选修3-5第7讲、光电效应、波粒二象性
一、光电效应、康普顿效应
知识点一、光 电 效 应
1．光电效应现象：在物理学中，在光的照射下电子从物体表面逸出的现象． 2．光电效应的实验规律
(1)发生的条件：每一种金属对应一种光的最小频率，又称极限频率．只有当光的频率大于或等于这个最小频率时，才会产生光电效应．当光的频率小于这个最小频率时，即使增加光的强度或照射时间，也不能产生光电效应．
(2)与光的强度的关系：产生光电效应时，光的强度越大，单位时间内逸出的电子数越多．
(3)发生光电效应所需的时间：从光照射到金属表面至产生光电效应的时间间隔很短，通常可在109 s内发生光电效应．
3．光子说：看似连续的光实际上是由个数有限、分立于空间各点的光子组成的，每一个光子的能量为hν.光在发射和吸收时能量是一份一份的．
4．光电效应方程 1
(1)表达式：hν＝W＋mv2.
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(2)物理意义：金属中电子吸收一个光子获得的能量是hν，这些能量一部分用于从金属表面逸出时做功，剩下的表现为电子逸出后的最大初动能．
5．光电效应的应用
(1)光电开关．(2)光电成像．(3)光电池． [再判断]
1．光电效应实验中光照时间越长光电流越大．( ) 2．光电效应实验中入射光足够强就可以有光电流．( ) 3．光电子的最大初动能与入射光的强度无关．( ) [核心点击]
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1．爱因斯坦光子理论对光电效应的解释
(1)解释极限频率的存在：光照射到金属板时，光子将能量传递给电子，每个光子的能量为hν，所以一个光子传递给一个电子的能量为hν，电子要脱离原子核的引力，有一个最小能量，最小能量对应发生光电效应时入射光的最小频率，即极限频率．如果小于这一频率，即使增大光强，也不会使电子逸出．这是因为增大光强，只是增加了吸收光子能量的电子数，单个电子吸收的光子能量仍为hν，电子仍不能逸出．
(2)解释光电效应的瞬时性：电子吸收光子的能量时间很短，几乎是瞬时的．如果入射光频率低于极限频率，即使增加照射时间，也不能使电子逸出．因为一个电子吸收一个光子后，在极短的时间内就可以把能量传递给其他粒子，所以电子不可能通过能量积累逸出金属表面．
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(3)解释最大初动能与频率的关系：由爱因斯坦光电效应方程hν＝W＋mv2可知，电子从金属中逸出所需克服
2束缚而消耗的能量的最小值为逸出功，从金属表面逸出的电子消耗的能量最少，逸出时的动能值最大，称为最大初动能．就其他逸出的电子而言，离开金属时的动能小于最大初动能．最大初动能的大小与光的强度无关，与光的频率有关．
2．光电效应规律中的两个关系
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(1)由hν＝W＋mv2得mv2＝hν－W，逸出电子的最大初动能Ekm(即mv2)与入射光的频率成一次函数关系．
222(2)产生光电效应时，光的强度越大，单位时间内逸出的电子数越多．即如果形成光电流，光电流的强度与入射光的强度成正比．
类型题： 对光电效应的理解 (2)两条对应关系：
光强大→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→光电子的最大初动能大
例1：(多选)光电效应实验的装置如图5-1-1所示，用弧光灯照射锌板，验电器指针张开一个角度，则下面说法中正确的是( )
图5-1-1
A．用紫外线照射锌板，验电器指针会发生偏转 B.用绿色光照射锌板，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
例2：在光电效应实验中，用频率为ν的光照射光电管阴极，发生了光电效应，下列说法正确的是( )
A．增大入射光的强度，光电流增大 B．减小入射光的强度，光电效应现象消失 C．改用频率小于ν的光照射，不能发生光电效应
D．改用频率为2ν的光照射，光电子的最大初动能变为原来的2倍
变式1：(多选) 在光电效应实验中，用频率为ν的光照射光电管阴极，发生了光电效应，下列说法正确的是( )
A．增大入射光的强度，光电流增大 B．减小入射光的强度，光电效应现象消失 C．改用频率小于ν的光照射，一定不发生光电效应 D．改用频率大于ν的光照射，光电子的最大初动能变大
变式2：用一束紫外线照射某金属时不能产生光电效应，可能使该金属产生光电效应的措施是( ) A．改用红光照射 B．改用X射线照射 C．改用强度更大的原紫外线照射 D．延长原紫外线的照射时间
变式3：用强度相同的红光和蓝光分别照射同一种金属，均能使该金属发生光电效应。下列判断正确的是( )
