4.2光電效應(yīng)高二物理（人教版2019）光電效應(yīng)：照射到金屬表面的光，能使金屬中的電子從表面逸出的現(xiàn)象。光電子：光電效應(yīng)現(xiàn)象中從金屬表面逸出的電子。牛頓的微粒說(shuō)惠更斯和托馬斯楊的波動(dòng)說(shuō)麥克斯韋的電磁理論一、光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律一、光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律

（1）當(dāng)入射光頻率減小到某一數(shù)值

c時(shí)，光電流消失。

c即為截止頻率。1.存在截止頻率（3）不同金屬的截止頻率不同，截止頻率與金屬自身的性質(zhì)有關(guān)。（2）入射光頻率低于截止頻率時(shí)，金屬不會(huì)發(fā)生光電效應(yīng)，

與入射光強(qiáng)弱無(wú)關(guān)。2.存在飽和電流（2）在光的頻率不變的情況下，入射光越強(qiáng)，飽和電流越大，單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)越多。（1）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)到飽和值一、光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律新課講授一、光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律（1）當(dāng)K、A間加反向電壓，光電子克服電場(chǎng)力作功，當(dāng)電壓達(dá)到某一值Uc時(shí)，光電流恰為0，Uc稱遏止電壓。3.存在遏止電壓（2）頻率一定的光,遏止電壓一樣，與光強(qiáng)無(wú)關(guān);（3）光電子的最大初動(dòng)能只與入射光的頻率有關(guān)，

與入射光的強(qiáng)弱無(wú)關(guān)。新課講授反向電壓實(shí)驗(yàn)結(jié)果：即使入射光的強(qiáng)度非常微弱，只要入射光頻率大于被照金屬的截止頻率，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(guò)的時(shí)間不超過(guò)10－9

s（這個(gè)現(xiàn)象一般稱作“光電子的瞬時(shí)發(fā)射”）。4.光電效應(yīng)具有瞬時(shí)性一、光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律一、光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律1.存在截止頻率2.存在飽和電流3.存在遏止電壓4.光電效應(yīng)具有瞬時(shí)性能否發(fā)生光電效應(yīng)只與頻率有關(guān)，與入射光強(qiáng)弱無(wú)關(guān)。光的頻率不變，入射光越強(qiáng)，飽和電流越大。遏止電壓只與光頻率有關(guān)，與入射光強(qiáng)弱無(wú)關(guān)。1.利用光電管研究光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)，如圖所示，用頻率為ν1的可見光照射陰極K，電流表中有電流通過(guò)，則(

)A．用紫外線照射，電流表中不一定有電流通過(guò)B．用紅外線照射，電流表中一定無(wú)電流通過(guò)C．用頻率為ν1的可見光照射陰極K，當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑片移

到a端，電流表中一定無(wú)電流通過(guò)D．用頻率為ν1的可見光照射陰極K，當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑片向b

端滑動(dòng)時(shí)，電流表示數(shù)可能不變D2.關(guān)于光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)，下列表述正確的是(

)A．光照時(shí)間越長(zhǎng)光電流越大B．入射光足夠強(qiáng)就可以有光電流C．遏止電壓與入射光的頻率無(wú)關(guān)D．入射光頻率大于截止頻率才能產(chǎn)生光電子D二、光電效應(yīng)經(jīng)典解釋中的疑難逸出功W0：使電子脫離某種金屬所做功的最小值。幾種金屬的截止頻率和逸出功新課講授逸出功的大小取決于金屬的特性光的經(jīng)典電磁理論無(wú)法解釋的光電效應(yīng)的三個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果：2.光越強(qiáng)，光電子的初動(dòng)能應(yīng)該越大，所以遏止電壓UC應(yīng)與光的強(qiáng)弱有關(guān)。1.不管光的頻率如何，只要光足夠強(qiáng)，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(shí)間才能獲得逸出表面所需的能量，這個(gè)時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生光電流的時(shí)間。二、光電效應(yīng)經(jīng)典解釋中的疑難新課講授愛因斯坦：光本身就是由一個(gè)個(gè)不可分割能量子組成的，頻率為ν的光的能量為hν，h為普朗克常量，這些能量子為光子。1.光子說(shuō)三、愛因斯坦的光電效應(yīng)理論EK=hv-W0

金屬中的電子吸收一個(gè)光子獲得的能量是hv，一部分大小為W0的能量被電子用來(lái)脫離金屬，剩下的是逸出后電子的初動(dòng)能。hv＝W0+EK光電子最大初動(dòng)能：金屬的逸出功：W0光電效應(yīng)方程：

