2．光电效应
[学习任务] 任务1．了解光电效应现象及其实验规律。
任务2．了解爱因斯坦光电效应理论及其意义，能用爱因斯坦光电效应方程解释光电效应现象。
任务3．了解康普顿效应及其意义。
任务4．能根据实验结论说明光的波粒二象性。
[问题初探] 问题1．光子与光电子有何区别？
问题2．研究光电效应的电路图中A、K分别叫什么极？A极和K极谁的电势较高？
问题3．发生光电效应一定要用不可见光吗？
问题4．遏止电压与光的频率成正比吗？
问题5．光电效应与康普顿效应研究问题的角度有何不同？
[思维导图]
光电效应的实验规律及经典解释中的疑难
[链接教材] 把一块锌板连接在验电器上，并使锌板带负电，验电器指针张开。用紫外线灯照射锌板，观察验电器指针的变化。
(1)这个现象说明了什么问题？
(2)若使锌板带正电，重复上述操作，观察到指针并不立即落下，这说明什么问题？
提示：(1)在紫外线灯照射下，电子从锌板表面逸出。(2)紫外线灯照射时，正电荷不能从锌板表面飞出去。
1．光电效应：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。
2．光电子：光电效应中发射出来的电子。
3．光电效应的实验规律
(1)存在截止频率：当入射光的频率低于截止频率νc时不发生光电效应。
(2)存在饱和电流：在光的频率不变的情况下，入射光越强，饱和电流越大。
(3)存在遏止电压：使光电流减小到0的反向电压Uc称为遏止电压，满足＝eUc。
(4)光电效应具有瞬时性：光电效应几乎是瞬时发生的。
[微提醒] 1．光电流的方向始终由阳极A到阴极K。
2．光电效应的实质是光现象转化为电现象。
3．光的频率决定光的颜色，频率不同，颜色不同。
4．逸出功：使电子脱离某种金属，需要外界对它做功，做功的最小值叫作这种金属的逸出功，用W0表示。不同种类的金属，其逸出功的大小不相同。
5．光电效应经典解释中的疑难
(1)不应存在截止频率。
(2)遏止电压Uc应该与光的强弱有关。
(3)弱光照射时，电子获得逸出表面所需的能量需要的时间应远远大于实验中产生光电流的时间。
如图所示是研究光电效应的电路图。
问题1．闭合开关后，当电压表的示数为0时，电流表的示数不是0，说明了什么？
问题2．闭合开关，将滑动变阻器的滑片向右移动，会观察到什么现象？说明了什么？
问题3．若将电源的正负极对调，闭合开关，滑动变阻器的滑片向右移动时，又会观察到什么现象？说明了什么？
问题4．对于问题3中的现象，同一频率的入射光强弱不同时，观察到什么现象？用不同频率的光做实验，观察到什么现象？
提示：1．说明发生了光电效应。
2．电压表、电流表的示数均增大，当电流增大到一定值后，滑动变阻器的滑片再向右移动，电流也不再增大，说明存在饱和电流。
3．电压表示数增大，电流表示数减小，最后电流表的示数可能减小到0，说明存在遏止电压。
4．同一频率的光，遏止电压相同；不同频率的光，遏止电压不同。
1．光电效应中相关概念的区分
概念 区分
光子与光电子 (1)光子是指光在空间传播时的每一份能量，光子不带电 (2)光电子是金属表面受到光照射时发射出来的电子
光电子的初动能与光电子的最大初动能 (1)光照射到金属表面时，电子吸收光子的能量向各个方向运动，需克服原子核的引力做功而损失一部分能量，剩余部分能量为光电子的初动能 (2)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，具有最大初动能
光电流与饱和电流 (1)从金属板飞出的光电子到达阳极，回路中便产生光电流 (2)随着所加正向电压的增大，光电流趋于一个饱和值，这个饱和值就是饱和电流，在一定的光照条件下，饱和电流与所加电压大小无关
入射光强度与光子能量 (1)入射光强度指单位时间内照射到金属表面单位面积上的光子的总能量 (2)光子能量即每个光子的能量 (3)光子总能量等于光子能量与入射光子数的乘积
2．光的电磁理论与光电效应现象的矛盾
矛盾 按照光的电磁理论解释 光电效应实验结果
矛盾1 光能由振幅决定，与光的频率无关，只要光强足够大(不论入射光的频率多大)，总可以使电子获得足够的能量从而发生光电效应 存在截止频率νc：若ν<νc，无论光强有多大，都不能发生光电效应
矛盾2 光强越大，电子可获得的能量越多，光电子的最大初动能也应越大，遏止电压也应越大，即出射电子的最大初动能、遏止电压应该由光强来决定 光电子的最大初动能、遏止电压都与光强无关，而与频率有关
矛盾3 光强越大，电子能量积累的时间就越短；光强越小，能量积累的时间就越长 具有瞬时性：当入射光照射到光电管阴极时，无论光强怎样，光电子几乎都是瞬间产生的
【典例1】 (对光电效应实验现象的理解)如图为研究光电效应的实验装置，闭合开关，滑片P处于滑动变阻器中央位置，当一束单色光照到此装置的金属表面K时，电流表有示数，下列说法正确的是( )
A．若仅增大该单色光入射的强度，则光电子的最大初动能增大，电流表示数也增大
B．增大入射光的频率，金属的逸出功变大
C．保持频率不变，当光强减弱时，发射光电子的时间将明显增加
D．若滑动变阻器滑片P左移，则电压表示数减小，电流表示数增大
D [若仅增大该单色光入射的强度，则光电子的最大初动能不变，但单位时间内溢出的光电子数增多，所以光电流增大，电流表示数增大，故A错误；金属的逸出功是金属本身的性质，与入射光的频率、强度无关，故无论增大入射光的频率还是增大入射光的强度，该金属的逸出功都不变，故B错误；发生光电效应不需要时间积累，只要入射光的频率大于截止频率即可，故C错误；若滑动变阻器滑片P左移，则光电管上的反向电压减小，电压表示数减小，光电流增大，电流表示数增大，故D正确。]
关于光电效应的三个理解误区
误区1：误认为光电效应中，只要光强足够大，就能发生光电效应。
产生该误区的原因是对产生光电效应的条件认识不清，实际上，能不能发生光电效应由入射光的频率决定，与入射光的强度无关。
误区2：误认为在光的频率不变时，光电流的强度与入射光的强度一定成正比。
出现该误区是由于混淆了光电流和饱和电流，实际上，在光的频率不变时，光电流未达到饱和值之前其大小不仅与入射光的强度有关，还与光电管两极间的电压有关，只有饱和电流的强度才与入射光的强度成正比。
