第一講　光電效應(yīng)　波粒二象性

第十四章|原子物理第一講光電效應(yīng)

波粒二象性綱舉目張·主干系統(tǒng)[微點判斷](1)光子和光電子都是實物粒子。

(

)(2)只要入射光的強度足夠強，就可以使金屬發(fā)生光電效應(yīng)。

(

)(3)要想在光電效應(yīng)實驗中測到光電流，入射光子的能量必須大于金屬的逸出功。

(

)(4)光電子的最大初動能與入射光子的頻率成正比。

(

)(5)光的頻率越高，光的粒子性越明顯，但仍具有波動性。

(

)××√×√關(guān)鍵知能·逐點清障提能點(一)對光電效應(yīng)的理解[題點自主盤查]

光電效應(yīng)條件的理解1.

利用如圖所示的裝置觀察光電效應(yīng)現(xiàn)象，將光束照射在金屬板上，發(fā)現(xiàn)驗電器指針沒有張開。欲使驗電器指針張開，可

(

)A．改用逸出功更大的金屬板材料B．改用頻率更大的入射光束C．增加該光束的照射時間D．增大該光束的強度解析：改用逸出功更大的金屬板材料，更不可能發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象，驗電器指針不能張開，故A錯誤；發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象的條件是入射光的頻率要大于金屬的極限頻率，與入射光的強度和入射光的照射時間無關(guān)，則改用頻率更大的入射光束，可以使驗電器指針張開，故B正確，C、D錯誤。答案：B

光電效應(yīng)現(xiàn)象的理解2．(多選)現(xiàn)用某一光電管進行光電效應(yīng)實驗，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，入射光的強度變大，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．保持入射光的強度不變，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)實驗得出的結(jié)論：保持入射光的頻率不變，入射光的強度變大，飽和光電流變大，故A正確，B錯誤；根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程得：入射光的頻率變高，光電子的最大初動能變大，故C正確；當(dāng)入射光的頻率低于金屬的截止頻率時，不能發(fā)生光電效應(yīng)，光電流會消失，故D錯誤。答案：AC

光電效應(yīng)規(guī)律的研究3.

如圖所示，用頻率為ν1和ν2的甲、乙兩種光分別照射同一光電管，對應(yīng)的遏止電壓分別為U1和U2。已知ν1＜ν2，則

(

)A．遏止電壓U1＜U2B．用甲、乙兩種光分別照射時，金屬的截止頻率不同C．增加乙光的強度，遏止電壓U2變大D．滑動變阻器滑片P移至最左端，電流表示數(shù)為零解析：根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程有Ekm＝hν－W0，遏止電壓與最大初動能的關(guān)系為－eUc＝0－Ekm，聯(lián)立解得eUc＝hν－W0，所以入射光頻率越大，遏止電壓越大，遏止電壓與入射光的強度無關(guān)，故A正確，C錯誤；金屬的截止頻率與入射光無關(guān)，取決于金屬，因甲、乙兩種光分別照射同一光電管，所以金屬的截止頻率相同，故B錯誤；滑動變阻器滑片P移至最左端，所加的反向電壓為零，因能發(fā)生光電效應(yīng)，所以電流表示數(shù)不為零，故D錯誤。答案：A

愛因斯坦光電效應(yīng)方程的應(yīng)用4．用波長為300nm的光照射鋅板，電子逸出鋅板表面的最大初動能為1.28×10－19J。已知普朗克常量為6.63×10－34J·s，真空中的光速為3.00×108m·s－1。能使鋅產(chǎn)生光電效應(yīng)的單色光的最低頻率約為

(

)A．1×1014Hz

B．8×1014HzC．2×1015Hz

D．8×1015

Hz答案：B

[知能自主落實]1．光電效應(yīng)的研究思路兩條線索兩條對應(yīng)關(guān)系①入射光強度大→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。提能點(二)光電效應(yīng)的圖像類型1

Ek-ν圖像圖像名稱圖線形狀讀取信息最大初動能Ek與入射光頻率ν的關(guān)系①極限頻率：圖線與ν軸交點的橫坐標νc②逸出功：圖線與Ek軸交點的縱坐標的值的絕對值W0＝|－E|＝E③普朗克常量：圖線的斜率k＝h[例1]

用不同頻率的紫外線分別照射鎢和鋅的表面而產(chǎn)生光電效應(yīng)，可得到光電子最大初動能Ek隨入射光頻率ν變化的Ek-ν圖像，已知鎢的逸出功是4.54eV，鋅的逸出功是3.34eV，若將二者的圖線畫在同一個Ek-ν圖像中，如圖所示，用實線表示鎢的Ek-ν圖像，虛線表示鋅的Ek-ν圖像，則正確反映這一過程的是

(

)[答案]

B[針對訓(xùn)練]1．(2022·臨沂模擬)用如圖甲所示的裝置研究光電效應(yīng)現(xiàn)象。用頻率為ν的光照射光電管時發(fā)生了光電效應(yīng)。圖乙是該光電管發(fā)生光電效應(yīng)時光電子的最大初動能Ek與入射光頻率ν

的關(guān)系圖像，圖線與橫軸的交點坐標為(a,0)，與縱軸的交點坐標為(0，－b)，下列說法中正確的是

(

)解析：根據(jù)Ek＝hν－W0可得，圖線縱截距的絕對值等于金屬的逸出功，即等于b，當(dāng)最大初動能為零時，入射光的頻率等于截止頻率，所以金屬的截止頻率為a，那么普朗克常量為h＝

