山东省日照市香河实验学校高三物理选修3-5人教版导学案： 17-1、2
人教版物理教材选修3-5 第十七章第2节《光的粒子性》名师教案
光的粒子性——光电效应一、概述本课题为普通高中物理选修（3-5）第五章波和粒子第一节，高三理科班课程，学时一课时。
学习光电效应现象及其解释理论——光电效应方程。
本课教材蕴含着十分丰富的教学内容：在知识方面，本课作为后牛顿物理两大支柱之――量子理论的入门，涉及到量子物理最基础的内容，也是经典物理学与量子物理学的重要衔接；同时本节还有着厚重的物理学科文化积淀，有物理学史、科学方法、辩证唯物主义思想、创新意识等人文精神教育的题材．教材在知识陈述上较为浅显直接，而关于这些知识的“背景”，则是相当丰满、承赋人文，为实施“科学的人文教育价值”提供了很大的空间．二、核心素养经历“探究光电效应的规律”过程，让学生获得探究活动的体验，体验探究自然界规律的艰辛与喜悦．陶冶崇尚科学、仰慕科学家，欣赏物理学的奇妙与和谐的情愫．学习科学家敢于坚持真理、勇于创新和实事求是的科学态度和科学精神，培养判断有关信息是否科学的意识．三、教学目标1. 了解光电效应研究史实．了解光子的概念，了解并识别光电效应现象．2. 能表述光电效应现象的规律，会用光子说解释光电效应现象的规律．3. 理解光电效应方程的各个物理量的含义及其对光电效应的解释．四、学情分析学生已经在3-5第二章学习过原子结构和氢原子光谱与能级结构，对原子微观结构有了一定的认识。
知道原子的电离过程本质。
高三理科班学生对原子的微观机理有一定的兴趣，但是，微观世界的抽象性会成为学生理解过程的主要障碍。
急于求成、重视结论型陈述、轻视物理探究史实和逻辑推理是不少理科生学习原子物理相关理论的通病，这也是这一部分知识遗忘率高的原因。
五、教学过程课前：登陆优教平台，发送预习任务。
根据优教平台上学生反馈的预习情况，发现薄弱点，针对性教学。
<一> 引言师：前几节课我们了解了人们在研究光的本性过程提出的几种有代表性的学说。
（简单回顾光的微粒说和波动说的发展过程）自从麦克期韦提出光的电磁说，赫兹又用实验证实了麦克斯韦的理论后，光的波动理论发展到了完美的地步。
高中物理选修3-5导学案第十七章 2(课时1)
2光的粒子性(课时1)[学科素养与目标要求]物理观念：1.了解光电效应及其实验规律，以及光电效应与电磁理论的矛盾.2.知道爱因斯坦光电效应方程及应用．科学态度与责任：了解爱因斯坦光子说的提出过程，感受实验探究在物理学发展中的作用．一、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．光电效应的实验规律(1)存在着饱和电流：在光的颜色不变的情况下，入射光越强，饱和电流越大．(2)存在着遏止电压和截止频率：入射光的频率低于截止频率时不(填“能”或“不”)发生光电效应．(3)光电效应具有瞬时性：光电效应中产生电流的时间不超过10－9s.4．逸出功：使电子脱离某种金属所做功的最小值，用W0表示，不同金属的逸出功不同．二、光子说及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，而且光本身就是由一个个不可分割的能量子组成，这些能量子被称为光子，频率为ν的光的能量子为hν，其中h＝6.63×10－34 J·s. 2．爱因斯坦光电效应方程(1)表达式：hν＝E k＋W0或E k＝hν－W0.(2)物理意义：金属中电子吸收一个光子获得的能量是hν，这些能量一部分用来克服金属的逸出功W0，剩下的表现为逸出后电子的最大初动能E k.1．判断下列说法的正误．(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)“光子”就是“光电子”的简称．(×)(4)逸出功的大小与入射光无关．(√)(5)光电子的最大初动能与入射光的频率成正比．(×)2．某金属的逸出功为W0，则这种金属的截止频率νc＝________，用波长为λ的光照射金属的表面，光电子的最大初动能E k＝________.(已知普朗克常量为h，光速为c)答案W0h hcλ－W0一、光电效应如图，将锌板和验电器连在一起，然后用紫外线灯照射锌板，会发生一个奇妙的现象，验电器的金属箔片张开一个角度，这一现象说明了锌板在紫外线照射下带电了．为什么会这样呢？验电器上带何种电荷？答案锌板在紫外线的照射下，向外逸出电子，所以锌板带电；锌板剩余正电荷，验电器也带有正电荷．1．光电效应的基本概念(1)光电效应：金属在光(包括可见光和不可见光)的照射下，向外逸出电子的现象．(2)光电子：光电效应中发射出来的电子．2．理解光电效应规律的四个角度(1)任何一种金属都有一个截止频率，入射光的频率必须大于等于这个截止频率才能发生光电效应，低于这个截止频率则不能发生光电效应．(2)发生光电效应时，光电子的最大初动能与入射光的强度无关，随入射光频率的增大而增大．(3)大于截止频率的光照射金属时，光电流(反映单位时间内发射出的光电子数的多少)与入射光强度成正比．(4)光电效应的发生几乎是瞬时的，产生电流的时间不超过10－9 s.3．光电效应实验相关概念的理解(1)饱和电流金属板飞出的光电子到达阳极，回路中便产生光电流，随着所加正向电压的增大，光电流趋于一个饱和值，这个饱和值是饱和电流，在一定条件下，饱和电流与所加电压大小无关，只与入射光的强度有关．入射光越强，饱和电流越大．说明：入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多．(2)遏止电压截止频率逸出功①遏止电压：使光电流减小到零的反向电压．用符号U c表示．计算方法：－eU c＝0－E km遏止电压与入射光的频率有关．入射光的频率不变，遏止电压不变，入射光的频率改变，遏止电压改变．说明：光电子的能量只与入射光的频率有关．②截止频率：能使某种金属发生光电效应的入射光的最小频率叫做该种金属的截止频率(又叫极限频率)．不同的金属对应着不同的截止频率．③逸出功：电子从金属中挣脱出来，要克服金属表面层的一些力做功，电子脱离金属所需做功的最小值叫逸出功．不同金属的逸出功不同．4．光电效应与经典电磁理论的矛盾(1)矛盾之一：遏止电压由入射光频率决定，与光的强弱无关．按照光的经典电磁理论，光越强，光电子的初动能应该越大，所以遏止电压与光的强弱有关，而实验表明：遏止电压由入射光的频率决定，与光强无关．(2)矛盾之二：存在截止频率．按照光的经典电磁理论，不管光的频率如何，只要光足够强，电子都可获得足够的能量从而逸出表面，不应存在截止频率．而实验表明：不同金属有不同的截止频率，入射光频率大于等于截止频率时才会发生光电效应．(3)矛盾之三：具有瞬时性．按照光的经典电磁理论，如果光很弱，电子需几分钟到十几分钟的时间才能获得逸出表面所需的能量．而实验表明：无论入射光怎样微弱，光电效应几乎都是瞬时发生的．例1(2018·季延中学高二期末)利用光电管研究光电效应实验如图1所示，用频率为ν的可见光照射阴极K，电流表中有电流通过，则()图1A．用紫外光照射，电流表不一定有电流通过B．用红外光照射，电流表一定无电流通过C．用频率为ν的可见光照射K，当滑动变阻器的滑动触头移到A端时，电流表中一定无电流通过D．用频率为ν的可见光照射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答案 D解析因紫外光的频率比可见光的频率高，所以用紫外光照射时，电流表中一定有电流通过，选项A错误；因不知阴极K的截止频率，所以用红外光照射时，也可能发生光电效应，选项B错误；即使U AK＝0，电流表中也可能有电流通过，选项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，当所有光电子都到达阳极A 时，光电流达到最大，即饱和电流；若在滑动前，电流已经达到饱和电流，那么即使增大U AK，光电流也不会增大，选项D正确．[学科素养]判断能否发生光电效应，应看入射光的频率与截止频率的关系，本题考查了对光电效应实验规律、实验装置和实验原理的理解，体现了“物理观念”和“科学探究”的学科素养．针对训练1(多选)如图2所示，电路中所有元件完好，光照射到光电管上，灵敏电流计中没有电流通过．其原因可能是()图2A．入射光太弱B．入射光波长太长C．