2 光电效应
[科学探究] (1)频率 强度 (2)光的强度 (3)入射光频率 光的强度
[教材链接] (1)电子 (2)电子 (3)①不能 ②饱和值 ③遏止 ④瞬时性
例1 C [解析] 入射光频率低于截止频率时无法产生光电效应,增大b光的照射强度,仍不会发生光电效应,增大a光的照射强度,光电子的最大初动能保持不变,故A、B错误;根据a光照射锌板能够发生光电效应可知,a光的频率大于锌板的截止频率,根据b光照射锌板不能发生光电效应可知,b光的频率不大于锌板的截止频率,则a光的频率大于b光的频率,故C正确;根据光电效应实验规律可知,若用b光照射另一种金属能发生光电效应,则用a光照射该金属时一定也能发生光电效应,故D错误.
变式1 C [解析] 遏止电压不会随光强而变化,光强会影响饱和电流的大小,光强越大,饱和电流越大,故C正确,A、B、D错误.
[教材链接] (1)不同 (2)①能量子 光子
[科学推理] (1)截止频率 (2)入射光频率 入射光频率 (4)越多 光电子
例2 C [解析] 根据题意有遏止电压Uc=1.5 V,则光电子的最大初动能Ek=1.5 eV,根据爱因斯坦光电效应方程得W0=hν-Ek=(4.2-1.5) eV=2.7 eV,故A、B错误;当电流表示数为零时,断开开关,这时没有反向电压,电流表示数不为零,故C正确;将电源的正负极调换,变阻器滑片从b移到a,当光电流达到饱和电流后,电流表的示数就不再变,故D错误.
变式2 C [解析] 根据c=λν可得红外线的频率为ν== Hz=3×1013 Hz,故A错误;根据eUc=hν-W0,由图丁可知金属铷的截止频率为5.1×1014 Hz,发生光电效应的条件是入射光的频率大于金属的截止频率,而红外线的频率小于金属铷的截止频率,故不会发生光电效应,体温枪不能正常使用,故B错误;当I=0时的电压为遏止电压,由图丙可知,该光电管的遏止电压为2×10-2 V,故C正确;若人体温度升高,辐射红外线的强度增大,饱和电流将增大,故 D错误.
[教材链接] (1)发生改变 (2)大于λ0 (3)p=
例3 D [解析] 无论正碰还是斜碰,系统所受的合外力为零,碰撞过程都遵循动量守恒定律,A错误;由于光子与电子碰撞后,光子的部分能量传递给电子,所以光子能量一定减小,根据公式E=hν=h可知图中碰撞后光子频率一定小于碰撞前光子频率,碰撞后光子的波长一定大于碰撞前光子的波长,B错误,D正确;根据爱因斯坦相对论的光速不变原理,光子的速度为c,碰撞前后不变,C错误.
例4 BCD [解析] 光电效应现象是赫兹最先发现的,故A错误;根据光电效应现象及产生原因知,B正确;根据光电效应方程Ek=hν-W0可知,光电效应中,X射线频率越高,从同种原子中飞出的光电子的最大初动能越大,故C正确;根据康普顿效应现象及产生原因知,D正确.
例5 D [解析] 光的波粒二象性是指光既具有波动性,又具有粒子性,二者是统一的,故A错误;在光的波粒二象性中,频率越大的光其粒子性越显著,频率越小的光其波动性越显著,故B错误;光在传播时往往表现出波动性,光在跟物质相互作用时往往表现出粒子性,故C错误;光既具有粒子性,又具有波动性,大量的光子波动性比较明显,个别光子粒子性比较明显,故D正确.
随堂巩固
1.BD [解析] 一切光都具有波粒二象性,光的波动性与粒子性都是光的本质属性,只是某种场合下光的波动性表现明显,在另外某种场合下,光的粒子性表现明显,选项B、D正确.
2.AC [解析] 在康普顿效应中,当入射光子与晶体中的电子碰撞时,把一部分动量转移给电子,则动量减小,根据λ=可知波长增大,根据E=可知,能量变小,碰撞过程系统不受外力,故动量守恒,能量守恒,故A、C正确,B、D错误.
3.C [解析] 锌的截止频率对应的光波波长为λ=≈0.372×10-6 m=372 nm,用高频短波紫外线灯(波长范围为100~280 nm)持续照射锌板,锌板会发生光电效应,逸出光电子,由于锌板原来带负电,可知验电器指针张开的角度θ逐渐变小,足够长时间后,锌板开始带正电且电荷量持续增加,故验电器指针张开的角度θ逐渐变大,即整个过程中验电器指针张开的角度θ先变小后变大,故选C.
4.D [解析] 根据爱因斯坦光电效应方程Ek=hν-W0,又eUc=Ek,得Uc=ν-,横轴截距a=,为定值,与入射光的频率无关,故A错误;纵轴截距-b=-,为定值,与入射光的频率无关,故B错误;图甲中极板A连接电源的负极,故C错误;图像斜率k==,得h=e,故D正确.
5.C [解析] 根据c=λν可知,a光和b光的波长之比等于频率的反比,即为5∶2,故A错误;根据Ek=hν-W0,逸出光电子的最大初动能之比==1∶4,故B错误;根据eUc=Ek,加反向电压时,对应的遏止电压之比==1∶4,故C正确;由于不知道a、b光照强度的关系,无法判断饱和电流的关系,故D错误.2 光电效应
学习任务一 光电效应的实验规律
[科学探究] 如图甲是研究光电效应现象的装置图,图乙是研究光电效应的电路图.请结合装置图和电路图及产生的现象回答下列问题:
(1)在甲图中发现,利用紫外线照射锌板时,无论光的强度如何变化,验电器指针都有张角,而用红光照射锌板时,无论光的强度如何变化,验电器指针总无张角,这说明了金属能否发生光电效应,取决于入射光的 ,与入射光的 无关.
