第一讲 光电效应 波粒二象性

开始逐点清(一)光电效应规律的理解及应用(重难点疏通)010203目录逐点清(二)光电效应的图像及应用(重难点疏通)逐点清(三)对波粒二象性、物质波的理解(基础点速过)第十五章

原子物理第一讲光电效应波粒二象性|纲举目张|·|精要回顾|

[微点判断](1)光子和光电子都是实物粒子。

()(2)只要入射光的强度足够强，就可以使金属发生光电效应。

()(3)要想在光电效应实验中测到光电流，入射光子的能量必须大于金属的逸出功。

()(4)光电子的最大初动能与入射光子的频率成正比。

()(5)光的频率越高，光的粒子性越明显，但仍具有波动性。

()(6)德国物理学家普朗克提出了量子假说，成功地解释了光电效应规律。()(7)美国物理学家康普顿发现了康普顿效应，证实了光的粒子性。

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逐点清(一)光电效应规律的理解及应用(重难点疏通)1．与光电效应有关的五组概念对比(1)光子与光电子：光子指光在空间传播时的每一份能量，光子不带电；光电子是金属表面受到光照射时发射出来的电子，其本质是电子。光子是因，光电子是果。(2)光电子的动能与光电子的最大初动能：只有金属表面的电子直接向外飞出时，只需克服原子核的引力做功的情况，才具有最大初动能。(3)光电流和饱和光电流：金属板飞出的光电子到达阳极，回路中便产生光电流，随着所加正向电压的增大，光电流趋于一个饱和值，这个饱和值是饱和光电流，在一定的光照条件下，饱和光电流与所加电压大小无关。(4)入射光强度与光子能量：入射光强度指单位时间内照射到金属表面单位面积上的总能量，而光子能量E＝hν。(5)光的强度与饱和光电流：频率相同的光照射金属产生光电效应，入射光越强，饱和光电流越大，但不是简单的正比关系。2．光电效应的研究思路(1)两条线索(2)两条对应关系①入射光强度大→光子数目多→发射光电子多→光电流大；②光子频率高→光子能量大→光电子的最大初动能大。3．光电效应中三个重要关系(1)爱因斯坦光电效应方程：Ek＝hν－W0。(2)光电子的最大初动能Ek与遏止电压Uc的关系：Ek＝eUc。(3)逸出功W0与极限频率νc的关系：W0＝

hνc。题点1光电效应现象的理解1．像增强器是微光夜视仪的核心器件。像增强器的简化原理如下：微光照射光电管阴极时，由于光电效应而产生光电子，光电子经过相同电压加速，最后到达荧光屏上，引起荧光材料发光，形成图像。根据以上信息和所学知识判断下列说法正确的是

(

)A．射到光电管阴极的微光都能使阴极金属发生光电效应B．因为是微光，所以发生光电效应现象需要更长的时间C．同一种光使阴极发生光电效应，产生的光电子到达荧光屏时的动能都相等D．同一种光照射光电管，阴极材料的逸出功越小，越容易发生光电效应答案：D解析：只有当hν>W0时，光电子才可以从金属中逸出，即产生光电效应的条件是微光的频率要大于金属的截止频率，故A错误；电子一次性吸收光子的全部能量，不需要积累能量的时间，光电流几乎是瞬时产生的，B错误；同一种光使阴极发生光电效应后，逸出光电子的最大初动能相等，但不一定所有光电子的初动能都相等，所以光电子最后到达荧光屏时的动能也不一定相等，故C错误；同一种光照射光电管，阴极材料的逸出功越小，越容易发生光电效应，D正确。题点2光电效应规律的研究2.(2023·昆山高三模拟)如图所示为研究光电效应的电路图。开关闭合后，当用波长为λ0的单色光照射光电管的阴极K时，电流表有示数。下列说法正确的是

(

)A．若只让滑片P向D端移动，则电流表的示数一定增大B．若只增加该单色光的强度，则电流表示数一定增大C．若改用波长小于λ0的单色光照射光电管的阴极K，则阴极K的逸出功变大D．若改用波长大于λ0的单色光照射光电管的阴极K，则电流表的示数一定为零答案：B

解析：电路所加电压为正向电压，如果电流达到饱和电流，增加电压，电流也不会增大，故A错误；只增加该单色光的强度，相同时间内逸出的光子数增多，电流增大，故B正确；金属的逸出功只与阴极材料有关，与入射光无关，故C错误；改用波长大于λ0的单色光照射，虽然光子能量变小，但也有可能发生光电效应，可能有光电流，故D错误。答案：C逐点清(二)光电效应的图像及应用(重难点疏通)

类型1

Ek-ν图像图像名称图线形状读取信息最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图线①截止频率(极限频率)：横轴截距②逸出功：纵轴截距的绝对值W0＝|－E|＝E③普朗克常量：图线的斜率k＝h[答案]

D类型2

Uc-ν图像图像名称图线形状读取信息遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图线①截止频率νc：横轴截距②遏止电压Uc：随入射光频率的增大而增大③普朗克常量h：等于图线的斜率与电子电荷量的乘积，即

h＝ke[例2]

(2022·河北高考)如图是密立根于1916年发表的钠金属光电效应的遏止电压Uc与入射光频率ν的实验曲线，该实验直接证明了爱因斯坦光电效应方程，并且第一次利用光电效应实验测定了普朗克常量h。由图像可知

