高中物理第二章波粒二象性2.1光电效应粤教版

第一节 光电效应1.通过实验了解光电效应及极限频率和遏止电压的概念．2.理解光电效应与电磁理论的矛盾．一、光电效应与光电流1．光电效应现象：金属在光的照射下发射电子的现象称为光电效应，发射出来的电子叫做光电子． 2．光电管可以把光信号转变成为电信号． 3．光电流：光电管阴极发出的光电子被阳极收集．在回路中会形成电流，称为光电流．(1)任何频率的光照射到金属表面都可以发生光电效应．( )(2)金属表面是否发生光电效应与入射光的强弱有关．( )(3)入射光照射到金属表面上时，光电子几乎是瞬时发射的．( )提示：(1)× (2)× (3)√二、光电流的变化实验表明：频率不变的情况下，入射光的强度越强，光电流越大；光的强度保持不变，入射光的频率越高，光电流越大．三、极限频率对于每一种金属，只有当入射光频率大于某一频率ν0时，才会产生光电流，将ν0称为极限频率，其对应的波长称为极限波长．它们之间的关系ν0＝c λ0. 四、遏止电压1．在强度和频率一定的光的照射下，回路中的光电流会随着反向电压的增加而减小，并且当反向电压达到某一数值时，光电流将会减小到零，我们把这时的电压称为遏止电压，用符号U 0表示，光电子的最大初始动能与遏止电压的关系12mv 2max ＝eU 0． 2．实验表明：遏止电压只与入射光的频率有关，而与入射光的强度无关，也就是说光电子的最大初动能只与入射光的频率有关．五、经典电磁理论解释的局限性经典物理学里光的电磁理论在解释光电效应实验时遇到了根本性的困难．光电效应的实验规律1．每种金属都有一定的极限频率，当入射光的频率低于极限频率时，不管入射光的强度多大、照射时间多长都不会产生光电子，一旦入射光的频率超过极限频率，则不管光有多么弱都会产生光电效应，发出光电子．2．在发生光电效应的条件下，光电流的大小或单位时间内逸出的光电子数目由光的强度决定．3．光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只与入射光的频率有关．遏止电压随光的频率的增大而增大，与光的强度无关．4．从光照射到金属表面至产生光电效应的时间间隔很短，通常可在10－9 s 内发生光电效应．遏止电压只与入射光的频率有关，与入射光的强度无关．(多选)对光电效应的理解正确的是( )A．金属钠的每个电子可以吸收一个或一个以上的光子，当它积累的动能足够大时，就能逸出金属B．如果入射光子的能量小于金属表面的电子克服原子核的引力而逸出时所需做的最小功，便不能发生光电效应C．发生光电效应时，入射光越强，光子的能量就越大，光电子的最大初动能就越大D．由于不同金属的逸出功是不相同的，因此使不同金属产生光电效应，入射光的最低频率也不同[解析] 按照爱因斯坦的光子说，光子的能量由光的频率决定，与光强无关，入射光的频率越大，发生光电效应时产生的光电子的最大初动能越大；但要使电子离开金属，电子必须具有足够的动能，而电子增加的动能只能来源于照射光的光子能量，且一个电子只能吸收一个光子，不能同时吸收多个光子，所以光子的能量小于某一数值时便不能产生光电效应现象；电子从金属逸出时只有从金属表面向外逸出的电子克服原子核的引力所做的功最小．综上所述，选项B、D正确．[答案] BD(多选)用紫光照射某金属恰可发生光电效应，现改用较弱的太阳光照射该金属，则( )A．可能不发生光电效应B．逸出光电子的时间明显变长C．逸出光电子的最大初动能不变D．单位时间逸出光电子的数目变小解析：选CD.由于太阳光含有紫光，所以照射金属时发生光电效应且逸出光电子的最大初动能不变，又因为光强变弱，所以单位时间逸出光电子的数目变小，C、D正确，A错误；产生光电效应的时间几乎是瞬时的，B错误．经典电磁理论与光电效应的矛盾1．矛盾之一：遏止电压由入射光频率决定，与光的强弱无关按照光的经典电磁理论，光越强，光电子的初动能应该越大，所以遏止电压应与光的强弱有关，而实验表明：遏止电压由入射光频率决定，与光强无关．2．矛盾之二：存在极限频率按照光的经典电磁理论，不管光的频率如何，只要光足够强，电子都可获得足够能量从而逸出表面，不应存在极限频率．而实验表明：不同金属有不同的极限频率，入射光频率高于极限频率时才会发生光电效应．3．矛盾之三：光电效应具有瞬时性按照光的经典电磁理论，如果光很弱，电子需几分钟到十几分钟的时间才能获得逸出表面所需的能量．而实验表明：无论入射光怎样微弱，光电效应几乎是瞬时的．关于光电效应，下列几种表述正确的是( )A．光电流的强度与入射光的频率成正比B．光电流的强度与入射光的强度无关C．用不可见光照射金属一定比用可见光照射同种金属产生的光电子的最大初动能要大D．对于任何一种金属都存在一个“最大波长”，入射光的波长必须小于这个波长，才能产生光电效应[解析] 光电流的强度与入射光强度成正比，与频率无关，选项A、B错误．