第四章 第一、二节 普朗克黑体辐射理论 光电效应-【创新教程】2025-2026学年高中物理选择性必修第三册五维课堂同步课件PPT（人教版）

该高中物理课件聚焦原子结构和波粒二象性，涵盖黑体辐射、能量量子化、光电效应、康普顿效应等核心知识点，通过实验现象（如光电效应中验电器指针偏转）和生活实例（如太空中天空黑暗的原因）导入，搭建从经典物理到量子物理的学习支架，帮助学生衔接前后知识。 其亮点在于以核心素养为导向，通过合作探究（如分析黑体辐射实验规律）、图像法（E_k-ν图线）和实验对比（维恩与瑞利公式的矛盾），培养学生的物理观念和科学思维。例如用表格对比一般物体与黑体的辐射特点，结合“紫外灾难”引导科学探究，学生能深化对量子理论的理解，教师可借助结构化资源提升教学效率。

物理选择性必修第三册 合作探究攻重难 自主预习探新知 课堂自测夯基础 课后素养提升练 物理选择性必修第三册 合作探究攻重难 自主预习探新知 课堂自测夯基础 课后素养提升练 物理选择性必修第三册 合作探究攻重难 自主预习探新知 课堂自测夯基础 课后素养提升练 物理选择性必修第三册 合作探究攻重难 自主预习探新知 课堂自测夯基础 课后素养提升练 物理选择性必修第三册 合作探究攻重难 自主预习探新知 课堂自测夯基础 课后素养提升练 物理选择性必修第三册 合作探究攻重难 自主预习探新知 课堂自测夯基础 课后素养提升练 物理选择性必修第三册 合作探究攻重难 自主预习探新知 课堂自测夯基础 课后素养提升练 物理选择性必修第三册 合作探究攻重难 自主预习探新知 课堂自测夯基础 课后素养提升练 物理选择性必修第三册 合作探究攻重难 自主预习探新知 课堂自测夯基础 课后素养提升练 物理选择性必修第三册 合作探究攻重难 自主预习探新知 课堂自测夯基础 课后素养提升练 物理选择性必修第三册 合作探究攻重难 自主预习探新知 课堂自测夯基础 课后素养提升练 物理选择性必修第三册 合作探究攻重难 自主预习探新知 课堂自测夯基础 课后素养提升练 物理选择性必修第三册 合作探究攻重难 自主预习探新知 课堂自测夯基础 课后素养提升练 物理选择性必修第三册 合作探究攻重难 自主预习探新知 课堂自测夯基础 课后素养提升练 物理选择性必修第三册 合作探究攻重难 自主预习探新知 课堂自测夯基础 课后素养提升练 物理选择性必修第三册 合作探究攻重难 自主预习探新知 课堂自测夯基础 课后素养提升练 物理选择性必修第三册 合作探究攻重难 自主预习探新知 课堂自测夯基础 课后素养提升练 物理选择性必修第三册 合作探究攻重难 自主预习探新知 课堂自测夯基础 课后素养提升练 物理选择性必修第三册 合作探究攻重难 自主预习探新知 课堂自测夯基础 课后素养提升练 物理选择性必修第三册 合作探究攻重难 自主预习探新知 课堂自测夯基础 课后素养提升练 物理选择性必修第三册 合作探究攻重难 自主预习探新知 课堂自测夯基础 课后素养提升练 物理选择性必修第三册 合作探究攻重难 自主预习探新知 课堂自测夯基础 课后素养提升练 物理选择性必修第三册 合作探究攻重难 自主预习探新知 课堂自测夯基础 课后素养提升练 物理选择性必修第三册 合作探究攻重难 自主预习探新知 课堂自测夯基础 课后素养提升练 物理选择性必修第三册 合作探究攻重难 自主预习探新知 课堂自测夯基础 课后素养提升练 物理选择性必修第三册 合作探究攻重难 自主预习探新知 课堂自测夯基础 课后素养提升练 物理选择性必修第三册 合作探究攻重难 自主预习探新知 课堂自测夯基础 课后素养提升练 物理选择性必修第三册 合作探究攻重难 自主预习探新知 课堂自测夯基础 课后素养提升练 物理选择性必修第三册 合作探究攻重难 自主预习探新知 课堂自测夯基础 课后素养提升练 物理选择性必修第三册 合作探究攻重难 自主预习探新知 课堂自测夯基础 课后素养提升练 物理选择性必修第三册 合作探究攻重难 自主预习探新知 课堂自测夯基础 课后素养提升练 物理选择性必修第三册 合作探究攻重难 自主预习探新知 课堂自测夯基础 课后素养提升练 物理选择性必修第三册 合作探究攻重难 自主预习探新知 课堂自测夯基础 课后素养提升练 物理选择性必修第三册 合作探究攻重难 自主预习探新知 课堂自测夯基础 课后素养提升练 