光照时间太短D．电源正、负极接反答案BD解析金属存在截止频率，入射光的频率超过截止频率的光照射金属时才会有光电子射出．入射光的频率低于截止频率，不能产生光电效应，光电效应的产生与光照强弱无关，选项B正确，A错误；电路中电源正、负极接反，对光电管加了反向电压，若该电压超过了遏止电压，也没有光电流产生，D正确；光电效应的产生与光照时间无关，C错误．二、光子说 爱因斯坦光电效应方程1．光子说：光子说的提出说明了光是由光子组成的．光子的能量ε＝hν，决定于光的频率．光的强度与光子的数目有关，在频率一定的情况下，光越强，单位时间内单位面积上的光子数越多．2．光电效应方程：E k ＝hν－W 0(1)式中的E k 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～E k 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如要克服吸引力做功最少为W 0，则电子离开金属表面时动能最大为E k ，根据能量守恒定律可知：E k ＝hν－W 0.3．光子说对光电效应的解释(1)饱和电流与光强关系：一定频率的光，光照强度越大，包含的光子数越多，照射金属时产生的光电子越多，因而饱和电流越大．(2)存在截止频率和遏止电压：①由爱因斯坦光电效应方程知，光电子的最大初动能与入射光频率有关，与光强无关，所以遏止电压由入射光频率决定，与光强无关．②若发生光电效应，则光电子的最大初动能必须大于零，即E k ＝hν－W 0>0，亦即hν>W 0，ν>W 0h＝νc ，而νc ＝W 0h恰好是光电效应的截止频率． 例2(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()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答案BC解析由爱因斯坦光电效应方程得，E k＝hν－W0，由动能定理得，E k＝eU，若用a、b单色光照射同种金属时，逸出功W0相同．当νa＞νb时，一定有E k a＞E k b，U a＞U b，故选项A错误，B正确；若U a＜U b，则一定有E k a＜E k b，故选项C正确；因逸出功相同，有W0＝hνa －E k a＝hνb－E k b，故选项D错误．针对训练2(2018·会宁四中高二下学期期中)入射光照射到某金属表面上发生了光电效应，若入射光的强度减弱，而频率保持不变，那么()A．延迟时间将明显增加B．光电子的最大初动能将减少C．有可能不发生光电效应D．单位时间内从金属表面逸出的光电子数将减少答案 D解析若能发生光电效应，发生光电效应的时间与光的强度无关，故A错误．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，频率保持不变，可知仍然可以发生光电效应，根据光电效应方程E km ＝hν－W 0知，光电子的最大初动能不变，故B 、C 错误．入射光的强度减弱，则入射光单位时间射出的光电子的数目减少，单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将减少，故D 正确．针对训练3 (多选)已知能使某金属产生光电效应的截止频率为νc ，则( )A ．当用频率为2νc 的单色光照射该金属时，一定能产生光电子B ．当用频率为2νc 的单色光照射该金属时，所产生的光电子的最大初动能为hνcC ．当入射光的频率ν大于νc 时，若ν增大，则逸出功增大D ．当入射光的频率ν大于νc 时，若ν增大一倍，则光电子的最大初动能也增大一倍 答案 AB解析 因入射光的频率大于或等于截止频率时会产生光电效应，所以A 正确；因为金属的截止频率为νc ，所以逸出功W 0＝hνc ，再由E k ＝hν－W 0得，E k ＝2hνc －hνc ＝hνc ，B 正确；因为逸出功是光电子恰好逸出时需要做的功，对于同种金属是恒定的，故C 错误；由E k ＝hν－W 0＝hν－hνc ＝h (ν－νc )可得，当ν增大一倍时：E k ′E k ＝2ν－νc ν－νc≠2，故D 错误. 1.(光电效应现象的理解)(多选)如图3所示，用弧光灯照射擦得很亮的锌板，验电器指针张开一个角度，则下列说法中正确的是( )图3A ．用紫外线照射锌板，验电器指针会发生偏转B ．用红光照射锌板，验电器指针一定会发生偏转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答案 AD2．(光电效应规律的理解)(多选)现用某一光电管进行光电效应实验，当用某一频率的光照射时，有光电流产生．下列说法正确的是( )A ．保持入射光的频率不变，入射光的光强变大，饱和光电流变大B ．入射光的频率变高，饱和光电流变大C ．入射光的频率变高，光电子的最大初动能变大D ．保持入射光的光强不变，不断减小入射光的频率，始终有光电流产生答案 AC解析 在发生光电效应时，饱和光电流大小由光照强度来决定，与频率无关，光照强度越大饱和光电流越大，因此A 正确，B 错误；根据E k ＝hν－W 0可知，对于同一光电管，逸出功W 0不变，当频率变高时，最大初动能E k 变大，因此C 正确；由光电效应规律可知，当频率低于截止频率时无论光照强度多大，都不会有光电流产生，因此D 错误．3．(光电效应方程的简单应用)某种单色光的频率为ν，用它照射某种金属时，在逸出的光电子中动能最大值为E k ，则这种金属的逸出功和截止频率分别是( )A ．hν－E k ，ν－E k hB ．E k －hν，ν＋E k hC ．hν＋E k ，ν－h E kD ．E k ＋hν，ν＋h E k答案 A 解析 根据光电效应方程得，W 0＝hν－E k ，根据W 0＝hνc 知截止频率νc ＝W 0h ＝ν－E k h. 考点一 光电效应的理解1．关于光电效应现象，下列说法中正确的是( )A ．只有入射光的波长大于该金属的极限波长，光电效应才能发生B ．光电子的最大初动能跟入射光的强度成正比C ．发生光电效应的时间一般都大于10－7 sD ．保持入射光频率不变，发生光电效应时，单位时间内从金属内逸出的光电子数与入射光的强度成正比答案 D解析 由ε＝hν＝h c λ知，当入射光波长大于极限波长时，不能发生光电效应，A 错；由E k ＝hν－W 0知，最大初动能与入射光频率有关，与入射光的强度无关，B 错；发生光电效应的时间一般不超过10－9 s ，C 错．2．(多选)在光电效应实验中，用频率为ν的光照射光电管阴极，发生了光电效应，下列说法正确的是( )A ．增大入射光的强度，光电流增大B ．减小入射光的强度，光电效应现象消失C ．改用频率低于ν的光照射，一定不发生光电效应D ．改用频率高于ν的光照射，光电子的最大初动能变大答案 AD解析增大入射光的强度，单位时间内发射的光电子数增加，则光电流增大，选项A正确；光电效应能否发生与照射光频率有关，与照射光强度无关，选项B错误；改用频率较低的光照射时，如果光的频率仍大于等于截止频率，则仍会发生光电效应，否则，不能发生光电效应，选项C错误；光电子的最大初动能E k＝hν－W0，故改用频率高于ν的光照射，光电子的最大初动能变大，选项D正确．3．(2018·牡丹江一中高二期末)用一束紫外线照射某金属时不能产生光电效应，可能使该金属产生光电效应的措施是()A．改用频率更小的紫外线照射B．延长原紫外线的照射时间C．改用X射线照射D．改用强度更大的原紫外线照射答案 C解析用一束紫外线照射某金属时不能产生光电效应，可知该紫外线的频率小于该金属的截止频率，要能发生光电效应，需改用频率更大的光照射(如X射线)．能否发生光电效应与入射光的强度和照射时间无关，故C正确．4.(多选)(2018·承德市高二检测)如图1所示为一真空光电管的应用电路，其阴极金属材料的截止频率为4.5×1014Hz，则以下判断正确的是()图1A．发生光电效应时，电路中光电流的饱和值取决于入射光的频率B．发生光电效应时，电路中光电流的饱和值取决于入射光的强度C．用λ＝0.5 μm的光照射光电管时，电路中有光电流产生D．