误区3：误认为入射光越强，产生的光电子数一定越多。
这是对光强的概念理解不全面造成的，实际上，入射光强度指的是单位时间内入射到金属单位面积上的光子的总能量，是由入射的光子数和入射光子的频率决定的，可用E＝nhν表示，其中n为单位时间内的光子数。在入射光频率不变的情况下，光强度与光子数成正比。换用不同频率的光，即使光强度相同，光子数目也不同，因而逸出的光电子数目也不同。
【典例2】 (2024·浙江1月选考)如图所示，金属极板M受到紫外线照射会逸出光电子，最大速率为vm。正对M放置一金属网N，在M、N之间加恒定电压U。已知M、N间距为d(远小于板长)，电子的质量为m，电荷量为e，则( )
A．M、N间距离增大时电子到达N的动能也增大
B．只有沿x方向逸出的电子到达N时才有最大动能＋eU
C．电子从M到N过程中y方向位移大小最大为vmd
D．M、N间加反向电压时电流表示数恰好为零
C [根据动能定理，从金属板M上逸出的光电子到达N板时，有eU＝Ekm－，则到达N板时的动能为Ekm＝eU＋，与两极板间距无关，与电子从金属板中逸出的方向无关，选项A、B错误；平行极板M射出的电子到达N板时在y方向的位移最大，则电子从M到N过程中y方向最大位移为y＝vmt，d＝·t2，解得y＝vmd，选项C正确；M、N间加反向电压使电流表示数恰好为零时有eUc＝，解得Uc＝，选项D错误。故选C。]
爱因斯坦的光电效应理论
[链接教材] 爱因斯坦光电效应方程给出了光电子的最大初动能Ek与入射光的频率ν的关系。但是，很难直接测量光电子的动能，容易测量的是遏止电压Uc。
(1)怎样得到遏止电压Uc与光的频率ν和逸出功W0的关系呢？
(2)怎样测定普朗克常量h？怎样求出金属的截止频率？
提示：(1)根据动能定理eUc＝Ek＝及爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0可得Uc＝ν－。
(2)画出Uc-ν图像，其斜率为，利用斜率可求h。在Uc-ν图像中横轴截距为截止频率。
1．光子：光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，频率为ν的光的能量子为hν，其中h为普朗克常量。这些能量子后来称为光子。
2．爱因斯坦光电效应方程
(1)表达式：Ek＝hν－W0，式中Ek为光电子的最大初动能，Ek＝。
(2)物理意义：金属中的电子吸收一个光子获得的能量是hν，在这些能量中，一部分大小为W0的能量被电子用来脱离金属，剩下的是逸出后电子的初动能Ek。
[微提醒] 爱因斯坦的光电效应的实验说明了光具有粒子性，光子像其他粒子一样具有能量。
深沉的夜色中，在大海上航行的船舶依靠航标灯指引航道。一个航标灯自动控制电路的示意图如图所示，电路中的光电管阴极K涂有可发生光电效应的金属。下表反映的是几种金属发生光电效应的截止频率及其对应的波长，又知可见光的波长为400～770 nm。
金属 铯 锌 银 铂
截止频率/Hz 4.545×1014 8.065×1014 1.153×1015 1.529×1015
对应波长/nm 660 372 260 196
问题1．光电管阴极K上应涂哪种金属？
问题2．控制电路中的开关S应接触a还是b
提示：1．因为只有金属铯对应的波长介于可见光的波长区间内，所以光电管阴极K上应涂金属铯。
2．夜晚没有光，不能发生光电效应，但是指示灯亮，所以开关S与b端相连。
1．光电效应方程：Ek＝hν－W0
(1)式中的Ek是光电子的最大初动能，就某个光电子而言，其离开金属时的动能大小可以是0～Ek范围内的任何数值。
(2)光电效应方程实质上是能量守恒方程
①能量为ε＝hν的光子被电子吸收，电子把这些能量的一部分用来克服金属表面对它的吸引，另一部分就是电子离开金属表面时的初动能。
②如要克服吸引力做功最少为W0，电子离开金属表面时动能最大为Ek，根据能量守恒定律可知：Ek＝hν－W0。
2．光子说对光电效应的解释
(1)饱和电流与光照强度的关系：同种频率的光，光照强度越大，包含的光子数越多，照射金属时产生的光电子越多，因而饱和电流越大。
(2)存在截止频率和遏止电压
①由爱因斯坦光电效应方程知，光电子的最大初动能与入射光频率有关，与光强无关，所以遏止电压由入射光频率决定，与光强无关。
②若发生光电效应，则光电子的最大初动能必须大于零，即Ek＝hν－W0＞0，即hν＞W0，ν＞＝νc，而νc＝恰好是光电效应的截止频率。
3．光电效应中的四类图像
图像名称 图线形状 由图线直接(间接)得到的物理量
最大初动能Ek与入射光频率ν的关系 (1)截止频率：图线与ν轴交点的横坐标νc (2)逸出功：图线与Ek轴交点的纵坐标的值的绝对值W0＝|－E|＝E (3)普朗克常量：图线的斜率k＝h
颜色相同、强度不同的光，光电流与电压的关系 (1)遏止电压Uc：图线与横轴的交点 (2)饱和电流Im：光电流的最大值 (3)最大初动能：Ek＝eUc
颜色不同的光，光电流与电压的关系 (1)遏止电压：Uc1、Uc2 (2)饱和电流 (3)最大初动能：Ek1＝eUc1，Ek2＝eUc2
遏止电压Uc与入射光频率ν的关系 (1)截止频率νc：图线与横轴的交点 (2)遏止电压Uc：随入射光频率的增大而增大 (3)普朗克常量h：等于图线的斜率与电子电荷量的乘积，即h＝ke(注：此时两极之间接反向电压)
【典例3】 (光电效应方程的应用)(多选)用普通光源照射金属时，一个电子在极短时间内只能吸收一个光子从金属表面逸出，称为单光子光电效应；如果用强激光照射金属，由于其光子密度极大，一个电子在短时间内能吸收多个光子从金属表面逸出，称为多光子光电效应。某光电效应实验装置如图所示，用频率为ν的普通光源照射阴极K，没有发生光电效应，换用同样频率的强激光照射阴极K，发生了光电效应。闭合开关S，并逐渐增大电源电压U，当光电流恰好减小到零时，电压为Uc。已知W为金属材料的逸出功，h为普朗克常量，e为电子带电荷量，下列关系式可能正确的是( )
A．Uc＝－ B．Uc＝－
C．Uc＝－ D．Uc＝－
