1、第二節(jié)光子學(xué)習(xí)目標(biāo)1.知道普朗克的能量量子假說(shuō)2 知道愛(ài)因斯坦的光子說(shuō)以及光子能量的表達(dá)式 3 知道愛(ài)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.知識(shí)探究新知探究點(diǎn)慮隔實(shí)一、能量量子假說(shuō)導(dǎo)學(xué)探究(1)在宏觀世界里，下列哪些量的取值是連續(xù)的；哪些是不連續(xù)的？(物體的長(zhǎng)度、質(zhì)量、動(dòng)能、動(dòng)量、人的個(gè)數(shù)、臺(tái)階的個(gè)數(shù))氫原子中電子的能量只可能取值13.6 eV、 3.40 eV、 1.51 eV 等，這是連續(xù)還是分立取值？答案(1)連續(xù)的有：物體的長(zhǎng)度、質(zhì)量、動(dòng)能、動(dòng)量.不連續(xù)的有：人的個(gè)數(shù)、臺(tái)階的個(gè)數(shù).(2)分立取值，即氫原子的能量是量子化的.知識(shí)梳理1 假說(shuō)內(nèi)容：物體熱輻射所發(fā)岀的電磁波的能量是不

2、連續(xù)的，只能是hv的整數(shù)倍.2 能量量子：hv稱為一個(gè)能量量子,其中v是輻射頻率，h是一個(gè)常量，稱為普朗克常量，一 34h=6.63X10Js.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輻射和吸收的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象.4.量子化現(xiàn)象：在微觀世界里，物理量的取值很多時(shí)候是不連續(xù)的，只能取一些分立值的現(xiàn)象.即學(xué)即用判斷下列說(shuō)法的正誤.2(1)物體熱輻射的電磁波的能量是不連續(xù)的.(V)(2) 電磁波的能量子的能量 =hV,V是電磁波的速度.(X)(3) 所謂量子化即物理量的取值是分立的，是不連續(xù)的.(V)二、光子假說(shuō)和光電效應(yīng)方程導(dǎo)學(xué)探究用如圖 1 所示的裝置研究光電效應(yīng)現(xiàn)象.所用光子能量為2

3、.75 eV 的光照射到光電管上時(shí)發(fā)生了光電效應(yīng)，電流表的示數(shù)不為零；移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭，發(fā)現(xiàn)當(dāng)電壓表的示數(shù)大于或等于1.7 V 時(shí)，電流表示數(shù)為 0.圖 1(1) 光電子的最大初動(dòng)能是多少？遏止電壓為多少？(2) 光電管陰極的逸出功是多少？(3) 當(dāng)滑動(dòng)觸頭向a端滑動(dòng)時(shí)，光電流變大還是變小？(4) 當(dāng)入射光的頻率增大時(shí)，光電子最大初動(dòng)能如何變化？遏止電壓呢?答案 (1)1.7 eV 1.7 V12(2)W=hV mvnax= 2.75 eV 1.7 eV = 1.05 eV變大(4)變大 變大知識(shí)梳理1.光子說(shuō)(1) 光不僅具有波動(dòng)性, 還有粒子性，愛(ài)因斯坦把能量子概念推廣到光電效應(yīng)中

4、，提出光量子概念，簡(jiǎn)稱光子.(2) 光子假說(shuō)：愛(ài)因斯坦指出，光的能量不是連續(xù)的，而是一份一份的，每一份叫做一個(gè)光子， 一個(gè)光子的能量為 =hv.2 .光電效應(yīng)方程12、12(1) 表達(dá)式：hv=mWax+W或mVmax=hVW(2) 對(duì)光電效應(yīng)方程的理解： 必須對(duì)內(nèi)部電子做功，電子才能脫離離子的束縛而逸出表面，這個(gè)功稱為金屬的逸出功，用符號(hào)W表示.根據(jù)能量守恒定律，入射光子的能量等于出射光電子的最大初動(dòng)能與逸出功之和.即學(xué)即用判斷下列說(shuō)法的正誤.3(1)從金屬表面出來(lái)的光電子的最大初動(dòng)能越大，這種金屬的逸出功越小.(X)(2)光電子的最大初動(dòng)能與入射光的頻率成正比.(X)(3)入射光若能使某金