(2)在乙图中光电管两端加正向电压,用一定强度的光照射时,若增大电压,电流表示数不变,而光强增大时,电压不变,电流表示数会增大,这说明了保持入射光频率不变,发生光电效应时飞出的光电子个数只与 有关.
(3)若在乙图中加反向电压,当光强增大时,遏止电压不变,而入射光的频率增大时,遏止电压却增大,这一现象说明了光电子的能量与 有关,与 无关.
[教材链接] 阅读教材“光电效应的实验规律”相关内容,完成下列填空:
(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 .光电子不是光子,而是电子.
(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时, 发生光电效应.
②存在饱和电流:光电效应实验中,在光照条件不变的情况下,随着所加电压的增大,光电流趋于一个 .在光的频率不变的情况下,入射光越强,饱和电流越大,说明入射光越强,单位时间内发射的光电子数目越多.
③存在 电压:使光电流减小到零的反向电压Uc.且满足me=eUc.
④光电效应具有 :光电效应几乎是瞬时发生的.
例1 [2024·江西九江一中月考] 如图所示,在演示光电效应现象的实验中,某同学分别用a、b两种单色光照射锌板.发现用a光照射时与锌板连接的验电器的指针张开一定角度;用b光照射时与锌板连接的验电器的指针不动.下列说法正确的是 ( )
A.增大b光的照射强度,验电器的指针有可能张开一定角度
B.增大a光的照射强度,光电子的最大初动能增加
C.a光的频率大于b光的频率
D.若用b光照射另一种金属能发生光电效应,则用a光照射该金属时可能不会发生光电效应
[反思感悟]
变式1 [2024·福建福州一中月考] 研究光电效应的电路图如图所示.用频率相同、强度不同的光分别照射密封真空管的钠极板(K极),钠极板发射出的光电子被A极吸收,在电路中形成光电流.在选项中,光电流I与A、K之间的电压UAK的关系图像正确的是 ( )
[反思感悟]
【要点总结】
饱和电流与遏止电压规律图像
图像名称 图线形状 由图线直接(间接) 得到的物理量
入射光颜色相同、强度不同时,光电流与电压的关系图线 ①遏止电压Uc:图线与U轴的交点的横坐标 ②饱和电流Im1、Im2:电流的最大值 ③最大初动能:Ek=eUc
入射光颜色不同时,光电流与电压的关系图线 ①遏止电压Uc1、Uc2 ②饱和电流 ③最大初动能 Ek1=eUc1,Ek2=eUc2
学习任务二 光电效应经典解释中的疑难与爱因斯坦的光电效应理论
[教材链接] 阅读教材“光电效应经典解释中的疑难”和“爱因斯坦的光电效应理论”相关内容,完成下列填空:
(1)逸出功:要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.不同种类的金属,其逸出功的大小 ,逸出功的大小由金属本身决定,与入射光无关.
(2)爱因斯坦的光电效应理论
①光子:光本身是由一个个不可分割的 组成的,这些能量子称为 ,频率为ν的光的能量子为hν.其中h为普朗克常量.
②爱因斯坦光电效应方程
表达式:hν=Ek+W0或Ek=hν-W0.
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,剩下的是电子逸出后的初动能Ek.
[科学推理] 光子说对光电效应的解释
(1)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,hν>W0,ν>=νc,而νc=恰好是光电效应的 .
(2)由爱因斯坦光电效应方程知光电子的最大初动能与 有关,与光强无关.对于确定的金属,遏止电压Uc与ν、W0的关系为Uc=ν-,所以遏止电压由 决定,与光强无关.
(3)电子一次性吸收光子的全部能量,不需要积累能量的时间,所以光电效应的发生是瞬时的.
(4)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 ,照射金属时产生的 越多,因而饱和电流越大.
例2 [2024·山西太原五中月考] 某同学用如图所示的装置研究光电效应现象,开始时,滑动变阻器滑片c在最右端b点.用光子能量为4.2 eV的光照射到光电管上,此时电流表G有示数.向左移动变阻器的滑片c,当电压表的示数大于或等于1.5 V时,电流表示数为0,则以下说法正确的是 ( )
A.光电子最大初动能为2.7 eV
B.光电管阴极的逸出功为1.5 eV
C.当电流表示数为零时,断开开关,电流表示数不再为零
D.将电源的正负极调换,变阻器滑片从b移到a,电流表的示数一直增大
[反思感悟]
变式2 [2024·山西大同一中月考] 体温枪的工作原理是:利用光电效应,将光信号转化为电信号,从而显示出物体的温度.已知人的体温正常时能辐射波长为10 μm的红外线,如图乙所示,用该红外光线照射光电管的阴极K时,电路中有光电流产生,光电流随电压变化的图像如图丙所示,另一种金属铷的遏止电压Uc与入射光频率ν之间的关系如图丁所示,已知光在真空中传播的速度为3×108 m/s.则( )
A.在真空中波长为10 μm的红外线,其频率为5×1013 Hz
B.将阴极K换成金属铷,体温枪仍然能正常使用
C.由图丙可知,该光电管的遏止电压为2×10-2 V
D.当人体温度升高,辐射红外线的强度将增大,饱和电流将减小
学习任务三 康普顿效应和光子的动量
[教材链接] 阅读教材“康普顿效应和光子的动量”相关内容,完成下列填空:
(1)光的散射:光在介质中与物质微粒相互作用,使光的传播方向 的现象.
(2)康普顿效应:在散射的光中,除了与入射波长λ0相同的成分外,还有波长 的成分.
(3)光子的动量表达式: .