不可见光既包括频率比可见光大的紫外线、X射线、γ射线，也包括频率比可见光小的红外线、无线电波，选项C错误．正确选项为D.[答案] D光电效应规律中“光电流的强度”指的是光电流的饱和值(对应从阴极发射出的电子全部被拉向阳极的状态)．因为光电流未达到饱和值之前，其大小不仅与入射光的强度有关，还与光电管两极间的电压有关，只有在光电流达到饱和值以后才和入射光的强度成正比．[随堂检测]1．关于光电效应现象，下列说法正确的是( )A．只有入射光的波长大于该金属的极限波长，才会发生光电效应B．光电流的产生与否和入射光强度有关C．光电流的产生与否和入射光频率有关D．只有可见光才能使金属发生光电效应解析：选C.入射光波长大，对应频率小；光电效应有无和入射光频率有关，和光的强度无关；不是可见光也可使金属发生光电效应．2．在演示光电效应的实验中，原来不带电的一块锌板与灵敏验电器相连，用弧光灯照射锌板时，验电器的指针就张开一个角度，如图所示，这时( )A．锌板带正电，指针带负电B．锌板带正电，指针带正电C．锌板带负电，指针带正电D．锌板带负电，指针带负电解析：选B.锌板原来不带电，验电器的指针发生了偏转，说明锌板在弧光灯的照射下发生了光电效应，发生光电效应时，锌板向空气中发射电子，所以锌板带正电，验电器的指针亦带正电．故选B项．3．(多选)在光电效应实验中，分别用频率为νa、νb的单色光a、b照射到同种金属上，测得相应的遏止电压分别为U a和U b、光电子的最大初动能分别为E k a和E k b.h为普朗克常量．下列说法正确的是( )A．若νa＞νb，则一定有U a＜U bB．若νa＞νb，则一定有E k a＞E k bC．若U a＜U b，则一定有E k a＜E k bD．若νa＞νb，则一定有hνa－E k a＞hνb－E k b解析：选BC.设该金属的逸出功为W，根据爱因斯坦光电效应方程有E k＝hν－W，同种金属的W不变，则逸出光电子的最大初动能随ν的增大而增大，B项正确；又E k＝eU，则最大初动能与遏止电压成正比，C项正确；根据上述有eU＝hν－W，遏止电压U随ν增大而增大，A项错误；又有hν－E k＝W，W相同，则D项错误．4.研究光电效应的电路如图所示．用频率相同、强度不同的光分别照射密封真空管的钠极板(阴极K)，钠极板发射出的光电子被阳极A吸收，在电路中形成光电流．下列光电流I 与A、K之间的电压U AK的关系图象中，正确的是( )解析：选C.频率相同的光照射同一金属时，发射出的光电子的最大初动能相同，所以遏止电压相同；饱和电流与光的强度有关，光的强度越大，饱和电流越大．只有图象C正确．[课时作业]一、单项选择题1．光电效应的实验规律中，经典电磁理论能解释的是( )A．入射光的频率必须大于被照金属的极限频率时才能产生光电效应B．光电子的最大初动能与入射光强度无关，只与入射光的频率有关C．入射光照射到金属上时，光电子的发射几乎是瞬时的，一般不超过10－9sD．当入射光频率大于极限频率时，光电流强度与入射光强度成正比解析：选D.解决这类问题的关键是理解光电效应的产生条件、规律，还要知道经典电磁理论解释的局限性．2．某不可见光照射到钠银锌的合金光电管表面上发生了光电效应，若入射光的强度减弱且时间缩短，但频率保持不变，那么以下说法正确的是( )A．光照射到光电管表面到发射出光电子之间的时间间隔明显增加B．逸出的光电子到达阳极的困难增大C．单位时间内从金属表面逸出的光电子的数目减少D．有可能不再产生光电效应解析：选C.由光电效应的基本规律知，光的频率不变，逸出的光电子的最大初动能不变；入射光的强度减弱，单位时间内照射到金属上的光子数减少，因而单位时间内从金属表面逸出的光电子数目减少；只要入射光的频率大于金属的极限频率，就能产生光电效应，并且是瞬时的，不会因入射光的强度减弱而延长时间．3．在光电效应实验中，如果需要增大光电子到达阳极时的速度，可采用的方法是( ) A．增加光照时间B．增大入射光的波长C．增大入射光的强度D．增大入射光的频率解析：选D.在正向电压一定的情况下，光电子到达阳极的速度应取决于光电子逸出金属表面时的最大初动能，与入射光的强度和光照时间无关，所以选项A、C错误．而最大初动能与入射光的频率有关，频率越大，最大初动能越大，所以选项B错误，选项D正确．4．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.锌板在紫外线的照射下产生了光电效应，说明锌板上有光电子飞出，所以锌板带正电，C正确，A、B、D错误．5．一束绿光照射某金属发生了光电效应，则下列说法正确的是( )A．若增加绿光的照射强度，则单位时间内逸出的光电子数目不变B．若增加绿光的照射强度，则逸出的光电子将具有更大的动能C．若改用紫光照射，则逸出的光电子将具有更大的动能D．若改用紫光照射，则单位时间内逸出的光电子数目增加解析：选C.在光电效应中，入射光的频率决定能否发生光电效应．