高三物理一轮复习课件【知识导图+拓展训练】光的粒子性

光的粒子性物理一轮复习一、光电效应现象

当光线照射在金属表面时，金属中有电子逸出的现象，称为光电效应。逸出的电子称为光电子。光电子定向移动形成的电流叫光电流

光电效应现象中的“光”是否特指可见光？在甲图中发现，利用紫外线照射锌板无论光的强度如何变化，验电器都有张角，而用红光照射锌板，无论光的强度如何变化，验电器总无张角，这说明了什么？

金属能否发生光电效应，决定于入射光的频率，与入射光的强度无关.二.光电效应的实验规律（1）存在饱和电流光照不变，增大UAK，G表中电流达到某一值后不再增大，即达到饱和值。因为光照条件一定时，K发射的电子数目一定。实验表明：入射光越强，饱和电流越大，单位时间内发射的光电子数越多。阳极阴极区别光电流和饱和光电流：使光电流减小到零的反向电压－++++++

一一一一一一v加反向电压，如右图所示：光电子所受电场力方向与光电子速度方向相反，光电子作减速运动。若最大的初动能U=0时，I≠0，因为电子有初速度则I=0，式中UC为遏止电压(2)存在遏止电压和截止频率a.存在遏止电压UCEEUFKA二.光电效应的实验规律－++++++

一一一一一一v最大的初动能(2)存在遏止电压和截止频率EEUFKA二.光电效应的实验规律光电子的最大的初动能与光电子的动能有区别吗？IUOU光电效应伏安特性曲线遏止电压Is饱和电流黄光（强）黄光（弱）蓝光Ub(2)存在遏止电压二.光电效应的实验规律实验表明:对于一定颜色(频率)的光,无论光的强弱如何,遏止电压是一样的;光的频率改变，遏止电压也会改变。光电子的最大初动能只与入射光的频率有关，与入射光的强弱无关。经研究后发现：b.存在截止频率c对于每种金属，都相应确定的截止频率c。

当入射光频率

>c

时，电子才能逸出金属表面；当入射光频率

<c时，无论光强多大也无电子逸出金属表面。(2)存在遏止电压和截止频率阳极阴极二.光电效应的实验规律实验结果：即使入射光的强度非常微弱，只要入射光频率大于被照金属的极限频率，电流表指针也几乎是随着入射光照射就立即偏转。更精确的研究推知，光电子发射所经过的时间不超过10－9秒（这个现象一般称作“光电子的瞬时发射”）。光电效应在极短的时间内完成

(3)具有瞬时性阳极阴极二.光电效应的实验规律勒纳德等人通过实验得出以下结论：

①对于任何一种金属，都有一个极限频率，入射光的频率必须大于这个极限频率，才能发生光电效应，低于这个频率就不能发生光电效应；②当入射光的频率大于极限频率时，入射光越强，饱和电流越大，与频率大小无关③光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随着入射光的频率增大而增大④入射光照到金属上时，光电子的发射几乎是瞬时的，一般不超过10-9秒

二.光电效应的实验规律知识深化1.光电效应的实质：光现象

电现象.2.光电效应中的光包括不可见光和可见光.3.光电子：光电效应中发射出来的光电子，其本质还是电子.(多选)现用某一光电管进行光电效应实验，当用某一频率的光入射时，有光电流产生.下列说法正确的是A.保持入射光的频率不变，入射光的光强变大，饱和光电流变大B.入射光的频率变高，饱和光电流变大C.入射光的频率变高，光电子的最大初动能变大D.保持入射光的光强不变，不断减小入射光的频率，始终有光电流产生√√(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.其原因可能有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，电路接入反向电压√√

以上三个结论都与实验结果相矛盾的，所以无法用经典的波动理论来解释光电效应。逸出功W0使电子脱离某种金属所做功的最小值，叫做这种金属的逸出功。光越强，逸出的电子数越多，光电流也就越大。①光越强，光电子的初动能应该越大，所以遏止电压UC应与光的强弱有关？②不管光的频率如何，只要光足够强，电子都可获得足够能量从而逸出表面，不应存在截止频率。③如果光很弱，按经典电磁理论估算，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，这个时间远远大于10S。-9√实验表明:对于一定颜色(频率)的光,无论光的强弱如何,遏止电压是一样的.由于受到约束，电子不能大量逸出，是由于受到金属表面层的引力作用，电子要从金属中挣脱出来，必须克服这个引力做功。三.光电效应解释中的疑难

1.光子：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。这些能量子后来被称为光子。爱因斯坦的光子说爱因斯坦从普朗克的能量子说中得到了启发，他提出：四.爱因斯坦的光量子假设2.爱因斯坦的光电效应方程1.光子：或——光电子最大初动能

