光的粒子性物理一輪復(fù)習(xí)一、光電效應(yīng)現(xiàn)象

當(dāng)光線照射在金屬表面時，金屬中有電子逸出的現(xiàn)象，稱為光電效應(yīng)。逸出的電子稱為光電子。光電子定向移動形成的電流叫光電流

光電效應(yīng)現(xiàn)象中的“光”是否特指可見光？在甲圖中發(fā)現(xiàn)，利用紫外線照射鋅板無論光的強度如何變化，驗電器都有張角，而用紅光照射鋅板，無論光的強度如何變化，驗電器總無張角，這說明了什么？

金屬能否發(fā)生光電效應(yīng)，決定于入射光的頻率，與入射光的強度無關(guān).二.光電效應(yīng)的實驗規(guī)律（1）存在飽和電流光照不變，增大UAK，G表中電流達(dá)到某一值后不再增大，即達(dá)到飽和值。因為光照條件一定時，K發(fā)射的電子數(shù)目一定。實驗表明：入射光越強，飽和電流越大，單位時間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)越多。陽極陰極區(qū)別光電流和飽和光電流：使光電流減小到零的反向電壓－++++++

一一一一一一v加反向電壓，如右圖所示：光電子所受電場力方向與光電子速度方向相反，光電子作減速運動。若最大的初動能U=0時，I≠0，因為電子有初速度則I=0，式中UC為遏止電壓(2)存在遏止電壓和截止頻率a.存在遏止電壓UCEEUFKA二.光電效應(yīng)的實驗規(guī)律－++++++

一一一一一一v最大的初動能(2)存在遏止電壓和截止頻率EEUFKA二.光電效應(yīng)的實驗規(guī)律光電子的最大的初動能與光電子的動能有區(qū)別嗎？IUOU光電效應(yīng)伏安特性曲線遏止電壓Is飽和電流黃光（強）黃光（弱）藍(lán)光Ub(2)存在遏止電壓二.光電效應(yīng)的實驗規(guī)律實驗表明:對于一定顏色(頻率)的光,無論光的強弱如何,遏止電壓是一樣的;光的頻率改變，遏止電壓也會改變。光電子的最大初動能只與入射光的頻率有關(guān)，與入射光的強弱無關(guān)。經(jīng)研究后發(fā)現(xiàn)：b.存在截止頻率c對于每種金屬，都相應(yīng)確定的截止頻率c。

當(dāng)入射光頻率

>c

時，電子才能逸出金屬表面；當(dāng)入射光頻率

<c時，無論光強多大也無電子逸出金屬表面。(2)存在遏止電壓和截止頻率陽極陰極二.光電效應(yīng)的實驗規(guī)律實驗結(jié)果：即使入射光的強度非常微弱，只要入射光頻率大于被照金屬的極限頻率，電流表指針也幾乎是隨著入射光照射就立即偏轉(zhuǎn)。更精確的研究推知，光電子發(fā)射所經(jīng)過的時間不超過10－9秒（這個現(xiàn)象一般稱作“光電子的瞬時發(fā)射”）。光電效應(yīng)在極短的時間內(nèi)完成

(3)具有瞬時性陽極陰極二.光電效應(yīng)的實驗規(guī)律勒納德等人通過實驗得出以下結(jié)論：

①對于任何一種金屬，都有一個極限頻率，入射光的頻率必須大于這個極限頻率，才能發(fā)生光電效應(yīng)，低于這個頻率就不能發(fā)生光電效應(yīng)；②當(dāng)入射光的頻率大于極限頻率時，入射光越強，飽和電流越大，與頻率大小無關(guān)③光電子的最大初動能與入射光的強度無關(guān)，只隨著入射光的頻率增大而增大④入射光照到金屬上時，光電子的發(fā)射幾乎是瞬時的，一般不超過10-9秒