在能产生光电效应时，入射光的强度影响单位时间内逸出的光电子数目，入射光的频率影响逸出的光电子的初动能的大小，选项C正确．6．用一束紫外线照射某金属时不能产生光电效应，可能使该金属产生光电效应的措施是( )A．改用频率更小的紫外线照射B．改用X射线照射C．改用强度更大的原紫外线照射D．延长原紫外线的照射时间解析：选B.金属发生光电效应必须使光的频率大于极限频率，X射线的频率大于紫外线的频率．7．如图所示为一光电管电路，滑动变阻器滑动触头P位于AB上某点，用光照射光电管阴极，电表无偏转，要使电表指针偏转，可采取的措施有( )A．加大照射光强度B．换用波长短的光照射C．将P向B滑动D．将电源正负极对调解析：选B.由光电管电路图可知阴极K电势低，阳极A电势高，如果K极有电子飞出，则它受到的电场力必向左，即将向左加速，然而现在G中电表指针无偏转，说明没有发生光电效应，这仅能说明照射光频率太低．这与光强、外加电压的大小及方向均无关．可见要使指针发生偏转需增大照射光频率即缩短照射光的波长．二、多项选择题8．光电效应实验的装置如图所示，则下面说法中正确的是( )A．用紫外光照射锌板，验电器指针会发生偏转B．用绿色光照射锌板，验电器指针会发生偏转C．锌板带的是正电荷D．使验电器指针发生偏转的是正电荷解析：选ACD.将擦得很亮的锌板连接验电器，用弧光灯照射锌板(弧光灯发出紫外线)，验电器指针张开一个角度，说明锌板带了电，进一步研究表明锌板带正电．这说明在紫外光的照射下，锌板中有一部分自由电子从表面飞出去，锌板中缺少电子，于是带正电，A、C、D选项正确．绿光不能使锌板发生光电效应．9．如图所示，电路中所有元件完好，光照射到光电管上，灵敏电流计中没有电流通过．其原因可能是( )A．入射光太弱B．入射光波长太长C．光照时间太短D．电源正负极接反解析：选BD.光电管电路中形成电流的条件：一是阴极在光的照射下有光电子逸出，二是逸出的光电子应能在电路中定向移动到达阳极．其中有无光电子逸出决定于入射光的频率是否高于阴极材料的极限频率，与入射光的强弱、照射时间长短无关；光电子能否到达阳极，应由光电子的初动能大小和光电管两极间所加电压的正负和大小共同决定．一旦电源正负极接反，如果具有最大初动能的光电子也不能到达阳极，即使发生了光电效应，电路中也不能形成光电流．故该题的正确选项是B、D.10．如图所示为一真空光电管的应用电路，其阴极金属材料的极限频率为4.5×1014Hz，则以下判断正确的是( )A．发生光电效应时，电路中光电流的饱和值取决于入射光的频率B．发生光电效应时，电路中光电流的饱和值取决于入射光的强度C．用λ＝0.5 μm的光照射光电管时，电路中有光电流产生D．光照射时间越长，电路中的电流越大解析：选BC.在光电管中若发生了光电效应，单位时间内发射光电子的数目只与入射光的强度有关，光电流的饱和值只与单位时间内发射光电子的数目有关．据此可判断A、D错误．波长λ＝0.5 μm的光子的频率ν＝cλ＝3×1080.5×10－6Hz＝6×1014 Hz>4.5×1014 Hz，可发生光电效应，所以选项B 、C 正确．三、非选择题11．太阳能光－电直接转换的基本原理是利用光电效应，将太阳辐射直接转换成电能．如图所示是测定光电流的电路简图，光电管加正向电压．(1)判断电源和电流表的正、负极；(2)入射光应照射在____极上；(3)若电流表读数是10 μA ，则每秒钟从光电管阴极发射出的光电子至少________个． 解析：(1)要形成光电流，应加正向电压，即电源左边是正极，右边是负极．电流表是上正下负．(2)由题图可以看出，光电管的B 极为阴极，所以光应照在B 极上．(3)Q ＝It ＝10×10－6×1 C ＝10－5 C ，而n ＝Q e ，所以含有6.25×1013个光电子．答案：(1)电源左边是正极，右边是负极 电流表是上正下负 (2)B (3)6.25×101312．如图所示，一静电计与锌板相连，在A 处用一弧光灯照射锌板，关灯后，指针保持一定偏角．(1)现用一带负电的金属小球与锌板接触，则静电计指针偏角将________．(填“增大”“减小”或“不变”)(2)使静电计指针回到零，再用相同强度的钠灯发出的黄光照射锌板，静电计指针无偏转，那么，若改用强度更大的红外线照射锌板，可观察到静电计指针____ (填“有”或“无”)偏转．解析：(1)锌板在紫外线照射下，发生光电效应现象，有光电子飞出，锌板带正电，将一带负电的金属小球与锌板接触，将锌板上的正电荷中和一部分，锌板正电荷减少，则静电计指针偏角将变小．注意，静电计与锌板带同种电荷．(2)要发生光电效应现象，照射光的频率必须高于这种金属的极限频率，而与照射光的强度无关．用黄光照射，静电计指针无偏转，即不能发生光电效应现象，当改用强度更大的红外线照射时，因为红外线的频率比黄光的要低，所以用红外线照射更不能发生光电效应现象，静电计指针无偏转．答案：(1)减小 (2)无。

