高三物理专项基础训练第练黑体辐射能量量子化光的粒子性
人教版高中物理选修3-5测试：第十七章+第1节 能量量子化 第2节 光的粒子性
第1节能量量子化第2节光的粒子性1.知道黑体、热辐射和黑体辐射的概念，了解黑体辐射的实验规律．2.了解普朗克提出的量子假说．3.知道光电效应现象，了解光电效应的实验规律．4.理解爱因斯坦的光子说及对光电效应的解释，会用光电效应方程解决一些简单问题．5.了解康普顿效应及其意义．一、能量量子化1．热辐射(1)定义：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不同而有所不同．2．黑体与黑体辐射实验规律(1)黑体：如果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．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＝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：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．二、光电效应1．光电效应(1)定义：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，叫做光电效应．逸出的电子叫光电子．(2)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．这表明对于一定颜色的光，入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多．②存在着遏止电压和截止频率：使光电流减小到0的反向电压U c 称为遏止电压．光电子的能量只与入射光的频率有关，而与入射光的强弱无关．当入射光的频率低于截止频率时不发生光电效应．③光电效应具有瞬时性：光电效应几乎是瞬时发生的，从光照射到金属到产生电流的时间不超过10－9 s. (3)逸出功：使电子脱离某种金属所做功的最小值，叫做这种金属的逸出功．2．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的，这些能量子被称为光子，频率为ν的光的能量子为 hν．(2)爱因斯坦光电效应方程①表达式：hν＝E k ＋W 0或E k ＝hν－W 0.②物理意义：金属中的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逸出功W 0，剩下的表现为逸出后电子的初动能E k .三、康普顿效应和光子的动量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．康普顿效应的意义：深入地揭示了光的粒子性的一面，表明光子除了具有能量之外还具有动量．4．光子的动量：p ＝h λ，其中h 为普朗克常量，λ为光的波长．判一判 (1)黑体辐射电磁波的强度按波长分布，只与黑体的温度有关．( )(2)普朗克有关能量子的假说认为微观粒子的能量是分立的．( )(3)任何频率的光照射到金属表面都可以发生光电效应．( )(4)金属表面是否发生光电效应与入射光的强弱有关．( )(5)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)×(4)×(5)√做一做(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，由小孔的热辐射特征，就可以确定炉内的温度．如图所示，就是黑体的辐射强度与其辐射光波长的关系图象，则下列说法正确的是()A．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提示：选AD．一般材料的物体辐射能的多少决定于物体的温度(T)、辐射波的波长、时间的长短和发射的面积，而黑体是指在任何温度下，能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不反射的物体，黑体辐射的强度按波长的分布只与温度有关．实验表明，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．想一想康普顿效应说明了什么？为什么说康普顿效应反映了光子具有动量？提示：康普顿效应说明了光的粒子性．解释光子波长变化的问题时运用了能量守恒定律和动量守恒定律，理论与实验符合很好．对黑体与黑体辐射的理解1．对黑体的理解(1)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；有些可看做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．2．一般物体与黑体的比较(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．如图所示．下列描绘两种温度下黑体辐射强度与波长关系的图象中，符合黑体辐射实验规律的是( )[解析] 根据黑体辐射的实验规律：随着温度的升高，各种波长的辐射强度都增加，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，可知选项A 正确．[答案] A1.关于对黑体的认识，下列说法正确的是( )A ．黑体只吸收电磁波，不反射电磁波，看上去是黑的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 ．如果在一个空腔壁上开一个很小的孔，射入小孔的电磁波在空腔内表面经多次反射和吸收，最终不能从小孔射出，这个空腔就成了一个黑体解析：选C ．黑体自身辐射电磁波，不一定是黑的，故选项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，故选项B 错误，选项C 正确；小孔只吸收电磁波，不反射电磁波，因此是小孔成了一个黑体，而不是空腔，故选项D 错误．对光电效应现象的理解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，光子是光电效应的因，光电子是果．2．光电子的初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．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与单位面积上入射光子数的乘积．4．光电流和饱和光电流：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．(多选)(2017·衡水高二检测)对光电效应的理解正确的是()A．金属钠的每个电子可以吸收一个或一个以上的光子，当它积累的动能足够大时，就能逸出金属B．如果入射光子的能量小于金属表面的电子克服原子核的引力而逸出时所需做的最小功，便不能发生光电效应C．发生光电效应时，入射光越强，光子的能量就越大，光电子的最大初动能就越大D．由于不同金属的逸出功是不相同的，因此使不同金属产生光电效应，入射光的最低频率也不同[解析]按照爱因斯坦的光子说，光子的能量由光的频率决定，与光强无关，入射光的频率越大，发生光电效应时产生的光电子的最大初动能越大；但要使电子离开金属，电子必须具有足够的动能，而电子增加的动能只能来源于照射光的光子能量，且一个电子只能吸收一个光子，不能同时吸收多个光子，所以光子的能量小于某一数值时便不能产生光电效应现象；电子从金属逸出时只有从金属表面向外逸出的电子克服原子核的引力所做的功最小．综上所述，选项B、D正确．[答案]BD对光电效应现象的理解光电效应实验规律可理解记忆：“放(出光电子)不放，比频率；若能放，瞬时放；放多少(光电子)，看光强；(光电子的)最大初动能，看(入射光的)频率．”2.如图所示为一光电管电路，滑动变阻器滑动触头P位于AB上某点，用光照射光电管阴极，电表无偏转，要使电表指针偏转，可采取的措施有( )A ．加大照射光强度B ．换用波长短的光照射C ．将P 向B 滑动D ．将电源正负极对调解析：选B ．由光电管电路图可知阴极K 电势低，阳极A 电势高，如果K 极有电子飞出，则它受到的电场力必向左，即将向左加速，然而现在G 中电表指针无偏转，说明没有发生光电效应，这仅能说明照射光频率太低．这与光强外加电压的大小及方向均无关．可见要使指针发生偏转需增大照射光频率，即缩短照射光的波长．故选B ．对光电效应方程的理解和应用1．对光电效应方程E k ＝hν－W 0的理解(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如果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． 2．光电效应规律中的两条线索、两个关系(1)两条线索(2)两个关系光强→光子数目多→发射光电子多→光电流大；光子频率高→光子能量大→产生光电子的最大初动能大．3．在理解光电效应方程的基础上，把其数学关系式与数学函数图象结合起来，经分析、推导得出图象的斜率及在图象横、纵坐标轴上的截距所对应的物理量，从而理解它们的物理意义，有效提高自身应用数学解决物理问题的能力．(1)最大初动能与入射光频率的关系该图象对应的函数式E k ＝hν－W 0，图象与横轴的交点坐标为极限频率，图象是平行的是因为图线的斜率就是普朗克常量．(2)光电流与电压的关系图象从图象①③可看出同种光照射同种金属板对应的反向遏止电压相同．而饱和光电流强度随入射光强度增大而增大；从图象①②可知，对于同种金属，入射光的频率越高，反向遏止电压越大．(3)反向遏止电压与入射光频率的关系该图象的对应函数式为U c ＝hν－W 0e，故从图象可以直接读出金属的极限频率，由极限频率可算出普朗克常量，由纵轴截距可推算出金属的逸出功．命题视角1 对光电效应方程的理解如图所示装置，阴极K 用极限波长为λ0＝0.66 μm 的金属制成．若闭合开关S ，用波长为λ＝0.50 μm 的绿光照射阴极，调整两个极板间的电压，使电流表的示数最大为0.64 μA ．(1)求阴极每秒发射的光电子数和光电子飞出阴极时的最大初动能．(2)如果将照射阴极的绿光的光强增大为原来的2倍，求阴极每秒发射的光电子数和光电子飞出阴极时的最大初动能．[思路点拨] 饱和电流的值I 与每秒内阴极发射的电子数的关系是I ＝ne .电子从阴极K 飞出的最大初动能E k ＝hν－W 0，电子从阴极K 飞向阳极A 时，还会被电场加速，使其动能进一步增大．[解析] (1)当阴极发射的光电子全部到达阳极时，光电流达到饱和．由电流可知每秒到达阳极的电子数，即阴极每秒发射的光电子个数n ＝I m t e ＝0.64×10－6×11.6×10－19 个＝4.0×1012个 根据光电效应方程，光电子的最大初动能为E k ＝hν－W 0＝h c λ－h c λ0代入数据可得E k ＝9.6×10－20 J.(2)如果照射光的频率不变，光强加倍，则每秒发射的光电子数加倍，饱和光电流增大为原来的2倍．根据光电效应实验规律可得阴极每秒发射的光电子个数n ′＝2n ＝8.0×1012个光电子的最大初动能仍然为E k ＝hν－W 0＝9.6×10－20 J.[答案] (1)4.0×1012个 9.6×10－20J (2)8.0×1012个 9.6×10－20J命题视角2 光电效应中图象问题的求解(多选)在做光电效应的实验时，某金属被光照射发生了光电效应，实验测得光电子的最大初动能E k 与入射光的频率ν的关系如图所示，由实验图线可求出( )A ．