第1节 能量量子化
第2节 光的粒子性
[随堂巩固]
1．(对黑体辐射规律的理解)(多选)以下关于辐射强度与波长的关系的说法中正确的是
A．物体在某一温度下只能辐射某一固定波长的电磁波
B．当铁块呈现黑色时，说明它的温度不太高
C．当铁块的温度较高时会呈现赤红色，说明此时辐射的电磁波中该颜色的光强度最强
D．早、晚时分太阳呈现红色，而中午时分呈现白色，说明中午时分太阳温度最高
解析 由辐射强度随波长变化关系图知：随着温度的升高各种波长的波的辐射强度都增加，而热辐射不是仅辐射一种波长的电磁波，故B、C项正确。
答案 BC
2．(能量子的理解及ε＝hν的应用)(多选)关于普朗克“能量量子化”的假设，下列说法正确的是
A．认为带电微粒辐射或吸收能量时，是一份一份的
B．认为能量值是连续的
C．认为微观粒子的能量是量子化的、连续的
D．认为微观粒子的能量是分立的
解析 普朗克的理论认为带电微粒辐射或吸收能量时，是一份一份的，微观粒子的能量是量子化的，是分立的，故A、D正确。
答案 AD
3．(光电效应现象)在用如图17－1－8所示装置做光电效应实验中，当紫外线照射锌板时，发现原本闭合的验电器指针发生了明显的偏转，则此时
图17－1－8
A．验电器的金属球不带电
B．验电器的金属指针带正电
C．锌板被紫外线照射到的一面带负电
D．锌板未被紫外线照射到的一面带负电
解析 用弧光灯发出的紫外线照射锌板，锌板失去电子带正电，验电器与锌板相连，则验电器的金属球和金属指针带正电，故B正确，A、C、D错误。
答案 B
4．(光电效应规律)关于光电效应，下列说法正确的是
A．当入射光的频率低于截止频率时，不能发生光电效应
B．只要光照射的时间足够长，任何金属都能产生光电效应
C．光电效应现象中存在极限频率，导致含有光电管的电路存在饱和电流
D．入射光的光强一定时，频率越高，单位时间内逸出的光电子数就越多
解析 光电效应的条件是入射光的频率大于金属的截止频率，与入射光的强度无关，饱和电流的大小与极限频率无关，与入射光的强度有关；入射光的光强一定时，频率越高，光子的能量值越大，入射光中的光子的数目越少，单位时间内逸出的光电子数就越少。
答案 A
5．(光电效应方程的理解与应用)(多选)在做光电效应的实验时，某金属被光照射发生了光电效应，实验测得光电子的最大初动能Ek与入射光的频率ν的关系如图17－1－9所示，由图像可求出
图17－1－9
A．该金属的极限频率和极限波长
B．普朗克常量
C．该金属的逸出功
D．单位时间内逸出的光电子数
解析 依据光电效应方程Ek＝hν－W0可知，当Ek＝0时，ν＝νC，即图像中横坐标的截距在数值上等于金属的极限频率，由λc＝可求得对应的极限波长，A正确；图线的斜率k＝tan θ＝，可见图线的斜率在数值上等于普朗克常量，故B正确；据图像，假设图线的延长线与Ek轴的交点为－W0，其截距绝对值为W0，有tan θ＝，而tan θ＝h，所以W0＝hνc，即图像中纵坐标轴的截距绝对值等于金属的逸出功，C正确；根据图像无法求出单位时间内逸出的光电子数，D错误。
答案 ABC
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题组一 黑体辐射的理解和应用
1．关于对热辐射的认识，下列说法中正确的是
A．热的物体向外辐射电磁波，冷的物体只吸收电磁波
B．温度越高，物体辐射的电磁波越强
C．辐射强度按波长的分布情况只与物体的温度有关，与材料种类及表面状况无关
D．常温下我们看到的物体的颜色就是物体辐射电磁波的颜色
解析 一切物体都不停地向外辐射电磁波，且温度越高，辐射的电磁波越强，对于一般材料的物体，辐射强度按波长的分布除与物体的温度有关外，还与材料的种类和表面状况有关；常温下看到的物体的颜色是反射光的颜色。
答案 B
2．关于对黑体的认识，下列说法正确的是
A．黑体只吸收电磁波，不反射电磁波，看上去是黑的
B．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布除与温度有关外，还与材料的种类及表面状况有关
C．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温度有关，与材料的种类及表面状况无关
D．如果在一个空腔壁上开一个很小的孔，射入小孔的电磁波在空腔内表面经多次反射和吸收，最终不能从小孔射出，这个空腔就成了一个黑体
解析 黑体自身辐射电磁波，不一定是黑的，故选项A错误；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，故选项B错误，选项C正确；小孔只吸收电磁波，不反射电磁波，因此是小孔成了一个黑体，而不是空腔，故选项D错误。
