新高考物理一轮复习精讲精练第13章近代物理第1讲 光电效应波粒二象性（原卷版）.docVIP

第一讲光电效应波粒二象性

知识梳理

一、光电效应及其规律

1．光电效应现象

照射到金属表面的光，能使金属中的电子从表面逸出的现象称为光电效应，发射出来的电子叫光电子。

2．光电效应的产生条件

入射光的频率大于或等于金属的截止(极限)频率。

3．光电效应规律

(1)每种金属都有一个截止频率，入射光的频率必须大于或等于这个截止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10－9s。

(4)当入射光的频率大于截止频率时，饱和光电流的大小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，每一份叫作一个光子，光子的能量ε＝hν。

2．逸出功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：hν＝Ek＋W0或Ek＝hν－W0。

(2)物理意义：金属表面的电子吸收一个光子获得的能量是hν，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。

四、物质波

任何一个运动着的物体，小到微观粒子大到宏观物体都有一种波与它对应，其波长λ＝eq\f(h,p)，p为运动物体的动量，h为普朗克常量。

考点一、光电效应规律的理解

1．对光电效应规律的解释

对应规律

对规律的解释

存在截止频率νc

电子从金属表面逸出，必须克服金属的逸出功W0，则入射光子的能量不能小于W0，对应的频率必须不小于νc＝eq\f(W0,h)，即截止频率

光电子的最大初动能随着入射光频率的增大而增大，与入射光的强度无关

电子吸收光子能量后，一部分用来克服金属的逸出功，剩余部分表现为光电子的初动能，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，W0是一定的，故光电子的最大初动能只随入射光频率的增大而增大，和光强无关

光电效应具有瞬时性

光照射金属时，电子一次性吸收光子的全部能量，不需要积累能量的时间

光较强时饱和电流较大

对于同种频率的光，光较强时，单位时间内照射到金属表面的光子数较多，照射金属时产生的光电子较多，因而饱和电流较大

2．光电效应图像

图像名称

图线形状

获取信息

最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图线

①截止频率(极限频率)νc：图线与ν轴交点的横坐标

②逸出功W0：图线与Ek轴交点的纵坐标的绝对值W0＝|－E|＝E

③普朗克常量h：图线的斜率k＝h

遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图线

①截止频率νc：图线与横轴的交点的横坐标

②遏止电压Uc：随入射光频率的增大而增大

③普朗克常量h：等于图线的斜率与电子电荷量的乘积，即h＝ke(注：此时两极之间接反向电压)

颜色相同、强度不同的光，光电流与电压的关系

①遏止电压Uc：图线与横轴的交点的横坐标

②饱和电流：电流的最大值；

③最大初动能：Ek＝eUc

颜色不同时，光电流与电压的关系

①遏止电压Uc1、Uc2

②饱和电流

③最大初动能Ek1＝eUc1，Ek2＝eUc2

例1、单色光B的频率为单色光A的两倍，用单色光A照射到某金属表面时，从金属表面逸出的光电子最大初动能为E1。用单色光B照射该金属表面时，逸出的光电子最大初动能为E2，则该金属的逸出功为()

A．E2－E1 B．E2－2E1

C．2E1－E2 D．eq\f(E1＋E2,2)

例2、(多选)在做光电效应的实验时，某金属被光照射发生了光电效应，实验测得光电子的遏止电压Uc与入射光的频率ν的关系如图所示，由实验图线可求出()

A．该金属的截止频率

B．普朗克常量

C．该金属的逸出功

D．单位时间内逸出的光电子数

例3、研究光电效应的电路图如图所示，关于光电效应，下列说法正确的是()

A．任何一种频率的光，只要照射时间足够长，电流表就会有示数

B．若电源电动势足够大，滑动变阻器滑片向右滑，电流表的示数能一直增大

C．调换电源的正负极，调节滑动变阻器的滑片，电流表的示数可能变为零

D．光电效应反映了光具有波动性

例4、(多选)如图甲为研究光电效应的实验装置，用频率为ν的单色光照射光电管的阴极K，得到光电流I与光电管两端电压U的关系图线如图乙所示，已知电子电荷量的绝对值为e，普朗克常量为h，则()

A．测量遏止电压Uc时开关S应扳向“1”

B．只增大光照强度时，图乙中Uc的值会增大

C．只增大光照强度时，图乙中I0的值会减小

D．阴极K所用材料的极限频