该金属的极限频率和极限波长B ．普朗克常量C ．该金属的逸出功D ．单位时间内逸出的光电子数[解析] 依据光电效应方程E k ＝hν－W 0可知，当E k ＝0时，ν＝ν0，即图象中横坐标的截距在数值上等于金属的极限频率．图线的斜率k ＝E k ν－ν0.可见图线的斜率在数值上等于普朗克常量． 根据图象，假设图线的延长线与E k 轴的交点为C ，其截距大小为W 0，有k ＝W 0ν0. 而k ＝h ，所以，W 0＝hν0.即图象中纵坐标轴的截距在数值上等于金属的逸出功．[答案] ABC(1)逸出功和截止频率均由金属本身决定，与其他因素无关．(2)光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大，但不是正比关系．(3)分析、推导得出图象的斜率及在图象横、纵坐标轴上的截距所对应的物理量，从而理解它们的物理意义，有效提高自身应用数学解决物理问题的能力．3.(2015·高考全国卷Ⅰ)在某次光电效应实验中，得到的遏止电压U c 与入射光的频率ν的关系如图所示．若该直线的斜率和截距分别为k 和b ，电子电荷量的绝对值为e ，则普朗克常量可表示为________，所用材料的逸出功可表示为________．解析：根据光电效应方程E km ＝hν－W 0及E km ＝eU c 得U c ＝hνe －W 0e， 故h e ＝k ，b ＝－W 0e，得h ＝ek ，W 0＝－eb . 答案：ek －eb对康普顿效应的理解1．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．如图所示．这个光子与静止的电子发生弹性斜碰，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．2．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．科学研究证明，光子有能量也有动量，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′[思路点拨] 对康普顿现象的理解，可以类比实物粒子的弹性碰撞．[解析] 能量守恒和动量守恒是自然界的普遍规律，适用于宏观世界也适用于微观世界．光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 c λ，当光子与电子碰撞时，光子的一些能量转移给了电子，光子的能量ε′＝hν′＝h c λ′，由ε>ε′，可知λ<λ′，选项C 正确．[答案] C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．4.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 ．波长变长解析：选D ．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．故选项D 正确．[随堂检测]1．关于黑体辐射的实验规律叙述正确的有( )A ．随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有增加B ．随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较长的方向移动C ．黑体辐射的强度与波长无关D ．黑体辐射无任何实验规律解析：选A ．黑体辐射的规律为随着温度的升高各种波长的辐射强度都增加，同时辐射强度的极大值向波长较短的方向移动．2．用不同频率的紫外线分别照射钨和锌的表面而产生光电效应，可得到光电子最大初动能E k 随入射光频率ν变化的E k －ν图象．已知钨的逸出功是3.28 eV ，锌的逸出功是3.24 eV ，若将二者的图线画在一个E k －ν坐标图中，用实线表示钨，用虚线表示锌，则正确反映这一过程的图是 ( )解析：选B ．依据光电效应方程E k ＝hν－W 0可知，E k －ν图线的斜率代表了普朗克常量h ，因此钨和锌的E k －ν图线应该平行．图线的横轴截距代表了截止频率νc ，而νc ＝W 0h ，因此钨的νc 大些．综上所述，B 图正确．3．以往我们认识的光电效应是单光子光电效应，即一个电子在极短时间内只能吸收到一个光子而从金属表面逸出．强激光的出现丰富了人们对于光电效应的认识，用强激光照射金属，由于其光子密度极大，一个电子在极短时间内吸收多个光子成为可能，从而形成多光子光电效应，这已被实验证实．光电效应实验装置示意图如图所示．用频率为ν的普通光源照射阴极K ，没有发生光电效应，换用同样频率ν的强激光照射阴极K ，则发生了光电效应；此时，若加上反向电压U ，即将阴极K 接电源正极，阳极A 接电源负极，在KA 之间就形成了使光电子减速的电场．逐渐增大U ，光电流会逐渐减小；当光电流恰好减小到零时，所加反向电压U 可能是下列的(其中W 为逸出功，h 为普朗克常量，e 为电子电量)( )A ．U ＝hνe －W eB ．U ＝2hνe －W eC ．U ＝2hν－WD ．U ＝5hν2e －W e解析：选B ．以从阴极K 逸出的且具有最大初动能的光电子为研究对象，由动能定理得：－Ue ＝0－12mv 2m① 由光电效应方程得：nhν＝12mv 2m＋W (n ＝2，3，4…)② 由①②式解得：U ＝nhνe －W e(n ＝2，3，4…) 故选项B 正确．4．(多选)现用某一光电管进行光电效应实验，当用某一频率的光入射时，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，始终有光电流产生解析：选AC ．根据光电效应规律，保持入射光的频率不变，入射光的光强变大，则饱和光电流变大，选项A 正确；由爱因斯坦光电效应方程知，入射光的频率变高，产生的光电子最大初动能变大，而饱和光电流与入射光的频率和光强都有关，选项B 错误，C 正确；保持入射光的光强不变，不断减小入射光的频率，当入射光的频率小于极限频率时，就不能发生光电效应，没有光电流产生，选项D 错误．5．在光电效应实验中，某金属的截止频率相应的波长为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，则其遏止电压为________．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 .解析：由W 0＝hν0＝h c λ0， 又eU c ＝E k ，且E k ＝hν－W 0，ν＝c λ， 所以U c ＝hc e (1λ－1λ0)＝hc e (λ0－λ)λλ0. 答案：h c λ0 hc e (λ0－λ)λλ0[课时作业]一、单项选择题1．(2017·宁波高二检测)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 ．以上都正确解析：选A ．影响黑体辐射电磁波的波长分布的因素是温度，故选项A 正确．2．关于光电效应，下列几种表述正确的是( )A ．金属的极限频率与入射光的频率成正比B ．光电流的强度与入射光的强度无关C ．用不可见光照射金属一定比用可见光照射同种金属产生的光电子的最大初动能要大D ．对于任何一种金属都存在一个“最大波长”，入射光的波长必须小于这个波长，才能产生光电效应解析：选D ．金属的极限频率由该金属决定，与入射光的频率无关，光电流的大小随入射光强度增大而增大，选项A 、B 错误；不可见光包括能量比可见光大的紫外线、X 射线、γ射线，也包括能量比可见光小的红外线、无线电波，选项C 错误；任何一种金属都存在一个“最大波长”，入射光波长小于这个波长，才能产生光电效应，故正确选项为D ．3．如图所示，当开关S 断开时，用光子能量为2.5 eV 的一束光照射阴极，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( )A ．1.9 eVB ．0.6 eVC ．2.5 eVD ．3.1 eV解析：选A ．设能量为2.5 eV 的光子照射时，光电子的最大初动能为12mv 2，阴极材料的逸出功为W 0，根据爱因斯坦光电效应方程有12mv 2＝hν－W 0，题图中光电管上加的是反向电压，据题意，当反向电压达到U ＝0.6 V 以后，具有最大初动能的光电子也不能达到阳极，因此eU ＝12mv 2，联立解得，W 0＝hν－eU ＝2.5 eV －0.6 eV ＝1.9 eV ，故选项A 正确． 4．根据爱因斯坦光子说，光子能量E 等于(h 为普朗克常量，c 、λ为真空中的光速、波长)( )A ．h c λB ．h λcC ．h λD ．h λ解析：选A ．由爱因斯坦光子说知，光子的能量E ＝hν，而c ＝νλ，故E ＝h c λ，选项A 正确．5．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极限频率分别是( )A ．h ν－E k ，ν－E k hB ．E k －hν，ν＋E k hC ．h ν＋E k ，ν－h E kD ．E k ＋hν，ν＋h E k解析：选A ．根据光电效应方程得，W ＝hν－E k .根据W ＝hν0知极限频率ν0＝W h ＝ν－E k h. 6．光子有能量，也有动量，动量p ＝h λ，它也遵守有关动量的规律．如图所示，真空中，有“∞”形装置可绕通过横杆中点的竖直轴OO ′在水平面内灵活地转动，其中左边是圆形黑纸片(吸收光子)，右边是和左边大小、质量相同的圆形白纸片(反射光子)．当用平行白光垂直照射这两个圆面时，关于装置开始时的转动情况(俯视)，下列说法中正确的是( )A ．顺时针方向转动B ．逆时针方向转动。
高考物理系统性复习 (要点归纳+夯实基础练) 第一节 光电效应和波粒二象性(附解析)