5、屬發(fā)生光電效應(yīng)，則入射光的強(qiáng)度越大，照射出的光電子越多.(V)(4)用同一種色光照同一種金屬，發(fā)出的所有光電子的初動(dòng)能都相同.(X)三、光電效應(yīng)的解釋1212導(dǎo)學(xué)探究(1)根據(jù)光電效應(yīng)方程hv= 2mmax+WM知，2mwx=hvW0,那么要發(fā)生光電效應(yīng)，對(duì)光的頻率有什么要求？12如果光電子的最大初能為 qmwax，那么它對(duì)應(yīng)的遏止電壓為多少？(3)遏止電壓與光的頻率有什么關(guān)系？與光的強(qiáng)度有什么關(guān)系？1。WJ答案(1)根據(jù);mmax=hvW,只有hvW才能發(fā)生光電效應(yīng)，即v 才可發(fā)生.h(2)因?yàn)閑Ub=mwax22mVhax所以 u= 去一2e1212hvW因?yàn)閑Ub=2mmax，而mwax

6、=hvW,所以eUb=hvW,所以Ub= 一，即光的頻率e e越高，Ub越大，與光的強(qiáng)度無(wú)關(guān).知識(shí)梳理光電效應(yīng)的解釋1 光電效應(yīng)方程說(shuō)明了產(chǎn)生光電效應(yīng)的條件.一 一 一 12若有光電子逸出，則光電子的最大初動(dòng)能必須大于或至少等于零，即2mwax=hv0,亦WW即hvW,v =v0,而v0=匚恰好是光電效應(yīng)的極限頻率.hh2 .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12一遏止電壓對(duì)應(yīng)光電子的最大初動(dòng)能，即：eU= mv.ax2，對(duì)應(yīng)愛(ài)因斯坦的光電效應(yīng)方程可得：hv=eU+W,可見(jiàn)，對(duì)某種金屬而言，遏止電壓只由入射光頻率決定，與光的強(qiáng)弱無(wú) _即用即用判斷下列說(shuō)法的正誤.(1) 只

7、要光的頻率小于極限頻率，無(wú)論光多強(qiáng)，都不會(huì)發(fā)生光電效應(yīng).(V)(2) 增加入射光的強(qiáng)度，遏止電壓變大.(X)發(fā)生光電效應(yīng)的條件是入射光的頻率大于金屬的截止頻率，與入射光的強(qiáng)度無(wú)關(guān).(V)題型探究重點(diǎn)難點(diǎn)個(gè)個(gè)擊破4、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.光子的能量由光的頻率決定：=hV.3.光的強(qiáng)度與光子的能量的關(guān)系：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

8、.328X107m 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= 6.63X1034J s)1916.3.14X10 J 5.73X10 個(gè)V=C,因?yàn)榘l(fā)光功率已知，所以1 s 內(nèi)發(fā)射的光子數(shù)為空=18X10-3X15.73X1016個(gè).3.14X1019 1p-歸納嚴(yán)結(jié)-1. 光速e= 3.0X108m/s 對(duì)真空中任何光都成立 .2. 真空中任何光都有e=入V,入是光的波長(zhǎng).二、光電效應(yīng)方程的理解與應(yīng)用1 光電效應(yīng)方程實(shí)質(zhì)上是能量守恒方程.(1)能量為 =hv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

9、吸引，另一部分就是電子離開(kāi)金屬表面時(shí)的動(dòng)能.一 一 一 12一一如果克服吸引力做功最少為W,則電子離開(kāi)金屬表面時(shí)動(dòng)能最大為-mvmax，根據(jù)能量守恒定律可知：122lTIVmax=hV W.2 光電效應(yīng)規(guī)律中的兩條線索、兩個(gè)關(guān)系:(1)兩條線索：答案解析根據(jù)愛(ài)因斯坦光子學(xué)說(shuō)，光子能量所以348he6.63X10X3X10 =一=J=3.14X10 J入6.328X107195毎秒鐘逸出的光電f數(shù) 比屯子決龍&光電流的犬小比電子逸出后的聯(lián)大初動(dòng)能 ”叫6（2）兩個(gè)關(guān)系：光強(qiáng)T光子數(shù)目多T發(fā)射光電子多T光電流大；光子頻率高T光子能量大T產(chǎn)生光電子的最大初動(dòng)能大.3 . E（mV曲線如圖 2

10、 所示是光電子最大初動(dòng)能Ekm隨入射光頻率V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.例 2】如圖 3 所示，當(dāng)開(kāi)關(guān) K 斷開(kāi)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)不為零合上開(kāi)關(guān)，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，發(fā)現(xiàn)當(dāng)電壓表讀數(shù)小于0.6 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0.6 V 時(shí)，電流表讀數(shù)為零.由此可知陰極材料的逸出功為（）圖 3B.0.6 eVD. 3.1 eV解析由題意知光電子的最大初動(dòng)能為2max=eU)= 0.6 eV12所以根據(jù)光電效應(yīng)方程 mwax=hV-W0可得12W=hV -mvnax=(2.

