高中物理第四章波粒二象性光电效应与光量子假说导学案教科选修

3 光的波粒二象性[目标定位] 1.了解康普顿效应及其意义，了解光子理论对康普顿效应的解释.2.知道光的波粒二象性，知道波和粒子的对立统一的关系.3.了解什么是概率波，知道光也是一种概率波.1．康普顿效应(1)光的散射：光子在介质中和物体微粒相互作用，使光的传播方向发生偏转，这种现象叫光的散射．(2)康普顿效应：X射线经物质散射后波长变长的现象．2．光的波粒二象性(1)光既具有波动性，又具有粒子性，即光具有波粒二象性．(2)光的波动性的证明：光能发生干涉、衍射和色散等波特有的现象．(3)光的粒子性的证明：光在与其他物质相互作用时，能量和动量是以一份一份的形式进行交换的．光电效应现象和康普顿效应证明光具有粒子性．3．光子的能量ε＝hν，动量p＝hλ，两式左侧的ε和p描述光的粒子性，右侧的ν和λ描述光的波动性，两式把粒子性和波动性紧密地联系了起来．4．光是一种概率波在双缝干涉实验中，屏上亮纹的地方，是光子到达概率大的地方，暗纹的地方是光子到达概率小的地方．所以光波是一种概率波，即光波在某处的强度代表着光子在该处出现概率的大小．预习完成后，请把你疑惑的问题记录在下面的表格中问题1问题2问题3一、对康普顿效应的理解康普顿效应不仅有力地验证了光子理论，而且也证实了微观领域的现象，也严格遵循能量守恒和动量守恒定律．康普顿效应深刻揭示出光具有粒子性的一面．【例1】康普顿效应证实了光子不仅具有能量，也有动量．图1给出了光子与静止电子碰撞后，电子的运动方向，则碰撞后光子可能沿方向________运动，并且波长________(填“不变”“变短”或“变长”)．图1答案 1 变长解析因光子与电子的碰撞过程动量守恒，所以碰撞后光子和电子的总动量的方向与光子碰撞前动量的方向一致，可见碰撞后光子运动的方向可能沿1方向，不可能沿2或3方向；通过碰撞，光子将一部分能量转移给电子，光子的能量减少，由ε＝hν知，频率变小，再根据c＝λν知，波长变长．二、对光的波粒二象性的理解【例2A．大量光子的行为往往表现出波动性，个别光子的行为往往表现出粒子性B．光在传播时是波，而与物质相互作用时就转变成粒子C．高频光是粒子，低频光是波D．波粒二象性是光的根本属性，有时它的波动性显著，有时它的粒子性显著答案 AD解析 光的波粒二象性指光有时候表现出的粒子性较明显，有时候表现出的波动性较明显，D 正确；大量光子的效果往往表现出波动性，个别光子的行为往往表现出粒子性，A 正确；光在传播时波动性显著，光与物质相互作用时粒子性显著，B 错误；频率高的光粒子性显著，频率低的光波动性显著，C 错误． 借题发挥 解答此类问题的关键是要理解以下知识要点：(1)光是一种波，同时也是一种粒子，也就是说光具有波粒二象性；(2)光的波动性在光的传播过程中体现出来，具有一定的波长和频率，能够发生干涉和衍射现象；(3)光的粒子性在它与物质的相互作用时体现出来，光子具有一定的能量(ε＝hν)和动量⎝ ⎛⎭⎪⎫p ＝h λ. 针对训练 有关光的本性，下列说法正确的是( )A ．光既具有波动性，又具有粒子性，这是互相矛盾和对立的B ．光的波动性类似于机械波，光的粒子性类似于质点C ．大量光子才具有波动性，个别光子只具有粒子性D ．由于光既具有波动性，又具有粒子性，无法只用其中一种去说明光的一切行为，只能认为光具有波粒二象性答案 D解析 19世纪初，人们成功地在实验中观察到了光的干涉、衍射现象，这属于波的特征，微粒说无法解释．但到了19世纪末又发现了光的新现象——光电效应，证实光具有粒子性．这种现象波动说不能解释，因此，光既具有波动性，又具有粒子性，但不同于宏观的机械波和机械粒子．波动性和粒子性是光在不同的情况下的不同表现，是同一物体的两个不同侧面，不同属性，我们无法用其中的一种去说明光的一切行为，只能认为光具有波粒二象性．选D.三、对光是概率波的理解1．单个粒子运动的偶然性：我们可以知道粒子落在某点的概率，但不能预言粒子落在什么位置，即粒子到达什么位置是随机的，是预先不能确定的．2．大量粒子运动的统计规律：光在传播过程中，光子在空间出现的概率可以通过波动规律确定，所以光是一种概率波．【例3】 (多选)在单缝衍射实验中，中央亮纹的光强占从单缝射入的整个光强的95%以上，假设现在只让一个光子通过单缝，那么该光子( )A ．一定落在中央亮纹处B ．一定落在亮纹处C ．可能落在暗纹处D ．落在中央亮纹处的可能性最大答案 CD解析 根据光波是概率波的概念，对于一个光子通过单缝落在何处，是不确定的，但概率最大的是落在中央亮纹处．当然也可落在其他亮纹处，还可能落在暗纹处，不过，落在暗纹处的概率很小，故C 、D 选项正确.对康普顿效应的理解1．(多选)关于康普顿效应，下列说法正确的是( )A．康普顿在研究X射线散射时，发现散射光的波长发生了变化，为波动说提供了依据B．X射线散射时，波长改变了多少与散射角有关C．发生散射时，波长较短的X射线或γ射线入射时，产生康普顿效应D．爱因斯坦的光子说能够解释康普顿效应，所以康普顿效应支持粒子说答案BCD解析美国物理学家康普顿在研究X射线散射时，发现散射光波长发生了变化，这种现象用波动说无法解释，用光子说却可以解释，A错，波长改变的多少与散射角有关，B对．当波长较短时发生康普顿效应，较长时发生光电效应，C对、D对．对光的波粒二象性的理解2．下列有关光的波粒二象性的说法中，正确的是( )A．有的光是波，有的光是粒子B．光子与电子是同样的一种粒子C．光的波长越长，其波动性越显著；波长越短，其粒子性越显著D．大量光子的行为往往显示出粒子性答案 C解析一切光都具有波粒二象性，光的有些行为(如干涉、衍射)表现出波动性，光的有些行为(如光电效应)表现出粒子性．所以，不能说有的光是波，有的光是粒子，虽然光子与电子都是微观粒子，都具有波粒二象性，但电子是实物粒子，有静止质量，光子不是实物粒子，没有静止质量，电子是以实物形式存在的物质，光子是以场形式存在的物质，所以，不能说光子与电子是同样的一种粒子．光的波粒二象性的理论和实验表明，大量光子的行为表现出波动性，个别光子的行为表现出粒子性．光的波长越长，衍射性越好，即波动性越显著，光的波长越短，其光子能量越大，个别或少数光子的作用就足以引起光接收装置的反应，所以其粒子性就很显著．故选项C正确，A、B、D错误．3．关于光的波粒二象性，下列说法中不正确的是( )A．波粒二象性指光有时表现为波动性，有时表现为粒子性B．光波频率越高，粒子性越明显C．能量越大的光子其波动性越显著D．个别光子易表现出粒子性，大量光子易表现出波动性答案 C解析波粒二象性指光有时候表现出的粒子性较明显，有时候表现出的波动性较明显，或者说在某种场合下光的粒子性表现明显，在另外某种场合下，光的波动性表现明显．个别光子易表现出粒子性，大量光子易表现出波动性，A、D说法正确；光的频率越高，能量越高，粒子性相对波动性越明显，B说法正确、C 说法错误.(时间：60分钟)题组一 康普顿效应1．白天的天空各处都是亮的，是大气分子对太阳光散射的结果．美国物理学家康普顿由于在这方面的研究而荣获了1927年的诺贝尔物理学奖，假设一个运动的光子和一个静止的自由电子碰撞以后，电子向某一个方向运动，光子沿另一方向散射出去，则这个散射光子跟原来的光子相比( )A. 频率变大B ．速度变小C ．光子能量变大D. 波长变长答案 D解析 光子与自由电子碰撞时，遵守动量守恒和能量守恒，自由电子碰撞前静止，碰撞后动量、能量增加，所以光子的动量、能量减小，由λ＝h p，ε＝hν可知光子频率变小，波长变长，故D 正确，由于光子速度是不变的，故B 错误．2．光电效应和康普顿效应都包含有电子与光子的相互作用过程，对此下列说法正确的是( )A ．两种效应中电子与光子组成的系统都服从动量守恒定律和能量守恒定律B ．两种效应都相当于电子与光子的弹性碰撞过程C ．两种效应都属于吸收光子的过程D ．光电效应是吸收光子的过程，而康普顿效应相当于光子和电子弹性碰撞的过程答案 D解析 光电效应吸收光子放出电子，其过程能量守恒，但动量不守恒，康普顿效应相当于光子与电子弹性碰撞的过程，并且遵守动量守恒定律和能量守恒定律，两种效应都说明光具有粒子性．故D 正确．3．科学研究证明，光子有能量也有动量，当光子与电子碰撞时，光子的一些能量转移给了电子．假设光子与电子碰撞前的波长为λ，碰撞后的波长为λ′，则碰撞过程中( )A ．能量守恒，动量不守恒，且λ＝λ′B ．能量不守恒，动量不守恒，且λ＝λ′C ．能量守恒，动量守恒，且λ<λ′D ．能量守恒，动量守恒，且λ>λ′答案 C解析 能量守恒和动量守恒是自然界的普遍规律，适用于宏观世界也适用于微观世界．光子与电子碰撞时遵循这两个守恒定律．光子与电子碰撞前光子的能量ε＝hν＝h c λ，当光子与电子碰撞时，光子的一些能量转移给了电子，光子的能量ε′＝hν′＝h c λ′，由ε>ε′可知λ<λ′，选项C 正确． 题组二 光的波粒二象性4．(多选)说明光具有粒子性的现象是( )A ．光电效应B ．光的干涉C．光的衍射 D．康普顿效应答案AD5．(多选)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．光波不同于机械波，它是一种概率波D．光的波动性和粒子性是相互矛盾的，无法统一答案BC解析爱因斯坦的光子说并没有否定电磁说，只是在一定条件下光是体现粒子性的，A错；光电效应说明光具有粒子性，说明光的能量是一份一份的，B对；光波在少量的情况下体现粒子性，大量的情况下体现波动性，所以C对；光的波动性和粒子性不是孤立的，而是有机的统一体，D错．6．下列关于光的波粒二象性的理解，正确的是( )A．大量的光子中有些光子表现出波动性，有些光子表现出粒子性B．光在传播时是波，而与物质相互作用时就转变成粒子C．高频光是粒子，低频光是波D．波粒二象性是光的属性，有时它的波动性显著，有时它的粒子性显著答案 D解析光的波粒二象性是光的属性，不论其频率的高低还是光在传播或者是与物质相互作用，光都具有波粒二象性，大量光子的效果易呈现出波动性，个别光子的效果易表现出粒子性，光的频率越高，粒子性越强，光的频率越低，波动性越强，故A、B、C错误，D正确．7．关于光的本性，下列说法正确的是( )A．波动性和粒子性是相互矛盾和对立的，因此光具有波粒二象性是不可能的B．光的波动性类似于机械波，光的粒子性类似于质点C．大量光子具有波动性，个别光子具有粒子性D．γ射线具有显著的粒子性，而不具有波动性答案 C解析由光的波粒二象性可知：光是同时具有波粒二象性的．但是不同于宏观的机械波和宏观粒子，波动性和粒子性是光在不同情况下的表现，是同一客观事物的两个侧面．我们无法用一种学说去说明光的所有行为，只能认为光具有波粒二象性．实际上光是一种概率波，即少数光子的行为表现出粒子性，大量光子的行为表现出波动性．综上所述选项C正确．8．(多选)关于光的性质，下列叙述中正确的是( )A．在其他同等条件下，光的频率越高，衍射现象越容易看到B．频率越高的光，粒子性越显著；频率越低的光，波动性越显著C．大量光子产生的效果往往显示出波动性，个别光子产生的效果往往显示出粒子性D．如果让光子一个一个地通过狭缝时，它们将严格按照相同的轨道和方向做极有规则的匀速直线运动答案BC解析光具有波粒二象性，频率越高，粒子性越显著；少量光子表现出粒子性，但光子的波粒二象性是本身固有的．9．(多选)在验证光的波粒二象性的实验中，下列说法正确的是( )A．使光子一个一个地通过单缝，如果时间足够长，底片上会出现衍射图样B．单个光子通过单缝后，底片上会出现完整的衍射图样C．光子通过单缝的运动路线像水波一样起伏D．单个光子通过单缝后打在底片上的情况呈现出随机性，大量光子通过单缝后打在底片上的情况呈现出规律性答案AD10．(多选)为了验证光的波粒二象性，在双缝干涉实验中将光屏换成照相底片，并设法减弱光的强度，下列说法正确的是( )A．使光子一个一个地通过双缝干涉实验装置的单缝，如果时间足够长，底片上将出现双缝干涉图样B．使光子一个一个地通过双缝干涉实验装置的单缝，如果时间很短，底片上将出现不太清晰的双缝干涉图样C．大量光子的运动显示光的波动性，个别光子的运动显示光的粒子性D．光只有波动性没有粒子性答案AC解析光的波动性是统计规律的结果，对个别光子我们无法判断它落到哪个位置；对于大量光子遵循统计规律即对大量光子的运动或曝光时间足够长，显示出光的波动性．高考理综物理模拟试卷注意事项：1. 答题前，考生先将自己的姓名、准考证号填写清楚，将条形码准确粘贴在考生信息条形码粘贴区。

