資源簡介

第四章　2.
基礎達標練
1．把一塊帶負電的鋅板連接在驗電器上，驗電器指針張開一定的角度。用紫外線燈照射鋅板發(fā)現(xiàn)驗電器指針的張角發(fā)生變化。下列說法正確的是( 　　)
A．驗電器指針的張角會變大
B．鋅板上的正電荷轉(zhuǎn)移到了驗電器指針上
C．驗電器指針的張角發(fā)生變化是因為鋅板獲得了電子
D．驗電器指針的張角發(fā)生變化是因為紫外線讓電子從鋅板表面逸出
答案：D
解析：開始時，驗電器帶負電，用紫外線照射鋅板后，鋅板發(fā)生光電效應，逸出光電子，鋅板所帶電荷量發(fā)生了變化，所以驗電器的張角發(fā)生變化，故A錯誤；驗電器上的電子轉(zhuǎn)移到鋅板上，鋅板上的正電荷未轉(zhuǎn)移，故B錯誤；發(fā)生光電效應時，鋅板有光電子逸出，失去電子，故C錯誤；驗電器指針的張角發(fā)生變化是因為紫外線讓電子從鋅板表面逸出，故D正確。
2．(2024·山東威海高三期末)下列對光電效應規(guī)律的理解正確的是( 　　)
A．遏止電壓與入射光頻率成正比
B．極限頻率是能發(fā)生光電效應的最小頻率
C．飽和電流大小由入射光頻率決定，與光照強度無關(guān)
D．所有光電子的初動能都等于光電子的最大初動能
答案：B
解析：根據(jù)光電效應方程Ekm＝hν－W0，又有Ekm＝eUc，得Uc＝－，可知遏止電壓與入射光頻率成線性關(guān)系，不成正比，故A錯誤；極限頻率是能發(fā)生光電效應的最小頻率，故B正確；光的頻率一定時，入射光越強，單位時間內(nèi)逸出的光電子數(shù)越多，飽和光電流越大，故C錯誤；光照射到金屬表面時，電子吸收光子的能量，就可能向各個方向運動，運動過程中要克服原子核和其他原子的阻礙而損失一部分能量，剩余部分能量轉(zhuǎn)化為光電子的初動能，所以金屬表面的電子，只需克服原子核的引力做功就能從金屬表面逸出，那么這些光電子具有最大初動能。而不從金屬表面發(fā)射的光電子，在逸出的過程中損失的能量會更多，所以此時光電子的動能小于最大初動能。即一般情況下光電子的動能小于等于最大初動能，故D錯誤。
3．下列有關(guān)光的波粒二象性的說法中，正確的是( 　　)
A．有的光是波，有的光是粒子
B．光子與電子是同樣的一種粒子
C．光的波長越長，其波動性越顯著；波長越短，其粒子性越顯著
D．大量光子的行為往往顯示出粒子性
答案：C
解析：一切光都具有波粒二象性，光的有些行為(如干涉、衍射)表現(xiàn)出波動性，光的有些行為(如光電效應)表現(xiàn)出粒子性，所以，不能說有的光是波，有的光是粒子，A錯誤；雖然光子與電子都具有波粒二象性，但電子是實物粒子，有靜止質(zhì)量，光子不是實物粒子，沒有靜止質(zhì)量，電子是以實物形式存在的物質(zhì)，光子是以場形式存在的物質(zhì)，所以，不能說光子與電子是同樣的一種粒子，B錯誤；光的波粒二象性的理論和實驗表明，大量光子的行為表現(xiàn)出波動性，個別光子的行為表現(xiàn)出粒子性，D錯誤；光的波長越長，衍射性越好，即波動性越顯著，光的波長越短，其光子能量越大，個別或少數(shù)光子的作用就足以引起光接收裝置的反應，所以其粒子性就很顯著，C正確。
4．愛因斯坦因提出了光量子概念并成功地解釋了光電效應的規(guī)律而獲得1921年諾貝爾物理學獎。某種金屬逸出光電子的最大初動能Ekm與入射光頻率ν的關(guān)系如圖所示，其中νc為截止頻率。從圖中可以確定的是( 　　)
A．逸出功與ν有關(guān)
B．Ekm與入射光強度成正比
C．當ν<νc時，會逸出光電子
D．圖中直線的斜率與普朗克常量有關(guān)
答案：D
解析：金屬的逸出功只與金屬的材料有關(guān)，與入射光的頻率無關(guān)，故A錯誤；最大初動能取決于入射光的頻率，而與入射光的強度無關(guān)，故B錯誤；只有ν>νc時才會發(fā)生光電效應，故C錯誤；由愛因斯坦光電效應方程Ek＝hν－W0和W0＝hνc(W0為金屬的逸出功)可得，Ek＝hν－h(huán)νc，可見圖像的斜率表示普朗克常量，故D正確。
5．如圖所示，分別用1、2兩種材料作為K極進行光電效應探究，其截止頻率ν1<ν2，若保持入射光不變，則光電子到達A極時動能的最大值Ekm隨電壓U變化關(guān)系的圖像是( 　　)
答案：A
解析：根據(jù)光電效應方程有：Ek＝hν－W0＝hν－h(huán)ν0
光電管加的是反向電壓，則有：Ek＝Ekm＋eU
聯(lián)立解得Ekm＝－eU＋hν－h(huán)ν0
可知圖像的斜率為－e，截距為hν－h(huán)ν0
因入射光相同，且ν1<ν2，可得hν－h(huán)ν1>hν－h(huán)ν2
即實驗所得兩種材料的圖線斜率均小于零，相互平行，且材料1對應的圖線的縱軸截距較大，故A正確。
