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第四章 原子结构和波粒二象性
第2节 光电效应
课标解读 课标要求 素养要求
1.通过实验，了解光电效应现象及其实验规律，以及光电效应与电磁理论的矛盾。
2.知道爱因斯坦光电效应方程及其意义。 1.物理观念:知道光电效应康普顿效应、光子的概念以及光电效应的规律，能解释相关现象，树立粒子性观念。
2.科学思维:掌握光电效应的实验规律并能应用爱因斯坦光电效应方程解释相关规律，提高分析问题、解决问题的能力。
课标解读 课标要求 素养要求
3.了解康普顿效应及其意义，了解光子的动量。
4.理解光的波粒二象性及其对立统一的关系，会用光的波粒二象性分析有关现象。 3.科学探究:通过对光电效应规律的探究，揭示实验规律，学会与他人合作交流，培养探究意识，提高实验能力。
4.科学态度与责任：培养实事求是的科学态度和精神。
续表
要点一 光电效应的实验规律
（3）存在遏止电压：使光电流减小到0的______________称为遏止电压。遏止电压的存在意味着光电子具有一定的初速度。实验表明，同一种金属对于一定频率的光，无论光的强弱如何，遏止电压都是一样的。
要点二 逸出功
① 在研究光电效应实验中，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？
② 发生光电效应时，电路中饱和电流的大小取决于入射光的强度，这种说法对吗？
③ 用光照射光电管且能产生光电效应，如果给光电管加上反向电压，光电管中就没有电流了吗
④ 同一频率的光照射不同金属，如果都能产生光电效应，则逸出功越大的金属产生的光电子的最大初动能也越大吗？
对光电效应规律的理解
探究点一 光电效应及其实验规律
（4） 遏止电压不同反映了什么？
1.光电效应中的几组概念的理解
两组对比概念 说明
光子 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，光子是光电效应的因，光电子是果
两组对比概念 说明
光电子的初动能 光电子的最大初动能 光照射到金属表面时，光子的能量全部被电子吸收，电子吸收了光子的能量，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，才具有最大初动能。光电子的初动能小于或等于光电子的最大初动能
续表
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两组对比概念 说明
光的强度 饱和电流 饱和光电流与入射光强度成正比的规律是对频率相同的光照射金属产生光电效应而言的，对于不同频率的光，由于每个光子的能量不同，饱和电流与入射光强度之间没有简单的正比关系
续表
2.光电效应的实验规律
3.光电效应与经典电磁理论的矛盾
项目 经典电磁理论 光电效应实验结果
矛盾1 按照光的经典电磁理论，不论入射光的频率是多少，只要光强足够强，总可以使电子获得足够的能量从而发生光电效应 如果光的频率小于金属的极限频率，无论光强多大，都不会发生光电效应
矛盾2 光越强，电子可获得更多的能量，光电子的最大初动能也应该越大，所以遏止电压与光强有关 遏止电压与光强无关，与频率有关
矛盾3 光越强时，电子能量积累的时间就短，光越弱时，能量积累的时间就长 当入射光照射到光电管的阴极时，无论光强怎样微弱，几乎在一开始就产生了光电子
解题感悟
光电效应实验规律的理解要点
（1）实验中电流计不偏转可能是没发生光电效应，也可能发生了光电效应但光电流为零。
（2）增大光的强度不会改变最大初动能，只能增加光电子数。
（3）根据电子的移动方向可明确电流的方向，注意电流的方向与电子的定向移动方向相反。
A. 色光乙的频率小、光强大
B. 色光乙的频率大、光强大
C. 若色光乙的强度减为原来的一半，无论电压多大，色光乙产生的光电流一定比色光甲产生的光电流小
D. 若另一光电管所加的正向电压不变，色光甲能产生光电流，则色光乙一定能产生光电流
探究点二 光电效应方程的理解和应用
（1） 光电子的最大初动能是多少？遏止电压为多少？光电管阴极的逸出功又是多少？
（3） 当入射光的频率增大时，光电子的最大初动能如何变化？遏止电压如何变化？
2.光电效应几种图像的对比
续表
3.光电效应规律中的两条线索、两个关系
（1）两条线索
（2）两个关系
光强→光子数目多→发射光电子多→光电流大；
光子频率高→光子能量大→产生光电子的最大初动能大。
探究点三 康普顿效应
康普顿效应证实了光子不仅具有能量，也有动量。如图给出了光子与静止电子碰撞后，电子的运动方向。
（1） 则碰后光子可能沿图中1、2、3中哪个方向运动。
（2） 碰后光子的波长怎样变化？
1. 康普顿效应的几点认识
2.光子的能量和动量
探究点四 光的波粒二象性
科学家在对光的本性的认识的过程中先后进行了一系列实验，比如：光的单缝衍射实验（图甲）、光的双缝干涉实验（图乙）、光电效应实验（图丙）、光的薄膜干涉实验（图丁）、康普顿效应实验。
（1） 在以上实验中哪些体现了光的波动性，哪些体现了光的粒子性？