2. 光电效应与光的量子说-教科版选修3-5教案教学目标1.理解光的波粒二象性，知道波粒二象性假说的提出背景、内容和实验支持。

2.掌握光电效应的基本概念、实验现象、经典解释和量子解释。

3.能够应用光电效应探究光的性质和物质结构。

4.培养学生科学实验精神和探究精神，提高实验操作能力。

课时安排本课时为一次实验课，建议两个课时完成。

教学过程导入掌声欢迎老师走进教室！进入教室后，老师对学生进行简单的自我介绍，并向学生介绍本次实验的主题：光电效应与光的量子说。

实验步骤1.实验前准备a.两组不同的扩散器b.同种桩前后加砖两砖制成“矮墙”c.电源、万用表、导线等实验仪器材料d.一些光源：白炽灯光源、酒精灯、激光笔、高压氙气灯等e.工具：剪刀、尺子、胶带等2.实验过程a.分组进行实验。

b.实验一：把光源（白炽灯光源、酒精灯、激光笔、高压氙气灯等）分别放在扩散器的一端，或者在扩散器的中间向左右两边轻轻扫动，观察隔板另一端的矮墙上是否出现明暗条纹。

c.实验二：把白炽灯光源的光强调大到最大，用万用表分别进行正常电极接入和反过来电极接入光电池的伏安特性测量，记录下电压和电流的值。

d.将以上实验的结果进行数据分析和讨论。

实验结果分析及讨论光的波粒二象性光既有波动性又有粒子性，这个结论听起来有些奇怪。

在实验一中我们用不同的光源在扩散器的一端站了几个位置进行观察，可以发现，有些位置隔板另一侧的矮墙上出现了明暗条纹，说明光并不是沿直线传播的，而是像波浪一样散射出去。