2.光電效應(yīng)方程EK=hv-W0

3.光子說(shuō)對(duì)光電效應(yīng)的解釋三、愛因斯坦的光電效應(yīng)理論（1）存在截止頻率：只有當(dāng)hv>W0

時(shí)，光電子才能從金屬中逸出。光照射到金屬中的電子時(shí)，一個(gè)電子只能吸收一個(gè)光子的能量，即hv的能量。hv>W0→產(chǎn)生光電效應(yīng)hv<W0→無(wú)光電效應(yīng)

hv=W0→截止頻率（極限頻率）①斜率k=h（普朗克常數(shù)）②橫截距νc（極限頻率）③縱截距為－W0（2）光電流的瞬時(shí)性：電子一次性吸收光子的全部能量，不需要積累能量

的時(shí)間，光電流瞬間產(chǎn)生。EK=hv-W0

3.光子說(shuō)對(duì)光電效應(yīng)的解釋三、愛因斯坦的光電效應(yīng)理論（3）一個(gè)電子只能吸收一個(gè)光子的能量。頻率相同的光，光強(qiáng)越強(qiáng)，

光子數(shù)越多，光電子數(shù)越多，飽和電流越大。EK=hv-W0（4）對(duì)某種金屬W0一定，遏止電壓與光頻率有關(guān)，光強(qiáng)無(wú)關(guān)。

3.光子說(shuō)對(duì)光電效應(yīng)的解釋三、愛因斯坦的光電效應(yīng)理論

Ek=eUc

3.(多選)在做光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)時(shí)，某金屬被光照射發(fā)生了光電效應(yīng)，實(shí)驗(yàn)測(cè)得光電子的最大初動(dòng)能Ek與入射光的頻率ν的關(guān)系如圖所示，由實(shí)驗(yàn)圖線可求出(

)A．該金屬的截止頻率和截止波長(zhǎng)B．普朗克常量C．該金屬的逸出功D．單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子數(shù)ABC

A課本P77A組第1題5.在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，小明用同一光電管在不同實(shí)驗(yàn)條件下得到了三條光電流與電壓之間的關(guān)系曲線(甲、乙、丙)，如圖4-1所示回答下面問(wèn)題，并說(shuō)明理由。(1)甲、乙兩種光的頻率，哪個(gè)大?(2)乙、丙兩種光的波長(zhǎng)，哪個(gè)大?(3)乙、丙兩種光所對(duì)應(yīng)的截止頻率，哪個(gè)大?(4)甲、丙兩種光所產(chǎn)生光電子的最大初動(dòng)能，哪個(gè)大?1.(1)乙光頻率較大。(2)丙光波長(zhǎng)較大(3)兩種光所對(duì)應(yīng)的截止頻率一樣大。(4)兩種光所產(chǎn)生光電子的最大初動(dòng)能相同知識(shí)回顧6.(多選)1905年，愛因斯坦把普朗克的量子化概念進(jìn)一步推廣，成功地解釋了光電效應(yīng)現(xiàn)象，提出了光子說(shuō)．給出的與光電效應(yīng)有關(guān)的四個(gè)圖像中，下列說(shuō)法正確的是(

)A．圖甲中，當(dāng)紫外線照射鋅板時(shí)，發(fā)現(xiàn)驗(yàn)電器指針發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，說(shuō)明鋅板帶正電，驗(yàn)電器帶負(fù)電B．圖乙中，從光電流與電壓的關(guān)系圖像中可以看出，電壓相同時(shí)，光照越強(qiáng)，光電流越大，說(shuō)明遏止電壓和光的強(qiáng)度有關(guān)C．圖丙中，若電子電量用e表示，ν1、νc、U1已知，由Uc－ν圖像可求得普朗克常量的表達(dá)式為h＝D．圖丁中，由光電子最大初動(dòng)能Ek與入射光頻率ν的關(guān)系圖像可知該金屬的逸出功為E或hνc7.入射光照射到某金屬表面上發(fā)生光電效應(yīng)，若入射光的強(qiáng)度減弱，而頻率保持不變，那么(

)A．從光照射到金屬表面上到發(fā)射出光電子的時(shí)間間隔將明顯增大B．逸出的光電子的最大初動(dòng)能將減小C．單位時(shí)間內(nèi)從金屬表面逸出的光電子數(shù)目將減少D．有可能不發(fā)生光電效應(yīng)C8.圖甲是光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置，圖乙是光電流與加在陰極K和陽(yáng)極A上的電壓的關(guān)系。根據(jù)乙圖中的曲線，可知（）A.在光的顏色不變的情況下，入射光越強(qiáng)，飽和電流越大B.對(duì)某種確定的金屬來(lái)說(shuō)，其遏止電壓只由入射光的頻率決定C.遏止電壓越大，說(shuō)明從該金屬中逃出來(lái)的光電子的最大初動(dòng)能越大D.只要增大電壓，光電流就會(huì)一直增大ABC四、康普頓效應(yīng)和光子的動(dòng)量1.光的散射：光在介質(zhì)中與物質(zhì)微粒相互作用，因而傳播方向發(fā)生改變的現(xiàn)象2.康普頓效應(yīng)在光的散射現(xiàn)象中，部分散射光的波長(zhǎng)變長(zhǎng)，波長(zhǎng)改變的多少與散射角有關(guān)．這種現(xiàn)象稱為康普頓效應(yīng)。3.經(jīng)典理論無(wú)法解釋康普頓效應(yīng)。

