高中物理 第17章 波粒二象性 2 光的粒子性课件 新人教版选修3-5A

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探究一
探究二
探究三
问题导引 名师精讲 典例剖析
K12课件
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探究一
探究二
探究三
问题导引 名师精讲 典例剖析
1.光子与光电子:光子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,光照射金属是因,产生光电子是果。
2.光电子的动能与光电子的最大初动能:光照射到金属表面时,光 子的能量全部被电子吸收,电子吸收了光子的能量,可能向各个方 向运动,需克服原子核和其他原子的阻碍而损失一部分能量,剩余 部分为光电子的初动能;只有金属表面的电子直接向外飞出时,只 需克服原子核的引力做功,才具有最大初动能。光电子的初动能小 于或等于光电子的最大初动能。
K12课件
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填一填 练一练
解析:由光电效应规律知,对于某种金属,其逸出功是一个定值,当 照射光的频率一定时,光子的能量是一定的,产生的光电子的最大 初动能也是一定的,若提高照射光的频率,则产生的光电子最大初 动能也将增大。要想使某种金属发生光电效应,必须使照射光的频 率大于其极限频率ν0,因刚好发生光电效应时,光电子的初动能为零, 有 hν0=W0,所以 ν0=���ℎ���0,又 ν0=������������0,若照射光频率 ν≥ν0,即 λ≤λ0=���ℎ������0��� 时
能发生光电效应,A、D选项正确;
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填一填 练一练
同一频率的光照射到不同金属上时,因各种金属的逸出功不相同, 产生的光电子的最大初动能也不相同,逸出功越小,电子摆脱金属 的束缚也越容易,电子脱离金属表面时的初动能越大,C选项错误; 若照射光的频率不变,对于特定的金属,增加光强,不会增加光电子 的最大初动能,因频率不变时,入射光的光子能量不变,但由于光强 的增加,入射光的光子数目增加,因而产生的光电子数目也随之增 加,B选项正确。

二、爱因斯坦的光电效应方程 1．光子说：光不仅在发射和吸收时能量是一份一份 的，是不连续的，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，每一个光 的能量子被称为一个光子，这就是爱因斯坦的光子说．
2．爱因斯坦光电效应方程：爱因斯坦说，在光电效 应中，金属中的电子吸收一个光子获得的能量是 hν，这 些能量的一部分用来克服金属的逸出功，剩下的表现为 逸出的光电子的初动能 Ek，公式表示为 Ek＝hν－W．
(3)实验规律之三，光电效应具有瞬时性．当入射光 的频率超过截止频率时，无论入射光强度怎么样，立刻 就能产生光电效应．精确测量表明产生光电流的时间不 超过 10 9s.
－
3．光电效应解释中的疑难． 使电子脱离某种金属所做功的最小值，叫作这种金 属的逸出功． 经典的电磁理论只能解释实验规律二，对剩余规律 却无法解释．
D．对于某种金属，只要入射光的强度足够大，就会 发生光电效应
解析：光电子的最大初动能与入射光的频率有关， 与入射光的强度无关，故选项 A 错，B 对；对于任何一 种金属都存在一个发生光电效应的入射光的最小频率(截 止频率)，对应着一个“最大波长”，故选项 C 对，D 错． 答案：BC
知识点二 康普顿效应 提炼知识 1．光的散射：光在介质中与物体微粒的相互作用， 使光的传播方向发生改变的现象． 2．康普顿效应：在光的散射中，除了与入射波长相 同的成分外，还有波长更长的成分．
(3)光子的能量与入射光的强度：光子的能量即每个 光子的能量，其值为 ε＝hν(ν 为光子的频率)，其大小由 光的频率决定；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 hν 与入射光子数 n 的乘积．即光强等于 nhν. (4)光电流和饱和光电流：金属板飞出的光电子到达