章末复习课【知识体系】波粒二象性⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎧光电效应⎩⎪⎨⎪⎧光电效应与光电流光电流的变化极限频率①遏止电压光子⎩⎪⎨⎪⎧光电效应方程② 能量量子假说光子假说对光电效应的解释康普顿效应与其解释⎩⎪⎨⎪⎧康普顿效应的发现对康普顿效应的正确解释光的波粒二象性⎩⎪⎨⎪⎧光的波粒二象性本质⎩⎪⎨⎪⎧波动性⎩⎪⎨⎪⎧光的③ 光的④ 光是电磁波粒子性⎩⎪⎨⎪⎧⑤⑥ 概率波德布罗意波⎩⎪⎨⎪⎧德布罗意波假说⑦电子衍射电子云不确定关系⑧[答案填写] ①ν0＝W 0h (W 0为逸出功) ②h ν＝12mv 2max ＋W 0 ③干预 ④衍射 ⑤光电效应 ⑥康普顿效应⑦λ＝h p ⑧Δx Δp ≥h4π主题1 光电效应1．光电效应现象的判断．光电流的大小――→取决于每秒入射的光子数――→取决于入射光的强度⎭⎪⎬⎪⎫能否发生光电效应光电子的最大初动能――→取决于入射光的频率和金属的逸出功2．光电效应方程．光电效应方程的实质是能量的转化和守恒定律在光电效应现象中的反映，根据能量守恒定律，光电子的最大初动能与入射光子的能量和逸出功的关系为h ν＝12mv 2max ＋W 0，这个方程叫爱因斯坦光电效应方程．3．光子被吸收的情况．光电效应中，光子与金属中的电子作用，光子整个被吸收，且电子一般一次只能吸收一个光子；康普顿效应中，光子与晶体中的自由电子发生碰撞，电子只能吸收光子的局部能量．【典例1】 (2016·江苏卷)几种金属的逸出功W 0见下表：金属钨 钙 钠 钾 鉫 W 0(×10－19 J)7.265.123.663.603.41波长的范围为4.0×10－7～7.6×10－6m ，普朗克常数h ＝6.63×10－34J ·s.解析：可见光的最大光子能量E ＝h c λ＝6.63×10－34×3×1084×10－7 J ≈5.0×10－19J. 可见光子能量大于钠、钾、铷的逸出功，可以使钠、钾、铷发生光电效应． 答案：可以使钠、钾、铷发生光电效应 针对训练1．下表中列出了几种金属的逸出功，关于光电效应现象以下说法正确的答案是()金属钨 钙 钠 钾 铷 W 0/eV4.543.202.292.252.13A. B ．遏制电压的大小不仅与金属有关，还与入射光频率有关C ．假设某种光能使钨和钠都发生光电效应，如此钨的光电子的最大初动能较大D ．用强度一样、频率不同的光照射钾，光电子的最大初动能一样解析：铷的逸出功最小，某种光能使铷发生光电效应，但不一定能使其他四种金属发生光电效应，故A 错误；根据eU 0＝12mv 2m ＝h ν－W 0可知遏制电压的大小不仅与金属有关，还与入射光频率有关，故B 正确；钨的逸出功大于钠的逸出功，如此假设某种光能使钨和钠都发生光电效应，根据12mv 2m ＝hν－W 0，如此钨的光电子的最大初动能较小，故C 错误；根据光电效应方程可知，用强度一样、频率不同的光照射钾，光电子的最大初动能不一样，故D 错误．答案：B主题2 光源功率与光强度的区别与联系根据爱因斯坦的光子说，光源的功率和光的强度，是两个不同的概念．(1)光源的功率(P )——光源每单位时间内辐射光子的能量，即P ＝nhν，式中n 表示光源单位时间内辐射的光子数．(2)光的强度(I )——在单位时间内垂直通过单位面积的光子的总能量，即I ＝Nhν.式中N 表示单位时间垂直通过单位面积的光子数．(3)在入射光频率不变的情况下，光强正比于单位时间内照射到金属外表上单位面积的光子数，但假设换用不同频率的光照时，即使光强一样，单位时间内照射到金属外表单位面积的光子数也不同．【典例2】 某激光器能发射波长为λ的激光，发射功率为P ，c 表示光速，h 表示普朗克常量，如此激光器每分钟发射的光子数为( )A.λPhcB.hP λcC.60λPhcD.60hPλc解析：每个光子的能量E ＝hν＝h c λ，激光器在每分钟内发出的能量W ＝60P ，故激光器每秒发出的光子数为n ＝W E ＝60P h c λ＝60P λhc ，C 正确． 答案：C 针对训练2．科学家设想未来的宇航事业中利用太阳帆来加速星际飞船，设该飞船所在地每秒内单位面积上的光子数为n ，光子的平均波长为λ，太阳帆面积为S ，反射率为100%，假定太阳垂直射到太阳帆上，飞船的总质量为m .(1)求飞船加速度的表达式(光子动量p ＝h /λ)；(2)假设太阳帆是黑色的，飞船的加速度为多少？解析：(1)光子垂直打在太阳帆上再反射，动量的改变量为2p ，根据动量定理得：F Δt ＝n ·2p ，太阳帆上受到的光压力为 F ＝2nSh Δt Δt λ＝2nSh λ，故飞船的加速度a ＝F m ＝2nShλm. (2)假设太阳帆是黑色的，光子垂直打在太阳帆上不再反射，光子动量的改变为p ，太阳帆上受到的光压力为F ′＝nSh λ，故太阳帆的加速度a ′＝nShλm. 答案：(1)2nSh λm (2)nShλm主题3 波粒二象性1．微观粒子的波动性和粒子性不能理解为宏观概念中的波和粒子．波动性和粒子性是微观粒子的两种固有属性，任何情况下二者都同时存在．2．描述光的性质的根本关系式ε＝hν和p ＝hλ中，能量ε和动量p 是描述物质的粒子性的重要物理量，波长λ或频率ν是描述物质的波动性的典型物理量，它们通过普朗克常量h 联系在一起．[典例❸](多项选择)实物粒子和光都具有波粒二象性．如下事实中突出表现波动性的是()A ．电子束通过双缝实验装置后可以形成干预图样B ．人们利用慢中子衍射来研究晶体的结构C ．人们利用电子显微镜观测物质的微观结构D ．