而同时当些位置不出现明暗条纹，说明光的传播是呈现直线的，像粒子一样沿着直线运动。

光电效应实验二记录了光电池的伏安特性数据，坐标系上横坐标是光电池的电压，纵坐标是光电池的电流。

通过数据观察和分析可以得到结论，光子是粒子，具有能量和动量，是实质的物质。

同时还得出结论，电子离开金属表面的能量取决于光的频率，与光的强度无关。

这就是光电效应的经典解释。

光的量子说光电效应经过许多研究人员的探究和实验，最后发现了一个比较令人满意的解释：光是由一些离散能量的粒子（即光子）构成的。

1 量子概念的诞生2 光电效应与光的量子说一、热辐射、黑体与黑体辐射1．热辐射我们周围的一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与物体的温度有关．2．黑体指能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生全反射的物体．3．一般材料物体的辐射规律辐射电磁波的情况除与温度有关外，还与材料的种类及表面状况有关．4．黑体辐射的实验规律黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关，如图所示．(1)随着温度的升高，各种波长的辐射强度都增加．(2)随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动．在火炉旁边有什么感觉？投入炉中的炭块颜色怎样变化？说明了什么问题？提示：我们靠近火炉时，马上会感到热，这是由于炉中燃烧的炭块在向外辐射能量．我们观察投入炉中炭块的颜色，当温度较低时，炭块呈暗红色，随着温度的不断升高，它变得赤红，橙红，到最后由黄色变成白色，这表明炭块是以电磁波的形式向外辐射能量，而且在不同温度下辐射强度按电磁波波长有不同的分布．二、能量子1．定义普朗克认为，振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整数倍，当带电微粒辐射或吸收能量时，也是以这个最小能量值为单位一份一份地辐射或吸收的，这个不可再分的最小能量值ε叫做能量子．2．能量子大小ε＝hν，其中ν是电磁波的频率，h称为普朗克常量．h＝6.626×10－34J·s(一般取h＝6.63×10－34J·s)．3．能量的量子化在微观世界中能量是量子化的，或者说微观粒子的能量是分立的．三、光电效应的实验规律1．光电效应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．2．光电子光电效应中发射出来的电子．3．爱因斯坦对光电效应的解释(1)存在着饱和光电流：在光的颜色不变的情况下，入射光越强，饱和电流越大．这表明对于一定颜色的光，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：光电子的最大初动能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能发生光电效应．(3)光电效应具有瞬时性：光电效应几乎是瞬时发生的，从光照射到产生光电流的时间不超过10－9s.4．逸出功使电子脱离某种金属所做功的最小值． 不同金属的逸出功不同．将锌板与验电器连在一起，然后用紫外线灯照射锌板，会发现一个奇妙的现象，验电器的指针发生了偏转，这一现象说明锌板在紫外线照射下带电了．为什么会这样呢？提示：这一现象就是著名的光电效应现象，进一步的研究表明，在光照的情况下，从锌板上有电子逸出，锌板带上了正电荷．四、爱因斯坦的光子说与光电效应方程 1．光子说光不仅在发射和吸收时能量是一份一份的，而且光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，频率为ν的光的能量子为hν，这些能量子被称为光子．2．爱因斯坦的光电效应方程 (1)表达式：hν＝12mv 2＋A .(2)物理意义：金属中电子吸收一个光子获得的能量是hν，这些能量一部分用于克服金属的逸出功A ，剩下的表现为逸出后电子的初动能E k .考点一黑体辐射的规律(1)对黑体的理解：绝对的黑体实际上是不存在的，但可以用某装置近似地代替．如图所示，如果在一个空腔壁上开一个小孔，那么射入小孔的电磁波在空腔内表面会发生多次反射和吸收，最终不能从空腔射出，这个小孔就成了一个绝对黑体．(2)对黑体辐射的理解：任何物体都具有不断辐射、吸收、反射电磁波的本领．辐射出去的电磁波在各个波段是不同的，也就是具有一定的谱分布．这种谱分布与物体本身的特性及其温度有关，因而被称为热辐射．(3)一般物体与黑体的比较：(4)对热辐射的理解①在任何温度下，任何物体都会发射电磁波，并且其辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同，这是热辐射的一种特性．在室温下，大多数物体辐射的是不能引起视觉的波长较长的电磁波——红外光；但当物体被加热到500 ℃左右时，开始发出暗红色的可见光．随着温度的不断上升，辉光逐渐亮起来，而且热辐射中较短波长的成分越来越多，即能引起视觉的电磁波越来越多，大约在1 500 ℃时变成明亮的白炽光．这说明同一物体在一定温度下所辐射的能量在不同光谱区域的分布是不均匀的，而且温度越高光谱中与能量最大的辐射相对应的频率也越高．②在一定温度下，不同物体所辐射的光谱成分有显著的不同．例如，将钢加热到约800 ℃时，就可观察到明亮的红色光，但在同一温度下，熔化的水晶却不辐射可见光．【例1】(多选)下列叙述正确的是( )A．一切物体都在辐射电磁波B．一般物体辐射电磁波的情况只与温度有关C．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关D．黑体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波根据热辐射的定义及黑体辐射的实验规律直接判断即可．【解析】根据热辐射的定义，A正确；因为一般物体辐射电磁波的情况除与温度有关外，还与材料种类和表面状况有关，而黑体辐射只与黑体的温度有关，故B错误，C正确；根据黑体的定义知D正确．【答案】ACD总结提能黑体同其他物体一样也在辐射电磁波，黑体的辐射规律最为简单，黑体辐射强度只与温度有关．下列描绘两种温度下黑体辐射强度与波长关系的图中，符合黑体辐射规律的是( A )解析：根据黑体辐射的规律，温度越高，辐射强度越大，辐射出的波频率高的比例增大，即波长小的波比例增大，故选A.考点二能量子的理解和计算1．能量子：超越牛顿的发现(1)普朗克的量子化假设：①能量子：振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整数倍．例如，可能是ε或2ε、3ε……当带电微粒辐射或吸收能量时，也是以这个最小能量值为单位一份一份地辐射或吸收的．这个不可再分的最小能量值ε叫做能量子；②能量子公式：ε＝hν，ν是电磁波的频率，h是一个常量，称为普朗克常量，其值h＝6.63×10－34J·s；③能量的量子化：在微观世界中能量不能连续变化，只能取分立值，这种现象叫做能量的量子化．(2)能量子假说的实验证实：普朗克公式与实验结果比较，发现它与实验结果“令人满意地相符”．如图所示，曲线是根据普朗克的公式作出的，小圆代表实验值．(3)普朗克的能量子假说的意义：普朗克的能量子假说，使人类对微观世界的本质有了全新的认识，对现代物理学的发现产生了革命性的影响．2．能量的量子化微观粒子的能量与宏观世界的能量的认识不同．例如，一个宏观的弹簧振子，把小球推离平衡位置后开始振动，能量为E.第二次我们可以把它推得稍远一些，使它振动的能量稍多一些，例如1.2E或1.3E.推得更远，能量更大．弹簧振子的能量不是某一个最小值的整数倍．只要在弹性限度内，我们可以把小球推到任何位置，其能量可以是任何值．即对弹簧振子的能量，我们说能量值是连续的；而普朗克的假说则认为，微观粒子的能量是量子化的，或说微观粒子的能量是分立的．【例2】一盏电灯发光功率为100 W，假设它发出的光向四周均匀辐射，光的平均波长λ＝6.0×10－7m，在距电灯10 m远处，以电灯为球心的球面上，1 m2的面积每秒通过的光子(能量子)数约为( )A．2×1017B．2×1016C．2×1015D．2×10231．每个光子的能量是多少？2．电灯每秒钟产生的光能是多少，这些光能包含多少个光子？【解析】光是电磁波，辐射能量也是一份一份进行的，100 W灯泡每秒产生光能E＝100 J，设电灯每秒发出的光子数为n，E＝nhν＝nh cλ，在以电灯为球心的球面上，1 m2的面积每秒通过的光子(能量子)数n′＝n4πr2，n′＝Eλ4πr2hc＝100×6.0×10－74×3.14×102×6.63×10－34×3×108≈2×1017(个)．【答案】 A总结提能 此类题一定要注意空间想象能力，并把画面想象出来．同时要注意关键字眼，如“每秒”“1 m 2”的理解．太阳光垂直射到地面上时，地面上1 m 2接收的太阳光的功率是1.4 kW ，其中可见光部分约占45%.(1)假设认为可见光的波长约为0.55 μm，日地间距离R ＝1.5×1011m ．普朗克常量h ＝6.6×10－34J·s，估算太阳每秒辐射出的可见光光子数为多少？(2)若已知地球的半径为6.4×106m ，估算地球接收的太阳光的总功率． 答案：(1)4.9×1044个 (2)1.8×1014kW解析：(1)设地面上垂直阳光的每平方米面积上每秒接收的可见光光子数为n ，则有P ×45%＝nh cλ.解得：n ＝0.45λP hc ＝0.45×0.55×10－6×1.4×1036.6×10－34×3×108个·m －2＝1.75×1021 个·m －2. 则所求可见光光子数N ＝n ·4πR 2＝1.75×1021×4×3.14×(1.5×1011)2＝4.9×1044(个)．(2)地球接收阳光的总功率P 地＝P πr 2＝1.4×3.14×(6.4×106)2kW≈1.8×1014kW.考点三 光电效应现象及其实验规律1．光电效应如图所示，用紫外线灯照射锌板，与锌板相连的验电器就带正电，即锌板也带正电，这说明锌板在光的照射下发射了电子．(1)定义：在光的照射下物体的电子逸出的现象，叫做光电效应，逸出的电子叫做光电子．(2)光电效应的实验电路实验电路如图所示，阴极K和阳极A是密封在真空玻璃管中的两个电极，K在受到光照时能够发射光电子，电源加在K与A之间，其电压通过分压电路可调，正负极可以对调．电源按图示极性连接时，阳极A吸收阴极K发射的光电子，在电路中形成光电流，电流表可测量光电流．2．光电效应的实验规律(1)实验结果①饱和电流在入射光的强度与频率不变的情况下，I－U的实验曲线如图所示．曲线表明，当加速电压U增加到一定值时，光电流达到饱和值I m.这是因为单位时间内从阴极K逸出的光电子全部到达阳极A.若单位时间内从阴极K 上逸出的光电子数目为n ，则饱和电流I m ＝ne .式中e 为一个电子的电荷量，另一方面，当电压U 减小到零，并开始反向时，光电流并没有降为零，这就表明从阴极K 逸出的光电子具有初动能．所以尽管有电场阻碍它们运动，仍有部分光电子到达阳极A.②遏止电压当反向电压等于U c 时，就能阻止所有的光电子飞向阳极A ，使光电流降为零，这个电压叫遏止电压，它使具有最大初速度的电子也不能到达阳极A.如果不考虑在测量遏止电压时回路中的接触电势差，那么我们就能根据遏止电压U c 来确定电子的最大初速度和最大初动能，即E km ＝12mv 2m ＝eU c .③光的频率相同时，光电子的最大初动能相同在用相同频率不同强度的光去照射阴极K 时，得到的I －U 曲线如图1所示．它显示出对于不同强度的光，U c 是相同的．这说明同频率、不同强度的光所产生的光电子的最大初动能是相同的．④截止频率(极限频率)用不同频率的光去照射阴极K 时，实验结果是：频率越高，U c 越大，如图2所示；并且ν与U c 呈线性关系，如图3所示．