光电效应与光的波粒二象性
光电效应与波粒二象性实验
光电效应与波粒二象性实验光电效应和波粒二象性实验是量子力学领域中最重要的实验现象之一，对于我们理解光与物质的性质具有重要的意义。
本文将对光电效应和波粒二象性实验进行详细讨论，并探讨其在科学研究和现实生活中的应用。
一、光电效应光电效应是指当光照射到金属上时，金属表面会发生电子的发射现象。
早在19世纪末，科学家们就观察到了光电效应，但直到1905年，爱因斯坦提出了光电效应的解释，才真正揭示了其背后的机理。
光电效应的原理可以用波动理论和粒子理论来解释。
根据波动理论，光是一种波动，当光照射到金属上时，金属表面的电子受到能量的输入，最终会被激发到足够的能级跃迁到导带，从而产生电子的流动。
而根据粒子理论，光被看作是一种由光子组成的粒子流，当光子遇到金属表面的电子时，其能量被传递给电子，使其获得足够的动能逃离金属表面。
光电效应的实验装置主要包括光源、金属样品和电流计。
通过改变光源的强度、波长和金属样品的材料以及外加的电势差，可以研究光电效应的特性。
实验结果表明，当光源的频率低于某个临界频率时，无论光源的强度如何增加，金属表面都不会有电子发射。
而当光源的频率高于临界频率时，电子发射的强度随光源强度的增加而增加。
光电效应具有许多重要的应用。
其中，最常见的应用就是太阳能电池。
太阳能电池正是利用了光电效应将太阳光能转化为电能。
此外，光电效应还在光电传感器、光电倍增管和光电管等电子仪器中得到广泛应用，极大地推动了现代电子技术的发展。
二、波粒二象性实验波粒二象性实验是指对于微观粒子，如光子或电子，同时具有波动性和粒子性的现象。
这一实验现象首先是由德布罗意在1924年提出的。
波粒二象性实验最典型的例子是双缝干涉实验。
实验装置包括一个具有两个狭缝的隔板、光源和屏幕。
当单色光照射到隔板上时，光通过两个狭缝后，会在屏幕上形成干涉条纹。
这表明光具有波动性质。
然而，当我们将光源的强度减弱到一定程度，仅剩下一个光子穿过隔板时，其在屏幕上也会形成干涉条纹。
光的光电效应与波粒二象性实践
光的光电效应与波粒二象性实践光的光电效应和波粒二象性是现代物理学中的重要概念，对于解释光的本质和光电效应的产生机制具有重要意义。
通过实践研究光的光电效应和波粒二象性，我们可以更加深入地理解这些现象的本质和物理规律。
一、光的光电效应实践光的光电效应是指当光射到金属表面时，金属表面会产生电子的释放现象。
为了验证光的光电效应，并探究其规律，我们可以进行以下实验。
实验所需材料：一块金属板、一个光源（例如激光笔）、一个电压表实验步骤：1. 将金属板放置在实验台上，保持其平整稳固；2. 打开光源，将光源对准金属板表面，确保光线照射到金属板上；3. 通过电压表测量金属板上产生的电压。
实验结果：我们会观察到，当光源照射到金属板上时，金属板上会发生电压变化。
这是因为光的能量被金属吸收，电子从金属表面释放出来，形成电流。
实验中，我们可以通过改变光源的亮度、颜色和金属板的材质等条件，进一步研究光电效应的规律。
二、波粒二象性的实践波粒二象性是指微观粒子既具有粒子性质，也具有波动性质。
通过实践，我们可以对波粒二象性进行直观的观察和研究。
实验所需材料：电子束、双缝装置、光屏。
实验步骤：1. 准备双缝装置，并将其放置在实验台上；2. 使用电子束作为实验粒子，通过双缝装置，将电子束均匀地射向光屏；3. 在光屏上观察到电子束的衍射图案。
实验结果：我们会观察到，电子束在经过双缝装置后，在光屏上形成明暗相间的条纹。
这表明，电子作为微观粒子具有波动性质，能够表现出衍射现象。
这一实验结果支持了波粒二象性的理论。
综上所述，通过实践研究光的光电效应和波粒二象性，我们可以更加深入地理解这些现象的本质和物理规律。
光的光电效应实践可以帮助我们验证光的能量传递机制，而波粒二象性的实践则可以直观地观察到微观粒子同时具有波动性和粒子性。
这些实践有助于培养我们的科学思维和实验技能，并推动现代物理学的发展。
通过不断深入研究，我们可以更好地理解光的本质和微观粒子行为，为科学技术的发展做出更大的贡献。
大学物理(15.2.2)--光电效应光的波粒二象性