物理选择性必修第三册 合作探究攻重难 自主预习探新知 课堂自测夯基础 课后素养提升练 物理选择性必修第三册 合作探究攻重难 自主预习探新知 课堂自测夯基础 课后素养提升练 物理选择性必修第三册 合作探究攻重难 自主预习探新知 课堂自测夯基础 课后素养提升练 物理选择性必修第三册 合作探究攻重难 自主预习探新知 课堂自测夯基础 课后素养提升练 物理选择性必修第三册 合作探究攻重难 自主预习探新知 课堂自测夯基础 课后素养提升练 物理选择性必修第三册 合作探究攻重难 自主预习探新知 课堂自测夯基础 课后素养提升练 物理选择性必修第三册 合作探究攻重难 自主预习探新知 课堂自测夯基础 课后素养提升练 物理选择性必修第三册 合作探究攻重难 自主预习探新知 课堂自测夯基础 课后素养提升练 物理选择性必修第三册 合作探究攻重难 自主预习探新知 课堂自测夯基础 课后素养提升练 物理选择性必修第三册 合作探究攻重难 自主预习探新知 课堂自测夯基础 课后素养提升练 物理选择性必修第三册 合作探究攻重难 自主预习探新知 课堂自测夯基础 课后素养提升练 物理选择性必修第三册 合作探究攻重难 自主预习探新知 课堂自测夯基础 课后素养提升练 物理选择性必修第三册 合作探究攻重难 自主预习探新知 课堂自测夯基础 课后素养提升练 物理选择性必修第三册 合作探究攻重难 自主预习探新知 课堂自测夯基础 课后素养提升练 物理选择性必修第三册 合作探究攻重难 自主预习探新知 课堂自测夯基础 课后素养提升练 物理选择性必修第三册 合作探究攻重难 自主预习探新知 课堂自测夯基础 课后素养提升练 物理选择性必修第三册 合作探究攻重难 自主预习探新知 课堂自测夯基础 课后素养提升练 物理选择性必修第三册 合作探究攻重难 自主预习探新知 课堂自测夯基础 课后素养提升练 物理选择性必修第三册 合作探究攻重难 自主预习探新知 课堂自测夯基础 课后素养提升练 物理选择性必修第三册 合作探究攻重难 自主预习探新知 课堂自测夯基础 课后素养提升练 物理选择性必修第三册 合作探究攻重难 自主预习探新知 课堂自测夯基础 课后素养提升练 物理选择性必修第三册 合作探究攻重难 自主预习探新知 课堂自测夯基础 课后素养提升练 物理选择性必修第三册 合作探究攻重难 自主预习探新知 课堂自测夯基础 课后素养提升练 物理选择性必修第三册 合作探究攻重难 自主预习探新知 课堂自测夯基础 课后素养提升练 物理选择性必修第三册 合作探究攻重难 自主预习探新知 课堂自测夯基础 课后素养提升练 物理选择性必修第三册 合作探究攻重难 自主预习探新知 课堂自测夯基础 课后素养提升练 物理选择性必修第三册 合作探究攻重难 自主预习探新知 课堂自测夯基础 课后素养提升练 物理选择性必修第三册 合作探究攻重难 自主预习探新知 课堂自测夯基础 课后素养提升练 物理选择性必修第三册 合作探究攻重难 自主预习探新知 课堂自测夯基础 课后素养提升练 物理选择性必修第三册 合作探究攻重难 自主预习探新知 课堂自测夯基础 课后素养提升练 物理选择性必修第三册 合作探究攻重难 自主预习探新知 课堂自测夯基础 课后素养提升练 物理选择性必修第三册 合作探究攻重难 自主预习探新知 课堂自测夯基础 课后素养提升练 物理选择性必修第三册 合作探究攻重难 自主预习探新知 课堂自测夯基础 课后素养提升练 物理选择性必修第三册 合作探究攻重难 自主预习探新知 课堂自测夯基础 课后素养提升练 物理选择性必修第三册 合作探究攻重难 自主预习探新知 课堂自测夯基础 课后素养提升练 物理选择性必修第三册 合作探究攻重难 自主预习探新知 课堂自测夯基础 课后素养提升练 物理选择性必修第三册 合作探究攻重难 自主预习探新知 课堂自测夯基础 课后素养提升练 物理选择性必修第三册 合作探究攻重难 自主预习探新知 课堂自测夯基础 课后素养提升练 物理选择性必修第三册 合作探究攻重难 自主预习探新知 课堂自测夯基础 课后素养提升练 物理选择性必修第三册 合作探究攻重难 自主预习探新知 课堂自测夯基础 课后素养提升练 物理选择性必修第三册 合作探究攻重难 自主预习探新知 课堂自测夯基础 课后素养提升练 物理选择性必修第三册 合作探究攻重难 自主预习探新知 课堂自测夯基础 课后素养提升练 