光电效应实验中，光电子的最大初动能与入射光的频率有关，与入射光强度无关 解析：干预是波具有的特性，电子束通过双缝实验装置后可以形成干预图样，说明电子具有波动性，故A 正确；可以利用慢中子衍射来研究晶体的结构，说明中子可以产生衍射现象，说明具有波动性，故B 正确；人们利用电子显微镜观测物质的微观结构，说明电子可以产生衍射现象，说明具有波动性，故C 正确；光电效应实验，说明的是能够从金属中打出光电子，说明的是物质的粒子性，故D 错误．答案：ABC 针对训练3．(2015·某某卷)用很弱的光做单缝衍射实验，改变曝光时间，在胶片上出现的图象如下列图，该实验明确( )时间较短时间稍长时间较长A．光的本质是波B．光的本质是粒子C．光的能量在胶片上分布不均匀D．光到达胶片上不同位置的概率一样解析：用很弱的光做单缝衍射实验，改变曝光时间在胶片出现的图样，说明光有波粒二象性，故A、B错误；说明光到达胶片上的不同位置的概率是不一样的，也就说明了光的能量在胶片上分而不均匀，故C正确，D错误．答案：C统揽考情波粒二象性局部的重点内容是光电效应现象、实验规律和光电效应方程，光的波粒二象性和德布罗意波是理解的难点．一般以考查选择或填空为主．真题例析(2018·全国卷Ⅱ)用波长为300 nm的光照射锌板，电子逸出锌板外表的最大初动能为1.28×10－19 J．普朗克常量为6.63×10－34J·s，真空中的光速为3.00×108m·s－1.能使锌产生光电效应的单色光的最低频率约为()A．1×1014HzB．8×1014 HzC．2×1015 Hz D．8×1015 Hz解析：根据爱因斯坦光电效应方程E k＝hν－W0＝h cλ－hν0，代入数据解得ν0≈8×1014 Hz，B正确．答案：B针对训练(2017·全国卷Ⅲ)(多项选择)在光电效应实验中，分别用频率为νa、νb的单色光a、b 照射同种金属，测得相应的遏止电压分别为U a和U b、光电子的最大初动能分别为E k a和E k b，h 为普朗克常量．如下说法正确的答案是()A．假设νa>νb，如此一定有U a<U bB．假设νa>νb，如此一定有E k a>E k bC．假设U a<U b，如此一定有E k a<E k bD．假设νa>νb，如此一定有hνa－E k a>hνb－E k b解析：由爱因斯坦光电效应方程eU0＝E km＝hν－W0，当νa>νb时，E ka>E kb, U a>U b，A错误，B正确；假设U a<U b，如此有E ka<E kb，C正确；同种金属的逸出功不变，如此W0＝hν－E km不变，D错误．答案：BC1．(2017·卷)2017年年初，我国研制的“大连光源〞——极紫外自由电子激光装置，发出了波长在100 nm(1 nm＝10－9 m)附近连续可调的世界上最强的极紫外激光脉冲. 大连光源因其光子的能量大、密度高，可在能源利用、光刻技术、雾霾治理等领域的研究中发挥重要作用. 一个处于极紫外波段的光子所具有的能量可以电离一个分子，但又不会把分子打碎. 据此判断，能够电离一个分子的能量约为(取普朗克常量h＝6.6×10－34J·s，真空光速c＝3×108 m/s)()A．10－21．10－18 JC．10－15 JD．10－12 J解析：一个处于极紫外波段的光子的能量约为E＝hν＝h cλ≈2×10－18J，由题可知，光子的能量应比电离一个分子的能量稍大，因此数量级应一样．答案：B2. 三束单色光1、2和3的波长分别为λ1、λ2和λ3(λ1>λ2>λ3)．分别用这三束光照射同一种金属. 用光束2照射时，恰能产生光电子. 如下说法正确的答案是() A．用光束3照射时，一定不能产生光电子B．用光束1照射时，一定不能产生光电子C．用光束2照射时，光越强，产生的光电子的最大初动能越大D．用光束1照射时，光越强，单位时间内产生的光电子数目越多解析：依据波长与频率的关系：λ＝cν，因λ1＞λ2＞λ3，那么ν1<ν2<ν3.由于用光束2照射时，恰能产生光电子，因此用光束1照射时，不能产生光电子，而光束3照射时，一定能产生光电子，故A 错误，B 正确；用光束2照射时，光越强，单位时间内产生的光电子数目越多，而由光电效应方程：E km ＝hν－W 0可知，光电子的最大初动能与光的强弱无关，故C 错误；用光束1照射时，不能产生光电效应，故D 错误．答案：B3．(2017·江苏卷)质子(11H)和α粒子(42H)被加速到一样动能时，质子的动量______(选填“大于〞“小于〞或“等于〞)α粒子的动量，质子和α粒子的德布罗意波波长之比为______．解析：动量与动能的关系：p 2＝2mE k ，又质子的质量小于α粒子的质量，所以质子的动量小于α粒子的动量，且p 1p 2＝m 1m 2＝12；根据λ＝hp，可得质子和α粒子的德布罗意波波长之比为2∶1.答案：小于 2∶14.如下列图，阴极K 用极限波长λ0＝0.66 μm 的金属铯制成，用波长λ＝0.50 μm 的绿光照射阴极K ，调整两个极板间的电压，当A 板电压比阴极高出2.5 V 时，光电流达到饱和，电流表示数为0.64 μA.(1)求每秒钟阴极发射的光电子数和光电子飞出阴极时的最大初动能；(2)如果把照射阴极的绿光的光强增大为原来的2倍，求每秒钟阴极发射的光电子数和光电子飞出阴极的最大初动能．解析：(1)光电流达到饱和时，阴极发射的光电子全部到达阳极A ，阴极每秒钟发射的光电子的个数n ＝I max e ＝0.64×10－61.6×10－19个＝4.0×1012个．根据爱因斯坦光电方程，光电子的最大初动能为：12mv 2max ＝hν－W 0＝h c λ－h c λ0 ＝6.63×10－34×3×108×(10.50×10－6－10.66×10－6) J＝9.6×10－20J.(2)如果照射光的频率不变，光强加倍，根据光电效应实验规律，阴极每秒钟发射的光电子数n ′＝2n ＝8.0×1012个．光电子的最大初动能仍然为1mv2max＝9.6×10－20 J.2答案：(1)4.0×1012个9.6×10－20 J(2)8.0×1012个9．6×10－20 J。

