第四章　2　第2课时　光电效应的图像问题　康普顿效应　光的波粒二象性

DISIZHANG第四章2

第2课时光电效应的图像问题康普

顿效应光的波粒二象性1.会用图像描述光电效应有关物理量之间的关系，能利用图像求光电子最大初动能、截止频率和普朗克常量(重难点)。2.了解康普顿效应及其意义，知道光子具有动量(难点)。3.了解光的波粒二象性。

学习目标一、光电效应图像问题二、康普顿效应和光子的动量课时对点练三、光的波粒二象性

内容索引光电效应图像问题一(2)根据方程画出Ek-ν图像，说明从图像中可以获取哪些信息。答案Ek-ν图像如图所示

1.(1)写出金属光电子的最大初动能与入射光频率ν的关系方程；答案Ek=hν-W02.(1)试写出UKA与ν的关系式；

(2)画出某金属截止电压UKA与入射光频率ν的关系图像，图像的斜率为k。说明从图像上可以获取哪些信息。答案UKA-ν图像如图所示从图像中可以获取的信息有：①金属的截止频率(极限频率)νc；②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。3.(1)如图为光电流大小与电压关系图像。从图中可以获取哪些信息。答案

①遏止电压Uc：图线与横轴的交点的横坐标的大小；②饱和电流Im：光电流的最大值；③光电子的最大初动能：Ek=eUc。(2)试说明下列两幅图中饱和电流、遏止电压为何出现图示情况。答案

甲图中：强黄光比弱黄光中含有的光子个数多，故单位时间内激发出的光电子个数多，产生的饱和电流大；又因为无论强黄光还是弱黄光二者频率相同，同样条件下光电子的最大初动能Ek相同，由Ek=eUc知遏止电压Uc也相同。乙图中：由于蓝光频率大于黄光频率，同样条件下光电子的最大初动能Ek蓝>Ek黄，遏止电压U黄<U蓝。

(2022·河北卷)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成正比例1√

(2024·泰州市模拟)小明用同一光电管在不同实验条件下做光电效应实验，得到了三条光电流与电压之间的关系曲线，如图所示。关于本实验，下列说法中正确的是A.甲光的频率比乙光的频率大B.乙光的波长比丙光的波长大C.乙光所对应的截止频率与丙光所对应的截止频率一样大D.甲光所产生光电子的最大初动能比丙光所产生光电子的最大初动能大例2√根据题图可知，甲、丙的遏止电压相等，小于乙的遏止电压，根据eUc=Ekmax可知，甲光所产生光电子的最大初动能与丙光所产生光电子的最大初动能相等，故D错误；根据逸出功与截止频率的关系有W0=hνc，由于逸出功与截止频率均由金属材料本身决定，实验中小明用的是同一光电管，则乙光所对应的截止频率与丙光所对应的截止频率一样大，故C正确；

返回康普顿效应和光子的动量二1.康普顿效应：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

λ0的成分，这个现象称为康普顿效应。2.康普顿效应的意义：康普顿效应表明光子不仅具有能量而且具有

。进一步揭示了光的

，也再次证明了爱因斯坦光子说的正确性。大于动量粒子性3.光子的动量(1)表达式：p=___。(2)说明：在康普顿效应中，当入射的光子与晶体中的电子碰撞时，要把一部分动量转移给电子，因而，光子的动量可能变小。因此，有些光子散射后波长

。

变大

例3√

返回光的波粒二象性三为了对光的本性做进一步的考察与分析，物理学家把屏换成感光底片，在不断变化光强的情况下，用短时间曝光的方法进行了光的双缝干涉实验(如图所示)。不同光强下光的双缝干涉实验结果光很弱时，感光底片上的图像与我们通常观察到光的双缝干涉的图像相差很远如图(a)；增强光的强度，光的双缝干涉的图像变得清晰起来如图(b)；当光较强时，得到的图像与我们通常观察到的光的双缝干涉图像一样如图(c)。这个实验说明了什么？答案当光很弱时，光是作为一个个粒子落在感光底片上的，显示出了光的粒子性；当光很强时，光与感光底片量子化的作用积累起来形成明暗相间的条纹，显示出了光的波动性。1.光的干涉和衍射现象说明光具有波动性，

效应和

效应说明光具有粒子性。2.光子的能量ε=hν，光子的动量p=____。3.光子既有粒子性，又有波动性，即光具有

二象性。梳理与总结光电康普顿波粒

(2023·抚州市高二月考)关于光的波粒二象性的理解正确的是A.大量光子的行为往往表现出粒子性，个别光子的行为往往表现出波动性B.光在传播时是波，而与物质相互作用时就转化成粒子C.高频光是粒子，低频光是波D.波粒二象性是光的根本属性，有时它的波动性显著，有时它的粒子性

显著例4√光同时具有波的性质和粒子的性质，大量光子往往表现出波动性，个别光子往往表现出粒子性，即波粒二象性是光的根本属性，有时它的波动性显著，有时它的粒子性显著，故D正确，A、B错误；波长越长，频率越小，波动性越明显，而不是说其是波，故C错误。返回课时对点练四

123456789101112基础对点练13√123456789101112

132.(2024·西安市期末)如图甲所示，闭合开关，通过调节照射光频率和改变滑动变阻器的滑片位置，使得理想微安表的读数刚好为0，得到理想电压表的示数Ue随着照射光频率ν的变化图像如图乙所示。测得直线的斜率为k、横轴截距为ν0，图乙中的θ角已知，电子所带电荷量的绝对值为e，则A.图甲中a端为电源正极B.K板的逸出功ekv0C.普朗克常量为etanθD.普朗克常量为k12345678910111213√123456789101112