第一节光电效应和波粒二象性【要点归纳】一、黑体与黑体辐射1．黑体：是指能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射的物体．2．黑体(1)定义：如果某种物体在任何温度下能够完全吸收射入的各种波长的电磁波而不发生反射，这种物体就是黑体．实际上黑体只是一种理想情况，如在一个空腔壁上开一个很小的孔，那么射入小孔的电磁波在空腔内表面发生多次反射和吸收，最终不能从空腔射出，这个小孔就形成一个绝对黑体，如图所示．黑体看上去不一定是黑色的，只有当自身辐射的可见光非常微弱时看上去才是黑的；有些可看做黑体的物体，由于有较强的辐射，看起来还是很明亮，如太阳等一些发光物体也被当做黑体来处理．(2)黑体辐射的特点：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．二、热辐射(1)定义：物体在任何温度下，都会发射电磁波，温度不同，所发射的电磁波的频率和强度也不同，物理学中把这种现象叫做热辐射．例如：太阳、白炽灯中光的发射就属于热辐射．(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．用实验来观察热辐射现象，可以发现热辐射的光谱是连续光谱，并且辐射光谱的性质与温度有关．在室温下，大多数物体辐射不可见的红外线，但当物体被加热到500℃左右时，开始发出暗红色的可见光．随着温度的不断上升，辉光逐渐亮起来，而且波长较短的辐射越来越多．大约在1 500℃时就变成明亮的白炽光．这说明同一物体在一定温度下所辐射的能量，在不同光谱区域的分布是不均匀的，而且温度越高光谱中能量最大的辐射相对应的频率也最高．此外，在实验中还发现：到一定温度下，不同物体所辐射的光谱成分有显著的不同．例如，将钢加热到约800℃时，就可以观察到明亮的红光，但在同一温度下，熔化的水晶却不辐射可见光，必须注意，热辐射不一定要高温，任何温度的物体都发出一定的热辐射．三、黑体辐射的实验规律(1)一般材料的物体，辐射的电磁波除与温度有关外，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，如图所示．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波长较短的方向移动．(3)一般物体的热辐射和黑体辐射及其吸收、反射的特点热辐射特点吸收、反射特点一般物体辐射电磁波的情况与温度有关，与材料的种类及表面状态有关既吸收、又反射．其他能力与材料种类及入射波长等因素有关黑体辐射电磁波的强度按波长分布只与黑体的温度有关完全吸收各种入射电磁波，不反射四、能量子1．定义：普朗克认为，带电微粒辐射或者吸收能量时，只能辐射或吸收某个最小能量值的整数倍．即：能的辐射或者吸收只能是一份一份的．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是普朗克常量．h＝6.626×10－34 J·s(一般取h＝6.63×10－34J·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．五、粒子的波动性1．德布罗意波任何一个运动着的物体，都有一种波与它相对应，这种波叫物质波，也称为德布罗意波． 2．物质波的波长、频率关系式：λ＝h p ，ν＝εh. 六、物质波的实验验证1．实验探究思路：干涉、衍射是波特有的现象，如果实物粒子具有波动性，则在一定条件下，也应该发生干涉或衍射现象．2．实验验证：1927年戴维孙和汤姆孙分别利用晶体做了电子束衍射的实验，得到了电子的衍射图样，证实了电子的波动性．3．说明：(1)人们陆续证明了质子、中子以及原子、分子的波动性，对于这些粒子，德布罗意给出的ν＝εh 和λ＝hp关系同样正确． (2)宏观物体的质量比微观粒子大得多，运动时的动量很大，对应的德布罗意波的波长很小，根本无法观察到它的波动性．七、对物质波的认识与理解1．物质波的提出(1)1924年，法国巴黎大学的德布罗意，在论文中把光的波粒二象性推广到了实物粒子，用类比的方法，从理论上预言了物质波的存在．(2)德布罗意认为：每一个运动的粒子都与一个对应的波相联系．并且指出其能量、动量跟它对应的频率ν、波长λ的关系．ν＝εh ，λ＝h p. 2．物质波的意义：波粒二象性是微观粒子的特殊规律，一切微观粒子都存在波动性，宏观的物体也存在波动性，但波长太小，无法观测．3．对物质波的理解(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．(2)德布罗意波是一种概率波，粒子在空间各处出现的概率受波动规律支配，不要以宏观观点中的波来理解德布罗意波．(3)德布罗意假说是光子的波粒二象性的一种推广，使之包括了所有的物质粒子，即光子与实物粒子都具有粒子性，又都具有波动性，与光子对应的波是电磁波，与实物粒子对应的波是物质波．八、光电效应1．光电效应：在光的照射下物体发射电子的现象，发射出来的电子叫做光电子．2．光电效应的实验规律(1)存在着饱和电流．(2)存在着遏止电压和截止频率．(3)光电效应具有瞬时性．九、光电效应的实验规律(1)光电效应现象：19世纪末赫兹用实验验证了麦克斯韦的电磁场理论，明确了光的电磁说，同时赫兹也最早发现了光电效应现象。
2016高中物理 第17章 第1、2节 能量量子化 光的粒子性同步练习 新人教版选修3-5
2016高中物理第17章第1、2节能量量子化光的粒子性同步练习新人教版选修3-5基础夯实一、选择题(1～4题为单选题，5、6题为多选题)1．以下宏观概念，哪些是“量子化”的( )A．木棒的长度B．物体的质量C．物体的动量D．学生的个数答案：D解析：所谓“量子化”应该是不连续的，一份一份的，故选项D正确。
2．关于黑体辐射的强度与波长的关系，下图正确的是( )答案：B解析：根据黑体辐射的实验规律：随温度升高，各种波长的辐射强度都有增加，故图线不会有交点，选项C、D错误。
另一方面，辐射强度的极大值会向波长较短方向移动，选项A错误，B正确。
3．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。
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．频率不变C．光子能量变大D．波长变长答案：D解析：运动的光子和一个静止的自由电子碰撞时，既遵守能量守恒，又遵守动量守恒。
碰撞中光子将能量hν的一部分传递给了电子，光子的能量减少，波长变长，频率减小，D 选项正确。
4．(清远市2013～2014学年高二下学期期末)在光电效应实验中，用光照射光电管阴极，发生了光电效应。
如果仅减小光的强度而频率保持不变，下列说法正确的是( ) A．光电效应现象消失B．金属的逸出功减小C．光电子的最大初动能变小D．光电流减小答案：D解析：根据光电效应规律易判选项D正确。
5．(昌乐二中2014～2015学年高二下学期检测)光电效应实验的装置如图所示，则下列说法中正确的是( )A．用紫外线照射锌板，验电器指针会发生偏转B．用红色光照射锌板，验电器指针会发生偏转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：AD解析：将擦得很亮的锌板连接验电器，用弧光灯照射锌板(弧光灯发出紫外线)，验电器指针张开一个角度，说明锌板带了电。
进一步研究表明锌板带正电，这说明在紫外光的照射下，锌板中有一部分自由电子从表面飞出来，锌板中缺少电子，于是带正电，A、D选项正确，红光不能使锌板发生光电效应。
高中物理：能量量子化 光的粒子性练习
高中物理：能量量子化光的粒子性练习[全员参与·基础练]1．能正确解释黑体辐射实验规律的是( )A．能量的连续经典理论B．普朗克提出的能量量子化理论C．以上两种理论体系任何一种都能解释D．牛顿提出的能量微粒说【解析】根据黑体辐射的实验规律,随着温度的升高,一方面各种波长的辐射强度都增加;另一方面,辐射强度的极大值向波长较短的方向移动,只能用普朗克提出的能量量子化理论才能得到较满意的解释,故B正确．【答案】 B图171122．(多选)(南京高二检测)黑体辐射的实验规律如图17112所示,以下判断正确的是( )A．在同一温度下,波长越短的电磁波辐射强度越大B．在同一温度下,辐射强度最大的电磁波波长不是最大的,也不是最小的,而是处在最大与最小波长之间C．温度越高,辐射强度的极大值就越大D．温度越高,辐射强度最大的电磁波的波长越短【解析】根据题图中黑体辐射强度与波长的关系知选项B、C、D正确．【答案】BCD3．(多选)( ·东城区高二检测)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的黑体谱相关的说法中正确的是( )A．微波是指波长在10－3 m到10 m之间的电磁波B．微波和声波一样都只能在介质中传播C．黑体的热辐射实际上是电磁辐射D．普朗克在研究黑体的热辐射问题中提出了能量子假说【解析】微波是一种电磁波,波长在10－3 m到10 m之间,传播不需要介质,A正确,B错误;由于分子和原子的热运动引起一切物体不断向外辐射电磁波,又叫热辐射,C正确．能量子假说是普朗克在研究黑体的热辐射问题时提出的,D正确．【答案】ACD4．硅光电池是利用光电效应原理制成的器件,下列表述正确的是( )A．硅光电池是把光能转变为电能的一种装置B．硅光电池中吸收了光子能量的电子都能逸出C．逸出的光电子的最大初动能与入射光的频率无关D．任意频率的光照射到硅光电池上都能产生光电效应【解析】硅光电池是把光能转化为电能的一种装置,A正确;硅光电池中吸收的光子能量大于逸出功的电子才能逸出,B错误;逸出的光电子的最大初动能与入射光的频率有关,C错误;当照射到硅光电池上的光的频率大于极限频率时,才能产生光电效应,D错误．【答案】 A5．(多选)频率为ν的光子,具有的能量为hν,动量为hνc,将这个光子打在处于静止状态的电子上,光子将偏离原运动方向,这种现象称为光子的散射,下列关于光子散射的说法正确的是( )A．光子改变原来的运动方向,且传播速度变小B．光子由于在与电子碰撞中获得能量,因而频率增大C．由于受到电子碰撞,散射后的光子波长大于入射光子的波长D．由于受到电子碰撞,散射后的光子频率小于入射光子的频率【解析】碰撞后光子改变原来的运动方向,但传播速度不变,A错误;光子由于在与电子碰撞中损失能量,因而频率减小,即ν＞ν′,再由c＝λ1ν＝λ2ν′,得到λ1<λ2,B错误,C、D正确．【答案】CD6．( ·重庆一中高二检测)在如图17113所示的光电效应现象中,光电管阴极K的极限频率为ν0,现用频率为ν(ν>ν)的光照射在阴极上,若在A、K之间加一数值为U的反向电压时,光电流恰好为零,则下列判断错误的是( )图17113 A．阴极材料的逸出功等于hνB．有光电子逸出,且光电子的最大初动能可表示为eUC．有光电子逸出,且光电子的最大初动能可表示为hν－hν0 D．无光电子逸出,因为光电流为零【解析】阴极材料的逸出功W0＝hν,选项A正确．由于入射光的频率ν＞ν,则能发生光电效应,有光电子逸出,选项D错误．但是AK间加的是反向电压,电子飞出后要做减速运动,当速度最大的光电子减速到A端速度为零时,光电流恰好为零,由动能定理得：－eU＝0－Ekm,则Ekm ＝eU,选项B正确．由爱因斯坦光电效应方程：Ekm＝hν－W,可得Ekm＝hν－hν,选项C正确．故选D.【答案】 D图171147．(多选)如图17114所示是某金属在光的照射下,光电子最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图象,由图象可知( )A．该金属的逸出功等于EB．该金属的逸出功等于hνC．入射光的频率为ν时,产生的光电子的最大初动能为ED．入射光的频率为2ν时,产生的光电子的最大初动能为2E【解析】题中图象反映了光电子的最大初动能Ek与入射光频率ν的关系,根据爱因斯坦光电效应方程Ek ＝hν－W,知当入射光的频率恰为金属的截止频率ν时,光电子的最大初动能Ek ＝0,此时有hν＝W,即该金属的逸出功等于hν,选项B正确,根据图线的物理意义,有W＝E,故选项A正确,而选项C、D错误．【答案】AB8．二氧化碳能很好地吸收红外长波辐射,这种长波辐射的波长范围是 1.43×10－3～1.6×10－3 m,相应的光子能量的范围是________________,“温室效应”使大气全年的平均温度升高,空气温度升高,从微观上看就是空气中分子的____________．(已知普朗克常量h＝6.6×10－34 J·s,真空中的光速c＝3.0×108 m/s,结果取两位有效数字)【解析】由c＝λν,得ν＝cλ,代入数据得频率范围为1.88×1011～2.1×1011 Hz,又由ε＝hν得能量范围为1.2×10－22～1.4×10－22 J.由分子动理论可知,温度升高,物体分子无规则运动更剧烈,因此分子平均动能增大．【答案】 1.2×10－22～1.4×10－22J 无规则运动(或热运动)更剧烈,或无规则运动(或热运动)的平均动能增大[超越自我·提升练]图171159．