例3 如图所示是教材上解释康普顿效应的示意图,下列说法正确的是 ( )
A.图中光子与电子不是正碰,故不遵循动量守恒定律
B.图中碰撞后光子频率可能等于碰撞前光子频率
C.图中碰撞后光子速度可能小于碰撞前光子速度
D.图中碰撞后光子波长一定大于碰撞前光子波长
例4 (多选)X射线的穿透量受物质吸收程度的影响,吸收程度与物质的密度等因素有关.密度越小,吸收X射线的本领越弱,透过人体的量就越多,呈现的图片就越暗,如空气等.密度越大,吸收X射线的本领越强,透过人体的量就越少,呈现的图片为白色,如骨骼等.X射线被物质吸收主要产生两种效应:光电效应和康普顿效应.依据以上信息,下列说法正确的是 ( )
A.光电效应现象是爱因斯坦最先发现的
B.X射线光子被原子中的电子全部吸收从原子中飞出变为具有一定动能的光电子的现象,属于光电效应,说明X射线具有粒子性
C.光电效应中,X射线频率越高,从同种原子中飞出的光电子的最大初动能越大
D.X射线光子只被电子部分吸收,电子能量增大,光子被散射出去,散射光子波长变长,这说明光子既具有能量又具有动量,这属于康普顿效应,说明了X射线具有粒子性
【要点总结】
1.光子不仅具有能量hν,还具有动量.
(1)关系式:ε=hν,p= .
(2)意义:能量ε和动量p是描述物质的粒子性的重要物理量;波长λ和频率ν是描述物质的波动性的典型物理量.因此ε=hν和p=揭示了光的粒子性和波动性之间的密切关系.
2.对康普顿效应中散射光波长变化的解释:散射光波长的变化是光子与物质中电子碰撞的结果,光子与电子作用的过程中将部分能量和动量传给了电子,故光子的能量和动量减少,频率减小,波长变长,同时,光子还使电子获得一定的动量.
3.康普顿效应进一步揭示了光的粒子性,也再次证明了爱因斯坦光子说的正确性.
学习任务四 光的波粒二象性
[物理观念] 对光的波粒二象性的理解
从数量上看 个别光子的作用效果粒子性更明显;大量光子的作用效果波动性更明显
从频率上看 频率越低波动性越显著,越容易看到光的干涉和衍射现象;频率越高粒子性越显著,越不容易看到光的干涉和衍射现象,贯穿本领越强
波动性与粒 子性的统一 由光子的能量ε=hν、光子的动量表达式p=也可以看出,光的波动性和粒子性并不矛盾,表示粒子性的粒子能量和动量的计算式中都含有表示波的特征的物理量——频率ν和波长λ
例5 下面关于光的波粒二象性的说法中,正确的是 ( )
A.光不可能既具有波动性,又具有粒子性
B.频率越小的光其粒子性越显著,频率越大的光其波动性越显著
C.光在传播时往往表现出粒子性,光在跟物质相互作用时往往表现出波动性
D.大量光子产生的效果往往显示出波动性,个别光子产生的效果往往显示出粒子性
[反思感悟]
1.(光的波粒二象性)(多选)对于光的认识,以下说法正确的是 ( )
A.有的光是波,有的光是粒子
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
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.光的波粒二象性应理解为:在某种场合下,光的波动性表现明显,在另外某种场合下,光的粒子性表现明显
2.(康普顿效应)(多选)1918~1922年,美国物理学家康普顿在研究石墨中的电子对X射线的散射时发现,有些散射波的波长比入射波的波长略大.下列说法中正确的是 ( )
A.有些X射线的能量传给了电子,因此X射线的能量减小了
B.有些X射线吸收了电子的能量,因此X射线的能量增大了
C.X射线的光子与电子碰撞时,动量守恒,能量也守恒
D.X射线的光子与电子碰撞时,动量不守恒,能量守恒
3.(光电效应现象)如图所示,把一块锌板连接在验电器上,并使锌板带上负电,验电器指针会张开角度θ.接着,用高频短波紫外线灯(波长范围为100~280 nm)持续照射锌板,已知锌的截止频率为8.06×1014 Hz、真空中光速为3.0×108 m/s,观察验电器指针的变化,则 ( )
A.验电器指针张开的角度θ会一直变大
B.验电器指针张开的角度θ先变大后变小
C.验电器指针张开的角度θ先变小后变大
D.验电器指针张开的角度θ不会发生变化
4.(光电效应的图像)[2024·辽宁抚顺一中月考] 从1907年起,美国物理学家密立根就开始以精湛的技术测量光电效应中几个重要的物理量.他通过如图甲所示的实验装置测量某金属的遏止电压Uc与入射光频率ν,作出如图乙所示的Uc-ν图像,图像与横轴的交点坐标为(a,0),其反向延长线与纵轴的交点坐标为(0,-b),由此算出普朗克常量h.并与普朗克根据黑体辐射测出的h相比较,以检验爱因斯坦光电效应方程的正确性.下列说法正确的是( )
A.入射光的频率越大,a的值越大
B.入射光的频率越大,b的值越大
C.图甲中极板A连接电源的正极
D.由乙图可求出普朗克常量h=e
5.(光电效应方程的应用)[2024·河北邯郸一中期末] 光电传感器是智能技术领域不可或缺的关键器件,而光电管又是光电传感器的重要元件.如图所示,某光电管K极的逸出功W0=hν,若分别用频率为2ν的a光和频率为5ν的b光照射该光电管,则下列说法正确的是 ( )
A.a光和b光的波长之比为2∶5
B.用a光和b光分别照射该光电管,逸出光电子的最大初动能之比为2∶5
C.加反向电压时,对应的遏止电压之比为1∶4
D.加正向电压时,对应形成的饱和电流之比为1∶42 光电效应
1.D [解析] 只要入射光的频率大于金属的截止频率,无论是可见光还是不可见光都有可能产生光电效应,A错误;根据光电效应方程Ek=hν-W,可知光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大,但不成正比,B错误;如果入射光频率较低,小于金属的截止频率,无论照射时间多长都不会有光电子产生,C错误.若光的频率小于金属的截止频率,无论入射光多强,都不能产生光电子,D正确.