6．科學研究證明，光子有能量也有動量，當光子與電子碰撞時，光子的一些能量轉(zhuǎn)移給了電子。假設光子與電子碰撞前的波長為λ，碰撞后的波長為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
解析：光子與電子碰撞時遵循動量和能量兩個守恒規(guī)律。光子與電子碰撞前光子的能量E＝hν＝h，當光子與電子碰撞時，光子的一些能量轉(zhuǎn)移給了電子，光子的能量E′＝hν′＝h，由E＞E′，可知λ＜λ′，選項C正確。
7．(多選)研究光電效應規(guī)律的實驗裝置如圖所示，以頻率為ν的光照射光電管陰極時，有光電子產(chǎn)生。由于光電管K、A間加的是反向電壓，光電子從陰極K發(fā)射后將向陽極A做減速運動。光電流由圖中電流計G測出，反向電壓U由電壓表V測出。當電流計的示數(shù)恰好為零時，電壓表的示數(shù)稱為遏止電壓U0，在下列表示光電效應實驗規(guī)律的圖像中，可能正確的是( 　　)
答案：ACD
解析：光的頻率和反向電壓一定，光電流與光強成正比，故A正確；因為hν＝hνc＋Ek，而eU0＝Ek，所以有hν＝hνc＋eU0，U0與ν成線性關(guān)系，但不過原點，故B錯誤；加反向電壓時，光電子做減速運動，反向電壓增大，到達陽極的光電子數(shù)減少，光電流減小，U＝U0時，光電流為零，故C正確；光照射到金屬上時，光電子的發(fā)射是瞬時的，t<10－9 s，故D正確。
8．(2024·江蘇淮安高二期末)如圖甲所示為研究光電效應現(xiàn)象的實驗電路圖，現(xiàn)用強度不變的單色光照射陰極K，改變滑動變阻器的滑片位置，得到流過電流表的光電流I與電壓表兩端電壓U的關(guān)系圖像如圖乙所示，電壓表示數(shù)為U0時光電流剛好達飽和光電流I0；電壓表示數(shù)為Uc時電流表示數(shù)恰好為零。已知電子的電荷量為e，普朗克常量為h，不計電流表的內(nèi)阻。求當電壓表示數(shù)分別為U0、U1時
(1)到達陽極A的光電子最大動能的比值；
(2)電流表示數(shù)的比值。
答案：(1)　(2)1
解析：(1)根據(jù)題意可知，光子從金屬表面逸出后的最大初動能為Ek＝eUc
根據(jù)動能定理可得當電壓表示數(shù)分別為U0、U1時，到達陽極A的光電子的最大動能分別為
Ek0＝Ek＋eU0
Ek1＝Ek＋eU1
聯(lián)立可得＝
(2)電壓表示數(shù)為U0時光電流剛好達飽和光電流I0，所以當電壓為U1>U0時，電流不變，仍為I0，即電壓表示數(shù)分別為U0、U1時，電流表示數(shù)的比值為1。
能力提升練
9．(2024·天津河東二模)在光電效應實驗中，小張同學分別用甲光、乙光、丙光照射同一光電管，得到了三條光電流與電壓之間的關(guān)系曲線，如圖所示。則可判斷出( 　　)
A．甲光的頻率大于乙光的頻率
B．甲光的強度大于乙光的強度
C．丙光的波長大于乙光的波長
D．甲光照射時光電子最大初動能大于丙光照射時光電子最大初動能
答案：B
解析：根據(jù)光電效應方程Ek＝hν－W0，根據(jù)動能定理可得－eUc＝0－Ek，聯(lián)立可得eUc＝hν－W0，根據(jù)圖像中遏止電壓的大小關(guān)系可知，甲光、乙光、丙光的頻率大小關(guān)系為ν丙>ν甲＝ν乙，則甲光、乙光、丙光的波長大小關(guān)系為λ丙<λ甲＝λ乙，故A、C錯誤；由于甲光的頻率等于乙光的頻率，由圖像可知，甲光照射時的飽和電流大于乙光照射時的飽和電流，則甲光的強度大于乙光的強度，故B正確；由于甲光的頻率小于丙光的頻率，則甲光照射時光電子最大初動能小于丙光照射時光電子最大初動能，故D錯誤。
10．用波長為2.0×10－7 m的紫外線照射鎢的表面，釋放出來的光電子中最大的動能是4.7×10－19 J。由此可知，鎢的截止頻率是(普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，光速c＝3.0×108 m/s，結(jié)果取兩位有效數(shù)字)( 　　)
A．5.5×1014 Hz B．7.9×1014 Hz
C．9.8×1014 Hz D．1.2×1015 Hz
答案：B
解析：由光電效應方程可知，入射光子的能量等于逸出功與最大初動能的和，即hν＝W0＋Ek，又有c＝λν，W0＝hν0，由以上三式得鎢的截止頻率ν0＝－＝ Hz－ Hz＝7.9×1014 Hz，故選B。
11.用金屬鈣做光電效應實驗時，得到的光電子的最大初動能Ekm與入射光頻率ν的關(guān)系如圖所示。用其他金屬做實驗，得到的Ekm－ν圖線也為直線。表中列出了三種金屬的截止頻率和逸出功，下列判斷正確的是( 　　)
金屬 鎢 鈣 鈉
截止頻率νc/(1014 Hz) 10.95 7.73 5.53
逸出功W0/eV 4.54 3.20 2.29
A．如用金屬鎢做實驗，得到的Ekm－ν圖線的斜率比圖中直線的斜率大
B．如用金屬鎢做實驗，得到的Ekm－ν圖線的斜率比圖中直線的斜率小