( ·北京高考)以往我们认识的光电效应是单光子光电效应,即一个电子在极短时间内只能吸收到一个光子而从金属表面逸出．强激光的出现丰富了人们对于光电效应的认识,用强激光照射金属,由于其光子密度极大,一个电子在极短时间内吸收多个光子成为可能,从而形成多光子光电效应,这已被实验证实．光电效应实验装置示意如图17115.用频率为ν的普通光源照射阴极K,没有发生光电效应．换用同样频率ν的强激光照射阴极K,则发生了光电效应;此时,若加上反向电压U,即将阴极K接电源正极,阳极A接电源负极,在KA之间就形成了使光电子减速的电场．逐渐增大U,光电流会逐渐减小;当光电流恰好减小到零时,所加反向电压U 可能是下列的(其中W为逸出功,h为普朗克常量,e为电子电量)( )A．U＝hνe－WeB．U＝2hνe－WeC．U＝2hν－W D．U＝5hν2e－Ee【解析】 由题意可知一个电子吸收多个光子仍然遵守光电效应方程,设电子吸收了n 个光子,则逸出的光电子的最大初动能为E k ＝nhν－W(n ＝2,3,4…),逸出的光电子在遏止电压下运动时应有E k ＝eU,由以上两式联立得U ＝nh ν－We,若取n ＝2,则B 正确． 【答案】 B10．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.12hc λB.32hc λC.34hc λ D.45hc λ【解析】 根据光电效应方程得E k1＝h cλ－W 0① E k2＝hc 23λ－W 0②又E k2＝2E k1③ 联立①②③得W 0＝12hcλ,A 正确． 【答案】 A11．用波长为λ的光照射金属的表面,当遏止电压取某个值时,光电流便被截止;当光的波长改为原波长的1n 后,已查明使电流截止的遏止电压必须增大到原值的η倍,试计算原入射光的波长λ.(已知该金属的逸出功为W 0)【解析】 由爱因斯坦光电效应方程可知,光电子的初动能E k ＝hν－W 0,设遏止电压为U e ,eU e ＝E k ,故eU c ＝hν－W 0.由题意得eU c ＝hcλ－W 0① ηeU c ＝hncλ－W 0② 将①代入②,解得λ＝hc （η－n ）W 0（η－1）.【答案】hc （η－n ）W 0（η－1）12．( ·武汉模拟)如图甲所示是研究光电效应规律的光电管．用波长λ＝0.50 μm 的绿光照射阴极K,实验测得流过G 表电流I 与AK 之间电势差U AK 满足如图乙所示规律,取h ＝6.63×10－34 J ·s.结合图象,求：(结果保留两位有效数字)图17116(1)每秒钟阴极发射的光电子数和光电子飞出阴极K 时的最大动能; (2)该阴极材料的极限波长．【解析】 (1)光电流达到饱和时,阴极发射的光电子全部到达阳极A,阴极每秒钟发射的光电子的个数n ＝I m e ＝0.64×10－61.6×10－19＝4.0×1012(个)光电子的最大初动能为：E km ＝eU 0＝1.6×10－19C ×0.6 V ＝9.6×10－20J. (2)由爱因斯坦光电效应方程可得h cλ－W 0＝E km 又W 0＝hc λ0代入数据得λ0＝0.66×10－6m.【答案】 (1)4.0×1012个 9.6×10－20J (2)0.66×10－6m。
高中物理人教版选修3-5练习：第十七章 第1、2节 能量量子化 光的粒子性 课下作业 含解析
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，A错误，B正确；选项C是黑体辐射的特性，C错误；常温下看到的物体的颜色是反射光的颜色，D错误。
答案：B2．如图1所示，一验电器与锌板用导线相连，用紫外线光源照射锌板时，验电器指针发生了偏转，下列判断正确的是( ) A．此时锌板带正电B．紫外线越强，验电器的指针偏角越大图1C．改用红外线照射锌板，验电器的指针一定会偏转D．将一不带电的金属小球与锌板接触，则验电器指针偏角会减小解析：用紫外线照射锌板，锌板发生了光电效应，即锌板有电子逸出，锌板带正电，A正确；紫外线越强，即单位时间打在锌板上的光子越多，逸出的电子越多，锌板所带的电荷量越多，验电器的指针偏角越大，B正确；由于红外线的频率比紫外线的频率小，因此不一定能发生光电效应，验电器指针不一定会发生偏转，C错误；将一不带电的金属小球与锌板接触，锌板将部分电荷转移给金属小球，验电器指针的偏角将减小，D正确。
答案：ABD3．光子有能量，也有动量，动量p＝，它也遵守有关动量的规律。
如图2所示，真空中，有“∞”字形装置可绕通过横杆中点的竖直轴OO′在水平面内灵活地转动，其中左边是圆形黑纸片(吸收光子)，右边是和左边大小、质量相同的圆形白纸片(反射光子)。
当用图2平行白光垂直照射这两个圆面时，关于装置开始时转动情况(俯视)的下列说法中正确的是( ) A．顺时针方向转动B．逆时针方向转动C．都有可能D．不会转动解析：根据动量定理Ft＝mvt－mv0，由光子的动量变化可知黑纸片和光子之间的作用力小于白纸片和光子之间的作用力，所以装置开始时逆时针方向转动，B选项正确。
答案：B4．分别用波长为λ和λ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。
高中物理分层训练五能量量子化光的粒子性含解析新人教版选修3_5
高中物理分层训练：分层训练(五) 能量量子化 光的粒子性[基础达标练]1．一束单色光照射到某种金属板上时能发生光电效应，下列说法正确的是( ) A ．光电子的最大初动能与入射光频率成正比 B ．入射光波长越短，逸出的光电子最大初动能越大 C ．入射光强度越大，逸出的光电子最大初动能越大 D ．入射光频率越高，该金属板的逸出功越大2．(多选)关于光电效应和康普顿效应的规律，下列说法正确的是( ) A ．光电效应中，金属板向外发射的光电子又可以叫做光子B ．用光照射金属不能发生光电效应是因为该入射光的频率小于金属的截止频率C ．对于同种金属而言，遏止电压与入射光的频率无关D ．石墨对X 射线散射时，部分X 射线的散射光波长会变长，这个现象称为康普顿效应 3．(多选)如图所示，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( )A ．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4．表中给出了一些金属材料的逸出功．现用波长为400 nm 的单色光照射这些材料，能产生光电效应的材料最多有几种(普朗克常量h ＝6.6×10－34J·s，光速c ＝3.00×108m/s)( )材料 铯钙 镁 铍 钛 逸出功(10－19J)3.04.35.96.26.6A.2种 B ．3种 C ．4种 D ．5种5．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.hc2λB.3hc2λC.3hc4λD.4hc5λ6．用如图所示的光电管研究光电效应，当滑动变阻器的滑片位于某一位置，开关S闭合时，用单色光a照射光电管阴极K，电流表G的指针发生偏转，用单色光b照射光电管阴极K 时，电流表G的指针不发生偏转，则( )A．a光的强度一定大于b光的强度B．a光的频率一定大于阴极K的极限频率C．b光的频率一定小于阴极K的极限频率D．开关S断开后，用单色光a照射光电管阴极K，电流表G的指针一定不会发生偏转7．有关对光电效应的解释，下列说法正确的是( )A．金属内的电子可以吸收一个或一个以上的光子，当电子积累的能量足够大时，就能从金属中逸出B．能否产生光电效应现象，决定于入射光光子的能量是否大于或等于金属的逸出功C．发生光电效应时，若入射光越强，则光子的能量就越大，光电子的最大初动能就越大D．用频率是ν1的绿光照射某金属恰好发生了光电效应，而改用频率是ν2的黄光照射该金属一定发生光电效应8．研究光电效应的电路如图所示．用频率相同、强度不同的光分别照射密封真空管的钠极板(阴极K)，钠极板发射出的光电子被阳极A吸收，在电路中形成光电流．下列光电流I与A、K之间的电压U AK的关系图象中，正确的是( )[能力提升练]9．(多选)现用某一光电管进行光电效应实验，当用某一频率的光入射时，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，光电子的最大初动能变大C．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D．遏止电压的大小与入射光的频率有关，与入射光的光强无关10．(多选)在光电效应实验中，某同学按如图a方式连接电路，利用该装置在不同实验条件下得到了三条光电流I与A、K两极之间电压U AK的关系曲线(甲光、乙光、丙光)如图b 所示，则下列说法中正确的是( )A．甲、乙两光的光照强度相同B．丙光照射阴极时，极板的逸出功最大C．甲、乙、丙三光的频率关系为ν甲＝ν乙<ν丙D．若把滑动变阻器的滑片P向右滑动，光电流不一定增大11．(多选)如图所示，两平行金属板A、B板间电压恒为U，一束波长为λ的入射光射到金属板B上，使B板发生了光电效应，已知该金属板的逸出功为W，电子的质量为m，电荷量为e，已知普朗克常量为h，真空中光速为c，下列说法中正确的是( )A．入射光子的能量为h cλB．到达A板的光电子的最大动能为h cλ－W＋eUC．若增大两板间电压，B板没有光电子逸出D．若减小入射光的波长一定会有光电子逸出12．如图甲所示是研究光电效应规律的光电管．用波长λ＝0.50 μm的绿光照射阴极K，实验测得流过G表的电流I与A、K两极之间的电势差U AK满足如图乙所示规律，取h＝6.63×10－34J·s.结合图象，求：(以下所求结果均保留两位有效数字)(1)每秒钟阴极发射的光电子数；(2)光电子飞出阴极K时的最大动能为多少焦耳；(3)该阴极材料的极限频率．。
2018_2019学年高考物理主题三能量量子化光的粒子性学案
3.1 波粒二象性3.1.1 能量量子化3.1.2 光的粒子性一、黑体与黑体辐射1.热辐射：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。
2.黑体：指能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射的物体。
3.一般材料物体的辐射规律：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。
4.黑体辐射的实验规律：图1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，如图1所示。
(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波长较短的方向移动。
思考判断(1)只有高温物体才能辐射电磁波。
( )(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。
( )答案(1)×(2)√(3)√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叫作能量子。
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＝6.63×10－34J·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。
