1、【 精品教育资源文库 】 第 3 讲 光电效应 波粒二象性 知识点一 光电效应 1.定义：在光的照射下从物体发射出 的现象 (发射出的电子称为光电子 ). 2.产生条件：入射光的频率 极限频率 . 3.光电效应规律 (1)存在着饱和电流：对于一定颜色的光，入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多 . (2)存在着遏止电压和截止频率：光电子的能量只与入射光的频率有关，而与入射光的强弱无关 .当入射光的频率低于截止频率时不发生光电效应 . (3)光电效应具有瞬时性：当频率超过截止频率时，无论入射光怎样微弱，几乎在照到金属时立即产生光 电流，时间不超过 10 9 s. 答案： 1.电子 2.大于
2、知识点二 爱因斯坦光电效应方程 1.光子说：在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光子，光子的能量 . 2.逸出功 W0：电子从金属中逸出所需做功的 . 3.最大初动能：发生光电效应时，金属表面上的 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： h Ek W0或 Ek . (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 ，这些能量有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 . 答案： 1.h 2.最小值 3.电子 4.h W0 知识点三 光的波粒二象性与物质波 1.光的波粒二象性 (1)光
3、的干涉、衍射、偏振现象证明光具有 性 . (2)光电效应说明光具有 性 . (3)光既具有波动性，又具有粒子性，称为光的 性 . 2.物质波 (1)概率波：光的干涉现象是大量光子的运动遵守波动规律的表现，亮条纹是光子到达概率 的地方，暗条纹是光子到达概率 的地方，因此光波又叫概率波 . 【 精品教育资源文库 】 (2)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 ， p 为运动物体的动量， h 为普朗克常量 . 答案： 1.(1)波动 (2)粒子 (3)波粒二象 2.(1)大 小 (2)hp (1)光子和光电子都是实物粒子 .( ) (2)只要入射光的强
4、度足够强，就可以使金属发生光电效应 .( ) (3)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逸出功 .( ) (4)光电子的最大初动能与入射光子的频率成正比 .( ) (5)光的频率越高，光的粒子性越明显，但仍具有波动性 .( ) (6)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 .( ) (7)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 .( ) (8)法国物理学家德布罗意大胆预言了实物粒子在一定条件下会表现为波动性 .( ) 答案： (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) 考点 光电效应现象和光电效应方程的应用 1.任何一种金属
5、，都有一个与之对应的极限频率，入射光的频率必须大于这个极限频率，才能发生光电效应；低于这个频率的光不能发生光电效应 .所以判断光电效应 是否发生应该比较题目中给出的入射光频率和对应金属的极限频率的大小 . 2.两条对应关系 (1)光强大 光子数目多 发射光电子多 光电流大； (2)光子频率高 光子能量大 光电子的最大初动能大 . 3.定量分析时应抓住三个关系式 (1)爱因斯坦光电效应方程： Ek h W0. (2)最大初动能与遏止电压的关系： Ek eUc. (3)逸出功与极限频率的关系： W0 h 0. 考向 1 用光电管研究光电效应现象 典例 1 (多选 )现用某一光电管进行光电效应实验，
6、当用某一频率的光入射时，有光电【 精品教育资源文库 】 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 根据光电效应规律，保持入射光的频率不变，入射光的光强变大，则饱和光电流变大，选项 A 正确 .由爱因斯坦光电效应方程知，入射光的频率变高，产生的光电子最大初动能变大，而饱和光电流与入射光的频率和光强都有关，选项 B 错误， C 正确 .保持入射光的光强不变，不断减小入射光的频率，当入射光的
7、频率小于 极限频率时，就不能发生光电效应，没有光电流产生，选项 D 错误 . 答案 AC 考向 2 爱因斯坦光电效应方程的应用 典例 2 在光电效应实验中，某金属的截止频率相应的波长为 0，该金属的逸出功为 .若用波长为 ( 0)的单色光做该实验，则其遏止电压为 .(已知电子的电荷量、真空中的光速和普朗克常量分别为 e、 c 和 h) 解析 设金属的截止频率为 0，则该金属的逸出功 W0 h 0 h c0；对光电子，由动能定理得 eU0 hc W0，解得 U0 hce 0 0. 答案 hc0hce 0 0变式 1 以往我们认识的光电效应是单光子光电效应，即一个电子在极短时间内只能吸收到一个光子
