新教材適用2024-2025學(xué)年高中物理第4章原子結(jié)構(gòu)和波粒二象性2.光電效應(yīng)學(xué)案新人教版選擇性必修第三冊(cè)

2.光電效應(yīng)課程標(biāo)準(zhǔn)1．知道光電效應(yīng)現(xiàn)象，了解光電效應(yīng)的試驗(yàn)規(guī)律。2．知道愛(ài)因斯坦的光子說(shuō)及對(duì)光電效應(yīng)的說(shuō)明，會(huì)用光電效應(yīng)方程解決一些簡(jiǎn)潔問(wèn)題。3．了解光的波粒二象性。素養(yǎng)目標(biāo)1．知道光電效應(yīng)與電磁理論的沖突。2．理解愛(ài)因斯坦光子說(shuō)及對(duì)光電效應(yīng)的說(shuō)明，會(huì)用光電效應(yīng)方程解決一些簡(jiǎn)潔問(wèn)題。3．了解康普頓效應(yīng)及其意義。學(xué)問(wèn)點(diǎn)1光電效應(yīng)現(xiàn)象和試驗(yàn)規(guī)律1．光電效應(yīng)定義照耀到金屬表面的光，能使金屬中的_電子__從表面逸出的現(xiàn)象。2．光電子光電效應(yīng)中放射出來(lái)的_電子__。3．光電效應(yīng)的試驗(yàn)規(guī)律(1)截止頻率：當(dāng)入射光的頻率_減小__到某一數(shù)值νc時(shí)，光電流消逝，金屬表面已經(jīng)沒(méi)有光電子了，νc稱為截止頻率。(2)存在著_飽和__電流。入射光強(qiáng)度肯定，單位時(shí)間內(nèi)陰極K放射的光電子數(shù)_肯定__。入射光越強(qiáng)，飽和電流_越大__，表明入射光越強(qiáng)，單位時(shí)間內(nèi)放射的光電子數(shù)_越多__。(3)遏止電壓：施加反向電壓，使光電流減小到0的_反向電壓__Uc稱為遏止電壓。(4)光電效應(yīng)具有瞬時(shí)性：當(dāng)頻率超過(guò)截止頻率νc時(shí)，光電效應(yīng)幾乎是_瞬時(shí)__發(fā)生的。4．逸出功使電子_脫離__某種金屬所做功的_最小值__，叫作這種金屬的逸出功，用W0表示，不同金屬的逸出功_不同__?！号幸慌小?1)任何頻率的光照耀到金屬表面都可以發(fā)生光電效應(yīng)。(×)(2)金屬表面是否發(fā)生光電效應(yīng)與入射光的強(qiáng)弱有關(guān)。(×)(3)入射光照耀到金屬表面上時(shí)，光電子幾乎是瞬時(shí)放射的。(√)『選一選』(多選)光電效應(yīng)的規(guī)律中，經(jīng)典波動(dòng)理論不能說(shuō)明的有(ABC)A．入射光的頻率必需大于被照耀金屬的極限頻率時(shí)才產(chǎn)生光電效應(yīng)B．光電子的最大初動(dòng)能與入射光的強(qiáng)度無(wú)關(guān)，只隨入射光頻率的增大而增大C．入射光照耀到金屬上時(shí)，光電子的放射幾乎是瞬時(shí)的，一般不超過(guò)10－9sD．當(dāng)入射光頻率大于極限頻率時(shí)，光電子數(shù)目與入射光強(qiáng)度成正比解析：按經(jīng)典的光的波動(dòng)理論，光的能量隨光的強(qiáng)度的增大而增大，與光的頻率無(wú)關(guān)，從金屬中飛出的電子，必需汲取足夠的能量后才能從其中飛出，電子有一個(gè)能量積蓄的時(shí)間，光的強(qiáng)度越大，單位時(shí)間內(nèi)輻射到金屬表面的光子數(shù)越多，被電子汲取的光子數(shù)自然也越多，產(chǎn)生的光電子數(shù)也越多。故不能說(shuō)明的有A、B、C三項(xiàng)。『想一想』如圖所示，把一塊鋅板連接在驗(yàn)電器上，用紫外線燈照耀鋅板，視察到驗(yàn)電器的指針發(fā)生了改變，這說(shuō)明鋅板帶了電。你知道鋅板是怎樣帶上電的嗎？答案：鋅板在紫外線燈的照耀下發(fā)生了光電效應(yīng)，放射出光電子，因此鋅板會(huì)顯示正電性，驗(yàn)電器會(huì)因帶正電荷而使金屬箔片張開(kāi)肯定角度。學(xué)問(wèn)點(diǎn)2愛(ài)因斯坦的光電效應(yīng)理論1．