《学霸笔记 同步精讲》第4章 1.普朗克黑体辐射理论+2.光电效应（课件）高中物理人教版选择性必修3

(共36张PPT)
1.普朗克黑体辐射理论
2.光电效应
第四章
2026
内容索引
01
02
03
自主预习 新知导学
合作探究 释疑解惑
课堂小结
04
随堂练习
课标定位
素养阐释
1.认识黑体、黑体辐射、能量子。
2.了解光电效应及其实验规律,以及光电效应与电磁理论的矛盾。
3.知道爱因斯坦光电效应方程及其应用。
通过黑体辐射以及光电效应的学习,树立量子化的物理观念,培养科学思维意识和科学探究精神。
自主预习 新知导学
一、黑体与黑体辐射
1.黑体:某种物体能够 完全吸收 入射的各种波长的电磁波而不发生 反射 ,这种物体就是绝对黑体,简称黑体。
2.黑体辐射:黑体虽然不反射电磁波,却可以向外辐射电磁波,这样的辐射叫作黑体辐射。
3.黑体辐射的实验规律:
(1)随着温度的升高,各种波长的辐射强度都有 增加 。
(2)随着温度的升高,辐射强度的极大值向波长 较短 的方向移动。
(3)很多地方用红外热像仪监测人的体温,只要被测者从仪器前走过,便可知道他的体温是多少,你知道其中的道理吗
答案：根据热辐射规律可知,人的体温的高低,直接决定了这个人辐射的红外线的频率和强度。通过监测被测者辐射的红外线的情况就能知道这个人的体温。
二、能量子
1.概念: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 。这个不可再分的最小能量值ε叫作 能量子 。
2.能量子的表达式:ε= hν 。其中ν是带电微粒的振动频率,h称为普朗克常量。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。
三、光电效应
1.光电效应:照射到金属表面的光,能使金属中的 电子 从表面逸出。这个现象称为光电效应,这种电子常称为 光电子 。
2.光电效应的实验规律:
(1)存在截止频率:入射光的频率低于截止频率时不发生(选填“发生”或“不发生”)光电效应。
(2)存在饱和电流:在光的频率不变的情况下,入射光越强,饱和电流越大(选填“越大”或“越小”)。
(3)存在遏止电压: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:光电效应几乎是瞬时发生的。
(5)金属表面是否发生光电效应与入射光的强弱是否有关
答案：光电效应的发生只与入射光的频率有关,与入射光的强弱无关。
四、光电效应经典解释中的疑难
1.逸出功:要使电子脱离某种金属,需要外界对它做功,做功的 最小 值叫作这种金属的逸出功,用W0表示。不同金属的逸出功的大小 不相同 。
2.光电效应中的一些重要现象无法用 经典电磁理论 解释。
五、爱因斯坦的光电效应理论
1.光子:认为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 ,其中,h为普朗克常量。这些能量子后来称为光子。
2.爱因斯坦光电效应方程: Ek=hν-W0 。
六、康普顿效应和光子的动量
1.康普顿效应:美国物理学家康普顿在研究石墨对X射线的散射时,发现在散射的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: 。
七、光的波粒二象性
光既具有 波动性 ,又具有 粒子性 。换句话说,光具有波粒二象性。
【思考讨论】
1.判断下列说法的正误。
(1)能吸收各种电磁波而不反射电磁波的物体叫黑体。(　　)
(2)微观粒子的能量只能是能量子的整数倍。(　　)
(3)任何频率的光照射到金属表面都可以发生光电效应。(　　)
(4)金属表面是否发生光电效应与入射光的强弱有关。(　　)
(5)“光子”就是“光电子”的简称。(　　)
(6)逸出功的大小与入射光无关。(　　)
(7)光电子的最大初动能与入射光的频率成正比。(　　)
(8)光子的动量与波长成反比。(　　)
√
√
√
√
×
×
×
×
2.有经验的炼钢工人,通过观察炼钢炉内的颜色,就可以估计出炉内的大体温度,这是根据什么道理
答案：黑体辐射与温度有关。
3.不同频率的光照射到同一金属表面发生光电效应时,光电子的初动能是否相同
答案：不相同。由于同一金属的逸出功相同,而不同频率的光的光子能量不同,由光电效应方程可知,发生光电效应时,逸出的光电子的初动能是不同的。
合作探究 释疑解惑
知识点一
普朗克黑体辐射理论
【问题引领】
1.黑体是指黑颜色的物体吗
2.为了得出同实验相符的黑体辐射公式,普朗克提出了什么样的观点