光照射时间越长，电路中的光电流越大答案BC解析在光电管中若发生了光电效应，单位时间内发射光电子的数目只与入射光的强度有关，光电流的饱和值只与单位时间内发射光电子的数目有关，即只与入射光的强度有关，据此可判断A、D错误，B正确；波长λ＝0.5 μm的光子的频率ν＝cλ＝3×1080.5×10－6Hz＝6×1014Hz>4.5×1014Hz，可发生光电效应，电路中有光电流产生，所以C正确．考点二光子说、光电效应方程5.如图2，用一定频率的单色光照射光电管时，电流表指针会发生偏转，则()图2A．电源右端应为正极B．流过电流表G的电流大小取决于入射光的频率C．流过电流表G的电流方向是a流向bD．普朗克解释了光电效应并提出光子能量ε＝hν答案 C解析发生光电效应时，电子从光电管右端运动到左端，电流的方向与电子定向移动的方向相反，所以流过电流表G的电流方向是a流向b；光电管两端可能是正向电压也可能是反向电压，所以电源右端可能为正极，也可能为负极；流过电流表G的电流大小取决于入射光的强度，与入射光的频率无关；爱因斯坦解释了光电效应并提出光子能量ε＝hν. 6．(2019·宝鸡市质检)分别用a、b、c三种颜色的光照射某金属板，当用b光照射时，发现从金属表面有光电子逸出，已知三种光的波长关系是λa<λb<λc，则下列判断正确的是() A．用c光照射这个金属板时，一定不会有光电子逸出B．用a光照射这个金属板时，可能没有光电子逸出C．b光的照射强度越强，相同时间内从金属表面逸出的光电子数目就会越多D．b光的照射强度越强，从金属表面逸出的光电子的动能就会越大答案 C解析已知三种光的波长关系为λa<λb<λc，则由λ＝cν可知，频率关系为νa>νb>νc，已知用b光照射某金属板时，能发生光电效应，则用c光照射这个金属板时，可能发生光电效应，用a光照射这个金属板时，一定能发生光电效应，故A、B错误；相同时间内从金属表面逸出的光电子数目与入射光的强度有关，b光的照射强度越强，相同时间内从金属表面逸出的光电子数目就会越多，故C正确；根据光电效应方程：E k＝hν－W0可知，逸出的光电子的最大初动能与光的强度无关，故D错误．7.如图3所示，当开关S断开时，用光子能量为2.5 eV的一束光照射阴极K，发现电流表读数不为零．合上开关，调节滑动变阻器，发现当电压表读数小于0.6 V时，电流表读数仍不为零，当电压表读数大于或等于0.6 V时，电流表读数为零．由此可知阴极材料的逸出功为()图3A．1.9 eVB．0.6 eVC．2.5 eVD．3.1 eV答案 A解析由题意知光电子的最大初动能为E k＝eU c＝0.6 eV所以根据光电效应方程E k＝hν－W0可得W0＝hν－E k＝(2.5－0.6) eV＝1.9 eV.。
人教版物理选修3-5全册导学案(共62页)
人教版物理选修3-5导学案【课题】§16．1 实验：探究碰撞中的不变量导学案【学习目标】备课人：赵炳东（1）明确探究碰撞中的不变量的基本思路；（2）掌握同一条直线上运动的两个物体碰撞前后的速度的测量方法；（3）掌握实验数据处理的方法。
【自主探究】1.光滑桌面上有1、2两个小球。
1球的质量为0.3Kg，以8m/s的速度跟质量为0.1kg的静止的2球碰撞，碰撞后2球的速度变为9m/s，1球的速度变为5m/s，方向与原来相同。
根据这些数据，以上两项猜想是否成立：（1）通过计算说明，碰撞后是否是1球把速度传给了2球？（2）通过计算说明，碰撞后是否是1球把动能传给了2球？（3）请根据实验数据猜想在这次碰撞中什么物理量不变，通过计算加以验证。
6．水平光滑桌面上有A、B两个小车，质量分别是0．6k g和0．2kg．A车的车尾拉着纸带，A车以某一速度与静止的B车发生一维碰撞，碰后两车连在一起共同向前运动．碰撞前后打点计时器打下的纸带如图所示．根据这些数据，请猜想：把两小车加在一起计算，有一个什么物理量在碰撞前后是相等的?【典型例题】A、B两滑块在同一光滑的水平直导轨上相向运动发生碰撞(碰撞时间极短)。
用闪光照相，闪光4次摄得的闪光照片如下图所示。
已知闪光的时间间隔为Δt，而闪光本身持续时间极短，在这4次闪光的瞬间，A、B两滑块均在0-80cm刻度范围内，且第一次闪光时，滑块A 恰好通过x=55cm处，滑块B恰好通过x=70cm处，问：(1)碰撞发生在何处? (2)碰撞发生在第一次闪光后多长时间?(3)设两滑块的质量之比为m A：m B=2：3，试分析碰撞前后两滑块的质量与速度乘积之和是否相等?【问题思考】在探究碰撞中的不变量时，你认为在计算时怎样对待速度的方向？【针对训练】1．在“探究碰撞中的不变量”的实验中，为了顺利地完成实验，入射球质量为m1，被碰球质量为m2，二者关系应是( )A．m1>m2 B．m1=m2 C． m1<m2 D．以上三个关系都可以2两球相向运动，发生正碰，碰撞后两球均静止，于是可以断定，在碰撞以前 ( ) A．两球的质量相等 B．两球的速度大小相同C．两球的质量与速度的乘积之和的大小相等 D．以上都不能断定，3．在“探究验证”的实验一中，若绳长L，球1、2分别由偏角α和β静止释放，则在最低点碰撞前的速度大小分别为________、_________。
高中物理选修3-5导学案第十七章 1
1能量量子化[学科素养与目标要求]物理观念：1.了解黑体、热辐射和黑体辐射的概念，了解黑体辐射的规律.2.了解能量子的概念，了解宏观物体和微观粒子的能量变化特点．科学态度与责任：1.了解能量子概念的提出过程，体会物理学发展的艰辛.2.了解科学家探索微观世界规律的方法，培养热爱科学的科学态度与责任．一、黑体与黑体辐射1．热辐射(1)定义：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，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．3．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．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＝6.626×10－34 J·s(一般取h＝6.63×10－34 J·s)．3．能量的量子化：微观粒子的能量是量子化的，或者说微观粒子的能量是分立的．判断下列说法的正误．(1)黑体一定是黑色的物体．(×)(2)能吸收各种电磁波而不反射电磁波的物体叫黑体．(√)(3)温度越高，黑体辐射电磁波的强度越大．(√)(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．(√)(5)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，与材料的种类及表面状况无关．(√)一、黑体与黑体辐射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1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．图12．一般物体与黑体的比较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2所示．图2例1热辐射是指所有物体都要向外辐射电磁波的现象．辐射强度指垂直于电磁波方向的单位面积在单位时间内所接收到的辐射能量．在研究同一物体在不同温度下向外辐射的电磁波的波长与其辐射强度的关系时，得到如图3所示的图线，图中横轴λ表示电磁波的波长，纵轴Mλ表示某种波长的电磁波的辐射强度，则由Mλ－λ图线可知，同一物体在不同温度下()图3A．向外辐射同一波长的电磁波的辐射强度相同B．向外辐射的电磁波的波长范围是相同的C．向外辐射的电磁波的总能量随温度升高而减小D．辐射强度的极大值随温度升高而向波长较短的方向移动答案 D解析由Mλ－λ图线可知，对于同一物体，随着温度的升高，一方面，各种波长电磁波的辐射强度都有所增加，向外辐射的电磁波的总能量增大；另一方面，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，波长范围增大．选项D正确，A、B、C错误．提示熟记黑体辐射的实验规律并结合图线变化分析判断此类问题．由辐射强度随波长的变化关系图象可知，温度升高时各种波长的辐射强度都有增加，且辐射强度的极大值向波长较短的方向移动．针对训练1关于对黑体的认识，下列说法正确的是()A．