3.20光电效应 波粒二象性(作业)
光电效应波粒二象性
光电效应波粒二象性是一个涉及光的波粒二象性的概念。
波粒二象性是指物质的波和粒子的双重性质，即物质既可以表现为波，也可以表现为粒子。
这个概念是由爱因斯坦在1905年提出的，并得到了广泛的接受。
光电效应是指光线在物体表面或某些物质中作用时所产生的电子或电流。
这种效应表明，光具有粒子性质，并且可以被视为质子流或电子流。
这个效应是由波动理论的建立者爱因斯坦预测的，后来被证明是正确的。
光电效应波粒二象性指的是光在物体表面或某些物质中作用时所产生的电子或电流，这个效应表明光具有波粒二象性。
这意味着光既可以表现为波，也可以表现为粒子。
这种效应的存在证明了光的波粒二象性，并为我们对光的性质和行为有更深入的理解。
光电效应波粒二象性的研究对我们理解物质的性质和行为至关重要，因为它为我们提供了一种新的方法来描述和理解物质。
例如，通过研究光电效应波粒二象性，我们可以更好地理解光的性质和行为，进而更好地应用光来探测物质的性质。
例如，光电效应可以用来探测原子的能级结构，或者用来测量物质的电荷分布。
此外，光电效应波粒二象性也为我们提供了一种新的方法来生成和利用电流。
例如，太阳能电池就是利用光电效应来生成电流的一种装置。
太阳能电池利用太阳光照射到特殊材料上时产生的光电效应来生成电流。
光电效应波粒二象性也为我们提供了一种新的方法来研究物质的性质。
例如，我们可以利用光电效应来研究原子的能级结构，或者利用光电效应来研究电荷分布。
光电效应波粒二象性的研究对我们理解物质的性质和行为至关重要，因为它为我们提供了一种新的方法来描述和理解物质。
例如，通过研究光电效应波粒二象性，我们可以更好地理解光的性质和行为，进而更好地应用光来探测物质的性质。
此外，光电效应波粒二象性也为我们提供了一种新的研究目标和方向。
光的波粒二象性在光电效应中的应用
光的波粒二象性在光电效应中的应用光的波粒二象性是物理学中一个重要的概念，它揭示了光既可以表现出波动性，又可以表现出粒子性。
这一概念在光学领域中发挥着巨大的作用，特别是在光电效应的研究中，波粒二象性被广泛运用。
光电效应是指当光照射到某些金属表面时，会激发金属中的自由电子，使它们脱离原子而成为自由电子。
这一过程在经典物理中难以解释，因为根据经典物理的观点，光应该具有连续的能量分布，而不是像实验观测到的那样，按照一定的最小粒子分布。
主要的实验结果是，光电效应中发射出的电子的能量只与入射光的频率有关，而与光的强度无关。
这一实验结果无法通过传统的电磁波理论解释。
然而，当我们将光看作是一束能量量子的粒子时，光电效应可以很好地解释。
根据量子力学理论，光子是光的基本单位，具有能量和动量。
当光子与金属表面的电子发生相互作用时，能量和动量的转移只能以光子的整数倍为单位进行。
这就解释了为什么光电效应中发射电子的最小能量为光子能量的整数倍，而不受光的强度影响。
光的波动性也在光电效应的研究中起着重要作用。
光的波动性可以用来解释光子的干涉和衍射现象。
实验表明，在光电效应中，当光通过狭缝或光栅后照射到金属表面时，发射电子的分布会出现明暗条纹，符合干涉和衍射的规律。
利用光的波动性进行干涉和衍射实验，可以进一步研究光电效应的性质。
例如，可以通过改变狭缝或光栅的尺寸、间距等参数来控制电子的发射分布，从而深入探究光电效应的机理和规律。
此外，光的波动性还可以帮助我们理解光电效应中的能量守恒。
光的电磁波在空间传播时具有能量密度，并且能量是以波的形式传输的。
当光照射到金属表面时，能量可以被电子吸收，从而激发它们脱离原子。
这一过程需要满足能量守恒的原则，光的波动性对于能量守恒的研究提供了重要线索。
在实际应用中，光电效应已经被广泛利用。
最典型的例子就是太阳能电池。
太阳能电池利用光电效应将光能转化为电能，实现了可持续清洁能源的利用。
另外，光电效应还被应用于光电转换器件、激光技术、光纤通信等领域。
光的波粒二象性与光电效应实验
光的波粒二象性与光电效应实验光的波粒二象性和光电效应是物理学中重要的实验现象，对于我们理解光的本质和光与物质相互作用的机制具有重要意义。
本文将对光的波粒二象性和光电效应的实验进行介绍和分析。
首先，光的波粒二象性是指光在某些实验条件下表现出波动性质，而在其他条件下表现出粒子性质。
实验证明，光可以通过干涉、衍射等现象来证明其波动性质，而通过光电效应实验可以证明其粒子性质。
在干涉实验中，光通过一个狭缝后会形成明暗相间的干涉条纹，这是因为光波在两个狭缝间的相互干涉导致的。
这一现象可以用波动理论的叠加原理来解释，即光波通过狭缝后会发生衍射，而在屏幕上出现的干涉条纹是不同衍射波的相干叠加结果。
这一实验结果表明，光具有波动性质。
另一方面，在光电效应实验中，我们观察到当光照射到金属表面时，会产生电流。
根据经典物理学的理论，光的能量应该被均匀分布在金属表面上，而不应该有足够的能量将电子从金属中解离。
然而，实验证明，当光的频率足够高时，光的能量将被局部集中在金属表面的某一小区域，从而可以将电子从金属中解离出来。
这一实验结果表明了光的粒子性质。
进一步的研究表明，光的粒子性质可以用光子模型来解释。
根据光子模型，光可以被看作是由一系列粒子（光子）组成的，每个光子都携带一定量的能量。
光电效应的实验结果可以用光子与金属表面电子的相互作用来解释，当光子的能量足够高时，光子与金属表面的电子发生碰撞，将部分能量传递给电子，使其脱离金属原子而形成电流。
实验中，我们通常使用阴极射线管（CRT）进行光电效应的观察。
CRT中有一个金属阴极和一个光敏物质被合理分离的阳极。
当高压加到CRT中时，光敏物质吸收光子并释放出电子，这些电子会被电场加速并传到阳极，形成电流。
通过测量电流的变化，我们可以了解光电效应与光的频率、强度和电压等因素之间的关系。
总结一下，光的波粒二象性与光电效应实验为我们理解光的本质和光与物质相互作用的机制提供了重要的实验结果。
光电效应与波粒二象性光子与电子的相互作用现象
光电效应与波粒二象性光子与电子的相互作用现象光电效应与波粒二象性：光子与电子的相互作用现象引言:光电效应是20世纪初被广泛研究的一个现象，它揭示了光子和电子之间的相互作用。
光子作为光的基本粒子，在光电效应中发挥着关键作用。
而电子则表现出波粒二象性，在光电效应中既表现为波动性，又表现为粒子性。
本文将重点探讨光电效应与波粒二象性，以及光子与电子之间的相互作用现象。
一、光电效应及其实验观察光电效应是指当金属或半导体受到光照射时，会发生电子的排出现象。
这一现象最早由德国物理学家夏普夫提出并经过实验证实。
实验中，通过照射金属表面的光束，可以观察到电子从金属表面逸出，并产生一个电流。
根据实验观察，光电效应具有以下几个特点：1. 光电效应发生的光频率必须大于或等于某个阈值频率，称为截止频率。
2. 光电效应所产生的电子的动能与光的频率成正比，而与光的强度无关。
3. 光电效应发生时，光子与金属中的自由电子之间发生相互作用，从而使电子逸出金属表面。
二、波粒二象性与光子波粒二象性是指微观粒子既具有粒子性又具有波动性。
光子作为电磁波的量子，也具有波粒二象性。
对于光子而言，它既可以视作传播的电磁波，也可以视作离散的粒子。