第二节 光子班级 姓名 学号 评价【自主学习】一、 学习目标1.知道普朗克能量量子化假说和爱因斯坦的光子说，会用光子说解释光电效应现象.2.知道光电效应方程、意义并能够简单应用．二、 重点难点1．普朗克的能量量子化假说2．爱因斯坦光电效应方程三、 问题导学1. 什么是能量量子化假说2. 什么是光子假说3. 什么的光电效应方程？方程中各个量所代表的物理意义？四、 自主学习（阅读课本P33-35页，《金版学案》P34-36知识点1、2、3）1．1900年，德国物理学家__________在研究__________的辐射问题时，首次提出能量量子假说：物体热辐射所发出的电磁波的能量是__________的，只能是________的整数倍，________称为一个能量量子，其中ν是辐射频率，h ＝________________，称为普朗克常量．2．经典的电磁理论只能解释光是一种 ，它有干涉、衍射等波特有的现象，但它不能解释光电效应。

爱因斯坦对光电效应的解释是：光本身就是由一个一个不可分割的________组成的，每一个光的能量子被称为一个____________，这就是爱因斯坦的_________说。

3．爱因斯坦认为，在光电效应中，金属中的电子吸收一个频率为ν的光子获得的能量是_____，这些能量中的一部分用来克服金属的______ ，剩下的表现为逸出的光电子的_________，用公式表示为____________________，这就是著名的爱因斯坦光电效应方程。

五、 要点透析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，每一份叫做一个光量子，简称光子，光子的能量E=hν。

（2）逸出功：电子从金属中逸出所需做功的最小值，叫做该金属的逸出功。

（3）光电效应方程：E k= hν-Wo。

E k为光电子的初动能，Wo为金属的逸出功。

问题二光电效应与光的电磁理论的矛盾按光的电磁理论，应有：(1)光越强，光电子的初动能越大，遏止电压与光的强弱有关．(2)不存在极限频率，任何频率的光都能产生光电效应．(3)在光很弱时，放出电子的时间应远大于10－9s.【预习自测】1．能量为ε＝hν的光子被电子所吸收，电子把这些能量的一部分用来克服金属表面对它的吸引，另一部分就是电子离开金属表面时的动能．如果克服吸引力做功最少为W0，电子离开金属表面时最大初始动能为E k，则根据能量守恒定律可知：E k＝__2．若有光电子逸出，则光电子的最大初始动能必须大于零，即E k＝hν－W0>0，亦即hν>________，ν>________＝ν0，而ν0＝________恰好是光电效应的极限频率．3．E k－ν曲线．如图所示是光电子最大初始动能E k随入射光频率ν的变化曲线．这里，横轴上的截距是__ __ ___；纵轴上的截距是_ ____；斜率为_ ______ ____．课后拓展案第二节光子【巩固拓展】课本作业P35练习1、2、31.关于光电效应的说法中，正确的有 ( )A．要使光电效应发生，入射光子的能量必须大于原子的电离能B．极限频率的存在，可以表明电子对光子的吸收是一对一的C．增大入射光子的能量，光电子的最大初动能必随着增大D．电子对光子的吸收不存在能量的积累过程2.某频率的单色光照射到一块金属板表面时，能发生光电效应，测得光电子的最大初动能为2电子伏。

第一节光电效应班级姓名学号评价【自主学习】一、学习目标1.知道光电效应现象，能说出光电效应的实验规律.2.知道遏止电压的概念,会用遏止电压计算光电子的最大初动能.二、重点难点1.光电效应现象的基本规律三、问题导学1.什么是光电效应？2.光电效应有哪些规律？四、自主学习（阅读课本P28-32页，《金版学案》P30-31知识点1、2）1.光照射到金属表面上，能使金属中的_________从表面逸出，这种现象称之为____________，逸出的电子也叫____________，使电子脱离金属表面所做的功的最小值叫____________。

2.阴极发出的光电子被阳极收集，在回路中会形成电流，称为_________．3．对于每一种金属，只有当__________频率大于某一频率ν0时，才会产生__________．我们将ν0称为____________．4．在强度和频率一定的光照射下，回路中的光电流会随着反向电压的增加而________，并且当反向电压达到某一数值时，光电流将会____________．我们把这时的电压称为遏止电压，用符号U0表示．五、要点透析光电效应：在光的照射下物体发射电子的现象，叫做光电效应，发射出来的电子叫做光电子。