第十五单元 量子物理第十五单元 量子物理 Quantum PhysicsQuantum Physics第二讲 光电效应Photoelectric Effect光的波粒二象性Wave-particle Dualism爱因斯坦: Einstein 现代时空的创始人 二十世纪的哥白尼爱因斯坦20世纪最伟大的物理学家之一，1879年3月14日出生于德国乌尔姆。
1905年，爱因斯坦在科学史上创造了史无前例的奇迹。
这一年的3月到9月半年中，发表了 6篇论文，在物理学 3个领域作出了具有划时代意义的贡献 — 创建了光量子理论、狭义相对论和分子运动论。
爱因斯坦在1915年到1917年的3年中，还在 3个不同领域做出了历史性的杰出贡献 — 建成了广义相对论、辐射量子理论和现代一、光电效应的实验规律1、光电效应光的照射下，金属及其化合物中的电子逸出金属表面的现象。
2、实验装置在一个真空管内，装有阴极 K和阳极 A，当单色光通过石英窗口射到 K上时，金属板便释放光电子。
如果在 K、A 两端加上电势差U，则光电子飞向阳极，金属GAKV这些逸出的电子被称为:光电子光电子运动形成的电流被称为:光电流光束射到金属表面使电子从金属中脱出的现象称为光电效应。
光强较强光强较弱频率相同饱和光电流饱和光电流说明被光照射的电极上，单位时间内释出的光电子数与入射光的强度成正比。
遏止(截止)电势差 U o 光电子的最大初动能:2max21m k m E v = 1) 在入射光频率不变时，饱和光电流强度 i s 与入射光强 I 成正比；3、实验规律i 0Ui s 2i s 1I1I 2光强I 2>I1-U ooeU =3、实验规律2) 光电子的最大初动能随入射光的频率线性增加，与光强无关；νU o ∝νU o (ν)CsNa Caom k eU m E ==2max 21v νU E o k ∝∝max 遏止电势差与入射光的频率成线性关系，与光强无关；3、实验规律3) 只有当入射光频率ν 大于一定的频率 ν 0 时, 才会产生光电效应；ν0称为截止频率或红限频率 Cut off Frequency4) 光电效应是瞬时发生的，驰豫时间不超过10-9s二、经典物理学所遇到的困难按照光的经典电磁理论：3、电子积累能量需要一段时间，光电效应不可能瞬时发生。
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。
第25章波粒二象性
(三)不确定关系
1927年，海森伯提出了不确定关系。 以电子的单缝衍射为例导出不确定关系。
X
d
Y
I
电子位置不确定量 x d（缝宽）
仅考虑零级极大，电子被限制在第一级极小的衍射范围，
sin (k 1)
d x
电子动量在x轴方向分量的不确定量
Px
P sin
P
极大值。玻恩（Born）认为是一种干涉现象，可能与德布 罗意波有关，这引起了戴维逊和革末（Lester Germer）继 续对慢电子在镍单晶表面散射进行研究。
1）戴维逊--革末实验与汤姆逊实验
实验装置： 加
B速
电 极
K
发射电
M Ni单晶
子阴级 U
Ni单晶
I
a
d
I
G
电 流 计
实验结果：
电流出现了周期性变化 a=0.215nm d=0.0908nm
1)实验装置
1
原始
0.71Å
0
光 X光 栏
2
强
度
石墨
3
=450
X射线分析仪
=900
2)实验结果:
散射线中有与入射线相同的散 射线存在，也有波长>0的散 射线存在（Compton散射）。
4
=1350
0.70 0.75 (Å)
1
原始
散散射射2 角线有波关长（的增=增4量5加0 与，
第二十五 章波粒二象性
(一)光的波粒二象性
一、光电效应
光电管
IS
A
1、光电效应现象
K
iS
V
E
K2
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。
光的波粒二象性的实验验证与应用
光的波粒二象性的实验验证与应用光的波粒二象性是物理学中的一个重要概念，指的是光既具有粒子性的特征，也具有波动性的特征。
这一概念最早由爱因斯坦提出，并通过实验证实。
本文将探讨光的波粒二象性的实验验证以及其在科学和技术领域的应用。
一、实验验证1. 双缝干涉实验双缝干涉实验是验证光的波动性的经典实验之一。
