2．光電效應自主落實·必備知識全過關合作探究·能力素養(yǎng)全提升學以致用·隨堂檢測全達標素養(yǎng)目標1．了解光電效應及其實驗規(guī)律，以及光電效應與電磁理論的矛盾．(物理觀念)2．知道愛因斯坦光電效應方程及應用．(科學思維)3．了解康普頓效應及其意義，了解光子的動量．(物理觀念)4．理解光的波粒二象性及其對立統一的關系，會用光的波粒二象性分析有關現象．(物理觀念)自主落實·必備知識全過關一、光電效應的實驗規(guī)律1．光電效應：照射到金屬表面的光，能使金屬中的________從表面逸出的現象．本質還是電子2．光電子：光電效應中發(fā)射出來的________．電子電子3．光電效應的實驗規(guī)律

發(fā)生光電效應是有條件的(1)截止頻率：當入射光的頻率________到某一數值νc時，光電流消失，表明已經沒有光電子了，νc稱為截止頻率．(2)存在________電流：在一定的光照條件下，單位時間內陰極K發(fā)射的光電子數目是______的．在光的頻率不變的情況下，入射光越強，飽和電流____________，表明對于一定頻率(顏色)的光，入射光越強，單位時間內發(fā)射的光電子數________．減小飽和一定越大越多使運動最快的電子速度減為零的電壓(3)存在遏止電壓：使光電流減小到0的________Uc稱為遏止電壓．(4)光電效應具有瞬時性：當頻率超過截止頻率νc時，無論入射光怎樣微弱，照到金屬時會立即產生光電流．即光電效應幾乎是________發(fā)生的．4．逸出功：使電子脫離某種金屬，對它做功的________．不同種類的金屬逸出功的大小不同．反向電壓瞬時最小值二、愛因斯坦的光電效應理論1．光子說：光不僅在發(fā)射和吸收時能量是一份一份的，而且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，這些能量子被稱為________．2．愛因斯坦光電效應方程

能量守恒定律的具體體現(1)表達式：______＝Ek＋W0或Ek＝______－W0.(2)物理意義：金屬中的電子吸收一個光子一個電子只能吸收一個光子的能量獲得的能量是hν，在這些能量中，一部分大小為W0的能量被電子用來________，剩下的是逸出后電子的初動能Ek.光子hνhν脫離金屬三、康普頓效應和光的波粒二象性1．光的散射：光與介質中的________相互作用碰撞，因而傳播方向發(fā)生改變，這種現象叫作光的散射．2．康普頓效應：美國物理學家康普頓在研究石墨對X射線的散射時，發(fā)現在散射的X射線中，除了與入射波長λ0相同的成分外，還有波長________λ0的成分，這個現象稱為康普頓效應．物質微粒大于

