光的量子性复习专题

光的量子性复习专题 一、人类对光的本性认识的历史进程：实验→假说→理论→解释
1、 微粒说：认为光是一种粒子，代表人物：牛顿
2、 波动说：认为光是一种波,代表人物：惠更斯
3、 光的电磁说：光是电磁波,提出者：麦克斯韦
4、 量子假说: 光子
①普朗克的量子假说：在微观世界里，物理量的取值很多时候是不连续的，只能取一些
分立的值，这称为量子化现象。

②爱因斯坦的光子假说：在空间传播的光不是连续的，而是一份一份的，每一份叫做一
个光量子，简称光子，光子的能量E 跟光的频率ν成正比。

一个光子的能E ＝h ν
二、光电效应与光电流：
1. 物体在光的照射下发射电子的现象叫光电效应，发射出来的电子叫光电子（光电效应是
在1888年，赫兹做验证电磁波的实验中发现的）
2. 由于光电效应在电路中形成的电流叫光电流。

二、光电效应的规律：
1、 任何一种金属都有一个极限频率(或极限波长)，入射光的频率
必须大于这个极限频率(或小于极限波长)，才能产生光电效应．
2、 发生光电效应时，饱和光电流,与入射光的强度成正比．
3、 光电子的最大初动能只跟入射光的强度无关，它随入射光的频
率增大而增大（遏止电压也与入射光的强度无关，随入射光频
率的增大而增大)
4、 光电效应发生时间非常短暂，几乎不需要时间t<10-9s
四、光子说
1、光不是连续的而是一份一份的，每一份叫一个光子。

2、光子的能量与频率成正比,c E h h νλ==,h 是一个常量，叫普朗克常量： h=6.63×10-34
J. 3、光电效应方程：k E h W ν=-、最大初动能的测定; K E eU =遏, 逸出功; 00c
W h h νλ==
4、对光电效应的解释：根据光子说：（1）入射光强度→决定每秒钟光源发射的光子数 →决定金属每秒逸出的光子数→决定光电流的强度。

（2）入射光频率→决定光子能量 →决定光电子初动能。

①对于第一条：根据光子说，光子的能量由光的频率决定，而电子脱离某金属时要克服克服
原子核束缚的引力做功（逸出功），只有电子吸收的光子能量大于逸出功时，电子才能从金
属表面逸出，故光电效应存在极限频率 。

②对于第二条：根据光子说，在能产生光电效应的前提下，入射光强度越大，单位时间内的
光子数目越多，产生的光电子越多，电流就越强。

③对于第三条：根据光子说，入射光的频率越高光子能量越大，对同一金属逸出功一定，由
能量守恒初动能k E h W ν=-，故光电子的初动能随入射光频率的增大而增大，与光的强度（单
位时间内入射的光子数目）无关。

④对于第四条：根据光子说，当光子入射金属表面时，一个光子携带的能量h ν一次为一个
电子全部吸收，若 0νν>，电子立即逸出而不需时间积累。

即光电效应具有瞬时性。

5⎧⎫⎪⎨⎬⎪⎭⎩
波动性证据：光的干涉、衍射、波粒二象性大量光子表现出波动性，个别光子表现出粒子性。

粒子性证据：光电效应、康普顿效应
五、光电效应的图像
1、由c U ν-图像可以得到的物理量
① 限频率：图线与ν交点的横坐标0ν②逸出功：图线与c U 交点的纵坐标的值/b W e =- ② 朗克常量：图线的斜率/k h e =
2、由K E ν-图像可以得到的物理量①极限频率：图线与ν轴交点的横坐标0ν②逸出功：图
线与Km E 交点的纵坐标的值0W E =③普朗克常量：图线的斜率k h =
题型一 光电效应及其规律
1、（2013上海高考）当用一束紫外线照射锌板时，产生了光电效应，这时( )
(A)锌板带负电 (B)有正离子从锌板逸出
(C)有电子从锌板逸出 (D)锌板会吸附空气中的正离子
2、 [2014·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
3、（2017·新课标Ⅲ）在光电效应实验中，分别用频率为a ν、b ν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a U 和b U 、光电子的最大初动能分别为ka E E 和kb E 。

h 为普朗克常量。

下列说法正确的是（ ）
A ．若a b νν>，则一定有a b U U <
B ．若a b νν>，则一定有ka kb E E >
C ．若a b U U <，则一定有ka kb E E <
D ．若a b νν>则一定有a ka b kb h
E h E νν->-
4.（2016.全国新课标I 卷，35）（1）（5分）现用某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
E ．遏止电压的大小与入射光的频率有关，与入射光的光强无关
题型二、对光子说的理解
5．下列对光子的认识，正确的是 ( )
A ．光子说中的光子就是牛顿在微粒说中所说的粒子
B ．光子说中的光子就是光电效应中的光电子
C ．在空间传播中的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光量子，简称光子
D ．光子的能量跟光的频率成正比
6、（2017·北京卷）2017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=6.6×10-34
J ·s ，真空光速c=3×108m/s ）
A ．10-21 J
B ．10-18 J
C ．1015 J
D ．1012 J
7、某激光器能发射波长为λ的激光，发射功率为P ，真空中光速为c ，普朗克常量为h ，则该激光器每秒发射的光量子数为 ( )
A. λP / hc
B. hP/λc
C. λcP / h
D. hλP / c
8.（2013上海）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( )
(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
9.（2016江苏物理）已知光速为c,普朗克常数为h ，则频率为μ的光子的动量为________．用该频率的光垂直照射平面镜，光被镜面全部垂直反射回去，则光子在反射前后动量改变量的大小为________．(h c μ,2h c μ) （3）几种金属的出逸功W 0见右上表：
用一束可见光照射上述金属的表面，请通过计算说明哪些能发生光电效应。