这一概念在物理学的发展中起到了重要的指导作用。
三、光子与电子的相互作用现象光电效应实验证明了光与电子之间存在着相互作用。
具体而言，光子与金属中原子的电子之间发生相互作用，导致电子从金属中逸出。
这一相互作用可以通过经典电动力学和量子力学的理论解释：1. 经典电动力学解释：根据经典电动力学，入射光的电场与金属电子之间的相互作用产生驱动力，使电子从金属中逸出。
然而，经典模型无法解释光电效应的特点，如光频率与电子动能的关系。
因此，需要引入量子力学的观念来解释这一现象。
2. 量子力学解释：根据量子力学，光子被解释为具有一定能量的粒子。
当光子与金属中的电子相互作用时，产生的能量转移使电子克服金属表面的势垒，从而逸出金属。
高考物理总复习 第十一章 第2讲 光电效应 波粒二象性练习(含解析)
第2讲光电效应波粒二象性一、选择题1.下列实验中,能证实光具有粒子性的是( )A.光电效应实验B.光的双缝干涉实验C.光的圆孔衍射实验D.泊松亮斑实验答案 A 光电效应现象说明光具有粒子性,A项正确;泊松亮斑是光的衍射现象,光的干涉和衍射现象均说明光具有波动性,B、C、D项均错误。
2.硅光电池是利用光电效应将光辐射的能量转化为电能;若有N个频率为ν的光子打在光电池极板上,这些光子的总能量为(h为普朗克常量)( )A.hνB.NhνC.NhνD.2Nhν答案 C 光子能量与频率有关,一个光子能量为ε=h频率,N个光子能量为Nh频率,故C项正确。
3.已知钙和钾的截止频率分别为7.73×1014Hz和5.44×1014Hz,在某种单色光的照射下两种金属均发生光电效应,比较它们表面逸出的具有最大初动能的光电子,钙逸出的光电子具有较大的( )A.波长B.频率C.能量D.动量答案 A 钙的截止频率大,由光电效应方程E k=hν-W0=hν-hν0可知,钙逸出的光电子的最大初动能小,其动量p=,故动量小,由λ=可知,波长较大,则频率较小,选项A正确。
4.(多选)具有相等动能的电子和质子,下列说法中正确的是( )A.电子和质子具有的能量相等B.电子的德布罗意波长较长C.质子的波动性更明显D.分别用上述电子流和质子流通过同一狭缝做单缝衍射实验,电子的衍射现象更明显答案BD 质子质量大于电子质量,根据E=mc2可知,质子具有的能量大于电子具有的能量,故A项错误;根据E k=知,动能相等,质量大,动量大,由λ=得,电子动量小,则电子的德布罗意波长较长,故B项正确;质子的德布罗意波长短,波动性不明显,故C项错误;电子的德布罗意波长长,则电子的衍射现象更明显,故D项正确。
5.下列说法中正确的是( )A.实物的运动有特定的轨道,所以实物不具有波粒二象性B.康普顿效应说明光子既有能量又有动量C.光是高速运动的微观粒子,单个光子不具有波粒二象性D.宏观物体的德布罗意波长非常小,极易观察到它的波动答案 B 由德布罗意理论知,宏观物体的德布罗意波长太小,很难观察到波动性,但仍具有波粒二象性,A、D项错误;康普顿效应说明光子除了具有能量之外还有动量,B正确;波粒二象性是光子的特性,单个光子也具有波粒二象性,C项错误。
光电效应现象支持光具有波粒二象性特性
光电效应现象支持光具有波粒二象性特性光电效应现象是指当光线照射到金属表面时，金属会放出电子的现象。
这一现象的发现揭示了光的波粒二象性特性，即光既具有波动性质，也具有粒子性质。
在19世纪末和20世纪初，科学家们对光的性质进行了深入研究。
他们发现，光可以像波一样产生干涉、衍射等现象，从而推论光是一种波动。
然而，到了20世纪初，爱因斯坦通过对光电效应的研究提出了光的粒子性质。
光电效应是指当光线照射到金属表面时，金属会放出电子。
这些电子被称为光电子，具有一定的动能。
根据经典电磁波理论，光是一种电磁波，当光线照射到金属表面时，电磁波的能量会转移给金属中的自由电子，使其脱离金属原子束缚。
然而，实验观察到的现象与经典理论的预期不符。
根据经典电磁波理论，无论光的强度有多强，只要频率足够低，金属表面的自由电子都应该被激发并放出。
然而，实验发现，金属表面只有当光足够强、频率足够高时，才会发生光电效应。
这一观察结果无法用波动性质来解释，因为根据经验，波动的幅度高低只与波的强度有关，与频率无关。
因此，这就引出了对光的粒子性质的探究。
爱因斯坦通过对光电效应的研究，提出了光子的概念。
他认为，光是由一连串具有粒子性质的粒子组成的，每个粒子被称为光子，并具有能量和动量。
根据光子的能量公式E = hf（其中E为能量，h为普朗克常量，f为光的频率），可以解释光电效应中观察到的实验现象。
当光的频率足够高时，每个光子携带的能量足够大，可以克服金属中自由电子的束缚力，从而产生光电子。
光电效应的实验结果打破了传统的物理观念，提出了光的粒子性质。
这一发现不仅解释了实验现象，也为后来量子力学的发展奠定了基础。
实际上，波粒二象性成为了量子力学的基本概念之一，用于解释光、电子等微观粒子的行为。
除了光电效应，光的波粒二象性还在其他实验中得到了证实。
例如，干涉实验和衍射实验显示了光的波动性质，而光的量子性质则可以通过光的能量和动量的量子化得到证实。
这些实验结果进一步支持了光具有波粒二象性特性的理论。
物理一轮复习 专题50 光电效应 波粒二象性(练)(含解析)
专题50 光电效应波粒二象性1．（多选）某半导体激光器发射波长为1.5×10-6m,功率为5。
0×10—3W的连续激光.已知可见光波长的数量级为10-7m,普朗克常量h＝6.63×10-34J·s，该激光器发出的是：（）A．是紫外线B．是红外线C．光子能量约为1。
3×10—18J D．光子数约为每秒3。
8×1016个【答案】BD【名师点睛】解决本题的关键熟悉电磁波谱中波长的大小关系，以及掌握光子能量与波长的大小关系cE hλ=.2．（多选）研究光电效应规律的实验装置如图所示，以频率为v的光照射光电管电极K时，有光电子产生。
光电管K、A极间所加的电压U可由图中的电压表测出，光电流I由图中电流计测出，下列关于光电效应实验规律的说法中,正确的是：（ )A．降低入射光的频率有可能光电管电极K上无光电子放出B．当滑片P位于P′右端时,电极K、A间所加电压使从电极K发出的光电子加速C．保持入射光频率不变，当增大入射光光强时，图中电流计示数不变D．保持入射光频率、光强不变，若只增大光电管K、A极间所加的加速电压，光电流会趋于一个饱和值【答案】AD【名师点睛】本题考查了光电效应的应用，涉及到的知识点也较多，要仔细分析，注意理解光电子在电场中加速还是减速是解题的关键3．（多选)黑体辐射的实验规律如图所示，由图可知： （ )A ．随温度升高,各种波长的辐射强度都增加B ．随温度降低,各种波长的辐射强度都增加C ．随温度升高,辐射强度的极大值向波长较短的方向移动D ．随温度降低,辐射强度的极大值向波长较长的方向移动 【答案】ACD【解析】由图可知，随着温度的升高,各种波动的辐射强度都有增加,且随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动．故A 、C 、D 正确,B 错误.【名师点睛】根据黑体辐射的实验规律图分析辐射强度与温度的关系，以及辐射确定的极大值随着温度变化的关系。
