第十六章　第1课时　能量量子化　光电效应.docxVIP

考情分析

试题情境

生活实践类

医用放射性核素、霓虹灯、氖管、光谱仪、原子钟、威耳逊云室、射线测厚仪、原子弹、反应堆与核电站、太阳、氢弹、环流器装置等

学习探究类

光电效应现象、光的波粒二象性、原子的核式结构模型、氢原子光谱、原子的能级结构、射线的危害与防护、原子核的结合能、核裂变反应和核聚变反应等

第1课时能量量子化光电效应

目标要求1.掌握黑体辐射的定义及其实验规律，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。

考点一黑体及黑体辐射

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，所以叫作热辐射。

(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、黑体辐射的实验规律

(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)黑体辐射的实验规律

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。

②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，如图。

3．能量量子化

(1)能量子：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是带电微粒吸收或辐射电磁波的频率，h被称为普朗克常量。h＝6.62607015×10－34J·s(一般取h＝6.63×10－34J·s)。

4．光子

(1)光子及光子能量：爱因斯坦认为，光本身是由一个个不可分割的能量子组成，频率为ν的光的能量子ε＝hν，称为光子。

(2)光子的动量：①康普顿认为，光子不仅具有能量，而且具有动量，光子的动量p与光的波长λ和普朗克常量h有关。三者关系为p＝eq\f(h,λ)。

②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，光子动量可能会变小，波长λ变大。

例1(多选)关于黑体辐射的实验规律如图所示，下列说法正确的是()

A．黑体能够完全吸收照射到它上面的光波

B．随着温度的降低，各种波长的光辐射强度都有所增加

C．随着温度的升高，辐射强度极大值向波长较长的方向移动

D．黑体辐射的强度只与它的温度有关，与形状和黑体材料无关

答案AD

解析能完全吸收照射到它上面的各种频率的电磁波而不发生反射的物体称为黑体，选项A正确；由题图可知，随着温度的降低，各种波长的光辐射强度都有所减小，选项B错误；随着温度的升高，黑体辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，选项C错误；一般物体辐射电磁波的情况除了与温度有关，还与材料的种类及表面情况有关，但黑体辐射电磁波的情况只与它的温度有关，选项D正确。

例2(2023·江苏卷·14)“夸父一号”太阳探测卫星可以观测太阳辐射的硬X射线。硬X射线是波长很短的光子，设波长为λ。若太阳均匀地向各个方向辐射硬X射线，卫星探测仪镜头正对着太阳，每秒接收到N个该种光子。已知探测仪镜头面积为S，卫星离太阳中心的距离为R，普朗克常量为h，光速为c，求：

(1)每个光子的动量p和能量E；

(2)太阳辐射硬X射线的总功率P。

答案(1)eq\f(h,λ)heq\f(c,λ)(2)eq\f(4πR2Nhc,Sλ)

解析(1)由题意可知每个光子的动量为p＝eq\f(h,λ)

每个光子的能量为E＝hν＝heq\f(c,λ)

(2)太阳辐射的硬X射线光子以球面波的形式均匀地向各个方向辐射，以太阳为圆心，半径为R的球面上每平方米面积上接收到的光子数相同，太阳每秒辐射光子的总能量E总＝P①

面积为S的镜头每秒接收到的辐射光子的能量

E1＝eq\f(S,4πR2)·E总＝eq\f(PS,4πR2)②

又E1＝Nhν＝Neq\f(hc,λ)③

联立①②③解得P＝eq\f(4πR2Nhc,Sλ)。

球面辐射模型

设一个点光源或球光源辐射光子的功率为P0，它以球面波的形式均匀向外辐射光子，在一段很短的时间Δt内辐射的能量E＝P0·Δt，到光源的距离为R处有个正对光源的面积为S的接收器，如图所示，则在Δt内接收器接收到的辐射光子能量E′＝eq\f(S,4πR2)E＝eq\f(P0Δt·S,4πR2)。

考点二光电效应

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，能使金属中的电子从表面逸出的现象称为光电效应，这种电子常称为光电子。

(2)光电效应规律

①每种金属都有一个截止频率νc，也称作极限频率，入射光的频率必须大于或等于这个截止频率才能产生光电效应。

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增大。

③光电效应的