思考判断(1)微观粒子的能量只能是能量子的整数倍。
( )(2)能量子的能量不是任意的，其大小与电磁波的频率成正比。
( )答案(1)√(2)√三、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)存在着饱和光电流：在光的颜色不变的情况下，入射光越强，饱和电流越大。
这表明对于一定颜色的光，入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多。
(2)存在着遏止电压和截止频率：光电子的最大初动能与入射光的频率有关，而与入射光的强弱无关。
高中物理 17.1-17.2能量量子化 光的粒子性(精讲优练课型) 新人教版选修3-5
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叫作_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=6.626×10-34J·s(一般取h=6.63×10-34J·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。
【归纳总结】 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。
五、康普顿效应和光子的动量 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__,这种现象叫作光的散射。 2.康普顿效应:美国物理学家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。
四、爱因斯坦的光子说与光电效应方程 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的,频率为ν的光的能量子为hν, 这些能量子被称为_光__子__。 2.爱因斯坦的光电效应方程: (1)表达式:_h_ν__=Ek+W0或Ek=_h_ν__-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 一部分用于克服金属的_逸__出__功__W_0,剩下的表现为逸出后电子的初动 能Ek。
13.5能量量子化同步练习-2024-2025学年高中物理人教版江苏专用必修第三册
5能量量子化基础过关练题组一热辐射1.(2024河北邯郸永年二中月考)2015年中国发射卫星“悟空”,用来探测暗物质粒子和黑洞。
黑洞是黑体的一种,关于黑体,下列说法正确的是()A.黑体辐射电磁波的强度按波长的分布不仅与温度有关,还与材料的种类及表面状况有关B.黑体能够反射各种波长的电磁波,但不会辐射电磁波C.在黑体辐射实验中,随温度升高,辐射强度的极大值向波长较短的方向移动D.爱因斯坦为得出黑体辐射的强度按波长分布的公式,提出了能量子假说题组二能量子2.(2024河北高碑店崇德实验中学月考)关于能量量子化,下列说法正确的是()A.能量子假说最早是由爱因斯坦提出来的B.微观粒子的能量是不连续的,只能是某一最小能量值的整数倍C.电磁波的波长越长,其能量子越大D.能量子假说与宏观世界中对能量的认识相矛盾,因而它一定是错误的观点13.(2024江苏宿迁期中)某激光器能发射波长为355 nm的激光,该光的一个光子就能直接打断某种材料的分子键,使之从材料表面脱离。
据此判断,打断该材料分子键需要的能量约为(取普朗克常量h=6.63×10-34 J·s,真空中光速c=3×108 m/s)()A.10-22 JB.10-19 JC.10-16 JD.10-13 J4.(教材习题改编)某光源放出波长在500~600 nm范围的各种光子,若已知该光源的发光功率为1 mW,则它每秒钟发射的光子数可能是(普朗克常量h=6.63×10-34 J·s)()A.2.0×1015个B.3.8×1015个C.2.6×1015个D.1.5×1015个5.(2024四川雅安模拟)正常视力的人眼对波长约为555 nm的电磁波最为敏感,这种电磁波处于光学频谱的绿光区,如果每秒有10个绿光的光子射入瞳孔,眼睛就能察觉。
现有一绿灯以20 W的功率均匀地向各方向(球面)发射波长为5.55×10-7 m的绿光,已知瞳孔的直径d= 5 mm,普朗克常量h=6.63×10-34 J·s,真空中的光速c=3×108 m/s,理论上人眼能看到该绿灯时到绿灯的最大距离约为()A.2×103 mB.5×104 mC.5×105 mD.3×106 m2题组三能级6.(2024江苏连云港期中)关于光子的发射和吸收,下列说法正确的是()A.原子从基态跃迁到激发态放出光子,放出光子的能量等于原子在始、末两个能级的能量差B.原子不能从低能级向高能级跃迁C.原子吸收光子后从低能级跃迁到高能级,放出光子后从较高能级跃迁到较低能级D.原子无论是吸收还是放出光子,吸收或放出的光子的能量可大于始、末两个能级的能量差7.下列关于氢原子光谱和能级的说法错误的是()A.氢原子光谱中的亮线是氢原子从高能级向低能级跃迁时释放出光子形成的B.氢原子光谱不是连续的,是一些分立的亮线,说明了氢原子的能级是量子化的C.原子能量越高,原子越稳定D.原子从高能态向低能态跃迁会放出光子,光子能量等于两个能级之差34答案与分层梯度式解析5 能量量子化基础过关练1.C2.B3.B4.C5.D6.C7.C1.C 一般物体辐射电磁波的情况与物体的温度、材料的种类及表面状况有关,而黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温度有关,A 错误;黑体是能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射的物体,黑体会向外辐射电磁波,B 错误;根据黑体辐射的实验规律可知,随着温度的升高,各种波长的电磁波的辐射强度都增加,且辐射强度的极大值向波长较短的方向移动,C 正确;普朗克为得出黑体辐射的强度按波长分布的公式,提出了能量子的假说,D 错误。
高中物理第十七章波粒二象性第1、2节能量量子化光的粒子性解析版新人教版选修3_5
能量量子化光的粒子性黑体与黑体辐射、能量子1．黑体辐射(1)热辐射：一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与物体的温度有关。
(2)黑体：能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射的物体。
(3)一般材料物体的辐射规律：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。
(4)黑体辐射的实验规律：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，如图所示。
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波长较短的方向移动。
2．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＝6.626×10－34J·s(一般取h＝6.63×10－34J·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。
[辨是非](对的划“√”，错的划“×”)1．在自然界中能量都是量子化的。
(×)2．黑体是一种理想模型，自然界不存在。
(√)[释疑难·对点练]1．对黑体的理解(1)黑体实际上是不存在的，只是一种理想情况，但如果做一个闭合的空腔，在空腔表面开一个小孔，小孔就可以模拟一个黑体，如图所示。
这是因为从外面射来的电磁波，经小孔射入空腔，要在腔壁上经过多次反射，在多次反射过程中，外面射来的电磁波几乎全部被腔壁吸收，最终不能从空腔射出。
(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；有些可看做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。
(3)黑体同其他物体一样也在辐射电磁波，黑体的辐射规律最为简单，黑体辐射强度只与温度有关。
能量量子化 光的粒子性 每课一练(含解析) (42)
2019-2020学年人教版选修3-517.2光的粒子性 课时作业1（含解析）1．一单色光照到某金属表面时，有光电子从金属表面逸出，下列说法中错误．．的是（ ） A ．只延长入射光照射时间，光电子的最大初动能将不变B ．只增大入射光的频率，光电子的最大初动能将增大C ．只增大入射光的频率，光电子逸出所经历的时间将缩短D ．只增大入射光的强度，单位时间内逸出的光电子数目将增多2．若能力为E 0的光子射到某金属表面时，从金属表面逸出的电子的最大初动能为E ，则能量为2E 0的光子射到该金属表面时，逸出的电子的最大初动能为A ．E 0+EB ． E 0-EC ．2ED ．2E 0-E3．下列说法中正确的是（ ）A ．原子核结合能越大，原子核越稳定B ．对黑体辐射的研究表明：随着温度的升高，辐射强度的最大值向波长较短的方向移动C ．核泄漏事故污染物Cs137能够产生对人体有害的辐射，其核反应方程式为1371375556Cs Ba x →+，可以判断x 为正电子D ．一个氢原子处在n =4的能级，当它跃迁到较低能级时，最多可发出6种频率的光子4．如图所示，一束可见光穿过平行玻璃砖后，变为a 、b 两束单色光，则A ．a 光的频率大于b 光的频率B ．若a 光是蓝色光，则b 光可能是黄色光C ．若两种光通过相同双缝，则a 光产生的干涉条纹间距比b 光大D ．若a 光不能使某金属发生光电效应，则b 光一定不能使该金属发生光电效应5．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a b c λλλ<<，则下列判断正确是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．如果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．如果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6．如图所示，当电键K断开时，用光子能量为3.5eV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1.5V时，电流表读数仍不为零；当电压表读数大于或等于1.5V时，电流表读数为零.由此可知阴极材料的逸出功为( )A．1.5eV B．2.0eV C．3.5eV D．5.0eV7．下列说法正确的是A．在光电效应实验中，入射光越强，逸出的光电子的初动能越大B．处于基态的氢原子可以吸收任意频率的光子而跃迁到对应的激发态C．某种放射性元素的样品经过6小时后还有没有衰变，它的半衰期是1．5小时D．比结合能的大小决定着原子核的稳定程度8．下列说法正确的是A．发生光电效应时，光电子的动能只与入射光的强度有关B．玻尔认为，原于中电子轨道是量子化的，能量也是量子化的C．经典物理学不能解释原子的稳定性和原子光谱的分立特征D．原子核的质量大于组成它的核子的质量之和，这个现象叫做质量亏损9．下列说法中正确的是（）A．卢瑟福依据大多数α粒子发生大角度散射提出了原子核式结构模型B．处于基态的氢原子吸收一个光子跃迁到激发态，再向低能级跃迁时辐射光子的频率一定不大于入射光子的频率C．一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，可能因为这束光的强度太小D．铀（）经过多次αβ衰变形成稳定的铅的过程中，有6个中子转变成质子E. 两个质量较轻的原子核聚变形成一个中等质量的原子核要发生质量亏损10．光电效应实验中，下列表述正确的是A ．发生光电效应时，光照越强光电流越大B ．入射光足够强就可以有光电流C ．遏止电压与入射光的频率有关D ．入射光频率大于极限频率才能产生光电子11．已知某金属的极限波长为0.6 μm ，用0.5 μm 的光照射该金属表面时发射光电子的最大初动能为多少焦耳？该金属的逸出功为多少焦耳？(普朗克常量h ＝6.63×10－34 J·s ，结果保留2位有效数字)12．如图所示，阴极材料由铝制成，已知铝的逸出功为0W ，现用波长为λ的光照射铝的表面，使之产生光电效应．已知电子的电量为e ，普朗克常量为h ，真空中光速为c 。