黑体不仅能吸收电磁波，也能反射电磁波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．以上均不对答案 C解析黑体只能吸收电磁波，不能反射电磁波，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C正确，B、D错误．针对训练2(2019·辛集中学期中)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，黑体辐射的强度与波长的关系：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．由此规律可知应选A.二、能量子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＝hνν是电磁波的频率，h是一个常量，后人称之为普朗克常量，其值为h＝6.626×10－34 J·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.对能量量子化的理解(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．例2(多选)对于带电微粒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解析带电微粒辐射或吸收能量时是以最小能量值——能量子ε为单位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错误．例3 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个绿光的光子射入瞳孔，眼睛就能察觉．普朗克常量为6.63×10－34J·s ，光速为3×108 m/s ，则人眼能察觉到绿光时所接收到的最小功率约是( ) A ．2.3×10－18W B ．3.8×10－19W C ．7.0×10－10W D ．1.2×10－18W答案 A解析 察觉到绿光所接收的最小功率P ＝Et ，因只要每秒有6个绿光的光子射入瞳孔，眼睛就能察觉，所以式中E ＝6ε，又ε＝hν＝h cλ，可解得P ＝6×6.63×10－34×3×1081×530×10－9 W ≈2.3×10－18 W.提示解决此类题目的关键是熟练掌握ε＝hν和c＝λν及E＝nε＝Pt等公式．针对训练3“神光Ⅱ”装置是高功率固体激光系统，利用它可获得能量为2 400 J、波长λ为0.35 μm的紫外激光，已知普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，光速c＝3.0×108 m/s，则该紫外激光所含光子数为多少个？(结果保留两位有效数字)答案 4.2×1021个解析每个激光光子的能量为ε＝h cλ，该紫外激光中所含光子数为n＝Eε＝2 4006.63×10－34×3.0×1080.35×10－6个≈4.2×1021个．1．(黑体辐射的规律)(多选)黑体辐射的实验规律如图4所示，由图可知()图4A．随温度升高，各种波长的辐射强度都增加B．随温度降低，各种波长的辐射强度都增加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加，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．2．(对能量子的理解)(多选)关于对普朗克能量子假说的认识，下列说法正确的是() A．振动着的带电微粒的能量只能是某一能量值εB．带电微粒辐射或吸收的能量只能是某一最小能量值的整数倍C．能量子与电磁波的频率成正比D．这一假说与现实世界相矛盾，因而是错误的答案BC解析由普朗克能量子假说可知带电微粒辐射或吸收的能量只能是某一最小能量值的整数倍，A错误，B正确；能量子ε＝hν，与电磁波的频率ν成正比，C正确．3．(能量子的理解及ε＝hν的应用)二氧化碳能强烈吸收红外长波辐射，这种长波辐射的波长范围约是1.4×10－3～1.6×10－3m，相应的频率范围是________，相应的光子能量的范围是______________．(已知普朗克常量h＝6.6×10－34J·s，真空中的光速c＝3.0×108m/s.结果取两位有效数字)答案 1.9×1011～2.1×1011Hz 1.3×10－22～1.4×10－22J解析 由c ＝λν得ν＝c λ，则求得频率范围为1.9×1011～2.1×1011Hz.又由ε＝hν得能量范围为1.3×10－22～1.4×10－22J.一、选择题考点一黑体辐射的理解和应用1．关于对热辐射的认识，下列说法中正确的是()A．热的物体向外辐射电磁波，冷的物体只吸收电磁波B．温度越高，物体辐射的电磁波越强C．辐射强度按波长的分布情况只与物体的温度有关，与材料种类及表面状况无关D．常温下我们看到的物体的颜色就是物体辐射电磁波的颜色答案 B解析一切物体都不停地向外辐射电磁波，且温度越高，辐射的电磁波越强，对于一般材料的物体，辐射强度按波长的分布除与物体的温度有关外，还与材料的种类和表面状况有关；常温下看到的物体的颜色是反射光的颜色．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，A对．3．(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知，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，他认为辐射或吸收的能量是一份一份的，每一份是一个能量子，黑体辐射实质上是电磁辐射，故C、D正确．4.(多选)在实验室或工厂的高温炉子上开一小孔，小孔可看做黑体，由小孔的热辐射特性，就可以确定炉内的温度．如图1所示就是黑体的辐射强度与波长的关系图象，则下列说法正确的是()图1A．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解析黑体辐射的强度按波长的分布只与温度有关，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．从题图中可以看出，λ1<λ2，T1>T2，本题正确选项为A、D.5．红外线热像仪可以监测人的体温，被测者从仪器前走过，便可知道他的体温是多少，关于其中原理，下列说法正确的是()A．人的体温会影响周围空气温度，仪器通过测量空气温度便可知道人的体温B ．仪器发出的红外线遇人反射，反射情况与被测者的温度有关C ．被测者会辐射红外线，辐射强度以及按波长的分布情况与温度有关，温度高时辐射强且较短波长的成分多D ．被测者会辐射红外线，辐射强度以及按波长的分布情况与温度有关，温度高时辐射强且较长波长的成分多答案 C解析 根据辐射规律可知，随着温度的升高，各种波长的辐射强度都增加；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．人的体温的高低，直接决定了这个人辐射的红外线的频率和强度，通过监测被测者辐射的红外线的情况就可知道这个人的体温，C 正确． 考点二 能量子的理解和应用6．普朗克在1900年将“能量子”引入物理学，开创了物理学的新纪元．在下列宏观概念中，具有“量子化”特征的是( )A ．人的个数B ．物体所受的重力C ．物体的动能D ．物体的长度 答案 A解析 依据普朗克量子化观点，能量是不连续的，是一份一份地变化的，属于“不连续的，一份一份”特征的是A 选项，故A 正确，B 、C 、D 错误．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 ．h c λB.h λC.c hλD ．以上均不正确 答案 A解析 由波速公式c ＝λν可得：ν＝c λ，由光的能量子公式得ε＝hν＝h c λ，故选项A 正确． 8．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能量子数为( )A.λP hcB.hP λcC.cPλhD ．λPhc 答案 A9．能引起人的眼睛视觉效应的最小能量为10－18 J ，已知可见光的平均波长约为0.6 μm ，普朗克常量h ＝6.63×10－34 J·s ，则进入人眼的能量子数大约为( )A ．1个B ．3个C ．