第15章 第1讲 光电效应 波粒二象性（Word教参）-【新高考方案】2024高考物理一轮复习（江苏专版）

第十五章 原子物理 第1讲　光电效应 波粒二象性 一、光电效应 1．光电效应现象 (1)定义：在光的照射下，金属中的电子从表面逸出的现象，发射出来的电子叫光电子。 (2)产生条件：入射光的频率大于或等于金属的极限频率。 2．光电效应的三条规律 (1)每种金属都有一个极限频率，入射光的频率必须大于或等于这个极限频率才能产生光电效应。 (2)光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光频率的增大而增大。 (3)光电效应的发生几乎是瞬时的。 二、爱因斯坦的光电效应理论 1．光子说 (1)在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫作一个光子，光子的能量ε＝hν。 (2)普朗克常量：h＝6.63×10－34 J·s。 2．爱因斯坦光电效应方程 (1)表达式：Ek＝hν－W0。 (2)各量的意义： ①ν：照射光的频率。 ②W0：为逸出功，指使电子脱离某种金属所做功的最小值。 ③Ek ：为光电子的最大初动能，指发生光电效应时，金属表面上的电子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。 (3)公式的意义：金属表面的电子吸收一个光子获得的能量是hν，这些能量的一部分用来克服金属的逸出功W0，剩下的表现为逸出后光电子的最大初动能Ek＝mevc2。 三、光的波粒二象性与物质波 1．光的波粒二象性 (1)光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有波动性。 (2)光电效应说明光具有粒子性。 (3)光既具有波动性，又具有粒子性，称为光的波粒二象性。 2．物质波 (1)概率波：光的干涉现象是大量光子的运动遵循波动规律的表现，亮条纹是光子到达概率大的地方，暗条纹是光子到达概率小的地方，因此光波又叫概率波。 (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λ＝，p为运动物体的动量，h为普朗克常量。 微点判断　 (1)光子和光电子都是实物粒子。(×) (2)只要入射光的强度足够强，就可以使金属发生光电效应。(×) (3)要想在光电效应实验中测到光电流，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。(√) (一) 光电效应规律的理解及应用(精研点) 1．与光电效应有关的五组概念对比 (1)光子与光电子：光子指光在空间传播时的每一份能量，光子不带电；光电子是金属表面受到光照射时发射出来的电子，其本质是电子。光子是因，光电子是果。 (2)光电子的动能与光电子的最大初动能：只有金属表面的电子直接向外飞出时，只需克服原子核的引力做功的情况，才具有最大初动能。 (3)光电流和饱和光电流：金属板飞出的光电子到达阳极，回路中便产生光电流，随着所加正向电压的增大，光电流趋于一个饱和值，这个饱和值是饱和光电流，在一定的光照条件下，饱和光电流与所加电压大小无关。 (4)入射光强度与光子能量：入射光强度指单位时间内照射到金属表面单位面积上的总能量，而光子能量E＝hν。 (5)光的强度与饱和光电流：频率相同的光照射金属产生光电效应，入射光越强，饱和光电流越大，但不是简单的正比关系。 2．光电效应的研究思路 (1)两条线索 (2)两条对应关系 ①入射光强度大→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．光电效应中三个重要关系 (1)爱因斯坦光电效应方程：Ek＝hν－W0。 (2)光电子的最大初动能Ek与遏止电压Uc的关系：Ek＝eUc。 (3)逸出功W0与极限频率νc的关系：W0＝ hνc。 [考法全训] 1．[对光子说的理解] (2022·全国乙卷)一点光源以113 W的功率向周围所有方向均匀地辐射波长约为6×10－ 7 m的光，在离点光源距离为R处每秒垂直通过每平方米的光子数为3×1014个。普朗克常量为h＝6.63×10－34J·s。R约为(　 ) A．1×102 m　　　　　 B．3×102 m C．6×102 m D．9×102 m 解析：选B　一个光子的能量为E＝hν，ν为光的频率，光的波长与频率关系为c＝λν。光源每秒发出的光子的个数为n＝＝，P为光源的功率，光子以球面波的形式传播，那么以光源为原点的球面上的光子数相同，距光源的距离为R处每秒垂直通过每平方米的光子数为3 × 1014个，那么此处的球面的表面积为S＝4πR2，则＝3×1014，联立以上各式解得R≈3×102 m。 2．[光电效应规律的研究] (2023·衡水高三联考)如图所示为研究光电效应的电路图。开关闭合后，当用波长为λ0的单色光照射光电管的阴极K时，电流表