第55讲 光电效应及波粒二象性-【划重点】2024年高考物理一轮复习精细讲义

第55讲　光电效应及波粒二象性 ——划重点之精细讲义系列 一．光电效应及其规律 1．光电效应现象 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．光电效应的产生条件 入射光的频率大于金属的极限频率． 3．光电效应规律 (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，一般不超过10－9s. (4)当入射光的频率大于极限频率时，饱和光电流的强度与入射光的强度成正比． 二．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—份叫做一个光子，光子的能量ε＝hν. 2．逸出功W0：电子从金属中逸出所需做功的最小值． 3．最大初动能：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． 4．光电效应方程 (1)表达式：hν＝Ek＋W0或Ek＝hν－W0. (2)物理意义：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电子的最大初动能． 三、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、康普顿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． 考点一　光电效应的理解 1．光电效应中的几个概念比较 (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． (2)光电子的动能与光电子的最大初动能 光照射到金属表面时，电子吸收光子的全部能量，可能向各个方向运动，需克服原子核和其他原子的阻碍而损失一部分能量，剩余部分为光电子的初动能；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)光的强弱与饱和光电流 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． 2．对光电效应规律的解释 对应规律 对规律的产生的解释 光电子的最大初动能随着入射光频率的增大而增大，与入射光强度无关 电子吸收光子能量后，一部分克服原子核引力做功，剩余部分转化为光电子的初动能，只有直接从金属表面飞出的光电子才具有最大初动能，对于确定的金属，逸出功W0是一定的，故光电子的最大初动能只随入射光的频率增大而增大 光电效应具有瞬时性 光照射金属时，电子吸收一个光子的能量后，动能立即增大，不需要能量积累的过程 光较强时饱和电流大 光较强时，包含的光子数较多，照射金属时产生的光电子较多，因而饱和电流较大 光电效应实质及发生条件 (1)光电效应的实质是金属中的电子获得能量后逸出金属表面，从而使金属带上正电． (2)能否发生光电效应，不取决于光的强度，而是取决于光的频率．只要照射光的频率大于该金属的极限频率，无论照射光强弱，均能发生光电效应． 【典例1】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 【典例2】(多选)一单色光照到某金属表面时，有光电子从金属表面逸出，下列说法中正确的是(　　) A．无论增大入射光的频率还是增大入射光的强度，金属的逸出功都不变 B．只延长入射光照射时间，光电子的最大初动能将增大 C．只增大入射光的频率，光电子的最大初动能将增大 D．只增大入射光的频率，光电子逸出所经历的时间将缩短 【典例3】(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．入射光的频率变高，光电子的最大初动能变大 D．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 【典例4】(多选)在光电效应实验中，用同一种单色光，先后照射锌和银的表面，都能发生光电效应．对于这两个过程，下列物理过程中一定不同的是(　　) A．遏止电压　　 B．饱和光电流 C．光电子的最大初动能 D．逸出功 【典例5】(多选)用如图所示的光电管研究光电效应的实验中，用某种频率的单色光a照射光电管阴极K，电流计G的指针发生偏转．而用另一频率的单色光b照射光电管阴极K时，电流计G的指针不发生偏转，那么(　　) A．a光的频率一定大于b光的频率 B．只增加a光的强度可使通过电流计G的电流增大