第四章原子結(jié)構(gòu)和波粒二象性第二節(jié)光電效應(yīng)人教版（2019）高中物理選擇性必修第三冊(cè)新課導(dǎo)入把一塊鋅板連接在驗(yàn)電器上，并使鋅板帶負(fù)電，驗(yàn)電器指針張開。用紫外線燈照射鋅板，觀察驗(yàn)電器指針的變化。這個(gè)現(xiàn)象說(shuō)明了什么問(wèn)題？實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：鋅板帶負(fù)電，用紫外線燈照射后，驗(yàn)電器張開的指針夾角變小。這意味著，紫外線會(huì)讓電子從鋅板表面逸出。當(dāng)光照射在金屬表面時(shí)，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。知識(shí)點(diǎn)一：光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律研究光電效應(yīng)中電子發(fā)射的情況與照射光的強(qiáng)弱、光的顏色(頻率)等物理量間的關(guān)系。（1）陰極K和陽(yáng)極A是密封在真空玻璃管中的兩個(gè)電極。（2）K在受到光照時(shí)能夠發(fā)射光電子。（3）A吸收K發(fā)出的光電子，形成光電流，光電流越大，說(shuō)明光電效應(yīng)越強(qiáng)。實(shí)驗(yàn)?zāi)康墓怆娦?yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置新知學(xué)習(xí)（4）K與A之間電壓U可調(diào)整，電源的正負(fù)極可對(duì)調(diào)。右圖中所加的電壓為正向電壓，即A極的電勢(shì)高于K極的電勢(shì)。光電子從陰極K逸出后，在AK之間被電場(chǎng)加速。新知學(xué)習(xí)當(dāng)入射光頻率減小到某一數(shù)值

c時(shí)，A、K極板間不加反向電壓，電流也為0。此時(shí)的光的頻率

c即為截止頻率！1.截止頻率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)。理解：（1）金屬要發(fā)生光電效應(yīng)與入射光強(qiáng)弱無(wú)關(guān)，只與頻率有關(guān)。（2）入射光頻率低于截止頻率時(shí)，不管光照多強(qiáng)，金屬都不會(huì)發(fā)生光電效應(yīng)！新知學(xué)習(xí)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。2.飽和電流新知學(xué)習(xí)頻率不變，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。新知學(xué)習(xí)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稱截止電壓。3.截止電壓理解：光電子克服電場(chǎng)力做功，到達(dá)A極板時(shí)速度剛好為零。