133.(2023·成都市高二期末)某小组用红光和紫光分别照射同一光电管探究光电效应，得到光电流I与光电管所加电压U的关系如图所示，下列说法正确的是A.1光为红光，2光为紫光B.1光的饱和光电流大于2光的饱和光电流C.1光光子的能量大于2光光子的能量D.1光的频率不变，增大光强，则遏止电压Uc1增大12345678910111213√12345678910111213由题图知1光的遏止电压大，根据eUc=Ekm=hν-W0，可知1光的频率大，故1光为紫光，2光为红光，故A错误；由题图可知，1光的饱和光电流小于2光的饱和光电流，故B错误；根据ε=hν可知，1光的频率大，则1光光子的能量大于2光光子的能量，故C正确；根据eUc=hν-W0可知遏止电压与光强无关，故1光的频率不变，增大光强，则遏止电压Uc1不变，故D错误。4.(多选)1907年起，美国物理学家密立根开始以精湛的技术测量光电效应中几个重要的物理量，检验爱因斯坦光电效应方程的正确性。按照密立根的方法进行实验时得到了某金属的UKA和ν的几组数据，并作出如图所示的图线，电子的电荷量大小为e=1.6×10-19C，c=3×108m/s。由图线可知，以下说法正确的是A.该金属的截止频率约为4.27×1014HzB.该金属的逸出功约为0.48eVC.可以求得普朗克常量h约为6.24×10-34J·sD.若用波长为500nm的紫光照射该金属，能使该金属发生光电效应12345678910111213√√√123456789101112

13考点二康普顿效应光子的动量5.(多选)关于康普顿效应，下列说法正确的是A.康普顿在研究X射线散射时，发现散射光的波长发生了变化，为波动

说提供了依据B.康普顿效应无法用经典物理学解释C.发生散射时，波长较短的X射线入射时，产生康普顿效应D.爱因斯坦的光子说能够解释康普顿效应，所以康普顿效应支持粒子说12345678910111213√√√12345678910111213康普顿在研究射线散射时，发现散射光波长发生了变化，这种现象用波动说无法解释，用光子说却可以解释，故A错误，D正确；康普顿效应无法用经典物理学解释，故B正确；发生散射时，入射的光子把一部分动量转移给电子，产生康普顿效应，故C正确。6.(2023·北京市海淀区模拟)实验表明：光子与速度不太大的电子碰撞发生散射时，光的波长会变长或者不变，这种现象叫康普顿效应，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效应，下列说法中正确的是A.该过程不遵循能量守恒定律B.该过程不遵循动量守恒定律C.散射光中存在波长变长的成分D.散射光中存在频率变大的成分12345678910111213√123456789101112

137.波长为100nm的光，其光子动量大小数量级为(普朗克常量为6.63×10-34J·s)A.10-25kg·m/s B.10-27kg·m/sC.10-29kg·m/s D.10-31kg·m/s12345678910111213√123456789101112

13考点三光的波粒二象性8.(2023·邯郸市高二期中)通过学习，我们知道，光具有波粒二象性，下列关于光的说法正确的是A.康普顿效应说明光具有波动性B.普朗克提出能量是量子化的C.光在任何情况下都能体现出波动性和粒子性D.爱因斯坦提出光电效应方程，并以此支持了光的波动说12345678910111213√123456789101112康普顿效应说明光具有粒子性，A错误；普朗克提出能量是量子化的，B正确；大量光子表现出波动性，少量光子表现出粒子性，光的波长越长，波动性越强；光的波长越短，粒子性越强，C错误；爱因斯坦提出光电效应方程，并以此支持了光的粒子说，D错误。139.(多选)下列有关光的波粒二象性的说法正确的是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.大量光子的行为往往显示出波动性12345678910111213√√123456789101112一切光都具有波粒二象性，光的有些现象(如干涉、衍射)表现出波动性，有些现象(如光电效应、康普顿效应)表现出粒子性，A错误；电子是实物粒子，有静止质量，光子不是实物粒子，没有静止质量，电子是以实物形式存在的物质，光子是以场形式存在的物质，B错误；光的波长越长，波动性越显著，光的波长越短，粒子性越显著，C正确；大量光子的行为往往表现出光的波动性，D正确。1310.(2024·西安市模拟)照射到金属表面的光可能使金属中的电子逸出，可以用甲图的电路研究电子逸出的情况。阴极K在受到光照时能够逸出电子，阳极A吸收阴极K逸出的电子，在电路中形成光电流。在光照条件不变的情况下改变光电管两端的电压得到乙图。换用不同频率的单色光照射阴极K得到电子最大初动能与入射光波长倒数的关系图像如丙图所示。下列说法正确的是A.乙图中遏止电压的存在意味着光电子具有最大初动能B.乙图中电压由0到U1，光电流越来越大，说明单位时间

内逸出光电子的个数越来越多C.丙图中的λ0是产生光电效应的最小波长D.由丙图可知普朗克常量h=Eλ012345678910111213能力综合练√123456789101112

13123456789101112

1311.(多选)(2024·嘉兴市期末)如图所示，图甲为光电效应实验的电路图(电源正负