第十三章第三节 光电效应 波粒二象性

第三节光电效应波粒二象性

[学生用书P243])

一、黑体和黑体辐射

任何物体都具有不断辐射、吸收、发射电磁波的本领．辐射出去的电磁波在各个波段是不同的，也就是具有一定的谱分布．这种谱分布与物体本身的特性及其温度有关，因而被称之为热辐射．为了研究不依赖于物质具体物性的热辐射规律，物理学家们定义了一种理想物体——黑体，以此作为热辐射研究的标准物体．

二、光电效应

1．定义：在光的照射下从物体发射出电子的现象(发射出的电子称为光电子)．

2．产生条件：入射光的频率大于极限频率．

3．光电效应规律

(1)存在着饱和电流：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：光电子的能量只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发生光电效应．

(3)光电效应具有瞬时性：当频率超过截止频率时，无论入射光怎样微弱，几乎在照到金属时立即产生光电流，时间不超过10－9 s.

1.判断正误

(1)我们周围的一切物体都在辐射电磁波．()

(2)光子和光电子都是实物粒子．()

(3)能否发生光电效应取决于光的强度．()

(4)光电效应说明了光具有粒子性，证明光的波动说是错误的．()

(5)光电子的最大初动能与入射光的频率有关．()

(6)逸出功的大小与入射光无关．()

答案：(1)√(2)×(3)×(4)×(5)√(6)√

三、光电效应方程

1．基本物理量

(1)光子的能量ε＝hν，其中h＝6.626×10－34 J·s(称为普朗克常量)．

(2)逸出功：使电子脱离某种金属所做功的最小值．

(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

出时所具有动能的最大值． 2．光电效应方程：E k ＝hν－W 0．

四、光的波粒二象性与物质波

1．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．

2．物质波

(1)概率波：光的干涉现象是大量光子的运动遵守波动规律的表现，亮条纹是光子到达概率大的地方，暗条纹是光子到达概率小的地方，因此光波又叫概率波．

(2)物质波：任何一个运动着的物体，小到微观粒子大到宏观物体都有一种波与它对应，

其波长λ＝h p

，p 为运动物体的动量，h 为普朗克常量． 2.(高考广东卷)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

答案：AD

对光电效应现象的理解[学生用书P244]

【知识提炼】

1．放不放光电子，看入射光的最低频率．

2．单位时间内放多少光电子，看光的强度．

3．光电子的最大初动能大小，看入射光的频率．

4．要放光电子，瞬时放．

【典题例析】

(2016·高考全国卷乙改编)现用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

[解析] 根据光电效应规律，保持入射光的频率不变，入射光的光强变大，则饱和光电流变大，选项A正确．由爱因斯坦光电效应方程知，入射光的频率变高，产生的光电子最大初动能变大，而饱和光电流与入射光的频率和光强都有关，选项B错误，C正确．保持入射光的光强不变，不断减小入射光的频率，当入射光的频率小于极限频率时，就不能发生光电效应，没有光电流产生，选项D错误．

[答案] AC

1905年是爱因斯坦的“奇迹”之年，这一年他先后发表了三篇具有划时代意义的论文，其中关于光量子的理论成功的解释了光电效应现象．关于光电效应，下列说法正确的是()

A．当入射光的频率低于极限频率时，不能发生光电效应

B．光电子的最大初动能与入射光的频率成正比

C．光电子的最大初动能与入射光的强度成正比

D．某单色光照射一金属时不发生光电效应，改用波长较短的光照射该金属可能发生光电效应

解析：选AD.根据光电效应现象的实验规律，只有入射光频率大于极限频率才能发生光电效应，故A、D正确．根据光电效应方程，最大初动能与入射光频率为线性关系，但非正比关系，B错误；根据光电效应现象的实验规律，光电子的最大初动能与入射光强度无关，C错误．

对光电效应规律的解释

对应规律对规律的产生的解释

存在极限频率ν0电子从金属表面逸出，首先必须克服金属原子核的引力做功W0，要使入射光子的能量不小于W0，对应的频率ν0＝W0

h

，即极限频率

光电子的最大初动能随电子吸收光子能量后，一部分克服阻碍作用

着入射光频率的增大而增大，与入射光强度无

关做功，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，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

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，不需要积累能量的过程

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

光电效应方程[学生用书P244]

【知识提炼】

1．爱因斯坦光电效应方程

E k＝hν－W0

hν：光电子的能量．

W0：逸出功，即从金属表面直接飞出的光电子克服正电荷引力所做的功．E k：光电子的最大初动能．

2．图象分析

图象名称图线形状由图线直接(间接) 得到

的物理量

最大初动能E k与入射光频率ν的关系图线(1)极限频率：ν0；

(2)逸出功：W0＝|－E|＝E；

(3)普朗克常量：图线的斜率k＝h

遏止电压U c与入射光频率ν的关系图线(1)截止(极限)频率：ν0；

(2)遏止电压U c：随入射光频率的增大而增大；

(3)普朗克常量：h＝ke(k 为斜率，e为电子电量)