二.光電效應(yīng)的實驗規(guī)律知識深化1.光電效應(yīng)的實質(zhì)：光現(xiàn)象

電現(xiàn)象.2.光電效應(yīng)中的光包括不可見光和可見光.3.光電子：光電效應(yīng)中發(fā)射出來的光電子，其本質(zhì)還是電子.(多選)現(xiàn)用某一光電管進(jìn)行光電效應(yīng)實驗，當(dāng)用某一頻率的光入射時，有光電流產(chǎn)生.下列說法正確的是A.保持入射光的頻率不變，入射光的光強變大，飽和光電流變大B.入射光的頻率變高，飽和光電流變大C.入射光的頻率變高，光電子的最大初動能變大D.保持入射光的光強不變，不斷減小入射光的頻率，始終有光電流產(chǎn)生√√(多選)如圖所示，電路中所有元件完好，光照射到光電管上，靈敏電流計中沒有電流通過.其原因可能有A.入射光太弱B.入射光波長太長C.光照時間太短D.電源正、負(fù)極接反，電路接入反向電壓√√

以上三個結(jié)論都與實驗結(jié)果相矛盾的，所以無法用經(jīng)典的波動理論來解釋光電效應(yīng)。逸出功W0使電子脫離某種金屬所做功的最小值，叫做這種金屬的逸出功。光越強，逸出的電子數(shù)越多，光電流也就越大。①光越強，光電子的初動能應(yīng)該越大，所以遏止電壓UC應(yīng)與光的強弱有關(guān)？②不管光的頻率如何，只要光足夠強，電子都可獲得足夠能量從而逸出表面，不應(yīng)存在截止頻率。③如果光很弱，按經(jīng)典電磁理論估算，電子需幾分鐘到十幾分鐘的時間才能獲得逸出表面所需的能量，這個時間遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于10S。-9√實驗表明:對于一定顏色(頻率)的光,無論光的強弱如何,遏止電壓是一樣的.由于受到約束，電子不能大量逸出，是由于受到金屬表面層的引力作用，電子要從金屬中掙脫出來，必須克服這個引力做功。三.光電效應(yīng)解釋中的疑難

1.光子：光本身就是由一個個不可分割的能量子組成的，頻率為ν的光的能量子為hν。這些能量子后來被稱為光子。愛因斯坦的光子說愛因斯坦從普朗克的能量子說中得到了啟發(fā)，他提出：四.愛因斯坦的光量子假設(shè)2.愛因斯坦的光電效應(yīng)方程1.光子：或——光電子最大初動能

——金屬的逸出功

W0一個電子吸收一個光子的能量hν后，一部分能量用來克服金屬的逸出功W0，剩下的表現(xiàn)為逸出后電子的初動能Ek，即：四.愛因斯坦的光量子假設(shè)實質(zhì)是能量轉(zhuǎn)化和守恒定律3.光子說對光電效應(yīng)的解釋①愛因斯坦方程表明，光電子的初動能Ek與入射光的頻率成線性關(guān)系，與光強無關(guān)。只有當(dāng)hν>W0時，才有光電子逸出光電效應(yīng)的截止頻率是：②電子一次性吸收光子的全部能量，不需要積累能量的時間，光電流自然幾乎是瞬時發(fā)生的。③光強較大時，包含的光子數(shù)較多，照射金屬時產(chǎn)生的光電子多，因而飽和電流大。四.愛因斯坦的光量子假設(shè)由于愛因斯坦提出的光子假說成功地說明了光電效應(yīng)的實驗規(guī)律,榮獲1921年諾貝爾物理學(xué)獎。

愛因斯坦光子假說圓滿解釋了光電效應(yīng)，但當(dāng)時并未被物理學(xué)家們廣泛承認(rèn)，因為它完全違背了光的波動理論。4.光電效應(yīng)理論的驗證