動量粒子性波動粒子波粒二象情

境

體

驗如圖所示，把一塊不帶電的鋅板連接在驗電器上，用紫外線燈照射鋅板，觀察到驗電器的指針張開，這個現象說明了什么？提示：說明鋅板在紫外線的照射下帶上了電．合作探究·能力素養(yǎng)全提升探究一光電效應的實驗規(guī)律核心歸納1.光電效應中易混淆的概念光電子的初動能與最大初動能初動能：光照射金屬時，從金屬逸出時電子的動能．大小滿足能量守恒Ek＝hν－E損，E損為電子逸出時克服原子核和其他原子的阻礙而損失的能量最大初動能：光照射金屬時，從金屬逸出時電子動能的最大值．(1)只有從金屬表面逸出的電子的動能才最大；(2)滿足光電效應方程Ekm＝hν－W0光子的能量與入射光的強度光子的能量：每個光子的能量ε＝hν光的強度：單位時間內照射到金屬表面單位面積上的總能量．(1)同一頻率的光，強度越大，單位時間內照射到金屬表面的光子數越多；(2)同一頻率的光，強度越大，單位時間內金屬發(fā)射的光電子數越多光電流與飽和光電流光電流：從金屬板逸出的光電子到達陽極，回路中形成電流飽和光電流：光電流隨所加正向電壓的增大趨于一個飽和值．(1)在光的頻率不變時，飽和電流與所加電壓大小無關；(2)在光的頻率不變時，飽和電流隨入射光強度的增大而增大遏止電壓、截止頻率和逸出功遏止電壓：使光電流減小到零的反向電壓．(1)它的存在意味著光電子從金屬表面逸出時具有一定的速度；(2)同一金屬，入射光的頻率不變，遏止電壓不變；入射光的頻率改變，遏止電壓改變截止頻率：能使某種金屬發(fā)生光電效應的入射光的最小頻率．(1)當光的頻率低于截止頻率時，即使不加反向電壓也沒有光電流；(2)不同金屬的截止頻率不同逸出功：電子脫離某種金屬所需做功的最小值．(1)不同金屬的逸出功不同；(2)逸出功只與金屬有關，與入射光的頻率、所加電壓無關2.光電效應與經典電磁理論的矛盾(1)矛盾之一：遏止電壓由入射光頻率決定，與光的強弱無關按照光的經典電磁理論，光越強，光電子的初動能應該越大，所以遏止電壓應與光的強弱有關，而實驗表明：遏止電壓由入射光的頻率決定，與光強無關．(2)矛盾之二：存在截止頻率按照光的經典電磁理論，不管光的頻率如何，只要光足夠強，電子都可獲得足夠的能量從而逸出表面，不應存在截止頻率．而實驗表明：不同金屬有不同的截止頻率，入射光頻率大于截止頻率時才會發(fā)生光電效應．(3)矛盾之三：具有瞬時性按照光的經典電磁理論，如果光很弱，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．而實驗表明：無論入射光怎樣微弱，光電效應幾乎都是瞬時的．3．光電效應的四個規(guī)律(1)任何一種金屬都有一個截止頻率νc，入射光的頻率必須大于νc才能產生光電效應，與入射光的強度及照射時間無關．(2)發(fā)生光電效應時，在光的頻率不變的情況下，入射光越強，飽和電流越大．(3)發(fā)生光電效應時，光電子的最大初動能與入射光的強度無關，隨入射光頻率的增大而增大．(4)光電效應幾乎是瞬時的，發(fā)生的時間一般不超過10－9

s．應用體驗例1[河北唐山高二下月考]用光照射金屬表面，沒有發(fā)射出光電子，這可能是(

)A．入射光強度太小

B．照射的時間太短C．光的波長太短

D．光的頻率太低答案：D解析：發(fā)生光電效應的條件是入射光頻率大于極限頻率，金屬表面沒有發(fā)射出光電子，說明入射光頻率小于極限頻率，即光的頻率太低或光的波長太長，與光強和光照時間無關，D正確．例2如圖所示為研究光電效應的電路圖，開關閉合后，當用波長為λ0的單色光照射光電管的陰極K時，電流表有示數．下列說法正確的是(

)A．若只讓滑片P向D端移動，則電流表的示數一定增大B．若只增加該單色光的強度，則電流表示數一定增大C．若改用波長小于λ0的單色光照射光電管的陰極K，則陰極K的逸出功變大D．若改用波長大于λ0的單色光照射光電管的陰極K，則電流表的示數一定為零答案：B解析：A錯：電路所加電壓為正向電壓，如果電流達到飽和電流，增加電壓，電流也不會增大．B對：只增加單色光的強度，相同時間內逸出的光電子數增多，電流增大．C錯：金屬的逸出功只與陰極的材料有關，與入射光無關．D錯：改用波長大于λ0的光照射，雖然光子的能量變小，但也可能發(fā)生光電效應，可能有電流．針對訓練1.[山西呂梁柳林縣高二下期中]一束黃光照射某金屬表面發(fā)生了光電效應，下列說法正確的是(

)A．若增加黃光的照射強度，則逸出的光電子數不變B．若增加黃光的照射強度，則逸出的光電子最大初動能增加C．若改用紅光照射，則可能不會發(fā)生光電效應D．若改用紅光照射，則逸出的光電子的最大初動能增加答案：C解析：光的強度增大，則單位時間內逸出的光電子數目增多，根據光電效應方程知，光電子的最大初動能不變，故A、B錯誤；因為紅光的頻率小于黃光的頻率，則用紅光照射時不一定發(fā)生光電效應，故C正確；用紅光照射，若能發(fā)生光電效應，根據光電效應方程Ek＝hν－W0知，由于紅光的頻率小，所以光電子的最大初動能減小，故D錯誤．探究二對光電效應方程的理解與應用核心歸納1.光電效應方程的理解光電效應方程實質上是能量守恒方程．(1)能量為E＝hν的光子被電子吸收，電子把這些能量的一部分用來克服金屬表面對它的吸引，另一部分就是電子離開金屬表面時的動能．(2)如果克服吸引力做功最少為W0，則電子離開金屬表面時動能最大為Ek，根據能量守恒定律可知：Ek＝hν－W0.(3)就某一個光電子而言，其離開金屬時的動能可以是0～Ek范圍內的任何數值．2．光子說光本身就是由一個個不可分割的能量子(光子)組成的，頻率為ν的光子的能量E＝hν，其中h為普朗克常量．