2.D [解析] 由题图可知,该光源发出的光的频率大约在6×1014 Hz到14×1014 Hz之间,而三种材料中,截止频率最大的钨的截止频率是10.95×1014 Hz,小于14×1014 Hz,所以该光源能使三种材料都产生光电子,故选D.
3.D [解析] 根据爱因斯坦的光电效应方程可知hν=W0+Ek,解得该单色光的频率为ν=,故选D.
4.B [解析] 根据光电效应方程Ek=hν-W0,可知Ek-ν图像的斜率为普朗克常量h,因此图中两图线应平行,C、D错误;横轴的截距表示恰能发生光电效应(光电子最大初动能为零)时的入射光的频率即截止频率,由光电效应方程可知,逸出功越大的金属对应的截止频率越大,则可知钨板的截止频率较大,B正确,A错误.
5.ACD [解析] 在康普顿效应中,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,因而光子动量减小,根据λ=知其波长变长,故A正确;康普顿效应具有普遍性,不是仅出现在石墨对X射线的散射中,故B错误;康普顿效应证明了光具有粒子性,故C正确;康普顿效应表明了光子具有动量,故D正确.
6.AC [解析] 能发生逆康普顿散射,说明光子具有粒子性,A正确;因为散射光子的频率大于入射光子的频率,根据波长与频率的关系,可得相较于入射光子,散射光子的波长更短,B错误;根据公式ε=hν可知,散射光子的能量增大,又因为总能量守恒,则电子的动能减小,C正确;虽然散射光子的能量大于入射光子的能量,但该效应还是遵循能量量子化的观点,D错误.
7.CD [解析] 光具有波粒二象性,光电效应和康普顿效应能体现光的粒子性,光的干涉和光的衍射能体现光的波动性.故选C、D.
8.A [解析] 干涉和衍射现象是波的特性,说明光具有波动性,A正确;光的频率越大,波长越短,光子的能量越大,B、C错误;黑体辐射实验是证明光的粒子性的基本实验,因为它不能用光的波动性解释,D错误.
9.D [解析] 由Ek=hν-W0可知,入射光的频率不同,光电子的最大初动能不同,最大初动能与光照强度无关,C错误,D正确;eUc=Ek=hν-W0,所以入射光的频率不同,遏止电压Uc不同,A错误;将图甲所示电路中的电源正、负极反接,才能用来验证光电流与电压的关系,即当电压表示数增大到一定数值时,光电流趋于一个饱和值,B错误.
10.A [解析] 遏止电压Uc随入射光频率的增大而增大,入射光波长减小,频率变大,用波长为0.5λ的光照射K极,遏止电压Uc将增大,故A正确;滑动变阻器的滑片P由中央向右移动时,K极的电势高,A、K之间的电压为反向电压且反向电压增大,则电流表示数将变小,甚至变为零,故B错误;增大入射光的强度,入射光的光子个数增加,逸出的光电子个数增加,光电流最大值a增大,故C错误;若只改变K极的材料,则逸出功改变,根据光电效应方程,可知光电子的最大初动能发生变化,所以遏止电压也将发生变化,即图像与横轴的交点变化,故D错误.
11.(1)1.1×1013个 (2)6.4×10-34 J·s
[解析] (1)由I=,且q=Nte
代入数据解得N===个=1.1×1013
(2)设用频率为ν的光照射K极时,逸出的光电子的最大初动能为Ek,对应的遏止电压为U,逸出功为W0
根据光电效应方程有Ek1=hν1-W0,Ek2=hν2-W0
根据动能定理有,eU1=Ek1,eU2=Ek2
代入数据解得h==6.4×10-34 J·s
12.C [解析] M、N间距离增大时,由于M、N间的电压不变,电场力对电子做功不变,则电子到达N的动能并不会随着距离的增大而增大,故A错误;电子从M到N运动过程,根据动能定理可得eU=m-m,可知无论从哪个方向逸出的电子到达N时的最大动能都为m=m+eU,故B错误;当电子从M板沿y方向逸出,且速度最大时,电子从M到N过程中y方向位移大小最大,则有ym=vmt,沿x方向有d=at2,a=,联立可得ym=vmd,故C正确;设M、N之间的遏止电压为Uc,根据动能定理可得-eUc=0-m,解得Uc=,故D错误.2 光电效应建议用时:40分钟
◆ 知识点一 光电效应与其实验规律
1.[2024·东北师大附中月考] 光电效应是物理学中一个重要而神奇的现象,下列说法正确的是 ( )
A.只有可见光照射到金属表面才有可能产生光电效应
B.用光照射金属时产生的光电子的最大初动能与入射光的频率成正比
C.如果入射光频率较低,可以适当增加照射时间以使光电子产生
D.对于某种金属,无论入射光多强,只要光的频率小于金属的截止频率,就一定不能产生光电子
2.[2024·山东青岛二中月考] 某光源发出的光由不同频率的光组成,不同频率的光的强度如图所示,表中给出了某些材料的截止频率,用该光源发出的光照射表中材料,下列说法正确的是 ( )
材料 钾 钙 钨
截止频率 (1014 Hz) 5. 44 7. 73 10. 95
A.仅钾能产生光电子
B.仅钨、钙能产生光电子
C.仅钙、钾能产生光电子
D.钨、钙、钾都能产生光电子
◆ 知识点二 爱因斯坦的光电效应理论
3.某金属在一束单色光的照射下发生光电效应,光电子的最大初动能为Ek,已知该金属的逸出功为W0,普朗克常量为h.根据爱因斯坦的光电效应理论,该单色光的频率ν为 ( )