频率低于νc 的光，不论强度多大，都不能产生光电子，因此，νc 称为截止频率，对于不同的材料，截止频率不同．(2)实验规律①饱和电流I m的大小与入射光的强度成正比，也就是单位时间内逸出的光电子数目与入射光的强度成正比．②光电子的最大初动能(或遏止电压)与入射光线的强度无关(如图1所示，图中I O1、I O2、I O3表示入射光强度)，而只与入射光的频率有关．频率越高，光电子的初动能就越大(见图3)．③频率低于νc的入射光，无论光的强度多大，照射时间多长，都不能使光电子逸出．④光的照射和光电子的逸出几乎是同时的，在测量的精度范围内(<10－9s)观察不出这两者间存在滞后现象．【例3】利用光电管研究光电效应实验，如图所示，用频率为ν1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，电流表中不一定有电流通过B．用红外线照射，电流表中一定无电流通过C．用频率为ν1的可见光照射阴极K，当滑动变阻器的滑动触头移到a端，电流表中一定无电流通过D．用频率为ν1的可见光照射阴极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光电效应实验中发现，入射光的频率越高，越易发生光电效应，且光电流达到最大值时，不会再增大．【解析】因为紫外线的频率比可见光的频率高，所以用紫外线照射时，电流表中一定有电流通过，A错误．因为不知道阴极K的截止频率，所以用红外线照射时，不一定发生光电效应，B错误．即使U AK＝0，电流表中也有电流，C错误．当滑动触头向b端滑动时U AK增大，阳极A吸收光电子的能力增强，光电流会增大，当射出的所有光电子都能到达阳极A时，光电流达到最大，即饱和电流，若在滑动前，光电流已经达到饱和电流，那么再增大U AK，光电流也不会增大，D正确．故正确答案为D.【答案】 D总结提能理解好实验现象，理解好光电效应发生的条件是解题的关键．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( B )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，指针带正电解析：发生光电效应时有电子从锌板上跑出来，使锌板及验电器的指针都带正电，B正确．考点四 光电效应方程的理解和应用1．光子说(1)内容：光不仅在发射和吸收时能量是一份一份的，而且光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，这些能量子称为光子．(2)公式：光子的能量ε＝hν，h 为普朗克常量，ν为光的频率，h ＝6.626×10－34 J·s. 2．光电效应方程(1)表达式：E k ＝hν－W 0.(2)理解：①在光电效应中，金属中的电子吸收一个光子的能量hν，这些能量中的一部分用来克服金属的逸出功W 0，剩下的表现为逸出后电子的初动能E k .②光电效应方程包含了产生光电效应的条件：E k ＝hν－W 0>0，亦即hν>W 0，ν>W 0h ＝νc ，而νc ＝W 0h就是金属的截止频率．(3)最大初动能E k发生光电效应时，电子克服金属原子核的引力逸出时，具有的动能大小不同，金属表面上的电子吸收光子后直接逸出时具有的动能最大，称为最大初动能，用E k 表示．即逸出的电子动能在0～E k 之间．3．光电效应曲线(1)E k －ν曲线①爱因斯坦光电效应方程表明，光电子的最大初动能E k 与入射光的频率ν成线性关系，与光强无关，如图所示，由光电效应方程知，当hν>W 0时，E k >0，即有电子逸出，截止频率νc ＝W 0h.②电子一次性吸收光子的全部能量，不需要积累能量的时间，光电流自然几乎是瞬时产生的．③光强较大时，包含的光子数较多，照射金属时产生的光电子较多，因而饱和电流大，所以饱和电流与光强成正比．根据光电效应方程知：E k ＝hν－W 0，光电子的最大初动能E k 与入射光的频率ν呈线性关系，即E k －ν图象是一条直线．上图是光电子最大初动能E k 随入射光频率ν的变化曲线．横轴上的截距是阴极金属的截止频率或极限频率；纵轴上的截距，是阴极金属的逸出功负值；斜率为普朗克常量．(2)I －U 曲线右图所示的光电流强度I 随光电管两极板间电压U 的变化曲线中，I m 为饱和光电流，U c 为遏止电压．(1)利用eU c ＝12m e v 2m 可得光电子的最大初动能E km . (2)利用E k －ν图线可得极限频率νc 和普朗克常量h .4．光子说对光电效应规律的解释(1)由于光的能量是一份一份的，那么金属中的电子也只能一份一份地吸收光子的能量．而且这个传递能量的过程只能是一个光子对一个电子的行为．如果光的频率低于截止频率，则光子提供给电子的能量不足以克服原子的束缚，就不能发生光电效应．(2)当光的频率高于截止频率时，能量传递给电子以后，电子摆脱束缚要消耗一部分能量，剩余的能量以光电子的动能形式存在，这样光电子的最大初动能E k ＝12m e v 2c ＝hν－W 0，其中W 0为金属的逸出功，因此光的频率越高，电子的初动能越大．(3)电子接收能量的过程极其短暂，接收能量后的瞬间立即挣脱束缚，所以光电效应的发生也几乎是瞬间的．(4)发生光电效应时，单位时间内逸出的光电子数与光强度成正比，光强度越大意味着单位时间内打在金属上的光子数越多，那么逸出的光电子数目也就越多．【例4】(多选)下列对光电效应的解释，正确的是( )A．金属内的每个电子要吸收一个或一个以上的光子，当它积累的能量足够大时，就能逸出金属表面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的入射光的最低频率也不同1．根据光子说的内容可知，光子的能量由谁决定，与光的强度是否有关？2．金属表面的电子成为光电子，要克服哪些力而做功，需要的能量从哪儿获得？【解析】根据爱因斯坦的光子说，光的能量是由光的频率决定的，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表面，必须使电子具有足够的动能，而电子的动能只能来源于入射光的光子能量，但每个电子只能吸收一个光子，不能吸收多个光子．因此当入射光的频率低于截止频率时，即使照射时间足够长，也不会发生光电效应．使电子脱离某种金属所做功的最小值，叫做这种金属的逸出功，不同金属的逸出功不同．故正确答案为B、D.【答案】BD总结提能光电效应规律中的两条线索、两个关系(1)两条线索：(2)两个关系：光强→光子数目多→发射光电子多→光电流大；光子频率高→光子能量大→产生光电子的最大初动能大．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．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：由a、b、c三束单色光的波长关系λa>λb>λc，及波长、频率的关系知：三束单色光的频率关系为：νa<νb<νc.故当b光恰能使金属发生光电效应时，a光必然不能使该金属发生光电效应，c光必然能使该金属发生光电效应，A正确，B错误；又因为发生光电效应时释放的光电子数目与光照强度有关，光照越强，光电子数目越多，由于光照强度未知，所以光电子数目无法判断，C错误；而光电子的最大初动能与入射光频率有关，频率越高，最大初动能越大，所以c光照射时释放出的光电子的最大初动能最大，D错误，故答案为A.重难疑点辨析光电效应问题的分析方法有关光电效应的问题主要有两个方面：一个是关于光电效应现象的判断，另一个就是运用光电效应方程进行简单的计算．解题的关键在于掌握光电效应规律，明确概念之间的决定关系．即有：2．应用爱因斯坦光电效应方程解题的步骤：(1)分析光电效应现象，根据需要建立光电效应方程，或画出光电效应方程所对应的图象．(2)根据eU c ＝12mv 2c 求出最大初动能． (3)根据饱和光电流与照射光频率的关系图象得到材料恰能产生光电效应时照射光的频率ν0，由hν0＝W 0可得逸出功．(4)联立以上各式求解未知物理量．【典例】 用不同频率的紫外线分别照射钨和锌的表面而产生光电效应，可得到光电子最大初动能E k 随入射光频率ν变化的E k －ν图象．已知钨的逸出功是3.28 eV ，锌的逸出功是3.24 eV ，若将二者的图线画在同一个E k －ν坐标图中，用实线表示钨、虚线表示锌，则正确反映这一过程的图是如图所示中的( )【解析】 依据光电效应方程E k ＝hν－W 可知，E k －ν图线的斜率代表了普朗克常量h ，因此钨和锌的E k －ν图线应该平行．图线的横轴截距代表了极限频率νc ，而νc ＝W h，因此钨的νc 大些．综上所述，B 图正确．【答案】 B本题最大的特点是利用数学图象解决物理问题．不能把物理问题转化为数学问题，再利用数学函数关系解决物理问题是最易出现的错误．只有在理解光电效应方程的基础上，把其数学关系式与数学函数图象结合起来，经分析、推导得出图象的斜率及在图象横、纵坐标轴上的截距所对应的物理量，从而理解它们的物理意义，有效提高自身应用数学解决物理问题的能力．1．能正确解释黑体辐射实验规律的是( B )A．能量的连续经典理论B．普朗克提出的能量量子化理论C．以上两种理论体系任何一种都能解释D．牛顿提出的能量微粒说解析：根据黑体辐射的实验规律，随着温度的升高，一方面各种波长的辐射强度都增加；另一方面，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，只能用普朗克提出的能量量子化理论才能得到较满意的解释，故选项B正确．2．(多选)关于普朗克“能量量子化”的假设，下列说法正确的是( AD )A．认为带电微粒辐射或吸收能量时，是一份一份的B．认为能量值是连续的C．认为微观粒子的能量是量子化的、连续的D．认为微观粒子的能量是分立的解析：普朗克的理论认为带电微粒辐射或吸收能量时，是一份一份的，微观粒子的能量是量子化的，是分立的，故选项A、D正确．3．(多选)光电效应实验的装置如图所示，则下列说法中正确的是( AD )A．用紫外线照射锌板，验电器指针会发生偏转B．用红色光照射锌板，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解析：紫外线频率大于锌板的极限频率，故锌板会发生光电效应，向外放出光电子，从而使锌板和验电器带上正电荷，所以A、D正确．4．(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( BC )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：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．5．如图所示，擦得很亮的绝缘锌板A水平固定放置，其下方水平放有接地的铜板B，两板间距离为d，两板面积均为S，正对面积为S′，且S>S′.当用弧光灯照射锌板上表面后，A、B板间一带电液滴恰好处于静止状态．试分析：(1)液滴带何种电荷？(2)用弧光灯再照射A板上表面，液滴做何种运动？(3)要使液滴向下运动，应采取哪些措施？(一种即可)答案：(1)负电(2)向上运动(3)将B板向右平移解析：(1)锌板受弧光灯照射发生光电效应，有光电子从锌板A的上表面逸出，而使A 板带正电荷，接地的铜板B由于静电感应而带负电，A、B板间形成方向向下的匀强电场，由液滴处于静止状态知qE＝mg，所以液滴带负电．(2)当再用弧光灯照射A板上表面时，光电效应继续发生，使A板所带正电荷增加，A、B板间场强增强，所以qE>mg，使液滴向上运动．(3)要使液滴向下运动，即mg>qE，mg和q不变，则必须使E变小．因A板电荷量Q不变，则当B板向右移动，增大两板正对面积时，电容增大，两板间电势差减小，而d不变，故场强E变小，qE<mg，则液滴向下运动．。