光电效应波粒二象性
第二节 光电效应 波粒二象性[知识要点]（一）基本概念（1）光电效应：金属及其化合物在光（包括不可见光）的照射下，释放电子的现象叫做光电效应。
（2）光电子：在光电效应现象中释放出的电子叫做光电子。
（3）光电流：在光电效应现象中释放出的光电子在外电路中运动形成的电流叫做光电流。
（二）光电效应的规律（斯托列托夫）（1）任何一种金属，都有一个极限频率（又叫红限，以0表示），入射光的频率低于这个频率就不能发生光电效应。
（2）光电子的最大初动能（E km =212m mv ）跟入射光的强度无关，只随入射光的频率的增大而增大。
（3）从光开始照射，到释放出光电子，整个过程所需时间小于3×10-9s 。
（4）当发生光电效应时，单位时间、单位面积上发射出的光电子数跟入射光的频率无关，跟入射光的强度成正比。
（三）光子说（爱因斯坦）在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光子。
每个光子所具有的能量跟它的频率成正比，写作为E hv =或 cE h λ=式中 ——光的频率；——光的波长；C ——光在真空中的速度；h ——普朗克恒量，等于6.63×10-34J ·S 。
（四）实验和应用（1）如图13-10所示，紫外线（或弧光灯的弧光中的紫外线）照射表面洁净的锌板，使锌板释放电子，从而使锌板、验电器带正电、验电器的指针发生偏转。
（2）光电管。
如图13-11所示，光电管是光电效应在技术上的一种应用。
它可以把光信号转变为电信号。
（五）光的本性的认识（1）光的本性的认识过程。
17世纪的两种对立学说：牛顿的微粒说——光是实物粒子惠更斯的波动说——光是机械波19世纪的两种学说：麦克斯韦（理论上）、赫兹（实验证实）——光是电磁波、光的波动理论。
爱因斯坦（光子说）、密立根（实验证实）——光是光子、光具有粒子性。
（2）光的波粒二象性。
光既具有粒子性又具有波动性，两种相互矛盾的性质在光子身上得到了统一。
2023年高考物理热点复习：光电效应 波粒二象性(附答案解析)
2023年高考物理热点复习：光电效应波粒二象性【2023高考课标解读】一、光电效应波粒二象性1．光电效应(1)定义：在光的照射下从金属表面发射出电子的现象(发射出的电子称为光电子)。
(2)产生条件：入射光的频率大于金属极限频率。
(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10－9s。
2．光电效应方程(1)基本物理量①光子的能量ε＝hν，其中h＝6.626×10－34J·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－W0。
【知识拓展】与光电效应有关的五组概念对比1．光子与光电子：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。
2．光电子的动能与光电子的最大初动能：光照射到金属表面时，电子吸收光子的全部能量，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的情况，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。
3．光电流与饱和光电流：金属板飞出的光电子到达阳极，回路中便产生光电流，随着所加正向电压的增大，光电流趋于一个饱和值，这个饱和值是饱和光电流，在一定的光照条件下，饱和光电流与所加电压大小无关。
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第一讲光电效应波粒二象性(原卷版+解析)
第一讲 光电效应 波粒二象性➢ 知识梳理一、光电效应及其规律 1．光电效应现象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称为光电效应，发射出来的电子叫光电子。
2．光电效应的产生条件入射光的频率大于或等于金属的截止(极限)频率。
3．光电效应规律(1)每种金属都有一个截止频率，入射光的频率必须大于或等于这个截止频率才能产生光电效应。
(2)光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光频率的增大而增大。
(3)光电效应的发生几乎是瞬时的，一般不超过10－9 s 。
(4)当入射光的频率大于截止频率时，饱和光电流的大小与入射光的强度成正比。
二、爱因斯坦光电效应方程1．光子说：在空间传播的光不是连续的，而是一份一份的，每一份叫作一个光子，光子的能量ε＝hν。
2．逸出功W 0：电子从金属中逸出所需做功的最小值。
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的动能的最大值。
4．光电效应方程(1)表达式：hν＝E k ＋W 0或E k ＝hν－W 0。
(2)物理意义：金属表面的电子吸收一个光子获得的能量是hν，这些能量的一部分用来克服金属的逸出功W 0，剩下的表现为逸出后电子的最大初动能。
三、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、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。
四、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＝hp ，p 为运动物体的动量，h 为普朗克常量。
考点一、光电效应规律的理解 1．对光电效应规律的解释对应规律对规律的解释存在截止频率νc电子从金属表面逸出，必须克服金属的逸出功W 0，则入射光子的能量不能小于W 0，对应的频率必须不小于νc ＝W 0h，即截止频率光电子的最大初动能随着入射光频率的增大而增大，与入射光的强度无关电子吸收光子能量后，一部分用来克服金属的逸出功，剩余部分表现为光电子的初动能，只有直接从金属表面飞出的光电子才具有最大初动能。
近代物理——光电效应、波粒二象性讲义
光电效应、波粒二象性高考对光电效应、波粒二象性考查的重点有：光电效应规律的理解、爱因斯坦光电效应方程的理解和应用、光电效应相关图像的理解等，既可以对本部分内容单独考查，也可以与能级跃迁等知识相结合进行综合考查，主要以选择题的形式出现，考查学生的理解和综合应用能力。
光电效应规律的理解及其应用（2022重庆模拟）如图所示，在研究光电效应的实验中，保持P的位置不变，用单色光a照射阴极K，电流计G的指针不发生偏转；改用另一频率的单色光b照射K，电流计的指针发生偏转，那么（）A．增加a的强度一定能使电流计的指针发生偏转B．用b照射时通过电流计的电流由d到cC．只增加b的强度一定能使通过电流计的电流增大D．a的波长一定小于b的波长关键信息：用单色光a照射阴极K，电流计G的指针不发生偏转→a光的频率小于阴极K的截止频率→增加a的强度无法使电流计的指针发生偏转改用另一频率的单色光b照射K，电流计的指针发生偏转→b光的频率大于阴极K的截止频率→增加b的强度，可以使光电流增大解题思路：本题主要明确光电效应现象产生的条件是入射光的频率大于或等于金属的截止频率，来进行相关的判断。