光子說(shuō)(1)內(nèi)容光不僅在放射和汲取能量時(shí)是一份一份的，而且_光本身__就是由一個(gè)個(gè)不行分割的_能量子__組成的，頻率為ν的光的能量子為_(kāi)hν__，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_頻率__。2．光電效應(yīng)方程(1)對(duì)光電效應(yīng)的說(shuō)明在光電效應(yīng)中，金屬中的電子汲取_一個(gè)光子__獲得的能量是_hν__，其中一部分用來(lái)克服金屬的_逸出功W0__，另一部分為光電子的_初動(dòng)能Ek__。(2)光電效應(yīng)方程Ek＝_hν－W0__。3．對(duì)光電效應(yīng)規(guī)律的說(shuō)明(1)光電子的最大初動(dòng)能與入射光_頻率__有關(guān)，與光的_強(qiáng)弱__無(wú)關(guān)。只有當(dāng)hν_>W0__時(shí)，才有光電子逸出。(2)電子_一次性__汲取光子的全部能量，_不須要__積累能量的時(shí)間。(3)對(duì)于同種顏色的光，光較強(qiáng)時(shí)，包含的_光子數(shù)__較多，照耀金屬時(shí)產(chǎn)生的_光電子__較多，因而飽和電流較大。說(shuō)明：①光越強(qiáng)，包含的光子數(shù)越多，照耀金屬時(shí)產(chǎn)生的光電子就多，因而飽和電流大；②入射光的強(qiáng)度，指單位時(shí)間照耀在金屬單位面積上的光子總能量，在入射光頻率不變的狀況下，光強(qiáng)與光子數(shù)成正比；③單位時(shí)間內(nèi)放射出來(lái)的電子數(shù)由光強(qiáng)確定。『選一選』(2024·廣東潮州期末)1905年愛(ài)因斯坦提出“光子說(shuō)”，勝利說(shuō)明白光電效應(yīng)現(xiàn)象，因此獲得1921年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。關(guān)于光電效應(yīng)的規(guī)律，下列說(shuō)法正確的是(B)A．對(duì)于同種金屬，光電子的最大初動(dòng)能與入射光的強(qiáng)度有關(guān)B．對(duì)于同種金屬，在發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)遏止電壓與入射光的頻率有關(guān)C．只要金屬中的電子汲取了光子的能量，就肯定能發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象D．單位時(shí)間內(nèi)從金屬表面逸出的光電子數(shù)與單位時(shí)間內(nèi)照耀到金屬表面的光子數(shù)無(wú)關(guān)解析：光電子的最大初動(dòng)能Ek與入射光的強(qiáng)度無(wú)關(guān)，故A錯(cuò)誤；依據(jù)愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0及eUc＝Ek，有eUc＝hν－W0，所以，對(duì)于同種金屬，發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)遏止電壓與入射光的頻率有關(guān)，故B正確；入射光的頻率大于截止頻率時(shí)，才能發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象，故C錯(cuò)誤；發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)入射的光子數(shù)越多，從金屬表面逸出的光電子數(shù)就越多，故D錯(cuò)誤。學(xué)問(wèn)點(diǎn)3康普頓效應(yīng)和光子的動(dòng)量1．康普頓效應(yīng)在散射的X射線中，除了與入射波長(zhǎng)λ0相同的成格外，還有波長(zhǎng)_大于__λ0的成分，這個(gè)現(xiàn)象稱為康普頓效應(yīng)。2．光子的動(dòng)量光子不僅具有能量，而且具有_動(dòng)量__，公式：p＝eq\f(h,λ)?！