课时作业16：17.1-17.2 能量量子化 光的粒子性
第1节 能量量子化第2节 光的粒子性1.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( )解析 黑体辐射规律：随着温度的升高，一方面，各种波长的辐射强度都有所增加，另一方面，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，A 图正确。
答案 A2.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光量子数为( ) A.λP hc B.hP λc C.cPλh D.λPhc解析 每个光量子的能量ε＝hν＝hc λ，每秒钟发射的总能量为P ，则n ＝P ε＝λP hc 。
答案 A3. (2019·厦门高二检测)(多选)光电效应实验的装置如图1所示，则下列说法正确的是( )图1A.用紫外线照射锌板，验电器指针会发生偏转B.用红色光照射锌板，验电器指针会发生偏转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解析将擦得很亮的锌板连接验电器，用弧光灯照射锌板(弧光灯发出紫外线)，验电器指针张开一个角度，说明锌板带了电。
进一步研究表明锌板带正电，这说明在紫外线的照射下，锌板中有一部分自由电子从表面飞出来，锌板中缺少电子，于是带正电，选项A、D正确。
红光不能使锌板发生光电效应。
答案AD4.(2019·江苏高淳高级中学测试)科学研究证明，光子有能量也有动量，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′解析能量守恒和动量守恒是自然界的普遍规律，适用于宏观世界也适用于微观世界，光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，当光子与电子碰撞时，光子的一些能量转移给了电子，光子的能量ε′＝hν′＝h cλ′，由ε>ε′可知，λ<λ′，故选项C正确。
2019-2020年高中物理第17章第1节能量量子化练习新人教版选修3-5
019-2020年高中物理第17章第1节能量量子化练习新人教版1. 黑体与黑体辐射.(1) 热辐射：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，所以叫作热辐射•物体的温度升高，热辐射中较短波长的成分越来越强.(2) 黑体：如果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.(3) 黑体辐射：一般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，而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.2•黑体辐射的实验规律(黑体辐射的强度与波长的关系).黑体辐射实验中，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.3•能量子：超越牛顿的发现.(1) 能量量子化：宏观物体的能量是连续的；而普朗克认为微观粒子的能量是量子化的，或说微观粒子的能量是分立的，即带电微粒的能量只能是某一最小能量值£的整数倍.(2) 能量子：不可再分的最小能量值£叫作能量子，且£ = h V .式中的V是电磁波的频率，h 叫作普朗克常量，其值为h = 6, 626 X 10~34J > s爲知能演條1)基地巩匹1. 关于对黑体的认识，下列说法正确的是(C)A. 黑体只吸收电磁波，不反射电磁波，看上去是黑的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. 如果在一个空腔壁上开一个很小的孔，射入小孔的电磁波在空腔内表面经多次反射和吸收，最终不能从小孔射出，这个空腔就成了一个黑体解析：黑体自身辐射电磁波，不一定是黑的，故选项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，故选项B错误，选项C正确；小孔只吸收电磁波，不反射电磁波，因此是小孔成了一个黑体，而不是空腔，故选项D错误.2. (多选)下列叙述正确的是(ACDA. —切物体都在辐射电磁波B. —般物体辐射电磁波的情况只与温度有关C. 黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关D. 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物体辐射电磁波的解析：黑体的辐射是指由理想放射物放射出来的辐射,在特定温度及特定波长放射最大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温度有关， B 错、C 对；根据黑体定义知D 对.3 •能正确解释黑体辐射实验规律的是 （B ） A. 能量的连续经典理论 B. 普朗克提出的能量量子化理论 C. 以上两种理论体系任何一种都能解释 D. 牛顿提出的能量微粒说解析：根据黑体辐射的实验规律， 随着温度的升高, 加；另一方面，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动， 理论才能得到较满意的解释，故 B 正确.4. （多选）下述说法正确的是（AD A. 微观粒子的能量变化是跳跃式的 B. 能量子与电磁波的频率成正比 C. 红光的能量子比绿光大 D. 电磁波波长越长，其能量子越大5. （多选）对一束太阳光进行分析，下列说法正确的是 A. 太阳光是由各种单色光组成的复合光B. 组成太阳光的各单色光中，能量最强的光为红光C. 组成太阳光的各单色光中，能量最强的光为紫光D. 组成太阳光的各单色光的能量都相同解析：由公式£ = h v 可以知道，光的频率越大能量越强.组成太阳光的各单色光中, 紫光的频率最大，故其能量最强.6.某红光的波长为 6.35 x m ,求其能量子的值.解析：根据公式V = c和£ = h v,可求得能量子的值. 入^3. 13X10 19 (J). 答案：3.13X10-19J能2提丄 7.下列叙述错误的是（B ）A. 一切物体都在辐射电磁波B. —般物体辐射电磁波的情况只与温度有关C. 黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关D. 黑体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波解析：一般物体辐射仅与温度有关， 而黑体辐射除与温度有关外，还与频率及波长有关.&我们周围的一切物体都在向外辐射电磁波、这种辐射与物体的温度有关，物理学家 通过实验研究方面各种波长的辐射强度都有增只能用普朗克提出的能量量子化 (AC)£ =h» = h6. 63 X 1()y 3, OX 1(/6. 35X 10二黑体的辐射，得到了如图所示的辐射强度一一波长的关系图象，你通过分析该图得到的正确结论是：44E 3. 4X 10-1963X 1() 3413X 1014Hz,0X10"ma5. 85 X 10 " m.量的辐射.同时，黑体是可以吸收所有入射辐射的物体，不会反射任何辐射，故黑体是绝对黑色的•由图象可知，当波长变短，频率增大，而温度升高时，黑体的辐射就增强.答案：温度升高，黑体的辐射增强，波长变短，频率增大.9•下列描绘两种温度下黑体辐射强度与波长关系的图中，符合黑体辐射规律的是（A ）丄編射强度1i辎射强度 1 辆射强度11° AXLB\ cc(>解析：黑体辐射以电磁辐射的形式向外辐射能量，温度越高，辐射越强越大，故 B 、D错误.黑体辐射的波长分布情况也随温度而变，如温度较低时，主要以不可见的红外光进行辐射，在500 C 以至更高的温度时，则顺次发射可见光以至紫外辐射•即温度越高，辐射 的电磁波的波长越短，故C 错误A 正确.10.（多选）某光源放出波长在 500〜600 nm 之间的各种光子，若已知该光源的发光功率 为1 mW 则它每秒钟发射的光子数可能是（BCA. 2.0 X B . 3.0 XC. 2.6 X D . 1.5 XPt he解析：每秒发出的光子数与发光功率和波长之间的关系为 n =，故光子数的范围在个入之间.11.二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 X 10— 5〜1.6 X 10 — 5 m ,相应的频率范围是 ___________________________ ,相应的光子能量范围是 _________________ . “温室效应”使大气全年的平均温度升高， ___ 空气温度升高，从微观上看 就是空气中分子的 ____ .（已知普朗克常量 h = 6.63 X 10— 34 J • s ,真空中 的光速c = 3.0 X 108 m • s — 1.结果取两位有效数字.）c解析：本题给出了波长范围，运用V = 公式代入计算，得到频率范围为1.9 X 〜2.1 X入Hz,再由£ = h V 代入计算得到光子能量范围为 1.3 X 〜1.4 X J ,温度在微观上是反映物质分子无规则热运动的剧烈程度， 因此空气温度升高，从微观上看就是空气分子的无规则运动（热运动）加剧.答案：2.1 X 〜1.9 X Hz （写成1.9 X 〜2.1 X Hz 也可） 1. 4 X 〜1.3 X J （写成1.3 X 〜1.4 X J 或将1.3写成1.2也可） 无规则运动（热运动）加剧或无规则运动（热运动）平均动能更大 12 .对应于3.4 X J 的能量子，其电磁辐射的频率和波长各是多少？ 解析：根据公式£ = h V 和V = 得:5, 13X1014Hz 5.85X10—7 m2019-2020年高中物理第17章第2节光的粒子性练习新人教版选修3-51. 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，这种现象被称为光电效应，这种电子叫光电子.(2) 光电效应的实验规律.用如下图所示的电路研究光电效应中光电流与光照强度、光的频率等物理量的关系，阴极K和阳极A在密封的真空玻璃内，阴极K在受到光照时会发射光电子，阳极A吸收光电子而形成光电流•实验结果表明：①存在饱和电流.