新知學(xué)習(xí)同一種金屬對(duì)于一定頻率的光，無(wú)論光的強(qiáng)弱如何，遏止電壓都是一樣的。光的頻率ν改變時(shí)，遏止電壓Uc也會(huì)改變。對(duì)于同一種金屬，光電子的能量只與入射光的頻率有關(guān)，而與入射光的強(qiáng)弱無(wú)關(guān)。遏止電壓飽和電流新知學(xué)習(xí)當(dāng)入射光頻率大于被照金屬的截止頻率時(shí)，無(wú)論入射光的強(qiáng)度怎樣微弱，照到金屬時(shí)會(huì)立即產(chǎn)生光電流。4.光電效應(yīng)具有瞬時(shí)性更精確的研究推知，光電子發(fā)射所經(jīng)過(guò)的時(shí)間不超過(guò)10-9秒（這個(gè)現(xiàn)象一般稱作“光電子的瞬時(shí)發(fā)射”）。新知學(xué)習(xí)如圖所示，把一塊不帶電的鋅板用導(dǎo)線連接在驗(yàn)電器上，當(dāng)用某頻率的紫外線照射鋅板時(shí)，發(fā)現(xiàn)驗(yàn)電器指針偏轉(zhuǎn)一定角度，下列說(shuō)法正確的是（）A.驗(yàn)電器帶正電，鋅板帶負(fù)電B.驗(yàn)電器帶負(fù)電，鋅板也帶負(fù)電C.若改用紅光照射鋅板，驗(yàn)電器的指針一定也會(huì)偏轉(zhuǎn)D.若改用同等強(qiáng)度、頻率更高的紫外線照射鋅板，驗(yàn)電器的指針也會(huì)偏轉(zhuǎn)D某實(shí)驗(yàn)小組用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置探究某金屬發(fā)生光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律。當(dāng)用頻率為ν的入射光照射金屬板K時(shí)，電流表示數(shù)不為零，向右調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片P，直到電流表的示數(shù)剛好為零，此時(shí)電壓表的示數(shù)為Uc。則下列說(shuō)法中正確的是（）A.實(shí)驗(yàn)時(shí)電源的左端為正極B.實(shí)驗(yàn)時(shí)電源的右端為正極C.若不改變?nèi)肷涔忸l率和電路，增大入射光強(qiáng)度，Uc將會(huì)變大D.調(diào)換電源的極性(同時(shí)調(diào)整電壓表)，保持光照不變，向右滑動(dòng)滑片P的過(guò)程中，電流表示數(shù)一定一直增大B知識(shí)點(diǎn)二：光電效應(yīng)經(jīng)典解釋中的疑難幾種金屬的截止頻率和逸出功使電子脫離某種金屬，需要外界對(duì)它做功，做功的最小值叫作這種金屬的逸出功。用W0表示。不同種類的金屬，其逸出功的大小也不同。新知學(xué)習(xí)光越強(qiáng)，逸出的電子數(shù)越多，光電流也就越大。不管光的頻率如何，只要光足夠強(qiáng)，電子都可以獲得足夠能量從而逸出表面，不應(yīng)存在截止頻率。光越強(qiáng)，光電子的初動(dòng)能應(yīng)該越大，所以截止電壓Uc應(yīng)該與光的強(qiáng)弱有關(guān)。如果光很弱，按經(jīng)典電磁理論估算，電子需要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。無(wú)法用經(jīng)典的波動(dòng)理論來(lái)解釋光電效應(yīng)。新知學(xué)習(xí)光電效應(yīng)現(xiàn)象的規(guī)律中，經(jīng)典電磁理論不能解釋的有（）A.入射光的頻率必須大于被照金屬的截止頻率時(shí)才產(chǎn)生光電效應(yīng)B.遏止電壓與入射光的頻率有關(guān)，與入射光強(qiáng)度無(wú)關(guān)C.入射光照射到金屬表面上時(shí)，光電子的發(fā)射幾乎是瞬時(shí)的D.當(dāng)入射光頻率大于截止頻率時(shí)，入射光越強(qiáng)，單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)越多ABC知識(shí)點(diǎn)三：愛因斯坦的光電效應(yīng)理論1.光子：光本身就是由一個(gè)個(gè)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(lái)被稱為光子。2.愛因斯坦的光電效應(yīng)方程或——光電子最大初動(dòng)能一個(gè)電子吸收一個(gè)光子的能量hν后，一部分能量用來(lái)克服金屬的逸出功W0，剩下的表現(xiàn)為逸出后電子的初動(dòng)能Ek，即：——金屬的逸出功

新知學(xué)習(xí)①Ek=hν－W0表明：只有當(dāng)hν>W0時(shí)，光電子才可以從金屬中逸出，νc=W0/h就是金屬的截止頻率。3.對(duì)光電效應(yīng)的解釋②

