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1 量子概念的诞生[目标定位] 1.知道热辐射、黑体和黑体辐射的概念，知道黑体辐射的实验规律.2.知道普朗克提出的能量子假说．一、黑体与黑体辐射1．热辐射(1)定义：周围的一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与物体温度有关，所以叫热辐射．(2)特点：热辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同．2．黑体(1)定义：某种物体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射，这种物体就是绝对黑体，简称黑体．(2)黑体辐射特点：黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关．想一想在火炉旁边有什么感觉？投入炉中的铁块颜色怎样变化？说明了什么问题？答案在火炉旁会感到热，这是由于火炉不断地向外辐射能量．投入炉中的铁块依次呈现暗红、赤红、橘红等颜色，直至成为黄白色，这表明同一物体热辐射的强度与温度有关．二、黑体辐射的实验规律1．随着温度的升高，各种波长的辐射强度都增加．2．随着温度的升高，辐射强度的极大值向着波长较短的方向移动．想一想你认为现实生活中存在理想的黑体吗？答案现实生活中不存在理想的黑体，实际的物体都能辐射红外线(电磁波)，也都能吸收和反射红外线(电磁波)，绝对黑体不存在，是理想化的模型．三、能量子1．定义：普朗克认为，带电微粒辐射或吸收能量时，只能是辐射或吸收某个最小能量值的整数倍，这个不可再分的最小能量值叫做能量子．2．大小：＝hν，其中ν是电磁波的频率，h是普朗克常量，数值h＝6.626×10－34_J·s(一般h取6.63×10－34J·s)．预习完成后，请把你疑惑的问题记录在下面的表格中问题1问题2问题3一、对黑体辐射规律的理解1．一般材料的物体，辐射的电磁波除与温度有关外，还与材料的种类及表面状况有关．图12．黑体是指只吸收而不反射外界射来的电磁波的物体，由于黑体只进行热辐射，所以黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关．3．黑体辐射的实验规律：随着温度的升高，一方面，各种波长的辐射强度都有增加；另一方面，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动．如图1所示．【例1】 (多选)在实验室或工厂的高温炉子上开一小孔，小孔可看作黑体，由小孔的热辐射特性，就可以确定炉内的温度．如图2所示，就是黑体的辐射强度与其辐射光波长的关系图像，则下列说法正确的是( )图2A．T1>T2B．T1<T2C．随着温度的升高，黑体的辐射强度都有所降低D．随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短方向移动答案AD解析一般材料的物体辐射能的多少决定于物体的温度(T)、辐射波的波长、时间的长短和发射的面积，而黑体是指在任何温度下，全部吸收任何波长的辐射的物体，黑体辐射的强度按波长的分布只与温度有关．实验表明，随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有所增加，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动．从图中可以看出，λ1<λ2，T1>T2，本题正确选项为A、D.借题发挥随着温度的升高，各种波长的辐射本领都在增加，当黑体温度升高时，辐射本领最大值向短波方向移动，这是黑体辐射的特点，熟悉黑体辐射特点是解决问题的关键．针对训练下列描绘两种温度下黑体辐射强度与波长关系的图中，符合黑体辐射实验规律的是( )答案 A解析随着温度的升高，辐射强度增加，辐射强度的极大值向着波长较短的方向移动，A正确，B、C、D 错误．二、能量子的理解和ε＝hν的应用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．能量子的能量ε＝hν，其中h是普朗克常量，ν是电磁波的频率．【例2】光是一种电磁波，可见光的波长的大致范围是400 nm～700 nm.求400 nm、700 nm电磁辐射的能量子的值各是多少？答案 4.97×10－19 J 2.84×10－19 J解析根据公式ν＝cλ和ε＝hν可知：400 nm对应的能量子ε1＝h cλ1＝6.63×10－34×3.0×108400×10－9J＝4.97×10－19 J.700 nm对应的能量子ε2＝h cλ2＝6.63×10－34×3.0×108700×10－9J＝2.84×10－19 J.借题发挥(1)求解本题关键有两点：一是能根据已知条件求得每一个能量子的能量，另外必须明确激光器发射的能量是这些能量子能量的总和．(2)这类习题数量级比较大，注意运算当中提高运算准确率．【例3】(多选)对于带电微粒的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．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解析带电微粒的辐射和吸收能量时是以最小能量值——能量子ε的整数倍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选项错.对黑体辐射规律的理解1．