BD [依题意知，用频率为ν的普通光源照射阴极K，没有发生光电效应，可知hν＜W，而换用同频率的强激光照射阴极K，则发生了光电效应，说明只有一个电子吸收的光子的能量为nhν(n＝2，3，4，…)时，才能发生光电效应，根据爱因斯坦光电效应方程，有nhν＝W＋eUc，解得Uc＝－(n＝2，3，4，…)，当n＝2时，有Uc＝－；当n＝3时，有Uc＝－；当n＝4时，有Uc＝－；当n＝5时，有Uc＝－，故A、C错误，B、D正确。]
爱因斯坦光电效应方程的两个决定关系
(1)逸出功W0一定，入射光的频率决定着能否产生光电效应以及光电子的最大初动能。
(2)入射光的频率一定时，入射光的强度决定着单位时间内发射出来的光电子数。
【典例4】 (光电效应图像)某兴趣小组用如图甲所示的电路探究光电效应的规律。根据实验数据，小刚同学作出了光电子的最大初动能与入射光频率的关系图线如图乙所示，小明同学作出了遏止电压与入射光频率的关系图线如图丙所示。已知光电子的电荷量为e，则下列说法正确的是( )
A．如果图乙、图丙中研究的是同一金属的光电效应规律，则a＝
B．如果研究不同金属光电效应的规律，在图乙中将得到经过(b，0)点的一系列直线
C．如果研究不同金属光电效应的规律，在图丙中将得到不平行的倾斜直线
D．普朗克常量h＝＝
D [如果题图乙、题图丙中研究的是同一金属的光电效应规律，则由题图乙可得该金属的逸出功W0＝a，由题图丙可得该金属的逸出功W0＝ec，故有a＝ec，A错误；如果研究不同金属光电效应的规律，根据Ek＝hν－W0可判断，不同的金属W0不同，故当Ek＝0时，对应的ν不同，所以在题图乙中将不能得到经过(b，0)点的一系列直线，B错误；如果研究不同金属光电效应的规律，根据eUc＝hν－W0可判断，直线的斜率为k＝，故在题图丙中将得到一系列平行的倾斜直线，C错误；由题图乙可得普朗克常量h＝，由题图丙可得，直线斜率k＝＝，所以联立可得h＝＝，D正确。]
【教用·备选例题】 在研究光电效应实验中，光电管的阴极材料为铯(Cs)，用某一频率的光照射，实验测得光电流随电压变化的图像如图所示。已知铯的逸出功为3.0×10-19 J，普朗克常量h＝6.63×10-34 J·s，电子电荷量e＝1.6×10-19 C。
(1)铯发生光电效应的截止频率是多少？
(2)本次实验的入射光频率是多少？
思路点拨：光子的能量E＝hν，如果电子吸收一个光子刚好克服逸出功，那么该光的频率为截止频率。当用某种频率的光照射时，测得遏止电压，也就知道了光电子的最大初动能，再根据爱因斯坦光电效应方程便可计算入射光的频率。
[解析] 已知铯的逸出功W＝3.0×10-19 J，从题图可知遏止电压Uc＝2.5 V。
(1)设铯材料的截止频率为νc，有W＝hνc
解得νc＝≈4.52×1014 Hz。
(2)当光电管加反向遏止电压时，光电流为零，有
eUc＝
设入射光频率为ν，根据爱因斯坦光电效应方程，有hν＝W＋
解得ν＝≈1.06×1015 Hz。
[答案] (1)4.52×1014 Hz (2)1.06×1015 Hz
解题技巧 计算得到的铯的截止频率在红光范围内。在某一电压下电子被加速所获得的能量，有时用eV为单位更为方便。例如，上述遏止电压为2.5 V，就可知电子的最大初动能为2.5 eV。
康普顿效应和光的波粒二象性
1．康普顿效应
(1)光的散射
光可以被介质中的物质微粒散射而改变传播方向。
(2)康普顿效应
美国物理学家康普顿在研究石墨对X射线的散射时，发现在散射的X射线中，除了与入射波长λ0相同的成分外，还有波长大于λ0的成分，这个现象称为康普顿效应。
(3)康普顿效应的意义
康普顿效应表明光子除了具有能量之外，还具有动量，深入揭示了光的粒子性的一面。
(4)光子的动量
①表达式：p＝。
②说明：在康普顿效应中，当入射的光子与晶体中的电子碰撞时，把一部分动量转移给电子，光子的动量变小，因此，有些光子散射后波长变大。
2．光的波粒二象性
(1)光的干涉和衍射现象说明光具有波动性，光电效应和康普顿效应说明光具有粒子性。
(2)光子的能量ε＝hν，光子的动量p＝。
(3)光既具有波动性，又具有粒子性，即光具有波粒二象性。
[微提醒] 康普顿散射实验有力地支持了爱因斯坦“光量子”假设，首次在实验上证实了“光子具有动量”的假设。
太阳光从小孔射入室内时，我们从侧面可以看到这束光；白天的天空各处都是亮的；航天员在太空中会发现尽管太阳光耀眼刺目，其他方向的天空却是黑的。
问题1．分析产生这些现象的原因。
问题2．光子与天空中的微粒碰撞时遵从什么规律？
提示：1．在地球上存在着大气，太阳光经微粒散射后传向各个方向，而在太空中的真空环境下光不能散射只向前传播。
2．遵循能量守恒定律和动量守恒定律。
1．光子说对康普顿效应的解释
假定光子与电子发生弹性碰撞，一个光子不仅具有能量ε＝hν，而且还有动量。如图所示，这个光子与静止的电子发生弹性碰撞，光子把部分动量转移给了电子，动量由减小为，由p＝知，p减小，则波长增大。
2．对康普顿效应的理解
(1)康普顿认为光子不仅具有能量，也具有动量。
(2)光子的能量表达式ε＝hν与动量表达式p＝具有高度对称性。
3．对光的波粒二象性的理解
实验基础 表现 说明
光的波动性 干涉和衍射 (1)光子在空间各点出现的可能性大小可用波动规律来描述 (2)大量光子在传播时，表现出波的性质 光的波动性是光子本身的一种属性，不是光子之间相互作用产生的
光的粒子性 光电效应、康普顿效应 (1)当光同物质发生作用时，这种作用是“一份一份”进行的，表现出粒子的性质 (2)少量或个别光子容易显示出光的粒子性 (1)粒子的含义是“不连续”“一份一份”的 (2)光子不同于宏观观念的粒子
波动性和粒子性的对立统一 (1)大量光子易显示出波动性，而少量光子易显示出粒子性 (2)波长长(频率低)的光波动性强，而波长短(频率高)的光粒子性强 — (1)光子说并未否定波动性，公式ε＝中，c和λ就是波动的概念 (2)波和粒子在宏观世界是不能统一的，而在微观世界却是统一的
【典例5】 (康普顿效应)康普顿效应证实了光子不仅具有能量，而且具有动量。如图所示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( )
A．可能沿1方向，且波长变短
B．可能沿2方向，且波长变短
C．可能沿1方向，且波长变长