①爱因斯坦方程表明，光电子的初动能Ek与
入射光的频率成线性关系，与光强无关。只
有当hν>W0时，才有光电子逸出，
光电效应的截止频率。
c
W 0就是
h
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发 生的。
③光强较大时，包含的光子数较多，照射金 属时产生的光电子多，因而饱和电流大。
电源
四、康普顿效应
1、光的散射 光在介质中与物质微粒相互作用,因而传播方 向发生改变,这种现象叫做光的散射
2、康普顿效应 1923年康普顿在做 X 射线通过物质散射的实 验时，发现散射线中除有与入射线波长相同的 射线外，还有比入射线波长更长的射线，其波 长的改变量与散射角有关，而与入射线波长 和 散射物质都无关。
hW0 eUc
四、光电效应在近代技术中的应用
1、光控继电器 可以用于自动控制， 自动计数、自动报警、
K
K2
K1
自动跟踪等。
K4 K3
放大器
K5
2、光电倍增管
控制机构
A
可对微弱光线进行放大，
可使光电流放大105~108
倍，灵敏度高，用在工
程、天文、科研、军事
等方面。
应用 光电管
•光 I
A K
电流计
第十七章 波粒二象性
第2节 光的粒子性
问题：回顾前面的学习，总结人类对 光的本性的认识的发展过程？
一、光电效应的实验规律
用弧光灯照射擦得很亮的锌板，(注意用导线与不带 电的验电器相连），使验电 器张角增大到约为 30度时， 再用与丝绸磨擦过的玻璃棒去靠近锌板，则验电器的指 针张角会变大。。
表明锌板在射线照射下失去电子而带正电

图 1711
2．一般物体与黑体的比较 热辐射特点 吸收、反射特点
一般 辐射电磁波的情况与温度有关， 既吸收又反射，其能力与材料的种 物体 与材料的种类及表面状况有关 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 类及入射波长等因素有关 完全吸收各种入射电磁波，不反射
3．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． (2)随着温度的升高 ①各种波长的辐射强度都有增加； ②辐射强度的极大值向波长较短的方向移动．如图 1712 所示． 4．普朗克的量子化假设的意义
(3)黑体辐射的实验规律
温度 有关外，还与材料的种 ①一般材料的物体，辐射电磁波的情况，除与_____
类及表面状况有关．
温度 有关．随着温度的 ②黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的_____ 增加 ；另一方面，辐射强度的极大值 升高，一方面，各种波长的辐射强度都有_____ 波长较短 的方向移动． 向__________
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， 故 A、C、D 正确，B、E 错误． 【答案】 ACD
2．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．一般物体辐射电磁波的情况只与材料有关 D．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关 E．黑体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波 【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
由理论得出的荒谬结果被称为“紫外灾难”．
2．能量子 (1)普朗克的假设
整数倍 即能的辐射或者 振动着的带电微粒能量只能是某一最小能量值 ε 的_______.
一份一份 的．这个不可再分的最小能量值 ε 叫做________ 能量子 ． 吸收只能是___________

小结
5.爱因斯坦对光电效应的解释：
1. 光强大，光子数多，释放的光电子也多，所以光电流也大。
选 修 3 5 17.2 － 光 的 粒 子 性
2. 电子只要吸收一个光子就可以从金属表面逸出，所以不需 时间的累积。 3. 从方程可以看出光电子初动能和照射光的频率成线性关系。 4.从光电效应方程中，当初动能为零时，可得极极限频率。
EK
●解释截止频率 ●解释饱和光电流 ●解释瞬时性
0 －W0
ν0
ν
爱因斯坦光子假说圆满解释了光电效应，但当时并未被物 理学家们广泛承认，因为它完全违背了光的波动理论。
光电效应理论的验证
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年证实了爱因斯坦方程，h 的值与理论值完全 一致，又一次证明了“光量子”理论的正确。
康普顿散射实验的意义
1.有力地支持了爱因斯坦“光量子”假设；
选 修 3 5 17.2 － 光 的 粒 子 性
2.首次在实验上证实了“光子具有动量”的假设；
3.证实了在微观世界的单个碰撞事件中，动量和能量守恒定律 仍然是成立的。
康普顿的成功也不是一帆风顺的，在他早期的 几篇论文中，一直认为散射光频率的改变是由于 “混进来了某种荧光辐射”；在计算中起先只考 虑能量守恒，后来才认识到还要用动量守恒。 康普顿于1927年获诺贝尔物理奖。
0
波长 （A）
λ
o
康普顿散射的实验规律
波长的偏移只与散射角j 有关，而与散射物质种类及入射 的X射线的波长0 无关，
选 修 3 5 17.2 － 光 的 粒 子 性
Δλ = λ - λ0 = λc (1-cos φ)
只有当入射波长0与c可比拟时，康普顿效应才显著，因 此要用X射线才能观察到康普顿散射，用可见光观察不到康普 顿散射。