2 光电效应与光量子假说[目标定位] 1.知道光电效应现象，能说出光电效应的实验规律.2.能用爱因斯坦光电效应方程对光电效应作出解释，会用光电效应方程解决一些简单的问题.一、光电效应1．光电效应：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． 2．光电子：光电效应中发射出来的电子． 3．光电效应的实验规律 (1)对于给定的光电阴极材料，都存在一个截止频率ν0，只有超过截止频率ν0的光，才能引起光电效应．(2)光电流的大小由光强决定，光强愈大，光电流愈大．(3)光电子的最大初动能与入射光的频率成线性关系．(4)光电效应具有瞬时性：光电效应中产生电流的时间不超过10－9s.想一想 紫外线灯照射锌板，为什么与锌板相连的验电器指针张开一个角度？答案 紫外线灯照射锌板，发生光电效应现象，锌板上的电子飞出锌板，使锌板带正电，与锌板相连的验电器也会因而带正电，使得验电器指针张开一个角度．二、爱因斯坦的光电效应方程1．光子说：光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，这些能量子被称为光子，频率为ν的光的能量子为hν.2．爱因斯坦光电效应方程的表达式：hν＝12mv 2＋A .其中A 为电子从金属内逸出表面时所需做的功．想一想 怎样从能量守恒角度理解爱因斯坦光电效应方程？答案 爱因斯坦光电效应方程中的hν是入射光子的能量，逸出功A 是光子飞出金属表面消耗的能量，12mv 2是光子的最大初动能，因此爱因斯坦光电效应方程符合能量的转化与守恒定律．预习完成后，请把你疑惑的问题记录在下面的表格中问题1问题2问题3一、光电效应现象1．光电效应的实质：光现象――→转化为电现象．2．光电效应中的光包括不可见光和可见光．3．光电子：光电效应中发射出来的光电子，其本质还是电子．【例1】 一验电器与锌板相连(如图1所示)，用一紫外线灯照射锌板，关灯后，验电器指针保持一定偏角．图1(1)现用一带负电的金属小球与锌板接触，则验电器指针偏角将________(填“增大”、“减小”或“不变”)．(2)使验电器指针回到零，再用相同强度的钠灯发出的黄光照射锌板，验电器指针无偏转．那么，若改用强度更大的红外线灯照射锌板，可观察到验电器指针________(填“有”或“无”)偏转．答案 (1)减小 (2)无解析 当用紫外线灯照射锌板时，锌板发生光电效应，锌板放出光电子而带上正电，此时与锌板连在一起的验电器也带上了正电，故指针发生了偏转．当带负电的小球与锌板接触后，中和了一部分正电荷，从而使验电器的指针偏角减小．使验电器指针回到零，用钠灯发出的黄光照射锌板，验电器指针无偏转，说明钠灯发出的黄光的频率小于锌的极限频率，而红外光比黄光的频率还要低，更不可能使锌板发生光电效应．能否发生光电效应与入射光的强弱无关．二、光电效应的实验规律1．对光电效应的理解(1)入射光的强度：指单位时间内照射到金属表面单位面积上的光子的总能量，是由入射光子数和入射光子的频率决定的．可用P ＝nhν表示，其中n 为单位时间内的光子数．(2)在入射光频率不变的情况下，光的强度与单位时间内照射到金属表面上单位面积的光子数成正比．(3)对于不同频率的入射光，即使光的强度相等，在单位时间内照射到金属单位面积的光子数也不相同，从金属表面逸出的光电子数不同，形成的光电流不同．(4)饱和光电流：指光电流的最大值(即饱和值)，在光电流未达到最大值之前，因光电子尚未全部形成光电流，所以光电流的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，电压越大，被吸引变成光电流的光电子越多．(5)饱和光电流与入射光的强度成正比：在入射光频率不变的情况下，光电流的最大值与入射光的强度成正比．原因是在高电压下光电子个数决定了光电流大小，而电子个数决定于入射光强度．“频率高，光子能量大，光就强，产生的光电流也强”、“光电子的初动能大，电子跑得快，光电流就强”等说法均是错误的．总之，在理解光电效应规律时应特别注意以下几个关系： 照射光频率决定着⎩⎪⎨⎪⎧ 是否产生光电效应发生光电效应时光电子的最大初动能照射光强度决定着单位时间内发射出来的电子数2．爱因斯坦对光电效应的解释(1)饱和光电流与光强关系光越强，包含的光子数越多，照射金属时产生的光电子越多，因而饱和光电流越大，所以，入射光频率一定时，饱和光电流与光强成正比．(2)存在截止频率和遏止电压爱因斯坦的光电效应方程表明光电子的初动能与入射光频率成线性关系，与光强无关，所以遏止电压由入射光频率决定，与光强无关．光电效应方程同时表明，只有hν>A 0时，才有光电子逸出，ν0＝A 0h就是光电效应的截止频率．(3)光电效应具有瞬时性电子一次性吸收光子的全部能量，不需要积累能量的时间，所以光电效应几乎是瞬时发生的．【例2】 利用光电管研究光电效应实验如图2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( )图2A ．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答案 D解析 因紫外线的频率比可见光的频率高，所以用紫外线照射时，电流表中一定有电流通过，选项A 错误；因不知阴极K 的截止频率，所以用红光照射时，不一定发生光电效应，所以选项B 错误；即使U AK ＝0，电流表中也有电流，所以选项C 错误；当滑动触头向B 端滑动时，U AK 增大，阳极A 吸收光电子的能力增强，光电流会增大，当所有光电子都到达阳极A 时，电流达到最大，即饱和电流．若在滑动前，电流已经达到饱和电流，那么即使增大U AK ，光电流也不会增大，所以选项D 正确．针对训练1 (多选)现用某一光电管进行光电效应实验，当用某一频率的光入射时，有光电流产生．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 ．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D ．遏止电压的大小与入射光的频率有关，与入射光的光强无关答案 AD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；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C 错误；遏止电压与产生的光电子的最大初动能有关，光电子的最大初动能与入射光的频率有关，与入射光的光强无关，选项D 正确．三、光电效应方程的理解与应用1．光电效应方程实质上是能量守恒方程能量为E ＝hν的光子被电子吸收，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A ，电子离开金属表面时动能最大为E k ，根据能量守恒定律可知：E k ＝hν－A .2．光电效应方程包含了产生光电效应的条件若发生光电效应，则光电子的最大初动能必须大于零，即E k ＝hν－A >0，亦即hν>A ，ν>A h ＝νc ，而νc ＝A h恰好是光电效应的截止频率．3．E km ­ν曲线如图3所示是光电子最大初动能E km 随入射光频率ν的变化曲线．这里，横轴上的截距是截止频率或极限频率；纵轴上的截距是逸出功的负值；斜率为普朗克常量．图3【例3】如图4所示，当电键K断开时，用光子能量为2.5 eV的一束光照射阴极P，发现电流表读数不为零．合上电键，调节滑动变阻器，发现当电压表读数小于0.60 V时，电流表读数仍不为零．当电压表读数大于或等于0.60 V时，电流表读数为零．由此可知阴极材料的逸出功为( )图4A．1.9 eV B．0.6 eVC．2.5 eV D．3.1 eV答案 A解析由题意知光电子的最大初动能为E k＝eU c＝0．60 eV，所以根据光电效应方程E k＝hν－A可得A＝hν－E k＝(2.5－0.6) eV＝1.9 eV针对训练2 (多选)如图5所示是某金属在光的照射下，光电子最大初动能E k与入射光频率ν的关系图像，由图像可知( )图5A．该金属的逸出功等于EB．该金属的逸出功等于hν0C．入射光的频率为ν0时，产生的光电子的最大初动能为ED．入射光的频率为2ν0时，产生的光电子的最大初动能为2E答案AB解析题中图像反映了光电子的最大初动能E k与入射光频率ν的关系，根据爱因斯坦光电效应方程E k＝hν－A，知当入射光的频率恰为该金属的截止频率ν0时，光电子的最大初动能E k＝0，此时有hν0＝A，即该金属的逸出功等于hν0，选项B正确；根据图线的物理意义，有A＝E，故选项A正确，而选项C、D错误.光电效应现象1．(多选)如图6所示，用弧光灯照射擦得很亮的锌板，验电器指针张开一个角度，则下列说法中正确的是( )图6A．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答案AD解析将擦得很亮的锌板与验电器连接，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．这说明在紫外线的照射下，锌板中有一部分自由电子从表面飞出，锌板带正电，选项A、D正确．红光不能使锌板发生光电效应．光电效应规律2．入射光照射到某金属表面上发生光电效应，若入射光的强度减弱，而频率保持不变，那么( )A．