物理选择性必修第三册 合作探究攻重难 自主预习探新知 课堂自测夯基础 课后素养提升练 物理选择性必修第三册 合作探究攻重难 自主预习探新知 课堂自测夯基础 课后素养提升练 物理选择性必修第三册 合作探究攻重难 自主预习探新知 课堂自测夯基础 课后素养提升练 物理选择性必修第三册 合作探究攻重难 自主预习探新知 课堂自测夯基础 课后素养提升练 物理选择性必修第三册 合作探究攻重难 自主预习探新知 课堂自测夯基础 课后素养提升练 物理选择性必修第三册 合作探究攻重难 自主预习探新知 课堂自测夯基础 课后素养提升练 物理选择性必修第三册 合作探究攻重难 自主预习探新知 课堂自测夯基础 课后素养提升练 物理选择性必修第三册 合作探究攻重难 自主预习探新知 课堂自测夯基础 课后素养提升练 物理选择性必修第三册 合作探究攻重难 自主预习探新知 课堂自测夯基础 课后素养提升练 第一节　普朗克黑体辐射理论 第二节　光电效应 学习目标 核心素养 1.知道黑体、黑体辐射的概念，了解黑体辐射的实验规律． 2．知道能量子的概念，会计算能量子大小，了解普朗克量子假说. 3．掌握爱因斯坦光电效应方程并会用它来解决简单问题． 4．了解康普顿效应及其意义． 5．了解光的波粒二象性. 1.物理观念：黑体辐射、能量子、光子、光电效应方程． 2．科学思维：理解黑体辐射的规律，利用光电效应规律及光电效应方程解题． 3．科学方法：图像法、实验法、假设法． 4．科学态度与责任：学会解释光电效应的规律，实事求是，理解能量子、光子，培养探索科学的兴趣. [知识点1]　黑体辐射、能量量子化　 1．黑体辐射 (1)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． (2)维恩和瑞利的理论解释 ①建立理论的基础：依据　热力学　和　电磁学　的知识寻求黑体辐射的理论解释． ②维恩公式：在　短波区　与实验非常接近，在　长波区　则与实验偏离很大． ③瑞利公式：在　长波区　与实验基本一致，但在　短波区　与实验严重不符，由理论得出的荒谬结果被称为“紫外灾难”． 2．能量子 (1)普朗克的假设 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　.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叫作　能量子　. (2)能量子公式 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．这种现象叫能量的量子化． 说明：黑体辐射的电磁波强度按波长的分布只跟黑体温度有关． [知识点2]　光电效应现象和规律　 1．光电效应定义 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)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，表面已经没有光电子了，νc称为截止频率． (2)存在着　饱和　电流．入射光强度一定，单位时间内阴极K发射的光电子数　一定　.入射光越强，饱和电流　越大　，表明入射光越强，单位时间内发射的光电子数　越多　. (3)遏止电压：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． (4)光电效应具有瞬时性：当频率超过截止频率νc时，光电效应几乎是　瞬时　发生的． 4．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W0表示，不同金属的逸出功　不同　. [知识点3]　爱因斯坦的光子说及光电效应方程　 1．光子说 (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　能量子　组成的，频率为ν的光的能量子为　hν　，这些能量子称为光子． (2)光子能量 公式为ε＝hν，其中ν指光的　频率　. 2．光电效应方程 (1)对光电效应的说明 在光电效应中，金属中的电子吸收　一个光子　获得的能量是　hν　，其中一部分用来克服金属的　逸出功W0　，另一部分为光电子的　初动能　　Ek　. (2)光电效应方程 Ek＝　hν－W0　. 3．