8、而从金属表面逸出 .强激光的出现丰富了人们对于光电效应的认识，用强激光照射金属，由于其光子密度极大，一个电子在极短时间内吸收多个光子成为可能，从而形成多光子光电效应，这已被实验证实 . 光电效应实验装置示意图如图所示 .用频率为 的普通光源照射阴极 K，没有发生光 电效应 .换用同样频率 的强激光照射阴极 K，则发生了光电效应；此时，若加上反向电压 U，即将阴极 K 接电源正极，阳极 A 接电源负极，在 KA 之间就形成了使光电子减速的电场 .逐渐增大 U，光电流会逐渐减小；当光电流恰好减小到零时，所加反向电压 U 可能是下列的 (其中 W【 精品教育资源文库 】 为逸出功， h 为普朗克常
9、量， e 为电子电量 )( ) A.U he We B.U 2he We C.U 2h W D.U 5h2e We 答案： B 解析：同频率的光照射 K 极，普通光不能使其发生光电效应，而强激光能使其发生光电效应，说明一个电子吸收了多个光子 .设吸收的光子个数为 n，光电子逸出的最大初动能为 Ek，由光电效应方程知： Ek nh W(n2) ；光电子逸出后克服减速电场做功，由动能定理知 Ek eU .联立上述两式得 U nhe We，当 n 2 时，即为 B 选项，其他选项均不可能 . 对光电效应的四点提醒 (1)能否发生光电效应，不取决于光的强度而取决于光的频率 . (2)光电效应中的 “
10、光 ” 不是特指可见光，也包括不可见光 . (3)逸出功的大小由金属本身决定，与入射光无关 . (4)光电子不是光子，而是电子 . 考点 光电效应的图象分析 图象名称 图象形状 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轴交点的纵坐标的绝对值 W0 | E| E 普朗克常量：图线的斜率 k h 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： Ekm eUc 颜色不同时，光电流与电压的关系 遏止电压 Uc1、 Uc2 饱和光电
11、流 最大初动能 Ek1 eUc1， Ek2 eUc2 【 精品教育资源文库 】 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 h ke(注：此时两极之间接反向电压 ) 考向 1 对 Ek 图象的理解 典例 3 (多选 )如图所示是用光照射某种金属时逸出的光电子的最大初动能随入射光频率的变化图线，普朗克常量 h 6.63 10 34 Js ，由图可知 ( ) A.该金属的截止频率为 4.2710 14 Hz B.该金属的截止频率为 5.510 14 Hz C.该图线的斜率表示
12、普朗克常量 D.该金属的逸出功为 0.5 eV 解析 图线在横轴上的截距为截止频率， A 正确， B 错误；由光电效应方程 Ek h W0，可知图线的斜率为普朗克常量， C 正确；金属的逸出功为 W0 h 0 6.6310 344.2710 141.610 19 eV 1.77 eV， D 错误 . 答案 AC 考向 2 对 IU 图象的理解 典例 4 (2017 甘肃兰州模拟 )在光电效应实验中，飞飞同学用同一光电管在不同实验条件下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线 (甲光、乙光、丙光 )，如图所示，则可判断出 ( ) A.甲光的频率大于乙光的频率 B.乙光的波长大于丙光的波长 C.乙光对
13、应的截止频率大于丙光的截止频率 D.甲光对应的光电子最大初动能大于丙光的光电子最大初动能 【 精品教育资源文库 】 解析 由于是同一光电管，因而不论对哪种光，极限频率和逸出功都相同，对于甲、乙两种光，反向截止电压相同，因而频率相同， A 项错误；丙光对应的反向截止电压较大，因而丙光的频 率较高，波长较短，对应的光电子的最大初动能较大，故 C、 D 项均错，只有 B 项正确 . 答案 B 考向 3 对 Uc 图象的理解 典例 5 用不同频率的光照射某金属产生光电效应，测量金属的遏止电压 Uc与入射光频率 ，得到 Uc 图象如图所示，根据图象求出该金属的截止频率 c Hz，普朗克常量 h Js.( 已知电子电荷量 e 1.610 19 C) 解析 由题图线可知 c 5.010 14 Hz，又 eUc h W0，所以 Uc he W0e.结合图 线可得 k he 2.05.010 14 V/Hz， h 2.01.610 195.010 14 Js 6.410 34 Js. 答案 5.010 14 6.410 34 1.在 Uc 图象中，图线与横轴的交点 c表示截止频率，而在 Ek 图象中，图线与横轴的交点 c代表极限频率 . 2.普朗克常量记为 h，是一个物理常量，用以描述量子大小 .在微观世界，每一个能量子的大小等于普朗克常量与频率的乘积，即 E h . 考点 光的波粒二象
