第1、2節(jié) 普朗克黑體輻射理論 光電效應(yīng)

第四章|原子結(jié)構(gòu)和波粒二象性第1、2節(jié)普朗克黑體輻射理論光電效應(yīng)核心素養(yǎng)點(diǎn)擊物理觀念(1)知道黑體與黑體輻射，知道黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律及理論解釋。(2)了解能量子假說。(3)了解光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)及其意義。(4)了解宏觀物體和微觀粒子的能量變化特點(diǎn)?？茖W(xué)思維(1)利用愛因斯坦的光子說解釋光電效應(yīng)，解釋光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律。(2)利用光電效應(yīng)方程解決一些簡單問題?？茖W(xué)探究(1)通過實(shí)驗(yàn)，了解光電效應(yīng)現(xiàn)象及實(shí)驗(yàn)規(guī)律。(2)根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)論說明光具有波粒二象性?？茖W(xué)態(tài)度與責(zé)任體會能量量子化的提出對人們認(rèn)識物質(zhì)世界的影響。一、普朗克黑體輻射理論1．填一填(1)黑體：能夠完全吸收入射的各種波長的電磁波而不發(fā)生

的物體。(2)黑體輻射：黑體向外輻射

的現(xiàn)象。(3)黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律。反射電磁波①隨著溫度的升高，各種波長的電磁波的輻射強(qiáng)度都有增加。②隨著溫度的升高，輻射強(qiáng)度的極大值向波長較短的方向移動。(4)能量子①定義：普朗克認(rèn)為，組成黑體的振動著的帶電微粒的能量只能是某一最小能量值ε的

，這個不可再分的最小能量值ε叫作能量子。②能量子大?。害牛絟ν，其中ν是帶電微粒的振動頻率，h稱為

常量，其值為h＝6.62607015×10－34J·s(一般取h＝6.63×10－34J·s)。

③能量的量子化：微觀粒子的能量是

的，或者說微觀粒子的能量是

的。整數(shù)倍普朗克量子化分立2．判一判(1)黑體能夠完全吸收各種電磁波，但不輻射電磁波。

()(2)黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長分布只與黑體的溫度有關(guān)。

()(3)量子化假說與黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律相當(dāng)符合。

()3．選一選以下宏觀概念，哪些是“量子化”的 (

)A．木棒的長度 B．物體的質(zhì)量C．物體的動量

D．學(xué)生的個數(shù)解析：所謂“量子化”是指不連續(xù)的情況，而A、B、C選項(xiàng)中的概念作為宏觀物體的特性，具有連續(xù)性，D選項(xiàng)中的學(xué)生個數(shù)不具有連續(xù)性，因此D正確。答案：D√×√二、光電效應(yīng)1．填一填(1)定義：照射到金屬表面的光，能使金屬中的

從表面逸出的現(xiàn)象。(2)光電子：光電效應(yīng)中發(fā)射出來的

。(3)實(shí)驗(yàn)規(guī)律①存在截止頻率：當(dāng)入射光的頻率減小到某一數(shù)值νc時，光電流消失，不發(fā)生光電效應(yīng)，νc稱為截止頻率。②存在飽和電流：在光照條件不變的情況下，隨著所加電壓的

，光電流趨于一個飽和值——飽和光電流，而且在光的頻率不變的情況下，入射光越強(qiáng)，飽和光電流

。電子電子增大越大③存在遏止電壓：在光電管上施加反向電壓，使光電流減小到0的反向電壓Uc稱為遏止電壓。由

mevc2＝eUc可知，遏止電壓越大，光電子的最大初動能越大，實(shí)驗(yàn)表明，對于同一種金屬，光電子的能量只與入射光的

有關(guān)，而與入射光的強(qiáng)弱無關(guān)。④光電效應(yīng)具有瞬時性：當(dāng)入射光的頻率超過截止頻率νc時，無論入射光怎樣微弱，照到金屬時會立即產(chǎn)生光電流，光電效應(yīng)幾乎是

發(fā)生的。頻率瞬時(4)逸出功：要使電子脫離某種金屬，所需外界對它做功的

，不同種類的金屬，逸出功的大小也不相同。(5)愛因斯坦的光電效應(yīng)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愛因斯坦的光電效應(yīng)方程a．表達(dá)式：

