第4章 第1、2节 普朗克黑体辐射理论 光电效应 （word教参）-【新课程学案】新教材2023-2024学年高中物理选择性必修第三册（人教版2019）

　第四章　原子结构和波粒二象性 第1、2节　普朗克黑体辐射理论 光电效应 核心素养导学 物理观念 (1)知道黑体与黑体辐射，知道黑体辐射的实验规律及理论解释。 (2)了解能量子假说。 (3)了解光电效应、康普顿效应及其意义。 (4)了解宏观物体和微观粒子的能量变化特点。 科学思维 (1)利用爱因斯坦的光子说解释光电效应，解释光电效应的实验规律。 (2)利用光电效应方程解决一些简单问题。 科学探究 (1)通过实验，了解光电效应现象及实验规律。 (2)根据实验结论说明光具有波粒二象性。 科学态度与责任 体会能量量子化的提出对人们认识物质世界的影响。 一、普朗克黑体辐射理论 1．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。 2．黑体辐射：黑体向外辐射电磁波的现象。 3．黑体辐射的实验规律 (1)随着温度的升高，各种波长的电磁波的辐射强度都有增加。 (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。 4．能量子 (1)定义：普朗克认为，组成黑体的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，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是带电微粒的振动频率，h称为普朗克常量，其值为h＝6.626 070 15×10－34 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。 二、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。 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)存在截止频率：当入射光的频率减小到某一数值νc时，光电流消失，不发生光电效应，νc称为截止频率。 (2)存在饱和电流：在光照条件不变的情况下，随着所加电压的增大，光电流趋于一个饱和值——饱和光电流，而且在光的频率不变的情况下，入射光越强，饱和光电流越大。 (3)存在遏止电压：在光电管上施加反向电压，使光电流减小到0的反向电压Uc称为遏止电压。由mevc2＝eUc可知，遏止电压越大，光电子的最大初动能越大，实验表明，对于同一种金属，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。 (4)光电效应具有瞬时性：当入射光的频率超过截止频率νc时，无论入射光怎样微弱，照到金属时会立即产生光电流，光电效应几乎是瞬时发生的。 4．逸出功：要使电子脱离某种金属，所需外界对它做功的最小值，不同种类的金属，逸出功的大小也不相同。 5．爱因斯坦的光电效应理论 (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)爱因斯坦光电效应方程 ①表达式：hν＝Ek＋W0或Ek＝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，在这些能量中，一部分大小为W0的能量被电子用来脱离金属，剩下的是逸出后电子的初动能Ek。 三、康普顿效应和光子的动量　光的波粒二象性 1．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。 2．光子的动量 康普顿为了解释康普顿效应，提出光子除了具有能量之外，还具有动量。 (1)表达式：p＝。 (2)说明：在康普顿效应中，当入射的光子与晶体中的电子碰撞时，要把一部分动量转移给电子，光子的动量变小。因此，有些光子散射后波长变大。 3．光的波粒二象性 (1)在麦克斯韦的电磁理论建立之后，人们认识到光是一种电磁波。 (2)光电效应和康普顿效应揭示了光的粒子性。 (3)光既具有波动性，又具有粒子性，光具有波粒二象性。 1.美国科学家约翰·马瑟和乔治·斯穆特由于发现了宇宙微波背景辐射的黑体形式和各向异性而获得诺贝尔物理学奖。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。 请对以下说法作出判断： (1)黑体能够完全吸收各种电磁波，但不辐射电磁波。(×) (2)黑体辐射电磁波的强度按波长分布只与黑体的温度有关。(√) (3)量子化假说与黑体辐射的实验规律相当符合。(√) (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。(√) 2．如图所示，若利用紫外线灯照射锌板，无论光的强度如何变化，验电器都有张角，而用红光照射锌板，无论光的强度如何变化，验电器总无张角，这说明了什么？ 提示：金属能否发生光电效应，决定于照射光的频率，与照射光的强度无关。照射光包括可见光和不可见光，其中紫外线的频率大于红光频率。 3．如图是研究光电效应的电路图，在光电管两端加正向电压，用一定强度的光照射时，若增加电压，电流表示数不变，而光强增加时，保持所加电压不变，