Ek=hν－W0表明：光電子的最大初動(dòng)能與入射光的頻率有關(guān)，而與光的強(qiáng)弱無(wú)關(guān)，這就解釋了遏止電壓和光強(qiáng)無(wú)關(guān)。新知學(xué)習(xí)3.對(duì)光電效應(yīng)的解釋③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，所以光電流幾乎是瞬時(shí)產(chǎn)生的。④對(duì)于同頻率的光，光較強(qiáng)時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)照射到金屬表面的光子數(shù)較多，照射金屬時(shí)產(chǎn)生的光電子較多，因而飽和電流較大。新知學(xué)習(xí)4.對(duì)光電效應(yīng)方程的檢驗(yàn)根據(jù)光電效應(yīng)方程可得：對(duì)于確定的金屬，其逸出功是確定的，Uc與光的頻率v之間是線性關(guān)系。1907年起，美國(guó)物理學(xué)家密立根開始以精湛的實(shí)驗(yàn)技術(shù)測(cè)量光電效應(yīng)中幾個(gè)重要的物理量，1916年，他的實(shí)驗(yàn)結(jié)果完全肯定了愛因斯坦光電效應(yīng)方程?！緪垡蛩固褂捎谔岢隽斯怆娦?yīng)理論而獲得1921年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)】新知學(xué)習(xí)如圖所示，分別用波長(zhǎng)為λ、2λ的光照射光電管的陰極K，對(duì)應(yīng)的遏止電壓之比為3∶1，光在真空中的傳播速度為c，則光電管的截止頻率為（）A.??/4?? B.??/3??C.??/2?? D.6??/??A用如圖所示的裝置研究光電效應(yīng)現(xiàn)象。用光子能量為2.5eV的光照射到光電管上時(shí)發(fā)生了光電效應(yīng)；移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片，發(fā)現(xiàn)當(dāng)電壓表的示數(shù)大于或等于1.5V時(shí)，電流表G示數(shù)為零，則（）A.改用光子能量為2.0eV的光照射到光電管上時(shí)，不能發(fā)生光電效應(yīng)B.光電子的最大初動(dòng)能為1.5eVC.光電管陰極的逸出功為1.5eVD.開關(guān)S斷開后，無(wú)論怎么移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片，電流表G的示數(shù)總為零B知識(shí)點(diǎn)四：康普頓效應(yīng)和光子的動(dòng)量1.光的散射2.康普頓效應(yīng)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，這種現(xiàn)象叫做光的散射。X射線λ＝λ0石墨體（散射物質(zhì)）λ=λ0λ>λ0新知學(xué)習(xí)經(jīng)典理論認(rèn)為：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，即散射光的頻率與入射光頻率相等。而無(wú)法解釋有Δλ存在的實(shí)驗(yàn)規(guī)律。經(jīng)典理論無(wú)法解釋康普頓效應(yīng)。光子不僅具有能量，而且具有動(dòng)量，光子的動(dòng)量p與光的波長(zhǎng)λ和普朗克常量h有關(guān)。3.光子模型解釋康普頓效應(yīng)新知學(xué)習(xí)愛因斯坦質(zhì)能方程：光子能量：波長(zhǎng)變長(zhǎng)的解釋：P↓——λ↑新知學(xué)習(xí)

4.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?？灯疹D的成功也不是一帆風(fēng)順的，在他早期的幾篇論文中，一直認(rèn)為散射光頻率的改變是由于“混進(jìn)來(lái)了某種熒光輻射”；在計(jì)算中起先只考慮能量守恒，后來(lái)才認(rèn)識(shí)到還要用動(dòng)量守恒?？灯疹D于1927年獲諾貝爾物理獎(jiǎng)。新知學(xué)習(xí)發(fā)光功率為P的激光器發(fā)出波長(zhǎng)為λ的激光，已知普朗克常量為h，光速為c，假設(shè)某一光子與靜止的電子發(fā)生正碰（）A.與電子碰撞后，光子的波長(zhǎng)不變B.與電子碰撞后，光子的波長(zhǎng)變短C.激光器發(fā)出光子的動(dòng)量為??/?D.激光器每秒發(fā)出光子的數(shù)量為????/???D知識(shí)點(diǎn)五：光的波粒二象性光具有波動(dòng)性，又有粒子性，即波粒二象性。光在傳播過(guò)程中表現(xiàn)出波動(dòng)性，如干涉、衍射、偏振現(xiàn)象。光在與物質(zhì)發(fā)生作用時(shí)表現(xiàn)出粒子性，如光電效應(yīng)，康普頓效應(yīng)。光子能量：光子動(dòng)量：關(guān)于光的本性問(wèn)題，我們不應(yīng)