A. B.
C. D.
4.用不同频率的紫外线分别照射钨板和锌板而发生光电效应,可得到光电子的最大初动能Ek随入射光的频率ν变化的Ek-ν图像,已知钨的逸出功为4.54 eV,锌的逸出功为3.34 eV,若将两者的图像分别用实线与虚线画在同一个Ek-ν图上.则图中正确的是( )
◆ 知识点三 康普顿效应和光子的动量
5.(多选)关于康普顿效应,下列说法中正确的是( )
A.石墨对X射线散射时,部分射线的波长变长
B.康普顿效应仅出现在石墨对X射线的散射中
C.康普顿效应证明了光的粒子性
D.康普顿效应说明光子具有动量
6.(多选)电子和光子均是自然界的基本粒子.当光子被电子散射时,如果电子具备足够大的动能,则散射光子的频率会大于入射光子的频率,称为逆康普顿散射或逆康普顿效应.关于该效应,下列说法中正确的是 ( )
A.该效应说明光子和电子一样,具有粒子性
B.相较于入射光子,散射光子的波长更长
C.与入射光子发生作用后,电子的动能减小
D.由于散射光子的能量大于入射光子的能量,故该效应否定了能量量子化的观点
◆ 知识点四 光的波粒二象性
7.(多选)从光的微粒说到光的波动说,从光的电磁理论到光子理论,人类对光的认识构成了一部科学史诗,现在我们认为:光具有波粒二象性.下列能体现光的粒子性的现象是 ( )
A.光的干涉 B.光的衍射
C.光电效应 D.康普顿效应
8.下列说法中正确的是 ( )
A.光的干涉和衍射现象说明光具有波动性
B.光的频率越大,波长越长
C.光的波长越长,光子的能量越大
D.光的波动性理论可以很好地解释黑体辐射的实验规律
9.[2024·四川绵阳中学期末] 图甲是光电效应实验电路图,图乙为某次光电效应实验中得到的同一光电管两端的遏止电压随入射光频率ν变化的函数关系图像.下列判断正确的是 ( )
A.入射光的频率ν不同,遏止电压Uc相同
B.图甲所示电路中,当电压表示数增大到一定数值时,光电流趋于一个饱和值
C.只要光的光照强度相同,光电子的最大初动能就一定相同
D.入射光的频率ν不同,光电子的最大初动能不同
10.[2024·重庆八中月考] 某同学用图甲装置进行光电效应实验,用波长为λ的单色光照射K极,调节滑动变阻器,测得流过灵敏电流计的电流I与A、K之间的电势差UAK满足如图乙所示规律,则( )
A.用波长为0.5λ的光照射K极,遏止电压Uc将增大
B.滑动变阻器的滑片P由中央向右移动,电流值逐渐趋近于a
C.只增加入射光的照射强度,光电流最大值a不变
D.只改变K极的材料,图像与横轴交点不变
11.[2024·江苏苏州中学月考] 美国物理学家密立根用如图所示的装置测量光电效应中的几个重要物理量.已知电子的电荷量e=1.60×10-19 C.
(1)开关S断开时,用单色光照射光电管的K极,电流表的读数I=1.76 μA.求单位时间内打到A极的电子数N;
(2)开关S闭合时,用频率ν1=5.8×1014 Hz和ν2=6.8×1014 Hz的单色光分别照射光电管的K极,调节滑动变阻器,电压表示数分别为U1=0.13 V和U2=0.53 V时,电流表的示数刚好减小到零.求普朗克常数h.
12.[2024·湖北武汉二中月考] 1905年,爱因斯坦获苏黎世大学物理学博士学位,并提出光子假设,成功解释了光电效应,因此获得1921年诺贝尔物理学奖.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m+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之间的遏止电压等于(共81张PPT)
2 光电效应
学习任务一 光电效应的实验规律
学习任务二 光电效应经典解释中的疑难与爱因斯坦的光电效应理论
学习任务三 康普顿效应和光子的动量
学习任务四 光的波粒二象性
随堂巩固
◆
练习册
备用习题
学习任务一 光电效应的实验规律
［科学探究］ 如图甲是研究光电效应现象的装置图，图乙是研究光电效应的电路图.请结合装置图和电路图及产生的现象回答下列问题：
(1) 在甲图中发现,利用紫外线照射锌板时,无论光的强度如何变化,验电器指针都有张角,而用红光照射锌板时,无论光的强度如何变化,验电器指针总无张角,这说明了金属能否发生光电效应,取决于入射光的______,与入射光的______无关.
频率
强度
(2) 在乙图中光电管两端加正向电压,用一定强度的光照射时,若增大电压,电流表示数不变,而光强增大时,电压不变,电流表示数会增大,这说明了保持入射光频率不变,发生光电效应时飞出的光电子个数只与__________有关.
光的强度
(3) 若在乙图中加反向电压,当光强增大时,遏止电压不变,而入射光的频率增大时,遏止电压却增大,这一现象说明了光电子的能量与____________有关,与__________无关.
入射光频率
光的强度
［教材链接］ 阅读教材“光电效应的实验规律”相关内容,完成下列填空：
(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______.光电子不是光子,而是电子.
电子
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时，______发生光电效应.
不能
② 存在饱和电流：光电效应实验中,在光照条件不变的情况下,随着所加电压的增大,光电流趋于一个________.在光的频率不变的情况下,入射光越强,饱和电流越大，说明入射光越强，单位时间内发射的光电子数目越多.
饱和值
③ 存在______电压：使光电流减小到零的反向电压.且满足.
④ 光电效应具有________：光电效应几乎是瞬时发生的.
遏止
瞬时性
例1 [2024·江西九江一中月考] 如图所示，在演示光电效应现象的实验中，某同学分别用、两种单色光照射锌板.发现用光照射时与锌板连接的验电器的指针张开一定角度；用光照射时与锌板连接的验电器的指针不动.下列说法正确的是( )
A.增大光的照射强度，验电器的指针有可能张开一定角度
B.增大光的照射强度，光电子的最大初动能增加
C.光的频率大于光的频率
D.若用光照射另一种金属能发生光电效应，则用光照射该金属时可能不会发生光电效应
√
[解析] 入射光频率低于截止频率时无法产生光电效应，
增大光的照射强度，仍不会发生光电效应，增大光
的照射强度，光电子的最大初动能保持不变，故A、B错误；
根据光照射锌板能够发生光电效应可知，光的频率大于锌板的截止频率，根据光照射锌板不能发生光电效应可知，光的频率不大于锌板的截止频率，则光的频率大于光的频率，故C正确；
根据光电效应实验规律可知，若用光照射另一种金属能发生光电效应，则用光照射该金属时一定也能发生光电效应，故D错误.
