第二十一章量子论初步

第二十一章量子论初步第一节光电效应光子学案命题打印校对：兰晓伟班级姓名考号一、学习目标：1、理解光电效应中极限频率的概念及其与光的电磁理论的矛盾；知道光电效应的瞬时性及其与光的电磁理论的矛盾。2、理解光子说及其对光电效应的解释；理解爱因斯坦光电效应方程并会用来解决简单问题。二、学习重点：1、光电效应中的极限频率概念及其与光的电磁理论的矛盾。2、光子说及其对光电效应的解释；爱因斯坦光电方程及应用。三、学习难点：1、光电子的最大初动能与入射光的强度无关。2、对光强度，极限频率的理解。四、自主导学：1、在的照射下物体发射电子的现象，叫做光电效应。发射出来的电子叫做2、极限频率：能使某种金属发生光电效应的最小（最大）叫做该种金属的极限（极限）。不同的金属对应着不同的极限频率（极限波长）。3、逸出功：电子从金属中逸出所需做的，叫做该金属的逸出功。4、光子说：爱因斯坦于1905年提出，在空间传播的光不是连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个，简称，光子的能量。5、光电效应方程：光电效应方程式表达式为Ek=。6、光电效应的规律：（1）任何一种金属都有一个极限频率V0,入射光的频率必须才能发生光电效应。（2）光电子的与入射光的强度无关，只随增大而增大。（3）光电效应的发生是瞬时的，不超过10-9S。（4）发生光电效应时，与入射光的强度成正比。问题思考：1、光电子和光子是一回是事吗？2、恚更斯提出的光的波动说与麦克斯韦提出的光的电磁说都认为光是一种波，他们的说法有何本质不同？3、牛顿提出的光的微粒说与爱因斯坦的光子说都认为光具有粒子性，他们的说法有何本质不同？归类分析方法总结—能否发生光电效应的判断方法：要产生光电效应,光子能量必须满足hγ≥ω,即存在极限频率V0=ω/h,由于一个光子全部能量一次被电子吸收,自然不需要积累能量的时间.此外还要注意以下两条规律:强度—决定每秒光源发射的光子数1、照射光：频率—决定每个光子的能量Ε=hγ2、光电子：每秒逸出的光电子数—决定光电流的强度光电子逸出后的最大出动能（1/2mvm2）。例1．如图所示为一真空光电管的应用电路，其阴极金属材料的极限频率为4.5X1014Hz，则以下判断正确的是（）IA、发生光电效应时，电路中光电流饱和值取决于入射光的频率。B、发生光电效应时，电路中光电流饱和值取决于入射光的强度。GC、用λ=0.5μm的光照射光电管时,电路中有光电流产生.D、光照射时间越长,电路中的光电流越大答案：BC二、逸出功与最大初能的计算爱因斯坦的光电效应方程属光的本性这章内唯一的较高要求的层次（Ⅱ）1、逸出功的计算：例2、如图所示，当开关S打开时，用光子能量为2.5ev的一束光照射阴极P时发现电流表读数不为零，合上开关，调节滑动变阻器，发现当电压表读数小于0.6V时，电流表读数不为零；当电压表读数大于或等于0.6V时，电流表读数为零，由此可知阴极材料的逸出功为（）PA1.9evB0.6evC2.5evD3.1evVA答案：A2、计算最大初动能例3，如图所示，阴极K用极限波长λ0=0.66μm的金属铯制成，用波长λ=0.5μm的绿光昭射阴极K，调整两个极板电压，当A板电压比阴极高出2.5V时，光电流达到饱和，电流表示数为0.64μA，求：（1）每秒钟阴极发射的光子数和光电子飞出阴极的最大初动能。（2）如果把照射阴极光的强度增大为原来的2倍，每秒钟阴极发射的光电子数和光电子飞出阴极的最大初动能。