已知该可见光的波长的范围为764.010~7.610 m --⨯⨯ ，普朗克常数h=6.63×10-34
J ·s ．（钠、钾、铷能发生光电效应） 题型三、光电效应图像理解
10．如图是某金属在光的照射下产生的光电子的最大初动能K E 与入射
光频率ν的关系图象．由图象可知( )
A ．该金属的逸出功等于E
B ．该金属的逸出功等于0 h ν
C ．入射光的频率为02ν时，产生的光电子的最大初动能为E
D ．入射光的频率为0/2ν时，产生的光电子的最大初动能为E/2
11、(2015新课标I)在某次光电效应实验中，得到的遏制电压U 0与入射
光的频率ν的关系如图所示，若该直线的斜率和截距分别
为k 和b ，电子电荷量的绝对值为e ，则普朗克常量可示为_____ ，所
用材料的逸出功可表示为______.(h ek =,0w eb =-)(c h
W U e e ν=-) 12.(2010·江苏单科)（1）研究光电效应电路如图所示，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．下列光电流I 与A/K 之间的
电压UAK 的关系图象中，正确的是( C )
(2)钠金属中的电子吸收光子的能量，从金属表面逸出，这就是光电子．光电子从金属表面逸出的过程中，其动量的大小____(填“增大”“减小”或“不变”)，原因是____(克服金属束缚做功)
(3)已知氢原子处在第一、第二激发态的能级分别为－3.4 eV 和－1.51 eV ，金属钠的截止频率
为5.53×1014 Hz ，普朗克常量h ＝6.63×10-34
J ·s.请通过计算判断，氢原子从第二激发态跃迁到第一激发态过程中发出的光照射金属钠板，能否发生光电效应．（不能发生光电效应） 题型四、光的波粒二象性 13．有关光的本性的说法正确的是( )
A ．关于光的本性，牛顿提出了“微粒说”，惠更斯提出了“波动说”，爱 因斯坦提出了“光子说”，它们都圆满地说明了光的本性
B ．光具有波粒二象性是指：既可以把光看成宏观概念上的波，也可以看成 宏观概念上的粒子
C ．光的干涉、衍射现象说明光具有波动性，光电效应说明光具有粒子性
D ．在光的双缝干涉实验中，如果光通过双缝时显出波动性，如果光只通过一个缝时显出粒子性
14.(2015江苏)波粒二象性时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，它们的德布罗意波也相
15.(2015天津)下列能揭示原子具有核式结构的实验是（ ）
A ．光电效应实验
B ．伦琴射线的发现
C ．α粒子散射实验
D ．氢原子光谱的发现
16.(2015新课标II)实物粒子和光都具有波粒二象性，下列事实中突出体现波动性的是( )
A.电子束通过双缝实验后可以形成干涉图样
B. β射线在云室中穿过会留下清晰的径迹
C.人们利慢中子衍射来研究晶体的结构
D.人们利用电子显微镜观测物质的微观结构
E.光电效应实验中，光电子的最大初动能与入射光的频率有关，与入射光的强度无关
六.康普顿效应
1.现象：1923年美国物理学家康普顿在做 X 射线通过物质散射的实验时，发现散射线中除有与入射线波长相同的射线外，还有比入射线波长更长的射线，其波长的改变量与散射角有关.
2.光子理论对康普顿效应的解释
康普顿效应是光子和电子作弹性碰撞的结果，具体解释如下：
（1）若光子和外层电子相碰撞，光子有一部分能量传给电子,散射光子的能量减少，于是散射光的波长大于入射光的波长。

（2）若光子和束缚很紧的内层电子相碰撞，光子将与整个原子交换能量,由于光子质量远小于原子质量，根据碰撞理论，碰撞前后光子能量几乎不变，波长不变。

3. 康普顿散射实验的意义
（1）有力地支持了爱因斯坦“光量子”假设；
（2）首次在实验上证实了“光子具有动量”的假设；
（3）证实了在微观世界的单个碰撞事件中，动量和能量守恒定律仍然是成立的。

4．康普顿效应与光电效应的异同
（1）在光电效应中，光子能量全部交给电子使之逸出，并具有初动能。

光电效应证实了此过程服从能量守恒定律。

（2）在康普顿效应中, 光子能量只被自由电子吸收了一部分并发生散射。

康普顿效应证实了此过程可视为弹性碰撞过程，能量、动量均守恒，更有力地证实了光的粒子性
参考答案：1.C 2.AD 3.BC 4.ACE 5.CD 6.B 7.A 8.BD 9. h c μ,2h c
μ 10.ABC 11. h ek =,0w eb =- 12.（1）C （2）减小 、克服原子核引力做功 (3)不能发生光电效应 13.C
14.AB 15.C 16.ACD。