(多选)下列叙述正确的是( )A．一切物体都在辐射电磁波B．一般物体辐射电磁波的情况只与温度有关C．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关D．黑体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波答案ACD解析根据热辐射定义知A对；根据热辐射和黑体辐射的特点知一般物体辐射电磁波的情况除与温度有关外，还与材料种类和表面状况有关，而黑体辐射只与黑体温度有关，B错、C对；根据黑体定义知D对．2．(多选)下列关于黑体辐射的实验规律叙述正确的是( )A．随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有所增加B．随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动C．黑体热辐射的强度与波长无关D．黑体辐射无任何规律答案AB解析黑体辐射的规律为随着温度的升高各种波长的辐射强度都增加，同时辐射强度的极大值向波长较短的方向移动．故A、B对．能量子的理解及ε＝hν的应用3．硅光电池是利用光电效应将光辐射的能量转化为电能．若有N个波长为λ0的光子打在光电池极板上，这些光子的总能量为(h为普朗克常量)( )A．h·cλ0B．Nh·cλ0C．N·hλ0 D．2Nhλ0答案 B解析一个光子的能量ε＝hν＝hcλ0，则N个光子的总能量E＝Nh·cλ0.选项B正确．4．神光“Ⅱ”装置是我国规模最大的高功率固体激光系统，利用它可获得能量为2 400 J、波长λ＝0.35 μm的紫外激光．已知普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，则该紫外激光所含光子数为多少？答案 4.23×1021(个)解析紫外激光的波长已知，由此可求得紫外激光能量子的值，再根据紫外激光发射的总能量为2 400 J，即可求得紫外激光所含光子数．紫外激光能量子的值为ε0＝hcλ＝6.63×10－34×3×1080.35×10－6J＝5.68×10－19J．则该紫外激光所含光子数n＝Eε0＝2 4005.68×10－19＝4.23×1021(个).(时间：60分钟)题组一黑体辐射的理解和应用1．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B．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布除与温度有关外，还与材料的种类及表面状况有关C．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温度有关，与材料的种类及表面状况无关D．如果在一个空腔壁上开一个很小的孔，射入小孔的电磁波在空腔内表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答案 C解析黑体自身辐射电磁波，不一定是黑的，故选项A错误；黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关，故选项B错误、选项C正确；小孔只吸收电磁波，不反射电磁波，因此是小孔成了一个黑体，而不是空腔，故选项D错误．2．对黑体辐射电磁波的波长分布的影响因素是( )A．温度B．材料C．表面状况D．以上都正确答案 A解析根据黑体辐射电磁波的波长分布的决定因素，得其只与温度有关，A对．3．能正确解释黑体辐射实验规律的是( )A．能量的连续经典理论B．普朗克提出的能量量子化理论C．以上两种理论体系任何一种都能解释D．牛顿提出的微粒说答案 B解析根据黑体辐射的实验规律，随着温度的升高，一方面各种波长的辐射强度都有增加；另一方面，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，只能用普朗克提出的能量量子化理论才能得到满意的解释，B对．4．(多选)黑体辐射的实验规律如图1所示，由图可知( )图1A．随温度升高，各种波长的辐射强度都增大B．随温度降低，各种波长的辐射强度都增大C ．随温度升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动D ．随温度降低，辐射强度的极大值向波长较长的方向移动答案 ACD解析 由题图可知，随温度升高，各种波长的辐射强度都增大，且辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，当温度降低时，上述变化都将反过来．5．(多选)2006年度诺贝尔物理学奖授予了两名美国科学家，以表彰他们发现了宇宙微波背景辐射的黑体谱形状及其温度在不同方向上的微小变化．他们的出色工作被誉为是宇宙学研究进入精密科学时代的起点．下列与宇宙微波背景辐射黑体谱相关的说法中正确的是( )A ．一切物体都在辐射电磁波B ．一般物体辐射电磁波的情况只与温度有关C ．黑体的热辐射实质上是电磁辐射D ．普朗克在研究黑体的热辐射问题中提出了能量子假说答案 ACD解析 根据热辐射的定义，A 正确；根据热辐射和黑体辐射的特点知一般物体辐射电磁波的情况除与温度有关外，还与材料种类和表面状况有关，而黑体辐射只与黑体的温度有关，B 错误；普朗克在研究黑体辐射时最早提出了能量子假说，他认为能量是一份一份的，每一份是一个能量子，黑体辐射本质上是电磁辐射，故C 、D 正确．题组二 能量子的理解及ε＝hν的应用6．红、橙、黄、绿四种单色光中，光子能量最小的是( )A ．红光B ．橙光C ．