2020年江苏高考物理总复习讲义： 波粒二象性

第2节波粒二象性

(1)光子和光电子都是实物粒子。(×)

(2)只要入射光的强度足够强，就可以使金属发生光电效应。(×)

(3)要使某金属发生光电效应，入射光子的能量必须大于金属的逸出功。(√)

(4)光电子的最大初动能与入射光子的频率成正比。(×)

(5)光的频率越高，光的粒子性越明显，但仍具有波动性。(√)

(6)德国物理学家普朗克提出了量子假说，成功地解释了光电效应规律。(×)

(7)美国物理学家康普顿发现了康普顿效应，证实了光的粒子性。(√)

(8)法国物理学家德布罗意大胆预言了实物粒子在一定条件下会表现为波动性。(√)

突破点(一)对光电效应的理解

1．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。

(4)入射光强度与光子能量：入射光强度指单位时间内照射到金属表面单位面积上的总能量。

(5)光的强度与饱和光电流：饱和光电流与入射光强度成正比的规律是对频率相同的光照射金属产生光电效应而言的，对于不同频率的光，由于每个光子的能量不同，饱和光电流与入射光强度之间没有简单的正比关系。

2．光电效应的研究思路

(1)两条线索：

(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

[题点全练]

1．[多选](2019·南京六校联考)如图所示是研究光电效应的电路，阴

极K和阳极A是密封在真空玻璃管中的两个电极，K在受到光照时能够

发射光电子。阳极A吸收阴极K发出的光电子，在电路中形成电流。如

果用单色光a照射阴极K，电流表的指针发生偏转；用单色光b照射光

电管阴极K时，电流表的指针不发生偏转。下列说法正确的是()

A．a光的波长一定小于b光的波长

B．只增加a光的强度可能使通过电流表的电流增大

C．只增加a光的强度可使逸出的光电子最大初动能变大

D．用单色光a照射阴极K，当电源的正、负极对调时，电流表的读数可能减为零解析：选ABD由题意可知，用a光照射光电管时，发生光电效应，用b光照射时，

不发生光电效应，则知νa>νb，由λ＝c

ν知a光的波长小于b光的波长，A正确；只增加a光

的强度，即增加了光子的个数，则产生的光电子数目增多，光电流增大，使通过电流表的电流增大，B正确；根据光电效应方程E k＝hν－W0，最大初动能与入射光频率有关，与强

度无关，故只增加a 光的强度逸出的光电子最大初动能不变，C 错误；当正、负极对调后，形成反向电场，光电子在电场中做减速运动，若qU >E km ，则光电子无法到达阳极A ，电流表示数为0，D 正确。

2．[多选](2017·海南高考)三束单色光1、2和3的波长分别为λ1、λ2和λ3(λ1＞λ2＞λ3)。分别用这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

解析：选AC 依据波长与频率的关系：λ＝c

ν，因λ1＞λ2＞λ3，那么ν1＜ν2＜ν3；由于用

光束2照射时，恰能产生光电子，因此用光束1照射时，不能产生光电子，而光束3照射时，一定能产生光电子，故A 正确，B 错误；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，而由光电效应方程：E km ＝hν－W ，可知，光电子的最大初动能与光的强弱无关，故C 正确，D 错误。

3．(2018·江苏高考)光电效应实验中，用波长为λ0的单色光A 照射某金属板时，刚好有光电子从金属表面逸出。当波长为λ0

2的单色光B 照射该金属板时，光电子的最大初动能为

________，A 、B 两种光子的动量之比为________。(已知普朗克常量为h 、光速为c )

解析：该金属的逸出功W ＝hν0＝h c

λ0

波长为λ02的单色光的频率ν＝2c

λ0

根据光电效应方程得，光电子的最大初动能 E k ＝hν－W ＝h 2c λ0－h c λ0＝hc

λ0

根据p ＝h

λ，得A 、B 两光子的动量之比 p A p B ＝λ0

2λ0＝12。 答案：

hc

λ0

1∶2 突破点(二) 爱因斯坦的光电效应方程及应用

1．三个关系

(1)爱因斯坦光电效应方程E k ＝hν－W 0。

(2)光电子的最大初动能E k可以利用光电管实验的方法测得，即E k＝eU c，其中U c是遏止电压。

(3)光电效应方程中的W0为逸出功，它与极限频率νc的关系是W0＝hνc。

2．四类图像

c

光频率ν的关系，描绘出如图乙所示的图像，由此算出普朗克常量h。图乙中U1、ν1、ν0均为已知量，电子电荷量用e表示。当入射光的频率增大时，为了测定遏止电压，滑动变阻器的滑片P应向_____(选填“M”或“N”)端移动，由U c-ν图像可求得普朗克常量h＝______。(用题中字母表示)。