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高中物理选择性必修第三册 第四章 原子结构
热力学定律
4.2.2 康普顿效应 光的波粒二象性
1、光电效应方程的理解：
（1）光电效应方程：EK=hv-W0
（2）截止频率：
（3）光电效应的 Ek-v 图像的理解：
斜率k=h（普朗克常数）
横截距νc（极限频率）
纵截距为－W0（逸出功的负值）
一、光电效应方程Ek＝hν－W0的应用
一、光电效应方程Ek＝hν－W0的应用
2、光电效应现象的有关计算
(1)最大初动能的计算：
EK=hv-W0
Ek＝hν－W0＝hν－hνc
(2)截止频率的计算：
(3)遏止电压的计算：
例1、A、B两种光子的能量之比为2∶1，它们都能使某种金属发生光电效应，且所产生的光电子的最大初动能分别为EA、EB，普朗克常量为h，则下列说法正确的是
A.A、B两种光子的频率之比为1∶2
B.所产生光电子的最大初动能之比为2∶1
C.该金属的逸出功W0＝EA－2EB
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一、光电效应方程Ek＝hν－W0的应用
例2、分别用波长为λ和 λ的单色光照射同一金属，发出的光电子的最大初动能之比为1∶2，以h表示普朗克常量，c表示真空中的光速，则此金属板的逸出功是多大？
一、光电效应方程Ek＝hν－W0的应用
图像名称 图线形状 由图线直接(间接)得到的物理量
最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图线 ①截止频率νc：图线与ν轴交点的横坐标
②逸出功W0：图线与Ek轴交点的纵坐标的绝对值，即W0＝|－E|＝E
③普朗克常量h：图线的斜率，即h＝k
入射光颜色相同、强度不同时，光电流与电压的关系图线 ①遏止电压Uc：图线与横轴的交点的横坐标
②饱和电流Im：电流的最大值
③最大初动能：Ek＝eUc
3、光电效应规律中的四类图像
一、光电效应方程Ek＝hν－W0的应用
入射光颜色不同时，光电流与电压的关系图线 ①遏止电压Uc1、Uc2
②饱和电流
③最大初动能Ek1＝eUc1，Ek2＝eUc2
遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图线 ①截止频率νc：图线与横轴交点的横坐标
②遏止电压Uc：随入射光频率的增大而增大
③普朗克常量h：等于图线的斜率与电子电荷量的乘积，即h＝ke(注：此时两极之间接反向电压)
一、光电效应方程Ek＝hν－W0的应用
例3　(多选)如图所示为金属A和B的遏止电压Uc和入射光频率ν的关系图像，由图可知
A.金属A的逸出功大于金属B的逸出功
B.金属A的截止频率小于金属B的截止频率
C.图线的斜率为普朗克常量
D.如果用频率为5.5×1014Hz的入射光照射两种金属，从金属A逸出的
光电子的最大初动能较大
√
√
一、光电效应方程Ek＝hν－W0的应用
例4　(多选)如图所示为用某金属研究光电效应规律得到的光电流随电压变化的关系图像，用单色光1和单色光2分别照射该金属时，逸出的光电子的最大初动能分别为Ek1和Ek2，普朗克常量为h，则下列说法正确的是
A.Ek1＞Ek2
B.单色光1的频率比单色光2的频率低
C.增大单色光1的强度，其遏止电压不变
D.单色光1的入射光子数比单色光2的入射光子数多
√
√
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一、光电效应方程Ek＝hν－W0的应用
1．康普顿效应：1918 1922年，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．
二、康普顿效应和光子的动量
X射线
λ ＝λ0
石墨体
（散射物质）
λ =λ0
λ >λ0
康普顿的学生，中国留学生吴有训测试了多种物质对X射线的散射，证实了该效应的普遍性。
光子不仅具有能量，而且具有动量，光子的动量p与光的波长λ和普朗克常量h有关。这三个量之间的关系式为
2、康普顿效应的理解：
二、康普顿效应和光子的动量
质能方程：
光子能量：
当入射的光子与晶体中的电子碰撞时，要把一部分动量转移给电子，因而，光子动量p减小，意味着波长λ变大，因此，这些光子散射后波长变大。
牛顿光的微粒说
光是实物粒子
惠更斯和托马斯杨的光的波动说
光是振动形式在媒质的传播——波
到麦克斯韦的光的电磁理论
光是电磁波
爱因斯坦的光子理论
光是能量子即光子
三、光的波粒二象性
1、人类对光的本质认识历程
2、光具有波动性
实验基础：光的干涉和衍射。
表现：传播的过程中，表现出波动性
波长较长时，表现出波动性
三、光的波粒二象性
干涉
衍射
光电效应
康普顿散射
3、光具有粒子性
实验基础：光电效应、康普顿效应。
表现：与物体相互作用时，表现出粒子性
波长较短时，表现出粒子性
4、本性：光既具有波动性，又具有粒子性，即光具有波粒二象性。
1、用波长为300 nm的光照射锌板，电子逸出锌板表面的最大初动能为1.28×10－19 J.已知普朗克常量为6.63×10－34 J·s，真空中的光速为3.0×108 m·s－1.能使锌产生光电效应的单色光的最低频率约为
A.1×1014 Hz B.8×1014 Hz
C.2×1015 Hz D.8×1015 Hz
设单色光的最低频率为ν0，由Ek＝hν－W0知
课堂练习
√
2、美国物理学家康普顿在研究石墨对X射线的散射时，用X光对静止的电子进行照射，照射后电子获得速度的同时，X光光子的运动方向也会发生相应的改变.下列说法正确的是
A.当入射光子与晶体中的电子碰撞时，把部分动量转移给电子，因此
光子散射后频率变大
B.康普顿效应揭示了光的粒子性，表明光子除了具有能量之外还具有
动量
C.X光散射后与散射前相比，速度变小
D.散射后的光子虽然改变原来的运动方向，但频率保持不变
√
课堂练习
3、科学研究证明，光子既有能量也有动量，当光子与电子碰撞时，光子的一些能量转移给了电子.假设光子与电子碰撞前的波长为λ，碰撞后的波长为λ′，则碰撞过程中
A.能量守恒，动量守恒，且λ＝λ′
B.能量不守恒，动量不守恒，且λ＝λ′
C.能量守恒，动量守恒，且λ<λ′
D.能量守恒，动量守恒，且λ>λ′
√
课堂练习
4、关于光的粒子性、波动性和波粒二象性，下列说法正确的是
A.光子说的确立完全否定了波动说
B.光电效应说明光具有波动性
C.光的波动说和粒子说都有其正确性，但又都是不完善的，都有其不
能解释的实验现象
D.光的波粒二象性才是对光的本性的正确认识
√
√
课堂练习
5、(多选)下列有关光的波粒二象性的说法中，正确的是
A.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
C.光的波长越长，其波动性越显著；波长越短，其粒子性越显著
D.康普顿效应表明光具有粒子性
√
√
课堂练习

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