将一束单色光照射到两个狭缝之间的屏幕上，观察到在幕后的观察屏上出现一系列明暗相间的条纹。
这表明光具有波动性，通过双缝形成的衍射现象产生了干涉效应。
2. 光电效应实验光电效应实验证实了光的粒子性。
当光照射到金属表面时，如果光的能量大于金属的逸出功，就会有电子从金属表面解离出来。
这说明光具有以粒子形式传播的特征，被称为光子。
3. 康普顿散射实验康普顿散射实验验证了光子与物质粒子碰撞后发生能量和动量的转移。
当一束X射线照射到物质表面时，被散射的X射线的波长发生改变，这表明X射线被物质粒子散射发生了碰撞。
二、应用1. 光通信技术光通信技术是一种高速传输信息的技术，充分利用了光的波动性。
通过将信息转换为光信号并通过光纤传输，可以实现高速、高带宽的通信。
2. 光谱分析光谱分析是一种重要的科学研究和技术应用手段。
通过将光通过物质样品后产生的光谱分析，可以得到物质的成分和结构信息，被广泛应用于化学、生物和地球科学等领域。
3. 明暗控制技术利用光的波动性和粒子性，可以实现明暗控制技术。
例如，在液晶显示器中，通过控制光的透过与阻挡来改变像素的亮度和颜色，实现图像的显示。
4. 光学显微镜光学显微镜是一种重要的科学仪器，利用光的波动性和粒子性，可以观察微小的生物、细胞和材料结构。
通过放大和分辨光的图像，提供了高分辨率和细节的观察。
结论光的波粒二象性经过实验证实，这一概念在科学和技术领域具有广泛的应用。
通过光的波动性，我们可以理解光的干涉和衍射现象；通过光的粒子性，我们可以利用光通信技术、光谱分析和明暗控制技术等。
光的波粒二象性的实验验证和应用为我们深入研究和利用光的性质提供了重要的基础。
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。
光的波粒二象性的应用
光的波粒二象性的应用光是一种电磁波，既具有波动性质，又具有粒子性质。
这种波粒二象性给光带来了许多有趣且重要的应用。
本文将探讨光的波粒二象性在光电效应、量子力学、光谱学和光学器件等方面的应用。
一、光电效应光电效应是指当光照射到金属表面时，金属会释放出电子的现象。
这一现象的解释需要用到光的粒子性质。
根据爱因斯坦的理论，光是由光子组成的粒子流，每个光子携带一定的能量。
当光照射到金属表面时，光子的能量被传递给金属中的电子，如果光子的能量大于金属中电子的解离能，电子就会被激发和解离离开金属表面。
通过测量光电子和金属间的动量差，可以精确确定光子的能量。
二、量子力学光的波粒二象性是量子力学的基石之一。
量子力学描述了微观粒子的行为，其中包括光子。
量子力学的基本方程，如薛定谔方程，可以描述光子的波动性质。
通过对这些方程的求解，我们可以推导出光在不同介质中的传播规律，以及与物质相互作用的机制。
量子力学的发展使得我们能够更好地理解和解释光在微观尺度上的行为，为光学器件的设计和应用提供了理论基础。
三、光谱学光谱学是研究光的波动性质在光学谱中的应用。
通过将光通过光栅或棱镜进行分散，我们可以观察到不同波长的光在光谱中呈现出不同的颜色。
这是因为光的波动性质使得不同波长的光在光学器件中以不同的方式传播和干涉，从而呈现出不同的光谱特征。
通过研究光谱，我们可以确定物体的化学成分、温度、速度等信息。
光谱学在天文学、化学分析等领域有着广泛的应用。
四、光学器件光的波粒二象性提供了许多光学器件的设计和制备基础。
比如，光波导器件利用光的波动性质在介质中传播，并通过构造特定的波导结构来实现光的导向和控制。
光学谐振腔则利用光的粒子性质，通过构造特定的器件结构来实现光的聚集和增强，从而实现激光放大和产生。
光学器件的设计和制备依赖于对光波动性质和粒子性质的深入理解。
结论光的波粒二象性的应用涵盖了光电效应、量子力学、光谱学和光学器件等领域。
光的粒子性质使得我们能够更好地理解和解释光的行为，同时也为许多应用提供了技术基础。
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。
15-2 光电效应 光的波粒二象性
光电效应 光的波粒二象性
U0
C s Z n Pt
O
ν0
ν
