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1、第12章 近代物理初步第1节光电效应波粒二象性一、光电效应及其规律1光电效应现象在光的照射下，金属中的电子从表面逸出的现象，发射出来的电子叫光电子2光电效应的产生条件入射光的频率大于金属的极限频率3光电效应规律(1)每种金属都有一个极限频率，入射光的频率必须大于这个极限频率才能产生光电效应(2)光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光频率的增大而增大(3)光电效应的发生几乎是瞬时的，一般不超过109s.(4)当入射光的频率大于极限频率时，饱和光电流的强度与入射光的强度成正比二、爱因斯坦光电效应方程1光子说在空间传播的光不是连续的，而是一份一份的，每份叫做一个光子，光子的能量h.2逸出功
2、W0：电子从金属中逸出所需做功的最小值3最大初动能：发生光电效应时，金属表面上的电子吸收光子后克服原子核的引力逸出时所具有的动能的最大值4光电效应方程(1)表达式：hEkW0或EkhW0.(2)物理意义：金属表面的电子吸收一个光子获得的能量是h，这些能量的一部分用来克服金属的逸出功W0，剩下的表现为逸出后电子的最大初动能三、光的波粒二象性1光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有波动性2光电效应、康普顿效应说明光具有粒子性3光既具有波动性，又具有粒子性，称为光的波粒二象性自我诊断1判断正误(1)任何频率的光照射到金属表面都可以发生光电效应()(2)要使某金属发生光电效应，入射光子的能量必须大于金属的
3、逸出功()(3)光电子的最大初动能与入射光子的频率成正比()(4)光的频率越高，光的粒子性越明显，但仍具有波动性()(5)德国物理学家普朗克提出了量子假说，成功地解释了光电效应规律()(6)美国物理学家康普顿发现了康普顿效应，证实了光的粒子性()(7)法国物理学家德布罗意大胆预言了实物粒子具有波动性()2当用一束紫外线照射锌板时，产生了光电效应，这时()A锌板带负电B有正离子从锌板逸出C有电子从锌板逸出 D锌板会吸附空气中的正离子解析：选C.发生光电效应时，有光电子从锌板中逸出，逸出光电子后的锌板带正电，对空气中的正离子有排斥作用，C正确3(多选)一单色光照到某金属表面时，有光电子从金属表面逸
4、出，下列说法中正确的是()A无论增大入射光的频率还是增大入射光的强度，金属的逸出功都不变B只延长入射光照射时间，光电子的最大初动能将增大C只增大入射光的频率，光电子的最大初动能将增大D只增大入射光的频率，光电子逸出所经历的时间将缩短解析：选AC.金属逸出功只与极限频率有关，A正确根据光电效应方程EkhW0可知，光电子的最大初动能由入射光的频率和逸出功决定，只延长入射光照射时间，光电子的最大初动能将不变，B错误，C正确发生光电效应的条件是入射光的频率大于截止频率，光电子逸出所经历的时间几乎同时，D错误4关于光的本性，下列说法正确的是()A光既具有波动性，又具有粒子性，这是互相矛盾和对立的B光的波
5、动性类似于机械波，光的粒子性类似于质点C大量光子才具有波动性，个别光子只具有粒子性D由于光既具有波动性，又具有粒子性，无法只用其中一种去说明光的切行为，只能认为光具有波粒二象性解析：选D.光既具有波动性，又具有粒子性，但不同于宏观的机械波和机械粒子，波动性和粒子性是光在不同的情况下的不同表现，是同一客体的两个不同的侧面、不同属性，只能认为光具有波粒二象性，A、B、C错误，D正确5在某次光电效应实验中，得到的遏止电压Uc与入射光的频率的关系如图所示若该直线的斜率和截距分别为k和b，电子电荷量的绝对值为e，则普朗克常量可表示为_，所用材料的逸出功可表示为_解析：根据光电效应方程EkmhW0及Ekm