对光电效应规律的解释 (1)光电子的最大初动能与入射光　频率　有关，与光的　强弱　无关．只有当hν　>W0　时，才有光电子逸出． (2)电子　一次性　吸收光子的全部能量，　不需要　积累能量的时间． (3)对于同种颜色的光，光较强时，包含的　光子数　较多，照射金属时产生的　光电子　较多，因而饱和电流较大． 说明：①光越强，包含的光子数越多，照射金属时产生的光电子就多，因而饱和电流大；②入射光的强度，指单位时间照射在金属单位面积上的光子总能量，在入射光频率不变的情况下，光强与光子数成正比；③单位时间内发射出来的电子数由光强决定． [知识点4]　康普顿效应和光子的动量　 1．康普顿效应 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 光子不仅具有能量，而且具有　动量　，公式：p＝　eq \f(h,λ)　. [自我检测] 1．思维辨析 (1)温度越高，黑体辐射电磁波的强度越大．( √ ) (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．( √ ) (3)金属表面是否发生光电效应与入射光的强弱有关．( × ) (4)在发生光电效应的条件下，入射光强度越大，饱和光电流越大．( √ ) 2．基础理解 爱因斯坦一辈子很少做实验，他是一个伟大的物理学家，但他非常尊重实验事实，当理论与实验事实相矛盾时他倾向实验．为了解释光电效应实验规律，他接受并发展连普朗克都惶惑的能量子观点，提出光子说，从而成功地解释了光电效应现象． 爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0中各物理量的含义是什么？ 提示：Ek为光电子的最大初动能，hν为入射光子的能量，W0为电子脱离金属表面所需做的功，称为逸出功． 对黑体辐射、能量子的理解 ◆[探究导引] 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． 试探究：(1)黑体的辐射实际上是什么辐射？ (2)普朗克对此提出了什么假说？ 提示：(1)实际是电磁辐射． (2)提出了能量子假说． ◆[探究归纳] 1．一般物体与黑体的比较 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况有关 既吸收又反射，其能力与材料的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的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 2.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． [特别提醒] ①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，只是温度低时热辐射弱，温度高时热辐射强； ②黑体是一个理想化的物理模型，实际不存在； ③黑体看上去不一定是黑的，有些可看作黑体的物体由于自身有较强的辐射，看起来还会很明亮． 3．能量子的有关问题 (1)对能量子的理解：物体热辐射所发出的电磁波是通过内部的带电谐振子向外辐射的，谐振子的能量是不连续的，只能是hν的整数倍． (2)能量子假说的意义：解决了“紫外灾难”的问题，破除了“能量连续变化”的传统观念． [例1]　(多选)黑体辐射的实验规律如图所示，由图可知(　　) A．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 思路点拨：温度升高，各种波长的辐射强度都增加，且极大值向波长短的方向移动；反之亦然． [解析]　由图可知，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，上述变化都将反之，故A、C、D正确，B错误． [答案]　ACD ◆[跟踪训练] [训练角度1]　对热辐射的理解 1．(多选)关于对热辐射的认识，下列说法正确的是(　　) A．温度越高，物体辐射的电磁波越强 B．冷的物体只吸收电磁波 C．辐射强度按波长的分布情况只与物体的温度有关，与材料的种类及表面状况无关 D．