經(jīng)典理論認(rèn)為：（1）物質(zhì)中的電子會(huì)隨入射光以相同的頻率振動(dòng)，并向外輻射，即散射光的頻率與粒子受迫振動(dòng)的頻率（即入射光頻率）相等。入射波波長(zhǎng)不會(huì)在散射中發(fā)生；（2）無(wú)法解釋波長(zhǎng)改變與散射角的關(guān)系。五、康普頓效應(yīng)和光子的動(dòng)量4.光子模型：光子不僅具有能量，而且具有動(dòng)量。質(zhì)能方程：光子能量：E=hν光子能量：E=hν光子動(dòng)量：五、康普頓效應(yīng)和光子的動(dòng)量5.光子說(shuō)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(zhǎng)大于入射光的波長(zhǎng)。（2）若光子和束縛很緊的內(nèi)層電子相碰撞，光子將與整個(gè)原子交換能量，由于光子質(zhì)量遠(yuǎn)小于原子質(zhì)量，碰撞前后光子能量幾乎不變，波長(zhǎng)不變。（3）因?yàn)榕鲎仓薪粨Q的能量和碰撞的角度有關(guān)，所以波長(zhǎng)改變和散射角有關(guān)。假定X射線光子與電子發(fā)生彈性碰撞，遵守能量守恒定律與動(dòng)量守恒定律五、康普頓效應(yīng)和光子的動(dòng)量6.康普頓散射實(shí)驗(yàn)的意義（1）有力地支持了愛因斯坦“光量子”假設(shè)。（2）首次在實(shí)驗(yàn)上證實(shí)了“光子具有動(dòng)量”的假設(shè)。（3）證實(shí)了在微觀世界的單個(gè)碰撞事件中，動(dòng)量和能量守恒定律仍然是成立的。六、光的波粒二象性1.人們對(duì)光的認(rèn)識(shí)牛頓的微粒說(shuō)惠更斯和托馬斯楊的波動(dòng)說(shuō)麥克斯韋的電磁理論愛因斯坦的光子理論六、光的波粒二象性2.光具有波粒二象性光子能量：E=hν

粒子性光子動(dòng)量：

波動(dòng)性

(2)光的粒子性的含義：①當(dāng)光同物質(zhì)發(fā)生作用時(shí)，表現(xiàn)出粒子的性質(zhì)．如光電效應(yīng)，康普頓效應(yīng)。②少量或個(gè)別光子易顯示出光的粒子性．③頻率高、波長(zhǎng)短的光，粒子性特征顯著．（1）光的本性：光既有粒子性，又具有波動(dòng)性，即光具有波粒二象性。(3)光的波動(dòng)性的含義:①大量光子在傳播時(shí)，表現(xiàn)出波的性質(zhì)．如干涉、衍射、偏振現(xiàn)象。②頻率低、波長(zhǎng)長(zhǎng)的光，波動(dòng)性特征顯著．(4)光的波粒二象性．光的粒子性并不否定光的波動(dòng)性，光既具有波動(dòng)性，又具有粒子性。9.(多選)美國(guó)物理學(xué)家康普頓在研究石墨對(duì)X射線的散射時(shí)，發(fā)現(xiàn)在散射的X射線中，除了有與入射波長(zhǎng)λ0相同的成分外，還有波長(zhǎng)大于λ0的成分，這個(gè)現(xiàn)象稱為康普頓效應(yīng)．關(guān)于康普頓效應(yīng)，下列說(shuō)法正確的是(

)A．康普頓效應(yīng)現(xiàn)象說(shuō)明光具有波動(dòng)性B．康普頓效應(yīng)現(xiàn)象說(shuō)明光具有粒子性C．當(dāng)光子與晶體中的電子碰撞后，其能量增加D．當(dāng)光子與晶體中的電子碰撞后，其能量減少BD10.科學(xué)研究證明，光子有能量也有動(dòng)量，當(dāng)光子與電子碰撞時(shí)，光子的一些能量轉(zhuǎn)移給了電子．假設(shè)光子與電子碰撞前的波長(zhǎng)為λ，碰撞后的波長(zhǎng)為λ′，則碰撞過(guò)程中(

)A．能量守恒，動(dòng)量守恒，且λ＝λ′B．能量不守恒，動(dòng)量不守恒，且λ＝λ′C．能量守恒，動(dòng)量守恒，且λ＜λ′D．能量守恒，動(dòng)量守恒，且λ＞λ′C12.(多選)下列說(shuō)法