C．如用金屬鈉做實驗，得到的Ekm－ν圖線延長線與縱軸交點的坐標為(0，－Ek2)，則Ek2>Ek1
D．如用金屬鈉做實驗，得到的Ekm－ν圖線延長線與縱軸交點的坐標為(0，－Ek2)，則Ek2答案：D
解析：由光電效應方程Ekm＝hν－W0可知，Ekm－ν圖線是直線，且斜率相同，故A、B錯誤；用金屬鈉做實驗得到的Ekm－ν圖線也是一條直線，設其延長線與縱軸交點的坐標為(0，－Ek2)，由于鈉的逸出功小于鈣的逸出功，則Ek212．如圖甲所示，為研究某金屬材料的遏止電壓Uc與入射光頻率ν的關(guān)系的電路圖，用不同頻率的光分別照射甲圖中同一光電管的陰極K，調(diào)節(jié)滑片P測出遏止電壓，并描繪Uc－ν關(guān)系如圖乙所示。已知三種光的頻率分別為ν1、ν2、ν3，光子的能量分別為1.8 eV、2.4 eV、3.0 eV，測得遏止電壓分別為U1＝0.8 V、U2＝1.4 V、U3(圖乙中未知)。則下列說法正確的是( 　　)
A．普朗克常量可表示為h＝
B．圖乙中頻率為ν3的光對應的遏止電壓U3＝1.8 V
C．該陰極K金屬材料的逸出功為2.6 eV
D．將電源的正負極對換，仍用頻率為ν2的光照射陰極K時，將滑片P向右滑動一些，電流表示數(shù)一定不為零
答案：D
解析：據(jù)eUc＝hν－W得h＝，故A錯誤；據(jù)eU1＝hν1－W得W＝1.0 eV，據(jù)eU3＝hν3－W得U3＝2.0 V，故B、C錯誤；因能產(chǎn)生光電子，且加正向電壓，則電流表示數(shù)一定不為零，故D正確。
13.(多選)用如圖所示的裝置研究光電效應現(xiàn)象，當用光子能量為2.5 eV的光照射到光電管上時，電流表G的示數(shù)為0.2 mA。移動變阻器的觸點c，當電壓表的示數(shù)大于或等于0.7 V時，電流表讀數(shù)為0。則( 　　)
A．光電管陰極的逸出功為1.8 eV
B．開關(guān)S斷開后，沒有電流流過電流表G
C．光電子的最大初動能為0.7 eV
D．改用光子能量為1.5 eV的光照射，電流表G也有電流，但電流較小
答案：AC
解析：由題意知遏止電壓Uc＝0.7 V，可知光電子的最大初動能為0.7 eV，據(jù)Ek＝hν－W0得：W0＝1.8 eV，故A、C正確；開關(guān)S斷開后，在光子能量為2.5 eV的光照射下，光電管發(fā)生光電效應，有光電子逸出，則有電流流過電流表G，故B錯誤；1.5 eV的光子的能量小于逸出功，所以不能發(fā)生光電效應，無光電流，故D錯誤。
14．(2024·江蘇淮安高二期中)從1907年起，密立根就開始測量金屬的遏制電壓Uc與入射光的頻率ν的關(guān)系，由此計算普朗克常量h，并與普朗克根據(jù)黑體輻射得出的h相比較，以檢驗愛因斯坦光電效應方程的正確性。按照密立根的方法，我們利用圖甲所示裝置進行實驗，得到某金屬的Uc－ν圖像如圖乙所示，電子的電荷量e、圖中ν1和U0均已知，求：
(1)金屬的截止頻率；
(2)普朗克常量h；
(3)當入射光的頻率為3ν1時，逸出光電子的最大初動能。
答案：(1)ν1　(2)　(3)2eU0
解析：(1)根據(jù)金屬的Uc－ν圖像可知，金屬的截止頻率為ν0＝ν1。
(2)根據(jù)光電效應方程和動能定理可得Ek＝hν－W0，－eUc＝0－Ek
可得Uc＝ν－
可知Uc－ν圖像的斜率為k＝＝
解得普朗克常量為h＝。
(3)由Uc－ν圖像可得－＝－U0
可得金屬的逸出功為W0＝eU0
當入射光的頻率為3ν1時，根據(jù)光電效應方程可得Ek′＝h·3ν1－W0
解得Ek′＝2eU0。
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第四章　原子結(jié)構(gòu)和波粒二象性
2．光電效應
目標體系構(gòu)建
1．知道光電效應現(xiàn)象，了解光電效應的實驗規(guī)律。
2．知道愛因斯坦的光子說及對光電效應的解釋，會用光電效應方程解決一些簡單問題。
3．了解光的波粒二象性。
1．知道光電效應與電磁理論的矛盾。
2．理解愛因斯坦光子說及對光電效應的解釋，會用光電效應方程解決一些簡單問題。
3．了解康普頓效應及其意義。
課前預習反饋
知識點 1
1.光電效應定義
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
光電效應中發(fā)射出來的______。
光電效應現(xiàn)象和實驗規(guī)律
電子
電子
3．光電效應的實驗規(guī)律
(1)截止頻率：當入射光的頻率______到某一數(shù)值νc時，光電流消失，金屬表面已經(jīng)沒有光電子了，νc稱為截止頻率。
(2)存在著______電流。入射光強度一定，單位時間內(nèi)陰極K發(fā)射的光電子數(shù)______。入射光越強，飽和電流______，表明入射光越強，單位時間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)______。