黄光D ．绿光答案 A解析 在四种颜色的光中，红光的波长最长而频率最小，由光子的能量ε＝hν可知红光光子能量最小．7．已知某种单色光的波长为λ，在真空中光速为c ，普朗克常量为h ，则电磁波辐射的能量子ε的值为( )A ．hc λ B.h λ C.c hλ D ．以上均不正确答案 A8．某激光器能发射波长为λ的激光，发射功率为P ，c 表示光速，h 为普朗克常量，则激光器每秒发射的光量子数为( )A.λP hcB.hP λcC.cPλhD ．λPhc 答案 A解析 每个光量子的能量ε＝hν＝hc λ，每秒钟发射的总能量为P ，则n ＝P ε＝λP hc. 题组三 综合应用9．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？(h ＝6.63×10－34 J·s)答案 5.13×1014 Hz 5.85×10－7 m解析 根据公式ε＝hν和ν＝c λ得 ν＝εh ＝3.4×10－196.63×10－34 Hz≈5.13×1014 Hz ， λ＝c ν＝hc ε＝6.63×10－34×3×1083.4×10－19 m ＝5.85×10－7 m. 10．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个光量子射入瞳孔，眼睛就能察觉．普朗克常数为6.63×10－34 J·s，光速为3×108 m/s.人眼能察觉到绿光时所接收到的最小功率为多少？答案 2.3×10－18 W解析 先根据ε＝hν＝h c λ算出每个光量子的能量，每秒需要接收到6个这样的光量子，故接收到这6个光量子的功率就是人眼能觉察到绿光的最小功率．又因每秒有6个绿光的光能量子射入瞳孔，所以，觉察到绿光所需要接收到的最小功率P ＝E t ，式中E ＝6ε，又ε＝hν＝h c λ，代入数据得P ＝2.3×10－18 W. 11．小灯泡的功率P ＝1 W ，设其发出的光向四周均匀辐射，平均波长λ＝10－6 m ，求在距离d ＝1.0×104 m 处，每秒钟落在垂直于光线方向、面积为1 cm 2的球面上的光子数是多少？(h ＝6.63×10－34 J·s)答案 3.98×105个解析 每秒钟小灯泡发出的能量为E ＝Pt ＝1 J1个光子的能量：ε＝hν＝hc λ＝6.63×10－34×3×10810－6 J ＝1.989×10－19 J 小灯泡每秒钟辐射的光子数：n ＝E ε＝11.989×10－19＝5×1018(个) 距离小灯泡d 的球面面积为：S ＝4πd 2＝4π×(1.0×104)2 m 2＝1.256×109 m 2＝1.256×1013 cm 2每秒钟射到1 cm 2的球面上的光子数为：N ＝n S ＝5×10181.256×1013＝3.98×105(个).高考理综物理模拟试卷注意事项：1. 答题前，考生先将自己的姓名、准考证号填写清楚，将条形码准确粘贴在考生信息条形码粘贴区。
1 量子概念的诞生2 光电效应与光的量子说一、热辐射、黑体与黑体辐射1．热辐射我们周围的一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与物体的温度有关．2．黑体指能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生全反射的物体．3．一般材料物体的辐射规律辐射电磁波的情况除与温度有关外，还与材料的种类及表面状况有关．4．黑体辐射的实验规律黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关，如图所示．(1)随着温度的升高，各种波长的辐射强度都增加．(2)随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动．在火炉旁边有什么感觉？投入炉中的炭块颜色怎样变化？说明了什么问题？提示：我们靠近火炉时，马上会感到热，这是由于炉中燃烧的炭块在向外辐射能量．我们观察投入炉中炭块的颜色，当温度较低时，炭块呈暗红色，随着温度的不断升高，它变得赤红，橙红，到最后由黄色变成白色，这表明炭块是以电磁波的形式向外辐射能量，而且在不同温度下辐射强度按电磁波波长有不同的分布．二、能量子1．定义普朗克认为，振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整数倍，当带电微粒辐射或吸收能量时，也是以这个最小能量值为单位一份一份地辐射或吸收的，这个不可再分的最小能量值ε叫做能量子．2．能量子大小ε＝hν，其中ν是电磁波的频率，h称为普朗克常量．h＝6.626×10－34J·s(一般取h＝6.63×10－34J·s)．3．能量的量子化在微观世界中能量是量子化的，或者说微观粒子的能量是分立的．三、光电效应的实验规律1．光电效应照射到金属表面的光，能使金属中的电子从表面逸出的现象．2．光电子光电效应中发射出来的电子．3．爱因斯坦对光电效应的解释(1)存在着饱和光电流：在光的颜色不变的情况下，入射光越强，饱和电流越大．这表明对于一定颜色的光，入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多．(2)存在着遏止电压和截止频率：光电子的最大初动能与入射光的频率有关，而与入射光的强弱无关．当入射光的频率低于截止频率时不能发生光电效应．(3)光电效应具有瞬时性：光电效应几乎是瞬时发生的，从光照射到产生光电流的时间不超过10－9s.4．逸出功使电子脱离某种金属所做功的最小值． 不同金属的逸出功不同．