30个D ．300个答案 B解析 可见光的平均频率ν＝c λ， 能量子的平均能量为ε＝hν，引起视觉效应时E ＝nε，联立可得n ≈3，B 正确．10．在自然界生态系统中，蛇与老鼠和其他生物通过营养关系构成食物链，在维持生态平衡方面发挥着重要作用．蛇是老鼠的天敌，它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λ.根据热辐射理论，λ与辐射源的绝对温度T 的关系近似为Tλ＝2.9×10－3 m·K ，则老鼠发出的最强的热辐射的波长为( )A ．7.8×10－5 mB ．9.4×10－6 mC ．1.1×10－4 mD ．9.7×10－8 m 答案 B解析 由Tλ＝2.9×10－3 m·K 可得，老鼠发出最强的热辐射的波长为λ＝2.9×10－3 m·K T＝2.9×10－3273＋37m ≈9.4×10－6 m ，B 正确． 二、非选择题11．某广播电台的发射功率为10 kW ，发射的是在空气中波长为187.5 m 的电磁波，则：(普朗克常量h ＝6.63×10－34 J·s ，光速c ＝3×108 m/s)(1)该电台每秒从天线发射多少个能量子？(2)若发射的能量子在以天线为球心的同一球面上的分布视为均匀的，求在离天线2.5 km 处，直径为2 m 的球状天线每秒接收的能量子数以及接收功率．答案 (1)9.4×1030个 (2)3.76×1023个 4×10－4 W解析 (1)每个能量子的能量ε＝hν＝hc λ＝6.63×10－34×3×108187.5 J ≈1.06×10－27 J 则每秒电台发射上述波长能量子数N ＝Pt ε≈9.4×1030个 (2)设球状天线每秒接收能量子数为n ，以电台发射天线为球心，则半径为R 的球面积S ＝4πR 2，而球状天线的有效接收面积S ′＝πr 2，所以n ＝N S ′S ＝N r 24R 2＝9.4×1030×124×(2.5×103)2个＝3.76×1023个＝3.76×1023×1.06×10－27 W≈4×10－4 W. 接收功率P收＝nεt。
高中物理选修3-5导学案第十七章 2(课时2)
2 光的粒子性(课时2)[学科素养与目标要求]物理观念：1.理解光电效应方程及其意义.2.了解康普顿效应及其意义，了解光子的动量． 科学思维：1.会用爱因斯坦光电效应方程分析有关问题.2.会用图象描述光电效应有关物理量之间的关系，能利用图象求最大初动能、截止频率和普朗克常量．一、光电效应方程E k ＝hν－W 0的应用1．光电效应方程的理解(1)E k 为光电子的最大初动能，与金属的逸出功W 0和光的频率ν有关．(2)若E k ＝0，则hν＝W 0，此时的ν即为金属的截止频率νc .2．光电效应现象的有关计算(1)最大初动能的计算：E k ＝hν－W 0＝hν－hνc ；(2)截止频率的计算：hνc ＝W 0，即νc ＝W 0h； (3)遏止电压的计算：－eU c ＝0－E k ，即U c ＝E k e ＝hν－W 0e.例1 在光电效应实验中，某金属的截止频率相对应的光的波长为λ0，该金属的逸出功为______．若用波长为λ(λ<λ0)的单色光做该实验，则其最大的初动能为______．(已知电子的电荷量、真空中的光速和普朗克常量分别为e 、c 和h )答案 hc λ0 hc (λ0－λ)λ0λ解析 由光电效应方程知，光电子的最大初动能E k ＝hν－W 0，其中金属的逸出功W 0＝hν0，又由c ＝λν知W 0＝hc λ0，用波长为λ的单色光照射时，其E k ＝hc λ－hc λ0＝hc λ0－λλ0λ. 针对训练1 用波长为2.0×10－7 m 的紫外线照射钨的表面，释放出来的光电子中最大的初动能是 3.7×10－19J.由此可知，钨的截止频率约为(普朗克常量h ＝6.63×10－34 J·s ，光速c ＝3.0×108 m/s)( )A ．5.5×1014HzB ．7.9×1014HzC ．9.4×1014HzD ．1.2×1015Hz答案 C 解析 由光电效应方程E k ＝hν－W 0，紫外线的频率为ν＝c λ，逸出功W 0＝hνc ，联立可得νc ＝c λ－E k h≈9.4×1014Hz ，故C 正确． 二、光电效应图象问题1．E k －ν图线如图1所示，为光电子最大初动能E k 随入射光频率ν的变化图线，由E k ＝hν－W 0知，横轴上的截距是阴极金属的截止频率νc ，纵轴上的截距是阴极金属的逸出功的负值－W 0，斜率是普朗克常量h .图12．I －U 图线如图2所示是光电流I 随光电管两极板间电压U 的变化曲线，图中 I m 为饱和光电流，U c 为遏止电压．图2说明：(1)由E k＝eU c和E k＝hν－W0知，同一色光，遏止电压相同，与入射光强度无关；不同色光，频率越大，遏止电压越大；(2)在入射光频率一定时，饱和光电流随入射光强度的增大而增大．例2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E k随入射光的频率ν变化的E k－ν图象，已知钨元素的逸出功为3.28 eV，锌元素的逸出功为3.34 eV，若将两者的图象分别用实线与虚线画在同一个E k－ν图上．则下图中正确的是()答案 A解析根据光电效应方程E k＝hν－W0可知E k－ν图象的斜率为普朗克常量h，因此图中两图线应平行，C、D错；横轴的截距表示恰能发生光电效应(光电子最大初动能为零)时的入射光的频率即截止频率．由光电效应方程可知，逸出功越大的金属对应的截止频率越大，则知能使金属锌发生光电效应的截止频率较大，A对，B错．处理图象问题时要理解图象的物理意义，写出图象所对应的函数关系式，明确斜率和截距的物理意义.针对训练2(多选)(2018·张家口市高二下期末)如图3，直线为光电子最大初动能与入射光频率的关系，已知直线的纵、横截距分别为－a、b，电子电荷量为e，下列表达式正确的是()图3A ．普朗克常量h ＝b aB ．金属的截止频率νc ＝bC ．金属的逸出功W 0＝aD ．若入射光频率为2b ，则光电子的初动能一定为a答案 BC解析 根据光电效应方程E k ＝hν－W 0＝hν－hνc 知光电子的最大初动能E k 与入射光频率ν成线性关系，E k －ν图线的斜率表示普朗克常量，根据图线斜率可得出普朗克常量h ＝a b，逸出功W 0＝a .横轴截距表示最大初动能为零时的入射光频率，此时的频率等于金属的截止频率b ，故B 、C 正确，A 错误；据光电效应方程可知，入射光频率为2b 时，最大初动能为：h ·2b －a ＝a ，并非光电子的初动能一定为a ，故D 错误．例3(多选)在如图4所示的光电管的实验中(电源正、负极可以对调)，用同一光电管得到了三条可见光的光电流与电压之间的关系曲线(图中的甲光、乙光、丙光)．下列说法中正确的有()图4A．只要电流表中有电流通过，光电管中就发生了光电效应B．同一光电管对不同颜色的单色光有各自不同的截止频率C．电流表G的电流方向可以是a流向b、也可以是b流向aD．由于甲光和乙光有共同的U c2，可以确定甲光和乙光是同一种色光答案AD解析由题图可知，只要电流表中有电流，则有光电子通过电流表，因此一定会发生光电效应，故A正确；同一金属，截止频率是相同的，故B错误；由光电管结构可知，光电子由右向左运动，则电流方向是从左向右，即a流向b，故C错误；根据eU c＝E k＝hν－W0，入射光的频率越高，对应的遏止电压U c越大，甲光、乙光的遏止电压相等，所以甲光、乙光的频率相等，即为同种光，故D正确．三、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的现象．2．康普顿效应：康普顿在研究石墨对X射线的散射时，发现在散射的X射线中，除了与入射波长λ0相同的成分外，还有波长大于λ0的成分，这个现象称为康普顿效应．3．康普顿效应的解释假定光子与电子发生弹性碰撞，按照爱因斯坦的光子说，一个光子不仅具有能量E＝hν，而且还有动量．如图5所示．这个光子与静止的电子发生弹性碰撞，光子把部分能量转移给了电子，能量由hν减小为hν′，因此频率减小，波长增大．同时，光子还使电子获得一定的动量．这样就圆满地解释了康普顿效应．图54．康普顿效应的意义康普顿效应进一步揭示了光的粒子性，也再次证明了爱因斯坦光子说的正确性．