号幸慌小?4)光子發(fā)生散射時(shí)，其動(dòng)量大小發(fā)生改變，但光子的頻率不發(fā)生改變。(×)(5)光子發(fā)生散射后，其波長(zhǎng)變大。(√)探究光電效應(yīng)現(xiàn)象及其試驗(yàn)規(guī)律要點(diǎn)提煉1．光電效應(yīng)現(xiàn)象存在遏止電壓和截止頻率，當(dāng)所加電壓U為0時(shí)，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(yáng)極接電源負(fù)極，在光電管兩極間形成使電子減速的電場(chǎng)，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肯定的初速度。當(dāng)光照耀在金屬表面時(shí)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(yīng)。對(duì)于某種金屬材料，只有當(dāng)入射光的頻率大于某一頻率νc時(shí)，電子才能從金屬表面逸出，形成光電流。當(dāng)入射光的頻率小于νc時(shí)，即使不施加反向電壓也沒(méi)有光電流，這表明沒(méi)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。假如入射光的頻率ν小于截止頻率νc，那么，無(wú)論入射光的光強(qiáng)多大，都不能產(chǎn)生光電效應(yīng)。2．光電效應(yīng)與經(jīng)典電磁理論的沖突。(1)沖突之一：遏止電壓由入射光頻率確定，與光的強(qiáng)弱無(wú)關(guān)依據(jù)光的經(jīng)典電磁理論，光越強(qiáng)，光電子的初動(dòng)能應(yīng)當(dāng)越大，所以遏止電壓應(yīng)與光的強(qiáng)弱有關(guān)，而試驗(yàn)表明：遏止電壓由入射光的頻率確定，與光強(qiáng)無(wú)關(guān)。(2)沖突之二：存在截止頻率依據(jù)光的經(jīng)典電磁理論，不管光的頻率如何，只要光足夠強(qiáng)，電子都可獲得足夠的能量從而逸出表面，不應(yīng)存在截止頻率。而試驗(yàn)表明：不同金屬有不同的截止頻率，入射光頻率大于截止頻率時(shí)才會(huì)發(fā)生光電效應(yīng)。(3)沖突之三：具有瞬時(shí)性依據(jù)光的經(jīng)典電磁理論，假如光很弱，電子需幾分鐘到十幾分鐘的時(shí)間才能獲得逸出表面所需的能量。而試驗(yàn)表明：無(wú)論入射光怎樣微弱，光電效應(yīng)幾乎是瞬時(shí)的。典例剖析典例1如圖所示為演示光電效應(yīng)的試驗(yàn)裝置，關(guān)于光電效應(yīng)，下列說(shuō)法正確的是(A)A．發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)，光電子是從K極逸出的B．靈敏電流計(jì)不顯示讀數(shù)肯定是因?yàn)槿肷涔鈴?qiáng)度太弱C．靈敏電流計(jì)不顯示讀數(shù)可能是因?yàn)殡妷哼^(guò)低D．假如把電源反接，肯定不會(huì)發(fā)生光電效應(yīng)解析：當(dāng)發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)，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(chǎng)力作用下加速運(yùn)動(dòng)，肯定能到達(dá)A極，回路中肯定有光電流，若靈敏電流計(jì)不顯示讀數(shù)，可能是因?yàn)槿肷涔忸l率過(guò)低，沒(méi)有發(fā)生光電效應(yīng)，故B、C錯(cuò)誤；若把電源反接，不會(huì)影響光電效應(yīng)現(xiàn)象的發(fā)生，故D錯(cuò)誤。對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練?(多選)現(xiàn)用某一光電管進(jìn)行光電效應(yīng)試驗(yàn)，當(dāng)用某一頻率的光入射時(shí)，有光電流產(chǎn)生。下列說(shuō)法正確的是(AC)A．