从光照至金属表面上到发射出光电子之间的时间间隔将明显增加B．逸出的光电子的最大初动能将减小C．单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将减少D．有可能不发生光电效应答案 C解析发生光电效应几乎是瞬时的，选项A错误；入射光的强度减弱，说明单位时间内的入射光子数目减少，频率不变，说明光子能量不变，逸出的光电子的最大初动能也就不变，选项B错误；入射光子的数目减少，逸出的光电子数目也就减少，故选项C正确；入射光照射到某金属上发生光电效应，说明入射光频率不低于这种金属的极限频率，入射光的强度减弱而频率不变，同样能发生光电效应，故选项D错误．3．某单色光照射某金属时不能产生光电效应，则下述措施中可能使该金属产生光电效应的是( )A．延长光照时间B．增大光的强度C．换用波长较短的光照射D．换用频率较低的光照射答案 C解析光照射金属时能否产生光电效应，取决于入射光的频率是否大于金属的截止频率，与入射光的强度和照射时间无关，故选项A、B、D均错误；又因ν＝cλ，所以选项C正确．光电效应方程的理解与应用4．(多选)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答案AD解析增大入射光的强度，单位时间内发射的光电子数增加，则光电流增大，选项A正确；光电效应能否发生与照射光频率有关，与照射光强度无关，选项B错误；改用频率较小的光照射时，如果光的频率仍大于极限频率，则仍会发生光电效应，否则，不能发生光电效应，选项C错误；光电子的最大初动能E k＝hν＝A，故改用频率大于ν的光照射，光电子的最大初动能变大，选项D正确．5．如图所示，N为金属板，M为金属网，它们分别与电池的两极相连，各电池的电动势和极性如图所示．已知金属板的逸出功为 4.8 eV.现分别用不同能量的光子照射金属板(各光子的能量已在图上标出)，那么各图中没有光电子到达金属网的是________(填正确答案标号)．能够到达金属网的光电子的最大动能是________eV.答案AC 0.5解析因为金属板的逸出功为4.8 eV，所以能发生光电效应的是B、C、D，B所加的电压为正向电压，则电子一定能到达金属网；C光电子的最大初动能为1.0 eV，根据动能定理知电子不能到达金属网；D光电子的最大初动能为2.0 eV，根据动能定理光电子能够到达金属网．故没有光电子达到金属网的是A、C；D项中逸出的光电子最大初动能为E k＝ε光－A＝6.8 eV－4.8 eV＝2.0 eV，到达金属网时最大动能为0.5 eV.(时间：60分钟)题组一光电效应的现象及规律1．(多选)光电效应实验中，下列表述中正确的是( )A．光照时间越长光电流越大B．入射光足够强就可以有光电流C．遏止电压与入射光的频率有关D．入射光频率大于极限频率才能产生光电子答案CD解析光电效应中有无光电流与入射光的强弱、照射时间长短无关，A、B错．遏止电压与入射光频率有关，入射光频率越大，光电子的最大初动能也越大，而E k＝eU c，故U c也越大，C正确．任何金属都有一个极限频率，只有入射光的频率大于极限频率时，才能产生光电效应，D正确．2．(多选)在演示光电效应的实验中，原来不带电的一块锌板与灵敏静电计相连，用弧光灯(紫外线)照射锌板时，静电计的指针就张开一个角度，如图1所示，这时( )图1A．锌板带正电，指针带负电B．锌板带正电，指针带正电C．若用黄光照射锌板，则可能不产生光电效应现象D．若用红光照射锌板，则锌板能发射光电子答案BC解析锌板在紫外线照射下，发生光电效应现象，有光电子飞出，故锌板带正电，指针上的部分电子被吸引到锌板上发生中和，使指针带正电，B对、A错；红光和黄光的频率都小于紫外线的频率，都可能不产生光电效应，C对、D错．3．(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答案CD解析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．4．关于光电效应的规律，下列说法中正确的是( )A．只有入射光的波长大于该金属的极限波长，光电效应才能发生B．光电子的最大初动能跟入射光的强度成正比C．发生光电效应的时间一般都大于10－7 sD．发生光电效应时，单位时间内从金属内逸出的光电子数与入射光的强度成正比答案 D解析由ε＝hν＝h cλ知，当入射光波长大于极限波长时，不能发生光电效应，故A错；由E k＝hν－A知，最大初动能由入射光频率决定，与入射光的强度无关，故B错；发生光电效应的时间一般不超过10－9 s，故C错．5．(多选)如图2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( )图2A．入射光太弱B．入射光波长太长C．光照时间太短D．电源正负极接反答案BD解析金属存在截止频率，超过截止频率的光照射金属才会有光电子射出．发射的光电子的动能随频率的增大而增大，动能小时不能克服反向电压，也不能有光电流．入射光的频率低于截止频率，不能产生光电效应，与光照强弱无关，选项B正确，A错误；电路中电源正负极接反，对光电管加了反向电压，若该电压超过了遏止电压，也没有光电流产生，D正确；光电效应的产生与光照时间无关，C错误．6．(多选)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，则逸出的光电子数增加B．若增加绿光的照射强度，则逸出的光电子的最大初动能增加C．若改用紫光照射，则可能不会发生光电效应D．若改用紫光照射，则逸出的光电子的最大初动能增加答案AD解析光电效应的规律表明：入射光的频率决定是否发生光电效应以及发生光电效应时逸出的光电子的最大初动能的大小．当入射光的频率增加后，逸出的光电子的最大初动能也增加，又紫光的频率高于绿光的频率．而增加光的照射强度，会使单位时间内逸出的光电子数增加．故正确选项有A、D.题组二光电效应方程及应用7．(多选)产生光电效应时，关于逸出光电子的最大初动能E k，下列说法正确的是( ) A．对于同种金属，E k与照射光的强度无关B．对于同种金属，E k与照射光的波长成反比C．对于同种金属，E k与照射光的频率成线性关系D．对于不同种金属，若照射光频率不变，E k与金属的逸出功成线性关系答案ACD解析E k＝hν－A＝h cλ－A，同种金属逸出功相同，最大初动能与照射光强度无关，与照射光的波长有关但不是反比例函数关系，最大初动能与入射光的频率成线性关系，不同种金属，保持入射光频率不变，最大初动能E k与逸出功成线性关系．8．用不同频率的光分别照射钨和锌，产生光电效应，根据实验可画出光电子的最大初动能E k随入射光频率ν变化的E k­ν图线．已知钨的逸出功是3.28 eV，锌的逸出功为3.34 eV，若将二者的图线画在同一个E k­ν坐标系中，则正确的图是( )答案 A解析根据光电效应方程E k＝hν－A可知，E k­ν图像的斜率为普朗克常量h，因此图中两线应平行，故C、D错误；图线与横轴的交点表示恰能发生光电效应(光电子动能为零)时的入射光频率即极限频率．由光电效应方程可知，逸出功越大的金属对应的入射光的频率越高，所以能使金属锌发生光电效应的极限频率高，所以A正确、B错误．9．在光电效应实验中，某金属的截止频率对应的波长为λ0，该金属的逸出功为________．若用波长为λ(λ<λ0)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.答案 hc λ0 hc e ·λ0－λλ0λ题组三 综合应用10．几种金属的逸出功A 0见下表：波长的范围为4.0×10－7～7.6×10－6 m ，普朗克常数h ＝6.63×10－34 J·s.答案 钠、钾、铷能发生光电效应解析 光子的能量ε＝hc λ，当λ＝4.0×10－7 m 时， ε≈5.0×10－19 J.根据ε>A 0判断，钠、钾、铷能发生光电效应．11．分别用λ和34λ的单色光照射同一金属，发出的光电子的最大初动能之比为1∶3.以h 表示普朗克常量，c 表示真空中的光速，则此金属板的逸出功是多大？答案 5hc 6λ解析 设此金属的逸出功为A ，根据光电效应方程得如下两式：当用波长为λ的光照射时：E k1＝hc λ－A ①当用波长为34λ的光照射时：E k2＝4hc 3λ－A ② 又E k1E k2＝13③ 解①②③组成的方程组得：A ＝5hc 6λ. 12．铝的逸出功为4.2 eV ，现用波长200 nm 的光照射铝的表面．已知h ＝6.63×10－34 J·s，求：(1)光电子的最大初动能；(2)遏止电压；(3)铝的截止频率．答案 (1)3.225×10－19 J (2)2.016 V(3)1.014×1015 Hz解析 (1)根据光电效应方程E k ＝hν－A 有E k ＝hc λ－A ＝6.63×10－34×3.0×108200×10－9 J －4.2×1.6×10－19 J ＝3.225×10－19 J (2)由E k ＝eU c 可得U c ＝E k e ＝3.225×10－191.6×10－19 V ＝2.016 V. (3)hνc ＝A 知νc ＝A h ＝4.2×1.6×10－196.63×10－34 Hz ＝1.014×1015 Hz.。