入射光强一定，改变入射光的频率， 当入射光强一定，改变入射光的频率，遏止电势 差与入射光频率具有线性关系. 差与入射光频率具有线性关系 遏止电势差的存在，表明光电子从金属表面逸出时， 遏止电势差的存在，表明光电子从金属表面逸出时， 有一最大初速，光电子初动能的最大为： 有一最大初速，光电子初动能的最大为：
E = hν = = 4.42×10 J = 2.76eV λ h E p = = = 1.47 ×10−27 kg ⋅ m ⋅ s−1 = 2.76eV / c λ c （2）Ek = E − W = (2.76 − 2.28)eV = 0.48eV ） hc −7 = 5.18 × 10 m = 518 nm （3） λ = ） E 第十五章 量子物理 10
U0
铯
锌 铂
遏止电势差与入射光频率 具有线性关系. 具有线性关系 瞬时性 当光照射到金属表面上时， 当光照射到金属表面上时， 几乎立即就有光电子逸出 电流饱和值 m 光强） im ∝ I （光强） 遏止电压 U 0 与光强无关
第十五章 量子物理
ν0
ν
I2 I1
i
i im2 im1
−U0
I 2 > I1
1 hν = m v 2 + W 2
铝 4.08 锌 4.31 铜 4.70 银 4.73
几种金属逸出功的近似值(eV) 几种金属逸出功的近似值 钠 2.46
光电子初动能 铂 6.35
16
第十五章 量子物理
物理学
第五版
量子理论解释: 量子理论解释 光电流
1515-2
光电效应 光的波粒二象性
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。
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。
光的波粒二象性的实验研究
光的波粒二象性的实验研究光的波粒二象性，是指光既可以表现出波动性，又可以表现出粒子性。
在物理学中，这一概念被广泛认可，并通过一系列实验证实。
本文将介绍几个光的波粒二象性实验，并讨论其研究结果。
1. 杨氏双缝实验杨氏双缝实验被认为是光的波粒二象性的经典实验之一。
实验中，一束单色光通过一块有两个细缝的障碍物，形成了两个相干光源。
光通过细缝后，会在屏幕上形成一系列亮暗相间的干涉条纹。
这种干涉现象表明光具有波动性质。
然而，当实验中使用极弱的光源时，光却表现出粒子性。
研究者发现，当光强足够弱，仅有一个光子通过实验装置的时候，单个光子依然可以在屏幕上产生干涉条纹，即光子具有波动性质。
这一发现引发了对光的粒子性质的进一步探究。
2. 光电效应实验光电效应实验是研究光的粒子性的另一个重要实验。
实验中，一束单色光照射到一块金属表面，当光的能量高于金属的逸出功时，光子与金属表面的电子发生作用，将电子释放出来。
通过测量释放出的电子的动能和光的波长，研究者发现，电子的动能与光的频率呈线性关系。
这表明光与金属表面的相互作用是以光子粒子的形式进行的。
而且，高频率的光子能够释放出更多动能的电子，这也符合光粒子性质的特点。
光电效应实验的结果进一步证实了光具有粒子性。
3. 物质的衍射与干涉实验除了上述光的波粒二象性实验，物质的衍射与干涉实验也提供了重要的证据。
实验中使用电子束或中子束取代了光束，通过物质的晶格结构引起衍射与干涉现象。
研究发现，与光一样，电子和中子也表现出波动性和粒子性的双重性质。
通过这些实验，研究者可以进一步探索光的粒子性质。
例如，在双缝实验中，实验装置可以逐个地释放光子或检测光子的位置，从而确认光的粒子性。
此外，利用干涉现象和光子计数器等技术，还可以对光的粒子性质进行更深入的研究。
总结：光的波粒二象性，是光学中一个重要而有趣的现象。
通过一系列实验，如杨氏双缝实验、光电效应实验以及物质的衍射与干涉实验，科学家们揭示了光既具有波动性，又具有粒子性的特点。
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。
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。
高三第一轮复习-光电效应 波粒二象性