保持入射光的頻率不變，入射光的光強(qiáng)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(dòng)能變大D．保持入射光的光強(qiáng)不變，不斷減小入射光的頻率，始終有光電流產(chǎn)生解析：入射光頻率不變，光強(qiáng)變大，單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的光電子數(shù)目變多，故飽和光電流變大，A正確；飽和光電流與光強(qiáng)有關(guān)，B錯(cuò)誤；由愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程得hν＝W0＋Ek，C正確；不斷減小入射光的頻率，當(dāng)頻率小于材料的截止頻率時(shí)，就沒(méi)有光電流產(chǎn)生，D錯(cuò)誤。探究光電效應(yīng)方程的理解要點(diǎn)提煉1．對(duì)光電效應(yīng)方程的理解(1)光電子的動(dòng)能方程Ek＝hν－W0中，Ek為光電子的最大初動(dòng)能，就某個(gè)光電子而言，其離開(kāi)金屬時(shí)的動(dòng)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(shí)質(zhì)方程Ek＝hν－W0實(shí)質(zhì)上是能量守恒方程。(3)產(chǎn)生光電效應(yīng)的條件方程Ek＝hν－W0包含了產(chǎn)生光電效應(yīng)的條件，即要產(chǎn)生光電效應(yīng)，需Ek＝hν－W0>0，亦即hν>W0，ν>eq\f(W0,h)，而νc＝eq\f(W0,h)就是金屬的極限頻率。(4)截止頻率νc方程Ek＝hν－W0表明，光電子的最大初動(dòng)能Ek與入射光的頻率ν存在線性關(guān)系(如圖所示)，與光強(qiáng)無(wú)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(fù)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(yīng)規(guī)律中的兩條線索、兩個(gè)關(guān)系(1)兩條線索(2)兩個(gè)關(guān)系光強(qiáng)→光子數(shù)目多→放射光電子多→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(dòng)能大。3．光電效應(yīng)幾種圖像的對(duì)比圖像名稱圖線形態(tài)由圖線干脆(間接)得到的物理量最大初動(dòng)能Ek與入射光頻率ν的關(guān)系圖線，方程Ek＝hν－W0①極限頻率：圖線與ν軸交點(diǎn)的橫坐標(biāo)νc②逸出功：圖線與Ek軸交點(diǎn)的縱坐標(biāo)的負(fù)值W0＝E③普朗克常量：圖線的斜率k＝h顏色不同即入射光的頻率ν不同時(shí)，光電流與電壓的關(guān)系①遏止電壓Uc：圖線與橫軸的交點(diǎn)②飽和光電流Im：電流的最大值③最大初動(dòng)能：Ekm＝eUc遏止電壓Uc與入射光頻率ν的關(guān)系圖線①截止頻率νc：圖線與橫軸的交點(diǎn)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量的乘積，即h＝ke。(注：此時(shí)兩極之間接反向電壓)(1)逸出功和截止頻率均由金屬本身確定，與其他因素?zé)o關(guān)。(2)光電子的最大初動(dòng)能隨入射光頻率的增大而增大，但不是正比關(guān)系。典例剖析典例2如圖所示K裝置，陰極K用極限波長(zhǎng)為λc＝0.66μm的金屬制成。若閉合開(kāi)關(guān)S，用波長(zhǎng)為λ＝0.50μm的綠光照耀陰極，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0.64μA。已知普朗克常量h＝6.63×10－34J·s。(1)求陰極每秒放射的光電子數(shù)和光電子飛出陰極時(shí)的最大初動(dòng)能；(2)假如將照耀陰極的綠光的光強(qiáng)增大為原來(lái)的2倍，求陰極每秒放射的光電子數(shù)和光電子飛出陰極時(shí)的最大初動(dòng)能。