D．可能沿3方向，且波长变长
C [因为光子与电子碰撞过程中动量守恒，所以碰撞之后光子和电子的总动量的方向与碰前光子动量的方向一致，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，光子将一部分动量转移给电子，光子的动量减小，由p＝知，光子的波长变长。]
【典例6】 (波粒二象性)(多选)对光的认识，下列说法正确的是( )
A．少量光子易表现出粒子性，大量光子易表现出波动性
B．光的波动性是光子本身的一种属性，不是光子之间的相互作用引起的
C．光表现出波动性时，就不具有粒子性了；光表现出粒子性时，就不具有波动性了
D．光的波粒二象性可以理解为在某些场合下光的波动性表现明显，在某些场合下，光的粒子性表现明显
ABD [少量光子易表现出粒子性，大量光子易表现出波动性；光与物质相互作用，表现为粒子性，光传播时表现为波动性；光的波动性与粒子性都是光的本质属性，因为波动性表现为粒子分布概率，光的粒子性表现明显时仍具有波动性，故正确选项有A、B、D。]
1．光具有波粒二象性，能说明光具有粒子性的实验是( )
A．光的干涉和衍射
B．光的干涉和光电效应
C．光的衍射和康普顿效应
D．光电效应和康普顿效应
D [光的干涉和衍射是波特有的现象，不能说明光具有粒子性，而光电效应和康普顿效应说明光具有粒子性，故D正确。]
2．如图所示，是一种典型的光电管示意图，抽成真空的玻璃管内部密闭有阴极和阳极，当受到光照时，就会发生光电效应，将其与灵敏电流计相连，关于此光电管以下说法正确的是( )
A．图中A为阳极，B为阴极
B．当光照射在A极，会从其表面溢出光子打在B极上
C．只提高照射光频率时，会使得电路中光电流变大
D．只提高照射光强度时，会使得电路中光电流变大
D [题图中A为阴极，B为阳极，A错误；光照射在A极上，会从其表面溢出光电子，而非光子，B错误；提高照射光频率并不会增加单位时间溢出的光电子数目，所以光电流不会变大，C错误；提高照射光强度可以增加单位时间溢出的光电子数目，会使得电路中的光电流变大，D正确。]
3．如图所示为在光电效应实验中，用a、b、c三束光照射同一金属的表面时，形成的光电流大小随外加电场电压的变化关系，三束光中频率最大的为________光，若该金属的逸出功为W，电子的电荷量为e，普朗克常量为h，b光的遏止电压为U0，结合图中的条件，可以表示出b光频率为________。
[解析] 根据光电效应方程Ek＝hν－W0，遏止电压与最大初动能的关系式Ek＝eUc，以及b光的遏止电压(U0)最大，可知b光频率最大。由题意知b光的最大初动能Ek＝eU0，又因Ek＝hν－W，可知b光频率为ν＝。
[答案] b
4．如图甲是研究光电效应的实验原理图，用不同频率的光照射同一光电管的阴极K时，得到遏止电压Uc和入射光频率ν的关系图像如图乙，e为元电荷。下列说法正确的是( )
A．从图乙可知遏止电压大小与入射光的频率成正比
B．用频率为的入射光照射时，也一定能发生光电效应
C．普朗克常量h＝
D．阴极K的逸出功为
C [由题图乙可知遏止电压大小与入射光的频率为一次函数关系，不是正比例关系，故选项A错误；由题图乙知，＜νc，则用频率为的入射光照射时，一定不能发生光电效应，故选项B错误；根据爱因斯坦光电效应方程得Ek＝hν－W0，又Ek＝eUc，得Uc＝－，结合题图乙可得斜率＝，故选项C正确；由C项分析得eUc1＝hν1－W0，eUc2＝hν2－W0，联立解得W0＝，故选项D错误。]
回归本节知识，完成以下问题：
1．光电效应的实验规律主要有哪些内容？
提示：(1)饱和电流。(2)遏止电压和截止频率。(3)瞬时性。
2．电子吸收光子的能量后，都能从金属表面逸出吗？
提示：不是。电子吸收光子的能量只有大于逸出功才能从金属表面逸出。
3．光电子的最大初动能与入射光频率成正比吗？与入射光强度有何关系？
提示：光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大，光电子的最大初动能与入射光频率是线性关系，但不是正比关系，光电子最大初动能与入射光强度无关。
4．在光的散射现象中遵循什么规律？
提示：(1)能量守恒定律。(2)动量守恒定律。
课时分层作业(十四)
?题组一 光电效应的实验规律
1．图甲是研究光电效应的电路图，图乙是用a、b、c光照射光电管得到的I-U图线。下列说法正确的是( )
A．a光的频率大于c光的频率
B．b光的波长大于c光的波长
C．当开关断开时，电流表的示数为零
D．若光照强度相同，A、K间的正向电压一定，b光照射时饱和电流最小
D [根据hν＝Ekm＋W，eUc＝Ekm，可得hν＝eUc＋W，a光与c光的遏止电压相等，b光的遏止电压大于c光，所以a光的频率等于c光的频率，b光的频率大于c光，又由λ＝，可得b光的波长小于c光的波长，故A、B错误；当开关断开时，I-U图线中U为0，此时电流表的示数不为零，故C错误；由于a光的频率等于c光的频率，b光的频率大于c光，所以单个光子能量b光最大，所以光强相同时，b光的光子数最少，A、K间的正向电压一定时，饱和电流最小，故D正确。故选D。]
2．在光电效应实验中，用同一光电管在不同实验条件下得到了两条光电流与电压之间的关系曲线，如图所示。下面说法正确的是( )
A．光线1的波长大于光线2的波长
B．光线1的频率大于光线2的频率
C．该光电管分别在光线1与光线2的照射下，其截止频率不同
D．光线1的光照强度一定大于光线2的光照强度
A [根据光电效应方程，遏止电压与入射光频率的关系eUc＝Ek＝hν－W0，入射光的频率越高，对应的遏止电压U c越大，光线2的遏止电压大于光线1的遏止电压，所以光线2的频率大于光线1的频率，由c＝λν可知，光线1的波长大于光线2的波长，故A正确，B错误；同一种金属，截止频率是相同的，故C错误；在入射光频率相同的情况下，光强越大，饱和电流越大，光线1和光线2频率不同，光线1的光照强度不一定大于光线2的光照强度，故D错误。故选A。]
3．光电效应的规律中，经典波动理论能解释的有( )
A．入射光的频率必须大于被照射金属的截止频率时才产生光电效应