说明：(1)光电效应的实质是光现象转化为电现象。

(2)定义中的光包括可见光和不可见光。

光电效应的实验规律(1)任何一种金属都有一个极限频率ν0，入射光的频率必须__大于___ν0，才能产生光电效应，与入射光的强度及照射时间无关．(2)光电子的最大初始动能与入射光的强度__无关___，只与入射光的__频率__有关．(3)当产生光电效应时，单位时间内从金属表面逸出的电子数与入射光的强度_有关．(4)光电效应几乎是瞬时的，发生的时间一般不超过10－9 s.【预习自测】1.在演示光电效应的实验中，原来不带电的一块锌板与灵敏验电器相连，用弧光灯照射锌板时，验电器的指针张开了一个角度，如图所示，这时 ( )A．锌板带正电，指针带负电B．锌板带正电，指针带正电C．锌板带负电，指针带负电D．锌板带负电，指针带正电2．在光电效应实验中，如果需要增大光电子到达阳极时的速度，可采用的方法是（）A．增加光照时间．B．增大入射光的波长．C．增大入射光的强度．D．增大入射光频率．3.（双选）已知铯的极限频率为4.55×1014Hz，钠的极限频率为6.00×1014Hz，银的极限频率为1.15×1015Hz，铂的极限频率为1.53×1015Hz，当用波长为0.375μm的光照射它们时，可发生光电效应的是 ( )A．铯 B．钠 C．银 D．铂课后拓展案第一节光电效应【巩固拓展】课本作业P32练习1、2、31. （单选）对于任何一种金属，必须满足下列哪种条件，才能发生光电效应( )A．入射光的强度大于某一极限强度B．入射光的波长大于某一极限波长C．入射光照射时间大于某一极限时间D．入射光的频率大于某一极限频率2. （双选）用两束频率相同，强度不同的紫外线去照射两种不同金属，都能产生光电效应，则( )A．因入射光频率相同，产生光电子的最大初动能必相同B．用强度大的紫外线照射时，所产生的光电子的初速度一定大C．从极限波长较长的金属中飞出的光电子的初速度一定大D．由强度大的紫外线所照射的金属，单位时间内产生的光电子数目一定多3. （双选）用某一频率的绿光照射某金属时恰好能产生光电效应，则改用强度相同的蓝光和紫光分别照射该金属，下列说法正确的是 ( )A．用蓝光照射时，光电子的最大初动能比用紫光照射时小B．用蓝光和紫光照射时，在相同时间内逸出的电子数相同C．用蓝光照射时，在同样时间内逸出的电子数目较多D．用紫光照射时，在同样时间内逸出的电子数目较多课堂检测案第一节光电效应编制：连文娟审核：潘克祥班级姓名学号评价【课堂检测】光电效应与光电流1.如图所示，取一块锌板，用砂纸将其一面擦一遍，去掉表面的氧化层，连接在验电器上．(1)用弧光灯照射锌板，看到的现象为_____________________，说明__________________________________________．(2)在弧光灯和锌板之间插入一块普通玻璃板，再用弧光灯照射，看到的现象为____________________________________________，说明________________________________________________．(3)撤去弧光灯，换用白炽灯发出的强光照射锌板，并且照射较长时间，看到的现象为_______________________________________，说明________________________________________________．2.(单选)利用光电管研究光电效应实验如图所示，用频率为ν的可见光照射阴极K，电流表中有电流通过，则 ( )A ．用紫外线照射，电流表不一定有电流通过B ．用红光照射，电流表一定无电流通过C ．用频率为ν的可见光照射K ，当滑动变阻器的滑动触头移到A 端时，电流表中一定无电流通过D ．用频率为ν的可见光照射K ，当滑动变阻器的滑动触头向B 端滑动时，电流表示数可能不变 ● 【互动研讨】1．入射光频率决定着_ ____和光电子的__ _． 2．入射光的强度决定着_ ____； 3．饱和光电流决定着___ ____．第一节 光电效应班级 姓名 学号 评价● 【当堂训练】1．(双选)如图所示，用弧光灯照射锌板，验电器指针张开一个角度，则下列说法中正确的是 ( )A ．用紫外线照射锌板，验电器指针会发生偏转B ．用红光照射锌板，验电器指针会发生偏转C ．锌板带的是负电荷D ．使验电器指针发生偏转的是正电荷2．(双选)在光电效应现象中，下列说法中正确的是 ( )A ．入射光的强度越大，光电子的最大初动能越大B ．光电子的最大初动能随入射光的频率增大而增大C ．对于任何一种金属都存在一个“最大波长”，入射光的波长必须小于此波长，才能产生光电效应D ．对于某种金属，只要入射光的强度足够大，就会发生光电效应3．(双选)当用绿光照射光电管阴极K 时，可以发生光电效应，则下列说法正确的( )A ．增大绿光照射强度，光电子的最大初始动能增大B ．增大绿光照射强度，电路中光电流增大C ．改用比绿光波长大的光照射光电管阴极K 时，电路中一定有光电流D ．改用比绿光频率大的光照射光电管阴极K 时，电路中一定有光电流学习心得：课 堂训练案2019-2020学年高考物理模拟试卷一、单项选择题：本题共10小题，每小题3分，共30分．在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的1．如图所示，两平行导轨、竖直放置在匀强磁场中，匀强磁场方向竖直向上，将一根金属棒放在导轨上使其水平且始终与导轨保持良好接触，现在金属棒中通以变化的电流，同时释放金属棒使其运动．已知电流随时间变化的关系式为（为常数，），金属棒与导轨间的动摩擦因数一定．以竖直向下为正方向，则下面关于棒的速度、加速度随时间变化的关系图象中，可能正确的有A ．B ．C ．D ．2．如图所示，质量为2kg 的物体A 静止于动摩擦因数为0.25的足够长的水平桌而上，左边通过劲度系数为100N/m 的轻质弹簧与固定的竖直板P 拴接，右边物体A 由细线绕过光滑的定滑轮与质量为2.5kg 物体B 相连。

第一节 光电效应
情景导入
1905年，26岁的爱因斯坦发表了题为《关于光的产生和转化的一个启发性观点》的论文，提出了光的量子理论，认为光是一份一份地向外传播，每一份的能量是为E=hν，从而，使光的粒子说这个“涅槃凤凰”重又翱翔在物理学的天空.爱因斯坦是在什么背景下提出的光子说？
图2-1-1 爱因斯坦
简答：19世纪中叶，人们发现金属等材料在光照下会带电，这就是光电效应，对它的一系列现象用光的波动学说无法解释.（因为当时光的波动学说发展的相当完美），爱因斯坦开辟新的思路，提出了光子学说，并成功地解释了光电效应. 知识预览
⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧⎩⎨⎧与光强无关入射光的频率有关光电子的最大初动能与短光电效应产生的时间极的增大而增大光电流随入射光的强度效应一极限频率才发生光电当入射光的频率大于某规律电路中形成的电流在光电管两极形成回路
光电源发射出来的电子光电子几个概念子的现象物体在光照射下发射电
定义应效电光,,:::。

第二章 波粒二象性 对应学生用书页码波粒二象性错误!另一方面是应用光电效应方程进行简单的计算，处理该类问题关键是掌握光电效应的规律，明确各概念之间的决定关系。

1．光电效应的规律(1)极限频率ν0是能使金属发生光电效应的最低频率，这也是判断能否发生光电效应的依据。

若ν≤ν0，无论多强的光照射时，都不能发生光电效应；(2)最大初动能E k ，与入射光的频率和金属的逸出功有关，与光强无关；(3)饱和光电流与光的强度有关，光强正比于单位时间内照射到金属表面单位面积上的光子数。

2．光电子的最大初动能光电子的最大初动能跟入射光的能量h ν、金属逸出功W 0的关系为光电效应方程，表达式为12mv 2max ＝h ν0－W 0，反映了光电效应现象中的能量转化和守恒定律。

[例1] (广东高考)(双选)在光电效应实验中，用频率为ν的光照射光电管阴极，发生了光电效应。

下列说法正确的是A ．增大入射光的强度，光电流增大B ．减小入射光的强度，光电效应现象消失C ．改用频率小于ν的光照射，一定不发生光电效应D ．改用频率大于ν的光照射，光电子的最大初动能变大[解析] 根据光电效应规律可知，增大入射光的强度，光电流增大，A 项正确；减小入射光的强度，光电流减小，光电效应现象并不消失，B项错误；改用小于ν的入射光照射，如果入射光的频率仍然大于光电管阴极材料的极限频率，仍能发生光电效应，C项错误；由爱因斯坦光电效应方程可知，增大入射光的频率，光电子的最大初动能增大，D项正确。