解析：(1)當(dāng)陰極放射的光電子全部到達(dá)陽(yáng)極時(shí)，光電流達(dá)到飽和。由電流可知每秒到達(dá)陽(yáng)極的光電子數(shù)，即陰極每秒放射的光電子個(gè)數(shù)n＝eq\f(Imt,e)＝eq\f(0.64×10－6×1,1.6×10－19)＝4.0×1012依據(jù)愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程可知，光電子的最大初動(dòng)能為Ek＝hν－W0＝heq\f(c,λ)－h(huán)eq\f(c,λc)代入數(shù)據(jù)可得Ek＝9.6×10－20J。(2)假如照耀光的頻率不變，光強(qiáng)加倍，則每秒放射的光電子數(shù)加倍，飽和電流增大為原來(lái)的2倍，則綠光的光強(qiáng)增大為原來(lái)的2倍后，陰極每秒放射的光電子個(gè)數(shù)n′＝2n＝8.0×1012光電子的最大初動(dòng)能仍舊為Ek＝hν－W0＝9.6×10－20J。答案：(1)4.0×10129.6×10－20J(2)8.0×10129.6×10－20J對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練?(2024·云南省云天化中學(xué)高二春季開(kāi)學(xué)試題)某金屬發(fā)生光電效應(yīng)，光電子的最大初動(dòng)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，e為電子電荷量的肯定值，結(jié)合圖像所給信息，下列說(shuō)法正確的是(C)A．入射光的頻率小于ν0也可能發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象B．該金屬的逸出功隨入射光頻率的增大而增大C．若用頻率是2ν0的光照耀該金屬，則遏止電壓為eq\f(hν0,e)D．遏止電壓與入射光頻率無(wú)關(guān)解析：由圖像可知金屬的極限頻率為ν0，入射光的頻率必須要大于ν0才能發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；金屬的逸出功與入射光的頻率無(wú)關(guān)，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；若用頻率是2ν0的光照耀該金屬，則光電子的最大初動(dòng)能為Ekm＝2hν0－h(huán)ν0＝hν0＝Ue，則遏止電壓為U＝eq\f(hν0,e)，選項(xiàng)C正確；遏止電壓與入射光的頻率有關(guān)，入射光的頻率越大，則最大初動(dòng)能越大，遏止電壓越大，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。探究光的波粒二象性要點(diǎn)提煉1．光的波粒二象性的理解試驗(yàn)基礎(chǔ)表現(xiàn)說(shuō)明光的波動(dòng)性干涉和衍射(1)光子在空間各點(diǎn)出現(xiàn)的可能性大小可用波動(dòng)規(guī)律來(lái)描述(2)足夠能量的光(大量光子)在傳播時(shí)，表現(xiàn)出波的性質(zhì)(3)波長(zhǎng)長(zhǎng)的光簡(jiǎn)潔表現(xiàn)出波動(dòng)性(1)光的波動(dòng)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(dòng)性不同于宏觀觀念的波光的粒子性光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)(1)當(dāng)光同物質(zhì)發(fā)生作用時(shí)，這種作用是“一份一份”進(jìn)行的，表現(xiàn)出粒子的性質(zhì)(2)少量或個(gè)別光子簡(jiǎn)潔顯示出光的粒子性(3)波長(zhǎng)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(dòng)性，比如干涉、衍射現(xiàn)象中，假如用強(qiáng)光照耀，在光屏上立即出現(xiàn)了干涉、衍射條紋，波動(dòng)性體現(xiàn)了出來(lái)；個(gè)別光子產(chǎn)生的效果顯示出粒子性，假如用微弱的光照耀，在屏上就只能視察到一些分布毫無(wú)規(guī)律的光點(diǎn)，粒子性得到充分體現(xiàn)；但是假如微弱的光在照耀時(shí)間加長(zhǎng)的狀況下，在感光底片上的光點(diǎn)分布又會(huì)出現(xiàn)肯定的規(guī)律性，傾向于干涉、衍射的分布規(guī)律。