高中物理- 教科版目录（全套）必修一第一章运动的描述1.1 质点参考系空间时间1.2 位置变化的描述位移1.3 直线运动中位移随时间变化的1.4 运动快慢与方向的描述1.5 直线运动速度随时间变化的图像.1.6 速度变化快慢的描述加速度1.7匀速直线运动的规律1.8匀速直线运动的规律的应用1.9 匀速直线运动的加速度第二章力2.1力2.2重力2.3 弹力2.4摩擦力2.5力的合成2.6力的分解第三章牛顿运动定律3.1从亚里士多德到伽利略3.2 牛顿第一定律3.3 牛顿第二定律3.4牛顿第三定律3.5 牛顿运动定律的应用3.6 自由落体运动3.7 超重与失重3.8汽车安全运行与牛顿运动定律第四章物体的平衡4.1 共点力作用下物体的平衡4.2 共点力平衡条件的应用4.3 平衡的稳定性（选学）必修二第一章抛体运动1.1 曲线运动1.2 运动的合成与分解1.3 平抛运动1.4 斜抛运动第二章圆周运动2.1 描述圆周运动2.2 圆周运动的向心力2.3 匀速圆周运动的实例分析2.4 圆周运动与人类文明（选学）第三章万有引力定律3.1天体运动3.2 万有引力定律3.3 万有引力定律的应用3.4人造卫星宇宙速度第四章机械能和能源4.1 功4.2 功率4.3动能与势能4.4动能定理4.5 机械能守恒定律4.6能源的开发与利用第五章经典力学的成就与局限性5.1 经典力学的成就与局限性5.2 了解相对论5.3 初识量子论理科选修- 选修3-1第一章电场1.1电荷电荷守恒定律1.2库仑定律1.3 电场电场强度和电场线1.4 电势差1.5 电势差与电场强度的关系1.6 电容器和电容1.7 静电的利用及危害第二章直流电路2.1欧姆定律2.2 电阻定律2.3 焦耳定律2.4 电阻的串联、并联及其应用2.5 伏安法测电阻2.6 电源的电动势和内阻2.7 闭合电路欧姆定律2.8 欧姆表多用电表2.9逻辑电路和控制电路第三章磁场3.1 磁现象磁场3.2 磁感应强度磁通量3.3磁场对电流的作用-安培力3.4 磁场对运动电荷的作用-落伦兹.3.5洛伦兹力的应用选修3-2第一章电磁感应1.1 电磁感应现象的发现1.2 感应电流产生的条件1.3 法拉第电磁感应定律1.4 楞次定律1.5 电磁感应中的能量转化与守恒1.6 自感日光灯1.7 涡流研究课题测量玩具电动机运转时的. 第二章交变电流2.1 交变电流2.2 描述正弦交流电的物理量2.3实验：练习使用示波器2.4电容器在交流电路中的作用2.5 电感器在交流电路中的作用2.6 变压器2.7 电能的输送第三章传感器3.1 传感器3.2 温度传感器和光电式传感器3.3 生活中的传感器3.4实验探究：简单的光控和温控.选修3-3第一章分子动理论与统计思想1.1 物体是由大量分子组成的1.2 分子的热运动1.3分子间的相互作用力1.4 统计规律分子运动速率分布1.5 温度内能气体的压强1.6实验探究：用油膜法测油酸分.第二章固体和液体2.1 晶体和非晶体2.2 半导体2.3 液体的表面张力2.4液晶第三章气体3.1气体实验定律3.2 气体实验定律的微观解释及图.3.3 理想气体3.4饱和汽与未饱和汽3.5 空气的湿度第四章能量守恒与热力学定律4.1能量守恒定律的发现4.2 热力学第一定律4.3宏观热过程的方向性4.4 热力学第二定律4.5熵概念初步第五章能源与可持续性发展5.1 能源与人类生存的关系5.2 能源利用与环境问题5.3 可持续发展战略选修3-4第一章机械振动1.1 简谐运动1.2 单摆1.3简谐运动的图像和公式1.4阻尼振动受迫振动1.5 实验探究：用单摆测定重力加. 第二章机械波2.1 机械波德形成和传播2.2 横波的图像2.3 波的频率和波速2.4 惠更斯原理波的反射与折射2.5 波的干射、衍射第三章电磁振荡电磁波3.1电磁振荡3.2 电磁场和电磁波3.3电磁波普电磁波的应用3.4 无线电波发射、传播和接收第四章光的折射4.1 光的折射定律4.2 实验探究：测定玻璃的折射率4.3 光的全反射第五章光的波动性5.1 光的干涉5.2实验探究：用双缝干涉观光的.5.3 光的衍射与偏振5.4激光第六章相对论6.1 经典时空观6.2 狭义对相对论的两个基本假设6.3 相对论时空观6.4 相对论的速度变换定律质量和.6.5广义相对论选修3-5第一章碰撞与能量守恒1.1 碰撞1.2 动量1.3 动量守恒定律1.4 动量守恒定律的应用第二章原子结构2.1 电子2.2 原子的核式结构模型2.3 光谱氢原子光谱2.4 波尔的原子模型能级第三章原子核3.1 原子核的组成与核力3.2 放射性衰变3.3 放射性的应用、危害与防护3.4 原子核的结合能3.5 核裂变3.6 核聚变3.7 粒子物理学简介第四章波粒二象性4.1 量子概念的诞生4.2 光电效应与光量子假说4.3 光的波粒二象性4.4 实物粒子的波粒二象性4.5 不确定关系。