A．用红光照射时，该金属的逸出功小，用蓝光照射时该金属的逸出功大 B．用红光照射时，该金属的截止频率低，用蓝光照射时该金属的截止频率高 C．用红光照射时，逸出光电子所需时间长，用蓝光照射时逸出光电子所需时间短
D．用红光照射时，逸出的光电子最大初动能小，用蓝光照射时逸出的光电子最大初动能大
变式4：(多选)(人教教材演示实验改编题)如图所示，用导线把验电器与锌板相连接，当用紫外线照射锌板时，发生的现象是( )
A．有光子从锌板逸出 B．有电子从锌板逸出 C．验电器指针张开一个角度 D．锌板带负电
变式5：用某种色光照射到金属表面时，金属表面有光电子飞出，如果光的强度减弱而频率不变，则( ) A．光的强度减弱到某一最低数值时，就没有光电子飞出 B．单位时间内飞出的光电子数目减少 C．逸出的光电子的最大初动能减小
D．单位时间内逸出的光电子数目和最大初动能都减小
例2：(多选)(2017·全国Ⅲ卷)在光电效应实验中，分别用频率为νa、νb的单色光a、b照射到同种金属上，测得相应的遏止电压分别为Ua和Ub、光电子的最大初动能分别为Eka和Ekb。h为普朗克常量。下列说法正确的是( )
A．若νa>νb，则一定有Ua D．若νa>νb，则一定有hνa－Eka>hνb－Ekb 变式1：12017年年初，我国研制的“大连光源”——极紫外自由电子激光装置，发出了波长在100 nm(1 nm＝10 －9 m)附近连续可调的世界上首个最强的极紫外激光脉冲。大连光源因其光子的能量大、密度高，可在能源利用、光 刻技术、雾霾治理等领域的研究中发挥重要作用。一个处于极紫外波段的光子所具有的能量可以电离一个分子，但又不会把分子打碎。据此判断，能够电离一个分子的能量约为(取普朗克常量h＝6.6×10m/s) ( ) A．10C．10 －21 －34 J·s，真空光速c＝3×10 8 J J B．10D．10 －18 J J －15－12 变式2：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3.00?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 变式3：三束单色光1、2和3的波长分别为λ1、λ2和λ3（λ1>λ2>λ3）。分别用着三束光照射同一种金属。已知用光束2照射时，恰能产生光电子。下列说法正确的是 A．用光束1照射时，不能产生光电子 B．用光束3照射时，不能产生光电子 C．用光束2照射时，光越强，单位时间内产生的光电子数目越多 D．用光束2照射时，光越强，产生的光电子的最大初动能越大 7-2 变式4：在“焊接”视网膜的眼科手术中，所用激光的波长λ=6.4×10 m，每个激光脉冲的能量E=1.5×10 J．求 每个脉冲中的光子数目．（已知普朗克常量h=6.63×l0-34 J·s，光速c=3×108 m/s．计算结果保留一位有效数字） 变式5：(多选)小宇同学参加学校科技嘉年华，设计了一个光电烟雾探测器。如图，S为光源，可以发出一束光束，当有烟雾进入探测器时，来自S的光会被烟雾散射进入光电管C，当光射到光电管中的钠表面时(钠的极限频率为6.00×10Hz)会产生光电子，当光电流大于10 A时，便会触发报警系统报警。下列说法正确的是( ) 14 －8 A．要使该探测器正常工作，光源S发出的光的波长不能小于0.5 μm B．金属钠的最小逸出功为4 eV C．光源S发出的光波能使光电管发生光电效应，那么光源越强，光电烟雾探测器灵敏度越高 D．若射向光电管C的光子有5%会产生光电子，当报警器报警时，每秒射向C的钠表面的光子最少数目N＝1.25×10个 12 类型题： 光电效应实验 例1：如图13-2-3甲所示的装置研究光电效应现象，当用光子能量为5 eV的光照射到光电管上时，测得电流计上的示数随电压变化的图像如图乙所示。则光电子的最大初动能为________J，金属的逸出功为________J。 图13-2-3 例2：如图2甲所示，合上开关，用光子能量为2.5 eV的一束光照射阴极K，发现电流表读数不为零。调节滑动变阻器，发现当电压表读数小于0.60 V时，电流表计数仍不为零，当电压表读数大于或等于0.60 V时，电流表读数为零。把电路改为图乙，当电压表读数为2 V时，则逸出功及电子到达阳极时的最大动能为( ) 图2 A．1.5 eV 0.6 eV C．1.9 eV 2.6 eV B．1.7 eV 1.9 eV D．3.1 eV 4.5 eV 变式1：(多选)(粤教教材节选题)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。 当用绿光照射光电管阴极K时，可以发生光电效应，则下列说法中正确的是( ) A．增大绿光照射强度，光电子最大初动能增大 B．增大绿光照射强度，电路中的光电流增大 C．改用波长比绿光波长大的光照射光电管阴极K时，电路中一定有光电流 D．改用频率比绿光频率大的光照射光电管阴极K时，电路中一定有光电流
高二物理春季课程选修3-5第7讲、光电效应、波粒二象性(学生版)