明确在光的颜色（频率）不变的情况下，入射光越强，饱和电流越大。
A ．用单色光a 照射阴极K ，电流计G 的指针不发生偏转，说明a 光的频率小于阴极K 的截止频率，增加a 的强度也无法使电流计的指针发生偏转，A 错误；B ．电子运动方向从d 到c ，电流方向从c 到d ，B 错误；C ．只增加b 的强度可以使光电流增大，使通过电流计的电流增大，C 正确；D ．b 光能使阴极K 发生光电效应，b 光的频率大于阴极K 的截止频率也就大于a 光的频率，由λ＝cν可知b 的波长一定小于a 的波长，D 错误。
故选C 。
（2022安徽月考）从1907年起，美国物理学家密立根用如图所示的实验装置测量光电效应中几个重要的物理量。
在这个实验中，若先后用频率为ν1、ν2的单色光照射阴极K 均可产生光电流。
光电效应发现揭示电子粒子波粒二象性特点
光电效应发现揭示电子粒子波粒二象性特点在物理领域中，波粒二象性是一个重要的概念，指出微观粒子既具有粒子的性质，也具有波的性质。
光电效应的发现为我们展示了电子粒子的波粒二象性特点。
本文将详细介绍光电效应的基本原理、实验观察以及对电子粒子波粒二象性的重要启示。
光电效应是指当光照射到某些金属表面时，会引起电子从金属中释放出来的现象。
这一现象首先由德国物理学家海因里希·赫兹在1887年观察到。
他发现，当紫外线照射到金属的表面时，金属会发射出带负电的粒子，这些粒子被称为电子。
为了更好地理解光电效应的原理，我们需要考虑光的本质。
光既可以被看作是一种粒子，即光子，又可以被看作是一种波动。
光的能量与频率有关，高频率的光对应着高能量的光子。
在光电效应的观察中，赫兹发现了几个重要的规律。
首先，如果光照射的频率低于某个临界值，无论光的强度有多大，都无法观察到光电效应。
这表明光电效应与光的强度无关，仅与光的频率有关。
其次，光电效应产生的电流随着光的强度的增加而增加，但在频率不变的情况下，达到一定饱和值后就不再增加。
最后，光电效应释放的电子的最大动能与光的频率成正比。
这些发现对波粒二象性的理解起到了关键作用。
根据经典物理学的观点，光应当表现为波动，根据这一观点，光照射到金属表面时，电子应该通过吸收能量从金属中释放出来。
然而，根据光电效应的实验观察结果，光的能量是由一定量的光子携带的，且与光的频率相关。
这表明光既具有波动的性质，又具有粒子的性质。
对于光的波动性质，如干涉、衍射等现象，可以用波动理论来解释；而光的粒子性质，则可以用光子模型来描述。
光电效应的发现引发了对电子粒子波粒二象性的深入思考。
经典物理学难以解释光电效应的发现，因为根据经典物理学，光的能量与光强和曝光时间成正比。
然而，根据实验观察结果，即使是光强很低的光也能够引起光电效应，而且光的强度对电子的动能没有影响。
根据波粒二象性理论，电子既可以表现出粒子的性质，又可以表现出波的性质。
高中物理【光电效应 波粒二象性】典型题(带解析)
高中物理【光电效应波粒二象性】典型题1．用很弱的光做单缝衍射实验，改变曝光时间，在胶片上出现的图象如图所示，该实验表明()A．光的本质是波B．光的本质是粒子C．光的能量在胶片上分布不均匀D．光到达胶片上不同位置的概率相同解析：选C．用很弱的光做单缝衍射实验，改变曝光时间在胶片出现的图样，说明光有波粒二象性，故A、B错误；时间越长，明暗条纹越明显，说明光到达胶片上的不同位置的概率是不一样的，也就说明了光的能量在胶片上分布不均匀，故C正确，D错误．2．(多选)已知某金属发生光电效应的截止频率为νc，则()A．当用频率为2νc的单色光照射该金属时，一定能产生光电子B．当用频率为2νc的单色光照射该金属时，所产生的光电子的最大初动能为hνcC．当照射光的频率ν大于νc时，若ν增大，则逸出功增大D．当照射光的频率ν大于νc时，若ν增大一倍，则光电子的最大初动能也增大一倍解析：选AB．该金属的截止频率为νc，则可知逸出功W0＝hνc，逸出功由金属自身性质决定，与照射光的频率无关，因此C错误；由光电效应的实验规律可知A正确；由光电效应方程E k＝hν－W0，将W0＝hνc代入可知B正确，D错误．3．用光照射某种金属，有光电子从金属表面逸出，如果光的频率不变，而减弱光的强度，则()A．逸出的光电子数减少，光电子的最大初动能不变B．逸出的光电子数减少，光电子的最大初动能减小C．逸出的光电子数不变，光电子的最大初动能减小D．光的强度减弱到某一数值，就没有光电子逸出了解析：选A．光的频率不变，表示光子能量不变，仍会有光电子从该金属表面逸出，逸出的光电子的最大初动能也不变；而减弱光的强度，逸出的光电子数就会减少，选项A正确．4．(多选)美国物理学家康普顿在研究石墨对X 射线的散射时，发现光子除了具有能量之外还具有动量，被电子散射的X 光子与入射的X 光子相比( )A ．速度减小B ．频率减小C ．波长减小D ．能量减小解析：选BD ．光速不变，A 错误；光子将一部分能量转移到电子，其能量减小，随之光子的频率减小、波长变长，B 、D 正确，C 错误．5．(多选)下列关于波粒二象性的说法正确的是( )A ．光电效应揭示了光的波动性B ．使光子一个一个地通过单缝，若时间足够长，底片上也会出现衍射图样C ．黑体辐射的实验规律可用光的粒子性解释D ．热中子束射到晶体上产生衍射图样说明中子具有波动性解析：选BCD ．光电效应揭示了光的粒子性，A 错误；单个光子通过单缝后在底片上呈现出随机性，但大量光子通过单缝后在底片上呈现出波动性，B 正确；黑体辐射的实验规律说明了电磁辐射是量子化的，即黑体辐射是不连续的、一份一份的，所以黑体辐射可用光的粒子性来解释，C 正确；热中子束射在晶体上产生衍射图样，是由于运动的实物粒子具有波的特性，即说明中子具有波动性，D 正确．6．如图甲所示，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，电流表读数仍不为零，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( )A ．1.5 eV 0.6 eVB ．1.7 eV 1.9 eVC ．1.9 eV 2.6 eVD ．3.1 eV 4.5 eV解析：选C ．光子能量h ν＝2.5 eV 的光照射阴极，电流表读数不为零，则能发生光电效应，当电压表读数大于或等于0.6 V 时，电流表读数为零，则电子不能到达阳极，由动能定理eU ＝12m v 2m知，最大初动能E km ＝eU ＝0.6 eV ，由光电效应方程h ν＝E km ＋W 0知W 0＝1.9 eV ，对图乙，当电压表读数为2 V 时，电子到达阳极的最大动能E km ′＝E km ＋eU ′＝0.6 eV ＋2 eV ＝2.6 eV .故C 正确．7．研究光电效应的电路如图所示，用频率相同、强度不同的光分别照射密封真空管的钠极板(阴极K)，钠极板发射出的光电子被阳极A 吸收，在电路中形成光电流．则在如图所示的光电流I 与A 、K 之间的电压U AK 的关系图象中，正确的是( )解析：选C ．光电子的最大初动能与入射光的频率有关，与光照强度无关，因此在入射光频率相同的情况下，遏止电压相同，在能发生光电效应的前提下，光电流随着光照强度增大而增大，C 正确．