第十七章 波粒二象性

第十七章波粒二象性第一节能量量子化第二节光电效应[教学目标]一、知识目标：1）了解热辐射、黑体、黑体辐射的概念；知道黑体辐射的实验规律；2）知道普朗克量子假说；3）知道光电效应现象和规律；2）知道极限频率，知道光子说；了解光电方程及逸出功；二、能力目标：能运用光子说解释光电效应，能从能量及其转化的角度理解和应用光电效应表现出的基本规律。

三、情感目标：培养学生从理论与实验结合的高度，运用抽象思维和严密的逻辑推理阐述光现象，并运用有关原理验证确保思维的正确性；从中体会全面地认识物理问题要有充分的理论和实验依据。

[重点难点]本节的重点：光电效应现象及光电效应的主要规律——极限频率的存在及物理意义、光电子的初动能与入射光强度无关以及光电效应的瞬时性；爱因斯坦的光子说及光子能量的计算。

[教学内容]一、能量量子化：1、黑体与黑体辐射：2、黑体辐射的实验规律：3、普朗克能量子假说：二、光电效应：1、光电效应实验及光电效应规律：2、极限频率：3、光子说及光电方程：4、光电管：5、光电效应基本规律的再认识（从能量观点的理解和应用）[课堂讲练]1、在演示光电效应的实验中，原来不带电的锌板与灵敏验电器相连，用弧光灯照射锌板时，验电的指针就张开一个角度，如图示，这时：（）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，指针带正电；D）锌板带负电，指针带负电；验电器锌片弧光灯2、用绿光照射一金属能产生光电效应，欲使光电子从阴极逸出的最大初动能增大，应（）A）改用红光照射；B）增大绿光强度；C）增大光电管的加速电压D）改用紫光照射。

3、对于任何一种金属，产生光电效应必须满足的条件是：（）A）入射光的强度大于某一极限强度；B）入射光的波长大于某一极限波长；C）入射光的照射时间大于某一极限时间；D）入射光的频率大于某一极限频率。

4、用同一束单色光，在同一条件下，先后照射锌片和银片，都能产生光电效应，对于这两个过程，下列四个物理量中，一定相同的是，可能相同的是，一定不相同的是。

A）照射光子的能量；B）光电子的逸出功；C）光电子的动能；D）光电子的最大初速度。

5、当某种单色光照射到金属表面时，金属表面有光电子逸出，如果光的强度减弱，频率不变，则：（）A）光的强度减弱到某一最低数值时，就没有光子逸出；B）单位时间内逸出的光电子数减少；C）逸出光电子的最大初动能减少；D）单位时间内逸出的光电子数和光电子的最大初动能都要减小。

6、关于光子说，正确的是（）A）在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光子；B）光子的能量由光的强度决定，光强大，每一份光子能量就大；C）光子的能量由光的频率决定，其能量与它的频率成正比；D）光子可以被电场加速。

7、某介质中光子的能量是E，波长是λ，则此介质的折射率是（C为光在真空中传播速度）（）A）λE / h B）λE / ch C）c h /λE D）h /λE8、一个功率为P=1W的光源，沿各个方向均匀辐射，照射到逸出功为2.5eV的钠片表面，测得光源距钠片的距离为R =1m，如果照射到每个原子的光能全部被最外层电子吸收，那么请你利用经典的电磁理论推测电子要经过多长时间的能量积累才能逸出钠片的表面？9、太阳的辐射功率为3.86×1026 J/s，如果把太阳看成是频率为5×1014 Hz的单色光，则太阳每秒钟辐射多少个光子？能量量子化、光电效应（作业）1、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2、用绿光照射一光电管，能产生光电效应，欲使光电子从阴极逸出时的最大初动能增大，应：（）A）改用红光照射；B）增大绿光的强度；C）增大光电管的加速电压；D）改用紫光照射；3用光照射电子管，能发生光电效应：A）电路中一定没有电流；B）不能发生光电效应；C）电路中一定有电流；D）电路中有无电流由光电管两端的电压大小决定。

4、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，而保持频率不变，那么：（）A）从光照射至金属表面上到发射出光电子之间的时间间隔将明显增加；B）逸出的光电子的最大初动能将减少；C）单位时间内从金属表面逸出的光电子数目减小；D）有可能不发生光电效应。

5、一束绿光照射某金属发生了光电效应，以下说法正确的是：（）A）若增加绿光的照射强度，则单位时间内逸出的光电子数目不变；B）若增加绿光的照射强度，则逸出的光电子最大初动能增加；C）若改用紫光照射，则逸出的光电子最大初动能增加；D）若改用紫光照射，则逸出的光电子最大初动能减小。

6、三种不同的入射光A、B、C分别照射在三种不同的金属a、b、c表面，恰好可使用金属中逸出光电子，若三种入射光的波长λA>λB>λC，则：（）A）用入射光A照射金属b或c，金属c可发生光电效应现象；B）用入射光A与B同时照射金属c，金属c可发生光电效应现象；C）用入射光C照射金属a或b，金属a、b均发生光电效应现象；D）用入射光B或C照射金属a，均可使金属a发生光电效应现象。

7、一束单色光照射在某金属表面上，有光电子从该金属表面逸出。

若设法逐步减小入射光的强度（入射光的强度始终大于零），则：（）A、逸出光电子数逐步减小，当入射光强度减小到某一数值时，将没有光电子逸出；B、逸出光电子的最大初动能逐步减小；C、单位时间内逸出的光电子数逐步减小，但始终有光电子逸出；D、逸出的光电子的最大初动能不变。