第1、2节量子概念的诞生光电效应与光的量子说(对应学生用书页码P53)一、黑体与黑体辐射1．热辐射周围的一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与物体的温度有关，所以叫做热辐射。

2．黑体是指能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射的物体。

3．黑体辐射的实验图线(1)图线如图4­1­1所示。

图4­1­1(2)两类公式：①维恩公式：短波部分与实验相符。

②瑞利公式：长波部分与实验相符。

二、普朗克提出的能量子概念1．量子化假设黑体的空腔壁由大量带电谐振子组成，其能量只能是某一最小能量值ε的整数倍，并以这个最小能量值为单位一份一份地辐射或吸收能量。

2．能量子(1)定义：不可再分的最小能量值ε。

(2)关系式：ε＝hν，ν是电磁波频率；h是普朗克常量，h＝6.63×10－34_J·s。

三、光电效应1．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。

实质：光现象转化为电现象。

2．实验规律实验规律之一：在光照条件不变的情况下，随着所加电压增大，光电流趋于一个饱和值，也就是说，在电流较小时，电流随着电压的增大而增大；但当电流增大到一定值之后，即使电压再增大，电流也不会增大了。

(如图4­1­2所示)图4­1­2实验规律之二：对光电管加反向电压，光电流可以减小到零，使光电流恰好减小为零的反向电压称为遏止电压。

不同频率的光照射金属产生光电效应，遏止电压是不同的。

实验规律之三：使金属恰好产生光电效应的光的频率称为截止频率或极限频率，当入射光的频率大于截止频率时，无论入射光怎样微弱，立刻就能产生光电效应。

[提别提醒](1)光电效应中的光可以是不可见光。

(2)光电效应的实质：光现象转化为电现象。

三、光电效应方程1．光子说 光不仅具有波动性，还有粒子性，爱因斯坦把能量子概念推广到光电效应中，提出光量子概念，简称光子。

高中物理-光电效应波粒二象性教案【学习目标】1．知道普朗克能量子假说；知道黑体和黑体辐射；2．明确光电效应的内容以及产生条件，理解并掌握光电效应的规律；3．知道光具有波粒二象性,了解物质波．【要点导学】１．什么是黑体？黑体辐射有什么规律？２．画出光电效应现象的实验图，写出光电效应方程并从能量转化与守恒的角度来解释该方程．３．如何理解光的波粒二象性，并说明在什么情况下容易体现出波动性或粒子性．４．什么叫物质波？物质波的概念是谁首先提出来的？又是通过什么实验进行验证的？【典型例题】类型一、黑体辐射【例1】( )类型二、对光电管和光电效应曲线的理解【例2】研究光电效应规律的实验装置如图甲所示，以频率为v1和v2的两种光照射光电管阴极K时，才有光电子产生。

在光电管的两极K、A之间加反向电压时，光电子从阴极K发射出来后向阳极A做减速运动。

当电流表mA读数为零时，电压表V的读数称为反向截止电压。

在光电管K、A之间加正向电压时，光电子从阴极K发射出来向阳极A做加速运动，当电流表mA的读数为最大时，称为饱和光电流。

由电压表V和电流表mA的读数，可画出两种光照射时光电管的伏安特性曲线如图乙所示。

以下说法正确的是（）A．两种光分别照射光电管时，阴极K的极限频率不同B．两种光分别照射光电管时，光电子从阴极K表面逸出时间的长短不同C．两种光的频率不同D．两种光的强度不同类型三、光电效应的规律【例3】入射光照射到某金属表面上发生光电效应，若入射光的强度减弱，而频率保持不变，则下列说法正确的是（）A．从光照到金属表面上到发射出光电子之间的时间间隔将明显增加B．逸出的光电子的最大初动能减小C．单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将减小D．有可能不发生光电效应【例4】如图是某金属在光的照射下产生的光电子的最大初动能E k与入射光频率v的关系图像。

由图像可知（）A．该金属的逸出功等于EB．该金属的逸出功等于hv0C．入射光的频率为2 v0时，产生的光电子的最大初动能为ED．入射光的频率为v0/2时，产生的光电子的最大初动能为E/2类型四、光的波粒二象性【变式训练１】关于光的波粒二象性，下列说法正确的是 ( )A．光的频率越高，光的能量越大，粒子性越明显B．光的波长越长，光的能量越小，波动性越明显C．频率高的光只具有粒子性，不具有波动性D．无线电波只具有波动性，不具有粒子性【变式训练２】下列现象说明光具有波粒二象性的是( )A．光的直线传播和干涉 B．光的衍射和干涉C．光的干涉和光电效应 D．泊松亮斑和光电效应【变式训练３】为了观察到纳米级的微小结构，需要用到分辨率比光学显微镜更高的电子显微镜。

波粒二象性与光电效应在现代物理学中，波粒二象性是一个非常重要的概念。

它揭示了微观粒子既可以表现出波动特性，又可以表现出粒子特性。

其中，光电效应是波粒二象性的一个典型例子。

光电效应是指当金属表面遭到光照时，会发生电子的发射现象。

具体来说，当光子（光量子）的能量大于金属表面的逸出功时，光子就可以将其能量转移给金属中的电子，使其脱离金属而形成电流。

这一效应的实验证明了光既有波动性又有粒子性。

波动性是指光的传播具有波的性质，表现为干涉、衍射等现象。

这些现象可以通过波动理论较好地解释，例如，当光通过一个狭缝时，会发生衍射现象，使光在空间中呈现出波纹状的分布。

而粒子性则表现为光的能量不是连续分布的，而是以离散的粒子形式存在的。

例如，当光照射到金属中时，会产生电子的发射现象，这表明光具有以能量量子化的方式传播，证实了光的粒子性。

那么，为什么光具有波粒二象性呢？这可以通过量子力学的观点来解释。

根据量子力学，微观粒子的行为由波函数来描述，波函数包含了粒子的位置与动量等信息。

当我们对光进行实验时，它的波函数同时包含波动性和粒子性。

波动性与粒子性不是两种不同的存在，而是光的行为与测量方式的结果。

所以，当我们用光进行干涉实验时，它展现出波动性；而当我们用光进行光电效应实验时，它展现出粒子性。

光电效应的实验证明了光的粒子性，并为光量子假说的提出提供了重要的支持。

根据光量子假说，光是由一连串能量量子组成的，每一个量子就是光子。

光的波动性可以通过干涉和衍射等现象很好地解释，而光的粒子性则可以通过光电效应来解释。

光电效应在实际生活中有着广泛的应用。

例如在太阳能电池中，光电效应被用于将光能转化为电能，实现能源的可持续利用。

此外，在现代的数字相机和光电传感器中，光电效应也发挥着重要的作用。

它们利用光电效应将光信号转化为电信号，实现图像的捕捉和输入。

总结起来，波粒二象性与光电效应的关系揭示了光既具有波动性又具有粒子性。

光电效应的实验证明了光的粒子性，并为光量子假说提供了支持。