B．当入射光频率大于被照射金属的截止频率时，光电子数目与入射光的强度成正比
C．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
D．入射光照射到金属上时，光电子的发射几乎是瞬时的
B [按经典的光的波动理论，光的能量随光的强度的增大而增大，与光的频率无关，金属中的电子必须吸收足够的能量后才能从其中飞出，电子有一个能量积累的时间，光的强度越大，单位时间内辐射到金属表面的能量越多，被电子吸收的能量自然也越多，产生的光电子数也越多，故经典波动理论只能解释B项。]
?题组二 爱因斯坦的光电效应理论
4．已知钙和钠的截止频率分别为7.73×1014 Hz和5.53×1014 Hz，在某种单色光的照射下两种金属均发生光电效应，则下列说法正确的是( )
A．钙具有较大的逸出功
B．钙的遏止电压较大
C．钙逸出的光电子最大初动能较大
D．钙更容易发生光电效应
A [金属的逸出功与截止频率的关系W＝hν0，由于钙和钠的截止频率分别为7.73×1014 Hz和5.53×1014 Hz，钙的截止频率大，所以钙的逸出功大，故A正确；遏止电压与截止频率的关系eUc＝Ek＝hν－W0＝hν－hν0，故钙的截止频率较大，遏止电压较小，钙逸出的光电子最大初动能较小，故B、C错误；钙的截止频率大，更不容易发生光电效应，故D错误。故选A。]
5．研究光电效应现象的实验装置如图所示。闭合开关S，当用能量为3.6 eV的光子照射到光电管阴极上时，电流表示数大于零。移动滑动变阻器的触头c，当电压表的示数大于或等于1.2 V时，电流表的示数为0，下列说法正确的是( )
A．光电管内电场力对光电子做正功
B．光电子的最大初动能为1.2 eV
C．光电管阴极的逸出功为1.2 eV
D．在开关S断开后，没有电流流过电流表
B [该装置所加的电压为反向电压，光电管内电场力对光电子做负功，使得光电子动能减少，选项A错误；发现当电压表的示数大于或等于1.2 V时，电流表的示数为0，可知遏止电压为1.2 V，则由eUc＝Ekm可得，光电子的最大初动能为1.2 eV，选项B正确；根据光电效应方程Ekm＝hν－W0可得W0＝2.4 eV，选项C错误；开关S断开后，用光子能量大于2.4 eV的光照射到光电管上时均能发生光电效应，有光电子逸出，有电流流过电流表，选项D错误。故选B。]
?题组三 康普顿效应和光子的动量
6．(多选)关于康普顿效应，下列说法正确的是( )
A．康普顿在研究X射线散射时，发现散射光的波长发生了变化，为波动说提供了依据
B．X射线散射时，波长改变的多少与散射角有关
C．发生散射时，波长较短的X射线或γ射线入射时，产生康普顿效应
D．爱因斯坦的光子说能够解释康普顿效应，所以康普顿效应支持粒子说
BCD [康普顿在研究X射线散射时，发现散射光的波长发生了变化，这种现象用波动说无法解释，用光子说却可以解释，故A错误，D正确；波长改变的多少与散射角有关，故B正确；当波长较短时发生康普顿效应，较长时发生光电效应，故C正确。故选BCD。]
7．在研究石墨对X射线的散射时，康普顿发现在散射的X射线中，除了与入射波长λ0相同的成分外，还有波长大于λ0的成分。这些波长大于λ0的成分与入射的X射线相比( )
A．能量增大 B．动量增大
C．波速减小 D．频率减小
D [这些波长大于λ0的成分与入射的X射线相比，传播介质不变，波速v不变，X射线光子的能量和动量分别为ε＝hν＝h、p＝，所以频率ν减小，能量ε减小，动量p减小，故A、B、C错误，D正确。 故选D。]
?题组四 光的波粒二象性
8．下列有关光的波粒二象性的说法正确的是( )
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
D．康普顿效应表明光具有波动性
C [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，光的有些行为(如光电效应、康普顿效应)表现出粒子性，所以不能说有的光是波，有的光是粒子，A、D错误；虽然光子与电子都是微观粒子，都具有波粒二象性，但电子是实物粒子，有静止质量，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，光子是以场的形式存在的物质，所以不能说光子与电子是同样的一种粒子，B错误；光的波长越长，衍射性越好，即波动性越显著，光的波长越短，粒子性就越显著，C正确；故选C。]
9．(多选)光电管是一种利用光照射产生电流的装置，当入射光照在管中金属板上时，可能形成电流。表中给出了2次实验的结果，由数据得出的论断中正确的是( )
次 入射光子的能量/eV 光电子的最大初动能/eV
1 4.0 0.9
2 6.0 2.9
A．第一次实验的入射光频率较第二次低
B．第一次实验的入射光频率较第二次高
C．两次实验所用的金属板逸出功相同
D．两次实验所用的金属板逸出功不同
AC [根据光子能量公式E＝hν，结合表格中数据可知第一次实验的入射光频率较第二次低，故A正确，B错误；根据爱因斯坦光电效应方程hν＝Ekm＋W0，可得金属板逸出功W0＝hν－Ekm，结合表格中数据，可得两次实验所用的金属板逸出功相同，为W0＝(4.0－0.9)eV＝(6.0－2.9) eV＝3.1 eV，故C正确，D错误。故选AC。]
10．研究光电效应现象的实验电路如图所示，A、K为光电管的两个电极，电压表V、电流计G均为理想电表。已知该光电管阴极K的截止频率为ν0，元电荷电量为e，普朗克常量为h，开始时滑片P、P′上下对齐。现用频率为ν的光照射阴极K，能发生光电效应，则( )
A．该光电管阴极材料的逸出功为hν
B．若加在光电管两端的正向电压为U，则到达阳极A的光电子的最大动能为hν0－hν＋eU
C．若将滑片P向右滑动，则电流计G的示数一定会不断增大
D．若将滑片P′向右滑动，则当滑片P、P′间的电压为时，电流计G的示数恰好为0
D [由于截止频率为ν0，因此该光电管阴极材料的逸出功为W＝hν0，故A错误；根据光电效应方程Ek0＝hν－W，加正向电压时，根据动能定理得eU＝Ek－Ek0，联立可得到达阳极A的光电子的最大动能为Ek＝hν－hν0＋eU，故B错误；若将滑片P向右滑动，则电流计G的示数将先逐渐增大到饱和光电流，当达到饱和电流时，则不变，故C错误；若将滑片P′向右滑动，光电管加上反向电压，电流会减小，则有eUc＝Ek0＝hν－hν0，解得Uc＝，此时电流计G的示数恰好为零，故D正确。故选D。]