将锌板与验电器连在一起，然后用紫外线灯照射锌板，会发现一个奇妙的现象，验电器的指针发生了偏转，这一现象说明锌板在紫外线照射下带电了．为什么会这样呢？提示：这一现象就是著名的光电效应现象，进一步的研究表明，在光照的情况下，从锌板上有电子逸出，锌板带上了正电荷．四、爱因斯坦的光子说与光电效应方程 1．光子说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能量子组成的，频率为ν的光的能量子为hν，这些能量子被称为光子．2．爱因斯坦的光电效应方程 (1)表达式：hν＝12mv 2＋A .(2)物理意义：金属中电子吸收一个光子获得的能量是hν，这些能量一部分用于克服金属的逸出功A ，剩下的表现为逸出后电子的初动能E k .考点一黑体辐射的规律(1)对黑体的理解：绝对的黑体实际上是不存在的，但可以用某装置近似地代替．如图所示，如果在一个空腔壁上开一个小孔，那么射入小孔的电磁波在空腔内表面会发生多次反射和吸收，最终不能从空腔射出，这个小孔就成了一个绝对黑体．(2)对黑体辐射的理解：任何物体都具有不断辐射、吸收、反射电磁波的本领．辐射出去的电磁波在各个波段是不同的，也就是具有一定的谱分布．这种谱分布与物体本身的特性及其温度有关，因而被称为热辐射．(3)一般物体与黑体的比较：(4)对热辐射的理解①在任何温度下，任何物体都会发射电磁波，并且其辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同，这是热辐射的一种特性．在室温下，大多数物体辐射的是不能引起视觉的波长较长的电磁波——红外光；但当物体被加热到500 ℃左右时，开始发出暗红色的可见光．随着温度的不断上升，辉光逐渐亮起来，而且热辐射中较短波长的成分越来越多，即能引起视觉的电磁波越来越多，大约在1 500 ℃时变成明亮的白炽光．这说明同一物体在一定温度下所辐射的能量在不同光谱区域的分布是不均匀的，而且温度越高光谱中与能量最大的辐射相对应的频率也越高．②在一定温度下，不同物体所辐射的光谱成分有显著的不同．例如，将钢加热到约800 ℃时，就可观察到明亮的红色光，但在同一温度下，熔化的水晶却不辐射可见光．【例1】(多选)下列叙述正确的是( )A．一切物体都在辐射电磁波B．一般物体辐射电磁波的情况只与温度有关C．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关D．黑体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波根据热辐射的定义及黑体辐射的实验规律直接判断即可．【解析】根据热辐射的定义，A正确；因为一般物体辐射电磁波的情况除与温度有关外，还与材料种类和表面状况有关，而黑体辐射只与黑体的温度有关，故B错误，C正确；根据黑体的定义知D正确．【答案】ACD总结提能黑体同其他物体一样也在辐射电磁波，黑体的辐射规律最为简单，黑体辐射强度只与温度有关．下列描绘两种温度下黑体辐射强度与波长关系的图中，符合黑体辐射规律的是( A )解析：根据黑体辐射的规律，温度越高，辐射强度越大，辐射出的波频率高的比例增大，即波长小的波比例增大，故选A.考点二能量子的理解和计算1．能量子：超越牛顿的发现(1)普朗克的量子化假设：①能量子：振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整数倍．例如，可能是ε或2ε、3ε……当带电微粒辐射或吸收能量时，也是以这个最小能量值为单位一份一份地辐射或吸收的．这个不可再分的最小能量值ε叫做能量子；②能量子公式：ε＝hν，ν是电磁波的频率，h是一个常量，称为普朗克常量，其值h＝6.63×10－34J·s；③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化．(2)能量子假说的实验证实：普朗克公式与实验结果比较，发现它与实验结果“令人满意地相符”．如图所示，曲线是根据普朗克的公式作出的，小圆代表实验值．(3)普朗克的能量子假说的意义：普朗克的能量子假说，使人类对微观世界的本质有了全新的认识，对现代物理学的发现产生了革命性的影响．2．能量的量子化微观粒子的能量与宏观世界的能量的认识不同．例如，一个宏观的弹簧振子，把小球推离平衡位置后开始振动，能量为E.第二次我们可以把它推得稍远一些，使它振动的能量稍多一些，例如1.2E或1.3E.推得更远，能量更大．弹簧振子的能量不是某一个最小值的整数倍．只要在弹性限度内，我们可以把小球推到任何位置，其能量可以是任何值．即对弹簧振子的能量，我们说能量值是连续的；而普朗克的假说则认为，微观粒子的能量是量子化的，或说微观粒子的能量是分立的．【例2】一盏电灯发光功率为100 W，假设它发出的光向四周均匀辐射，光的平均波长λ＝6.0×10－7m，在距电灯10 m远处，以电灯为球心的球面上，1 m2的面积每秒通过的光子(能量子)数约为( )A．2×1017B．2×1016C．2×1015D．2×10231．每个光子的能量是多少？2．电灯每秒钟产生的光能是多少，这些光能包含多少个光子？【解析】光是电磁波，辐射能量也是一份一份进行的，100 W灯泡每秒产生光能E＝100 J，设电灯每秒发出的光子数为n，E＝nhν＝nh cλ，在以电灯为球心的球面上，1 m2的面积每秒通过的光子(能量子)数n′＝n4πr2，n′＝Eλ4πr2hc＝100×6.0×10－74×3.14×102×6.63×10－34×3×108≈2×1017(个)．【答案】 A总结提能 此类题一定要注意空间想象能力，并把画面想象出来．