(3)遏止電壓：施加反向電壓，使光電流減小到0的__________Uc稱為遏止電壓。
(4)光電效應具有瞬時性：當頻率超過截止頻率νc時，光電效應幾乎是______發(fā)生的。
減小
飽和
一定
越大
越多
反向電壓
瞬時
4．逸出功
使電子______某種金屬所做功的________，叫作這種金屬的逸出功，用W0表示，不同金屬的逸出功______。
『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。( 　　)
(2)金屬表面是否發(fā)生光電效應與入射光的強弱有關(guān)。( 　　)
(3)入射光照射到金屬表面上時，光電子幾乎是瞬時發(fā)射的。( 　　)
脫離
最小值
不同
×
×
√
『選一選』
(多選)光電效應的規(guī)律中，經(jīng)典波動理論不能解釋的有( 　　)
A．入射光的頻率必須大于被照射金屬的極限頻率時才產(chǎn)生光電效應
B．光電子的最大初動能與入射光的強度無關(guān)，只隨入射光頻率的增大而增大
C．入射光照射到金屬上時，光電子的發(fā)射幾乎是瞬時的，一般不超過10－9 s
D．當入射光頻率大于極限頻率時，光電子數(shù)目與入射光強度成正比
答案：ABC
解析：按經(jīng)典的光的波動理論，光的能量隨光的強度的增大而增大，與光的頻率無關(guān)，從金屬中飛出的電子，必須吸收足夠的能量后才能從其中飛出，電子有一個能量積蓄的時間，光的強度越大，單位時間內(nèi)輻射到金屬表面的光子數(shù)越多，被電子吸收的光子數(shù)自然也越多，產(chǎn)生的光電子數(shù)也越多。故不能解釋的有A、B、C三項。
『想一想』
如圖所示，把一塊鋅板連接在驗電器上，用紫外線燈照射鋅板，觀察到驗電器的指針發(fā)生了變化，這說明鋅板帶了電。你知道鋅板是怎樣帶上電的嗎？
提示：鋅板在紫外線燈的照射下發(fā)生了光電效應，發(fā)射出光電子，因此鋅板會顯示正電性，驗電器會因帶正電荷而使金屬箔片張開一定角度。
知識點 2
1.光子說
(1)內(nèi)容
光不僅在發(fā)射和吸收能量時是一份一份的，而且________就是由一個個不可分割的________組成的，頻率為ν的光的能量子為______，這些能量子稱為光子。
(2)光子能量
公式為ε＝hν，其中ν指光的______。
愛因斯坦的光電效應理論
光本身
能量子
hν
頻率
2．光電效應方程
(1)對光電效應的說明
在光電效應中，金屬中的電子吸收__________獲得的能量是______，其中一部分用來克服金屬的__________，另一部分為光電子的____________。
(2)光電效應方程
Ek＝__________。
一個光子
hν
逸出功W0
初動能Ek
hν－W0
3．對光電效應規(guī)律的解釋
(1)光電子的最大初動能與入射光______有關(guān)，與光的______無關(guān)。只有當hν______時，才有光電子逸出。
(2)電子________吸收光子的全部能量，________積累能量的時間。
(3)對于同種顏色的光，光較強時，包含的________較多，照射金屬時產(chǎn)生的________較多，因而飽和電流較大。
說明：①光越強，包含的光子數(shù)越多，照射金屬時產(chǎn)生的光電子就多，因而飽和電流大；②入射光的強度，指單位時間照射在金屬單位面積上的光子總能量，在入射光頻率不變的情況下，光強與光子數(shù)成正比；③單位時間內(nèi)發(fā)射出來的電子數(shù)由光強決定。
頻率
強弱
>W0
一次性
不需要
光子數(shù)
光電子
『選一選』
(多選)(2024·天津二模)如圖所示，在研究光電效應的實驗中，發(fā)現(xiàn)用一定頻率的A光照射光電管時，電流表指針會發(fā)生偏轉(zhuǎn)，而用另一頻率的B光照射時電流表指針不會發(fā)生偏轉(zhuǎn)，則下列說法正確的是( 　 )
A．A光的頻率一定大于B光的頻率
B．在水中A光的速度大于B光的速度
C．用A光和B光分別在同一雙縫干涉實驗裝置上做實驗，A光的干涉條紋間距較寬
D．用A光照射光電管時流過電流表G的電流方向是從a流向b
答案：AD
知識點 3
1.康普頓效應
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。
2．光子的動量
光子不僅具有能量，而且具有______，公式：p＝______。
康普頓效應和光子的動量
大于
動量
『判一判』
(4)光子發(fā)生散射時，其動量大小發(fā)生變化，但光子的頻率不發(fā)生變化。( 　　)
(5)光子發(fā)生散射后，其波長變大。( 　　)
×
√
課內(nèi)互動探究
探究?
