第1講光電效應波粒二象性

如圖為用紫外線燈照射鋅板的實驗現象。試分析:

(1)看到的現象是什么?說明了什么?

(2)光電子是光子還是電子?

(3)入射光的頻率低于金屬的截止頻率時,還能使金屬發(fā)生光電效應嗎?

(4)光照強度與光子數之間有什么關系?每個光子的能量由誰決定?

1.(2024·湖南卷,1)量子技術是當前物理學應用研究的熱點,下列關于量子論的說法正確的是

()

[A]普朗克認為黑體輻射的能量是連續(xù)的

[B]光電效應實驗中,紅光照射可以讓電子從某金屬表面逸出,若改用紫光照射也可以讓電子

從該金屬表面逸出

[C]康普頓研究石墨對X射線散射時,發(fā)現散射后僅有波長小于原波長的射線成分

[D]德布羅意認為質子具有波動性,而電子不具有波動性

2.(2024·廣東珠海期末)如圖,電路中所有元件完好。當光照射光電管時,靈敏電流計指針沒有

偏轉,其原因是()

[A]電源電壓較小

[B]入射光的頻率太低了

[C]入射光的強度太小了

考點一光電效應的規(guī)律及應用

1.“四點”提醒

(1)能否發(fā)生光電效應,不取決于光的強度而取決于光的頻率。

(2)光電效應中的“光”不是特指可見光,也包括不可見光。

(3)逸出功的大小由金屬本身決定,與入射光無關。

(4)光電子不是光子,而是電子。

2.“兩條”關系

(1)光的強度大→光子數目多→發(fā)射光電子多→光電流大。

[D]光照的時間太短了

(2)光子頻率高→光子能量大→產生光電子的最大初動能大→遏止電壓大。

3.“三個”關系式

(1)愛因斯坦光電效應方程:Ek=hν-W0。

(2)最大初動能與遏止電壓的關系:me=eUc。

12

2??

(3)逸出功與極限頻率的關系:W0=hνc。

[例1]【光電效應的規(guī)律】(2024·黑吉遼卷,8)(多選)X射線光電子能譜儀是利用X光照射材

料表面激發(fā)出光電子,并對光電子進行分析的科研儀器,用某一頻率的X光照射某種金屬表面,

逸出了光電子,若增加此X光的強度,則()

[A]該金屬逸出功增大

[B]X光的光子能量不變

[C]逸出的光電子最大初動能增大

[D]單位時間逸出的光電子數增多

[例2]【光電效應的電路分析】(2024·海南卷,8)利用如圖所示的裝置研究光電效應,單刀雙擲

開關S接1,用頻率為ν1的光照射光電管,調節(jié)滑動變阻器,使電流表的示數剛好為0,此時電壓

表的示數為U1,已知電子電荷量為e,普朗克常量為h,下列說法正確的是()

[A]其他條件不變,增大光強,電壓表示數增大

[B]改用頻率比ν1更大的光照射,調整電流表的示數為零,此時電壓表示數仍為U1

[C]其他條件不變,使開關S接2,電流表示數仍為零

[D]光電管陰極材料的截止頻率νc=ν1-

??1

考點二?光電效應的圖像

光電效應的四類圖像

圖像由圖線直接(間接)

圖線形狀

名稱得到的物理量

(1)極限頻率νc:圖線與ν軸交點的橫坐標。

最大初動能Ek與入射光頻(2)逸出功W0:圖線與Ek軸交點的縱坐標的絕對值,

率ν的關系即W0=|-E|=E。

(3)普朗克常量h:圖線的斜率,即k=h

續(xù)表

圖像由圖線直接(間接)

圖線形狀

名稱得到的物理量

(1)極限頻率νc:圖線與橫軸交點的橫坐標。

(2)遏止電壓Uc:隨入射光頻率的增大而增大。

遏止電壓Uc與入射光(3)普朗克常量h:等于圖線的斜率與電子電荷量的

頻率ν的關系乘積,即h=ke。

(4)逸出功W0:圖線與Uc軸交點的縱坐標的絕對值

與電荷量的乘積,即W0=eUm

續(xù)表

由圖線直接(間接)