A 、B 表示入射光频率相同的情况下，遏止电压不相同，均错误．D 表示在发生光电效应时，光电流随着光照强度增大而减小，D 错误．8．一个德布罗意波长为λ1的中子和另一个德布罗意波长为λ2的氘核同向正碰后结合成一个氚核，该氚核的德布罗意波长为( )A ．λ1λ2λ1＋λ2B ．λ1λ2λ1－λ2C ．λ1＋λ22D ．λ1－λ22 解析：选A ．中子的动量p 1＝h λ1，氘核的动量p 2＝h λ2，同向正碰后形成的氚核的动量p 3＝p 2＋p 1，所以氚核的德布罗意波长λ3＝h p 3＝λ1λ2λ1＋λ2，A 正确． 9．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( )材料钠 铜 铂 极限波长(nm)541 268 196 A C ．仅铜、铂能产生光电子 D ．都能产生光电子解析：选D ．根据爱因斯坦光电效应方程可知，只要光源的波长小于某金属的极限波长，就有光电子逸出，该光源发出的光的波长有的小于100 nm ，小于钠、铜、铂三个的极限波长，都能产生光电子，故D 正确，A 、B 、C 错误．10．用如图甲所示的装置研究光电效应现象．闭合开关S ，用频率为ν的光照射光电管时发生了光电效应．图乙是该光电管发生光电效应时光电子的最大初动能E k 与入射光频率ν的关系图象，图线与横轴的交点坐标为(a ，0)，与纵轴的交点坐标为(0，－b )．下列说法正确的是( )A ．普朗克常量为h ＝a bB ．断开开关S 后，电流表G 的示数不为零C ．仅增加照射光的强度，光电子的最大初动能将增大D ．保持照射光强度不变，仅提高照射光频率，电流表G 的示数保持不变解析：选B ．由E k ＝h ν－W 0，可知图线的斜率为普朗克常量，即h ＝b a，故A 错误；断开开关S 后，仍有光电子产生，所以电流表G 的示数不为零，故B 正确；只有增大入射光的频率，才能增大光电子的最大初动能，与光的强度无关，故C 错误；保持照射光强度不变，仅提高照射光频率，单个光子的能量增大，而光的强度不变，那么光子数一定减少，发出的光电子数也减少，电流表G 的示数要减小，故D 错误．11.以往我们认识的光电效应是单光子光电效应，即一个电子在极短时间内只能吸收到一个光子而从金属表面逸出．强激光的出现丰富了人们对于光电效应的认识，用强激光照射金属，由于其光子密度极大，一个电子在极短时间内吸收多个光子成为可能，从而形成多光子光电效应，这已被实验证实．光电效应实验装置示意图如图所示．用频率为ν的普通光源照射阴极K ，没有发生光电效应，换用同样频率为ν的强激光照射阴极K ，则发生了光电效应；此时，若加上反向电压U ，即将阴极K 接电源正极，阳极A 接电源负极，在KA 之间就形成了使光电子减速的电场．逐渐增大U ，光电流会逐渐减小；当光电流恰好减小到零时，所加反向电压U 可能是下列的(其中W 为逸出功，h 为普朗克常量，e 为电子电荷量)( )A ．U ＝h νe －W eB ．U ＝2h νe －W eC ．U ＝2h ν－WD ．U ＝5h ν2e －W e解析：选B ．以从阴极K 逸出的且具有最大初动能的光电子为研究对象，由动能定理得：－Ue ＝0－12m v 2m① 由光电效应方程得：nh ν＝12m v 2m＋W (n ＝2，3，4，…)② 由①②式解得：U ＝nh νe －W e(n ＝2，3，4，…)， 故选项B 正确．12．美国物理学家密立根通过测量金属的遏止电压U c 与入射光频率ν，算出普朗克常量h ，并与普朗克根据黑体辐射得出的h 相比较，以验证爱因斯坦方程的正确性．下图是某次试验中得到的两种金属的遏止电压U c 与入射光频率ν关系图象，两金属的逸出功分别为W 甲、W 乙，如果用ν0频率的光照射两种金属，光电子的最大初动能分别为E 甲、E 乙，则下列关系正确的是( )A ．W 甲<W 乙，E 甲>E 乙B ．W 甲>W 乙，E 甲<E 乙C ．W 甲>W 乙，E 甲>E 乙D ．W 甲<W 乙，E 甲<E 乙解析：选A ．根据光电效应方程得： E km ＝h ν－W 0＝h ν－h ν0，又E km ＝qU c ，解得：U c ＝h q ν－h qν0，知U c ν图线中：当U c ＝0，ν＝ν0；由图象可知， 金属甲的极限频率小于金属乙， 则金属甲的逸出功小于乙的， 即W 甲<W 乙．如果用频率ν0的光照射两种金属，根据光电效应方程，当入射光频率相同时，则逸出功越大的，其光电子的最大初动能越小，因此E 甲>E 乙，A 正确．13．如图所示，真空中有一平行板电容器，两极板分别用锌板和铜板制成(锌板和铜板的截止频率分别为ν1和ν2，且ν1＜ν2)，极板的面积为S ，间距为d .锌板与灵敏静电计相连，锌板和铜板原来都不带电．现用频率为ν(ν1＜ν＜ν2)的单色光持续照射两板内表面，假设光电子全部到达另一极板，则电容器的最终带电荷量Q 正比于( )A ．d S(ν1－ν) B ．d S (ν1－ν2) C ．S d ⎝⎛⎭⎫ν－ν1νν1 D ．S d(ν－ν1) 解析：选D ．现用频率为ν(ν1＜ν＜ν2)的单色光持续照射两板内表面，根据光电效应的条件，知该单色光照射锌板能发生光电效应，照射铜板不能发生光电效应．通过光电效应方程知，光电子的最大初动能E km ＝h ν－h ν1.临界状态是电子减速到负极板时速度刚好为零．根据动能定理有eU ＝E km ＝h ν－h ν1.平行板电容器的电容C ∝S d ，而Q ＝CU ，所以Q ∝S d(ν－ν1)，故D 正确．14.如图所示，有一束单色光入射到极限频率为ν0的金属板K 上，具有最大初动能的某出射电子，沿垂直于平行板电容器极板的方向，从左侧极板上的小孔入射到两极板间的匀强电场后，到达右侧极板时速度刚好为零．已知电容器的电容为C ，带电量为Q ，极板间距为d ，普朗克常量为h ，电子电量的绝对值为e ，不计电子的重力．关于电容器右侧极板的带电情况和入射光的频率ν，以下判断正确的是( )A．带正电，ν0＋QeCh B．带正电，ν0＋QeChdC．带负电，ν0＋QeCh D．带负电，ν0＋QeChd解析：选C．以最大初动能入射至电容器的电子经板间电场到达右侧极板速度刚好为0，说明电场力做负功，电场强度方向向右，右侧极板所带电荷为负电荷，且－eU＝0－E k0，其中由电容器电压与电荷量的关系知U＝QC，由最大初动能与单色光入射频率的关系知E k0＝hν－hν0；代入化简可得ν＝ν0＋QeCh，故C正确．。
光的波粒二象性与光电效应
光的波粒二象性与光电效应光的波粒二象性是指光既可以被视为一种波动现象，又可以被视为由光子组成的微粒。
这个概念的形成源于对光电效应的研究。
光电效应是指当光照射到某些金属表面时，会引起金属表面的电子发射。
这一现象的实验结果与经典的波动理论相悖，因此推动了对光的本质的重新认识。
本文将针对光的波粒二象性与光电效应展开讨论。
一、光的波动性：光最早被看作是一种传播时呈现波动现象的电磁波。
根据这一理论，光的传播特性可以用波动方程来描述，例如光的干涉与衍射现象。
这种波动性可以被用来解释一系列的实验现象，比如双缝干涉、杨氏实验等。