常温下看到的不透明、非发光物体的颜色是反射光的颜色 解析：AD　[一切物体都在不停地向外辐射电磁波，且温度越高，辐射的电磁波越强，A正确，B错误；选项C是黑体辐射的特性，C错误；常温下看到的不透明、非发光物体的颜色是反射光的颜色，D正确．] [训练角度2]　对能量子的理解 2．两束能量相同的色光，都垂直地照射到物体表面，第一束光在某段时间内打在物体表面的光子数与第二束光在相同时间内打在物体表面的光子数之比为5∶4，则这两束光的光子能量和波长之比分别为(　　) A．4∶5　4∶5　　　　 B．5∶4　4∶5 C．5∶4　5∶4 D．4∶5　5∶4 解析：D　[两束能量相同的色光，都垂直地照射到物体表面，在相同时间内打在物体表面的光子数之比为5∶4，根据E＝Nε可得两束光光子能量之比为4∶5；再根据ε＝hv＝heq \f(c,λ)知，光子能量与波长成反比，故两束光光子波长之比为5∶4.选项D正确．] 对光电效应现象的理解 ◆[探究导引] 一验电器与锌板相连，如图所示，用一紫外线灯照射锌板，关灯后，验电器指针保持一定偏角． 试探究：(1)现用一带负电的金属小球与锌板接触，则验电器指针偏角将怎样变化？ (2)使验电器指针回到零，再用相同强度的钠灯发出的黄光照射锌板，验电器指针无偏转．那么，若改用强度更大的红外线灯照射锌板可观察到验电器指针如何偏转？ 提示：(1)偏角减小． (2)指针不偏转． ◆[探究归纳] 1．认识几个概念 (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入射光子数的乘积． (4)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，这个饱和值就是饱和光电流，在一定的光照条件下，饱和光电流与所加电压大小无关． (5)光的强度与饱和光电流 饱和光电流与入射光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强度之间不是简单的正比关系． 2．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，所以遏止电压应与光的强弱有关，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，光电效应几乎是瞬时的． [例2]　利用光电管研究光电效应实验如图所示，用频率为ν的可见光照射阴极K，电流表中有电流通过，则(　　) A．用紫外线照射，电流表一定有电流通过 B．用红光照射，电流表一定无电流通过 C．用红外线照射，电流表一定无电流通过 D．用频率为ν的可见光照射K，当滑动变阻器的滑动触头移到A端时，电流表中一定无电流通过 思路点拨：(1)紫外线照射，可以发生光电效应． (2)可见光、红外线照射均不能发生光电效应． [解析]　因紫外线的频率比可见光的频率高，所以用紫外线照射时，电流表中一定有电流通过，选项A正确；因不知阴极K的截止频率，所以用红光或红外线照射时，也可能发生光电效应，选项B、C错误；即使UAK＝0，电流表中也可能有电流通过，选项D错误． [答案]　A [规律方法] 关于光电效应的两点提醒 (1)发生光电效应时需满足：照射光的频率大于金属的极限频率，即ν＞νc，或光子的能量ε＞W0. (2)光电子的最大初动能只与照射光的频率及金属的逸出功有关，而与照射光的强弱无关，强度大小决定了逸出光电子的数目多少． ◆[跟踪训练] 3．(多选)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．在光电效应中，一个电子只能吸收一个光子 C．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 D．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 解析：BC　[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、C正确．] 对光电效应方程的理解与应用 ◆[探究导引] 深沉的夜色中，在大海上航行的船舶依靠航标灯指引航道，如图所示是一个航标灯自动控制电路的示意图．