光電效應現(xiàn)象及其實驗規(guī)律
要點提煉
1.光電效應現(xiàn)象存在遏止電壓和截止頻率，當所加電壓U為0時，電流I并不為0。只有施加反向電壓，也就是陰極接電源正極、陽極接電源負極，在光電管兩極間形成使電子減速的電場，電流才有可能為0。使光電流減小到0的反向電壓Uc稱為遏止電壓。遏止電壓的存在意味著光電子具有一定的初速度。
當光照射在金屬表面時有電子從金屬表面逸出，但并不是任何頻率的入射光都能引起光電效應。對于某種金屬材料，只有當入射光的頻率大于某一頻率νc時，電子才能從金屬表面逸出，形成光電流。當入射光的頻率小于νc時，即使不施加反向電壓也沒有光電流，這表明沒有光電子逸出，這一頻率νc稱為截止頻率或極限頻率。截止頻率與陰極材料有關(guān)，不同的金屬材料的νc一般不同。如果入射光的頻率ν小于截止頻率νc，那么，無論入射光的光強多大，都不能產(chǎn)生光電效應。
2．光電效應與經(jīng)典電磁理論的矛盾
項目 經(jīng)典電磁理論 光電效應實驗結(jié)果
矛盾1 按照光的經(jīng)典電磁理論，不論入射光的頻率是多少，只要光強足夠強，總可以使電子獲得足夠的能量從而發(fā)生光電效應 如果光的頻率小于金屬的截止頻率，無論光強多大，都不會發(fā)生光電效應
矛盾2 光越強，電子可獲得更多的能量，光電子的最大初動能也應該越大，所以遏止電壓與光強有關(guān) 遏止電壓與光強無關(guān)，與頻率有關(guān)
矛盾3 光照強度大時，電子能量積累的時間就短，光弱時，能量積累的時間就長，電子逸出的快慢不同 光照射光電管的陰極時，無論光強怎樣微弱，瞬時就產(chǎn)生了光電子
典例剖析
1.利用光電管研究光電效應實驗如圖所示，用頻率為ν的可見光照射陰極K，電流表中有電流通過，則( 　　)
A．用紫外線照射，電流表一定有電流通過
B．用紅光照射，電流表一定無電流通過
C．用紅外線照射，電流表一定無電流通過
D．用頻率為ν的可見光照射K，當滑動變阻器的滑動觸頭移到A端時，電流表中一定無電流通過
答案：A
解析：因紫外線的頻率比可見光的頻率高，所以用紫外線照射時，電流表中一定有電流通過，故A正確；因不知陰極K的截止頻率，所以用紅光或紅外線照射時，也可能發(fā)生光電效應，故B、C錯誤；即使UAK＝0，電流表中也可能有電流通過，光電流會小些，故D錯誤。
(多選)(2024·重慶渝中高二期中)用不同單色光照射圖甲電路中光電管陰極K時，微安表讀數(shù)隨兩極板間電壓變化的圖像如圖乙所示。則下列說法正確的是( 　 )
對點訓練
A．甲光的頻率小于乙光的頻率
B．甲光的頻率大于乙光的頻率
C．甲光的強度比丙光的強度大
D．甲光的強度比丙光的強度小
答案：AC
解析：根據(jù)圖乙可知，甲光的遏止電壓小于乙光的遏止電壓，根據(jù)eUc＝Ekmax＝hν－W0，可知，甲光的頻率小于乙光的頻率，故A正確，B錯誤；根據(jù)圖乙可知，甲丙兩光的遏止電壓相等，結(jié)合上述可知，甲丙是同一種光，甲丙的頻率相等，由于甲光照射時的飽和電流大于丙光照射時的飽和電流，可知，甲光的強度比丙光的強度大，故C正確，D錯誤。
探究?