二、光的粒子性：然而，在一定的条件下，光也可以被视为由一系列微粒组成的粒子。
这些粒子被称为光子，是光的基本单位。
光的粒子性主要可以通过光电效应来观察到。
在光电效应中，金属表面会吸收光的能量，产生光电子。
三、光电效应：光电效应的实验结果与波动理论的预测不一致，这推动了对光的粒子性的认识。
实验证明，在特定的频率下，只有光的强度达到一定的阈值，才会引起金属表面的电子发射。
这一现象可以通过光的粒子性来解释，即光子携带着一定的能量，当其能量足够大时，可以克服金属表面对电子的束缚力，使电子脱离金属表面。
四、德布罗意假设：进一步的研究表明，光不仅具有粒子性，同时也具有波动性。
这一观点得到了波动方程以及德布罗意假设的支持。
德布罗意假设认为，不仅电子具有粒子和波动性质，其他物质粒子也具备这种双重属性。
五、光的波粒二象性的应用：光的波粒二象性不仅仅在光电效应中起到关键作用，它还应用于量子力学的发展和解释物质微粒行为的研究。
例如，光在干涉与衍射现象中的波动特性得到了光的干涉仪和衍射仪的应用。
而光的粒子特性被用于光的探测、通信和光谱分析等领域。
光的波粒二象性是现代物理学的基础概念之一，它揭示了光的多样性和奇妙性质。
光的波动性和粒子性共同解释了一系列的实验现象，同时也推动了对自然界本质的重新思考。
通过进一步的研究和实验，我们可以更加完整地理解光的本质，并将其应用于更广泛的领域，推动科学的发展。
2020版物理专题复习详细练习：第十二章光电效应波粒二象性含解析
[课时作业]单独成册方便使用[基础题组]一、单项选择题1．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．大量光子的行为往往显示出粒子性解析：一切光都具有波粒二象性，光的有些行为(如干涉、衍射)表现出波动性，有些行为(如光电效应)表现出粒子性，光子不是实物粒子，没有静止质量，电子是以实物形式存在的物质，光子是以场形式存在的物质，A、B错误；光的波粒二象性表明，大量光子的行为表现出波动性，个别光子的行为表现出粒子性．光的波长越长，衍射性越好，即波动性越显著，光的波长越短，其光子能量越大，个别或少数光子的作用就足以引起光接收装置的反应，所以其粒子性就很显著，C正确，D错误．答案：C2．用一束紫外线照射某金属时不能产生光电效应，可能使该金属发生光电效应的措施是() A．改用频率更小的紫外线照射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解析：某种金属能否发生光电效应取决于入射光的频率，与入射光的强度和照射时间无关．不能发生光电效应，说明入射光的频率小于金属的极限频率，所以要使金属发生光电效应，应增大入射光的频率，X射线的频率比紫外线频率高，所以本题答案为B.答案：B3．关于光电效应，下列说法正确的是()A．极限频率越大的金属材料逸出功越大B．只要光照射的时间足够长，任何金属都能产生光电效应C．从金属表面逸出的光电子的最大初动能越大，这种金属的逸出功越小D．入射光的光强一定时，频率越高，单位时间内逸出的光电子数就越多解析：逸出功W ＝hν0，W ∝ν0，A 正确；只有照射光的频率ν大于金属极限频率ν0，才能产生光电效应现象，B 错误；某金属的逸出功只与该金属的极限频率有关，与从金属表面逸出的光电子的最大初动能无关，C 错误；光强E ＝nhν，ν越大，E 一定，则光子数n 越小，单位时间内逸出的光电子数就越少，D 错误． 答案：A4．频率为ν的光照射某金属时，产生光电子的最大初动能为E km .改为频率为2ν的光照射同一金属，所产生光电子的最大初动能为(h 为普朗克常量)( ) A ．E km －hν B ．2E km C ．E km ＋hνD ．E km ＋2hν解析：根据爱因斯坦光电效应方程得E km ＝hν－W ，若入射光频率变为2ν，则E km ′＝h ·2ν－W ＝2hν－(hν－E km )＝hν＋E km ，故选C. 答案：C5．用不同频率的紫外线分别照射钨和锌的表面而产生光电效应，可得到光电子最大初动能E k 随入射光频率ν变化的E k -ν图象．已知钨的逸出功是3.28 eV ，锌的逸出功是3.34 eV ，若将二者的图线画在同一个E k -ν坐标系中，如图所示，用实线表示钨，虚线表示锌，则正确反映这一过程的是( )解析：依据光电效应方程E k ＝hν－W 可知，E k -ν图线的斜率代表普朗克常量h ，因此钨和锌的E k -ν图线应该平行．图线的横轴截距代表截止频率ν0，而ν0＝Wh ，因此钨的截止频率小些，综上所述，A 图正确． 答案：A 二、多项选择题6．波粒二象性是微观世界的基本特征，以下说法正确的有( ) A ．光电效应现象揭示了光的粒子性B ．热中子束射到晶体上产生衍射图样说明中子具有波动性C ．黑体辐射的实验规律可用光的波动性解释D ．动能相等的质子和电子，它们的德布罗意波长也相等解析：光电效应说明光具有粒子性，A 正确．衍射是波的特点，说明中子具有波动性，B 正确．黑体辐射的实验规律说明光具有粒子性，C 错误．动能相等的质子和电子，二者质量不同，动量不同，德布罗意波长不相等，D 错误． 答案：AB7．用极微弱的可见光做双缝干涉实验，随着时间的增加，在屏上先后出现如图(a)(b)(c)所示的图象，则( )A ．图象(a)表明光具有粒子性B ．图象(c)表明光具有波动性C ．用紫外线观察不到类似的图象D ．实验表明光是一种概率波解析：图象(a)曝光时间短，通过的光子数很少，呈现粒子性，A 正确．图象(c)曝光时间长，通过了大量光子，呈现波动性，B 正确．该实验表明光是一种概率波，D 正确．紫外线本质和可见光本质相同，也可以发生上述现象，C 错误． 答案：ABD8．在探究光电效应现象时，某小组的同学分别用波长为λ、2λ的单色光照射某金属，逸出的光电子最大速度之比为2∶1，普朗克常量用h 表示，光在真空中的速度用c 表示，则( ) A ．光电子的最大初动能之比为2∶1 B ．该金属的截止频率为cλC ．用波长为52λ的单色光照射该金属时能发生光电效应 D ．用波长为4λ的单色光照射该金属时不能发生光电效应解析：在两种单色光照射下，逸出的光电子的最大速度之比为2∶1，由E k ＝12m v 2可知，光电子的最大初动能之比为4∶1，A 错误；又由hν＝W ＋E k 知，h c λ＝W ＋12m v 21 ，h c 2λ＝W ＋12m v 22，又v 1＝2v 2，解得W ＝h c 3λ，则该金属的截止频率为c3λ，B 错误；光的波长小于或等于3λ时才能发生光电效应，C 、D 正确． 答案：CD[能力题组]一、选择题9．用光照射某种金属，有光电子从金属表面逸出，如果光的频率不变，而减弱光的强度，则() A．逸出的光电子数减少，光电子的最大初动能不变B．逸出的光电子数减少，光电子的最大初动能减小C．逸出的光电子数不变，光电子的最大初动能减小D．光的强度减弱到某一数值，就没有光电子逸出了解析：光的频率不变，表示光子能量不变，仍会有光电子从该金属表面逸出，逸出的光电子的最大初动能也不变；而减弱光的强度，逸出的光电子数就会减少，选项A正确．答案：A10．