1、章末总结一、量子论、光子说、光子能量的计算1量子论德国物理学家普朗克提出：电磁波的发射和吸收是不连续的，是一份一份的，每一份电磁波的能量 h.2光子说爱因斯坦提出：空间传播的光也是不连续的，也是一份一份的，每一份称为一个光子，光子具有的能量与光的频率成正比，即 h，其中 h 为普朗克常量，h6.6310 34 Js.3光的频率与波长的关系： .c例 1 激光器是一个特殊的光源，它发出的光便是激光，红宝石激光器发射的激光是不连续的一道一道的闪光，每道闪光称为一个光脉冲，现有一红宝石激光器，发射功率为1.01010W，所发射的每个光脉冲持续的时间 t 为 1.01011 s，波长为 793.4nm
2、.问每个光脉冲的长度 l 是多少？其中含有的光子数 n 是多少？(普朗克常量 h6.6310 34 Js，光速c310 8m/s)答案 3.010 3 m 4.010 17个解析 光脉冲的长度是光在一个脉冲时间内传播的距离，设为 l.则lc t 31081.01011 m3.010 3 m.根据 WP t 可知每列光脉冲能量 WPt1.010 101.01011 J0.1J.而每个光子能量 h 6.6310 34 J2.50710 19 J.c 3108793.410 9故每个光脉冲含有光子数 n 个4.010 17个W 0.12.50710 19针对训练 硅光电池是将光辐射的能量转化为电能若
3、有 N 个波长为 0的光子打在硅光电池极板上，这些光子的总能量为(h 为普朗克常量，c 为真空中的光速 )( )Ah BNh CNh 0D 2Nh0c0 c0答案 B解析 一个光子的能量 hh ，则 N 个光子的总能量 ENh ，选项 B 正确c0 c0二、光电效应的规律和光电效应方程1理解光电效应的规律的四个角度(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或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)光电效应的发生几乎是瞬时的，产生电流的时间不超过 109 s.(4)
4、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2爱因斯坦光电效应方程 EkhW 0W0表示金属的逸出功， c表示金属的截止频率，则 W0h c.例 2 如图 1 甲所示为研究光电效应的电路图图 1(1)对某金属用紫外线照射时，电流表指针发生偏转将滑动变阻器滑片向右移动的过程中，电流表的示数不可能_( 选填“减小”或“增大”)如果改用频率略低的紫光照射，电流表_(选填“一定” “可能”或“一定没”) 有示数(2)当用光子能量为 5eV 的光照射到该光电管上时，测得电流表上的示数随电压变化的图象如图乙所示则光电子的最大初动能为_J，金属的逸出功为_J
5、.答案 (1)减小 可能 (2)3.210 19 4.810 19解析 (1)AK 间所加的电压为正向电压，光电子在光电管中加速，滑动变阻器滑片向右移动的过程中，若光电流达到饱和，则电流表示数不变，若光电流没达到饱和电流，则电流表示数增大，所以滑动变阻器滑片向右移动的过程中，电流表的示数不可能减小，紫光照射不一定能发生光电效应，所以电流表可能有示数(2)由题图乙可知，当该装置所加的电压为反向电压，当电压为2V 时，电流表示数为 0，得光电子的最大初动能为 2eV，即3.21019 J，根据光电效应方程 Ekmh W 0得，W 03eV4.810 19 J.爱因斯坦光电效应方程的应用技巧爱因斯坦
6、光电效应方程表达式为 EkhW 0，其中 Ek mv 是最大初动能，W 0为金属12 m2的逸出功根据公式得到常见物理量的求解：(1)最大初动能： mv hW 012 m2(2)遏止电压：eU cE kU cEke(3)截止频率： cW0h三、用图象表示光电效应的规律1E k 图象根据爱因斯坦光电效应方程 EkhW 0，光电子的最大初动能 Ek是入射光频率 的一次函数，图象如图 2 所示其横轴截距为金属的极限频率 c，纵轴截距是金属的逸出功的负值，斜率为普朗克常量 h.图 22IU 图象光电流 I 随光电管两极间电压 U 的变化图象如图 3 所示，图中 Im为饱和光电流，U c为遏止电压利用
7、mv eU c可得光电子的最大初动能12 m2图 33U c 图象遏止电压与入射光频率 的关系图象如图 4 所示：图 4图中的横轴截距 c为截止频率当入射光频率大于截止频率时，遏止电压 Uc随入射光频率的增大而增大例 3 (2017玉溪高二检测 )在如图 5 所示的光电效应实验中(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 5A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甲光的频率大于丙光的频率D由于甲光和乙光有共同的 Uc2，可以确定甲光和乙光是
8、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，因此一定发生了光电效应，故 A 正确；同一金属，截止频率是相同的，故 B 错误；根据 eUcE khW 0，入射光的频率越高，对应的遏止电压 Uc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，而|U c1|Uc2|，故 丙 甲 ，故 D 正确，C 错误例 4 用不同频率的光分别照射钨和锌，发生光电效应，根据实验可画出光电子的最大初动能 Ek随入射光频率 变化的 Ek 图线已知钨的逸出功是 4.54eV，锌的逸出功为3.34eV，若将二者的图线画在同一个 Ek 坐标系中，则正确的图是 ( )答
9、案 B解析 根据光电效应方程 EkhW 0可知，E k 图象的斜率为普朗克常量 h，因此图中两线应平行，故 C、D 错误；图线与横轴的交点表示恰能发生光电效应(光电子动能为零)时的入射光频率，即极限频率，由光电效应方程可知，逸出功越大的金属对应的极限频率越高，所以能使金属钨发生光电效应的极限频率较高，所以 B 正确，A 错误四、波粒二象性的理解1光的波粒二象性(1)光的干涉、衍射、偏振现象说明光具有波动性，光电效应现象则证明光具有粒子性，因此，光具有波粒二象性，对于光子这样的微观粒子只有从波粒二象性出发，才能统一说明光的各种行为(2)大量光子产生的效果显示出光的波动性，少数光子产生的效果显示出
10、粒子性，且随着光的频率的增大，波动性越来越不显著，而粒子性却越来越显著2运动着的实物粒子(如：电子、质子等 )都有一种波与之对应 (物质波的波长 ，频率hp )h3物质波与光波一样都属于概率波概率波的实质是指粒子在空间分布的概率是受波动规律支配的例 5 (2017宁波诺丁汉大学附中高二期末)用很弱的光做双缝干涉实验，把入射光减弱到可以认为光源和感光胶片之间不可能同时有两个光子存在，如图 6 所示是不同数量的光子照射到感光胶片上得到的照片这些照片说明( )图 6A光只有粒子性没有波动性B光只有波动性没有粒子性C少量光子的运动显示波动性，大量光子的运动显示粒子性D少量光子的运动显示粒子性，大量光子的运动显示波动性答案 D解析 光具有波粒二象性，这些照片说明少量光子的运动显示粒子性，大量光子的运动显示波动性，故 D 正确
