第16章 1 第1讲 能量量子化 光电效应(课件PPT)-【赢在微点·顶层设计】2027年高中物理高考一轮总复习（粤教版）

第十六章 原子结构 波粒二象性 原子核 赢在微点 高考复习顶层设计 物理 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 第1讲 第十六章　原子结构　波粒二象性　原子核 能量量子化　光电效应 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 目 标 要 求 1.了解热辐射和黑体的概念，理解能量量子化的意义。2.理解光电效应现象及光电效应的实验规律，会利用光电效应方程计算逸出功、截止频率、最大初动能等物理量。3.会分析光电效应常见的三类图像。 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 考点1　能量子 考点2　光电效应的规律 内容 索引 温馨提示:点击标题链接相关内容 考点3　光电效应的图像 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 能量子 考点1 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 6 必|备|知|识 1.光是一种电磁波。 电磁波和光一样具有反射、折射、 和衍射等性质，光是一种电磁波。 2.热辐射和黑体辐射。 (1)热辐射：一切物体都在辐射电磁波，热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。 干涉 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 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ε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= ，其中ν是带电微粒吸收或辐射电磁波的频率, 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)。 整数倍 hν 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 (1)热辐射时发出的电磁波是一份一份的，每一份叫作一个能量子 ( ) (2)黑体一定是黑色的( ) 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 关|键|能|力 【典例1】　在能量量子化研究的历程中，下列说法正确的是( ) A.物质发射(或吸收)能量时，能量不是连续的，而是一份一份进行的 B.黑体既不反射电磁波，也不向外辐射电磁波 C.能量子假说中的能量子的能量ε=hν，ν为带电微粒的运动速率，h为普朗克常量 D.一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与物体的温度无关 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 普朗克在研究物体热辐射的规律时发现，电磁波的发射和吸收不是连续的，而是一份一份地进行的，每一份能量叫作一个能量子,能量子的能量ε=hν，ν为带电微粒的振动频率，h为普朗克常量，A项正确，C项错误；黑体不反射电磁波，但会向外辐射电磁波，即黑体辐射，B项错误；一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与物体的温度有关，D项错误。 解析 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 【典例2】　(多选)已知一个激光发射器功率为P，发射波长为λ的光,光速为c，普朗克常量为h，则( ) A.光的频率为 B.光子的能量为 C.光子的动量为 D.在时间t内激光器发射的光子数为 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 由波的知识可知λ=cT=，则光的频率为ν=，A项正确；由光子说可知，光子能量ε=hν=h，光子动量p=，B项错误，C项正确；时间t内发射的光子的总能量为Pt，即n·h=Pt，则n=，D项错误。 解析 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 光电效应的规律 考点2 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 14 必|备|知|识 1.光电效应及其规律。 (1)光电效应现象。 照射到金属表面的光，能使金属中的 从表面逸出，这个现象称为光电效应，这种电子称为光电子。 (2)光电效应规律。 ①每种金属都有一个截止频率ν0，入射光的频率必须大于或等于这个 才能产生光电效应。 电子 截止频率 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 ②光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光频率的增大而 。 ③光电效应的发生几乎是瞬时的，一般不超过10-9 s。 ④当入射光的频率大于或等于截止频率时，在光的颜色不变的情况下，入射光越强，饱和光电流越大，逸出的光电子数越多，逸出光电子的数目与入射光的强度成正比，饱和光电流的大小与入射光的强度成 。 增大 正比 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 2.爱因斯坦光电效应方程。 (1)光电效应方程。 ①表达式：Ek= 。 ②物理意义：金属表面的电子吸收一个光子获得的能量是hν，这些能量的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 。 (2)逸出功W0：电子从金属中逸出所需做功的最小值，W0=hν0=h。 (3)最大初动能：发生光电效应时，金属表面上的电子吸收光子后克服原子核的引力逸出时所具有的动能的最大值。 hν-W0 最大初动能 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 (1)光子和光电子都不是实物粒子( ) (2)只要入射光的强度足够大，照射时间足够长，就可以使金属发生光电效应( ) (3)光电子的最大初动能与入射光子的频率成正比( ) 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 关|键|能|力 1.与光电效应有关的五组概念对比。 (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，光电子是光电效应的果。 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 (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，电子吸收光子的全部能量，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，只需克服原子核的引力做功的情况，光电子才具有最大初动能。光电子的初动能小于或等于光电子的最大初动能。 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 (3)光电流与饱和光电流：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。 (4)入射光的强度与光子的能量：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，即I=nhν，n是单位时间照射到单位面积上的光子数。 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 21 (5)光的强度与饱和光电流：饱和光电流与入射光的强度成正比的规律是对频率相同的光照射金属产生光电效应而言的，对于不同频率的光，由于每个光子的能量不同，饱和光电流与入射光的强度之间没有简单的正比关系。 2.四点提醒。 (1)能否发生光电效应，不取决于光的强度而取决于光的频率。 (2)光电效应中的“光”不是特指可见光，也包括不可见光。 (3)逸出功的大小由金属本身决定，与入射光无关。 (4)光电子不是光子，而是电子。 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 3.三个关系式。 (1)爱因斯坦光电效应方程：Ek=hν-W0。 (2)最大初动能与遏止电压的关系：Ek=eUc。 (3)逸出功与截止频率的关系W0=hν0。 4.两条对应关系。 (1)光强大(频率一定时)→光子数目多→发射光电子多→饱和光电流大。 (2)光子频率高→光子能量大→光电子的最大初动能大。 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 【典例3】　(多选)X射线光电子能谱仪是利用X光照射材料表面激发出光电子，并对光电子进行分析的科研仪器，用某一频率的X光照射某种金属表面，逸出了光电子，若增加此X光的强度，则( ) A.该金属的逸出功增大 B.X光的光子能量不变 C.逸出的光电子最大初动能增大 D.单位时间逸出的光电子增多 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 金属的逸出功由金属本身决定，与入射光无关，逸出功不变，A项错误；由光电效应的规律可知，X光的频率不变，光子能量不变，B项正确；由光电效应方程知逸出光电子的最大初动能不变, C项错误；X光的强度增大，则单位时间内照射到金属表面的光子数目增多，单位时间内逸出的光电子数目也增多，D项正确。 解析 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 【典例4】　利用如图所示的装置研究光电效应， 闭合单刀双掷开关S接1，用频率为ν1的光照射光 电管，调节滑动变阻器，使电流表的示数刚好为 0，此时电压表的示数为U1，已知电子电荷量为 e，普朗克常量为h，下列说法正确的是( ) A.其他条件不变，增大光强，电压表示数增大 B.改用比ν1更大频率的光照射，调整电流表的示 数为零，此时电压表示数仍为U1 C.其他条件不变，使开关S接2，电流表示数仍为零 D.光电管阴极材料的截止频率ν0=ν1- 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 当开关S接1时，由爱因斯坦光电效应方程eU1=hν1-W0，当其他条件不变时，增大光强，电压表的示数不变，A项错误；若改用比ν1更大频率的光照射时，调整电流表的示数为零，而金属的逸出功不变，故遏止电压变大，即此时电压表示数大于U1，B项错误；其他条件不变时，hν1>W0，可发生光电效应，使开关S接2时，光电管两端加正向电压，故电流表示数不为零，C项错误；根据爱因斯坦光电效应方程Ek=hν1-W0，Ek=eU1，其中W0=hν0，联立解得,光电管阴极材料的截止频率为ν0=ν1-，D项正确。 