——金属的逸出功

W0一个电子吸收一个光子的能量hν后，一部分能量用来克服金属的逸出功W0，剩下的表现为逸出后电子的初动能Ek，即：四.爱因斯坦的光量子假设实质是能量转化和守恒定律3.光子说对光电效应的解释①爱因斯坦方程表明，光电子的初动能Ek与入射光的频率成线性关系，与光强无关。只有当hν>W0时，才有光电子逸出光电效应的截止频率是：②电子一次性吸收光子的全部能量，不需要积累能量的时间，光电流自然几乎是瞬时发生的。③光强较大时，包含的光子数较多，照射金属时产生的光电子多，因而饱和电流大。四.爱因斯坦的光量子假设由于爱因斯坦提出的光子假说成功地说明了光电效应的实验规律,荣获1921年诺贝尔物理学奖。

爱因斯坦光子假说圆满解释了光电效应，但当时并未被物理学家们广泛承认，因为它完全违背了光的波动理论。4.光电效应理论的验证

美国物理学家密立根，花了十年时间做了“光电效应”实验，结果在1915年证实了爱因斯坦方程，h

的值与理论值完全一致，又一次证明了“光量子”理论的正确。三.爱因斯坦的光量子假设爱因斯坦由于对光电效应的理论解释和对理论物理学的贡献获得1921年诺贝尔物理学奖密立根由于研究基本电荷和光电效应，特别是通过著名的油滴实验，证明电荷有最小单位。获得1923年诺贝尔物理学奖思考与讨论:电子的动能很难直接测量，但是截止电压容易得到，Uc与有什么关系光电效应规律中的两条线索、两个关系：(1)两条线索：(2)两个关系：光照强度大→光子数目多→发射光电子多→光电流大光子频率高→光子能量大→产生光电子的最大初动能大(多选)在光电效应实验中，分别用频率为νa、νb的单色光a、b照射到同种金属上，测得相应的遏止电压分别为Ua和Ub，光电子的最大初动能分别为Eka和Ekb.h为普朗克常量.下列说法正确的是A.若νa＞νb，则一定有Ua＜UbB.若νa＞νb，则一定有Eka＞EkbC.若Ua＜Ub，则一定有Eka＜EkbD.若νa＞νb，则一定有hνa－Eka＞hνb－Ekb√√如图所示，当开关K断开时，用光子能量为2.5eV的一束光照射阴极P，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，电流表读数仍不为零.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A.1.9eV

B.0.6eVC.2.5eV D.3.1eV√在光电效应实验中，飞飞同学用同一光电管在不同实验条件下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线(甲光、乙光、丙光)，如图所示，则可判断出A.甲光的频率大于乙光的频率B.乙光的波长大于丙光的波长C.乙光的频率大于丙光的频率D.甲光对应的光电子最大初动能大于丙光对应的光电子最大初动能√光电效应图线的理解和应用1.Ek－ν图线：如图甲所示是光电子最大初动能Ek随入射光频率ν的变化图线.这里，横轴上的截距是阴极金属的极限频率；纵轴上的截距是阴极金属的逸出功的负值；斜率为普朗克常量(Ek＝hν－W0，Ek是ν的一次函数，不是正比例函数).规律总结2.I－U曲线：如图乙所示是光电流I随光电管两极板间电压U的变化曲线，图中

Im为饱和光电流，Uc为遏止电压.说明：(1)由Ek＝eUc和Ek＝hν－W0知，同一色光，遏止电压相同，与入射光强度无关；频率越大，遏止电压越大(2)在入射光频率一定时，饱和光电流随入射光强度的增大而增大康普顿散射的实验装置与规律：晶体

光阑X

射线管探测器X

射线谱仪

石墨体(散射物质)j0散射波长

按经典电磁理论：如果入射X光是某种波长的电磁波，散射光的波长是不会改变的！经典电磁理论在解释康普顿效应时遇到的困难①根据经典电磁波理论，当电磁波通过物质时，物质中带电粒子将作受迫振动，其频率等于入射光频率，所以它所发射的散射光频率应等于入射光频率②无法解释波长改变和散射角关系。光子理论对康普顿效应的解释①若光子和外层电子相碰撞，光子有一部分能量传给电子，散射光子的能量减少，于是散射光的波长大于入射光的波长。②若光子和束缚很紧的内层电子相碰撞，光子将与整个原子交换能量，由于光子质量远小于原子质量，根据碰撞理论，碰撞前后光子能量几乎不变，波长不变。③因为碰撞中交换的能量和碰撞的角度有关，所以波长改变和散射角有关

康普顿效应1.光的散射光在介质中与

相互作用，因而传播方向

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