光電效應方程的理解
要點提煉
1.對光電效應方程的理解
(1)光電子的動能
方程Ek＝hν－W0中，Ek為光電子的最大初動能，就某個光電子而言，其離開金屬時的動能大小可以是零到最大值范圍內(nèi)的任何數(shù)值。
(2)方程實質(zhì)
方程Ek＝hν－W0實質(zhì)上是能量守恒方程。
(3)產(chǎn)生光電效應的條件
(4)截止頻率νc
方程Ek＝hν－W0表明，光電子的最大初動能Ek與入射光的頻率ν存在線性關(guān)系(如圖所示)，與光強無關(guān)。圖中橫軸上的截距是截止頻率或極限頻率，縱軸上的截距是逸出功的負值，圖線的斜率為普朗克常量。
(5)逸出功
方程Ek＝hν－W0中的逸出功W0為從金屬表面逸出的電子克服束縛而消耗的最少能量，不同金屬的逸出功是不同的。
2．光電效應規(guī)律中的兩條線索、兩個關(guān)系
(1)兩條線索
(2)兩個關(guān)系
光強→光子數(shù)目多→發(fā)射光電子多→光電流大；
光子頻率高→光子能量大→產(chǎn)生光電子的最大初動能大。
3．光電效應幾種圖像的對比
圖像名稱 圖線形狀 由圖線得到的物理量
頻率相同、強度不同的光，光電流與電壓的關(guān)系
①橫截距：遏止電壓Uc
②電流的最大值：飽和電流
③最大初動能：Ek＝eUc
頻率不同時，光電流與電壓的關(guān)系 ①橫截距：遏止電壓Uc1、Uc2
②電流的最大值：飽和電流
③最大初動能Ek1＝eUc1，Ek2＝eUc2
圖像名稱 圖線形狀 由圖線得到的物理量
Ek－ν圖像
Ek＝hν－W0 ①橫截距：Ek＝0時，截止頻率νc
②縱截距：ν＝0時，逸出功的負數(shù)－W0
③圖像斜率：普朗克常量h＝k(據(jù)Ek＝hν－W0知，圖像斜率為h)
(1)逸出功和截止頻率均由金屬本身決定，與其他因素無關(guān)。　
(2)光電子的最大初動能隨入射光頻率的增大而增大，但不是正比關(guān)系。
典例剖析
2.如圖所示K裝置，陰極K用極限波長為λc＝0.66 μm的金屬制成。若閉合開關(guān)S，用波長為λ＝0.50 μm的綠光照射陰極，調(diào)整兩極間的電壓，使電流表的示數(shù)最大，最大示數(shù)為0.64 μA。已知普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s。
(1)求陰極每秒發(fā)射的光電子數(shù)和光電子飛出陰極時的最大初動能；
(2)如果將照射陰極的綠光的光強增大為原來的2倍，求陰極每秒發(fā)射的光電子數(shù)和光電子飛出陰極時的最大初動能。
答案：(1)4.0×1012　9.6×10－20 J
(2)8.0×1012　9.6×10－20 J
根據(jù)愛因斯坦光電效應方程可知，光電子的最大初動能為
代入數(shù)據(jù)可得Ek＝9.6×10－20 J。
(2)如果照射光的頻率不變，光強加倍，則每秒發(fā)射的光電子數(shù)加倍，飽和電流增大為原來的2倍，則綠光的光強增大為原來的2倍后，陰極每秒發(fā)射的光電子個數(shù)
n′＝2n＝8.0×1012
光電子的最大初動能仍然為Ek＝hν－W0＝9.6×10－20 J。
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，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3.28 eV，鋅的逸出功是3.24 eV，若將兩者的圖線畫在同一個Ek－ν坐標系中，用實線表示鎢，虛線表示鋅，則能正確反映這一過程的圖像是( 　　)
對點訓練
答案：B
探究?
光的波粒二象性
要點提煉
1.光的波粒二象性的理解
實驗基礎 表現(xiàn) 說明
光的波
動性 干涉和
衍射 (1)光子在空間各點出現(xiàn)的可能性大小可用波動規(guī)律來描述
(2)足夠能量的光(大量光子)在傳播時，表現(xiàn)出波的性質(zhì)
(3)波長長的光容易表現(xiàn)出波動性 (1)光的波動性是光子本身的一種屬性，不是光子之間相互作用產(chǎn)生的
(2)光的波動性不同于宏觀觀念的波
實驗基礎 表現(xiàn) 說明
光的粒
子性 光電效應、康普頓效應 (1)當光同物質(zhì)發(fā)生作用時，這種作用是“一份一份”進行的，表現(xiàn)出粒子的性質(zhì)
(2)少量或個別光子容易顯示出光的粒子性
(3)波長短的光，粒子性顯著 (1)粒子的含義是“不連續(xù)”“一份一份”的
(2)光子不同于宏觀觀念的粒子
2.光的波粒二象性
(1)大量光子產(chǎn)生的效果顯示出波動性，比如干涉、衍射現(xiàn)象中，如果用強光照射，在光屏上立刻出現(xiàn)了干涉、衍射條紋，波動性體現(xiàn)了出來；個別光子產(chǎn)生的效果顯示出粒子性，如果用微弱的光照射，在屏上就只能觀察到一些分布毫無規(guī)律的光點，粒子性得到充分體現(xiàn)；但是如果微弱的光在照射時間加長的情況下，在感光底片上的光點分布又會出現(xiàn)一定的規(guī)律性，傾向于干涉、衍射的分布規(guī)律。這些實驗，為人們認識光的波粒二象性提供了良好的依據(jù)。