11、50.6) eV=1.9 eV.【例 3 在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，某金屬的截止頻率相應(yīng)的波長(zhǎng)為 用波長(zhǎng)為 入（入 入0）的單色光做該實(shí)驗(yàn)，則其遏止電壓為 中A. 1.9 eVC. 2.5 eV答案 A入0，該金屬的逸出功為_(kāi) .若_ .已知電子的電荷量、真空7的光速和普朗克常量分別為e、c和h.解析 由光電效應(yīng)方程知，光電子的最大初動(dòng)能Ek=hv-W,其中金屬的逸出功W=hvo,又由civ知W=，用波長(zhǎng)為 入的單色光照射時(shí)，Ev0時(shí)才有光電 子逸出，即才能發(fā)生光電效應(yīng).2.對(duì)于某一金屬（v0一定）,入射光的頻率決定著能否產(chǎn)生光電效應(yīng)及光電子的最大初動(dòng)能， 而與入射光的強(qiáng)度無(wú)關(guān).3 .逸出功和極限頻率

12、均由金屬本身決定，與其他因素?zé)o關(guān).達(dá)標(biāo)檢測(cè)當(dāng)運(yùn)檢測(cè)鞏固反譙1. （多選）下列對(duì)光子的認(rèn)識(shí)，正確的是（）A. 光子說(shuō)中的光子就是牛頓在微粒說(shuō)中所說(shuō)的微粒B. 光子說(shuō)中的光子就是光電效應(yīng)的光電子C. 在空間傳播的光是不連續(xù)的，而是一份一份的，每一份叫做一個(gè)光量子，簡(jiǎn)稱光子D. 光子的能量跟光的頻率成正比答案 CD解析 根據(jù)光子說(shuō)，在空間傳播的光是不連續(xù)的， 而是一份一份的，每一份叫做一個(gè)光量子， 簡(jiǎn)稱光子而牛頓的“微粒說(shuō)”中的微粒指宏觀世界的微小顆粒光電效應(yīng)中， 金屬內(nèi)的電 子吸收光子后克服原子核的庫(kù)侖引力等束縛，逸出金屬表面，成為光電子，故 A、B 選項(xiàng)錯(cuò)誤，C 選項(xiàng)正確；由E=hv知，光子能量

13、E與其頻率v成正比，故 D 選項(xiàng)正確.92.（多選）在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，用頻率為v的光照射光電管陰極，發(fā)生了光電效應(yīng)，下列說(shuō)法正確的是（）A. 增大入射光的強(qiáng)度，光電流增大B. 減小入射光的強(qiáng)度，光電效應(yīng)現(xiàn)象消失C. 改用頻率小于v的光照射，一定不發(fā)生光電效應(yīng)10D.改用頻率大于v的光照射，光電子的最大初動(dòng)能變大答案 AD解析 增大入射光強(qiáng)度，單位時(shí)間內(nèi)照射到單位面積的光子數(shù)增加，則光電流將增大，故選項(xiàng) A 正確；光電效應(yīng)是否發(fā)生取決于入射光的頻率與極限頻率的關(guān)系，而與入射光的強(qiáng)度無(wú)關(guān)，故選項(xiàng) B 錯(cuò)誤.用頻率為v的光照射光電管陰極， 發(fā)生光電效應(yīng)，用頻率較小的光照射12時(shí)，若光的頻率仍大于極限

14、頻率，則仍會(huì)發(fā)生光電效應(yīng)，選項(xiàng)C 錯(cuò)誤；根據(jù)hVWtmwax可知，增加照射光頻率，光電子的最大初動(dòng)能也增大，故選項(xiàng)D 正確.3.（多選）如圖 6 所示是光電效應(yīng)中光電子的最大初動(dòng)能Ek與入射光頻率v的關(guān)系圖象從圖中可知（）A.H 與v成正比B.入射光頻率必須大于或等于極限頻率v0時(shí)， 才能發(fā)生光電效應(yīng)C.對(duì)同一種金屬而言， EW判斷，鈉、入鉀、銣能發(fā)生光電效應(yīng).課時(shí)作業(yè)一、選擇題（16 題為單選題）1.紅、橙、黃、綠四種單色光中，光子能量最小的是（）強(qiáng)応訓(xùn)練拓展提升11A.紅光 B .橙光 C .黃光 D .綠光12答案 A解析 由=hv可知，紅光的頻率最小，其能量子值最小選A.2.某金屬的逸

15、出功為2.3 eV，這意味著（）A.這種金屬內(nèi)部的電子克服原子核引力做2.3 eV的功即可脫離表面B.這種金屬表層的電子克服原子核引力做2.3 eV的功即可脫離表面C.要使這種金屬有電子逸出，入射光子的能量可能小于2.3 eVD.這種金屬受到光照時(shí)若有電子逸出，則電子離開(kāi)金屬表面時(shí)的動(dòng)能至少等于2.3 eV 答案 B2 .某種單色光的頻率為v，用它照射某種金屬時(shí)，在逸出的光電子中動(dòng)能最大值為6，則這種金屬的逸出功和極限頻率分別是（）EkEkA.hv H,vhB.Ekhv ,v +lhC. hv+丘，hv EkD.Ek+hv ,hv+Ek答案A4.在做光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)時(shí)，某種金屬被光照射發(fā)生了光電