同时要注意关键字眼，如“每秒”“1 m 2”的理解．太阳光垂直射到地面上时，地面上1 m 2接收的太阳光的功率是1.4 kW ，其中可见光部分约占45%.(1)假设认为可见光的波长约为0.55 μm，日地间距离R ＝1.5×1011m ．普朗克常量h ＝6.6×10－34J·s，估算太阳每秒辐射出的可见光光子数为多少？(2)若已知地球的半径为6.4×106m ，估算地球接收的太阳光的总功率． 答案：(1)4.9×1044个 (2)1.8×1014kW解析：(1)设地面上垂直阳光的每平方米面积上每秒接收的可见光光子数为n ，则有P ×45%＝nh cλ.解得：n ＝0.45λP hc ＝0.45×0.55×10－6×1.4×1036.6×10－34×3×108个·m －2＝1.75×1021 个·m －2. 则所求可见光光子数N ＝n ·4πR 2＝1.75×1021×4×3.14×(1.5×1011)2＝4.9×1044(个)．(2)地球接收阳光的总功率P 地＝P πr 2＝1.4×3.14×(6.4×106)2kW≈1.8×1014kW.考点三 光电效应现象及其实验规律1．光电效应如图所示，用紫外线灯照射锌板，与锌板相连的验电器就带正电，即锌板也带正电，这说明锌板在光的照射下发射了电子．(1)定义：在光的照射下物体的电子逸出的现象，叫做光电效应，逸出的电子叫做光电子．(2)光电效应的实验电路实验电路如图所示，阴极K和阳极A是密封在真空玻璃管中的两个电极，K在受到光照时能够发射光电子，电源加在K与A之间，其电压通过分压电路可调，正负极可以对调．电源按图示极性连接时，阳极A吸收阴极K发射的光电子，在电路中形成光电流，电流表可测量光电流．2．光电效应的实验规律(1)实验结果①饱和电流在入射光的强度与频率不变的情况下，I－U的实验曲线如图所示．曲线表明，当加速电压U增加到一定值时，光电流达到饱和值I m.这是因为单位时间内从阴极K逸出的光电子全部到达阳极A.若单位时间内从阴极K 上逸出的光电子数目为n ，则饱和电流I m ＝ne .式中e 为一个电子的电荷量，另一方面，当电压U 减小到零，并开始反向时，光电流并没有降为零，这就表明从阴极K 逸出的光电子具有初动能．所以尽管有电场阻碍它们运动，仍有部分光电子到达阳极A.②遏止电压当反向电压等于U c 时，就能阻止所有的光电子飞向阳极A ，使光电流降为零，这个电压叫遏止电压，它使具有最大初速度的电子也不能到达阳极A.如果不考虑在测量遏止电压时回路中的接触电势差，那么我们就能根据遏止电压U c 来确定电子的最大初速度和最大初动能，即E km ＝12mv 2m ＝eU c .③光的频率相同时，光电子的最大初动能相同在用相同频率不同强度的光去照射阴极K 时，得到的I －U 曲线如图1所示．它显示出对于不同强度的光，U c 是相同的．这说明同频率、不同强度的光所产生的光电子的最大初动能是相同的．④截止频率(极限频率)用不同频率的光去照射阴极K 时，实验结果是：频率越高，U c 越大，如图2所示；并且ν与U c 呈线性关系，如图3所示．频率低于νc 的光，不论强度多大，都不能产生光电子，因此，νc 称为截止频率，对于不同的材料，截止频率不同．(2)实验规律①饱和电流I m的大小与入射光的强度成正比，也就是单位时间内逸出的光电子数目与入射光的强度成正比．②光电子的最大初动能(或遏止电压)与入射光线的强度无关(如图1所示，图中I O1、I O2、I O3表示入射光强度)，而只与入射光的频率有关．频率越高，光电子的初动能就越大(见图3)．③频率低于νc的入射光，无论光的强度多大，照射时间多长，都不能使光电子逸出．④光的照射和光电子的逸出几乎是同时的，在测量的精度范围内(<10－9s)观察不出这两者间存在滞后现象．【例3】利用光电管研究光电效应实验，如图所示，用频率为ν1的可见光照射阴极K，电流表中有电流通过，则( )A．用紫外线照射，电流表中不一定有电流通过B．用红外线照射，电流表中一定无电流通过C．用频率为ν1的可见光照射阴极K，当滑动变阻器的滑动触头移到a端，电流表中一定无电流通过D．用频率为ν1的可见光照射阴极K，当滑动变阻器的滑动触头向b端滑动时，电流表示数可能不变光电效应实验中发现，入射光的频率越高，越易发生光电效应，且光电流达到最大值时，不会再增大．【解析】因为紫外线的频率比可见光的频率高，所以用紫外线照射时，电流表中一定有电流通过，A错误．因为不知道阴极K的截止频率，所以用红外线照射时，不一定发生光电效应，B错误．即使U AK＝0，电流表中也有电流，C错误．当滑动触头向b端滑动时U AK增大，阳极A吸收光电子的能力增强，光电流会增大，当射出的所有光电子都能到达阳极A时，光电流达到最大，即饱和电流，若在滑动前，光电流已经达到饱和电流，那么再增大U AK，光电流也不会增大，D正确．故正确答案为D.【答案】 D总结提能理解好实验现象，理解好光电效应发生的条件是解题的关键．在演示光电效应的实验中，原来不带电的一块锌板与灵敏验电器相连，用弧光灯照射锌板时，验电器的指针张开了一个角度，如图所示，这时( B )A．锌板带正电，指针带负电B．锌板带正电，指针带正电C．锌板带负电，指针带负电D．锌板带负电，指针带正电解析：发生光电效应时有电子从锌板上跑出来，使锌板及验电器的指针都带正电，B正确．考点四 光电效应方程的理解和应用1．光子说(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能量子组成的，这些能量子称为光子．(2)公式：光子的能量ε＝hν，h 为普朗克常量，ν为光的频率，h ＝6.626×10－34 J·s. 2．