如上图所示实验中，在光照条件不变情况下，阳极A与阴极K之间电压增大，光电流趋于一个饱和值，即使再增大电压，电流不会增大，入射光越强，饱和电流越大•这表明入射光越强，阴极K在单位时间内发出的光电子数目越多.②存在遏止电压•如上图所示实验中，若A接负极，K接正极，在光电管两极间形成使光电子减速的电场，这时，使光电流减小到零的反向电压U C称为遏止电压，根据动能定理有=eU C.③存在截止频率.当入射光的频率小到某一数值v c时，遏止电压U C减小到零时，也没有光电流，即没有光电子产生，即没有发生光电效应，v C称为截止频率或极限频率•这就是说，当入射光的频率v < v C时，不论光多么强，光电效应都不会发生.④光电效应具有瞬时性•从光照射到金属表面到其表面逸出光电子的时间一般不超过S,即光电效应几乎是瞬时的.2. 光电效应解释中的疑难.(1) 逸出功：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，用字母W表示，不同金属的逸出功是不同的.(2) 光电效应中，经典电磁理论无法解释的有：光电子初动能与光强弱无关，遏止电压U C与光强弱无关；发生光电效应时，入射光的频率存在一个极限频率；发生光电效应的时间只需s.3. 爱因斯坦光电效应方程.(1) 光子：光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，频率为v的光的能量子为h v，这些能量子被称为光子.(2) 爱因斯坦光电效应方程：在光电效应中，金属表面中的电子吸收一个光子获得的能量是h v,这些能量的一部分用来克服金属的逸出功WO，剩下的表现为逸出后电子的初动能Ec 即卩h v =吐+ W0 或E k= h v—W0.(3) 用爱因斯坦光电效应方程解释光电效应的实验规律.①方程E k = h v —W0表明，光电子的初动能与入射光的频率v成线性关系，与光强无关.只有当h v >V0时，才有光电子逸出，v c=四是光电效应的截止频率.h②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，所以饱和电流与光强成正比.4. 康普顿效应.(1) 光的散射：光在介质中与物质微粒的相互作用，使光的传播方向发生改变，这种现象叫作光的散射.(2) 康普顿效应：在光的散射时，除有与入射波长相同的光，还有波长比入射波长大的光，这种现象称为康普顿效应. 康普顿的学生：中国留学生吴有训证实了康普顿效应的普遍性.光电效应表明光子具有能量，康普顿效应表明光子还具有动量，两种效应深入地揭示了光的粒子性的一面.5. 光子的动量.光子的动量p=入.在康普顿效应中，由于入射光子与物质微粒的碰撞，光子的动量变小，因此波长变大.基地巩里1.(多选)光电效应实验的装置如图所示，用弧光的灯照射锌板，验电器指针张开一个角度.则下列说法中正确的是(ADA. 用紫外线照射锌板，验电器指针会发生偏转B. 用绿光照射锌板，验电器指针会发生偏转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解析：将锌板与验电器连接，用弧光灯照射锌板(弧光灯发出紫外线)，验电器指针张开一个角度，说明锌板带了电，进一步研究表明锌板带正电.这说明在紫外线的照射下，锌板中有一部分自由电子从表面飞出来，锌板中缺少电子，带正电，选项A、D正确.绿光不能使锌板发生光电效应.2. (多选)下列关于光子的说法中，正确的是(ACA. 在空间传播的光不是连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光子B. 光子的能量由光强决定，光强大，每份光子的能量一定大C. 光子的能量由光频率决定，其能量与它的频率成正比D. 光子可以被电场加速解析：按照爱因斯坦的光子说，在空间传播的光不是连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光子，光子的能量£= h v ,与光的强度无关，故A、C正确，B错误，光子不带电, 不能被电场加速，D错误.3. 当用一束紫外线照射锌板时，产生了光电效应，这时（C）A. 锌板带负电B. 有正离子从锌板逸出C. 有电子从锌板逸出D. 锌板会吸附空气中的正离子解析：当用一束紫外线照射锌板时，产生了光电效应，有电子从锌板逸出，锌板带正电,选项C正确，ABD错误.4. （多选）光电效应的实验结论是：对于某种金属（ADA. 无论光强多强，只要光的频率小于极限频率就不能产生光电效应B. 无论光的频率多低，只要光照时间足够长就能产生光电效应C. 超过极限频率的入射光强度越弱，所产生的光电子的最大初动能就越小D. 超过极限频率的入射光频率越高，所产生的光电子的最大初动能就越大解析：每种金属都有它的极限频率v 0，只有入射光子的频率大于等于频率v 0时，才会发生光电效应，且入射光的强度越大则产生的光子数越多，光电流越强；由光电效应方程&= h v —W = h v —h v 0，可知入射光子的频率越大，产生的光电子的最大初动能也越大，与入射光的强度无关，所以A、D正确.5. （多选）如图所流计无电流通过，可能的原因是示电路的全部接线及元件均完好.用光照射光电管的K极板，发现电A. A、K间加的电压不够高B. 电源正负极接反了C. 照射光的频率不够高D. 照射光的强度不够大解析：若照射光的频率很低，则不能发生光电效应；如果发生光电效应，但是电源正负极接反了，且电压高于遏止电压，电流表中也不会有电流，故 B C选项正确.6. （多选）已知能使某金属产生光电效应的极限频率为v 0,则（ADA. 当用频率为2 v 0的单色光照射该金属时，一定能产生光电子B. 当用频率为2 v 0的单色光照射该金属时，所产生的光电子的最大初动能为h v 0C. 当照射光的频率v大于v 0时，若v增大，则逸出功增大D. 当照射光的频率v大于v 0时，若v增大一倍，则光电子的最大初动能也增大一倍解析：当入射光的频率大于等于金属的极限频率时，就会发生光电效应，A选项正确;解析：能量守恒和动量守恒是自然界的普遍规律，适用于宏观世界，也适用于微观世界•光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 当光子与电子碰撞时，光子的一些能量转移给了电子，光子的能量由£ > £ '可知入V 入’，选项C 正确.（多选）某金属的逸出功为 2.3 eV ，这意味着（BC这种金属内部的电子克服原子核引力做 2.3 eV 的功即可脱离表面 这种金属表层的电子克服原子核引力做 2.3 eV 的功即可脱离表面 要使这种金属有电子逸出，入射光子的能量必须大于 2.3 eV 这种金属受到光照时若有电子逸出，则电子离开金属表面时的动能至少等于 解析：逸出功指原子的最外层电子脱离原子核克服引力做的功，选 B 、C.9.某光电管的阴极是用金属制成的，它的逸出功为 2.21 eV ，用波长为2.5 x m 的紫外线照射阴极，已知真空中光速为 3.0 x m/s ，元电荷为1.6 x C ,普朗克常量为6.63 x J ・s , 求得该金属的极限频率和该光电管发射的光电子的最大初动能应分别是（B ）D. UhHz,4. 4X10由于金属材料一定，极限频率一定，逸出功 0逸=h V 0 一定，V 0为极限频率，V 增大，逸 出功不变，C 选项错误.由爱因斯坦光电效应方程 E km = h V — W 逸，得V = 2 V 0时，E km = h V — W 逸= 2hV0— h V 0 = h V 0,当 V 增大一倍，V = 4 V 0 时，E km = h V — W 逸= 4h V 0 — h v 0 = 3h V 0，所以B 选项正确，D 选项错误. 7.科学研究证明，光子有能量也有动量，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 A. B. C. D. 能量守恒，动量不守恒，且 能量不守恒，动量不守恒，且 能量守恒，动量守恒，且 入 能量守恒，动量守恒，且 入 入= 入 v 入 >入入，碰撞后的波长为 入’，则碰撞过程中 入’ =入/ (C) A. 5. 3X IO 14B 5. 3X1014 H®2.2 JHZ.4.4X10-19JC\3, 3X IO 33Hz,2. 2 J代入数据2. 21X 1. 6X 10-19 门 ▼—(—XI 。
(北京专用)高考物理总复习第十五章第3讲光的粒子性精练(含解析)
（北京专用）高考物理总复习第十五章第3讲光的粒子性精练（含解析）第3讲光的粒子性A组基础巩固1.(2018丰台一模)光照在某金属表面上发生了光电效应。
若只减弱光的强度,而保持频率不变,则( )A.有可能不发生光电效应B.逸出的光电子的最大初动能将减小C.单位时间内从金属表面逸出的光电子数将减少D.从光照射到金属表面到有光电子逸出的时间明显增加答案 C 光的强度即单位时间内发出的光子总能量:P=Nhν,N为单位时间内发出的光子总个数。
减小光强,即减小N,但光的频率ν不变,因此仍能发生光电效应,A项错。
由光电效应方程:E k=hν-W0知,光电子的最大初动能E k不变,B项错。
电子吸收入射光子能量从而飞出原子表面时间极短,约为10-9s,不受光强影响,D项错。
因为入射光子数减少,所以有更少的电子吸收入射光子能量而逸出,C项正确。
2.(2018石景山一模)关于光子和光电子,下列说法中正确的是( )A.光子就是光电子B.光电子是光电效应中吸收光子后飞离金属表面的电子C.真空中光子和光电子的速度都是光速cD.光电子和光子都带负电荷答案 B 光子是一份能量,光电子是光电效应中产生的电子,两者完全不同,A错误,B正确;真空中的光子速度是光速c,光电子的速度大小与入射光的频率和金属材料的逸出功有关,C错误;光子不带电,D错误。
3.(2018朝阳二模)1900年,普朗克在研究黑体辐射时,认为其辐射的能量是不连续的,而是一份一份的,由此引入了一个常量h(普朗克常量),普朗克常量的引入开创了量子论。
物理学家金斯曾说过这样一句话:“虽然h的数值很小,但是我们应当承认,它是关系到保证宇宙存在的。
如果说h严格等于0,那么宇宙的物质,宇宙的物质能量,将在十亿万分之一秒的时间内全部变为辐射。
”关于h的单位,用国际单位制中的基本单位表示,正确的是( )A.J·sB.J/sC.kg·m2/sD.kg·m2·s3答案 C 由E k=hν,可知h=,又E k=mv2,则可知h的单位为:1=1 J·s=1 kg··s=1 kg·m2/s,则C正确。
人教版高中物理必修第三册《13.5 能量量子》练习题(解析版)