這些試驗(yàn)，為人們相識(shí)光的波粒二象性供應(yīng)了良好的依據(jù)。(2)光子和電子、質(zhì)子等實(shí)物粒子一樣具有能量和動(dòng)量，個(gè)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(jìn)行的，這些都體現(xiàn)了光的粒子性。(3)對(duì)不同頻率的光，頻率低、波長(zhǎng)長(zhǎng)的光，波動(dòng)性特征顯著；而頻率高、波長(zhǎng)短的光，粒子性特征顯著。(4)光子的能量ε＝hν，動(dòng)量p＝eq\f(h,λ)，能量ε和動(dòng)量p是描述物質(zhì)的粒子性的重要物理量，波長(zhǎng)λ或頻率ν是描述物質(zhì)的波動(dòng)性的典型物理量，它們通過(guò)普朗克常量h聯(lián)系在一起，揭示了光的粒子性和波動(dòng)性之間的親密聯(lián)系，說(shuō)明白光的波動(dòng)性和粒子性組成一個(gè)有機(jī)的整體，相互間并不是獨(dú)立存在的。典例剖析典例3(多選)對(duì)光的相識(shí)，下列說(shuō)法正確的是(ABD)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(dòng)性B．光的波動(dòng)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(dòng)性時(shí)，就不具有粒子性了；光表現(xiàn)出粒子性時(shí)，就不具有波動(dòng)性了D．光的波粒二象性可以理解為在某些場(chǎng)合下光的波動(dòng)性表現(xiàn)明顯，在某些場(chǎng)合下，光的粒子性表現(xiàn)明顯解析：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(dòng)性；光與物質(zhì)相互作用，表現(xiàn)為粒子性，光傳播時(shí)表現(xiàn)為波動(dòng)性；光的波動(dòng)性與粒子性都是光的本質(zhì)屬性，因?yàn)椴▌?dòng)性表現(xiàn)為粒子分布概率，光的粒子性表現(xiàn)明顯時(shí)仍具有波動(dòng)性，故選項(xiàng)A、B、D正確。對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練?(2024·江蘇蘇州期末)關(guān)于光的本性，下列說(shuō)法正確的是(C)A．關(guān)于光的本性，牛頓提出微粒說(shuō)，惠更斯提出波動(dòng)說(shuō)，愛(ài)因斯坦提出光子說(shuō)，它們都說(shuō)明白光的本性B．光具有波粒二象性是指既可以把光看成宏觀概念上的波，也可以看成微觀概念上的粒子C．光的干涉、衍射現(xiàn)象說(shuō)明光具有波動(dòng)性，光電效應(yīng)說(shuō)明光具有粒子性D．光的波粒二象性將牛頓的微粒說(shuō)和惠更斯的波動(dòng)說(shuō)真正有機(jī)地統(tǒng)一起來(lái)解析：光的波動(dòng)性指大量光子在空間各點(diǎn)出現(xiàn)的可能性的大小可以用波動(dòng)規(guī)律來(lái)描述，不是惠更斯的波動(dòng)說(shuō)中宏觀意義下的機(jī)械波。光的粒子性是指光的能量是一份一份的，每一份是一個(gè)光子，不是牛頓微粒說(shuō)中的經(jīng)典微粒。某現(xiàn)象說(shuō)明光具有波動(dòng)性，是指波動(dòng)理論能說(shuō)明這一現(xiàn)象；某現(xiàn)象說(shuō)明光具有粒子性，是指能用粒子理論說(shuō)明這一現(xiàn)象。綜上，選項(xiàng)C正確。