光电效应方程(1)表达式：E k ＝hν－W 0.(2)理解：①在光电效应中，金属中的电子吸收一个光子的能量hν，这些能量中的一部分用来克服金属的逸出功W 0，剩下的表现为逸出后电子的初动能E k .②光电效应方程包含了产生光电效应的条件：E k ＝hν－W 0>0，亦即hν>W 0，ν>W 0h ＝νc ，而νc ＝W 0h就是金属的截止频率．(3)最大初动能E k发生光电效应时，电子克服金属原子核的引力逸出时，具有的动能大小不同，金属表面上的电子吸收光子后直接逸出时具有的动能最大，称为最大初动能，用E k 表示．即逸出的电子动能在0～E k 之间．3．光电效应曲线(1)E k －ν曲线①爱因斯坦光电效应方程表明，光电子的最大初动能E k 与入射光的频率ν成线性关系，与光强无关，如图所示，由光电效应方程知，当hν>W 0时，E k >0，即有电子逸出，截止频率νc ＝W 0h.②电子一次性吸收光子的全部能量，不需要积累能量的时间，光电流自然几乎是瞬时产生的．③光强较大时，包含的光子数较多，照射金属时产生的光电子较多，因而饱和电流大，所以饱和电流与光强成正比．根据光电效应方程知：E k ＝hν－W 0，光电子的最大初动能E k 与入射光的频率ν呈线性关系，即E k －ν图象是一条直线．上图是光电子最大初动能E k 随入射光频率ν的变化曲线．横轴上的截距是阴极金属的截止频率或极限频率；纵轴上的截距，是阴极金属的逸出功负值；斜率为普朗克常量．(2)I －U 曲线右图所示的光电流强度I 随光电管两极板间电压U 的变化曲线中，I m 为饱和光电流，U c 为遏止电压．(1)利用eU c ＝12m e v 2m 可得光电子的最大初动能E km . (2)利用E k －ν图线可得极限频率νc 和普朗克常量h .4．光子说对光电效应规律的解释(1)由于光的能量是一份一份的，那么金属中的电子也只能一份一份地吸收光子的能量．而且这个传递能量的过程只能是一个光子对一个电子的行为．如果光的频率低于截止频率，则光子提供给电子的能量不足以克服原子的束缚，就不能发生光电效应．(2)当光的频率高于截止频率时，能量传递给电子以后，电子摆脱束缚要消耗一部分能量，剩余的能量以光电子的动能形式存在，这样光电子的最大初动能E k ＝12m e v 2c ＝hν－W 0，其中W 0为金属的逸出功，因此光的频率越高，电子的初动能越大．(3)电子接收能量的过程极其短暂，接收能量后的瞬间立即挣脱束缚，所以光电效应的发生也几乎是瞬间的．(4)发生光电效应时，单位时间内逸出的光电子数与光强度成正比，光强度越大意味着单位时间内打在金属上的光子数越多，那么逸出的光电子数目也就越多．【例4】(多选)下列对光电效应的解释，正确的是( )A．金属内的每个电子要吸收一个或一个以上的光子，当它积累的能量足够大时，就能逸出金属表面B．如果入射光子的能量小于金属表面的电子克服原子核的引力而逸出时所需做的最小功，便不能发生光电效应C．发生光电效应时，入射光越强，光子的能量就越大，光电子的最大初动能就越大D．由于不同金属的逸出功是不相同的，因此使不同金属产生光电效应的入射光的最低频率也不同1．根据光子说的内容可知，光子的能量由谁决定，与光的强度是否有关？2．金属表面的电子成为光电子，要克服哪些力而做功，需要的能量从哪儿获得？【解析】根据爱因斯坦的光子说，光的能量是由光的频率决定的，与光强无关．入射光的频率越大，发生光电效应时产生的光电子的最大初动能越大．但要使电子离开金属表面，必须使电子具有足够的动能，而电子的动能只能来源于入射光的光子能量，但每个电子只能吸收一个光子，不能吸收多个光子．因此当入射光的频率低于截止频率时，即使照射时间足够长，也不会发生光电效应．使电子脱离某种金属所做功的最小值，叫做这种金属的逸出功，不同金属的逸出功不同．故正确答案为B、D.【答案】BD总结提能光电效应规律中的两条线索、两个关系(1)两条线索：(2)两个关系：光强→光子数目多→发射光电子多→光电流大；光子频率高→光子能量大→产生光电子的最大初动能大．现有a、b、c三束单色光，其波长关系为λa>λb>λc，用b光束照射某种金属时，恰能发生光电效应．若分别用a光束和c光束照射该金属，则可以断定( A )A．a光束照射时，不能发生光电效应B．c光束照射时，不能发生光电效应C．a光束照射时，释放出的光电子数目最多D．c光束照射时，释放出的光电子的最大初动能最小解析：由a、b、c三束单色光的波长关系λa>λb>λc，及波长、频率的关系知：三束单色光的频率关系为：νa<νb<νc.故当b光恰能使金属发生光电效应时，a光必然不能使该金属发生光电效应，c光必然能使该金属发生光电效应，A正确，B错误；又因为发生光电效应时释放的光电子数目与光照强度有关，光照越强，光电子数目越多，由于光照强度未知，所以光电子数目无法判断，C错误；而光电子的最大初动能与入射光频率有关，频率越高，最大初动能越大，所以c光照射时释放出的光电子的最大初动能最大，D错误，故答案为A.重难疑点辨析光电效应问题的分析方法有关光电效应的问题主要有两个方面：一个是关于光电效应现象的判断，另一个就是运用光电效应方程进行简单的计算．解题的关键在于掌握光电效应规律，明确概念之间的决定关系．即有：2．应用爱因斯坦光电效应方程解题的步骤：(1)分析光电效应现象，根据需要建立光电效应方程，或画出光电效应方程所对应的图象．(2)根据eU c ＝12mv 2c 求出最大初动能． (3)根据饱和光电流与照射光频率的关系图象得到材料恰能产生光电效应时照射光的频率ν0，由hν0＝W 0可得逸出功．