美國物理學(xué)家密立根，花了十年時間做了“光電效應(yīng)”實驗，結(jié)果在1915年證實了愛因斯坦方程，h

的值與理論值完全一致，又一次證明了“光量子”理論的正確。三.愛因斯坦的光量子假設(shè)愛因斯坦由于對光電效應(yīng)的理論解釋和對理論物理學(xué)的貢獻(xiàn)獲得1921年諾貝爾物理學(xué)獎密立根由于研究基本電荷和光電效應(yīng)，特別是通過著名的油滴實驗，證明電荷有最小單位。獲得1923年諾貝爾物理學(xué)獎思考與討論:電子的動能很難直接測量，但是截止電壓容易得到，Uc與有什么關(guān)系光電效應(yīng)規(guī)律中的兩條線索、兩個關(guān)系：(1)兩條線索：(2)兩個關(guān)系：光照強度大→光子數(shù)目多→發(fā)射光電子多→光電流大光子頻率高→光子能量大→產(chǎn)生光電子的最大初動能大(多選)在光電效應(yīng)實驗中，分別用頻率為νa、νb的單色光a、b照射到同種金屬上，測得相應(yīng)的遏止電壓分別為Ua和Ub，光電子的最大初動能分別為Eka和Ekb.h為普朗克常量.下列說法正確的是A.若νa＞νb，則一定有Ua＜UbB.若νa＞νb，則一定有Eka＞EkbC.若Ua＜Ub，則一定有Eka＜EkbD.若νa＞νb，則一定有hνa－Eka＞hνb－Ekb√√如圖所示，當(dāng)開關(guān)K斷開時，用光子能量為2.5eV的一束光照射陰極P，發(fā)現(xiàn)電流表讀數(shù)不為零.合上開關(guān)，調(diào)節(jié)滑動變阻器，發(fā)現(xiàn)當(dāng)電壓表讀數(shù)小于0.6V時，電流表讀數(shù)仍不為零.當(dāng)電壓表讀數(shù)大于或等于0.6V時，電流表讀數(shù)為零.由此可知陰極材料的逸出功為A.1.9eV

B.0.6eVC.2.5eV D.3.1eV√在光電效應(yīng)實驗中，飛飛同學(xué)用同一光電管在不同實驗條件下得到了三條光電流與電壓之間的關(guān)系曲線(甲光、乙光、丙光)，如圖所示，則可判斷出A.甲光的頻率大于乙光的頻率B.乙光的波長大于丙光的波長C.乙光的頻率大于丙光的頻率D.甲光對應(yīng)的光電子最大初動能大于丙光對應(yīng)的光電子最大初動能√光電效應(yīng)圖線的理解和應(yīng)用1.Ek－ν圖線：如圖甲所示是光電子最大初動能Ek隨入射光頻率ν的變化圖線.這里，橫軸上的截距是陰極金屬的極限頻率；縱軸上的截距是陰極金屬的逸出功的負(fù)值；斜率為普朗克常量(Ek＝hν－W0，Ek是ν的一次函數(shù)，不是正比例函數(shù)).規(guī)律總結(jié)2.I－U曲線：如圖乙所示是光電流I隨光電管兩極板間電壓U的變化曲線，圖中

Im為飽和光電流，Uc為遏止電壓.說明：(1)由Ek＝eUc和Ek＝hν－W0知，同一色光，遏止電壓相同，與入射光強度無關(guān)；頻率越大，遏止電壓越大(2)在入射光頻率一定時，飽和光電流隨入射光強度的增大而增大康普頓散射的實驗裝置與規(guī)律：晶體

光闌X

射線管探測器X

射線譜儀

石墨體(散射物質(zhì))j0散射波長

按經(jīng)典電磁理論：如果入射X光是某種波長的電磁波，散射光的波長是不會改變的！經(jīng)典電磁理論在解釋康普頓效應(yīng)時遇到的困難①根據(jù)經(jīng)典電磁波理論，當(dāng)電磁波通過物質(zhì)時，物質(zhì)中帶電粒子將作受迫振動，其頻率等于入射光頻率，所以它所發(fā)射的散射光頻率應(yīng)等于入射光頻率②無法解釋波長改變和散射角關(guān)系。光子理論對康普頓效應(yīng)的解釋①若光子和外層電子相碰撞，光子有一部分能量傳給電子，散射光子的能量減少，于是散射光的波長大于入射光的波長。②若光子和束縛很緊的內(nèi)層電子相碰撞，光子將與整個原子交換能量，由于光子質(zhì)量遠(yuǎn)小于原子質(zhì)量，根據(jù)碰撞理論，碰撞前后光子能量幾乎不變，波長不變。③因為碰撞中交換的能量和碰撞的角度有關(guān)，所以波長改變和散射角有關(guān)

康普頓效應(yīng)1.光的散射光在介質(zhì)中與

相互作用，因而傳播方向

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