應用體驗例3[河北邯鄲一模]研究光電效應實驗的電路如圖所示，電源電動勢為3V，內阻不計；用頻率為6.4×1014

Hz的紫光照射光電管陰極K，當滑動變阻器的滑片在最左側時，微安表中的電流不為零；當滑動變阻器的滑片向右滑動使電壓表的示數為0.5V時，微安表中的電流恰好為零．已知普朗克常量h＝6.63×10－34

J·s，則陰極K的逸出功為(

)A．2.15eV

B．2.65eVC．1.65eVD．0.5eV答案：A

針對訓練2.(多選)光電管是一種利用光照射產生電流的裝置，當入射光照在管中金屬板上時，可能形成光電流，表中給出了6次實驗的結果組次入射光子的能量/eV相對光強光電流大小/mA逸出光電子的最大動能/eV甲1234．04．04．0弱中強2943601．21．21．2乙4566．06．06．0弱中強2740552．92．92．9由表中數據得出的論斷中正確的是(

)A.甲、乙兩組實驗所用的金屬板材質相同B．甲組實驗所采用的入射光波長更長C．甲組實驗若入射光子的能量為5.0eV，則逸出光電子的最大動能為2.2eVD．乙組實驗若入射光子的能量為5.0eV，則相對光強越強，光電流越大答案：BCD

探究三光電效應的圖像問題應用體驗題型1光電效應方程的圖像問題圖像名稱圖線形狀由圖像直接(間接)得到的物理量最大初動能Ek與入射光頻率ν的關系圖線①截止頻率νc：圖線與ν軸交點的橫坐標②逸出功W0：圖線與Ek軸交點的縱坐標的絕對值，即W0＝|－E|＝E③普朗克常量h：圖線的斜率，即h＝k

答案：C

題型2光電流圖像問題圖像名稱圖線形狀由圖線直接(間接)得到的物理量入射光顏色不同時，光電流與電壓的關系圖線①遏止電壓：Uc1、Uc2②飽和電流③最大初動能：Ek1＝eUc1，Ek2＝eUc2例5[吉林長春第二實驗中學高二下月考]在光電效應實驗中，飛飛同學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．乙光對應的截止頻率大于丙光的截止頻率D．甲光對應的光電子最大初動能大于丙光的光電子最大初動能答案：B

題型3遏止電壓圖像問題圖像名稱圖線形狀由圖像直接(間接)得到的物理量遏止電壓Uc與入射光頻率ν的關系圖線①截止頻率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③普朗克常量h：等于圖線的斜率與電子電荷量的乘積，即h＝ke(注：此時兩極之間接反向電壓)例6[河北卷]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hνcB．鈉的截止頻率為8.5×1014

HzC．圖中直線的斜率為普朗克常量hD．遏止電壓Uc與入射光頻率ν成正比答案：A

針對訓練3.[河北辛集高二聯考]用金屬銣作為陰極的光電管，觀測光電效應現象，實驗裝置示意如圖甲所示，實驗中測得銣的遏止電壓Uc與入射光頻率ν之間的關系如圖乙所示，圖線與橫軸交點的橫坐標為5.1×1014

Hz.已知普朗克常量h＝6.6×10－34

J·s.則下列說法中正確的是(

)A．欲測遏止電壓，應選擇電源左端為正極B．當電源左端為正極時，隨著滑動變阻器的滑片向右滑動，電流表的示數一定持續(xù)增大C．增大入射光的強度，產生的光電子的最大初動能一定增大D．如果實驗中入射光的頻率ν＝7.1×1014

Hz，則產生的光電子的最大初動能Ek＝1.32×10－19

J答案：D解析：用圖甲所示的實驗裝置測量銣的遏止電壓Uc與入射光頻率ν，應使陰極與電源正極相連，則電源左端為負極，故A錯誤；當電源左端為正極時，將滑動變阻器的滑片從圖示位置向右滑動的過程中，則電壓增大，光電流增大，當光電流達到飽和值后不再增大，即電流表讀數的變化是先增大后不變，故B錯誤；光電子的最大初動能與入射光的頻率和金屬的逸出功有關，與入射光的強度無關，故C錯誤；根據圖像可知，銣的截止頻率ν0＝