光子是光电效应的因，光 波粒二象性
学 基础导学 讲 要点例析 练 随堂演练 测 达标训练
2．光电子的动能与光电子的最大初动能 光照射到金属表面时，光子的能量全部被电子吸收，电子
吸收光子的能量，可能向各个方向运动，需克服原子核和其他
原子的阻碍而损失一部分能量，剩余部分为光电子的初动能； 只有金属表面的电子直接向外飞出时，只需克服原子核的引力
做功，才具有最大初动能．光电子的初动能小于等于光电子的
最大初动能．
物理 选修3-5
第十七章 波粒二象性
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3．光子的能量与入射光的强度 光子的能量即每个光子的能量，其值为 E＝ hν(ν为光子的 频率 ) ，其大小由光的频率决定．入射光的强度指单位时间内
是饱和光电流，在一定的光照条件下，饱和光电流与所加电压 大小无关．
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第十七章 波粒二象性
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入射光照射到某金属表面上发生光电效应，若入 射光的强度减弱，而频率保持不变，那么( 明显增加 ) A．从光照射金属表面到发射出光电子之间的时间间隔将
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第十七章 波粒二象性
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2．光的粒子性
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学 基础导学
种金属的逸出功．
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应当如何理解光的波粒二象性?
科学视野
动惠 托马
说更 斯·杨
斯 波
双缝
牛
干涉 实验
顿
磁麦
说克
菲涅 耳衍
斯
赫兹 电磁
射实 韦 波实
验电
验
微
1690 粒 1801 1814 1672 说
18641888190159116922
占 说牛 主
顿导 微地 粒位
赫兹
子爱
发现
说因 密立
光电 效应
波动说渐成真理
斯 根光
阴极
栅极
多晶 薄膜
或薄金属片后，也象X射线 K G Cs
一样产生衍射现象。
1927年 G.P.汤姆逊（J.J.
U
汤姆逊之子） 也独立完成
高压
屏P
了电子衍射实验。与 C.J.
戴维森共获 1937 年诺贝
尔物理学奖。
此后，人们相继证实了原子、 分子、中子等都具有波动性。 电子衍射图样
三、物质波的实验验证
从波动光学可知，由于显微镜的分辨本领与 波长成反比，光学显微镜的最大分辨距离大于 0.2 μm，最大放大倍数也只有1000倍左右．
自从发现电子有波动性后，电子束德布罗意 波长比光波波长短得多，而且极方便改变电子 波的波长，这样就能制造出用电子波代替光波 的电子显微镜．
电子显微镜
电子显微镜下的灰尘
电子显微镜下的薰衣草叶子
坦 光
电效 应实
验
波 动 性
T /年
粒
康普 顿效
应
子 性
科学视野
动惠 说更
斯 波
1690 1672
说牛 顿 微 粒
磁麦பைடு நூலகம்