16、效應(yīng)，實(shí)驗(yàn)測(cè)得光電子的最大初動(dòng)B. 普朗克常量C. 該金屬的逸出功D. 單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子數(shù) 答案 D解析 依據(jù)光電效應(yīng)方程可知Ek=hvW,當(dāng)Ek= 0 時(shí)，v=vo,即圖象中橫坐標(biāo)的截距在Ek數(shù)值上等于金屬的極限頻率.圖線的斜率k= tan0=.可見(jiàn)圖線的斜率在數(shù)值上等v vo于普朗克常量.據(jù)圖象，假設(shè)圖線的延長(zhǎng)線與 Ec 軸的交點(diǎn)為C其截距的絕對(duì)值為 W,有 tanW0=，而 tan0=h,所以W=hvo.即圖象中縱坐標(biāo)軸的截距在數(shù)值上等于金屬的逸出功.臺(tái)匕Ek與入射光的頻率V的關(guān)系如圖A.該金屬的極限頻率和極限波長(zhǎng)由實(shí)驗(yàn)圖不能求出的是（13v025 分別用波長(zhǎng)為 入和 3 入的單色

17、光照射同一金屬板， 發(fā)出的光電子的最大初動(dòng)能之比為1 : 2,以h表示普朗克常量，c表示真空中的光速，則此金屬板的逸出功為（）14eEk2= h W3 入又Ek2= 2Ei聯(lián)立得W= 驢,A 正確.2 入6 .實(shí)驗(yàn)得到金屬鈣的光電子的最大初動(dòng)能Ekm與入射光頻率出了幾種金屬的極限頻率和逸出功，參照下表可以確定的是答案 C解析 由光電效應(yīng)方程Ekm=hVW可知 HmV圖線是直線，且斜率相同，A B 項(xiàng)錯(cuò)；由表中所列的極限頻率和逸出功數(shù)據(jù)可知C 項(xiàng)正確，D 項(xiàng)錯(cuò)誤.二、非選擇題7. (1)研究光電效應(yīng)的電路如圖 3 所示用頻率相同、強(qiáng)度不同的光分別照射密封真空管的鈉極板(陰極 K)，鈉極板發(fā)射出的

18、光電子被陽(yáng)極A 吸收，在電路中形成光電流. 下列光電流I與 A、K 之間的電壓 Uk 的關(guān)系圖象中，正確的是 _ .hey2h入e答案解析根據(jù)光電效應(yīng)方程得cEki=hW入V的關(guān)系如圖金屬鎢鈣鈉極限頻率V0/1014Hz10.957.735.53逸出功W/eV4.543.202.29A.如用金屬鎢做實(shí)驗(yàn)得到的B.如用金屬鈉做實(shí)驗(yàn)得到的EkmV圖線也是一條直線，其斜率比圖中直線的斜率大C.如用金屬鈉做實(shí)驗(yàn)得到的EkmV圖線也是一條直線，設(shè)其延長(zhǎng)線與縱軸交點(diǎn)的坐標(biāo)為(0 ,Ek2)，貝yD.如用金屬鎢做實(shí)驗(yàn)，當(dāng)入射光的頻率V V V1時(shí)，可能會(huì)有光電子逸出圖 2EkmV圖線也是一條直線，其斜率比圖

19、中直線的斜率大15從金屬表面逸出，這就是光電子.光電子從金屬表面逸出的過(guò)程中，其動(dòng)量的大小_ （選填“增大”“減小”或“不變”），原因是答案C（2）減小 光電子受到金屬表面層中力的阻礙作用（或需要克服逸出功）解析 由于光的頻率一定，它們的遏止電壓相同，A、B 不正確.光越強(qiáng)，電流越大，C 正確.由 于光電子受到金屬表面層中力的阻礙作用（或需要克服逸出功），速度減小，光電子的動(dòng)量變小.8小明用金屬銣為陰極的光電管觀測(cè)光電效應(yīng)現(xiàn)象，實(shí)驗(yàn)裝置示意圖如圖 4 甲所示.已知普朗克常量 h= 6.63x10 J s.（1）圖甲中電極 A 為光電管的 _（選填“陰極”或“陽(yáng)極”）;實(shí)驗(yàn)中測(cè)得銣的遏止電壓 U 與入射光頻率V之間的關(guān)系如圖乙所示，貝U銣的極限頻率V0=_ Hz,逸出功W=_J ;如果實(shí)驗(yàn)