11．如图所示为光电倍增管的原理图，管内有一个阴极K、一个阳极A，K、A间还有若干对倍增电极。使用时在阴极K、各倍增电极和阳极A间加上电压，使阴极K、各倍增电极到阳极A的电势依次升高。当满足一定条件的光照射阴极K时，就会有光电子射出，在加速电场作用下，光电子以较大的动能撞击到第一个倍增电极上，光电子能从这个倍增电极上激发出更多电子，最后阳极A收集到的电子数比最初从阴极发射的电子数增加了很多倍。下列说法正确的是( )
A．光电倍增管适用于各种频率的光
B．保持入射光不变，增大各级间电压，阳极收集到的电子数可能增大
C．增大入射光的频率，阴极K发射出的所有光电子的初动能都会增大
D．保持入射光的频率和各级间电压不变，增大入射光的光强，不影响阳极收集到的电子数
B [只有满足一定频率的光照射阴极K时才能发生光电效应，从而逸出光电子，可知光电倍增管并不是适用于各种频率的光，选项A错误；保持入射光不变，增大各级间电压，则打到倍增极的光电子的动能变大，可能有更多的电子从倍增极逸出，则阳极收集到的电子数可能增大，选项B正确；增大入射光的频率，阴极K发射出的光电子的最大初动能变大，并不是所有光电子的初动能都会增大，选项C错误；保持入射光的频率和各级间电压不变，增大入射光的光强，单位时间逸出光电子的数目会增大，则阳极收集到的电子数会增大，选项D错误。]
12．真空中有一平行板电容器，两极板分别由铂和钾(其截止频率对应的光波波长分别为λ1和λ2)制成，板面积为S，板间距离为d。现用波长为λ(λ1<λ<λ2)的单色光持续照射两板内表面，则电容器的最终带电荷量Q正比于( )
A． B．
C． D．
D [当电容器极板所带电荷量为最终电荷量时，两板间电压为遏止电压，即此时光电子的最大初动能完全用来克服电场力做功，末速度为零，则有hν－hν2＝eU，又ν＝，C＝，U＝，解得Q＝＝··，由于为常数，故D项正确。](共66张PPT)
2．光电效应
第四章 原子结构和波粒二象性
整体感知·自我新知初探
[学习任务] 任务1．了解光电效应现象及其实验规律。
任务2．了解爱因斯坦光电效应理论及其意义，能用爱因斯坦光电效应方程解释光电效应现象。
任务3．了解康普顿效应及其意义。
任务4．能根据实验结论说明光的波粒二象性。
[问题初探] 问题1．光子与光电子有何区别？
问题2．研究光电效应的电路图中A、K分别叫什么极？A极和K极谁的电势较高？
问题3．发生光电效应一定要用不可见光吗？
问题4．遏止电压与光的频率成正比吗？
问题5．光电效应与康普顿效应研究问题的角度有何不同？
[思维导图]
探究重构·关键能力达成
[链接教材] 把一块锌板连接在验电器上，并使锌板带负电，验电器指针张开。用紫外线灯照射锌板，观察验电器指针的变化。
知识点一 光电效应的实验规律及经典解释中的疑难
(1)这个现象说明了什么问题？
(2)若使锌板带正电，重复上述操作，观察到指针并不立即落下，这说明什么问题？
提示：(1)在紫外线灯照射下，电子从锌板表面逸出。(2)紫外线灯照射时，正电荷不能从锌板表面飞出去。
1．光电效应：照射到金属表面的光，能使金属中的____从表面逸出的现象。
2．光电子：光电效应中发射出来的____。
3．光电效应的实验规律
(1)存在____频率：当入射光的频率低于__________时不发生光电效应。
(2)存在____电流：在光的频率不变的情况下，入射光越强，________越大。
电子
电子
截止
截止频率νc
饱和
饱和电流
[微提醒] 1．光电流的方向始终由阳极A到阴极K。
2．光电效应的实质是光现象转化为电现象。
3．光的频率决定光的颜色，频率不同，颜色不同。
遏止
遏止电压
eUc
瞬时
4．逸出功：使电子脱离某种金属，需要外界对它____，做功的______叫作这种金属的逸出功，用W0表示。不同种类的金属，其逸出功的大小______。
5．光电效应经典解释中的疑难
(1)不应存在____频率。
(2)遏止电压Uc应该与光的强弱__关。
(3)弱光照射时，电子获得逸出表面所需的能量需要的时间应远远____实验中产生光电流的时间。
做功
最小值
不相同
截止
有
大于
如图所示是研究光电效应的电路图。
问题1．闭合开关后，当电压表的示数为0时，电流
表的示数不是0，说明了什么？
问题2．闭合开关，将滑动变阻器的滑片向右移动，
会观察到什么现象？说明了什么？
问题3．若将电源的正负极对调，闭合开关，滑动变阻器的滑片向右移动时，又会观察到什么现象？说明了什么？
问题4．对于问题3中的现象，同一频率的入射光强弱不同时，观察到什么现象？用不同频率的光做实验，观察到什么现象？
提示：1．说明发生了光电效应。
2．电压表、电流表的示数均增大，当电流增大到一定值后，滑动变阻器的滑片再向右移动，电流也不再增大，说明存在饱和电流。
3．电压表示数增大，电流表示数减小，最后电流表的示数可能减小到0，说明存在遏止电压。
4．同一频率的光，遏止电压相同；不同频率的光，遏止电压不同。
1．光电效应中相关概念的区分
概念 区分
光子与光电子 (1)光子是指光在空间传播时的每一份能量，光子不带电
(2)光电子是金属表面受到光照射时发射出来的电子
概念 区分
光电子的初动能与光电子的最大初动能 (1)光照射到金属表面时，电子吸收光子的能量向各个方向运动，需克服原子核的引力做功而损失一部分能量，剩余部分能量为光电子的初动能
(2)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，具有最大初动能
概念 区分
光电流与饱和电流 (1)从金属板飞出的光电子到达阳极，回路中便产生光电流
(2)随着所加正向电压的增大，光电流趋于一个饱和值，这个饱和值就是饱和电流，在一定的光照条件下，饱和电流与所加电压大小无关
概念 区分
入射光强度与光子能量 (1)入射光强度指单位时间内照射到金属表面单位面积上的光子的总能量
(2)光子能量即每个光子的能量