光電效應(yīng)中幾個(gè)易混淆的概念1．光子與光電子光子指光在空間傳播時(shí)的一份能量，光子不帶電，光電子是金屬表面受到光照耀時(shí)放射出來(lái)的電子，其本質(zhì)是電子，光子是光電效應(yīng)的因，光電子是果。2．光電子的動(dòng)能與光電子的最大初動(dòng)能光照耀到金屬表面時(shí)，光子的能量全部被電子汲取，電子汲取光子的能量，可能向各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，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(dòng)能；只有金屬表面的電子干脆向外飛出時(shí)，只需克服原子核的引力做功，才具有最大初動(dòng)能。光電子的初動(dòng)能小于等于光電子的最大初動(dòng)能。3．光子的能量與入射光的強(qiáng)度光子的能量即每個(gè)光子的能量，其值為E＝hν(ν為光子的頻率)，其大小由光的頻率確定。入射光的強(qiáng)度指單位時(shí)間內(nèi)照耀到金屬表面單位面積上的總能量；入射光的強(qiáng)度等于單位時(shí)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(dá)陽(yáng)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(gè)飽和值，這個(gè)飽和值是飽和光電流，在肯定的光照條件下，飽和光電流與所加電壓大小無(wú)關(guān)。案例用同一束單色光，在同一條件下，先后照耀鋅片和銀片，都能產(chǎn)生光電效應(yīng)，這兩個(gè)過(guò)程中，對(duì)下列四個(gè)量，肯定相同的是_A__，可能相同的是_C__，肯定不相同的是_BD__。A．光子的能量 B．金屬的逸出功C．光電子動(dòng)能 D．光電子最大初動(dòng)能解析：光子的能量由光的頻率確定，同一束單色光頻率相同，因而光子能量相同，逸出功等于電子脫離原子核束縛須要做的最小的功，因此只由材料確定，鋅片和銀片的逸出功肯定不相同。由Ek＝hν－W，照耀光子能量hν相同，逸出功W不同，則光電子最大初動(dòng)能也不同，由于電子汲取光子后到達(dá)金屬表面的路徑不同，途中損失的能量也不同，因而脫離金屬時(shí)的動(dòng)能可能分布在零到最大初動(dòng)能之間，所以，兩個(gè)不同光電效應(yīng)的光電子中，動(dòng)能是可能相等的。一、光電效應(yīng)現(xiàn)象和試驗(yàn)規(guī)律1．下列關(guān)于光電效應(yīng)現(xiàn)象的表述中，錯(cuò)誤的是(C)A．光電效應(yīng)是指照耀到金屬表面的光，能使金屬中的電子從表面逸出的現(xiàn)象B．光電效應(yīng)試驗(yàn)中存在截止頻率C．入射光太弱時(shí)不行能發(fā)生光電效應(yīng)D．光電效應(yīng)幾乎是瞬時(shí)發(fā)生的解析：光電效應(yīng)是指照耀到金屬表面的光能使金屬中的電子從表面逸出的現(xiàn)象，A正確；依據(jù)光電效應(yīng)的試驗(yàn)規(guī)律可知，B、D正確；光電效應(yīng)現(xiàn)象是否發(fā)生與入射光的強(qiáng)度無(wú)關(guān)，當(dāng)入射光的頻率大于截止頻率時(shí)，就可以發(fā)生光電效應(yīng)，C錯(cuò)誤。2．光電效應(yīng)的規(guī)律中，經(jīng)典波動(dòng)理論能說(shuō)明的有(B)A．入射光的頻率必需大于被照耀金屬的極限頻率時(shí)才產(chǎn)生光電效應(yīng)B．當(dāng)入射光頻率大于被照耀金屬的極限頻率時(shí)，光電子數(shù)目與入射光的強(qiáng)度成正比C．光電子的最大初動(dòng)能與入射光的強(qiáng)度無(wú)關(guān)，只隨入射光頻率的增大而增大D．