(2)光子和電子、質(zhì)子等實物粒子一樣具有能量和動量，個別光子產(chǎn)生的效果往往顯示出粒子性，如光子與電子的作用是一份一份進行的，這些都體現(xiàn)了光的粒子性。
(3)對不同頻率的光，頻率低、波長長的光，波動性特征顯著；而頻率高、波長短的光，粒子性特征顯著。
典例剖析
3．(多選)對光的認識，下列說法正確的是( 　　)
A．少量光子的行為易表現(xiàn)出粒子性，大量光子的行為易表現(xiàn)出波動性
B．光的波動性是光子本身的一種屬性，不是光子之間的相互作用引起的
C．光表現(xiàn)出波動性時，就不具有粒子性了；光表現(xiàn)出粒子性時，就不具有波動性了
D．光的波粒二象性可以理解為在某些場合下光的波動性表現(xiàn)明顯，在某些場合下，光的粒子性表現(xiàn)明顯
答案：ABD
解析：少量光子的行為易表現(xiàn)出粒子性，大量光子的行為易表現(xiàn)出波動性；光與物質(zhì)相互作用，表現(xiàn)為粒子性，光傳播時表現(xiàn)為波動性；光的波動性與粒子性都是光的本質(zhì)屬性，因為波動性表現(xiàn)為粒子分布概率，光的粒子性表現(xiàn)明顯時仍具有波動性，故選項A、B、D正確。
(2024·寧夏石嘴山高三開學考試)關(guān)于波粒二象性，下列說法正確的是( 　　)
A．波動性和粒子性，在宏觀現(xiàn)象和微觀高速運動的現(xiàn)象中都是矛盾的、對立的
B．實物的運動都有特定的軌道，所以實物不具有波粒二象性
C．光電效應現(xiàn)象揭示了光的波動性
D．康普頓效應表明光子有動量，揭示了光的粒子性的一面
答案：D
對點訓練
解析：波動性和粒子性是具有的特殊規(guī)律，在宏觀現(xiàn)象和微觀高速運動的現(xiàn)象中不矛盾的、不對立的，如光子在少量時表現(xiàn)為粒子性，大量的時候表現(xiàn)為波動性，故A錯誤；實物物體的德布羅意波的波長太小，實際很難觀察到波動性，有特定的軌道，但不是不具有波粒二象性，故B錯誤；光電效應現(xiàn)象揭示了光的粒子性，故C錯誤；康普頓效應表明光子有動量，揭示了光的粒子性的一面，故D正確。
核心素養(yǎng)提升
光電效應中幾個易混淆的概念
1．光子與光電子
光子指光在空間傳播時的一份能量，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，光子是光電效應的因，光電子是果。
2．光電子的動能與光電子的最大初動能
光照射到金屬表面時， 光子的能量全部被電子吸收，電子吸收光子的能量，可能向各個方向運動，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；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等于光電子的最大初動能。
3．光子的能量與入射光的強度
光子的能量即每個光子的能量，其值為E＝hν(ν為光的頻率)，其大小由光的頻率決定。入射光的強度指單位時間內(nèi)照射到金屬表面單位面積上的總能量；入射光的強度等于單位時間內(nèi)入射光子數(shù)與光子能量的乘積。
4．光電流和飽和光電流
金屬板飛出的光電子到達陽極，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)。
在研究光電效應現(xiàn)象時，先后用甲、乙兩種不同色光照射同一光電管，所得的光電流I與光電管兩端所加電壓U間的關(guān)系曲線如圖所示，下列說法正確的是( 　　)
案例
A．色光乙的頻率小、光強大
B．色光乙的頻率大、光強大
C．無論電壓如何變化，色光乙產(chǎn)生的光電流一定比色光甲產(chǎn)生的光電流小
D．換另一個加正向電壓的光電管，若色光甲能產(chǎn)生光電流，則色光乙一定能產(chǎn)生光電流
答案：D
解析：由圖像可知，用色光乙照射光電管時遏止電壓大，使其逸出的光電子最大初動能大，所以色光乙的頻率大，光子的能量大。由圖知，色光甲的飽和光電流大于色光乙的飽和光電流，故色光甲的光強應該大于色光乙的光強，故A、B錯誤；加反向電壓時，在某一范圍內(nèi)，色光乙產(chǎn)生的光電流比色光甲產(chǎn)生的光電流大，故C錯誤；因色光乙的頻率大于色光甲的頻率，光電管加正向電壓時，如果色光甲能使該光電管產(chǎn)生光電流，則色光乙一定能使該光電管產(chǎn)生光電流，故D正確。
課堂達標檢測
一、光電效應現(xiàn)象和實驗規(guī)律
1.如圖所示為演示光電效應的實驗裝置，關(guān)于光電效應，下列說法正確的是( 　　)
A．發(fā)生光電效應時，光電子是從K極逸出的
B．靈敏電流計不顯示讀數(shù)一定是因為入射光強度太弱
C．靈敏電流計不顯示讀數(shù)可能是因為電壓過低
D．如果把電源反接，一定不會發(fā)生光電效應
答案：A
解析：當發(fā)生光電效應時，光電子從K極逸出，故A正確；由題圖可知，光電管A、K兩極之間加的是正向電壓，若有光電子逸出，則光電子在電場力作用下加速運動，一定能到達A極，回路中一定有電流，若靈敏電流計不顯示讀數(shù)，可能是因為入射光頻率過低，沒有發(fā)生光電效應，故B、C錯誤；若把電源反接，不會影響光電效應現(xiàn)象的發(fā)生，故D錯誤。