＝Ek＋W0或Ek＝

－W0。b．物理意義：金屬中電子吸收一個光子獲得的能量是hν，在這些能量中，一部分大小為

的能量被電子用來脫離金屬，剩下的是逸出后電子的初動能Ek。最小值光子hνhνW02．判一判(1)任何頻率的光照射到金屬表面都可以發(fā)生光電效應(yīng)。

(

)(2)金屬表面是否發(fā)生光電效應(yīng)與入射光的強(qiáng)弱有關(guān)。

(

)(3)當(dāng)頻率超過截止頻率νc時，入射光照射到金屬表面上時，光電子幾乎是瞬時發(fā)射的。

(

)××√3．選一選當(dāng)用一束紫外線照射鋅板時，發(fā)生了光電效應(yīng)，這時 (

)A．鋅板帶負(fù)電B．有正離子從鋅板逸出C．有電子從鋅板逸出D．鋅板會吸附空氣中的正離子解析：鋅板在紫外線的照射下發(fā)生了光電效應(yīng)，鋅板上有電子逸出，所以鋅板帶正電，C正確，A、B、D錯誤。答案：C

三、康普頓效應(yīng)和光子的動量光的波粒二象性1．填一填(1)康普頓效應(yīng)：美國物理學(xué)家康普頓在研究石墨對X射線的散射時，發(fā)現(xiàn)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(xiàn)象稱為康普頓效應(yīng)。(2)光子的動量康普頓為了解釋康普頓效應(yīng)，提出光子除了具有能量之外，還具有動量。①表達(dá)式：p＝___。②說明：在康普頓效應(yīng)中，當(dāng)入射的光子與晶體中的電子碰撞時，要把一部分動量轉(zhuǎn)移給電子，光子的動量變小。因此，有些光子散射后波長

。大于變大(3)光的波粒二象性①在麥克斯韋的電磁理論建立之后，人們認(rèn)識到光是一種

。②光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)揭示了光的

性。③光既具有

性，又具有

性，光具有波粒二象性。2．判一判(1)康普頓效應(yīng)說明光具有波動性。

(

)(2)光的波長越大，對應(yīng)光子的動量越大。

(

)(3)光子與晶體中的電子碰撞后，動量會減小。

(

)電磁波粒子波動粒子××√3．想一想康普頓效應(yīng)說明了什么？為什么說康普頓效應(yīng)反映了光子具有動量？提示：康普頓效應(yīng)說明了光的粒子性，解釋光子波長變化的問題時運(yùn)用了能量守恒定律和動量守恒定律，理論結(jié)果與實(shí)驗(yàn)符合得很好。探究(一)黑體與黑體輻射[問題驅(qū)動]醫(yī)療測溫槍，使用時只要把“槍口”對準(zhǔn)待測人員，“槍尾”的顯示屏上就能用數(shù)字直接顯示人員的溫度。你知道其中的測量原理嗎？提示：人的體溫的高低，直接決定了這個人輻射的紅外線的頻率和強(qiáng)度，通過監(jiān)測被測者輻射的紅外線情況就知道這個人的體溫。[重難釋解]1．對黑體的理解(1)絕對的黑體實(shí)際上是不存在的，但可以用某裝置近似地代替。如圖所示，如果在一個空腔壁上開一個小孔，那么射入小孔的電磁波在空腔內(nèi)表面會發(fā)生多次反射和吸收，最終不能從空腔射出，這個小孔就成了一個絕對黑體。(2)黑體不一定是黑的，只有當(dāng)自身輻射的可見光非常微弱時看上去才是黑的；有些可看作黑體的物體由于有較強(qiáng)的輻射，看起來還會很明亮，如煉鋼爐口上的小孔。一些發(fā)光的物體(如太陽、白熾燈燈絲)也被當(dāng)作黑體來處理。2．一般物體與黑體的比較項(xiàng)目熱輻射特點(diǎn)吸收、反射特點(diǎn)一般物體輻射電磁波的情況與溫度有關(guān)，與材料的種類及表面狀況有關(guān)既吸收又反射，其能力與材料的種類及入射波的波長等因素有關(guān)黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長的分布只與黑體的溫度有關(guān)完全吸收各種入射電磁波，不反射3．黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律(1)溫度一定時，黑體輻射強(qiáng)度隨波長的分布有一個極大值。(2)隨著溫度的升高①各種波長的輻射強(qiáng)度都有增加；②輻射強(qiáng)度的極大值向波長較短的方向移動。下列描繪兩種溫度下黑體輻射強(qiáng)度與波長關(guān)系的圖中，符合黑體輻射實(shí)驗(yàn)規(guī)律的是

