒，且能量不守恒，动量不守恒，且C能量守恒，动量守恒，且能量守恒，动量守恒，且D能量守恒，动量守恒，且能量守恒，动量守恒，且解解题题指指导导：能能量量守守恒恒和和动动量量守守恒恒是是自自然然界界的的普普遍遍规规律律，适适用用于于宏宏观观世世界界也也适用于微观世界。适用于微观世界。C典例典例 4典例剖析典例剖析4康康普普顿顿效效应应证证实实了了光光子子不不仅仅具具有有能能量量，也也有有动动量量。下下图图给给出出了了光光子子与与静静止止电电子子碰碰撞撞后后，电电子子的的运运动动方方向向，则则碰碰后后光光子子可可能能沿沿方方向向_运运动动，并并且且波波长长_(填填“不变不变”“变短变短”或或“变长变长”)。1对点训练对点训练变长变长解解析析：因因光光子子与与电电子子的的碰碰撞撞过过程程动动量量守守恒恒，所所以以碰碰撞撞之之后后光光子子和和电电子子的的总总动动量量的的方方向向与与光光子子碰碰前前动动量量的的方方向向一一致致，可可见见碰碰后后光光子子运运动动的的方方向向可可能能沿沿1方方向向，不不可可能能沿沿2或或3方方向向；通通过过碰碰撞撞，光光子子将将一一部部分分能能量量转转移移给给电电子子，能能量量减减少少，由由Eh知，频率变小，再根据知，频率变小，再根据c知，波长变长。知，波长变长。核心素养提升核心素养提升1光子与光电子光子与光电子光光子子指指光光在在空空间间传传播播时时的的每每一一份份能能量量，光光子子不不带带电电，光光电电子子是是金金属属表表面面受受到到光光照照射射时时发发射射出出来来的的电电子子，其其本本质质是是电电子子，光光子子是是光光电电效效应应的的因因，光光电电子子是是果。果。光电效应中几个易混淆的概念光电效应中几个易混淆的概念2光电子的动能与光电子的最大初动能光电子的动能与光电子的最大初动能光光照照射射到到金金属属表表面面时时，光光子子的的能能量量全全部部被被电电子子吸吸收收，电电子子吸吸收收光光子子的的能能量量，可可能能向向各各个个方方向向运运动动，需需克克服服原原子子核核和和其其他他原原子子的的阻阻碍碍而而损损失失一一部部分分能能量量，剩剩余余部部分分为为光光电电子子的的初初动动能能；只只有有金金属属表表面面的的电电子子直直接接向向外外飞飞出出时时，只只需需克克服服原原子子核核的的引引力力做做功功，才才具具有有最最大大初初动动能能。光光电电子子的的初初动动能能小小于于等等于于光光电电子子的的最最大大初动能。初动能。3光子的能量与入射光的强度光子的能量与入射光的强度光光子子的的能能量量即即每每个个光光子子的的能能量量，其其值值为为Eh(为为光光子子的的频频率率)，其其大大小小由由光光的的频频率率决决定定。入入射射光光的的强强度度指指单单位位时时间间内内照照射射到到金金属属表表面面单单位位面面积积上上的的总总能能量量；入射光的强度等于单位时间内入射光子数与光子能量的乘积。入射光的强度等于单位时间内入射光子数与光子能量的乘积。4光电流和饱和光电流光电流和饱和光电流金金属属板板飞飞出出的的光光电电子子到到达达阳阳极极，回回路路中中便便产产生生光光电电流流，随随着着所所加加正正向向电电压压的的增增大大，光光电电流流趋趋于于一一个个饱饱和和值值，这这个个饱饱和和值值是是饱饱和和光光电电流流，在在一一定定的的光光照照条条件下，饱和光电流与所加电压大小无关。件下，饱和光电流与所加电压大小无关。用用同同一一束束单单色色光光，在在同同一一条条件件下下，先先后后照照射射锌锌片片和和银银片片，都都能能产产生生光光电电效效应应，这这两两个个过过程程中中，对对下下列列四四个个量量，一一定定相相同同的的是是_，可可能能相相同的是同的是_，一定不相同的是，一定不相同的是_。A光子的能量光子的能量 B金属的逸出功金属的逸出功C光电子动能光电子动能 D光电子最大初动能光电子最大初动能案案 例例ACBD解解析析：光光子子的的能能量量由由光光的的频频率率决决定定，同同一一束束单单色色光光频频率率相相同同，因因而而光光子子能能量量相相同同，逸逸出出功功等等于于电电子子脱脱离离原原子子核核束束缚缚需需要要做做的的最最小小的的功功，因因此此只只由由材材料料决决定定，锌锌片片和和银银片片的的逸逸出出功功一一定定不不相相同同。由由EkhW，照照射射光光子子能能量量h相相同同，逸逸出出功功W不不同同，则则光光电电子子最最大大初初动动能能也也不不同同，由由于于电电子子吸吸收收光光子子后后到到达达金金属属表表面面的的路路径径不不同同，途途中中损损失失的的能能量量也也不不同同，因因而而脱脱离离金金属属时时的的动动能能可可能能分分布布在在零零到到最大初动能之间，所以，两个不同光电效应的光电子中，动能是可能相等的。最大初动能之间，所以，两个不同光电效应的光电子中，动能是可能相等的。谢谢观赏勤能补拙，学有成就！2024/4/20 周六64