提示：1.黑体不是指黑颜色的物体,是指能完全吸收电磁波的物体。
2.普朗克提出了量子化的观点。量子化是微观世界的基本特点,指物理量的值是不连续的。
【归纳提升】
1.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。
2.能量子的有关问题
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。
【典型例题】
【例题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
解析：由题图可知,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,上述变化都将反过来,故A、C、D正确,B错误。
ACD
科学思维
(1)热辐射不一定要高温,任何温度的物体都会发出热辐射,只是温度低时辐射弱,温度高时辐射强。
(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。

【变式训练1】 (多选)下列叙述正确的是(　　)
A.一切物体都在辐射电磁波
B.一般物体辐射电磁波的情况只与温度有关
C.一般物体辐射电磁波的情况只与材料有关
D.黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关
解析：根据热辐射定义知A对。根据热辐射和黑体辐射的特点知,一般物体辐射电磁波的情况除与温度有关外,还与材料种类和表面状况有关,而黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关,B、C错,D对。
AD
【问题引领】
知识点二
光电效应的实验规律
1.发生光电效应一定要用不可见光吗
2.在光电效应中,只要光强足够大,就能发生光电效应吗
提示：1.不一定。发生光电效应的照射光,可以是可见光,也可以是不可见光,只要入射光的频率大于截止频率就可以了。
2.不是。能不能发生光电效应由入射光的频率决定,与入射光的强弱无关。
【归纳提升】
1.当入射光的频率低于截止频率时不发生光电效应。截止频率与金属自身的性质有关。能不能发生光电效应由入射光的频率决定,与入射光的强弱无关。
2.在光的频率不变的情况下,入射光越强, 饱和电流越大。对于一定频率(颜色)的光,入射光越强,单位时间内发射的光电子数越多。
3.使光电流减小到0的反向电压Uc称为遏止电压。对于同一种金属,光电子的能量只与入射光的频率有关,而与入射光的强弱无关。
4.光电效应具有瞬时性。当频率超过截止频率νc时,无论入射光怎样微弱,照到金属时会立即产生光电流。
【典型例题】
【例题2】 (多选)利用光电管研究光电效应的实验如图所示,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,电流表中一定有电流通过
B.用红光照射,电流表中一定无电流通过
C.用红外线照射,电流表中可能有电流通过
D.用频率为ν的可见光照射K,当滑动变阻器
的滑片移到A端时,电流表中一定无电流通过
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,所以用红光照射时,可能发生光电效应,所以选项B错误,选项C正确。即使UAK=0,电流表中也可能有电流通过,所以选项D错误。
AC
科学思维
光电效应现象与经典电磁理论的矛盾
(1)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,与光的强弱无关。
(2)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)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,光电效应几乎都是瞬时的。
【变式训练2】 (多选)如图所示,电路中所有元件完好,光照射到光电管上,灵敏电流计中没有电流通过。其原因可能是(　　)
A.入射光太弱
B.入射光波长太长
C.光照时间太短
D.电源正、负极接反
解析：金属存在截止频率,频率超过截止频率的光照射金属时才会有光电子射出。射出的光电子的动能随频率的增大而增大,动能小时不能克服反向电压,也不会有光电流。入射光的频率太低,即波长太长,不能产生光电效应,与入射光的强弱无关,B正确,A错误。电路中电源正、负极接反,对光电管加了反向电压,若该电压超过遏止电压,也没有光电流产生,D正确。光电效应的产生与光照时间无关,C错误。
BD
【问题引领】
知识点三
爱因斯坦的光电效应理论　康普顿效应