(

)[解析]黑體輻射以電磁波的形式向外輻射能量，溫度越高，輻射強(qiáng)度越大，故B、D錯誤；隨著溫度的升高，輻射強(qiáng)度的極大值向波長較短的方向移動，故C錯誤，A正確。[答案]

A黑體輻射強(qiáng)度與波長關(guān)系圖像的特點(diǎn)(1)隨著溫度的升高，各種波長的輻射強(qiáng)度都有增加。(2)隨著溫度的升高，輻射強(qiáng)度的極大值向波長較短的方向移動。

[素養(yǎng)訓(xùn)練]1．(多選)下列敘述正確的是

(

)A．一切物體都在輻射電磁波B．一般物體輻射電磁波的情況只與溫度有關(guān)C．黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長的分布只與黑體溫度有關(guān)D．黑體能夠完全吸收入射的各種波長的電磁波解析：根據(jù)熱輻射定義知A正確；根據(jù)熱輻射和黑體輻射的特點(diǎn)知一般物體輻射電磁波的情況除與溫度有關(guān)外，還與材料種類和表面狀況有關(guān)，而黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長的分布只與黑體溫度有關(guān)，B錯誤，C正確；根據(jù)黑體定義知D正確。答案：ACD2．“測溫槍”(學(xué)名“紅外線輻射測溫儀”)具有響應(yīng)快、非接觸和操作方便等優(yōu)點(diǎn)。它是根據(jù)黑體輻射規(guī)律設(shè)計(jì)出來的，能將接收到的人體熱輻射轉(zhuǎn)換成溫度顯示。若人體溫度升高，則人體熱輻射強(qiáng)度I及其極大值對應(yīng)的波長λ的變化情況是

(

)A．I增大，λ增大

B．I增大，λ減小C．I減小，λ增大

D．I減小，λ減小解析：根據(jù)黑體輻射規(guī)律，可知隨溫度升高，各種波長的輻射強(qiáng)度都增大，輻射強(qiáng)度的極大值向波長較短的方向移動，故人體熱輻射強(qiáng)度I隨人體溫度的升高而增大，其極大值對應(yīng)的波長減小，B項(xiàng)正確。答案：B3．關(guān)于黑體的認(rèn)識，下列說法正確的是 (

)A．黑體只吸收電磁波，不反射電磁波，看上去是黑的B．黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長的分布除與溫度有關(guān)外，還與材料的種類及表面狀況有關(guān)C．黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長的分布只與溫度有關(guān)，與材料的種類及表面狀況無關(guān)D．如果在一個空腔壁上開一個很小的孔，射入小孔的電磁波在空腔內(nèi)表面經(jīng)多次反射和吸收，最終不能從小孔射出，這個空腔就成了一個黑體解析：黑體自身輻射電磁波，不一定是黑的，故A錯誤；黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長的分布只與黑體的溫度有關(guān)，故B錯誤，C正確；小孔只吸收電磁波，不反射電磁波，因此是小孔成了一個黑體，而不是空腔成了黑體，故D錯誤。答案：C探究(二)能量的量子化和光電效應(yīng)[問題驅(qū)動]在第二十一屆的高交會上，薛定諤計(jì)算機(jī)的現(xiàn)身讓很多人都感到震撼，這是中國第一款數(shù)字“量子計(jì)算機(jī)”，薛定諤量子計(jì)算機(jī)在量子糾纏和量子測量誤差方面處于領(lǐng)先地位。量子這個概念最早是誰提出來的？提示：普朗克。[重難釋解]1．能量子和量子數(shù)(1)內(nèi)涵：振動著的帶電微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整數(shù)倍，E＝nε，當(dāng)帶電微粒輻射或吸收能量時，也是以這個最小能量值為單位一份一份地輻射或吸收，這個不可再分的最小能量值ε叫作能量子，n就是量子數(shù)。(2)特點(diǎn)：輻射或吸收能量時以這個最小能量值為單位一份一份地輻射或吸收，即只能從某一狀態(tài)“飛躍”地過渡到另一狀態(tài)，而不可能停留在不符合這些能量的任何一個中間狀態(tài)。2．能量子的能量公式：ε＝hν，其中ν是電磁波的頻率，h稱為普朗克常量。h＝6.626×10－34J·s。3．能量子假說的意義(1)普朗克的能量子假說，使人類對微觀世界的本質(zhì)有了全新的認(rèn)識，對現(xiàn)代物理學(xué)的發(fā)展產(chǎn)生了革命性的影響。(2)普朗克常量h是自然界最基本的常量之一，它體現(xiàn)了微觀世界的基本特征，架起了電磁波的波動性與粒子性的橋梁。4．光電效應(yīng)的五組概念(1)光子與光電子：光子指光在空間傳播時的每一份能量，光子不帶電；光電子是金屬表面受到光照射時發(fā)射出來的電子，其本質(zhì)是電子，光子是光電效應(yīng)的因，光電子是果。(2)光電子的初動能與光電子的最大初動能。①光照射到金屬表面時，光子的能量全部被電子吸收，電子吸收了光子的能量，可能向各個方向運(yùn)動，需克服原子核和其他原子的阻礙而損失一部分能量，剩余部分為光電子的初動能。②只有金屬表面的電子直接向外飛出時，只需克服原子核的引力做功，才具有最大初動能。光電子的初動能小于或等于光電子的最大初動能。(3)光子的能量與入射光的強(qiáng)度：光子的能量即每個光子的能量，其值為ε＝hν