解：（1）光电流达到饱和时，阴极发射的光电子全部到达阴极A，阴极每秒钟发射的光电子数：n=Im/e=0.64x10-6/1.6x10-19=4x1012个，由爱因斯坦光电效应方程，光电子的最大初动能Ekm=1/2mVm2=hγ-w=hc/λ-hc/λ0=9.5x10-20J（3）如果照射光的频率不变，光强加倍，由光电效应实验规律可知，阴极每秒发射的光电子数：n1=2n=8.0x1012个Ekm=9.5x10-20JmAV营养餐：1、氦-氖激光器发出波长为633nm的激光，当激光器的输出功率为1mW时，每秒发出的光子数为（）A2.2X1015个别B3.2X1015个C2.2X1014个D3.2X1014个2、在做光电效应实验时，某金属被光照射发生了光电效应，实验测出光电子的最大初动能EK与入射光的频率γ的关系图象如图所示。由实验图线可求出（）A该金属的逸出功B该金属的极限频率和极限波长Ek/evBC普朗克常量D单位时间内逸出的光电子数OAV/Hz答案：ABC3、太阳光垂直射到地面上时，地面上每平方米面积上接收的太阳光的功率为1.4KW，其中可见光部分约占45%（1）假如认为可见光的波长约为0.55μm，日地间距离R=1.5X1011m，普朗克恒量h=6.6x10-34J·S,估算太阳每秒辐射出的可见光光子数为多少？（2）若已知地球的半径为6.4X106m,估算地球接受的太阳光的总功率答案：①4.9X1011个②1.8X1014KW第二节光的波粒二象性学案学习目标:了解事物的连续性与分立性是相对的;了解光既具有波动性,又具有粒子性;了解光是一种概率波学习重点:理解光的波动性与粒子性是统一的;光是一种概率波.学习难点:如何从微观的角度理解光的波动性和粒子性.自主导学:1、波粒二象性：，表明光是一种波，证明光是一种粒子，因此说光是一种波，同时也是一种粒子，光具有波粒二象性。2、光的粒子性：光对其他物质的作用是一份一份地进行的，用很弱的光做双缝干涉实验时，分别对曝光时间最短和最长进行比较，这些底片清楚地显示了光的粒子性，并且还告诉我们，当光子数量很多时，我们无法把它们区分开，因此看起来是连续的。3、光的波动性：单个光子通过双缝后的落点是无法预测的，但研究很多光子打在胶片上的位置，可以发现规律性，这个现象表明光子在空间各点出现的可能性的大小，即概率，可以用波动规律来描述，所以说光是一种波，物理学中把光波叫做概率波。4、少量粒子往往显示，大量粒子往往显示。5、对波和粒子的认识，宏观世界，波和粒子是相互对立的，微观世界，波和粒子是统一的。营养餐：1、下列叙述正确的是（）A、在其他条件相同时，光的频率越高，衍射现象越容易看到。B、频率越高的光粒子性越显著，频率越低的光波动性越显著。C、大量光子产生的效果往往显示波动性，个别光子产生的效果往往显示出粒子性。D、如果让光子一个一个地通过狭缝时，它们将严格按照相同的轨道方向作极有规则的匀速直线运动。2、下列说法中正确的是（）A、有的光是波，有的光是粒子。B、光子与电子是同样的一种粒子。C、光的波长越长，其波动性越显著；波长越短，其粒子性越显著。D、γ射线具有显著的粒子性，而不是具有波动性。3、在爱因斯坦提出光子说之后，法国物理学家德布罗意提出了光子动量Ρ与光波波长λ的关系；Ρ=h/λ，若某激光管以Pw=60w的功率发射波长λ=6.63x10-7m的光束，根据上述理论，试计算：（1）该管在1s内发射出多少个光子？（2）若光束全部被某黑体表面吸收，那么该黑体表面所受到光束对它的作用力F为多大？答案：1、BC2、C3、（1）n=2x1020个F=2.0x10-7N