变式1 [2024·福建福州一中月考] 研究光电效应的电路图如图所示.用频率相同、强度不同的光分别照射密封真空管的钠极板极，钠极板发射出的光电子被A极吸收，在电路中形成光电流.在选项中，光电流与A、之间的电压的关系图像正确的是( )
A.&1& B.&2& C.&3& D.&4&
[解析] 遏止电压不会随光强而变化，光强会影响饱和电流的大小，光强越大，饱和电流越大，故C正确，A、B、D错误.
√
【要点总结】
饱和电流与遏止电压规律图像
图像名称 图线形状 由图线直接(间接)得到的物理量
入射光颜色相同、强度不同时，光电流与电压的关系图线 _________________________________________________ ①遏止电压：图线与轴的交点的横坐标
②饱和电流、电流的最大值
③最大初动能：
图像名称 图线形状 由图线直接(间接)得到的物理量
入射光颜色不同时，光电流与电压的关系图线 _________________________________________________ ①遏止电压、
②饱和电流
③最大初动能
，
(续表)
学习任务二 光电效应经典解释中的疑难与爱因斯坦的光电效应理论
［教材链接］ 阅读教材“光电效应经典解释中的疑难”和“爱因斯坦的光电效应理论”相关内容，完成下列填空：
(1) 逸出功：要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.不同种类的金属，其逸出功的大小_____,逸出功的大小由金属本身决定,与入射光无关.
不同
(2) 爱因斯坦的光电效应理论
①光子：光本身是由一个个不可分割的________组成的,这些能量子称为______,频率为的光的能量子为.其中为普朗克常量.
②爱因斯坦光电效应方程
表达式：或.
物理意义：金属中的电子吸收一个光子获得的能量是,在这些能量中,一部分大小为的能量被电子用来脱离金属,剩下的是电子逸出后的初动能.
能量子
光子
［科学推理］ 光子说对光电效应的解释
(1) 若发生光电效应，则光电子的最大初动能必须大于零，即，，，而恰好是光电效应的__________.
截止频率
(2) 由爱因斯坦光电效应方程知光电子的最大初动能与____________有关，与光强无关.对于确定的金属，遏止电压与、的关系为，所以遏止电压由____________决定，与光强无关.
入射光频率
入射光频率
(3)电子一次性吸收光子的全部能量，不需要积累能量的时间，所以光电效应的发生是瞬时的.
(4) 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______，照射金属时产生的________越多，因而饱和电流越大.
越多
光电子
例2 [2024·山西太原五中月考] 某同学用如图所示的装置研究光电效应现象，开始时，滑动变阻器滑片在最右端点.用光子能量为的光照射到光电管上，此时电流表有示数.向左移动变阻器的滑片，当电压表的示数大于或等于时，电流表示数为0，则以下说法正确的是( )
A.光电子最大初动能为
B.光电管阴极的逸出功为
C.当电流表示数为零时，断开开关，电流表示数不再为零
D.将电源的正负极调换，变阻器滑片从移到，电流表的示数一直增大
√
[解析] 根据题意有遏止电压,则光电子的最大初动能,根据爱因斯坦光电效应方程得,故A、B错误；
当电流表示数为零时，断开开关，这时没有反向电压，电流表示数不为零，故C正确；
将电源的正负极调换，变阻器滑片从移到，当光电流达到饱和电流后，电流表的示数就不再变，故D错误.
变式2 [2024·山西大同一中月考] 体温枪的工作原理是:利用光电效应,将光信号转化为电信号,从而显示出物体的温度.已知人的体温正常时能辐射波长为的红外线,如图乙所示,用该红外光线照射光电管的阴极时,电路中有光电流产生,光电流随电压变化的图像如图丙所示,另一种金属铷的遏止电压与
入射光频率之间的关系如图丁所示,已知光在真空中传播的速度为.则( )
A.在真空中波长为的红外线,其频率为
B.将阴极换成金属铷,体温枪仍然能正常使用
C.由图丙可知,该光电管的遏止电压为
D.当人体温度升高,辐射红外线的强度将增大,饱和电流将减小
√
[解析] 根据可得红外线的频率为
,故A错误;
根据,由图丁可知金属铷的截止频率
为,发生光电效应的条件是入射光的
频率大于金属的截止频率,而红外线的频率小于金
属铷的截止频率,故不会发生光电效应,体温枪不能正常使用,故B错误;
当时的电压为遏止电压,由图丙可知,该光电管的遏止电压为,故C正确;
若人体温度升高,辐射红外线的强度增大,饱和电流将增大,故 D错误.
学习任务三 康普顿效应和光子的动量
［教材链接］ 阅读教材“康普顿效应和光子的动量”相关内容，完成下列填空：
(1) 光的散射：光在介质中与物质微粒相互作用，使光的传播方向__________的现象.
(2) 康普顿效应：在散射的光中，除了与入射波长相同的成分外，还有波长_______的成分.
(3) 光子的动量表达式：______.
发生改变
大于
例3 如图所示是教材上解释康普顿效应的示意图，下列说法正确的是( )
A.图中光子与电子不是正碰，故不遵循动量守恒定律
B.图中碰撞后光子频率可能等于碰撞前光子频率
C.图中碰撞后光子速度可能小于碰撞前光子速度
D.图中碰撞后光子波长一定大于碰撞前光子波长
√
[解析] 无论正碰还是斜碰，系统所受的合外力为零，碰撞过程都遵循动量守恒定律，A错误；
由于光子与电子碰撞后，光子的部分能量传递给电子，所以光子能量一定减小，根据公式可知图中碰撞后光子频率一定小于碰撞前光子频率，碰撞后光子的波长一定大于碰撞前光子的波长，B错误，D正确；
根据爱因斯坦相对论的光速不变原理，光子的速度为，碰撞前后不变，C错误.