5.1×1014Hz，根據光電效應方程Ek＝hν－W0，又根據該金屬的逸出功大小W0＝hν0，當入射光的頻率為ν＝7.1×1014Hz時，則最大初動能為Ek＝hν－W0＝h(ν－ν0)＝1.32×10－19J，故D正確．

3．光的波粒二象性(1)大量光子在傳播過程中往往顯示出波動性，如光的干涉、衍射、偏振現象．(2)個別光子在與其他物質相互作用時是“一份一份”進行的，往往顯示出粒子性，如光電效應和康普頓效應．(3)光既具有波動性，又具有粒子性(不同于宏觀觀念的粒子，是“一份一份”的)，即光具有波粒二象性．應用體驗題型1康普頓效應例7美國物理學家康普頓在研究石墨對X射線的散射時，用X光對靜止的電子進行照射，照射后電子獲得速度的同時，X光的運動方向也會發(fā)生相應的改變．如圖是X射線的散射示意圖下列說法中正確的是(

)A．在康普頓效應中，當入射光子與晶體中的電子碰撞時，把部分動量轉移給電子，因此光子散射后頻率變大B．康普頓效應揭示了光的粒子性，表明光子除了具有能量之外還具有動量C．X射線散射后與散射前相比，速度將會變小D．散射后的光子雖然改變原來的運動方向，但頻率保持不變答案：B解析：在康普頓效應中，當入射光子與晶體中的電子碰撞時，把部分動量轉移給電子，因此光子散射后能量減小，頻率變小，選項A錯誤；康普頓效應揭示了光的粒子性，表明光子除了具有能量之外還具有動量，選項B正確；X射線散射后與散射前相比速度大小不變，均為c，選項C錯誤；散射后的光子改變原來的運動方向，能量減小，則頻率減小，選項D錯誤．題型2波粒二象性例8[江蘇常州高二聯考]波粒二象性是微觀粒子的基本特征，以下說法正確的有(

)A．光電效應現象揭示了光的波動性B．熱中子束射到晶體上產生衍射圖樣，說明中子具有波動性C．黑體輻射的實驗規(guī)律可用光的波動性解釋D．動能相等的質子和電子，它們的波長也相等答案：B

針對訓練4.[湖北部分高中聯考協作體高二下期中](多選)關于光的波粒二象性的理解，正確的是(

)A．大量光子產生的效果往往顯示出波動性，個別光子產生的效果往往顯示出粒子性B．頻率越大的光其粒子性越顯著，頻率越小的光其波動性越顯著C．光不可能同時既具有波動性，又具有粒子性D．光具有波粒二象性是指既可以把波看成宏觀概念上的波，也可以看成微觀概念上的粒子答案：AB解析：大量光子產生的效果往往顯示出波動性，個別光子產生的效果往往顯示出粒子性，A正確；頻率越大波長越短，光的粒子性越顯著，頻率越小波長越長，光的波動性越顯著，B正確；光具有波粒二象性指的是有時候表現為波動性，有時候表現為粒子性，比如大量光子波動性較明顯，個別光子粒子性較明顯，二者是統一的，C、D錯誤．1、不帶電的鋅板和驗電器用導線相連.若用甲燈照射鋅板，驗電器的金屬箔片不張開；若用乙燈照射鋅板，驗電器的金屬箔片張開，如圖所示，則與甲燈相比，乙燈發(fā)出的光（）A.頻率更高 B.波長更大C.光強更強 D.速度更大解析：由題圖可知，甲燈沒有使鋅板產生光電效應，但乙燈使鋅板發(fā)生了光電效應，故乙燈發(fā)出的光頻率更高，波長更短，光電效應發(fā)生與否與光強無關，同種介質中光的傳播速度相同，故A正確，B、C、D錯誤.A當堂小練2、對光電效應現象的理解，下列說法正確的是（）A.當某種單色光照射金屬表面時，能產生光電效應，如果入射光的強度減弱，從光照至金屬表面上到發(fā)射出光電子之間的時間間隔將明顯增加B.若發(fā)生了光電效應且入射光的頻率一定時，光強越強，單位時間內逸出的光電子數就越多C.無論光強多強，只要光的頻率小于截止頻率就能產生光電效應D.以上說法都不正確B解析：光電效應具有瞬時性，從光照至金屬表面上到發(fā)射出光電子之間的時間間隔與光的照射強度無關，故A錯誤；在發(fā)生光電效應的情況下，頻率一定的入射光的強度越強，單位時間內發(fā)出光電子的數目越多