例4科学研究证明，光子既有能量也有动量，当光子与电子碰撞时，光子的一些能量转移给了电子．假设光子与电子碰撞前的波长为λ，碰撞后的波长为λ′，则碰撞过程中()A．能量守恒，动量守恒，且λ＝λ′B．能量不守恒，动量不守恒，且λ＝λ′C．能量守恒，动量守恒，且λ<λ′D．能量守恒，动量守恒，且λ>λ′答案 C解析能量守恒和动量守恒是自然界的普遍规律，既适用于宏观世界也适用于微观世界．光，当光子与子与电子碰撞时遵循这两个守恒定律，光子与电子碰撞前光子的能量ε＝hν＝h cλ电子碰撞时，光子的一些能量转移给了电子，光子的能量ε′＝hν′＝h c，由ε>ε′，可知λ′λ<λ′，选项C正确．提示光子不仅具有能量E＝hν，而且还具有动量，光子与物质中的微粒碰撞时要遵守能量守恒定律和动量守恒定律.1．(康普顿效应)白天的天空各处都是亮的，是大气分子对太阳光散射的结果．美国物理学家康普顿由于在这方面的研究而荣获了1927年的诺贝尔物理学奖．假设一个运动的光子和一个静止的自由电子碰撞以后，电子向某一个方向运动，光子沿另一方向散射出去，则这个散射光子跟原来的光子相比()A．频率变大B．速度变小C．光子能量变大D．波长变长答案 D解析光子与电子碰撞时，遵守动量守恒定律和能量守恒定律，自由电子被碰前静止，被碰后动量、能量增加，所以光子的动量、能量减小，由E＝hν知，频率变小，波长变长，故选项D正确．2．(光电效应的图象)(2019·鹤壁市高二下质检)用三种不同的单色光照射同一金属做光电效应实验，得到的光电流与电压的关系如图6所示，则下列说法正确的是()图6A．单色光A和B是颜色相同、强度不同的光B．单色光A的频率大于单色光C的频率C．单色光A的遏止电压大于单色光C的遏止电压D．A光对应的光电子最大初动能大于C光对应的光电子最大初动能答案 A解析由题图可知，单色光A和单色光B的遏止电压相同，所以它们是同一色光，相同电压时，单色光A对应的光电流更大，说明单位时间内照射的光电子数更多，即单色光A更强，故A正确；根据eU c＝E k＝hν－W0，可知入射光的频率越高，对应的遏止电压U c越大，由题图可知单色光C的遏止电压大于单色光A的遏止电压，故单色光C的频率大于单色光A的频率，则单色光C对应的光电子的最大初动能大于单色光A对应的光电子的最大初动能，故B、C、D错误．3．(光电效应方程的应用)(2018·邢台市期末)若能量为E0的光子射到某金属表面时，从金属表面逸出的光电子的最大初动能为E，则能量为2E0的光子射到该金属表面时，逸出的光电子的最大初动能为()A．E0＋E B．E0－EC．2E D．2E0－E答案 A解析设该金属的逸出功为W0，若用能量为E0的光子射到该金属表面时，产生光电子的最大初动能为E，根据光电效应方程知：E＝E0－W0；改用能量为2E0的光子射到该金属表面时，金属的逸出功不变，逸出的光电子的最大初动能为E k ＝2E 0－W 0＝E 0＋E ，故A 正确． 4．(光电效应方程的应用)(2018·鹤壁市高二下质检)1916年，美国著名实验物理学家密立根，完全肯定了爱因斯坦的光电效应方程，并且测出了当时最精确的普朗克常量h 的值，从而赢得1923年度诺贝尔物理学奖．若用如图7甲所示的实验装置测量某金属的遏止电压U c 与入射光频率ν，作出如图乙所示的U c －ν图象，电子电荷量e ＝1.6×10－19C ，则下列说法正确的是( )图7A ．图甲中电极A 连接电源的正极B ．普朗克常量约为6.64×10－34J·sC ．该金属的截止频率为5.0×1014 HzD ．该金属的逸出功约为6.61×10－19J答案 C解析 电子从K 极出来，在电场力的作用下做减速运动，所以电场线的方向向右，所以A 极接电源负极，故A 错；由爱因斯坦光电效应方程得：E k ＝hν－W 0，电子在电场中做减速运动，由动能定理可得：－eU ＝0－E k ，解得U ＝hνe －W 0e .由题图可知，金属的截止频率等于νc ＝5.0×1014Hz ，图象的斜率代表了k ＝he ，结合数据解得：h ≈6.61×10－34 J·s ，故B 错误，C 正确；金属的逸出功W 0＝hνc ＝6.61×10－34×5.0×1014 J ＝3.31×10－19 J ，故D 错误．一、选择题考点一 光电效应方程的应用1．分别用波长为λ和23λ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( ) A.hc 2λ B.3hc 2λ C.3hc 4λ D.2hλc 答案 A解析 根据光电效应方程得E k1＝h cλ－W 0①E k2＝h c23λ－W 0②又E k2＝2E k1③联立①②③得W 0＝hc2λ，A 正确．2．(2018·全国卷Ⅱ)用波长为300 nm 的光照射锌板，电子逸出锌板表面的最大初动能为1.28×10－19J ．已知普朗克常量为6.63×10－34J·s ，真空中的光速为3.00×108 m·s －1.能使锌产生光电效应的单色光的最低频率约为( ) A ．1×1014 Hz B ．8×1014 Hz C ．2×1015 Hz D ．8×1015 Hz答案 B解析 设单色光的最低频率为ν0，由E k ＝hν－W 0知 E k ＝hν1－W 0,0＝hν0－W 0，又知ν1＝c λ整理得ν0＝c λ－E kh，解得ν0≈8×1014 Hz.3．(2018·贵港高中期中检测)某同学采用如图1所示的实验装置来研究光电效应现象．当用某单色光照射光电管的阴极K 时，会发生光电效应现象．闭合开关S ，在阳极A 和阴极K 之间加上反向电压，通过调节滑动变阻器的滑片逐渐增大电压，直至电流计中电流恰为零，此电压表的电压值U 称为遏止电压，根据遏止电压，可以计算出光电子的最大初动能E k .现分别用频率为ν1和ν2的单色光照射阴极，测量到遏止电压分别为U 1和U 2，设电子质量为m 、电荷量为e ，则下列关系式中错误的是( )图1A ．用频率为ν1的单色光照射阴极K 时，光电子的最大初速度v 1m ＝2eU 1mB ．阴极K 金属的逸出功W 0＝hν1－eU 1C ．阴极K 金属的截止频率νc ＝U 2ν1－U 1ν2U 1－U 2D ．普朗克常量h ＝e (U 1－U 2)ν1－ν2答案 C解析 由eU 1＝12m v 1m 2，可知v 1m ＝2eU 1m，故A 正确；由光电效应方程，可得E k ＝hν1－W 0，又eU 1＝E k ，可得W 0＝hν1－E k ＝hν1－eU 1，故B 正确；根据W 0＝hνc 得νc ＝W 0h ＝ν1－eU 1h＝ν2－eU 2h ，解得νc ＝U 2ν1－U 1ν2U 2－U 1，h ＝e (U 1－U 2)ν1－ν2，故C 错误，D 正确．考点二 光电效应的图象问题4．(多选)(2018·齐齐哈尔八中高二下期中)如图2是某金属在光的照射下，光电子的最大初动能E k与入射光频率ν的关系图象．由图象可知()图2A．该金属的逸出功等于hνcB．从金属表面逸出的光电子的最大初动能与入射光的频率成正比C．入射光的频率为2νc时，产生的光电子的最大初动能为ED．相同频率的光照射到不同的金属上，逸出功越大，出射的光电子最大初动能越小答案ACD解析根据E k＝hν－W0得，金属的截止频率等于νc，纵轴截距的绝对值等于金属的逸出功，逸出功等于E，则E＝W0＝hνc，故A正确；根据E k＝hν－W0，可知从金属表面逸出的光电子的最大初动能与入射光的频率不是成正比关系，故B错误；根据E k′＝2hνc－W0，而E＝W0＝hνc，故E k′＝hνc＝E，故C正确；根据E k＝hν－W0，可知相同频率的光照射到不同的金属上，逸出功越大，出射的光电子最大初动能越小，故D正确．5.(2018·宾阳中学期末)用频率为ν0的光照射某种金属发生光电效应，测出光电流I随电压U 的变化图象如图3所示，已知普朗克常量为h，电子的带电荷量为e，下列说法中正确的是()图3A ．入射光越强，光电子的能量越高B ．光电子的最大初动能为hν0C ．该金属的逸出功为hν0－eU cD ．用频率为eU ch 的光照射该金属时不可能发生光电效应答案 C解析 由光电效应方程E k ＝hν－W 0，可知光电子的最大初动能与入射光的频率有关，而与入射光的强度无关，A 、B 错．由题图知遏止电压为U c ，根据eU c ＝E k ＝hν0－W 0，所以W 0＝hν0－eU c ，C 正确．