，故A正確；光電子的最大初動能與照射光的頻率有關(guān)，與光的強度無關(guān)，故B錯誤；若保持照射光強度不變，僅提高照射光頻率，則光子數(shù)目減小，那么電流表G的示數(shù)會減小，故C、D錯誤。答案：A類型2

Uc-ν圖像圖像名稱圖線形狀讀取信息遏止電壓Uc與入射光頻率ν的關(guān)系①極限頻率νc：圖線與橫軸的交點的橫坐標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＝ke④逸出功：圖線與Uc軸交點的縱坐標的值的絕對值與電荷量的乘積Ume[答案]

AC類型3

I-U圖像圖像名稱圖線形狀讀取信息顏色不同時，光電流與電壓的關(guān)系①遏止電壓Uc1、Uc2②飽和光電流③最大初動能Ek1＝eUc1，Ek2＝eUc2顏色相同、強度不同的光，光電流與電壓的關(guān)系①遏止電壓Uc：圖線與橫軸的交點的橫坐標②飽和光電流Im1、Im2：光電流的最大值③最大初動能：Ek＝eUc[例3]

(2022·青島模擬)用如圖甲所示的電路研究光電效應(yīng)中光電流與照射光的強弱、頻率等物理量的關(guān)系。圖中A、K兩極間的電壓大小可調(diào)，電源的正負極也可以對調(diào)，分別用a、b、c三束單色光照射，調(diào)節(jié)A、K間的電壓U，得到光電流I與電壓U的關(guān)系如圖乙所示，由圖可知 (

)A．單色光a和c的頻率相同，且a光更弱些，b光頻率最大B．單色光a和c的頻率相同，且a光更強些，b光頻率最大C．單色光a和c的頻率相同，且a光更弱些，b光頻率最小D．單色光a和c的頻率不同，且a光更強些，b光頻率最小[解析]

a、c兩單色光照射后遏止電壓相同，根據(jù)Ek＝eUc，可知產(chǎn)生的光電子最大初動能相等，則a、c兩單色光的頻率相等，光子能量相等，由于a光的飽和光電流較大，則a光的強度較大，單色光b照射后遏止電壓較大，根據(jù)Ek＝eUc，可知b光照射后產(chǎn)生的光電子最大初動能較大，根據(jù)光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0得，b光的頻率大于a光的頻率，故A、C、D錯誤，B正確。[答案]

B[針對訓(xùn)練]2．(2019·天津高考)

如圖為a、b、c三種光在同一光電效應(yīng)裝置中測得的光電流和電壓的關(guān)系。由a、b、c組成的復(fù)色光通過三棱鏡時，下述光路圖中正確的是

(

)解析：由愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0和動能定理－eU＝0－Ek得eU＝hν－W0，知遏止電壓大，則光的頻率大，由題圖可知νb>νc>νa，由光的色散現(xiàn)象知頻率越大，折射率越大，光的偏折角越大。選項C正確。答案：C

提能點(三)對波粒二象性、物質(zhì)波的理解[題點自主盤查]

粒子性與康普頓效應(yīng)1．實驗表明：光子與速度不太大的電子碰撞發(fā)生散射時，光的波長會變長或者不變，這種現(xiàn)象叫康普頓散射，該過程遵循能量守恒定律和動量守恒定律。如果電子具有足夠大的初速度，以至于在散射過程中有能量從電子轉(zhuǎn)移到光子，則該散射被稱為逆康普頓散射，這一現(xiàn)象已被實驗證實。關(guān)于上述逆康普頓散射，下列說法正確的是

(

)A．相對于散射前的入射光，散射光在介質(zhì)中的傳播速度變大B．若散射前的入射光照射某金屬表面時能發(fā)生光電效應(yīng)，則散射光照射該金屬時，光電子的最大初動能將變大C．散射后電子的速度一定變大D．散射后電子的能量一定變大答案：B

粒子性與波動性的理解2．用很弱的光做雙縫干涉實驗，把入射光減弱到可以認為光源和感光膠片之間不可能同時有兩個光子存在，如圖所示是不同數(shù)量的光子照射到感光膠片上得到的照片。這些照片說明

(

)A．光只有粒子性沒有波動性B．光只有波動性沒有粒子性C．少量光子的運動顯示波動性，大量光子的運動顯示粒子性D．少量光子的運動顯示粒子性，大量光子的運動顯示波動性解析：光具有波粒二象性，這些照片說明少量光子的運動顯示粒子性，大量光子的運動顯示波動性，故D正確。答案：D

物質(zhì)波的理解3．(多選)利用金屬晶格(大小約10－10m)作為障礙物觀察電子的衍射圖樣，對應(yīng)的方法是讓電子通過電場加速后，形成電子束照射到金屬晶格上，從而得到電子的衍射圖樣，如果加速電壓為U，則下列說法正確的是

(

)A．該實驗說明了電子具有波動性B．加速電壓U越大，物質(zhì)波波長越短C．加速電壓U越大，電子的衍射現(xiàn)象越明顯D．若用相同動能的質(zhì)子替代電子，衍射現(xiàn)象更明顯答案：AB

波粒二象性的理解4．(多選)關(guān)于光的波粒二象性，正確的說法是

(

)A．光的頻率越高，光子的能量越大，粒子性越顯著B．光的波長越長，光的能量越小，波動性越顯著C．頻率高的光子不具有波動性，波長較長的光子不具有粒子性D．個別光子產(chǎn)生的效果往往顯示粒子性，大量光子產(chǎn)生的效果往往顯示波動性解析：光具有波粒二象性，但在不同情況下表現(xiàn)不同，頻率越高，波長越短，粒子性越強，反之波動性明顯，個別光子易顯示粒子性，大量光子顯示波動性，故A、B、D正確。