(

)A．钠的逸出功为hνcB．钠的截止频率为8.5×1014HzC．图中直线的斜率为普朗克常量hD．遏止电压Uc与入射光频率ν成正比[答案]

A类型3

I-U图像图像名称图线形状读取信息颜色相同、强度不同的光，光电流与电压的关系图线①遏止电压Uc：横轴截距②饱和光电流Im：电流的最大值③最大初动能：Ek＝eUc颜色不同时，光电流与电压的关系图线①遏止电压Uc1、Uc2②饱和光电流③最大初动能Ek1＝eUc1，Ek2＝eUc2[例3]红外测温仪的原理是：任何物体的温度在高于绝对零度(－273℃)时都会向外发出红外线，有一种额温枪通过红外线照射到温度传感器，发生光电效应，将光信号转化为电信号，计算出温度数据。已知人的体温正常时能辐射波长为10μm的红外线，如图甲所示，用该红外线照射光电管的阴极K时，电路中有光电流产生，实验得到的电流随电压变化的图像如图乙所示，已知h＝6.63×10－34J·s，e＝1.6×10－19C，则

(

)A．波长为10μm的红外线在真空中的频率为3×1014HzB．将图甲的电源反接，一定不会产生电信号C．由图乙数据可知，该光电管的阴极金属逸出功约为0.1eVD．若人体温度升高，则辐射红外线的强度减弱，光电管转换成的光电流减小[答案]

C[例4]在研究光电效应中电子的发射情况与照射光的强弱、光的颜色的关系时，将a、b、c三束光照射到同一光电管的阴极上，得到的光电流与电压的关系如图所示，可知

(

)A．a光的频率高于c光的频率B．c光的频率高于b光的频率C．单位时间内，c光入射的光子数大于b光入射的光子数D．a光照射时逸出光电子的最大初动能可能比b光照射时的大[答案]

C[解析]由爱因斯坦光电效应方程得Ek＝hν－W0，其中Ek＝eUc，可以看出遏止电压与频率呈线性关系，频率越大，遏止电压越大，所以由图像可知，a光的频率等于c光的频率，c光的频率低于b光的频率，故A、B错误；由图可得，c光对应饱和光电流大于b光对应的饱和光电流，因为饱和光电流越大，单位时间内逸出的光电子数越多，且逸出的光电子数等于入射的光子数，所以单位时间内c光入射的光子数大于b光入射的光子数，故C正确；因为最大初动能为Ek＝eUc，所以a光照射时逸出光电子的最大初动能一定比b光照射时的小，故D错误。逐点清(三)对波粒二象性、物质波的理解(基础点速过)

粒子性与康普顿效应1．实验表明：光子与速度不太大的电子碰撞发生散射时，光的波长会变大或者不变，这种现象叫康普顿散射，该过程遵循能量守恒定律和动量守恒定律。如果电子具有足够大的初速度，以至于在散射过程中有能量从电子转移到光子，则该散射被称为逆康普顿散射，这一现象已被实验证实。关于上述逆康普顿散射，下列说法正确的是

(

)A．康普顿效应说明光具有波动性B．若散射前的入射光照射某金属表面时能发生光电效应，则散射光照射该金属时，光电子的最大初动能将变大C．散射后电子的速度一定变大D．散射后电子的能量一定变大答案：B解析：康普顿效应说明光具有粒子性，故A错误；根据题意，在逆康普顿散射中，能量从电子转移到光子，所以，散射后电子的速度和能量变小，光子的能量变大，光子的频率变大，故C、D错误；根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0可知，h和W0为定值，ν越大，Ek越大，因此若散射前的入射光照射某金属表面时能发生光电效应，则散射光照射该金属时，光电子的最大初动能将变大，故B正确。

对粒子性与波动性的理解2．用很弱的光做双缝干涉实验，把入射光减弱到可以认为光源和感光胶片之间不可能同时有两个光子存在，如图所示是不同数量的光子照射到感光胶片上得到的照片。这些照片说明

(

)A．光只有粒子性没有波动性B．光只有波动性没有粒子性C．少量光子的运动显示波动性，大量光子的运动显示粒子性D．少量光子的运动显示粒子性，大量光子的运动显示波动性答案：D解析：光具有波粒二象性，这些照片说明少量光子的运动显示粒子性，大量光子的运动显示波动性，故D正确。

对物质波的理解3．(2022·浙江1月选考改编)电子双缝干涉实验是近代证实物质波存在的实验。如图所示，电子枪持续发射的电子动量为1.2×10－23kg·m/s，然后让它们通过双缝打到屏上。已知电子质量取9.1×10－31kg，普朗克常量取6.6×10－34J·s，下列说法正确的是

(

)A．发射电子的动能约为8.0×10－15JB．发射电子的物质波波长约为4.5×10－11mC．只有成对电子分别同时通过双缝才能发生干涉D．如果电子是一个一个发射的，仍能得到干涉图样答案：D

对波粒二象性的理解4．关于光的波粒二象性，下列说法错误的是

(

)A．光的频率越高，光子的能量越大，粒子性越显著B．光的波长越长，光的能量越小，波动性越显著C．频率高的光子不具有波动性，波长较长的光子不具有粒子性D．个别光子产生的效果往往显示粒子性，大量光子产生的效果往往显示波动性答案：C解析：光具有