6、eUc得Uc，故k，b，得hek，W0eb.答案：ekeb考点一光电效应的理解1光电效应中的几个概念比较(1)光子与光电子光子指光在空间传播时的每一份能量，光子不带电；光电子是金属表面受到光照射时发射出来的电子，其本质是电子(2)光电子的动能与光电子的最大初动能光照射到金属表面时，电子吸收光子的全部能量，可能向各个方向运动，需克服原子核和其他原子的阻碍而损失一部分能量，剩余部分为光电子的初动能；只有金属表面的电子直接向外飞出时，只需克服原子核的引力做功的情况，才具有最大初动能(3)光电流和饱和光电流金属板飞出的光电子到达阳极，回路中便产生光电流，随着所加正向电压的增大，光电流趋于一个饱和值，这
7、个饱和值是饱和光电流，在一定的光照条件下，饱和光电流与所加电压大小无关(4)光的强弱与饱和光电流频率相同的光照射金属产生光电效应，入射光越强，饱和光电流越大2对光电效应规律的解释对应规律对规律的产生的解释光电子的最大初动能随着入射光频率的增大而增大，与入射光强度无关电子吸收光子能量后，一部分克服原子核引力做功，剩余部分转化为光电子的初动能，只有直接从金属表面飞出的光电子才具有最大初动能，对于确定的金属，逸出功W0是一定的，故光电子的最大初动能只随入射光的频率增大而增大光电效应具有瞬时性光照射金属时，电子吸收一个光子的能量后，动能立即增大，不需要能量积累的过程光较强时饱和电流大光较强时，包含的光
8、子数较多，照射金属时产生的光电子较多，因而饱和电流较大1(2016高考全国乙卷)(多选)现用某一光电管进行光电效应实验，当用某一频率的光入射时，有光电流产生下列说法正确的是()A保持入射光的频率不变，入射光的光强变大，饱和光电流变大B入射光的频率变高，饱和光电流变大C入射光的频率变高，光电子的最大初动能变大D保持入射光的光强不变，不断减小入射光的频率，始终有光电流产生解析：选AC.产生光电效应时，光的强度越大，单位时间内逸出的光电子数越多，饱和光电流越大，说法A正确饱和光电流大小与入射光的频率无关，说法B错误光电子的最大初动能随入射光频率的增加而增加，与入射光的强度无关，说法C正确减小入射光的
9、频率，如低于极限频率，则不能发生光电效应，没有光电流产生，说法D错误2(2017广东深圳模拟)(多选)在光电效应实验中，用同一种单色光，先后照射锌和银的表面，都能发生光电效应对于这两个过程，下列物理过程中一定不同的是()A遏止电压B饱和光电流C光电子的最大初动能 D逸出功解析：选ACD.同一束光照射不同的金属，一定相同的是入射光的光子能量，不同金属的逸出功不同，根据光电效应方程EkmhW0知，最大初动能不同，则遏止电压不同，选项A、C、D正确；同一束光照射，单位时间内射到金属表面的光子数目相等，所以饱和光电流是相同的，选项B错误3(2017广东省湛江一中高三模拟)(多选)用如图所示的光电管研究
10、光电效应的实验中，用某种频率的单色光a照射光电管阴极K，电流计G的指针发生偏转而用另一频率的单色光b照射光电管阴极K时，电流计G的指针不发生偏转，那么()Aa光的频率一定大于b光的频率B只增加a光的强度可使通过电流计G的电流增大C增加b光的强度可能使电流计G的指针发生偏转D用a光照射光电管阴极K时通过电流计G的电流是由d到c解析：选AB.由于用单色光a照射光电管阴极K，电流计G的指针发生偏转，说明发生了光电效应，而用另一频率的单色光b照射光电管阴极K时，电流计G的指针不发生偏转，说明b光不能发生光电效应，即a光的频率一定大于b光的频率；增加a光的强度可使单位时间内逸出光电子的数量增加，则通过电