电路中的光电管阴极K涂有可发生光电效应的金属．下表反映的是各种金属发生光电效应的极限频率和极限波长，又知可见光的波长在400～770 nm(1 nm＝10－9 m)． 各种金属发生光电效应的极限频率和极限波长： 金属 铯 锌 银 铂 极限频率(Hz) 4.545×1014 8.065×1014 1.153×1015 1.529×1015 极限波长(μm) 0.660 0 0.372 0 0.260 0 0.196 2 试探究：(1)光电管阴极K上应涂有哪种金属？ (2)控制电路中的开关S应接触“a”还是“b”？ 提示：(1)因为可见光的波长只小于铯的极限波长，所以光电管阴极K上应涂有金属铯． (2)夜晚没有光，不能发生光电效应，但是指示灯亮，知开关S与b端相连． ◆[探究归纳] 1．光电效应方程Ek＝hν－W0的理解 (1)式中的Ek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～Ek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： 能量为E＝hν的光子被电子所吸收，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．如果克服吸引力做功最少为W0，则电子离开金属表面时动能最大为Ek，根据能量守恒定律可知：Ek＝hν－W0. (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Ek＝hν－W0>0，亦即hν＞W0，ν＞eq \f(W0,h)＝νc，而νc＝eq \f(W0,h)恰好是光电效应的截止频率． (4)Ekm­ν图线：如图所示是光电子最大初动能Ekm随入射光频率ν的变化图线．这里，横轴上的截距是截止频率或极限频率；纵轴上的截距是逸出功的负值；斜率为普朗克常量． 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： 光越强→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． [例3]　在研究光电效应现象时，先后用两种不同色光照射同一光电管，所得的光电流I与光电管两端所加电压U间的关系曲线如图所示，下列说法正确的是(　　) A．色光乙的频率小、光强大 B．色光乙的频率大、光强大 C．若色光乙的强度减为原来的一半，无论电压多大，色光乙产生的光电流一定比色光甲产生的光电流小 D．若另一光电管所加的正向电压不变，色光甲能产生光电流，则色光乙一定能产生光电流 思路点拨：(1)遏止电压大，所对应的色光频率大，光子能量大． (2)饱和光电流越大，说明光越强． [解析]　由题中图像可得用色光乙照射光电管时遏止电压大，使其逸出的光电子最大初动能大，所以色光乙的频率大，光子的能量大．由题中图像可知，色光甲的饱和光电流大于色光乙的饱和光电流，故色光甲的光强大于色光乙的光强，A、B错误；如果使色光乙的强度减半，则只是色光乙的饱和光电流减半，在特定的电压下，色光乙产生的光电流不一定比色光甲产生的光电流小，C错误；因色光乙的频率大于色光甲的，故另一个光电管加一定的正向电压，如果色光甲能使该光电管产生光电流，则色光乙一定能使该光电管产生光电流，D正确． [答案]　D ◆[跟踪训练] [训练角度1]　对光电流的理解 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：AC　[产生光电效应时，光的强度越大，单位时间内逸出的光电子数越多，饱和光电流越大，A正确；饱和光电流大小与入射光的频率无关，B错误；光电子的最大初动能随入射光频率的增加而增加，与入射光的强度无关，C正确；减小入射光的频率，如低于极限频率，则不能发生光电效应，没有光电流产生，D错误．] [训练角度2]　Ekm－ν图像 5．爱因斯坦因提出了光量子概念并成功地解释了光电效应的规律而获得1921年诺贝尔物理学奖．某种金属逸出光电子的最大初动能Ekm与入射光频率ν的关系如图所示，其中νc为极限频率．从图中可以确定的是(　　) A．逸出功与ν有关 B．Ekm与入射光强度成正比 C．当ν<νc时，会逸出光电子 D．