例4 (多选)射线的穿透量受物质吸收程度的影响，吸收程度与物质的密度等因素有关.密度越小，吸收射线的本领越弱，透过人体的量就越多，呈现的图片就越暗，如空气等.密度越大，吸收射线的本领越强，透过人体的量就越少，呈现的图片为白色，如骨骼等射线被物质吸收主要产生两种效应：光电效应和康普顿效应.依据以上信息，下列说法正确的是( )
A.光电效应现象是爱因斯坦最先发现的
B.射线光子被原子中的电子全部吸收从原子中飞出变为具有一定动能的光电子的现象，属于光电效应，说明射线具有粒子性
C.光电效应中，射线频率越高，从同种原子中飞出的光电子的最大初动能越大
D.射线光子只被电子部分吸收，电子能量增大，光子被散射出去，散射光子波长变长，这说明光子既具有能量又具有动量，这属于康普顿效应，说明了射线具有粒子性
√
√
√
[解析] 光电效应现象是赫兹最先发现的，故A错误；
根据光电效应现象及产生原因知，B正确；
根据光电效应方程可知，光电效应中，射线频率越高，从同种原子中飞出的光电子的最大初动能越大，故C正确；
根据康普顿效应现象及产生原因知，D正确.
【要点总结】
1.光子不仅具有能量，还具有动量.
(1)关系式：,.
(2)意义：能量和动量是描述物质的粒子性的重要物理量;波长 和频率是描述物质的波动性的典型物理量.因此和揭示了光的粒子性和波动性之间的密切关系.
2.对康普顿效应中散射光波长变化的解释：散射光波长的变化是光子与物质中电子碰撞的结果，光子与电子作用的过程中将部分能量和动量传给了电子，故光子的能量和动量减少，频率减小，波长变长，同时，光子还使电子获得一定的动量.
3.康普顿效应进一步揭示了光的粒子性，也再次证明了爱因斯坦光子说的正确性.
学习任务四 光的波粒二象性
［物理观念］ 对光的波粒二象性的理解
从数量上看 个别光子的作用效果粒子性更明显；大量光子的作用效果波动性更明显
从频率上看 频率越低波动性越显著，越容易看到光的干涉和衍射现象；频率越高粒子性越显著，越不容易看到光的干涉和衍射现象，贯穿本领越强
波动性与粒子性的统一 由光子的能量、光子的动量表达式也可以看出，光的波动性和粒子性并不矛盾，表示粒子性的粒子能量和动量的计算式中都含有表示波的特征的物理量——频率和波长
例5 下面关于光的波粒二象性的说法中，正确的是 ( )
A.光不可能既具有波动性，又具有粒子性
B.频率越小的光其粒子性越显著，频率越大的光其波动性越显著
C.光在传播时往往表现出粒子性，光在跟物质相互作用时往往表现出波动性
D.大量光子产生的效果往往显示出波动性，个别光子产生的效果往往显示出粒子性
√
[解析] 光的波粒二象性是指光既具有波动性，又具有粒子性，二者是统一的，故A错误；
在光的波粒二象性中，频率越大的光其粒子性越显著，频率越小的光其波动性越显著，故B错误；
光在传播时往往表现出波动性，光在跟物质相互作用时往往表现出粒子性，故C错误；
光既具有粒子性，又具有波动性，大量的光子波动性比较明显，个别光子粒子性比较明显，故D正确.
1. (多选)频率为ν的光子具有的能量为hν,动量为,将这个光子打在处于静止状态的电子上,光子将偏离原运动方向,这种现象称为光子的散射.下列关于光子散射的说法正确的是 ( )
A.光子改变原来的运动方向,且传播速度变小
B.光子在与电子碰撞中获得能量,因而频率增大
C.由于受到电子碰撞,散射后的光子波长大于入射光子的波长
D.由于受到电子碰撞,散射后的光子频率小于入射光子的频率
[解析]碰撞后光子改变原来的运动方向,但传播速度不变,选项A错误;
光子在与电子碰撞中损失能量,因而频率减小,即ν1>ν2,再由c=λ1ν1=λ2ν2,得到λ1<λ2,选项B错误,C、D正确.
√
√
2.如图所示是某次实验中得到的甲、乙两种金属的遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图像,两种金属的逸出功分别为W甲、W乙.若用频率为ν1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 B.W甲C.E甲>E乙 D.E甲=E乙
√
[解析]根据爱因斯坦光电效应方程得Ek=hν-W0=hν-hνc,又Ek=eUc,则eUc=hν-hνc,由Uc-ν图线可知,当Uc=0时,ν=νc,金属甲的截止频率大于金属乙的,则金属甲的逸出功大于乙的,即W甲>W乙,选项A正确,B错误.
若用频率为ν1的光照射两种金属,根据光电效应方程,可得逸出功越大,则其光电子的最大初动能越小,因此E甲3. (多选)我国中微子探测实验利用光电管把光信号转换为电信号.如图所示,A和K分别是光电管的阳极和阴极,加在A、K之间的电压为U.现用发光功率为P的激光器发出频率为ν的光全部照射在K上,回路中形成电流.已知阴极K材料的逸出功为W0,普朗克常量为h,电子电荷量为e.以下说法正确的是( )
A.光电子到达A时的最大动能为hν-W0+Ue
B.光电子到达A时的最大动能为hν-W0-Ue
C.若每入射N个光子会产生1个光电子且所有的光电子都
能到达A,则回路的电流为
D.若每入射N个光子会产生1个光电子且所有的光电子都能
到达A,则回路的电流为
√
√
[解析]根据光电效应方程Ek=hν-W0可得最大初动能,从K到A电场力做正功,可得最大动能为Ekm=Ek+eU=hν-W0+eU,故A正确,B错误;
已知激光发射器发射激光的功率为P,光子能量为hν,则单位时间内通过的光子数量为n=,单位时间内产生的光电子数目为n1=,由电流的定义得I==n1e=,故C正确,D错误.