（2） 光的波动性和光的粒子性是否矛盾？
1.光本性学说的发展简史
学说名称 微粒说 波动说 电磁说 光子说 波粒二象性
代表人物 牛顿 惠更斯 麦克斯韦 爱因斯坦 —
实验依据 光的直线传播、光的反射 光的干涉、衍射 能在真空中传播，是横波，光速等于电磁波的速度 光电效应、康普顿效应 光既有波动现象，又有粒子特征
内容要点 光是一群弹性粒子 光是一种机械波 光是一种电磁波 光是由一份一份光子组成的 光是具有电磁本性的物质，既有波动性，又有粒子性
2.对光的波粒二象性的理解
项目 实验基础 表现 说明
光的波动性 干涉和衍射 （1）光子在空间各点出现的可能性大小可用波动规律来描述
（2）足够能量的光在传播时，表现出波的性质 （1）光的波动性是光子本身的一种属性，不是光子之间相互作用产生的
（2）光的波动性不同于宏观观念的波
项目 实验基础 表现 说明
光的粒子性 光电效应、康普顿效应 （1）当光同物质发生作用时，这种作用是“一份一份”进行的，表现出粒子的性质
（2）少量或个别光子容易显示出光的粒子性 （1）粒子的含义是“不连续” “一份一份”的
（2）光子不同于宏观观念的粒子
续表
例 （多选）关于光的波粒二象性的说法中，正确的是( )
A. 一束传播的光，有的光是波，有的光是粒子
B. 光子与电子是同样的一种粒子，光波与机械波是同样的一种波
C. 当光和物质相互作用时表现出粒子性
D. 光在传播过程中表现出波动性
解题感悟
关于光的波粒二象性的几点说明
（1）光既有波动性又有粒子性，二者是统一的。
（2）大量光子表现出波动性，个别光子表现出粒子性，光具有波粒二象性。
（3）光表现为波动性，只是光的波动性显著，粒子性不显著而已；光表现为粒子性，只是光的粒子性显著，波动性不显著而已。
有关光的本性，下列说法正确的是( )
A. 光既具有波动性，又具有粒子性，两种性质是不相容的
B. 光的波动性类似于机械波，光的粒子性类似于质点
C. 大量光子才具有波动性，个别光子只具有粒子性
D. 由于光既具有波动性，又具有粒子性，无法只用其中一种去说明光的一切行为，只能认为光具有波粒二象性
1. 关于光的波粒二象性，下列说法错误的是( )
A. 光的频率越高，光子的能量越大，粒子性越显著
B. 光的波长越长，光的能量越小，波动性越显著
C. 频率高的光子不具有波动性，波长较长的光子不具有粒子性
D. 个别光子产生的效果往往显示粒子性，大量光子产生的效果往往显示波动性
4. 下表给出了一些金属材料的逸出功。
光电管上正向与反向电压情况分析
（1）光电管加正向电压情况（如图）
（2）光电管加反向电压情况
A.
B.
C.
D.
1. （多选）关于光的本性，下列说法中正确的是( )
A. 关于光的本性，牛顿提出“微粒说”，惠更斯提出“波动说”，爱因斯坦提出“光子说”，它们都说明了光的本性
B. 光具有波粒二象性是指：既可以把光看成宏观概念上的波，也可以看成微观概念上的粒子
C. 光的干涉、衍射现象说明光具有波动性
D. 光电效应说明光具有粒子性
2. （多选）光电效应实验的装置如图所示，则下列说法正确的是( )
A. 用紫外线照射锌板，验电器指针会发生偏转
B. 用红色光照射锌板，验电器指针会发生偏转
C. 锌板带的是负电荷
D. 使验电器指针发生偏转的是正电荷
3. 白天的天空各处都是亮的，是大气分子对太阳光散射的结果。美国物理学家康普顿由于在这方面的研究而荣获了1927年的诺贝尔物理学奖。假设一个运动的光子和一个静止的自由电子碰撞以后，电子向某一个方向运动，光子沿另一方向散射出去，则这个散射光子跟原来的光子相比( )
A. 频率变大 B. 速度变小
C. 光子能量变大 D. 波长变长
4. （2021江苏如皋中学高二月考）（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，饱和电流变大
B. 入射光的频率越高，光电子的最大初动能就越大，光电子的最大初动能与入射光的频率成正比
C. 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
D. 遏止电压的大小与入射光的频率有关，与入射光的光强无关
7. 某光源发出的光由不同波长的光组成，不同波长的光的强度如图所示。表中给出了一些材料的极限波长，用该光源发出的光照射表中材料，则( )
A. 仅钠能产生光电子 B. 仅钠、铜能产生光电子
C. 仅铜、铂能产生光电子 D. 都能产生光电子
8. （多选）如图所示是工业生产中大部分光电控制设备（如夜亮昼熄的路灯）用到的光控继电器的示意图，它由电源、光电管、放大器、电磁继电器等几部分组成。
（3） 根据图像求出普朗克常量的值。（结果保留两位有效数字）
12. （2021甘肃岷县一中高三一模）（★）（多选）光电管是一种利用光照射产生电流的装置，当入射光照在管中金属板上时，可能形成光电流。表中给出了6次实验的结果，由表中数据得出的论断中正确的是( )

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