高一物理两种时空观与量子化现象题型归纳粤教版 知识精讲.docVIP

高一物理两种时空观与量子化现象题型归纳粤教版 【本讲教育信息】 一. 教学内容： 两种时空观与量子化现象题型归纳 二. 学习目标： 1、理解光电效应现象及其规律。 2、加深对于光的波粒二象性及原子跃迁规律的理解。 3、重点掌握与量子化现象相关的习题类型及其解法。 考点地位： 光电效应与能级跃迁问题是高考的热点，多以选择题形式出现，也可以通过计算题形式考查，重点考查学生的理解、推理能力，2007年广东单科卷第2题、江苏卷单科卷第4题、重庆理综卷第14题、天津卷第18题、北京卷第14题、全国Ⅰ卷第19题等均以选择题形式出现，2006年广东卷第13题则以计算题形式出现。 三. 重难点解析： 1. 光电效应 19世纪末，光的干涉现象和衍射现象确立了光的波动学说，明确了光的电磁说，在20世纪初，爱因斯坦为解释一个实验现象提出了光子说，强调了光的粒子性，因为只有用光子说才能解释一个物理现象——光电效应。 如图所示，用弧光灯照射锌板，与锌板相连的验电器就带正电，这说明锌板在光的照射下发射了电子。 （1）光电效应 定义：在光的照射下物体发射电子的现象，叫做光电效应。 注意：光电效应的实质：光现象电现象 （2）光电子：光电效应过程中发射出的电子叫光电子。 2. 光电效应的规律 （1）任何一种金属都有一个极限频率，入射光频率必须大于这个极限频率，才能产生光电效应，低于这个频率的光则不能发生光电效应，能否发生光电效应，不取决于光强、光照时间，只取决于入射光的频率，设某种金属的极限频率为，只有入射光频率时才能产生光电效应。 （2）光电子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增大。 （3）入射光照射到金属上时，光电子的发射几乎是瞬时的，一般不超过。 （4）当入射光的频率大于极限频率时，单位时间从金属表面逸出的光电子数目与入射光的强度成正比。 3. 光电效应与经典电磁理论的矛盾 光电效应的三条规律都无法用经典电磁理论来解释： 矛盾之一：金属中的自由电子由于受到带正电的原子核的吸引，必须从外部获得足够的能量才能从金属表面逸出，在光电效应中，这种能量是要由入射光来提供的，按照波动理论，光的能量由光的强度决定，而光的强度又是由光波的振幅决定而与频率无关。因此无论光的频率如何，只要光的强度足够大照射时间足够长，都能使电子获得足够的能量产生光电效应，而不应存在极限频率； 矛盾之二：光电子的最大初动能与入射光强度无关而仅由其频率决定； 矛盾之三：产生光电效应的时间之短，一束很弱的光波照射到金属上时，它的能量将均匀分布到大量原子上，怎么可能在极短的时间里把足够的能量集中到一个电子上面使它从金属表面逸出呢？ 4. 光子说 （1）普朗克常量：1900年，德国物理学家普朗克在研究电磁波的辐射规律时发现：只有假设电磁波的能量不是连续的，是一份一份地进行，每一份能量为，其中v是辐射频率，h是普朗克常量，这样才能使理论计算结果和实际相符。 （2）光子说：爱因斯坦于1905年提出，在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光子，光子的能量跟它的频率成正比，即，式中h叫普朗克常量。 （3）光子说与微粒说的区别：爱因斯坦的光子说与牛顿的微粒说有本质区别。牛顿微粒说中的“微粒”是宏观概念中的弹性小球；而光子不是宏观概念中的弹性小球，它不能“静止”，只能以光速运动，它的能量E与它的频率成正比，，而不是，当光从真空进入介质时，光速要变小，但其光子能量是不变的。 5. 光电效应方程 （1）光电效应方程：爱因斯坦根据能量守恒定律，导出光电效应方程 。 由上式可以看出，一个电子吸收一个光子的能量（hv）后，除了克服原子核的引力做功消耗一部分能量外，另一部分转化为光电子从金属逸出时的初动能，由于W是电子逸出金属所需要做的最小功，所以是从金属逸出的光电子的最大初动能，如果一个入射光子的能量大于金属的逸出功，它被一个金属表面的电子吸收后，电子就能从金属表面逸出，而不需要时间来积累能量，所以光电效应是瞬时的，并且入射光子的频率越大，光电子的最大初动能也越大。 （2）极限频率与发生光电效应的条件。 如果入射光子的能量恰等于金属的逸出功，则光电子的最大初动能恰等于零，这时入射光的频率叫做极限频率；由爱因斯坦光电效应方程可知，极限频率，任何一种金属都有一个极限频率，入射光的频率必须大于极限频率，才能产生光电效应。 6. 光的波动性和粒子性的统一 注意：（1）大量光子产生的效果显示出波动性，个别光子产生的效果显示出粒子性。 （2）光子和电子、质子等实物粒子一样，具有能量和动量。和其他物质相互作用时，粒子性起主导作用，在光的传播过程中，光子在空间各点出现的可能性的大小（概率），由波动性起主导作用，因此称光波为概率波。 （3）光子的能量与其对应的频