入射光照耀到金屬上時(shí)，光電子的放射幾乎是瞬時(shí)的解析：按經(jīng)典的光的波動(dòng)理論，光的能量隨光的強(qiáng)度的增大而增大，與光的頻率無(wú)關(guān)，金屬中的電子必需汲取足夠的能量后才能從其中飛出，電子有一個(gè)能量積累的時(shí)間，光的強(qiáng)度越大，單位時(shí)間內(nèi)輻射到金屬表面的能量越多，被電子汲取的能量自然也越多，產(chǎn)生的光電子數(shù)也越多，故經(jīng)典波動(dòng)理論只能說(shuō)明B項(xiàng)。3．(2024·北京101中學(xué)高二月考)如圖所示，把一塊不帶電的鋅板用導(dǎo)線連接在驗(yàn)電器上，當(dāng)用某頻率的紫外線照耀鋅板時(shí)，發(fā)覺(jué)驗(yàn)電器指針偏轉(zhuǎn)肯定角度，下列說(shuō)法正確的是(D)A．驗(yàn)電器帶正電，鋅板帶負(fù)電B．驗(yàn)電器帶負(fù)電，鋅板也帶負(fù)電C．若改用紅光照耀鋅板，驗(yàn)電器的指針肯定也會(huì)偏轉(zhuǎn)D．若改用同等強(qiáng)度頻率更高的紫外線照耀鋅板，驗(yàn)電器的指針也會(huì)偏轉(zhuǎn)解析：用紫外線照耀鋅板，鋅板失去電子帶正電，驗(yàn)電器與鋅板連接，則驗(yàn)電器帶正電，故A、B錯(cuò)誤；依據(jù)光電效應(yīng)的條件可知若改用紅光照耀鋅板，不肯定能發(fā)生光電效應(yīng)，所以驗(yàn)電器的指針不肯定會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，C錯(cuò)誤；依據(jù)光電效應(yīng)的條件可知發(fā)生光電效應(yīng)與光的強(qiáng)度無(wú)關(guān)，若改用同等強(qiáng)度頻率更高的紫外線照耀鋅板，驗(yàn)電器的指針也會(huì)偏轉(zhuǎn)，D正確。二、愛(ài)因斯坦的光電效應(yīng)理論4．分別用波長(zhǎng)為λ和eq\f(2,3)λ的單色光照耀同一金屬板，金屬板發(fā)出的光電子的最大初動(dòng)能之比為1∶2，已知普朗克常量為h，真空中的光速為c，則該金屬板的逸出功為(A)A．eq\f(hc,2λ) B．eq\f(3hc,2λ)C．eq\f(3hc,4λ) D．eq\f(2hλ,c)解析：依據(jù)光電效應(yīng)方程得hν＝heq\f(c,λ)＝W0＋Ek，所以有eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(h\f(c,λ)－W0))∶eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(h\f(c,\f(2,3)λ)－W0))＝1∶2，解得W0＝eq\f(hc,2λ)，故選項(xiàng)A正確。5．(2024·山東濟(jì)寧期末)用一般光源照耀金屬時(shí)，一個(gè)電子在極短時(shí)間內(nèi)只能汲取一個(gè)光子從金屬表面逸出，稱為單光子光電效應(yīng)。假如用強(qiáng)激光照耀金屬，由于其光子密度極大，一個(gè)電子在短時(shí)間內(nèi)能汲取多個(gè)光子，稱多光子光電效應(yīng)。某光電效應(yīng)試驗(yàn)裝置如圖所示，用頻率為ν的一般光源照耀陰極K，沒(méi)有發(fā)生光電效應(yīng)，換用同樣頻率的強(qiáng)激光照耀陰極K，發(fā)生了光電效應(yīng)，閉合開(kāi)關(guān)S，并漸漸增大電源電壓U，當(dāng)光電流恰好減小到零時(shí)，電壓為Uc。已知W為金屬材料的逸出功，h為普朗克常量，e為電子帶電荷量，下列說(shuō)法可能正確的是(D)A．a(chǎn)端為電源的負(fù)極 B．ν＝eq\f(W,h)C．Uc＝eq\f(3hν,2e)－eq\f(W,e) D．Uc＝eq\f(3hν,e)－eq\f(W,e)解析：增大電源電壓能使光電流減小到零，說(shuō)明光電管兩端所加電壓為反向電壓，所以陰極K與電源正極相連，陽(yáng)極A與電源負(fù)極相連，即a端為電源的正極，b端為電源的負(fù)極，故A錯(cuò)誤；依題意知，用頻率為ν的一般光源照耀陰極K，沒(méi)有發(fā)生光電效應(yīng)，可知hν<W，而換用同頻率的強(qiáng)激光照耀陰極K，則發(fā)生了光電效應(yīng)，說(shuō)明只有一個(gè)電子汲取的光子的能量為nhν(