4.2光电效应-【堂堂清】2023-2024学年高二物理同步易混易错（人教版2019选择性必修第三册）

第四章 原子结构和波粒二象性 第二节 光电效应 [核心素养·明目标] 核心素养 学习目标 物理观念 知道光电效应和康普顿效应等概念。 科学思维 理解光子说，掌握爱因斯坦光电效应方程，并能利用它解决光电效应的有关问题。 科学探究 根据实验结论分析光的波粒二象性。 科学态度与责任 了解光的波粒二象性，了解光是一种概率波。 知识点一 　光电效应的理解和应用 情景导学： 如图是研究光电效应现象的装置图，图乙是研究光电效应的电路图，请结合装置图及产生的现象回答下列问题： 在图中发现，利用紫外线照射锌板无论光的强度如何变化，验电器都有张角，而用红光照射锌板，无论光的强度如何变化，验电器总无张角，这说明了什么？ 答案提示：(1)金属能否发生光电效应，决定于入射光的频率，与入射光的强度无关。 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。光电子的本质就是电子，而不是光子。 3.光电效应的实验规律: (1)存在着饱和电流:在光的频率不变的情况下,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，通常在10－9 s内。 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。 注：遏止电压与截止频率 (1)遏止电压：使光电流减小到零的反向电压Uc。 (2)截止频率：能使某种金属发生光电效应的最小频率叫做该种金属的截止频率(又叫极限频率)。不同的金属对应着不同的极限频率。每种金属都有一个极限频率，入射光的频率不低于这个极限频率才能使金属产生光电效应。 知识点二 爱因斯坦的光电效应理论 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，频率为ν的光的能量子为hν，这些能量子称为光子。 (2)光子能量：公式为ε＝hν，其中ν指光的频率，h＝6.63×10－34 J·s。(称为普朗克常量) 2．逸出功W0 使电子脱离某种金属所做功的最小值。金属越活跃，逸出功越小，越容易发生光电效应。 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。 2.光电效应方程 (1)对光电效应的说明 在光电效应中，金属中的电子吸收一个光子获得的能量是hν，其中一部分用来克服金属的逸出功W0，另一部分为光电子的初动能Ek。 (2)光电效应方程Ek＝hν－W0。 3.对光电效应规律的解释 (1)光电子的最大初动能与入射光频率有关，与光的强弱无关。只有当hν>W0时，才有光电子逸出。 (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。 (3)对于同种频率的光，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。 说明：①光越强，包含的光子数越多，照射金属时产生的光电子就多，因而饱和电流大；②入射光的强度，指单位时间照射在金属单位面积上的光子总能量，在入射光频率不变的情况下，光强与光子数成正比；③单位时间内发射出来的电子数由光强决定。 4.光电效应的应用 (1)光电开关：控制电路的接通或断开。 (2)光电成像：原理是利用光电效应将光信号转化成电信号，然后再将电信号转化成光信号。例如：红外线成像。 知识点三 康普顿效应 1.光的散射：光在介质中与物质微粒相互作用，因而传播方向发生改变，这种现象叫作光的散射。 2.康普顿效应：美国物理学家康普顿在研究石墨对X射线的散射时，发现在散射的X射线中，除了与入射波长λ0相同的成分外，还有波长大于λ0的成分，这个现象称为康普顿效应。 3．康普顿效应的意义：康普顿效应表明光子除了具有能量之外，还具有动量，深入揭示了光的粒子性的一面。 4．光子的动量： (1)表达式：p＝　 (2)说明：在康普顿效应中，入射光子与晶体中电子碰撞时，把一部分动量转移给电子，光子的动量变小．因此，有些光子散射后波长变大。 知识点四 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,光是一种电磁波。 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。 4.光波是一种概率波。通过双缝后，光子出现在哪个位置，受概率支配。单个光子出现在哪个位置是随机的，因此少量光子形成的光点是无规律的。当有大量光子时，概率大的位置出现的光子多，形成亮条纹；概率小的位置出现的光子少，形成暗条纹。 5.光的波动性和粒子性不是均衡表现的，波长较长时，光子的能量和动量