图中直线的斜率与普朗克常量有关 解析：D　[金属的逸出功只和金属的极限频率有关，与入射光的频率无关，A错误；最大初动能取决于入射光的频率，而与入射光的强度无关，B错误；只有ν>νc时才会发生光电效应，C错误；由爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0和W0＝hνc(W0为金属的逸出功)可得，Ek＝hν－hνc，可见图像的斜率表示普朗克常量，D正确．] 　　　 康普顿效应和光子的动量　光的波粒二象性 ◆[探究导引] 康普顿效应和光子的动量　光的波粒二象性 在地球表面，我们发现白天的天空各处都是亮的；而宇航员在太空中会发现尽管太阳光耀眼刺目，但其他方向的天空却是黑的，为什么？ 提示：地球表面是大气层，大气层中充满了空气分子和小固体尘埃，太阳光经这些介质的反射射向各个方向，所以白天的天空各处都是亮的；而在太空中的真空环境下没有这些介质，光只能沿直线传播，因此，宇航员在太空中会发现尽管太阳光耀眼刺目，其他方向的天空却是黑暗的． ◆[探究归纳] 1．康普顿效应的理解 (1)在光的散射中，光子不仅具有能量，也具有动量，在与其他微粒作用过程中遵守能量守恒定律和动量守恒定律． (2)光电效应和康普顿效应都说明光具有粒子性． (3)光子说对康普顿效应的解释：假定X射线光子与电子发生完全弹性碰撞，这种碰撞跟台球比赛中的两球碰撞很相似，按照爱因斯坦的光子说，一个X射线光子不仅具有能量ε＝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．光子动量的理解 由ε＝hν和p＝eq \f(h,λ)可知，不连续的光，其能量与动量都用描述波的物理量来描述，即光不仅表现出粒子性，同时也表现出波动性． [例4]　(多选)频率为ν的光子，具有的能量为hν，动量为eq \f(hν,c)，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，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]　CD [规律方法] 对康普顿效应的三点认识 (1)光电效应应用于电子吸收光子的问题；而康普顿效应应用于讨论光子与电子碰撞且没有被电子吸收的问题． (2)假定X射线光子与电子发生弹性碰撞．光子和电子相碰撞时，光子有一部分能量传给电子，散射光子的能量减少，于是散射光的波长大于入射光的波长． (3)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． ◆[跟踪训练] 6．康普顿效应证实了光子不仅具有能量，也有动量．如图所示，给出了光子与静止电子碰撞后电子的运动方向，则碰后光子可能沿　________　方向运动，并且波长　________　(选填“不变”“变短”或“变长”)． 解析：因光子与电子在碰撞过程中动量守恒，所以碰撞之后光子和电子的总动量的方向与光子碰前动量的方向一致，可见碰后光子运动的方向可能沿1方向，不可能沿2或3方向；通过碰撞，光子将一部分能量转移给电子，能量减少，由ε＝hν知，频率变小，再根据c＝λν知，波长变长． 答案：1　变长 太阳辐射 太阳辐射，是指太阳以电磁波的形式向外传递能量，太阳向宇宙空间发射电磁波和粒子流．太阳辐射所传递的能量，称太阳辐射能．地球所接受到的太阳辐射能量虽然仅为太阳向宇宙空间放射的总辐射能量的二十二亿分之一，但却是地球大气运动的主要能量源泉，也是地球光热能的主要来源． 到达地球大气上界的太阳辐射能量称为天文太阳辐射量．在地球位于日地平均距离处时，地球大气上界垂直于太阳光线的单位面积在单位时间内所受到的太阳辐射的全部总能量，称为太阳常数．太阳常数的常用单位是瓦/米2.因观测方法和技术不同，得到的太阳常数值不同，世界气象组织公布的太阳常数值是1 368瓦/米2.太阳辐射是一种短波辐射． [典例展示]　太阳辐射到地球表面的电磁波功率P0约为1 400 W/m2，其中包含了各种波长的红外线、可见光、紫外线等，以可见光部分最强，作为一种简化，我们认为太阳光全部是平均波长λ0为600 nm(1 nm＝10－9 m)的黄绿光，每秒至少有5个这样的光子进入人眼才能引起视觉，人眼睛的瞳孔面积约为S0＝10 mm2，则人眼能看到最远的与太阳相同的恒星与地球距离与日地距离的比值约为(已知普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s)(　　) A．