(3)光子总能量等于光子能量与入射光子数的乘积
2．光的电磁理论与光电效应现象的矛盾
矛盾 按照光的电磁理论解释 光电效应实验结果
矛盾1 光能由振幅决定，与光的频率无关，只要光强足够大(不论入射光的频率多大)，总可以使电子获得足够的能量从而发生光电效应 存在截止频率νc：若ν<νc，无论光强有多大，都不能发生光电效应
矛盾 按照光的电磁理论解释 光电效应实验结果
矛盾2 光强越大，电子可获得的能量越多，光电子的最大初动能也应越大，遏止电压也应越大，即出射电子的最大初动能、遏止电压应该由光强来决定 光电子的最大初动能、遏止电压都与光强无关，而与频率有关
矛盾 按照光的电磁理论解释 光电效应实验结果
矛盾3 光强越大，电子能量积累的时间就越短；光强越小，能量积累的时间就越长 具有瞬时性：当入射光照射到光电管阴极时，无论光强怎样，光电子几乎都是瞬间产生的
【典例1】 (对光电效应实验现象的理解)如图为研究光电效应的实验装置，闭合开关，滑片P处于滑动变阻器中央位置，当一束单色光照到此装置的金属表面K时，电流表有示数，下列说法正确的是( )
A．若仅增大该单色光入射的强度，则光电子的最
大初动能增大，电流表示数也增大
B．增大入射光的频率，金属的逸出功变大
C．保持频率不变，当光强减弱时，发射光电子的
时间将明显增加
D．若滑动变阻器滑片P左移，则电压表示数减小，电流表示数增大
√
D [若仅增大该单色光入射的强度，则光电子的最大初动能不变，但单位时间内溢出的光电子数增多，所以光电流增大，电流表示数增大，故A错误；金属的逸出功是金属本身的性质，与入射光的频率、强度无关，故无论增大入射光的频率还是增大入射光的强度，该金属的逸出功都不变，故B错误；发生光电效应不需要时间积累，只要入射光的频率大于截止频率即可，故C错误；若滑动变阻器滑片P左移，则光电管上的反向电压减小，电压表示数减小，光电流增大，电流表示数增大，故D正确。]
规律方法 关于光电效应的三个理解误区
误区1：误认为光电效应中，只要光强足够大，就能发生光电效应。
产生该误区的原因是对产生光电效应的条件认识不清，实际上，能不能发生光电效应由入射光的频率决定，与入射光的强度无关。
误区2：误认为在光的频率不变时，光电流的强度与入射光的强度一定成正比。
出现该误区是由于混淆了光电流和饱和电流，实际上，在光的频率不变时，光电流未达到饱和值之前其大小不仅与入射光的强度有关，还与光电管两极间的电压有关，只有饱和电流的强度才与入射光的强度成正比。
误区3：误认为入射光越强，产生的光电子数一定越多。
这是对光强的概念理解不全面造成的，实际上，入射光强度指的是单位时间内入射到金属单位面积上的光子的总能量，是由入射的光子数和入射光子的频率决定的，可用E＝nhν表示，其中n为单位时间内的光子数。在入射光频率不变的情况下，光强度与光子数成正比。换用不同频率的光，即使光强度相同，光子数目也不同，因而逸出的光电子数目也不同。
√
[链接教材] 爱因斯坦光电效应方程给出了光电子的最大初动能Ek与入射光的频率ν的关系。但是，很难直接测量光电子的动能，容易测量的是遏止电压Uc。
(1)怎样得到遏止电压Uc与光的频率ν和逸出功W0的关系呢？
(2)怎样测定普朗克常量h？怎样求出金属的截止频率？
知识点二 爱因斯坦的光电效应理论
[微提醒] 爱因斯坦的光电效应的实验说明了光具有粒子性，光子像其他粒子一样具有能量。
hν
光子
hν－W0
hν
初动能Ek
深沉的夜色中，在大海上航行的船舶依靠航标灯指引航道。一个航标灯自动控制电路的示意图如图所示，电路中的光电管阴极K涂有可发生光电效应的金属。下表反映的是几种金属发生光电效应的截止频率及其对应的波长，又知可见光的波长为400～770 nm。
金属 铯 锌 银 铂
截止频率/Hz 4.545×1014 8.065×1014 1.153×1015 1.529×1015
对应波长/nm 660 372 260 196
问题1．光电管阴极K上应涂哪种金属？
问题2．控制电路中的开关S应接触a还是b
提示：1．因为只有金属铯对应的波长介于可见光的波长区间内，所以光电管阴极K上应涂金属铯。
2．夜晚没有光，不能发生光电效应，但是指示灯亮，所以开关S与b端相连。
1．光电效应方程：Ek＝hν－W0
(1)式中的Ek是光电子的最大初动能，就某个光电子而言，其离开金属时的动能大小可以是0～Ek范围内的任何数值。
(2)光电效应方程实质上是能量守恒方程
①能量为ε＝hν的光子被电子吸收，电子把这些能量的一部分用来克服金属表面对它的吸引，另一部分就是电子离开金属表面时的初动能。
②如要克服吸引力做功最少为W0，电子离开金属表面时动能最大为Ek，根据能量守恒定律可知：Ek＝hν－W0。
3．光电效应中的四类图像
图像名称 图线形状 由图线直接(间接)得到的物理量
最大初动能Ek与入射光频率ν的关系 (1)截止频率：图线与ν轴交点的横坐标νc
(2)逸出功：图线与Ek轴交点的纵坐标的值的绝对值W0＝|－E|＝E
(3)普朗克常量：图线的斜率k＝h
图像名称 图线形状 由图线直接(间接)得到的物理量
颜色相同、强度不同的光，光电流与电压的关系 (1)遏止电压Uc：图线与横轴的交点
(2)饱和电流Im：光电流的最大值
(3)最大初动能：Ek＝eUc
颜色不同的光，光电流与电压的关系 (1)遏止电压：Uc1、Uc2
(2)饱和电流
(3)最大初动能：Ek1＝eUc1，Ek2＝
eUc2
图像名称 图线形状 由图线直接(间接)得到的物理量
遏止电压Uc与入射光频率ν的关系 (1)截止频率νc：图线与横轴的交点
(2)遏止电压Uc：随入射光频率的增大而增大
(3)普朗克常量h：等于图线的斜率与电子电荷量的乘积，即h＝ke(注：此时两极之间接反向电压)
√
√
规律方法 爱因斯坦光电效应方程的两个决定关系
(1)逸出功W0一定，入射光的频率决定着能否产生光电效应以及光电子的最大初动能。
(2)入射光的频率一定时，入射光的强度决定着单位时间内发射出来的光电子数。
【典例4】 (光电效应图像)某兴趣小组用如图甲所示的电路探究光电效应的规律。根据实验数据，小刚同学作出了光电子的最大初动能与入射光频率的关系图线如图乙所示，小明同学作出了遏止电压与入射光频率的关系图线如图丙所示。已知光电子的电荷量为e，则下列说法正确的是( )