光电效应波粒二象性1.知道什么是光电效应，理解光电效应的实验规律.2.会利用光电效应方程计算逸出功、截止频率、最大初动能等物理量.3.知道光的波粒二象性，知道物质波的概念．考点一光电效应的实验规律1．光电效应在光的照射下金属中的电子从金属表面逸出的现象，叫做光电效应，发射出来的电子叫做光电子．2．实验规律(1)每种金属都有一个极限频率．(2)光子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光的频率增大而增大．(3)光照射到金属表面时，光电子的发射几乎是瞬时的．(4)光电流的强度与入射光的强度成正比．3．遏止电压与截止频率(1)遏止电压：使光电流减小到零的反向电压U c.(2)截止频率：能使某种金属发生光电效应的最小频率叫做该种金属的截止频率(又叫极限频率)．不同的金属对应着不同的极限频率．(3)逸出功：电子从金属中逸出所需做功的最小值，叫做该金属的逸出功．[例题1]（2023•南通模拟）如图所示，用某频率的光照射光电管，研究饱和电流的影响因素，则（）A．电源的左端为负极B．换更高频率的光照射，电流表示数一定增大C．滑动变阻器滑片移至最左端，电流表示数为零D．滑动变阻器滑片向右移的过程中，电流表示数可能一直增大[例题2]（2023•抚州一模）光电效应实验的装置如图所示，现用发出紫外线的弧光灯照射锌板，验电器指针张开一个角度。
下列判断正确的是（）A．锌板带正电，验电器带负电B．将带负电的金属小球与锌板接触，验电器指针偏角变大C．使验电器指针回到零，改用强度更大的弧光灯照射锌板，验电器指针偏角变大D．使验电器指针回到零，改用强度更大的红外线灯照射锌板，验电器指针偏角变大[例题3]（2023春•东城区期末）把一块带负电的锌板连接在验电器上，验电器指针张开一定的角度。
用紫外线灯照射锌板发现验电器指针的张角发生变化。
下列说法正确的是（）A ．验电器指针的张角会变大B ．锌板上的正电荷转移到了验电器指针上C ．验电器指针的张角发生变化是因为锌板获得了电子D ．验电器指针的张角发生变化是因为紫外线让电子从锌板表面逸出考点二 光电效应方程和E k －ν图象1．光子说爱因斯坦提出：空间传播的光不是连续的，而是一份一份的，每一份称为一个光子，光子具有的能量与光的频率成正比，即：ε＝hν，其中h ＝6.63×10－34J·s.2．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：金属中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E k ＝12mv 2.3．由E k －ν图象(如图)可以得到的信息(1)极限频率：图线与ν轴交点的横坐标νc .(2)逸出功：图线与E k 轴交点的纵坐标的绝对值E ＝W 0. (3)普朗克常量：图线的斜率k ＝h .[例题4] （2024•成都三模）如图为美国物理学家密立根测量金属的遏止电压U c 与入射光频率ν的实验图像，该实验证实了爱因斯坦光电效应方程的正确性，并且第一次利用光电效应实验测定了普朗克常量h 。
15-2__光电效应__光的波粒二象性 -
光电效应在近代技术中的应用 光的波粒二象性
光电效应在近代技术中的应用
电影的发声系统 右图为放映电影时应用光电转 换来实现声音重放的一个装置。 拍摄电影时的配音，是把声音 信号转换为光信号，用明暗不 同的条纹记录在胶片边缘的声 带上。在放映电影时，光源发 出的光通过移动的声带后发生 了强弱的变化，并被光电管所 接收，光电管把强弱变化的光 相应地转变为强弱变化的电流， 经放大器放大后，由扬声器放 出声音。
光电效应在近代技术中的应用 光的波粒二象性
光电效应在近代技术中的应用
农业病虫害防治 农业虫害的治理需要依据为害昆虫的特性提出与环境 适宜、生态兼容的技术体系和关键技术。为害昆虫表现了 对敏感光源具有个体差异性和群体一贯性的趋光性行为特 征，并通过视觉神经信号响应和生理光子能量需求的方式 呈现出生物光电效应的作用本质。利用昆虫的这种趋性行 为诱导增益特性，一些光电诱导杀虫灯技术以及害虫诱导 捕集技术广泛地应用于农业虫害的防治，具有良好的应用 前景。
光电效应在近代技术中的应用 光的波粒二象性
光电效应在近代技术中的应用
光电倍增管 可对微弱光线进行放大。可 使光电流放大105~108 倍， 用在工程、天文、科研、军 事等方面。
光电效应在近代技术中的应用 光的波粒二象性
光电效应在近代技术中的应用