(ν為光子的頻率)，其大小由光的頻率決定。入射光的強(qiáng)度指單位時間內(nèi)照射到金屬表面單位面積上的總能量，入射光的強(qiáng)度等于單位時間內(nèi)光子能量hν與入射光子數(shù)n的乘積。即光強(qiáng)等于nhν。(4)光電流和飽和光電流：金屬板飛出的光電子到達(dá)陽極，回路中便產(chǎn)生光電流，隨著所加正向電壓的增大，光電流趨于一個飽和值，這個飽和值是飽和光電流，在一定的光照條件下，飽和光電流與所加電壓大小無關(guān)。(5)光的強(qiáng)度與飽和光電流：飽和光電流與入射光強(qiáng)度成正比的規(guī)律是對頻率相同的光照射金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)而言的。對于不同頻率的光，由于每個光子的能量不同，飽和光電流與入射光強(qiáng)度之間沒有簡單的正比關(guān)系。如圖所示為一個真空光電管的應(yīng)用電路，其陰極金屬材料的極限頻率為4.5×1014Hz，則以下判斷正確的是

(

)A．無論用怎樣頻率的單色光照射光電管，只要照射足夠的時間都能在電路中產(chǎn)生光電流B．用λ＝0.5μm的光照射光電管時，電路中有光電流產(chǎn)生C．發(fā)生光電效應(yīng)后，增加照射光電管的入射光的頻率，電路中的飽和光電流就一定增加D．發(fā)生光電效應(yīng)后，增加電源電壓，電路中的光電流一定增加[解析]入射光的頻率小于極限頻率時，無論照射多長時間也不能產(chǎn)生光電流，A錯誤；根據(jù)c＝λν，當(dāng)λ＝0.5μm時，ν＝6.0×1014Hz，大于極限頻率，能發(fā)生光電效應(yīng)產(chǎn)生光電流，B正確；飽和光電流和入射光的頻率無關(guān)，C錯誤；增加電源電壓，光電流不一定增加，D錯誤。[答案]

B光電效應(yīng)規(guī)律的應(yīng)用(1)入射光的頻率相同，發(fā)生光電效應(yīng)時光電子的最大初動能相同，故遏止電壓相同。(2)光電流未達(dá)到飽和值之前，其大小不僅與入射光的強(qiáng)度有關(guān)，還與光電管兩極間的電壓有關(guān)，只有在光電流達(dá)到飽和值以后才和入射光的強(qiáng)度成正比。

[素養(yǎng)訓(xùn)練]1.(多選)光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)的裝置如圖所示，用弧光燈照射鋅板，驗(yàn)電器指針張開一個角度，則下面說法中正確的是 (