(4)联立以上各式求解未知物理量．【典例】 用不同频率的紫外线分别照射钨和锌的表面而产生光电效应，可得到光电子最大初动能E k 随入射光频率ν变化的E k －ν图象．已知钨的逸出功是3.28 eV ，锌的逸出功是3.24 eV ，若将二者的图线画在同一个E k －ν坐标图中，用实线表示钨、虚线表示锌，则正确反映这一过程的图是如图所示中的( )【解析】 依据光电效应方程E k ＝hν－W 可知，E k －ν图线的斜率代表了普朗克常量h ，因此钨和锌的E k －ν图线应该平行．图线的横轴截距代表了极限频率νc ，而νc ＝W h，因此钨的νc 大些．综上所述，B 图正确．【答案】 B本题最大的特点是利用数学图象解决物理问题．不能把物理问题转化为数学问题，再利用数学函数关系解决物理问题是最易出现的错误．只有在理解光电效应方程的基础上，把其数学关系式与数学函数图象结合起来，经分析、推导得出图象的斜率及在图象横、纵坐标轴上的截距所对应的物理量，从而理解它们的物理意义，有效提高自身应用数学解决物理问题的能力．1．能正确解释黑体辐射实验规律的是( B )A．能量的连续经典理论B．普朗克提出的能量量子化理论C．以上两种理论体系任何一种都能解释D．牛顿提出的能量微粒说解析：根据黑体辐射的实验规律，随着温度的升高，一方面各种波长的辐射强度都增加；另一方面，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，只能用普朗克提出的能量量子化理论才能得到较满意的解释，故选项B正确．2．(多选)关于普朗克“能量量子化”的假设，下列说法正确的是( AD )A．认为带电微粒辐射或吸收能量时，是一份一份的B．认为能量值是连续的C．认为微观粒子的能量是量子化的、连续的D．认为微观粒子的能量是分立的解析：普朗克的理论认为带电微粒辐射或吸收能量时，是一份一份的，微观粒子的能量是量子化的，是分立的，故选项A、D正确．3．(多选)光电效应实验的装置如图所示，则下列说法中正确的是( AD )A．用紫外线照射锌板，验电器指针会发生偏转B．用红色光照射锌板，验电器指针会发生偏转C．锌板带的是负电荷D．使验电器指针发生偏转的是正电荷解析：紫外线频率大于锌板的极限频率，故锌板会发生光电效应，向外放出光电子，从而使锌板和验电器带上正电荷，所以A、D正确．4．(多选)在光电效应实验中，分别用频率为νa、νb的单色光a、b照射到同种金属上，测得相应的遏止电压分别为U a和U b、光电子的最大初动能分别为E k a和E k b.h为普朗克常量．下列说法正确的是( BC )A．若νa>νb，则一定有U a<U bB．若νa>νb，则一定有E k a>E k bC．若U a<U b，则一定有E k a<E k bD．若νa>νb，则一定有hνa－E k a>hνb－E k b解析：设该金属的逸出功为W，根据爱因斯坦光电效应方程有E k＝hν－W，同种金属的W不变，则逸出光电子的最大初动能随ν的增大而增大，B项正确；又E k＝eU，则最大初动能与遏止电压成正比，C项正确；根据上述有eU＝hν－W，遏止电压U随ν增大而增大，A 项错误；又有hν－E k＝W，W相同，则D项错误．5．如图所示，擦得很亮的绝缘锌板A水平固定放置，其下方水平放有接地的铜板B，两板间距离为d，两板面积均为S，正对面积为S′，且S>S′.当用弧光灯照射锌板上表面后，A、B板间一带电液滴恰好处于静止状态．试分析：(1)液滴带何种电荷？(2)用弧光灯再照射A板上表面，液滴做何种运动？(3)要使液滴向下运动，应采取哪些措施？(一种即可)答案：(1)负电(2)向上运动(3)将B板向右平移解析：(1)锌板受弧光灯照射发生光电效应，有光电子从锌板A的上表面逸出，而使A 板带正电荷，接地的铜板B由于静电感应而带负电，A、B板间形成方向向下的匀强电场，由液滴处于静止状态知qE＝mg，所以液滴带负电．(2)当再用弧光灯照射A板上表面时，光电效应继续发生，使A板所带正电荷增加，A、B板间场强增强，所以qE>mg，使液滴向上运动．(3)要使液滴向下运动，即mg>qE，mg和q不变，则必须使E变小．因A板电荷量Q不变，则当B板向右移动，增大两板正对面积时，电容增大，两板间电势差减小，而d不变，故场强E变小，qE<mg，则液滴向下运动．。
高中光的波粒二象性1. 引言高中物理中，光的波粒二象性是一个重要的概念。
在以前，人们普遍认为光是一种波动现象，但是随着科学的发展，人们发现光也具有粒子性质。
光的波粒二象性对于解释光的各种现象和应用都起着关键的作用。
本文将介绍光的波粒二象性的概念、证明以及实验。
2. 光的波动性光的波动性是指光具有一系列波动现象。
根据电磁理论，光是一种电磁波，其具有波长、频率等特征。
根据物理学原理，光具有衍射、干涉、反射等波动现象。
例如，当光通过一个狭缝时，会发生衍射现象，光在狭缝后面形成一系列交替明暗的条纹。
这些波动性的现象证明了光的波动性。
3. 光的粒子性除了具有波动性外，光也具有粒子性质。
根据量子力学理论，光是由一系列能量量子组成的，这些能量量子被称为光子。
光子具有能量、动量等特征。
根据光电效应的实验结果，光子的能量与频率成正比，而与波长无关。
这些实验证明了光的粒子性。
4. 波粒二象性的证明光的波粒二象性的最早的证明之一是通过干涉实验得出的。
Young的双缝干涉实验是光的波动性的一个重要证明。
实验中，光通过两个狭缝后形成干涉条纹，这表明光是一种波动现象。
另一方面，当用光电管进行实验时，发现光照射到光电管表面时会产生光电效应，光电子具有动能，这表明了光的粒子性。