如图甲所示，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，电流表读数仍不为零，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()A．1.5 eV,0.6 eV B．1.7 eV,1.9 eVC．1.9 eV,2.6 eV D．3.1 eV,4.5 eV解析：光子能量hν＝2.5 eV的光照射阴极，电流表读数不为零，则能发生光电效应，当电压表读数大于或等于0.6 V时，电流表读数为零，则电子不能到达阳极，由动能定理eU＝12m v2m知，最大初动能E km＝eU＝0.6 eV，由光电效应方程hν＝E km＋W知W＝1.9 eV，对图乙，当电压表读数为2 V时，电子到达阳极的最大动能E km′＝E km＋eU′＝0.6 eV＋2 eV＝2.6 eV.故C正确．答案：C11.(多选)(2018·重庆万州二中模拟)某金属在光的照射下产生光电效应，其遏止电压U c与入射光频率ν的关系图象如图所示，则由图象可知()A．若已知电子电荷量e，就可以求出普朗克常量hB．遏止电压是确定的，与照射光的频率无关C ．入射光的频率为2ν0时，产生的光电子的最大初动能为hν0D ．入射光的频率为3ν0时，产生的光电子的最大初动能为hν0解析：根据光电效应方程E k ＝hν－W 和－eU c ＝0－E k 得，U c ＝h e ν－We ，可知当入射光的频率大于极限频率时，遏止电压与入射光的频率呈线性关系，B 错误；因为U c ＝h e ν－W e ，知图线的斜率等于he ，从图象上可以得出斜率的大小，若已知电子电荷量e ，可以求出普朗克常量h ，A 正确；从图象上可知逸出功W ＝hν0，根据光电效应方程得E k ＝h ·2ν0－W ＝h ν0，C 正确；E k ＝h ·3ν0－W ＝2hν0，D 错误． 答案：AC12．(多选)产生光电效应时，关于逸出光电子的最大初动能E k ，下列说法正确的是( ) A ．对于同种金属，E k 与照射光的强度无关 B ．对于同种金属，E k 与照射光的时间成正比 C ．对于同种金属，E k 与照射光的频率成线性关系D ．对于不同种金属，若照射光频率不变，E k 与金属的逸出功成线性关系解析：发生光电效应，一个电子获得一个光子的能量，E k ＝hν－W ，所以E k 与照射光的强度无关，与光照射的时间无关，A 正确，B 错误；由E k ＝hν－W 可知，对同种金属，E k 与照射光的频率成线性关系，若频率不变，对不同金属，E k 与W 成线性关系，C 、D 正确． 答案：ACD 二、非选择题13．如图甲所示是研究光电效应规律的光电管．用波长λ＝0.50 μm 的绿光照射阴极K ，实验测得流过电流表G 的电流I 与AK 之间的电势差U AK 满足如图乙所示规律，取h ＝6.63×10－34 J·s.结合图象，求：(结果保留两位有效数字)(1)每秒钟阴极发射的光电子数和光电子飞出阴极K 时的最大动能． (2)该阴极材料的极限波长．解析：(1)光电流达到饱和时，阴极发射的光电子全部到达阳极A ，阴极每秒钟发射的光电子的个数n ＝I m e ＝0.64×10－61.6×10－19(个)＝4.0×1012(个)光电子的最大初动能为E km ＝eU 0＝1.6×10－19C ×0.6 V ＝9.6×10－20J.(2)设阴极材料的极限波长为λ0，根据爱因斯坦光电效应方程得E km ＝h c λ－h cλ0，代入数据得λ0＝0.66 μm. 答案：(1)4.0×1012个 9.6×10－20 J (2)0.66 μm14．用功率P 0＝1 W 的光源照射离光源r ＝3 m 处的某块金属的薄片，已知光源发出的是波长λ＝663 nm 的单色光，试计算：(1)1 s 内打到金属板1 m 2面积上的光子数；(2)若取该金属原子半径r 1＝0.5×10－10 m ，则金属表面上每个原子平均需隔多少时间才能接收到一个光子？解析：(1)离光源r ＝3 m 处的金属板1 m 2面积上1 s 内接收的光能 E 0＝P 0t4πr 2＝8.85×10－3 J每个光子的能量E ＝h cλ＝3×10－19 J 所以每秒接收的光子数 n ＝8.85×10－33×10－19＝2.95×1016个． (2)每个原子的截面积为 S 1＝πr 21＝7.85×10－21m 2把金属板看成由原子密集排列组成的，则面积S 1上接收的光的功率 P ′＝8.85×10－3×7.85×10－21 W ＝6.95×10－23 W 每两个光子落在原子上的时间间隔 Δt ＝E P ′＝3×10－196.95×10－23 s ＝4 317 s.答案：(1)2.95×1016个 (2)4 317 s。
波粒二象性与光电效应
波粒二象性与光电效应在现代物理学中，波粒二象性是一个非常重要的概念。
它揭示了微观粒子既可以表现出波动特性，又可以表现出粒子特性。
其中，光电效应是波粒二象性的一个典型例子。
光电效应是指当金属表面遭到光照时，会发生电子的发射现象。
具体来说，当光子（光量子）的能量大于金属表面的逸出功时，光子就可以将其能量转移给金属中的电子，使其脱离金属而形成电流。
这一效应的实验证明了光既有波动性又有粒子性。
波动性是指光的传播具有波的性质，表现为干涉、衍射等现象。
这些现象可以通过波动理论较好地解释，例如，当光通过一个狭缝时，会发生衍射现象，使光在空间中呈现出波纹状的分布。
而粒子性则表现为光的能量不是连续分布的，而是以离散的粒子形式存在的。
例如，当光照射到金属中时，会产生电子的发射现象，这表明光具有以能量量子化的方式传播，证实了光的粒子性。
那么，为什么光具有波粒二象性呢？这可以通过量子力学的观点来解释。
根据量子力学，微观粒子的行为由波函数来描述，波函数包含了粒子的位置与动量等信息。
当我们对光进行实验时，它的波函数同时包含波动性和粒子性。
波动性与粒子性不是两种不同的存在，而是光的行为与测量方式的结果。
所以，当我们用光进行干涉实验时，它展现出波动性；而当我们用光进行光电效应实验时，它展现出粒子性。
光电效应的实验证明了光的粒子性，并为光量子假说的提出提供了重要的支持。
根据光量子假说，光是由一连串能量量子组成的，每一个量子就是光子。
光的波动性可以通过干涉和衍射等现象很好地解释，而光的粒子性则可以通过光电效应来解释。
光电效应在实际生活中有着广泛的应用。
例如在太阳能电池中，光电效应被用于将光能转化为电能，实现能源的可持续利用。
此外，在现代的数字相机和光电传感器中，光电效应也发挥着重要的作用。
它们利用光电效应将光信号转化为电信号，实现图像的捕捉和输入。
总结起来，波粒二象性与光电效应的关系揭示了光既具有波动性又具有粒子性。
光电效应的实验证明了光的粒子性，并为光量子假说提供了支持。
光电效应与波粒二象性
光电效应与波粒二象性
光电效应和波粒二象性是量子力学的两个重要概念。
光电效应指的
是当光照射到金属表面时，金属会发射电子的现象。
根据经典物理学
的理论，根据电磁波的波动性，预测出的光照射强度应当与金属上电
子的发射速度成正比。
然而，实验结果却显示出意外的现象：不管光
照射强度如何增大，光电子的动能却只与光的频率有关，与光的强度
无关。
这一现象无法通过经典物理学的理论解释。