若入射光的频率为eU ch ，此时光子的能量为eU c ，但不能确定eU c 与W 0之间的大小关系，也就不能确定是否能发生光电效应，D 错．6．(2018·孝感八校高二下期末联考)实验得到金属钙的光电子的最大初动能E k 与入射光频率ν的关系如图4所示．下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( )图4A.如用金属钨做实验得到的E k－ν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 k－ν图线也是一条直线，其斜率比图中直线的斜率大C．如用金属钨做实验，当入射光的频率ν＜νc时，可能会有光电子逸出D．如用金属钠做实验得到的E k－ν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 k1答案 D解析由光电效应方程E k＝hν－W0可知E k－ν图线是直线，且斜率相同，A、B项错；如用金属钨做实验，当入射光的频率ν<νc时，不可能会有光电子逸出，故C错误；如用金属钠做实验得到的E k－ν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)，由于钠的逸出功小于钙的逸出功，则E k2<E k1，故D正确．7．(多选)(2019·通榆一中期中)如图5所示是用光照射某种金属时逸出的光电子的最大初动能随入射光频率的变化图线，普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，电子电荷量e＝1.6×10－19C，由图可知()图5A ．该金属的截止频率为4.27×1014HzB ．该金属的截止频率为5.5×1014HzC ．该图线的斜率表示普朗克常量D ．该金属的逸出功约为1.77 eV 答案 ACD解析 由光电效应方程E k ＝hν－W 0可知图线的横截距表示该金属的截止频率，νc ＝4.27×1014Hz ，故A 正确，B 错误；由光电效应方程E k ＝hν－W 0可知，该图线的斜率表示普朗克常量，故C 正确；该金属的逸出功W 0＝hνc ＝6.63×10－34×4.27×10141.6×10－19eV ≈1.77 eV ，故D 正确．8．(多选)在光电效应实验中，波长为λ1的光恰好能使金属P 发生光电效应，波长为λ2的光恰好能使金属Q 发生光电效应，已知波长λ1>λ2，下列选项A 、B 是两种金属的光电子最大初动能E k 与入射光频率ν的关系图象；选项C 、D 是用甲光照射金属P 、乙光照射金属Q 的光电流I 与光电管两端电压U 的关系图象，已知甲、乙两束光的频率ν甲>ν乙，则下列选项中正确的是( )答案AD解析根据光电效应方程E k＝hν－W0知，E k－ν图线的斜率表示普朗克常量，横截距表示最大初动能为零时的入射光频率，已知波长λ1>λ2，所以ν1<ν2，因此Q的横截距大，A正确，B错误；光电流I与光电管两端电压U的关系图象与电压轴的交点表示遏止电压，因eU c＝hν－hνc，由于两束光的频率ν甲>ν乙，所以P的遏止电压大，故C错误，D正确．二、非选择题9.(2018·抚顺六校高二下期末)如图6所示，光电管的阴极K是用极限波长为λ0＝5.0×10－7m 的钠制成．现用波长为λ＝3.0×10－7m的紫外线照射阴极K，当光电管阳极A和阴极K之间的电压U＝2.1 V时，光电流达到最大值I m＝0.56 μA.已知元电荷的电荷量e＝1.60×10－19C，普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，光速c＝3×108 m/s.求：图6(1)每秒内由阴极K 发射的光电子数目n ；(2)电子到达阳极A 时的最大初动能E km ；(保留三位有效数字)(3)该紫外线照射下阴极的遏止电压U c .(保留三位有效数字) 答案 (1)3.5×1012个 (2)6.01×10－19 J(或3.76 eV) (3)1.66 V解析 (1)光电流达到最大值时I m ＝q t，又q ＝ne ，其中t ＝1 s ，解得n ＝3.5×1012个 (2)设光电子从阴极K 逸出时的最大初动能为E km0由光电效应方程有E km0＝h c λ－h c λ0由动能定理得E km ＝E km0＋Ue解得E km ≈6.01×10－19 J(或3.76 eV)(3)由eU c ＝E km0可得U c ≈1.66 V.。
人教版高中物理选修3-5全套教案(人教版)
16．1 实验：探究碰撞中的不变量★新课标要求（一）知识与技能1、明确探究碰撞中的不变量的基本思路．2、掌握同一条直线上运动的两个物体碰撞前后的速度的测量方法．3、掌握实验数据处理的方法．（二）过程与方法1、学习根据实验要求，设计实验，完成某种规律的探究方法。
2、学习根据实验数据进行猜测、探究、发现规律的探究方法。
（三）情感、态度与价值观1、通过对实验方案的设计，培养学生积极主动思考问题的习惯，并锻炼其思考的全面性、准确性与逻辑性。
2、通过对实验数据的记录与处理，培养学生实事求是的科学态度，能使学生灵活地运用科学方法来研究问题，解决问题，提高创新意识。
3、在对实验数据的猜测过程中，提高学生合作探究能力。
4、在对现象规律的语言阐述中，提高了学生的语言表达能力，还体现了各学科之间的联系，可引伸到各事物间的关联性，使自己溶入社会。
★教学重点碰撞中的不变量的探究★教学难点实验数据的处理．★教学方法教师启发、引导，学生自主实验，讨论、交流学习成果。
★教学用具：投影片，多媒体辅助教学设备；完成该实验实验室提供的实验器材，如气垫导轨、滑块等★课时安排1 课时★教学过程（一）引入新课课件演示：（1）台球由于两球碰撞而改变运动状态。
（2）微观粒子之间由于相互碰撞而改变状态，甚至使得一种粒子转化为其他粒子．师：碰撞是日常生活、生产活动中常见的一种现象，两个物体发生碰撞后，速度都发生变化．师：两个物体的质量比例不同时，它们的速度变化也不一样．师：物理学中研究运动过程中的守恒量具有特别重要的意义，本节通过实验探究碰撞过程中的什么物理量保持不变（守恒）．（二）进行新课1．实验探究的基本思路1．1 一维碰撞师：我们只研究最简单的情况——两个物体碰撞前沿同一直线运动，碰撞后仍沿同一直线运动．这种碰撞叫做一维碰撞．课件：碰撞演示如图所示，A、B是悬挂起来的钢球，把小球A拉起使其悬线与竖直线夹一角度a，放开后A球运动到最低点与B球发生碰撞，碰后B球摆幅为β角．如两球的质量m A=m B，碰后A球静止，B球摆角β=α，这说明A、B两球碰后交换了速度；如果m A >m B ，碰后A 、B 两球一起向右摆动； 如果m A <m B ，碰后A 球反弹、B 球向右摆动． 师：以上现象可以说明什么问题？结论：以上现象说明A 、B 两球碰撞后，速度发生了变化，当A 、B 两球的质量关系发生变化时，速度变化的情况也不同．1．2 追寻不变量师：在一维碰撞的情况下与物体运动有关的量只有物体的质量和物体的速度． 设两个物体的质量分别为m 1、m 2，碰撞前它们速度分别为v 1、v 2，碰撞后的速度分别为1v '、2v '． 规定某一速度方向为正．碰撞前后速度的变化和物体的质量m 的关系，我们可以做如下猜测：（1）22112211v m v m v m v m '+'=+ （2）222211222211v m v m v m v m '+'=+ （3）22112211m v m v m v m v '+'=+ 分析：①碰撞前后物体质量不变，但质量并不描述物体的运动状态，不是我们追寻的“不变量”．②必须在各种碰撞的情况下都不改变的量，才是我们追寻的不变量． 2．实验条件的保证、实验数据的测量2．1 实验必须保证碰撞是一维的，即两个物体在碰撞之前沿同一直线运动，碰撞之后还沿同一直线运动;2．2 用天平测量物体的质量；2．3 测量两个物体在碰撞前后的速度．师：测量物体的速度可以有哪些方法？生：讨论。
高中物理17.2 光的粒子性导学案 新人教版选修
高中物理17.2 光的粒子性导学案新人教版选修17、2 光的粒子性导学案新人教版选修3-5【学习目标】1、通过实验了解光电效应的实验规律。
2、知道爱因斯坦光电效应方程以及意义。