对物质波的认识
1．两类物质 物理学把宇宙中的物质分为两大类：一类是分子、原子、 电子、质子及由这些粒子所组成的物体，另一类是场，如电场 、磁场等，它们虽不是由微观粒子构成的，却是客观存在的特 殊物质． 2．物质波(德布罗意波) (1)任何物体，小到电子、质子，大到行星、太阳都存在波 动性．我们之所以观察不到宏观物体的波动性，是因为宏观物 体对应的波长太小的缘故，如子弹飞行的波长约10－34 m.
解析：19世纪初，人们成功地在实验中观察到了光的干涉 、衍射现象，这属于波的特征，微粒说无法解释．但到了19世 纪末又发现了光的新现象——光电效应，这种现象波动说不能解 释，证实光具有粒子性．因此，光既具有波动性，又具有粒子 性，但不同于宏观的机械波和机械粒子．波动性和粒子性是光 在不同的情况下的不同表现，是同一客体的两个不同侧面、不 同属性，我们无法用其中一种去说明光的一切行为，只能认为 光具有波粒二象性．选项D正确．
休息时间到啦
同学们，下课休息十分钟。现在是休息时间，你们休息一 看看远处，要保护好眼睛哦~站起来动一动，久坐对身体
解析：光既具有波动性又具有粒子性，故具有波粒二象性 .故A错误；光电效应现象中能产生光电子，但不是光子转化为 电子.故B错误；光的干涉现象和光的衍射现象说明光具有波动 性.故C错误；光电效应现象说明光具有粒子性，故D正确.
复习课件
高中物理 第17章 波粒二象性 3 粒子的波动性课件 新人教版选修3-5
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3 粒子的波动性
细心的同学会发现，街道两侧路灯的开、关时间并不是固 定的：天气晴朗时，路灯亮得晚；天气阴沉时，路灯亮得早． 其实这是光电效应在自动控制中的应用，这其中的核心部件是 光电管(其原理是光电效应)．图甲所示的是路灯自动控制的模 拟电路，A为光电管，B为继电器，C为照明电路，D为路灯． 请连成正确的电路，达到“日出路灯熄，日落路灯亮”的效果 ．

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)黑体不一定是黑的，只有当自身辐射的可见光非常微弱时 看上去才是黑的；有些可看作黑体的物体由于有较强的辐射， 看起来还会很明亮，如炼钢炉口上的小孔．一些发光的物体 (如太阳、白炽灯灯丝)也被当做黑体来处理．
(2)黑体辐射的实验规律 ①对于一般材料的物体，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． ②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．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．
2 ． (1)任 何 频 率 的 光 照射 到 金 属 表 面 都 可 以 发生 光 电 效 应．( ) (2)金属表面是否发生光电效应与入射光的强弱有关．( ) (3) 入 射 光 照 射 到 金 属 表 面 上 时 ， 光 电 子 几 乎 是 瞬 时 发 射 的．( ) 提示：(1)× (2)× (3)√
3．能量子 (1)定义：普朗克认为，当带电微粒辐射或吸收能量时，只能 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 ε 叫做能量子． (2)能量子大小：ε＝____h_ν____，其中 ν 是电磁波的频率，h 称为普朗克常量．h＝6.626×10－34 J·s(一般取 h＝6.63×10 －34 J·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．这种现象叫能量的量子化．
第十七章 波粒二象性
第1节 能量量子化 第2节 光的粒子性
第十七章 波粒二象性

答案：BD
第十七页，共五十页。
要点二 光电效应方程的理解和应用 光电效应方程 Ek＝hν－W0 的三点理解 (1)式中的 Ek 是光电子的最大初动能，就某个光电子而言，其离开金属时 剩余动能大小可以是 0～Ek 范围内的任何数值． (2)光电效应方程实质上是能量守恒方程． ①能量为 ε＝hν 的光子被电子吸收，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 Ek，根据能量守恒定律可知：Ek＝hν－W0. (3)光电效应方程包含了产生光电效应的条件． 若发生光电效应，则光电子的最大初动能必须大于零，即 Ek＝hν－W0>0， 亦即 hν>W0，ν>Wh0＝νc，而 νc＝Wh0恰好是光电效应的截止频率．
第二十一页，共五十页。
【例 2】 用如图所示的装置研究光电效应现象．用光 子能量为 2.75 eV 的光照射到光电管上时发生了光电效 应，电流表的示数不为零；移动滑动变阻器的滑动触头， 发现当电压表的示数大于或等于 1.7 V 时，电流表示数为 0.
(1)光电子的最大初动能是多少？遏止电压为多少？ (2)光电管阴极的逸出功又是多少？ (3)当滑动触头向 a 端滑动时，光电流变大还是变小？ (4)当入射光的频率增大时，光电子最大初动能如何变化？遏止电压如何 变化？
第十四页，共五十页。
【解析】 光电效应的规律表明：入射光的频率决定着是否发生光电 效应以及发生光电效应时产生的光电子的初动能的大小．当入射光频率增 加后，产生的光电子最大初动能也增加；而照射光的强度增加，会使单位 时间内逸出的光电子数增加．紫光频率高于绿光，故选项 A、D 正确．
【答案】 AD