答案 C
3．下列描绘两种温度下黑体辐射强度与波长关系的图中，符合黑体辐射实验规律的是
解析 随着温度的升高，辐射强度增加，辐射强度的极大值向着波长较短的方向移动，A正确，B、C、D错误。
答案 A
题组二 能量子的理解及ε＝hν的应用
4．(多选)关于对普朗克能量子假说的认识，下列说法正确的是
A．振动着的带电微粒的能量只能是某一能量值ε
B．带电微粒辐射或吸收的能量只能是某一最小能量值的整数倍
C．能量子与电磁波的频率成正比
D．这一假说与现实世界相矛盾，因而是错误的
解析 由普朗克能量子假说可知带电微粒辐射或吸收的能量只能是某一最小能量值的整数倍，A错误，B正确；最小能量值ε＝hν，C正确。
答案 BC
5．某激光器能发射波长为λ的激光，发射功率为P，c表示光速，h为普朗克常量，则激光器每秒发射的光量子数为
A. B.
C. D．λPhc
解析 每个光量子的能量ε＝hν＝，每秒钟发射的总能量为P，则n＝＝。
答案 A
6．能引起人的眼睛视觉效应的最小能量为10－28 J，已知可见光的平均波长约为60 μm，普朗克常量为：6.63×10－34 J·s，则进入人眼的光子数至少为多少个？
解析 根据ε＝hν＝h求出可见光的平均能量，从而求出能引起人的视觉反应时，进入人眼的光子数。进入人眼的光子数至少为n＝≈302。
答案 302个
题组三 光电效应的现象及规律
7．(多选)在演示光电效应的实验中，原来不带电的一块锌板与灵敏静电计相连，用弧光灯(紫外线)照射锌板时，静电计的指针就张开一个角度，如图17－1－10所示，这时
图17－1－10
A．锌板带正电，指针带负电
B．锌板带正电，指针带正电
C．若用黄光照射锌板，则可能不产生光电效应现象
D．若用红光照射锌板，则锌板能发射光电子
解析 锌板在紫外线照射下，发生光电效应现象，有光电子飞出，故锌板带正电，指针上的部分电子被吸引到锌板上发生中和，使指针带正电，B对，A错；红光和黄光的频率都小于紫外线的频率，都可能不产生光电效应，C对、D错。
答案 BC
8．用光照射某种金属，有光电子从金属表面逸出，如果光的频率不变，而减弱光的强度，则
A．逸出的光电子数减少，光电子的最大初动能不变
B．逸出的光电子数减少，光电子的最大初动能减小
C．逸出的光电子数不变，光电子的最大初动能减小
D．光的强度减弱到某一数值，就没有光电子逸出了
解析 光的频率不变，表示光子能量不变，仍会有光电子从该金属表面逸出，逸出的光电子的最大初动能也不变；若再减弱光的强度，逸出的光电子数就会减少，选项A正确。
答案 A
9．如图17－1－11，用一定频率的单色光照射光电管时，电流表指针会发生偏转，则
图17－1－11
A．电源右端应为正极
B．流过电流表G的电流大小取决于照射光的频率
C．流过电流表G的电流方向是a流向b
D．普朗克解释了光电效应并提出光子能量E＝hν
解析 发生光电效应时，电子从光电管右端运动到左端，电流的方向与电子定向移动的方向相反，所以流过电流表G的电流方向是a流向b；光电管两端可能是正向电压也可能是反向电压，所以电源右端可能为正极，也可能为负极；流过电流表G的电流大小取决于照射光的强度，与光的频率无关；爱因斯坦解释了光电效应并提出光子能量E＝hν。
答案 C
题组四 光电效应方程的应用
10．(多选)如图17－1－12甲是光电效应的实验装置图，图乙是光电流与加在阴极K和阳极A上的电压的关系图像，下列说法正确的是
图17－1－12
A．由图线①、③可知在光的颜色不变的情况下，入射光越强，饱和电流越大
B．由图线①、②、③可知对某种确定的金属来说，其遏止电压只由入射光的频率决定
C．只要增大电压，光电流就会一直增大
D．不论哪种颜色的入射光，只要光足够强，就能发生光电效应
解析 由图线①、③可知在光的颜色不变的情况下，入射光越强，饱和电流越大；根据光电效应方程知，Ekm＝hν－W0＝eUc，可知入射光频率越大，最大初动能越大，遏止电压越大，可知对于确定的金属，遏止电压只与入射光的频率有关；当电压增大到一定值，电流达到饱和电流，不再增大。发生光电效应的条件是入射光的频率大于截止频率，与入射光的强度无关。