[答案] AD(1)光具有粒子性，因此，光具有波粒二象性，对于光子这样的微观粒子只有从波粒二象性出发，才能统一说明光的各种行为。

(2)在光的干涉现象中，若曝光时间不长，在底片上只出现一些不规则的点，这些点表示光子的运动跟宏观的质点不同。

但曝光时间足够长时，底片上出现了有规律的干涉条纹。

可见，光的波动性是大量光子表现出来的现象。

(3)在干涉条纹中，光强大的地方，光子到达的机会多，或者说光子出现的概率大。

高中物理第2章《波粒二象性》章末小结粤教版选修351．(双选)光电效应的实验结论是：对于某种金属( )A．无论光强多强，只要光的频率小于极限频率就不能产生光电效应B．无论光的频率多低，只要光照时间足够长就能产生光电效应C．超过极限频率的入射光强度越弱，所产生的光电子的最大初动能就越小D．超过极限频率的入射光频率越高，所产生的光电子的最大初动能就越大解析：每种金属都有它的极限频率，只有入射光子的频率大于极限频率时，才会发生光电效应，且入射光的强度越大则产生的光子数越多，光电流越强；由光电效应方程E k＝hν－W＝hν－h，可知入射光子的频率越大，产生的光电子的最大初动能也越大，与入射光的强度无关，所以A、D正确．答案：AD2．根据爱因斯坦光子说，光子能量ε等于(h为普朗克常量，c、λ为真空中的光速和波长)( )A．h cλB．hλcC．hλ D.hλ解析：由爱因斯坦光子说知，光子的能量ε＝hν，而c＝νλ.故ε＝h cλ，A项正确．答案：A3．(双选)关于光的波动性与粒子性，以下说法正确的是( )A．爱因斯坦的光子说否定了光的电磁说B．光电效应现象说明了光的粒子性C．频率越高的电磁波，粒子性越显著D．波长越长的电磁波，粒子性越显著解析：光电效应说明了光具有粒子性，爱因斯坦的光子说并没有否定光的电磁说，故A 错，B对．波长越长(或频率越低)的电磁波波动性越显著，故C对，D错．答案：BC4．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解析：由图象知甲光、乙光对应的遏止电压相等，且小于丙光对应的遏止电压，所以甲光和乙光对应的光电子最大初动能相等且小于丙光的光电子最大初动能，故D 项错误；根据爱因斯坦光电效应方程E k ＝hν－W 0知甲光和乙光的频率相等，且小于丙光的频率，故A 错误，B 正确；而截止频率是由金属决定的与入射光无关，故C 错误．答案：B5．(双选)关于物质波，下列说法中正确的是( )A ．实物粒子与光子一样都具有波粒二象性，所以实物粒子与光子是相同本质的物体B ．物质波和光波都是概率波C ．粒子的动量越大，其波动性越易观察D ．粒子的动量越小，其波动性越易观察解析：实物粒子虽然与光子具有某些相同的现象，但粒子是实物，而光则是传播着的电磁波，其本质不同；物质波和光波都是概率波；又由λ＝h p可知，p 越小，λ越大，波动性越明显，正确选项为B 、D.答案：BD6．现有a 、b 、c 三束单色光，其波长关系为λa >λb >λc .用b 光束照射某种金属时，恰能发生光电效应．若分别用a 光束和c 光束照射该金属，则可以断定( ) A ．a 光束照射时，不能发生光电效应B ．c 光束照射时，不能发生光电效应C ．a 光束照射时，释放出的光电子数目最多D ．c 光束照射时，释放出的光电子的最大初动能最小解析：要发生光电效应，必须使入射光的频率大于金属的极限频率，由ν＝c λ可知，νa <νb <νc ，b 光恰能发生光电效应时，c 光一定能发生光电效应，a 光一定不能发生光电效应．答案：A7．关于光电效应，下列说法正确的是( )A ．极限频率越大的金属材料逸出功越大B ．只要光照射的时间足够长，任何金属都能产生光电效应C ．从金属表面出来的光电子的最大初动能越大，这种金属的逸出功越小D ．入射光的光强一定时，频率越高，单位时间内逸出的光电子数就越多解析：由W 0＝hν0可知选项A 正确；要发生光电效应，必须使入射光的频率大于金属的极限频率，跟其他量无关，选项B 错误；由光效应方程hν＝12mv 2max ＋W 0得从金属表面出来的光电子的最大初动能跟这种金属的逸出功和入射光的频率有关，选项C 错误；入射光强度跟入射光的频率和光子数有关，当光强一定时，频率越高，光子数越少，单位时间内逸出的光电子数就越少，故选项D 错误．答案：A8．(双选)从光的波粒二象性出发，下列说法正确的是( )A ．光是高速运动的微观粒子，每个光子都具有波粒二象性B ．光的频率越高，光子的能量就越大C ．在光的干涉中，出现暗条纹的地方是光子不会到达的地方D ．在光的干涉中，出现亮条纹的地方是光子到达概率最大的地方解析：光是电磁波，不是微观粒子，A 错．由ε＝hν可知B 对．干涉图样中的暗条纹是光子到达概率小的地方，而亮条纹是光子到达概率大的地方，故C 错，D 对．答案：BD9．(双选)下列叙述的情况正确的是( )A ．光的粒子性说明每个光子就像一个极小的球体一样B．光是波，与橡皮绳上的波类似C．光是一种粒子，它和物质作用是“一份一份”进行的D．光子在空间各点出现的可能性大小(概率)，可以用波动的规律来描述解析：光的粒子性说明光是一种粒子，但到达空间某位置的概率遵守波动规律，与宏观概念的粒子和波有着本质的不同，所以选项A、B错误，D正确；根据光电效应可知，光是一种粒子，光子与电子的作用是一对一的关系，所以选项C正确．答案：CD。