8、关于光电效应的规律，下面说法中不正确．．．的是：（）A、当某种色光照射到金属表面时，能产生光电效应，则入射光的频率越高，产生的光电子的初动能越大；B、用某种色光照射金属表面时能产生光电效应，则入射光的强度越大，单位时间内产生的光电子数越多；C、对某金属，入射光波长必须大于某一极限波长，才能产生光电效应；D、同一频率的光照射到不同金属，如果都能产生光电效应，则逸出功大的金属能产生的光电子的最大初动能也越大。

9、在自然界生态系统中，蛇与老鼠和其它生物通过营养关系构成食物链，在维持生态平衡方面发挥重要作用。

蛇是老鼠的天敌，是通过接收热辐射来发现老鼠的。

假设老鼠的体温约37℃，它发出的最强的热辐射的波长为λm。

根据热辐射理论，λm与辐射源绝对温度T的关系近似为λm·T＝2.90×10－3m·K。

老鼠发出最强的热辐射的波长为（）A．7.8×10－5m B．9.4×10－6m C．1.16×10－6m D．9.7×10－8m10、已知铯的极限频率为4.545×1014Hz，钠的极限频率为6.000×1014Hz，银的极限频率为1.153×1015Hz，铂的极限频率为1.529×1015Hz，当用波长为0.375μm的光照射它们时，可发生光电效应的是.11、分别用波长为λ和34的单色光照射同一金属板,发出的光电子的最大初动能之比为1/2，以h表示普朗克常量,c表示真空中的光速,则此金属板的逸出功为。

12、金属钠产生光电效应的极限频率是6.0×1014Hz，根据能量转化和守恒定律，计算用波长为0.40μm的单色光照射金属钠时，产生的光电子的最大初动能是多大？13、一个小灯泡在3伏的电压下，通过0.25A电流，灯泡所发出的光经聚光后形成很细的光束，沿某个方向直线射出。

设灯泡发出的光波长为6000埃，问沿光的传播方向上1m长的光束内有多少个光子？第二节光电效应（习题课）[教学目标]一、知识目标：1）知道光电效应现象和规律；2）知道极限频率，知道光子说；了解光电方程及逸出功；3）了解康普顿效应是爱因斯坦的光量子说的又一例证；知道光的散射的概念及康普顿效应及其现象的普遍性。

能从定量和定性的角度解释康普顿效应；4）知道光子的动量、能量及其表达式，了解光压的概念及有关计算。

5）知道光电效应和康普顿效应说明光子具有粒子性，光电效应说明光子具有能量，康普顿效应说明光子既具有能量又具有动量。

[教学程序]一、复习回顾：光电效应：二、康普顿效应：当用可见光或紫外线作为光电效应的光源时，入射的光子将全部被电子吸收，但如果用x射线照射物质，由于它的频率高、能量大，不会被电子全部吸收，只需交出部分能量，就可以打出光电子，这样光子本身的能量减少，频率降低，波长变长，这种现象称为康普顿效应。

康普顿效应可利用光子与散射物质中自由电子的弹性碰撞来解释，而这一解释的成功，是对光子说的有力支持，并说明在作用过程中，光子——电子系统是遵从动量守恒定律的。

三、光子的能量、质量、动量：1、光子的能量：E=hυ2、光子的质量：由爱因斯坦质能方程 E=mc 2得m=E/c 2=hυ/c 2=λc h 3、光子的动量p=hυ/c=h/λ，其中h 为普朗克恒量 h=6.63×10－34J/s ，c 为光速，υ为光的频率，λ为光的波长二、典型例题：例1．某光电管的阴极是用金属钾制成的，它的逸出功为2.21eV ，用波长为2.5×10-7m 的紫外线照射阴极，已知真空中光速为 3.0×108m/s ，元电荷为 1.6×10-19C ，普朗克常量为6.63×10-34J s ，求得钾的极限频率和该光电管发射的光电子的最大动能应分别是：（ ）A ．5.3×1014HZ ，2.2JB ．5.3×1014HZ ，4.4×10－19JC ．3.3×1033H Z ，2.2JD ．3.3×1033H Z ， 4.4×10－19J例2、对于光电效应，下面说法中正确的是：（ ）A 、对于某一金属，只有波长大于某一数值的光照射，才能发生光电效应；B 、光电子的最大初动能与入射光的强度无关，与入射光的频率成正比；C 、金属中的电子吸收任何入射光的能量积累到某一定程度，都会逸出金属表面；D 、在发生光电效应的条件下，保持入射光的频率不变，则单位时间内发射光电子的数目与入射光的强度成正比。

例3、利用光电管产生光电流的电路如图所示．电源的正极应接在端（填“a”或“b”）；若电流表读数为8μA ， 则每 秒从光电管阴极发射的光电子至少是 个（已知电子电量为 l.6×10-19C ）例4、如图，当电键K 断开时，用光子能量为2.5eV 的一束光照射阴极P ，发现电流表读数不为零。

合上电键，调节滑线变阻器，发现当电压表读数小于0.60V 时，电流表读数仍不为零；当电压表读数大于或等于0.60V 时，电流表读数为零。

由此可知阴极材料的逸出功为：（ ）A ．1.9eVB ．0.6eVC ．2.5eVD ．3.1eV例5、用某种单色光照射某种金属表面，发生光电效应，现将该单色光的光强减弱，则：（ ）A ．光电子的最大初动能不变B ．光电子的最大初动能减少C ．单位时间内产生的光电子数减少D ．可能不发生光电效应例6、用不同频率的紫外线分别照射钨板和锌板而产生光电效应，可得到光电子的最大初动能k E 随入射光的频率ν变化的k E -ν图．已知钨的逸出功为3.28ev ，锌的逸出功为3.34ev ，若将两者的图像分别用实线与虚线画在同一k E -ν图上，则下列图中正确的（ ）例7、人眼对绿光最为敏感。