半导体光电管 当光线通过薄膜B入射到 Cu2O层上时，线路中就有 电流沿箭头向流动，但原 子释放的电子仍留在物质 内（内光电效应）。
E h h p c c
描述光的 粒子性
E h h p
描述光的 波动性
光电效应在近代技术中的应用 光的波粒二象性
谢谢！
光电效应在近代技术中的应用 光的波粒二象性
光电效应在近代技术中的应用 光的波粒二象性
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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高中精品试题高中精品试题光电效应与光的波粒二象性说明：本试卷分为第Ⅰ、Ⅱ卷两部分，请将第Ⅰ卷选择题的答案填入题后括号内，第Ⅱ卷可在各题后直接作答.共100分，考试时间90分钟.第Ⅰ卷（选择题共40分）一、本题共10小题，每小题4分，共40分.在每小题给出的四个选项中，有的小题只有一个选项正确，有的小题有多个选项正确.全部选对的得4分，选不全的得2分，有选错或不答的得0分.1.下列关于光电效应的说法正确的是 （ ）A.若某材料的逸出功是W ，则它的极限频率hW v 0 B.光电子的初速度和照射光的频率成正比C.光电子的最大初动能和照射光的频率成正比D.光电子的最大初动能随照射光频率的增大而增大解析：由光电效应方程k E =hv -W 知，B 、C 错误，D 正确.若k E =0，得极限频率0v =hW ,故A 正确.答案AD2.在下列各组所说的两个现象中，都表现出光具有粒子性的是 （ ）A.光的折射现象、偏振现象B.光的反射现象、干涉现象C.光的衍射现象、色散现象D.光电效应现象、康普顿效应解析：本题考查光的性质.干涉、衍射、偏振都是光的波动性的表现，只有光电效应现象和康普顿效应都是光的粒子性的表现，D 正确.答案D3.关于光的波粒二象性的理解正确的是 （ ）A.大量光子的效果往往表现出波动性，个别光子的行为往往表现出粒子性B.光在传播时是波，而与物质相互作用时就转变成粒子C.高频光是粒子，低频光是波D.波粒二象性是光的根本属性，有时它的波动性显著，有时它的粒子性显著解析：根据光的波粒二象性知，A 、D 正确，B 、C 错误.答案AD4.当具有5.0 eV 能量的光子照射到某金属表面后，从金属表面逸出的电子具有最大的初动能是1.5 eV.为了使这种金属产生光电效应，入射光的最低能量为 （ ）A.1.5 eVB.3.5 eVC.5.0 eVD.6.5 eV解析：本题考查光电效应方程及逸出功.由W hv E k -=得W =hv -k E =5.0 eV-1.5 eV=3.5 eV则入射光的最低能量为h m in v =W =3.5 eV故正确选项为B.答案B5.紫外线光子的动量为chv .一个静止的3O 吸收了一个紫外线光子后 （ ） A.仍然静止 B.沿着光子原来运动的方向运动C.沿光子运动相反方向运动D.可能向任何方向运动 解析：由动量守恒定律知,吸收了紫外线光子的3O 分子与光子原来运动方向相同.故正确选项为B.答案B6.关于光电效应，以下说法正确的是 （ ）A.光电子的最大初动能与入射光的频率成正比B.光电子的最大初动能越大，形成的光电流越强C.能否产生光电效应现象，决定于入射光光子的能量是否大于或等于金属的逸出功D.用频率是1v 的绿光照射某金属发生了光电效应，改用频率是2v 的黄光照射该金属一定不发生光电效应解析：本题考查光电效应.由光电效应方程知，光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大，但不是正比关系，A 错.光电流的强度与入射光的强度成正比，与光电子的最大初动能无关，B 错.用频率是1v 的绿光照射某金属发生了光电效应，改用频率是2v 的黄光照射该金属不一定不发生光电效应，D错、C 对.答案C7.在验证光的波粒二象性的实验中，下列说法正确的是 （ ）A.使光子一个一个地通过单缝，如果时间足够长，底片上会出现衍射图样B.单个光子通过单缝后，底片上会出现完整的衍射图样C.光子通过单缝的运动路线像水波一样起伏D.单个光子通过单缝后打在底片的情况呈现出随机性，大量光子通过单缝后打在底片上的情况呈现出规律性解析：根据光的波粒二象性知，A 、D 正确，B 、C 错误.