通过量子力学的观点，光被看作是由一些称为光子的粒子组成的粒
子流。
这意味着光具有粒子性质，而不仅仅是电磁波。
根据量子理论，光子的能量与其频率成正比，而与其强度无关。
因此，光电效应可以
通过光子与金属表面的电子相互作用，光子将能量转移给电子，使其
从金属表面弹射出来，形成光电子。
波粒二象性则是指微观粒子既具有粒子性质又具有波动性质。
这一
概念最初由德布罗意提出，根据他的理论，物质粒子具有与波动相似
的性质，其波长与动量之间存在一个关系。
这个关系被称为德布罗意
波长。
波粒二象性的实证可以通过一系列的实验证明，如电子和中子
的干涉和衍射实验等。
根据波粒二象性，光既可以被看作是粒子（光子），也可以被看作是波动现象（电磁波）。
这种双重性质使得量子
力学成为一种更加深入研究微观世界的理论。
光电效应 光的波粒二象性
物理学
1515-2
第五版
光电效应 光的波粒二象性
理论解释: 理论解释 瞬时性：光子射至金属表面， 瞬时性：光子射至金属表面， 一个 将一次性被一个电子吸收， 光子的能量 hν 将一次性被一个电子吸收， 电子立即逸出，无需时间积累. 若 ν > ν 0 ，电子立即逸出，无需时间积累 光强越大，光子数越多， 光强越大，光子数越多，单位时间内 产生光电子数目越多,光电流越大 ( 产生光电子数目越多 光电流越大.( ν > ν 0时） 光电流越大
第十五章 量子物理
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物理学
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第五版
光电效应 光的波粒二象性
爱因斯坦光电效应方程
1 2 hν = mv + W 2
逸出功与 材料有关
几种金属逸出功的近似值(eV) 几种金属逸出功的近似值 钠 铝 锌 4.31 铜 4.70 银 铂
2.46 4.08
4.73 6.35
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第十五章 量子物理
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物理学
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第五版
光电效应 光的波粒二象性
由能量守恒： 由能量守恒： 入射光子能量 = 逸出功 + 光电子最大初动能 1 2 h ν = W + mv m 2 1 2 mv m = eU a 2
W = hν o
W
爱因斯坦光电效应理论荣获1921年诺贝尔物理 年诺贝尔物理 爱因斯坦光电效应理论荣获 密立根用实验验证实该理论荣获1923年诺 奖，密立根用实验验证实该理论荣获 年诺 贝尔物理奖。 贝尔物理奖。
第十五章 量子物理
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物理学
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第五版
光电效应 光的波粒二象性
3 经典理论遇到的困难 初动能问题： 初动能问题：按经典理论光电子的初动 能应决定于入射光的光强， 能应决定于入射光的光强，而不决定于光 的频率。 的频率。 红限问题：按经典理论, 红限问题：按经典理论,无论何种频率 的入射光,只要强度足够大， 的入射光,只要强度足够大，就能使电子 逸出金属. 与实验结果不符. 逸出金属. 与实验结果不符. 瞬时性问题：按经典理论, 瞬时性问题：按经典理论,电子逸出金 属所需的能量，需要有一定的时间来积累, 属所需的能量，需要有一定的时间来积累, 与实验结果不符. 与实验结果不符.
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光电效应波粒二象性
(建议用时：40分钟)
[基础对点练]
1.(2016·山西太原质检)关于光电效应,下列说法正确的是()
A.截止频率越大的金属材料逸出功越大
B.只要光照射的时间足够长,任何金属都能发生光电效应
C.从金属表面出来的光电子的最大初动能越大,这种金属的逸出功
越小
D.入射光的光强一定时,频率越高,单位时间内逸出的光电子数就
越多
2．(2019·南宁模拟)下列说法错误的是()
A．黑体辐射电磁波的强度按波长分布，与黑体的温度无关
B．德布罗意提出了实物粒子也具有波动性的猜想，而电子衍射实验证实了他的猜想
C．用频率一定的光照射某金属发生光电效应时，入射光越强，单位时间发出的光电子数越多
D．光电效应和康普顿效应都揭示了光具有粒子性
3．(2019·大庆检测)关于光电效应及波粒二象性，下列说法正确的是() A．光电效应揭示了光的粒子性
B．光的波长越大，能量越大
C．紫外线照射锌板，发生光电效应，锌板带负电
D．光电效应中，光电子的最大初动能与金属的逸出功无关
4. (2016·甘肃兰州质检)(多选)如图所示的光电管的实验中,发现用一定频率的M单色光照射光电管时,电流表指针会发生偏转,而用另一频率的N单色光照射时不发生光电效应,那么()
A.N光的频率一定大于M光的频率
B.M光的频率一定大于N光的频率
C.用M光照射光电管时流过电流表G的电流方向是a流向b
D.用M光照射光电管时流过电流表G的电流方向是b流向a
5.(多选)(2019·日照模拟)某种金属发生光电效应时，光电子的最大初动能E k与入射光频率ν的关系如图所示，E、ν0为已知量。
由图线信息可知()
A．逸出功W0＝E
B．图象的斜率表示普朗克常量的倒数
C．图中E与ν0的值与入射光的强度、频率均无关
D．若入射光频率为3ν0，则光电子的最大初动能为3E
6．(多选)(2019·郑州模拟)如图甲所示，在光电效应实验中，某同学用相同频率的单色光，分别照射阴极材料为锌和铜的两个不同的光电管，结果都能发生光电效应。
图乙为其中一个光电管的遏止电压U c随入射光频率ν变化的函数关系图象。
对于这两个光电管，下列判断正确的是()
甲乙
A．因为材料不同逸出功不同，所以遏止电压U c不同
B．光电子的最大初动能不同
C．因为光强不确定，所以单位时间逸出的光电子数可能相同，饱和光电流也可能相同
D．两个光电管的U c-ν图象的斜率可能不同
7.(2016·山东青岛模拟)关于光的本性,下列说法正确的是()
A.光既具有波动性,又具有粒子性,这是互相矛盾和对立的
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
8.(2016·河北秦皇岛模拟)(多选)物理学家做了一个有趣的实验:在双缝干涉实验中,在光屏处放上照相底片,若减弱光的强度,使光子只能一个一个地通过狭缝.实验结果表明,如果曝光时间不太长,底片上只能出现一些不规则的点;如果曝光时间足够长,底片上就会出现规则的干涉条纹.对这个实验结果下列认识正确的是
()
A.曝光时间不长时,光的能量太小,底片上的条纹看不清楚,故出现不规则的点
B.单个光子的运动没有确定的规律
C.干涉条纹中明亮的部分是光子到达机会较多的地方
D.只有大量光子的行为才表现出波动性。