解析 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 光电效应的图像 考点3 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 28 (1)对应关系：Ek=hν-W0。 (2)截止频率(极限频率)：横轴截距。 (3)逸出功：纵轴截距的绝对值W0=|-E|=E。 (4)普朗克常量：图线的斜率k=h。 关|键|能|力 考向1 最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图像(Ek-ν图像) 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 【典例5】　用如图甲所示的装置研究光电效应现象。闭合开关S，用频率为ν的光照射光电管时发生了光电效应。图乙是该光电管发生光电效应时光电子的最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图像，图线与横轴的交点坐标为(a，0)，与纵轴的交点坐标为(0，-b)，下列说法正确的是( ) 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 A.普朗克常量为h= B.断开开关S后，电流表G的示数不为零 C.仅增加照射光的强度，光电子的最大初动能将增大 D.保持照射光强度不变，仅提高照射光频率，电流表G的示数保持不变 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 由Ek=hν-W0，可知图线的斜率为普朗克常量，即h=，A项错误；断开开关S后，仍有光电子产生，所以电流表G的示数不为零，B项正确；只有增大入射光的频率，才能增大光电子的最大初动能，与光的强度无关，C项错误；保持照射光强度不变，仅提高照射光频率,单个光子的能量增大，而光的强度不变，那么光子数一定减少，产生的光电子数也减少，电流表G的示数要减小，D项错误。 解析 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 (1)对应关系：Uc=ν-。 (2)截止频率ν0：横轴截距。 (3)遏止电压Uc：随入射光频率的增大而增大。 (4)普朗克常量h：等于图线的斜率与电子电荷量的乘积，即h=ke。 考向2 遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图像(Uc-ν图像) 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 【典例6】　(2022·河北卷)如图是密立根于1916年发表的钠金属光电效应的遏止电压Uc与入射光频率ν的实验曲线，该实验直接证明了爱因斯坦光电效应方程，并且第一次利用光电效应实验测定了普朗克常量h。由图像可知( ) 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 A.钠的逸出功为hν0 B.钠的截止频率为8.5×1014 Hz C.图中直线的斜率为普朗克常量h D.遏止电压Uc与入射光频率ν成正比 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 根据遏止电压与最大初动能的关系有eUc=Ek，根据光电效应方程有Ek=hν-W0，结合题图可知，当Uc为0时，解得W0=hν0，A项正确;钠的截止频率为ν0，根据题图可知，截止频率大约为5.5×1014 Hz, B项错误；结合遏止电压与光电效应方程可解得Uc=ν-可知，题图中直线的斜率表示，C项错误；由上式可知遏止电压Uc与入射光频率ν呈线性关系，不是成正比，D项错误。 解析 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 1.颜色相同、强度不同的光。 (1)遏止电压Uc：横轴截距。 (2)饱和光电流Im：光强越强，饱和光电流越大。 (3)最大初动能：Ek=eUc。 考向3 光电流与电压的关系图像(I-U图像) 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 2.强度相同、颜色不同的光(以黄光和蓝光为例)。 (1)遏止电压|Uc1|>|Uc2|，理由：ν蓝>ν黄。 (2)饱和光电流I黄>I蓝，理由：光强=光子个数×单个光子能量。 (3)最大初动能Ek1>Ek2，理由：Ek=eUc。 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 【典例7】　在光电效应实验中，某同学用同一光电管在不同实验条件下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线(甲光、乙光、丙光)，如图所示。则下列说法正确的是( ) A.甲光的频率大于乙光的频率 B.乙光的波长大于丙光的波长 C.乙光对应的截止频率大于丙光对应的截止频率 D.甲光对应的光电子最大初动能大于丙光对应的光电子最大初动能 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 由题图知，甲、乙光对应的遏止电压相等，由eUc=Ek和hν=W0+Ek得甲、乙光频率相等，A项错误；丙光的遏止电压大于乙光的遏止电压，则丙光的频率大于乙光的频率，丙光的波长小于乙光的波长，B项正确；同一金属截止频率相同，C项错误；由光电效应方程知，甲光对应的光电子最大初动能小于丙光对应的光电子最大初动能，D项错误。 解析 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 把握高考微点，实现素能提升 完成——微练83 本部分内容讲解结束 $$