答案AD8.用波长为1λ和2λ的单色光A 和B 分别照射两种金属C 和D 的表面.单色光A 照射两种金属时都能产生光电效应现象；单色光B 照射时，只能使金属C 产生光电效应现象，不能使金属D 产生光电效应现象.设两种金属的逸出功分别为C W 和D W ，则下列选项正确的是（ ）A. 1λ＞2λ,C W ＞D WB. 1λ＞2λ,C W ＜D WC. 1λ＜2λ,C W ＞D WD. 1λ＜2λ,C W ＜D W解析：由题意知，A 光光子的能量大于B 光光子，根据E =hv =h λc ,得1λ＜2λ；又因为单色光B 只能使金属C 产生光电效应现象，不能使金属D 产生光电效应现象，所以C W ＜D W ,故正确选项是D.答案D9.光子有能量，也有动量p =λh ，它也遵守有关动量的规律.如图所示，真空中有一“∞”字形装置可绕通过横杆中点的竖直轴O O 在水平面内灵活地转动，其中左边是圆形黑纸片，右边是和左边大小、质量均相同的圆形白纸片.当用平行白光垂直照射这两个圆面时，关于此装置开始时转动情况（俯视）的下列说法中正确的是 （ ）A.顺时针方向转动B.逆时针方向转动C.都有可能D.不会转动解析：本题考查光子的动量.光照射到黑纸片上被吸收，照射到白纸片上被反射，因此白纸片受到的冲量大，装置逆时针转动.故正确选项为B.答案B10.如图所示为一光电管的工作原理图，当用波长为λ的光照射阴极K 时，电路中有光电流，则 （ ）A.换用波长为1λ(1λ＞λ)的光照射阴极K 时，电路中一定没有光电流B.换用波长为2λ (2λ＜λ)的光照射阴极K 时，电路中一定有光电流C.增加电路中电源的路端电压，电路中的光电流一定增大D.将电路中电源的极性反接，电路中可能还有光电流解析：用波长为λ的光照射阴极K ，电路中有光电流，表明λ小于该金属的极限波长0λ，换用波长为1λ照射，虽然1λ＞λ，但是1λ不一定大于0λ,所以用波长为1λ的光照射时，可能仍有光电流，故A 错误.用波长为2λ (2λ＜λ)的光照射阴极K 时，因2λ＜λ＜0λ,故电路中一定有光电流，B 对.如果电源的端电压已经足够大，阴极K 逸出的光电子都能全部被吸引到阳极形成光电流，此时再增大路端电压，电路中的光电流也不再增大，C 错.将电路中电源的极性反接，具有最大初动能的光电子有可能能够克服电场阻力到达阳极A ，从而形成光电流，所以D 正确.答案BD第Ⅱ卷（非选择题共60分） 二、本题共5小题，每小题4分，共20分.把答案填在题中的横线上.11.如右图所示，一验电器与锌板相连，在A 处用一紫外线灯照射锌板，关灯后，指针保持一定偏角.（1）现用一带负电的金属小球与锌板接触，则验电器指针偏角将 （填“增大”“减小”或“不变”）.（2）使验电器指针回到零，再用相同强度的钠灯发出的黄光照射锌板，验电器指针无偏转.那么，若改用强度更大的红外线灯照射锌板，可观察到验电器指针 （填“有”或“无”）偏转.解析：当用紫外光照射锌板时，锌板发生光电效应，放出光电子而带上了正电，此时与锌板连在一起的验电器也带上了正电，从而指针发生了偏转.当带负电的小球与锌板接触后，中和了一部分正电荷，从而使验电器的指针偏转减小.使验电器指针回到零，用钠灯黄光照射，验电器指针无偏转，说明钠灯黄光的频率小于极限频率，红外光比钠灯黄光的频率还要低，更不可能发生光电效应.能否发生光电效应与入射光的强度无关.答案（1）减小 （2）无12.在某种介质中，某单色光的波长为λ，已知该色光光子能量为E ，光在真空中的速度为c ，则该介质对这种色光的折射率为 .解析：由E =hv 得色光频率：v =hE 单色光在介质中传播的速度：v =h E v λλT λ==介质对这种色光的折射率：n =E hc v c λ=. 答案Ehc λ 13.在绿色植物的光合作用中，每放出一个氧分子要吸收8个波长为6.68×10-7 m 的光子，同时每放出1 mol 氧气，植物储存469 kJ 的能量.则绿色植物能量转化效率为 （普朗克常量h =6.63×10-34 J ·s ）.解析：吸收的能量为E =8N A h λc =8×6.0×1023×6.63×10-34×781068.6100.3-⨯⨯J =1.43×106J则能量转化效率为 η=EE '×100%=651043.11069.4⨯⨯×100%=33%. 