2．某光源發(fā)出的光由不同波長的光組成，不同波長的光的強度如圖所示。表中給出了一些材料的極限波長，用該光源發(fā)出的光照射表中材料，則( 　　)
材料 鈉 銅 鉑
極限波長/nm 541 268 196
A．僅鈉能產(chǎn)生光電子 B．僅鈉、銅能產(chǎn)生光電子
C．僅銅、鉑能產(chǎn)生光電子 D．都能產(chǎn)生光電子
答案：D
解析：由題圖知，該光源發(fā)出的光的波長大約在25 nm到400 nm之間，而三種材料中，極限波長最小的鉑的極限波長是196 nm，大于25 nm，所以該光源能使三種材料都產(chǎn)生光電效應現(xiàn)象，故D正確。
3.(多選)如圖為演示光電效應的裝置，閉合開關(guān)S，當用某種頻率的光照射光電管時，電流表A有示數(shù)，則下列說法中正確的是( 　　)
A．斷開開關(guān)S，則電流表示數(shù)為零
B．將滑動變阻器的滑片c向a端移動，電流表的示數(shù)減小
C．換用頻率更高的光照射光電管，并將電源反接，電流表的示數(shù)可能增大
D．增大照射光電管的光照強度，同時將滑動變阻器的滑片c向a端移動，電流表的示數(shù)一定增大
答案：BC
解析：光電管加的是反向電壓，開關(guān)S斷開時，有更多的光電子到達陽極；將滑動變阻器的滑片c向a端移動，反向電壓增大，到達另一端的電子數(shù)目變少，甚至消失；換用頻率更高的光照射光電管，則光電子的最大初動能增大，將電源反接，即加正向電壓，則單位時間內(nèi)到達另一端的電子數(shù)目很可能變多，則電流表的示數(shù)會增大；增大光照強度，單位時間內(nèi)發(fā)出的光電子數(shù)目增多，由于反向電壓增大，單位時間內(nèi)到達另一端的電子數(shù)目不一定增多，則電流表示數(shù)不一定增大，故B、C正確。
二、愛因斯坦的光電效應理論
答案：A
5．光電效應實驗裝置如圖(a)所示，在甲、乙、丙三種光的照射下得到了三條電流表與電壓表讀數(shù)之間的關(guān)系曲線，如圖(b)所示。則下列說法正確的是( 　　)
A．乙光的頻率大于甲光的頻率
B．甲光的波長小于丙光的波長
C．丙光的光子能量小于甲光的光子能量
D．乙光對應的光電子最大初動能小于丙光的光電子最大初動能
答案：A
6．(多選)現(xiàn)用某一光電管進行光電效應實驗，當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，入射光的光強變大，飽和光電流變大
B．入射光的頻率越大，光電子的最大初動能就越大，光電子的最大初動能與入射光的頻率成正比
C．保持入射光的光強不變，不斷減小入射光的頻率，始終有光電流產(chǎn)生
D．遏止電壓的大小與入射光的頻率有關(guān)，與入射光的光強無關(guān)
答案：AD
解析：飽和光電流隨著入射光的強度增大而增大；據(jù)Ek＝hν－W0可知，光電子的最大初動能與入射光的頻率是一次函數(shù)關(guān)系，不是正比關(guān)系；不斷減小入射光的頻率，當入射光頻率小于截止頻率時，將不會發(fā)生光電效應；由eUc＝Ek＝hν－W0可知，遏止電壓的大小與入射光的頻率有關(guān)，與入射光的光強無關(guān)，故A、D正確。
7.某金屬被光照射后產(chǎn)生了光電效應現(xiàn)象，測得光電子的最大初動能Ek與入射光頻率ν之間的關(guān)系如圖所示，已知h為普朗克常量，電子的電荷量的絕對值為e，則當入射光頻率為2ν0時，其遏止電壓為( 　　)
答案：C
三、康普頓效應和光子的動量
8．康普頓效應證實了光子不僅具有能量，而且具有動量。下圖給出了光子與靜止電子碰撞后，電子的運動方向，則碰后光子( 　　)
A．可能沿1方向，且波長變短
B．可能沿2方向，且波長變短
C．可能沿1方向，且波長變長
D．可能沿3方向，且波長變長
答案：C
9．(2023·杭州學軍中學期中)關(guān)于光的波粒二象性，下列說法正確的是( 　　)
A．光既是一種波又是一種粒子
B．個別光子是粒子，大量光子是波
C．光沿直線傳播時表現(xiàn)為粒子性，發(fā)生干涉時表現(xiàn)為波動性
D．在光的干涉條紋中，明條紋是光子能夠到達的地方，暗條紋是光子不能到達的地方
答案：C
解析：波粒二象性不是指一種物質(zhì)同時是波又是粒子，而是指這種物質(zhì)有時表現(xiàn)為波動性，有時又表現(xiàn)為粒子性，選項A錯誤；少量的粒子表現(xiàn)出粒子性，大量粒子表現(xiàn)出波動性，不能說個別光子是粒子，大量光子是波，選項B錯誤；光沿直線傳播時表現(xiàn)為粒子性，發(fā)生干涉時表現(xiàn)為波動性，選項C正確；在光的干涉條紋中，明條紋是光子到達概率比較大的地方，暗條紋是光子到達概率比較小的地方，選項D錯誤。

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