)A．用紫外線照射鋅板，驗(yàn)電器指針會發(fā)生偏轉(zhuǎn)B．用綠色光照射鋅板，驗(yàn)電器指針會發(fā)生偏轉(zhuǎn)C．鋅板帶的是負(fù)電荷D．使驗(yàn)電器指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)的是正電荷解析：用弧光燈照射鋅板(弧光燈發(fā)出紫外線)，驗(yàn)電器指針張開一個角度，說明鋅板帶了電。在紫外線的照射下，鋅板中有一部分自由電子從表面飛出來，鋅板中缺少電子，于是帶正電荷，選項(xiàng)A、D正確，C錯誤；綠光不一定能使鋅板發(fā)生光電效應(yīng)，B錯誤。答案：AD

2．(多選)現(xiàn)用某一光電管進(jìn)行光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)，當(dāng)用某一頻率的光入射時，有光電流產(chǎn)生。下列說法正確的是 (

)A．保持入射光的頻率不變，入射光的光強(qiáng)變大，飽和光電流變大B．入射光的頻率變高，飽和光電流變大C．入射光的頻率變高，光電子的最大初動能變大D．保持入射光的光強(qiáng)不變，不斷減小入射光的頻率，始終有光電流產(chǎn)生解析：根據(jù)光電效應(yīng)規(guī)律，保持入射光的頻率不變，入射光的光強(qiáng)變大，則飽和光電流變大，選項(xiàng)A正確；由愛因斯坦光電效應(yīng)方程知，入射光的頻率變高，產(chǎn)生的光電子最大初動能變大，飽和光電流與入射光的強(qiáng)度有關(guān)，選項(xiàng)B錯誤，C正確；保持入射光的光強(qiáng)不變，不斷減小入射光的頻率，當(dāng)入射光的頻率小于極限頻率時，就不能發(fā)生光電效應(yīng)，沒有光電流產(chǎn)生，選項(xiàng)D錯誤。答案：AC3．激光器是一個特殊的光源，它發(fā)出的光便是激光，紅寶石激光器發(fā)射的激光是不連續(xù)的一道一道的閃光，每道閃光稱為一個光脈沖，現(xiàn)有一紅寶石激光器，發(fā)射功率為1.0×1010W，所發(fā)射的每個光脈沖持續(xù)的時間Δt＝1.0×10－11s，波長為793.4nm，問每列光脈沖的長度L是多少？其中含有光子數(shù)n是多少？答案：3.0×10－3m

3.99×1017個探究(三)光電效應(yīng)方程及應(yīng)用[問題驅(qū)動]光電效應(yīng)是物理學(xué)中一個重要而神奇的現(xiàn)象，在光的照射下，某些物質(zhì)內(nèi)部的電子會被光子激發(fā)出來而形成電流，即光生電。光電現(xiàn)象由德國物理學(xué)家赫茲于1887年發(fā)現(xiàn)，而正確的解釋為愛因斯坦所提出。科學(xué)家們對光電效應(yīng)的深入研究對發(fā)展量子理論起了根本性的作用。光電效應(yīng)在現(xiàn)代科技中有哪些應(yīng)用呢？提示：應(yīng)用光電效應(yīng)的產(chǎn)品有很多，主要是兩個方面：太陽能電池和光電傳感器，使用光電傳感器的設(shè)備，常見的有：光控路燈、數(shù)碼照相機(jī)、光敏電阻、二極管、三極管等。[重難釋解]1．光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0的四點(diǎn)理解(1)式中的Ek是光電子的最大初動能，就某個光電子而言，其離開金屬時剩余動能大小可以是0～Ek范圍內(nèi)的任何數(shù)值。(2)光電效應(yīng)方程實(shí)質(zhì)上是能量守恒方程。①能量為ε＝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(jù)能量守恒定律可知：Ek＝hν－W0。2．光電效應(yīng)規(guī)律中的兩條線索、兩個關(guān)系(1)兩條線索(2)兩個關(guān)系①光強(qiáng)大→光子數(shù)目多→發(fā)射光電子多→光電流大；②光子頻率高→光子能量大→光電子的最大初動能大。在研究光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，光電管的陰極材料為銫(Cs)，用某一頻率的光照射，實(shí)驗(yàn)測得光電流隨電壓變化的圖像如圖所示。已知銫的逸出功為3.0×10－19J。光電流隨電壓變化的圖像(1)銫發(fā)生光電效應(yīng)的極限頻率是多少？(2)本次實(shí)驗(yàn)的入射光頻率是多少？[答案]