答案33%14.康普顿效应证实了光子不仅具有能量，也有动量，下图给出了光子与静止电子碰撞后，电子的运动方向，则碰后光子可能沿方向 运动，并且波长 （填“不变”“变小”或“变长”）.解析：因光子与电子碰撞过程动量守恒，所以碰撞之后光子和电子的总动量的方向与光子碰前的方向一致，可见碰后光子的方向可能沿1方向，不可能沿2或3方向；通过碰撞，光子将一部分能量转移给电子，能量减少，由E =hv 知，频率变小，再根据c =λv 知，波长变长.答案1 变长15.实验室用功率P =1 500 W 的紫外灯演示光电效应.紫外线波长λ=2 537︒A ,阴极离光源距离d =0.5 m,原子半径取r =0.5×10-10 m,则阴极表面每个原子每秒钟接收到的光子数为.解析：以紫外灯为圆心，作半径为d 的球面，则每个原子每秒钟接收到的光能量为 E =⨯24ππP πr 2=3.75×10-20J 因此每个原子每秒钟接收到的光子数为 n =hc E hv E λ==5个. 答案5个三、本题共4小题，共40分.解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，只写出最后答案的不能得分.有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位.16.（8分）为引起人眼的视觉，进入人眼的绿光的能量至少为每秒E =10-16 J.假设在漆黑的夜晚，在距人s =100 m 远处点亮一只绿光小灯泡，为使人看到它的光线，小灯泡的功率至少为多大？（人用一只眼看，瞳孔直径为4 mm ） 解析：由题意知E =22)2π(4π1·d sP ⨯ 解得 P =W 10W )104(1001016166-2321622=⨯⨯⨯=--d Es . 答案W 10-617.（9分）分别用λ和43λ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？解析：设此金属的逸出功为W ,根据光电效应方程得如下两式：当用波长为λ的光照射时：W hc E k -=λ1 ① 当用波长为34λ的光照射时：W hc E k -=3λ42 ② 又2121=K k E E ③解①②③组成的方程组得：λ32hc W =. ④ 答案λ32hc 18.（11分）纳米技术现在已经广泛应用到社会生产、生活的各个方面.将激光束的宽度聚光到纳米级范围内，可以精确地修复人体损坏的器官.糖尿病引起视网膜病变是导致成年人失明的一个重要原因，利用聚光到纳米级的激光束进行治疗，90%的患者都可以避免失明的严重后果.一台功率为10 W 氩激光器，能发出波长λ=500 nm 的激光，用它“点焊”视网膜，每次“点焊”需要2×10-3 J 的能量，则每次“点焊”视网膜的时间是多少？在这段时间内发出的激光光子的数量是多少？解析：（1）根据E =Pt ,所以t =101023-⨯=P Es=2×10-4s. （2）由E =n 0E =nh λc 得： n =83493100.31063.610500102λ⨯⨯⨯⨯⨯⨯=---hc E 个=5×1015个. 答案2×10-4 s 5×1015个19.（12分）如图所示，伦琴射线管两极加上一高压电源，即可在阳极A 上产生X 射线.（h =6.63×10-34 J ·s,电子电荷量e =1.6×10-19 C)（1）如高压电源的电压为20 kV ，求X 射线的最短波长;（2）如此时电流表读数为5 mA ，1 s 内产生5×1013个平均波长为1.0×10-10 m 的光子，求伦琴射线管的工作效率.解析：（1）X 射线管阴极上产生的热电子在20 kV 高压加速下获得的动能全部变成X 光子的能量，X 光子的波长最短.由W =Ue =hv =hc /λ 得λ=Uehc =194834106.11021031063.6--⨯⨯⨯⨯⨯⨯m =6.2×10-11 m.（2）高压电源的电功率P 1=UI=100 W每秒产生X 光子的能量P 2=nhc /λ=0.1 W效率为η=12P P =0.1%. 答案（1）6.2×10-11 m (2)0.1%。