这两个实验证明了光既具有波动性，也具有粒子性。
5. 应用和意义光的波粒二象性在各个领域中都有广泛的应用。
在光学中，波动性使得我们可以解释和设计棱镜、透镜等光学器件。
而粒子性则使得我们可以解释和利用光电效应、光谱学等现象和方法。
在现代物理学中，光的波粒二象性对于量子力学的建立和量子光学的发展都起到了至关重要的作用。
6. 总结通过本文的介绍，我们了解到高中光的波粒二象性的概念、证明和实验。
光的波动性和粒子性是相互结合的，不能片面地只看到其中一种性质。
光的波粒二象性在物理学的发展中起到了重要的推动作用，并在各个领域中有广泛的应用。
光的波粒二象性的研究不仅增进了我们对光的认识，也为光学领域的科学研究和技术应用提供了基础。
第二节光电效应与光的量子性课前自主学习：一、光电效应、光的波动说的困难1．定义：光照射在金属表面上时，金属中的电子因吸收光的能量而逸出金属表面的现象．2．光电效应的特征(1)任何金属均存在截止频率(极限频率)，只有________截止频率，才能引起光电效应．(2)发生光电效应时，光电流的大小由______决定，______越大，光电流越大．(3)光电子的最大初动能与入射光的频率成_____关系．(4)光电效应具有瞬时性，发生时间不超过10－9 s.3．光的波动说无法解释光电效应现象．二、光量子概念的提出、光电效应方程1．光子说：爱因斯坦提出，在空间传播的光不是连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光量子，简称_______2．光子的能量ε＝，求：（1）金属钠的逸出功；（2）现用频率在3.9×1014Hz到7.5×1014Hz范围内的光照射钠，能产生光电效应的频率范围是多少？问题3：那些理论或实验对光电效应理论进行了验证？美国物理学家密立根，花了十年时间做了“光电效应”实验，结果在1915年证实了爱因斯坦光电效应方程，，光电子质量m=9.1×10-31Kg，电量e =1.6×10-19C，求：(1)每个光电子的最大初动能；(2)金属筒的逸出功．参考答案：1.B 2.D 3.B 4.D 5.D 6.(1)4.41×10-19J (2)7.3×10-19J【课后检测】1．用光照射金属表面，没有发射光电子，这可能是( )A．入射光强度太小 B．照射的时间太短C．光的波长太短 D．光的频率太低2．光照射到某金属表面，金属表面有光电子逸出，则( )A．若入射光的频率增加，光的强度减弱，那么逸出电子的最大初动能可能不变B ．若入射光的频率不变，光的强度减弱，那么单位时间内逸出电子数目减少C ．若入射光的频率不变，光的强度减弱到不为零的某一数值时，可能不再有电子逸出D ．若入射光的频率增加，而强度不变，那么单位时间内逸出电子数目不变，而光电子的最大初动能增大3．用导线把验电器与锌板相连接，当用紫外线照射锌板时，发生的现象是（ ）A ．有电了从锌板飞出B ．有光子从锌板飞出C ．验电器内的金属箔带正电D ．验电器内的金属箔带负电4．某介质中光子的能量是E ，波长是λ,则此介质的折射率是（ ）A ．λE ，该光源每秒钟发射的光子数约为 个。
第四章原子结构与波粒二象性2 光电效应第1课时光电效应同步练习一、单选题1．实验得到金属钙的光电子的最大初动能E km与入射光频率v的关系如图所示。
表中列出了几种金属的截止频率和逸出功，参照下表可以确定的是（）A．如用金属钨做实验得到的E km﹣v图线也是一条直线，其斜率比图中直线的斜率大B．如用金属钠做实验得到的E km﹣v图线也是一条直线，其斜率比图中直线的斜率小C．如用金属钠做实验得到的E km﹣v图线也是一条直线，设其延长线与纵轴交点的坐标为（0，﹣E k2），则E k2＜E k1D．如用金属钨做实验，当入射光的频率v＜v1时，可能会有光电子逸出2．在物理学发展的过程中，许多物理学家的科学研究推动了人类文明的进程。
在对以下几位物理学家所作科学贡献的叙述中或者研究方法中，正确的说法是（）A．在验证力的平行四边形定则的实验中，使用了“控制变量”的实验方法B．爱因斯坦最早引入了能量子概念，并成功解释了光电效应现象C．在推导匀变速直线运动位移公式时，使用了“微元法”D．法拉第发现了磁生电的现象，提出了法拉第电磁感应定律3．已知h为普朗克常量，c、λ和ν分别为真空中的光速、波长和频率，则根据爱因斯坦光子说，一个光子的能量E等于（）A．hcλB．hcλC．hλD．hνλ4．关于光电效应，下列说法正确的是（）A．光子与光电子的本质都是电子B．光电效应现象表明光具有波动性C．只要入射光的频率大于金属的截止频率，就能发生光电效应现象D．用相同频率的光照射不同的金属表面，发生光电效应时逸出的光电子最大初动能相同5．用如图甲所示的装置研究光电效应现象。
闭合电键S，用频率为v的光照射光电管时发生了光电效应。
图乙是该光电管发生光电效应时光电子的最大初动能E k与入射光频率v的关系图象，图线与横轴的交点坐标为（a，0），与纵轴的交点坐标为（0，﹣b），下列说法中不正确的是（）A．普朗克常量为h=a bB．断开电键S后，电流表G的示数不为零C．仅增加照射光的强度，光电子的最大初动能将增大D．保持照射光强度不变，仅提高照射光频率，电流表G的示数保持不变6．关于光电效应有如下几种陈述，其中正确的是（）A．光电效应说明光具有波动性B．入射光的频率必须小于极限频率，才能产生光电效应C．发生光电效应时，若入射光频率增大一倍，则光电子的最大初动能也增大一倍D．爱因斯坦提出“光子说”并成功解释了光电效应现象7．如图所示为研究光电效应规律的实验电路，电源的两个电极分别与接线柱c、d连接。