研究光电效应规律的电路如图所示。
1.闭合开关S后,滑动变阻器滑片逐渐向右滑动的
过程中,电压表和电流表的示数如何变化
2.闭合开关S后,若保持入射光的频率不变,光强度
增大,则电流表示数如何变化
提示：1.电压表示数增大,电流表的示数若没有达
到饱和电流则增大,若达到饱和电流,则不发生变化。
2.增大。
【归纳提升】
1.光电效应方程Ek=hν-W0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的大小可以是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束缚,另一部分就是电子离开金属表面时的动能。若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.Ek-ν曲线:光电子最大初动能Ekm随入射光频率ν的变化曲线如图所示。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。

4.光子的动量p与光的波长λ和普朗克常量h有关,p= 。
画龙点睛 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 恰好是光电效应的截止频率。
【典型例题】
【例题3】 如图所示,当开关S断开时,用光子能量为2.5 eV的一束光照射阴极K,发现电流表示数不为零。合上开关,调节滑动变阻器,发现当电压表示数小于0.6 V时,电流表示数仍不为零。当电压表示数大于或等于0.6 V时,电流表示数为零。由此可知阴极材料的逸出功为(　　)
A.1.9 eV B.0.6 eV
C.2.5 eV D.3.1 eV
解析：由题意知光电子的最大初动能为
Ek=eUc=0.6 eV
所以根据光电效应方程Ek=hν-W0可得
W0=hν-Ek=(2.5-0.6) eV=1.9 eV。
A
科学思维 利用光电效应规律解题应明确的两点
(1)光电流:光电效应现象中光电流存在饱和值(对应从阴极发射出的电子全部被阳极吸收),光电流未达到饱和值之前,其大小不仅与入射光的强弱有关,还与光电管两极间的电压有关。
(2)两个决定关系:逸出功W0一定时,入射光的频率决定着能否产生光电效应以及光电子的最大初动能;入射光的频率一定时,入射光的强弱决定着单位时间内发射出来的光电子数。
【变式训练3】 如图所示,分别用1、2两种材料作K极进行光电效应探究,其截止频率ν1<ν2,保持入射光不变,则光电子到达A极板时动能的最大值Ekm随电压U变化关系的图像是(　　)
C
解析：光电效应方程有光电子的最大初动能Ek=hν-W0,而W0=hν0,光电子到达A极板过程,由动能定理有eU=Ekm-Ek,联立知,光电子到达A极板时动能的最大值Ekm=eU+hν-hν0,可见Ekm-U图像的斜率为e,纵截距为hν-hν0。由题知,ν1<ν2,且入射光相同,则hν-hν1>hν-hν2,可见用材料1和2进行光电效应实验得到的Ekm-U图线相互平行,且用材料1进行光电效应实验得到的 Ekm-U图像的纵截距较大,故C正确,A、B、D错误。
课堂小结
随堂练习
1.(黑体辐射的规律)黑体辐射电磁波的强度按波长分布的影响因素是
(　　)
A.温度
B.材料
C.表面状况
D.以上都正确
解析：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,A正确。
A
2.(光电效应的规律)关于光电效应现象,下列说法正确的是(　　)
A.只有入射光的波长大于该金属的极限波长,光电效应才能发生
B.入射光越强,光电子的最大初动能越大
C.发生光电效应需要经过一段时间
D.保持入射光频率不变,发生光电效应时,入射光越强,单位时间内从金属内逸出的光电子数越多
解析：由ε=hν=h 知,当入射光波长大于极限波长时,不能发生光电效应,A错误。由Ek=hν-W0知,最大初动能与入射光频率有关,与入射光的强弱无关,B错误。光电效应几乎是瞬时发生的,C错误。对于一定频率的光,发生光电效应时,入射光越强,单位时间内发射的光电子数越多,D正确。
D
3.(爱因斯坦光电效应方程的应用)下图是光电效应中光电子的最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图像。从图中可知(　　)

A.Ek与ν成正比
B.入射光频率必须小于截止频率νc时,才能产生光电效应
C.对同一种金属而言,Ek仅与ν有关
D.Ek与入射光的强弱有关
解析：由Ek=hν-W0知,C正确,A、B、D错误。
C