(1)4.52×1014Hz

(2)1.06×1015Hz[遷移·發(fā)散]上述實(shí)驗(yàn)中，若用頻率相同、強(qiáng)度不同的光分別照射光電管的陰極形成光電流，那么在下列光電流與電壓的關(guān)系圖像中，正確的是 (

)解析：選用頻率相同的光照射光電管時，光電子的最大初動能相等，由eUAK＝

mv2可知，加在光電管上的遏止電壓相同，選項(xiàng)A、B均錯誤；因入射光強(qiáng)度不同，光電流飽和值也不相同，光強(qiáng)越大，入射光子越多，飽和光電流越大，故C正確，D錯誤。答案：C[素養(yǎng)訓(xùn)練]1.如圖所示是某金屬在光的照射下，光電子最大初動能Ek與入射光頻率ν的關(guān)系圖像，由圖像可知，下列說法不正確的是

(

)A．圖線的斜率表示普朗克常量hB．該金屬的逸出功等于EC．該金屬的逸出功等于hν0D．入射光的頻率為2ν0時，產(chǎn)生的光電子的最大初動能為2E解析：根據(jù)光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0，知圖線的斜率表示普朗克常量h，故A正確；根據(jù)光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0，當(dāng)ν＝0時，Ek＝－W0，由圖像知縱軸截距－E，所以W0＝E，即該金屬的逸出功等于E，故B正確；圖線與橫軸交點(diǎn)的橫坐標(biāo)是ν0，該金屬的逸出功等于hν0，故C正確；當(dāng)入射光的頻率為2ν0時，根據(jù)光電效應(yīng)方程可知，Ek＝h·2ν0－h(huán)ν0＝E，故D錯誤。答案：D2．光電管是一種利用光照射產(chǎn)生電流的裝置，當(dāng)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(shí)驗(yàn)的結(jié)果。組次入射光子的能量/eV相對光強(qiáng)光電流大小/mA逸出光電子的最大動能/eV第一組1234.04.04.0弱中強(qiáng)2943600.90.90.9第二組4566.06.06.0弱中強(qiáng)2740552.92.92.9由表中數(shù)據(jù)得出的論斷中不正確的是 (

)A．兩組實(shí)驗(yàn)采用了不同頻率的入射光B．兩組實(shí)驗(yàn)所用的金屬板材質(zhì)不同C．若入射光子的能量為5.0eV，逸出光電子的最大動能為1.9eVD．若入射光子的能量為5.0eV，相對光強(qiáng)越強(qiáng)，光電流越大解析：由光子的能量E＝hν，可知若入射光子的能量不同，則入射光子的頻率不同，A正確；由愛因斯坦光電效應(yīng)方程hν＝W0＋Ek，可求出兩組實(shí)驗(yàn)的逸出功W0均為3.1eV，故兩組實(shí)驗(yàn)所用的金屬板材質(zhì)相同，B錯誤；由hν＝W0＋Ek，W0＝3.1eV，當(dāng)hν＝5.0eV時，Ek＝1.9eV，C正確；相對光強(qiáng)越強(qiáng)，單位時間內(nèi)入射的光子數(shù)越多，單位時間內(nèi)逸出的光電子數(shù)越多，形成的光電流越大，D正確。答案：B探究(四)康普頓效應(yīng)與光子動量的理解[問題驅(qū)動]太陽光從小孔射入室內(nèi)時，我們從側(cè)面可以看到這束光；白天的天空各處都是亮的；宇航員在太空中會發(fā)現(xiàn)盡管太陽光耀眼刺目，其他方向的天空卻是黑的，為什么？提示：在地球上存在著大氣，太陽光經(jīng)微粒散射后傳向各個方向，而在太空中的真空環(huán)境下光不散射只向前傳播。[重難釋解]1．康普頓效應(yīng)與經(jīng)典物理理論的矛盾(1)按照經(jīng)典物理學(xué)的理論，入射光引起物質(zhì)內(nèi)部帶電微粒的受迫振動，振動著的帶電微粒進(jìn)而再次產(chǎn)生電磁波，并向四周輻射，這就是散射光。(2)散射光的頻率應(yīng)該等于帶電粒子受迫振動的頻率(即入射光的頻率)。因此散射光的波長與入射光的波長應(yīng)該相同，不應(yīng)該出現(xiàn)波長變長的散射光。(3)經(jīng)典物理理論無法解釋波長改變與散射角的關(guān)系。2．康普頓效應(yīng)的理解(1)在光的散射中，光子不僅具有能量，也具有動量，在與其他微粒作用過程中遵守能量守恒定律和動量守恒定律。(2)光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)都說明光具有粒子性。(3)光子說對康普頓效應(yīng)的解釋假定X射線光子與電子發(fā)生完全彈性碰撞，這種碰撞跟臺球比賽中的兩球碰撞很相似，按照愛因斯坦的光子說，一個X射線光子不僅具有能量E＝hν，而且還有動量。如圖所示，這個光子與靜止的電子發(fā)生彈性斜碰，光子把部分能量轉(zhuǎn)移給了電子，能量由hν減小為hν′，因此頻率減小，波長增大。同時，光子還使電子獲得一定的動量。這樣就圓滿地解釋了康普頓效應(yīng)。白天的天空各處都是亮的，是大氣分子對太陽光散射的結(jié)果。美國物理學(xué)家康普頓由于在這方面的研究而榮獲了1927年的諾貝爾物理學(xué)獎。假設(shè)一個運(yùn)動的光子和一個靜止的自由電子碰撞以后，電子向某一個方向運(yùn)動，光子沿另一方向散射出去，則這個散射光子跟原來相比 (