13.5 能量量子化【四大题型】【人教版2019】【题型1 热辐射和黑体辐射】 (1)【题型2 黑体辐射的实验规律】 (3)【题型3 能量子】 (5)【题型4 能级】 (6)知识点1：热辐射和黑体辐射1．黑体实际上是不存在的，只是一种理想情况．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；有些可看成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．3．黑体同其他物体一样也在辐射电磁波，黑体的辐射规律最为简单，黑体辐射强度只与温度有关．4．一般物体和黑体的热辐射、反射、吸收的特点热辐射不一定需要高温，任何温度都能发生热辐射，只是温度低时辐射弱，温度高时辐射强．在一定温度下，不同物体所辐射的光谱的成分有显著不同．知识点2：能量子1．普朗克的能量子概念(1)能量子：普朗克认为微观世界中带电粒子的能量是不连续的，只能是某一最小能量值的整数倍，当带电粒子辐射或吸收能量时，也只能以这个最小能量值为单位一份一份地吸收或辐射，这样的一份最小能量值ε叫作能量子，ε＝hν，其中h叫作普朗克常量，实验测得h＝6.63×10－34 J·s，ν为电磁波的频率．(2)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，这种现象叫作能量的量子化．量子化的基本特征就是在某一范围内取值是不连续的．2．爱因斯坦的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的，这些能量子被称为光子．频率为ν的光子的能量为ε＝hν.知识点3：能级1．能级原子的能量是量子化的，这些量子化的能量值叫作能级．原子具有确定能量的稳定状态，称为定态．能量最低的状态叫作基态，其他的状态叫作激发态．2．能级之间的跃迁处于低能级的原子受到高速运动的电子的撞击，有可能跃迁到较高的能量状态，处于高能级的原子是不稳定的，会自发地向能量较低的能级跃迁，放出光子．拓展延伸①能级越低，原子越稳定．①除受到高速运动的电子的撞击外，当吸收一定大小的光子的能量(等于跃迁前后的两能级之差)时，原子也能跃迁到高能级．3．原子的发射光谱(1)光谱特征如图所示是氦原子的光谱，原子的发射光谱只有一些分立的亮线．(2)光谱分立的原因原子从高能态向低能态跃迁时放出的光子的能量，等于前后两个能级之差，因为原子的能级是分立的，所以放出的光子的能量也是分立的．【题型1 热辐射和黑体辐射】【例1】(多)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．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关D．黑体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波【变式1-1】(多)关于对黑体的认识，下列说法正确的是( ) A ．黑体只吸收电磁波，不反射电磁波，看上去是黑的B ．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C ．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D ．如果在一个空腔壁上开一个很小的孔，射入小孔的电磁波在空腔内表面经多次反射和吸收，最终不能从小孔射出，这个空腔就成了一个黑体【变式1-2】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【变式1-3】关于热辐射的认识，下列说法正确的是( ) 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 【题型2 黑体辐射的实验规律】【例2】某气体在1T 、2T 两种不同温度下的分子速率分布图像如图甲所示，纵坐标()f v 表示各速率区间的分子数占总分子数的百分比，横坐标v 表示分子的速率；而黑体辐射的实验规律如图乙所示，图乙中画出了1T 、2T 两种不同温度下黑体辐射的强度与波长的关系，下列说法正确的是（ ）A ．图甲中1T >2T ，图乙中1T >2TB ．图甲中1T <2T ，图乙中1T <2TC ．图甲中1T <2T ，图乙中1T >2TD ．图甲中1T >2T ，图乙中1T <2T【变式2-1】下列关于在两种不同温度下某一定质量的气体的分子速率分布图像（纵坐标f （v ）表示各速率区间的分子数占总分子数的百分比，横坐标v表示分子的速率）和两种不同温度下黑体辐射的强度与波长的关系的图像符合实验规律的是（）A．B．C．D．【变式2-2】关于黑体辐射图像如图所示，下列判断正确的是（）A．T1>T2>T3>T4B．T1<T2<T3<T4C．T1=T2=T3=T4D．测量某黑体任一波长的光的辐射强度可以得知其温度【变式2-3】某气体在T1、T2两种不同温度下的分子速率分布图象如图甲所示，纵坐标f（v）表示各速率区间的分子数占总分子数的百分比，横坐标v表示分子的速率；而黑体辐射的实验规律如图乙所示，图乙中画出了T1、T2两种不同温度下黑体辐射的强度与波长的关系。
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第24章波粒二象性
第79练黑体辐射能量量子化光的粒子性
基础过关
一、单项选择题（每小题只有一个选项符合题意）
1.对爱因斯坦光电效应方程E k=hv－W，下列理解中正确的有（）
A．只要是用同种频率的光照射同一种金属，那么从多属中逸出的所有光电子都会具有同样的初动能E k
B．式中的W表示每个光电子从金属中飞出过程中克服金属中正电荷引力所做的功
C．逸出功W和极限频率v0之间应满足关系式W=hv0
D．光电子的最大初动能和入射光的频率成正比
2．在光电效应实验中，如果需要增大光电子到达阳极时的速度，可采用的方法是（）A．增加光照时间B．增大入射光的波长
C．增大入射光的强度D．增大入射光频率
3．如图所示为康普顿效应示意图，光子与一个静止的电子发生碰撞，图中标出了碰撞后电子的运动方向.设碰前光子频率为v，碰后为v′，则关于光子碰后的运动方向和频率的说法中正确的是（）
A．可能沿图中①方向
B．可能沿图中②方向
C．v=v′
D．v＜v′
4．如图所示，一验电器与锌板相连，现用一弧光灯照射锌板，关灯后，指针保持一定偏角，下列判断中正确的是（）
A．用一带负电（带电荷量较少）的金属小球与锌板接触，则验电器指
针偏角将增大
B．用一带负电（带电荷量较少）的金属小球与锌板接触，则验电器指
针偏角将减小
C．使验电器指针回到零后，改用强度更大的弧光灯照射锌板，验电器指针偏角将比原来小
D．使验电器指针回到零后，改用强度更大的红外线灯照射锌板，验电器指针一定偏转5．如图所示为一真空光电管的应用电路，其阴极金属材料的极限频率为4.5×1014Hz，则下列判断中正确的是（）
A．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=0.5μm的光照射光电管时，电路中没有光电流产生
D．光照射的时间越长，电路中的光电流越大
二、多项选择题（每小题有多个选项符合题意）
6．金属钠的逸出功为2.48eV，则下列各色光中，能使钠发生光电效应的有（）
A．波长为6.5×10-7m的红光
B．频率为5.5×1014Hz的红光
C．波长为4.8×10-7m的蓝光
D．频率为7.5×1014Hz的紫光
7．关于黑体和热辐射，下列说法中正确的是（）
A．黑体不辐射可见光
B．一切物体都在向外辐射电磁波
C．黑体不能反射可见光
D．黑体在吸收电磁波的同时不向外辐射电磁波
8．下列说法中正确的是（）
A．我们周围的一切物体都在辐射电磁波，这种辐射只与物体的温度有关
B．普朗克在研究黑体的热辐射问题中提出了能量子假说
C．爱因斯坦提出光子说成功地解释了光电效应
D．康普顿效应表明光子除了能量之外还具有动量
9．下列有关黑体辐射的说法中正确的是（）
A．黑体辐射不属于电磁辐射
B．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
C．黑体辐射随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有所增加
D．黑体辐射随着温度的升高，辐射强度的最大值向波长较长的方向移动
10．在如图甲所示的装置中，K为一金属板，A为金属电极，都密封在真空的玻璃管中，W 为由石英片封盖的窗口，单色光可通过石英片射到金属板K上，E为输出电压可调的直流电源，其负极与电极A相连，实验发现，当用某种频率的单色光照射K时，K会发出电子（光电效应），这时，即使A、K之间的电压等于零，回路中也有电流.当A的电势低于K时，当A比K的电势低到某一值U c时，电流消失，U c称为截止电压，当改变照射光的频率v，截止电压U c也将随之改变，其关系如图乙所示，如果某次实验我们测出了画出这条图线所需的一系列数据，又知道了电子电荷量，则（）
A．可求得该金属的极限频率
B．可求得该金属的逸出功
C．可求得普朗克恒量
D．可求得电子的质量
11．下列关于光电效应的说法中正确的是（）
A．在入射光频率和强度一定时，光电流的大小与所加的正向电压成正比
B．在入射光频率一定时，饱和光电流的大小与入射光的强度成正比
C．对于同一种金属来说，其逸出功和截止频率均一定，与入射光的频率及光的强度均无关
D．对于同一种金属来说，遏止电压一定，与入射光的频率及光的强度均无关
三、计算或论述题
12．波长为6.0×10-7的单色光，问：
（1）这一单色光的频率是多大？
（2）此单色光的1个光子的能量是多少焦耳？合多少电子伏特？（普朗克恒量h=6.63×10-34J·s）
14．一光电管的阴极用极限波长λ0=5.0×10-7m的钠制成.用波长λ=3.0×10-7m的紫外线照射阴极，光电管阳极A和阴极K之间的电势差U=2.1V，光电流的饱和值I=0.56μA.
（1）求每秒内由K极发射的电子数；
（2）求电子到达A极时的最大动能；
（3）如果电势差U不变，而照射光的强度增到原值的3倍，此时电子到达A极时的最大动能是多少？（普朗克恒量h=6.63×10-34J·s，电子的电荷量e=1.6×10-19C）.
能力提升
15．研究光电效应规律的实验装置如图所示，以频率为v的光照射光电管阴极K时，有光电子产生.由于光电管K、A间加的是反向电压，光电子从阴极K发射后将向阳极A做减速运动.光电流i由图中电流计G测出，反向电压U由电压表V测出.当电流计示数恰好为零时，电压表的示数称为反向截止电压U0.在下列表示光电效应实验规律的图像中错误的是（）
16．如图所示是利用光电效应现象测定金属极限频率的实验原理图，其中电源电动势为E，内阻为r，R0的总电阻为4r，两块平行金属板相距为d，当N受频率为v的紫外线照射后，将发射沿不同方向运动的光电子，形成电流，从而引起电流计的指针偏转，若闭合开关S，调节R0逐渐增大极板间电压，可以发现电流逐渐减小.当电压表示数为U时，电流恰好为零.（已知普朗克恒量h、电子电荷量e、电子质量m、光速为c）则：
（1）金属板N的极限频率为多大？
（2）这时R Pb为多大？
（3）切断开关S，在MN间加垂直于纸面的匀强磁场，逐渐增大磁感应强度，也能使电流为零，当磁感应强度B为多大时，电流恰好为零？
第12章交变电流
第24章 波粒二象性
第79练 黑体辐射 能量量子化 光的粒子性
1．C 解析 爱因斯坦光电效应方程E k =W h -ν可知E k 和ν之间是一次函数关系，但不是成正比关系.本题选C.
2．D 3.B 4.B 5.B 6.CD 7.BC 8.BCD 9.BC 10.ABC 11.BC
12．（1）5.0×1014Hz （2）3.315×10-19J 合2.07eV
13．W 0=3eV
14．（1）每秒内由K 极发射的电子数：个12105.3⨯==e
It n （2）由爱因斯坦光电效应方程得：J hc W h E k 19001065.2)11(
-⨯=-=-=λλν
再由动能定理，有：eU=E km -E k
到达A 极时的最大动能为：E km =E k +eU=6.01×10-19J （3）当光强度增到原值三倍时，电子到达A 极时的最大动能不变.
15．B
16．（1）meU de B E Ur R h eU Pb 22)3(5)2(0==-
=所以νν。