√
【教用·备选例题】 在研究光电效应实验中，光电管的阴极材料为铯(Cs)，用某一频率的光照射，实验测得光电流随电压变化的图像如图所示。已知铯的逸出功为3.0×10-19 J，
普朗克常量h＝6.63×10-34 J·s，电子电荷量
e＝1.6×10-19 C。
(1)铯发生光电效应的截止频率是多少？
(2)本次实验的入射光频率是多少？
思路点拨：光子的能量E＝hν，如果电子吸收一个光子刚好克服逸出功，那么该光的频率为截止频率。当用某种频率的光照射时，测得遏止电压，也就知道了光电子的最大初动能，再根据爱因斯坦光电效应方程便可计算入射光的频率。
[答案] (1)4.52×1014 Hz (2)1.06×1015 Hz
解题技巧 计算得到的铯的截止频率在红光范围内。在某一电压下电子被加速所获得的能量，有时用eV为单位更为方便。例如，上述遏止电压为2.5 V，就可知电子的最大初动能为2.5 eV。
1．康普顿效应
(1)光的散射
光可以被介质中的________散射而____传播方向。
(2)康普顿效应
美国物理学家康普顿在研究石墨对X射线的散射时，发现在散射的X射线中，除了与入射波长λ0相同的成分外，还有波长______的成分，这个现象称为康普顿效应。
知识点三 康普顿效应和光的波粒二象性
物质微粒
改变
大于λ0
粒子性
变大
[微提醒] 康普顿散射实验有力地支持了爱因斯坦“光量子”假设，首次在实验上证实了“光子具有动量”的假设。
波动性
康普顿
hν
波粒
太阳光从小孔射入室内时，我们从侧面可以看到这束光；白天的天空各处都是亮的；航天员在太空中会发现尽管太阳光耀眼刺目，其他方向的天空却是黑的。
问题1．分析产生这些现象的原因。
问题2．光子与天空中的微粒碰撞时遵从什么规律？
提示：1．在地球上存在着大气，太阳光经微粒散射后传向各个方向，而在太空中的真空环境下光不能散射只向前传播。
2．遵循能量守恒定律和动量守恒定律。
3．对光的波粒二象性的理解
实验基础 表现 说明
光的波动性 干涉和衍射 (1)光子在空间各点出现的可能性大小可用波动规律来描述
(2)大量光子在传播时，表现出波的性质 光的波动性是光子本身的一种属性，不是光子之间相互作用产生的
实验基础 表现 说明
光的粒子性 光电效应、康普顿效应 (1)当光同物质发生作用时，这种作用是“一份一份”进行的，表现出粒子的性质
(2)少量或个别光子容易显示出光的粒子性 (1)粒子的含义是“不连续”“一份一份”的
(2)光子不同于宏观观念的粒子
实验基础 表现 说明
波动性和粒子性的对立统一 (1)大量光子易显示出波动性，而少量光子易显示出粒子性
(2)波长长(频率低)的光波动性强，而波长短(频率高)的光粒子性强 —
【典例5】 (康普顿效应)康普顿效应证实了光子不仅具有能量，而且具有动量。如图所示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( )
A．可能沿1方向，且波长变短
B．可能沿2方向，且波长变短
C．可能沿1方向，且波长变长
D．可能沿3方向，且波长变长
√
【典例6】 (波粒二象性)(多选)对光的认识，下列说法正确的是( )
A．少量光子易表现出粒子性，大量光子易表现出波动性
B．光的波动性是光子本身的一种属性，不是光子之间的相互作用引起的
C．光表现出波动性时，就不具有粒子性了；光表现出粒子性时，就不具有波动性了
D．光的波粒二象性可以理解为在某些场合下光的波动性表现明显，在某些场合下，光的粒子性表现明显
√
√
√
ABD [少量光子易表现出粒子性，大量光子易表现出波动性；光与物质相互作用，表现为粒子性，光传播时表现为波动性；光的波动性与粒子性都是光的本质属性，因为波动性表现为粒子分布概率，光的粒子性表现明显时仍具有波动性，故正确选项有A、B、D。]
应用迁移·随堂评估自测
1．光具有波粒二象性，能说明光具有粒子性的实验是( )
A．光的干涉和衍射
B．光的干涉和光电效应
C．光的衍射和康普顿效应
D．光电效应和康普顿效应
√
2
4
3
题号
1
D [光的干涉和衍射是波特有的现象，不能说明光具有粒子性，而光电效应和康普顿效应说明光具有粒子性，故D正确。]
2．如图所示，是一种典型的光电管示意图，抽成真空的玻璃管内部密闭有阴极和阳极，当受到光照时，就会发生光电效应，将其与灵敏电流计相连，关于此光电管以下说法正确的是( )
A．图中A为阳极，B为阴极
B．当光照射在A极，会从其表面溢出光子打在B极上
C．只提高照射光频率时，会使得电路中光电流变大
D．只提高照射光强度时，会使得电路中光电流变大
2
3
题号
1
4
√
D [题图中A为阴极，B为阳极，A错误；光照射在A极上，会从其表面溢出光电子，而非光子，B错误；提高照射光频率并不会增加单位时间溢出的光电子数目，所以光电流不会变大，C错误；提高照射光强度可以增加单位时间溢出的光电子数目，会使得电路中的光电流变大，D正确。]
2
3
题号
1
4
3．如图所示为在光电效应实验中，用a、b、c三束光照射同一金属的表面时，形成的光电流大小随外加电场电压的变化关系，三束光中频率最大的为________光，若该金属的逸出功为W，电子的电荷量为e，普朗克常量为h，b光的遏止电压为U0，结合图中的条件，可以表示出b光频率为________。
2
3
题号
4
1
b
2
3
题号
4
1
2
4
3
题号
1
√
2
4
3
题号
1
回归本节知识，完成以下问题：
1．光电效应的实验规律主要有哪些内容？
提示：(1)饱和电流。(2)遏止电压和截止频率。(3)瞬时性。
2．电子吸收光子的能量后，都能从金属表面逸出吗？
提示：不是。电子吸收光子的能量只有大于逸出功才能从金属表面逸出。
3．光电子的最大初动能与入射光频率成正比吗？与入射光强度有何关系？
提示：光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大，光电子的最大初动能与入射光频率是线性关系，但不是正比关系，光电子最大初动能与入射光强度无关。
4．在光的散射现象中遵循什么规律？
提示：(1)能量守恒定律。(2)动量守恒定律。