11、流计G的电流增大；因为b光不能发生光电效应，所以即使增加b光的强度也不可能使电流计G的指针发生偏转；用a光照射光电管阴极K时通过电流计G的电子的方向是由d到c，所以电流方向是由c到d.选项A、B正确光电效应实质及发生条件(1)光电效应的实质是金属中的电子获得能量后逸出金属表面，从而使金属带上正电(2)能否发生光电效应，不取决于光的强度，而是取决于光的频率只要照射光的频率大于该金属的极限频率，无论照射光强弱，均能发生光电效应考点二光电效应方程及图象的理解1爱因斯坦光电效应方程EkhW0h：光子的能量W0：逸出功，即从金属表面直接飞出的光电子克服原子核引力所做的功Ek：光电子的最大初动能2四类图象
12、图象名称图线形状由图线直接(间接)得到的物理量最大初动能Ek与入射光频率的关系图线极限频率：图线与轴交点的横坐标c逸出功：图线与Ek轴交点的纵坐标的值W0|E|E普朗克常量：图线的斜率kh颜色相同、强度不同的光，光电流与电压的关系遏止电压Uc：图线与横轴的交点饱和光电流Im：电流的最大值最大初动能：EkmeUc颜色不同时，光电流与电压的关系遏止电压Uc1、Uc2饱和光电流最大初动能Ek1eUc1，Ek2eUc2=遏止电压Uc与入射光频率的关系图线截止频率c：图线与横轴的交点遏止电压Uc：随入射光频率的增大而增大普朗克常量h：等于图线的斜率与电子电量的乘积，即hke.(注：此时两极之间接反向电压
13、)典例(2017重庆万州二中模拟)(多选)某金属在光的照射下产生光电效应，其遏止电压Uc与入射光频率的关系图象如图所示则由图象可知()A该金属的逸出功等于h0B若已知电子电荷量e，就可以求出普朗克常量hC遏止电压是确定的，与照射光的频率无关D入射光的频率为20时，产生的光电子的最大初动能为h0解析当遏止电压为零时，最大初动能为零，则入射光的能量等于逸出功，所以W0h0，A正确；根据光电效应方程EkhW0和eUc0Ek得，Uc，可知当入射光的频率大于极限频率时，遏止电压与入射光的频率呈线性关系，C错误；因为Uc，知图线的斜率等于，从图象上可以得出斜率的大小，已知电子电荷量e，可以求出普朗克常量h
14、，B正确；从图象上可知逸出功W0h0，根据光电效应方程Ekh20W0h0，D正确答案ABD应用光电效应方程时的注意事项(1)每种金属都有一个截止频率，光频率大于这个截止频率才能发生光电效应(2)截止频率是发生光电效应的最小频率，对应着光的极限波长和金属的逸出功，即h0hW0.(3)应用光电效应方程EkhW0时，注意能量单位电子伏和焦耳的换算(1 eV1.61019 J)1(多选)甲、乙两种金属发生光电效应时，光电子的最大初动能与入射光频率间的关系分别如图中的a、b所示下列判断正确的是()A图线a与b不一定平行B乙金属的极限频率大于甲金属的极限频率C改变入射光强度不会对图线产生任何影响D图线的斜率是定值，与入射光和金属材料均无关解析：选BCD.根据光电效应方程EkhW0hh0知，图线的斜率表示普朗克常量，根据图线斜率可得出普朗克常量，因此a与b一定平行，且两斜率是固定值，与入射光和金属材料皆无关系，A错误，D正确；横轴截距表示最大初动能为零时的入射光频率，此时的频率等于金属的极限频率，由图可知乙金属的极限频率大，故B正确；纵截距对应0的时候，此时纵截距就是逸出功的相反数，根据W0h0可求出，与入射光强度无关，C正确2(多选)用同一光电管研究a