答案 AB
11．(多选)金属在光的照射下产生光电效应，其遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图像如图17－1－13所示，则由图像可知
图17－1－13
A．该金属的逸出功等于hνc
B．入射光的频率发生变化时，遏止电压不变
C．若已知电子电量e，就可以求出普朗克常量h
D．入射光的频率为3 νc时，产生的光电子的最大初动能为2hνc
解析 当遏止电压为零时，最大初动能为零，W0＝hνc。根据光电效应方程Ekm＝hν－W0和eUc＝Ekm得，Uc＝－当入射光的频率大于极限频率时，遏止电压与入射光的频率成线性关系。由Uc＝－，知图线的斜率等于，从图像上可以得出斜率的大小，已知电子电量，可以求出普朗克常量；从图像上可知，逸出功W0＝hνc。根据光电效应方程，Ekm＝hν＝hν－hνc。若入射光的频率为3νc时，产生的光电子的最大初动能为2hνc。
答案 ACD
12．如图17－1－14甲所示为研究光电效应的电路图。
图17－1－14
(1)对于某金属用紫外线照射时，电流表指针发生偏转，将滑动变阻器滑片向右移动的过程中，电流表的示数不可能________(选填“减小”或“增大”)。如果改用频率略低的紫光照射，电流表________(选填“一定”、“可能”或“一定没”)有示数。
(2)当用光子能量为5 eV的光照射时，测得电流计上的示数随电压变化的图像如图乙所示。则光电子的最大初动能为________J，金属的逸出功为________J。
解析 (1)AK间所加的电压为正向电压，光电子在光电管中加速，滑动变阻器滑片向右移动的过程中，若光电流达到饱和，则电流表示数不变，若光电流没达到饱和电流，则电流表示数增大，所以滑动变阻器滑片向右移动的过程中，电流表的示数不可能减小。
紫光的频率小于紫外线，紫外线照射能发生光电效应，紫光照射不一定能发生光电效应。所以电流表可能有示数。
(2)由题图乙可知，当该装置所加的电压为反向电压，当电压是－2 V时，电流表示数为0，得光电子的最大初动能为2 eV，根据光电效应方程Ekm＝hν－W0得W0＝3 eV＝4.8×10－19 J。
答案 (1)减小 可能 (2)3.2×10－19
4．8×10－19
13．如图17－1－15所示，当电键S断开时，用光子能量为2.5 eV的一束光照射阴极P，发现电流表读数不为零。合上电键，调节滑动变阻器，发现当电压表读数小于0.60 V时，电流表读数仍不为零；当电压表读数大于或等于0.60 V时，电流表读数为零。
图17－1－15
(1)求此时光电子的最大初动能的大小；
(2)求该阴极材料的逸出功。
解析 设用光子能量为2.5 eV的光照射时，光电子的最大初动能为Ek，阴极材料逸出功为W0，当反向电压达到U＝0.60 V以后，具有最大初动能的光电子也达不到阳极，因此eU＝Ek由光电效应方程：
Ek＝hν－W0
由以上两式解得Ek＝0.6 eV
W0＝1.9 eV
所以此时最大初动能为0.6 eV，该材料的逸出功为1.9 eV。
答案 (1)0.6 eV (2)1.9 eV
课件38张PPT。第1节 能量量子化
第2节 光的粒子性 [学习目标]
1．知道黑体、热辐射和黑体辐射的概念，了解黑体辐射的实验规律。
2．了解普朗克提出的量子假说。
3．知道光电效应现象，了解光电效应的实验规律。
4．理解爱因斯坦的光子说及对光电效应的解释，会用光电效应方程解决一些简单问题。
5．了解康普顿效应及其意义。电磁波 温度 温度 完全 温度 种类 增加 短 整数倍 hν 光电子 大 多 截止频率 最小 光子 hν hν hν 逸出功W0 大于 粒子 动量 h/λ × √ √ × × × × √ 答案 ACD答案 BD [答案] BD答案 B [答案] (1)4.0×1012个 9.6×10－20 J
(2) 8.0×1012个 9.6×10－20 J答案 B答案 C答案 1 变长答案 CD本讲结束
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