9×104　　　　　　 B．9×107 C．9×1010 D．9×1014 [解析]　设日地距离为r，则P0＝eq \f(P,4πr2)； 设人眼看到最远的与太阳相同的恒星与地球的距离为R，则P1·S0t＝5eq \f(hc,λ0)， 解得P1＝eq \f(5hc,λ0S0t)＝eq \f(5×6.63×10－34×3×108,600×10－9×10×10－6×1) W/m2＝1.66×10－13 W/m2， 又P1＝eq \f(P,4πR2)， 则eq \f(R,r)＝eq \r(\f(P0,P1))＝eq \r(\f(1 400,1.66×10－13))≈9×107，故B正确，A、C、D错误． [答案]　B 1．(黑体辐射)关于黑体及黑体辐射，下列说法正确的是(　　) A．黑体是真实存在的 B．普朗克引入能量子的概念，得出黑体辐射的强度按波长分布的公式，与实验符合得非常好，并由此开创了物理学的新纪元 C．随着温度升高，黑体辐射的各波长的强度有些会增强，有些会减弱 D．黑体辐射无任何实验依据 解析：B　[黑体并不是真实存在的，A错误；普朗克引入能量子的概念，得出黑体辐射的强度按波长分布的公式，与实验符合得非常好，并由此开创了物理学的新纪元，B正确；随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有增加，C错误；黑体辐射是有实验依据的，D错误．] 2．(光电效应)(多选)光电效应实验的装置如图所示，则下列说法正确的是(　　) 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 解析：AD　[锌板连接验电器，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，则验电器也带正电并且指针发生偏转，故A、D正确，C错误；红光不能使锌板发生光电效应，B错误．] 3．(光电效应)入射光照射到某金属表面上发生光电效应，若入射光的强度减小，而频率保持不变，那么(　　) A．从光照到金属表面上到发射出光电子之间的时间间隔将明显增加 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．有可能不发生光电效应 解析：C　[发生光电效应几乎是瞬间的，A错误；入射光的频率不变，则逸出的光电子的最大初动能也就不变，B错误；入射光强度减弱，说明单位时间内入射光子数减少，则单位时间内从金属表面逸出的光电子数也减少，C正确；入射光照射到某金属上发生光电效应，说明入射光频率大于这种金属的极限频率，即使入射光的强度减小，也一定能发生光电效应，D错误．] 4．(饱和光电流)如图所示为一真空光电管的应用电路，关于电路中光电流的饱和值，下列说法正确的是(　　) 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．发生光电效应时，电路中光电流的饱和值取决于光电管所加的正向电压的大小 D．发生光电效应时，电路中光电流的饱和值取决于入射光的光照时间 解析：B　[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，故B正确，A、C、D错误．] 5．(能量子的计算)人眼对绿光最为敏感，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6.63×10－34 J·s，光速为3.0×108 m/s，则人眼能察觉到绿光时所接收到的最小功率是(　　) A．2.3×10－18 W　　　　　 B．3.8×10－19 W C．7.0×10－10 W D．1.2×10－18 W 解析：A　[因为每秒有6个绿光的光子射入瞳孔，所以察觉到绿光所接收的最小功率P＝eq \f(E,t)，式中E＝6ε，又ε＝hν＝heq \f(c,λ)，可解得P＝6×eq \f(6.63×10－34×3×108,530×10－9) W≈2.3×10－18 W．故A正确．] $