3、了解康普顿效应，了解光子的动量【重点、难点】重点：光电效应的实验规律难点：爱因斯坦光电效应方程以及意义【自主学习】一、光电效应定义：在照射下从物体发射出的现象，发射出来的电子叫做、二、光电效应的实验规律1、认识研究光电效应的电路图如右图，光线经窗口照在阴极K上，便有逸出光电子。
光电子在电场作用下形成。
2、光电效应的实验规律（1）存在饱和电流在上图的实验中，保持光照的条件不变，在初始电流较小的情况下，随着所加电压的增大，光电流，但是存在一个，即：光电流达到此值以后，即使增加电压，光电流也不再增加。
（2）存在遏止电压在上图的实验中，即使电压为0，光电流也不为，只有将所加电压反向的时候（在光电管间形成使电子减速的电场），光电流才可能为。
使光电流减小到0的反向电压称为，用符号表示。
遏止电压的存在表明：，初速度的上限应该满足关系：。
实验表明：对于一定颜色的光，遏止电压都是，与光照强度，这表明：光电子的能量只与有关，而与无关。
（3）存在截止频率实验还表明，当入射光的频率减小到某一数值νc时，即使不施加反向电压也没有光电流，这表明已经没有了，这个频率称为，也就是说当：入射光的频率小于时，将不发生光电效应。
（4）光电效应具有瞬时性当入射光频率超过截止频率νc 时，无论入射光怎样微弱，几乎在照到金属时产生光电流，这个时间不超过。
三、光电效应解释中的疑难按照经典电磁理论，对于光电效应该如何解释？还应得出如下的结论：（1）（2）（3）但是这些结论与观察到的现象不符，为了解释光电效应，爱因斯坦在能量子假说的基础上提出光子理论，提出了光量子假设。
四、爱因斯坦的光量子假设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组成的。
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【课题】§17.1、2 能量量子化光的粒子性导学案
【学习目标】
（1）了解黑体辐射，能量子的的概念及提出的科学过程。
(2)通过观察辐射图象培养学生观察能力，了解宏观物体和微观粒子的能量变化特点，体会量子论的建立深化了人们对于物质世界的认识。
(3)了解光电效应及其实验规律、康普顿效应及其意义，知道爱因斯坦光电效应方程及其意义。
【自主学习】
一、黑体与黑体辐射
1、热辐射：一切物体都在辐射________，这种辐射与物体的______有关，因此叫做热辐射。
2、黑体：能够完全吸收入射的各种________而不发生______物体叫做黑体。
3、黑体辐射：(1)黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的________ 有关。
(2)随温度的升高，各种波长的电磁波的辐射强度都有______；辐射强度的极大值向波长____的方向移动。
二、普朗克的能量量子化假说
1、能量量子化：黑体的空腔壁由大量振子（振动着的带电微粒）组成，其能量只能是某一最小能量值ε的______，并以这个最小能量值为单位________地辐射或吸收能量。
2、能量子：（1）定义：不可再分的最小能量值ε。
（2）关系式：ε=hν，ν是________；h 是__________常数，h=________。
三、光电效应现象及实验规律
1、光电效应现象：在光的照射下物体________的现象，发射出来的电子叫做__________。
2、光电效应的实验规律：（1）存在____电流。
在一定的光照条件下，随着所加电压的____，光电流趋于一个饱和值，入射光越强，饱和电流____，即入射光越强时，单位时间内发射的光电子数目______。
（2）存在着______电压和______频率。
只有施加______电压且达到某一值时才会使光电流为零，这一电压称为____电压，______电压的存在说明光电子具有一定的____。
（3）效应具有______。
当入射光频率超过截止频率ν0时，无论光怎样微弱，产生电流的时间不超过______，光电效应几乎是瞬时的。
3、使电子从金属中逸出所需做功的______叫做这种金属的逸出功，不同金属的逸出功____。
四、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，而且光本身就是由一个个不可分割的________组成的，这些能量子被称为____，频率为ν的光的能量子为hν。
2、光电效应方程：表达式：________或________。
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_________，剩下的表现为逸出后电子的________。
五、康普顿效应
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________的现象。
2、康普顿效应：在光的散射中，除了与入射波长λ0____的成分外，还有波长____λ0的成分，这个现象叫做康普顿效应。
3、康普顿效应的意义：康普顿效应表明光子除了具有能量之外，还具有动量，深入揭示了光的______性的一面。
光子的动量：p=________。
【典型例题】
一台激光器发光功率为p，发出的激光在折射率为n的介质中波长为 ，若真空中的光速为c，普朗克恒星为h，则该激光器在t秒内辐射的光子数是________．
【问题思考】
到目前为止你认为光具有哪些特性？哪些现象可以证明。
【针对训练】
1．下列说法正确的是（）
A．光子与光电子是同一种粒子。
B．光子与物质微粒发生相互作用时，不仅遵循能量守恒，还遵循动量守恒。
C．光具有粒子性又具有波动性，这种波是概率波，不是电磁波。
D．宏观物体也有波动性，这种波就是机械波。
2．一束绿光照射某金属表面发生了光电效应，对此，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 如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，则逸出的光电子的最大初动能增加
D 若改用紫光照射，则单位时间内逸出的光电子数目一定增加
3．如图所示是光电管应用的原理图，电路中产生了光电流，下列说法正确
的是（）
A 入射光的强度越大，光电流就越大
B 入射光的强度越大，产生光电流越快
C 光电管两端的电压越高，光电流就越大
D 如果把图中电池的正负极交换，电路中一定没有电流
4、关于光的本性，下列说法中正确的是（）
A．光电效应反映光的粒子性 B．光子的能量由光的强度所决定
C．光子的能量与光的频率成正比
D．光在空间传播时，是不连续的，是一份一份的，每一份光叫做一个光子
5、下列关于光电效应的说法正确的是（）
A．若某材料的逸出功是W，它的极限频率为h/W B．光电子的初速度和照射光的频率成正比C．光电子的最大初动能和照射光的频率成正比
D．光电子的最大初动能随照射光频率的增大而增大
6、一金属表面，受绿光照射时发射出电子，受黄光照射时无电子发射．下列有色光照射到这金属表面上时会引起光电子发射的是（）
A．紫光 B．橙光 C．蓝光 D．红光
7、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．增大光电管上的加速电压 D．改用紫光照射
8、用一束绿光照射某金属，能产生光电效应，现在把人射光的条件改变，再照射这种金属．下列说法正确的是（）
A．把这束绿光遮住一半，则可能不产生光电效应
B．把这束绿光遮住一半，则逸出的光电子数将减少
C．若改用一束红光照射，则可能不产生光电效应
D．若改用一束蓝光照射，则逸出光电子的最大初动能将增大
9、用光照射某种金属，有光电子从金属表面逸出，如果光的频率变，而减弱光的强度，则（）A．逸出的光电子数减少，光电子的最大初动能不变
B．逸出的光电子数减少，光电子的最大初动能减小
C．逸出的光电子数木变，光电子的最大初动能减小
D．光的强度减弱到某一数值，就没有光电子选出了
10、某金属受到频率为ν1=7.0×1014Hz的紫光照射时，释放出来的光电子最大初动能是0.69 eV，当受到频率为ν2=11.8×1014 Hz的紫外线照射时，释放出来的光电子最大初动能是2.69 eV.求：（1）普朗克常量；（2）该金属的逸出功和极限频率.
【典型例题】
ptnλ/ch。