)A．頻率變大 B．速度變小C．光子能量變大

D．波長變長[答案]

D對康普頓效應(yīng)的三點(diǎn)認(rèn)識(1)光電效應(yīng)應(yīng)用于電子吸收光子的問題；而康普頓效應(yīng)應(yīng)用于討論光子與電子碰撞且沒有被電子吸收的問題。(2)假定X射線光子與電子發(fā)生彈性碰撞，光子和電子相碰撞時，光子有一部分能量傳給電子，散射光子的能量減少，于是散射光的波長大于入射光的波長。(3)康普頓效應(yīng)進(jìn)一步揭示了光的粒子性，也再次證明了愛因斯坦光子說的正確性。

[素養(yǎng)訓(xùn)練]1．科學(xué)研究證明，光子有能量也有動量，當(dāng)光子與電子碰撞時，光子的一些能量轉(zhuǎn)移給了電子。假設(shè)光子與電子碰撞前的波長為λ，碰撞后的波長λ′，則碰撞過程中

(

)A．能量守恒，動量守恒，且λ＝λ′B．能量不守恒，動量不守恒，且λ＝λ′C．能量守恒，動量守恒，且λ<λ′D．能量守恒，動量守恒，且λ>λ′答案：C

2．(多選)美國物理學(xué)家康普頓在研究石墨對X射線的散射時，發(fā)現(xiàn)在散射的X射線中，除了與入射波長λ0相同的成分外，還有波長大于λ0的成分，這個現(xiàn)象稱為康普頓效應(yīng)。關(guān)于康普頓效應(yīng)，以下說法正確的是 (

)A．康普頓效應(yīng)現(xiàn)象說明光具有波動性B．康普頓效應(yīng)現(xiàn)象說明光具有粒子性C．當(dāng)光子與晶體中的電子碰撞后，其能量增加D．當(dāng)光子與晶體中的電子碰撞后，其能量減少解析：康普頓效應(yīng)說明光具有粒子性，A項(xiàng)錯誤，B項(xiàng)正確；光子與晶體中的電子碰撞時滿足動量守恒定律和能量守恒定律，故二者碰撞后，光子要把部分能量轉(zhuǎn)移給電子，光子的能量會減少，C項(xiàng)錯誤，D項(xiàng)正確。答案：BD

3．光子有能量，也有動量，動量p＝

，它也遵守有關(guān)動量的規(guī)律。如圖所示，真空中有“∞”形裝置可繞通過橫桿中點(diǎn)的豎直軸OO′在水平面內(nèi)靈活地轉(zhuǎn)動，其中左邊是圓形黑紙片(吸收光子)，右邊是和左邊大小、質(zhì)量相同的圓形白紙片(反射光子)。當(dāng)用平行白光垂直照射這兩個圓面時，關(guān)于裝置開始時的轉(zhuǎn)動情況(俯視)，下列說法中正確的是

(

)A．順時針方向轉(zhuǎn)