圖像名稱圖線形狀

得到的物理量

(1)遏止電壓Uc1、Uc2。

顏色不同時,光電流與電壓的關系(2)飽和電流。

(3)最大初動能Ek1=eUc1,Ek2=eUc2

(1)遏止電壓Uc:圖線與橫軸交點的

橫坐標。

顏色相同、強度不同的光,光電流

(2)飽和電流Im1、Im2:光電流的最大

與電壓的關系

值。

(3)最大初動能Ek=eUc

[例3]【Ekν圖像】某同學在研究某金屬的光電效應現象時,發(fā)現該金屬逸出光電子的最大

初動能Ek與入射光頻率ν的關系如圖所示。若圖線在橫、縱坐標軸上的截距分別為a和-b,

已知電子所帶電荷量為e,由圖線可以得到()

[A]該金屬的逸出功為a

[B]截止頻率為b

[C]普朗克常量為

?

?

[D]當入射光的頻率為2a時,逸出光電子的最大初動能為b

聽課筆記

[例4]【Ucν圖像】(2022·河北卷,4)如圖是密立根于1916年發(fā)表的鈉金屬光電效應的遏止

電壓Uc與入射光頻率ν的實驗曲線,該實驗直接證明了愛因斯坦光電效應方程,并且第一次利

用光電效應實驗測定了普朗克常量h。由圖像可知()

[A]鈉的逸出功為hνc

[B]鈉的截止頻率為8.5×1014Hz

[C]圖中直線的斜率為普朗克常量h

[D]遏止電壓Uc與入射光頻率ν成正比

聽課筆記

[例5]【IU圖像】(2024·廣東湛江二模)光伏發(fā)電是提供清潔能源的方式之一,光伏發(fā)電的

原理是光電效應。演示光電效應的實驗裝置如圖甲所示,a、b、c三種光照射光電管得到的三

條電流表與電壓表示數之間的關系曲線如圖乙所示,下列說法正確的是()

[A]若b光為綠光,則a光可能是紫光

[B]a光照射光電管發(fā)出光電子的最大初動能一定小于b光照射光電管發(fā)出光電子的最大初

動能

[C]單位時間內a光照射光電管發(fā)出的光電子比c光照射光電管發(fā)出的光電子少

[D]若用強度相同的a、b光照射該光電管,則單位時間內逸出的光電子數相等

考點三光的波粒二象性物質波

1.對光的波粒二象性的理解

從數量個別光子的作用效果往往表現為粒子性,大量光子的作用效果往往表現為

上看波動性

從頻率頻率越低波動性越顯著,越容易看到光的干涉和衍射現象,頻率越高粒子性

上看越顯著,越不容易看到光的干涉和衍射現象,貫穿本領越強

從傳播與光在傳播過程中往往表現出波動性,在與物質發(fā)生作用時往往表現出粒子

作用上看性

波動性與由光子的能量ε=hν、光子的動量表達式p=也可以看出,光的波動性和粒子

?

粒子性的?

性并不矛盾,表示粒子性的粒子能量和動量的計算式中都含有表示波的特

統(tǒng)一

征的物理量——頻率ν和波長λ

2.物質波

任何一個運動著的物體,小到微觀粒子大到宏觀物體都有一種波與它對應,其波長λ=,p為運

?

?

動物體的動量,h為普朗克常量。

[例6]【波粒二象性】關于光的波粒二象性,下列說法正確的是()

[A]光既具有波動性,又具有粒子性,這是互相矛盾和對立的

[B]光的波動性類似于機械波,光的粒子性類似于質點

[C]大量光子才具有波動性,個別光子只具有粒子性

[D]由于光既具有波動性,又具有粒子性,無法只用其中一種去說明光的一切行為,只能認為

光具有波粒二象性

[例7]【物質波】中科院暗物質粒子探測衛(wèi)星“悟空”的探測成果在《自然