4.如图所示是研究光电效应的实验装置,其中阴极K接到ab的正中间固定不动:①用频率为ν1的光照射光电管,此时电流表中有电流,调节滑动变阻器使电流表示数恰好为零,此时电压表示数为U1;②用频率为ν2的光照射光电管,此时电流表中有电流,调节滑动变阻器使电流表示数恰好为零,此时电压表示数为U2.则 ( )
A.对情况①,滑片P向右滑动,电流表示数可减小为零
B.对情况②,滑片P向左滑动,电流表示数增大
C.电压表示数U2D.若已知电子电荷量为e,由①②可求得普朗克常量h=
√
[解析]对情况①,滑片P向右滑动,根据电路图可知极板间所加电压从遏止电压先减小为0,再变为正向电压逐渐增大,故电流表示数增大,A错误;
对情况②,滑片P向左滑动,根据电路图可知极板间所加电压从遏止电压继续增大,电流表示数一直为零,不会增大,B错误;
由题意可知电压表示数U1、U2分别对应频率为ν1、ν2的光照射光电管时的遏止电压,根据动能定理和光电效应方程有eUc=Ekm、Ekm=hν-W0,可得eUc=hν-W0,由于不知道频率ν1、ν2的大小关系,所以无法比较U1与U2的大小,C错误;
若已知电子电荷量为e,对频率为ν1的光,有eU1=hν1-W0,对
频率为ν2的光,有eU2=hν2-W0,联立解得h=,D正确.
5.利用如图甲所示的实验装置观测光电效应现象,已知实验中测得某种金属的遏止电压Uc与入射光频率ν之间的关系如图乙所示(ν1与U1均已知),电子的电荷量为e=1.6×10-19 C,则电源的右端为 极(选填“正”或“负”),普朗克常量为 ,该金属的逸出功为 ,若电流表的示数为10 μA,则每秒内从阴极发出的光电子数的最小值为 .
正
eU1
6.25×1013个
[解析] 由于测量的是遏止电压,则光电管两端接的电压是反向电压,K极接电源的正极,所以电源的右端为正极.
根据爱因斯坦光电效应方程hν-W=Ek,可得遏止电压为Uc,则有eUc=Ek,整理得Uc=ν-,由金属的遏止电压Uc与入射光频率ν之间的关系图像可得k== ,=U1,解得h=,W=eU1,根据电流的定义式I=,可知每秒内从K极发出的光电子所带的总电荷量为q=It=10×10-6×1 C=1.0×10-5 C,光电子数的最小值为n==个=6.25×1013个.
1.(光的波粒二象性)(多选)对于光的认识，以下说法正确的是( )
A.有的光是波，有的光是粒子
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
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.光的波粒二象性应理解为：在某种场合下，光的波动性表现明显，在另外某种场合下，光的粒子性表现明显
[解析] 一切光都具有波粒二象性，光的波动性与粒子性都是光的本质属性，只是某种场合下光的波动性表现明显，在另外某种场合下，光的粒子性表现明显，选项B、D正确.
√
√
2.(康普顿效应)(多选)年，美国物理学家康普顿在研究石墨中的电子对射线的散射时发现，有些散射波的波长比入射波的波长略大.下列说法中正确的是( )
A.有些射线的能量传给了电子，因此射线的能量减小了
B.有些射线吸收了电子的能量，因此射线的能量增大了
C.射线的光子与电子碰撞时，动量守恒，能量也守恒
D.射线的光子与电子碰撞时，动量不守恒，能量守恒
√
√
[解析] 在康普顿效应中，当入射光子与晶体中的电子碰撞时，把一部分动量转移给电子，则动量减小，根据可知波长增大，根据可知，能量变小，碰撞过程系统不受外力，故动量守恒，能量守恒，故A、C正确，B、D错误.
3.(光电效应现象)如图所示，把一块锌板连接在验电器上，并使锌板带上负电，验电器指针会张开角度 .接着，用高频短波紫外线灯波长范围为持续照射锌板，已知锌的截止频率为、真空中光速为，观察验电器指针的变化，则 ( )
A.验电器指针张开的角度 会一直变大
B.验电器指针张开的角度 先变大后变小
C.验电器指针张开的角度 先变小后变大
D.验电器指针张开的角度 不会发生变化
√
[解析] 锌的截止频率对应的光波波长为，用高频短波紫外线灯波长范围为持续照射锌板，锌板会发生光电效应，逸出光电子，由于锌板原来带负电，可知验电器指针张开的角度 逐渐变小，足够长时间后，锌板开始带正电且电荷量持续增加，故验电器指针张开的角度 逐渐变大，即整个过程中验电器指针张开的角度 先变小后变大,故选C.
4.(光电效应的图像)[2024·辽宁抚顺一中月考] 从1907年起，美国物理学家密立根就开始以精湛的技术测量光电效应中几个重要的物理量.他通过如图甲所示的实验装置测量某金属的遏止电压与入射光频率，作出如图乙所示的图像，图像与横轴的交点坐标为，其反向延长线与纵轴的交点坐标为，由此算出普朗克常量.并与普朗克根据黑体辐射测出的相比较，以检验爱因斯坦光电效应方程的正确性.下列说法正确的是( )
A.入射光的频率越大，的值越大
B.入射光的频率越大，的值越大
C.图甲中极板A连接电源的正极
D.由乙图可求出普朗克常量
√
[解析] 根据爱因斯坦光电效应方程，又，得，横轴截距，为定值，与入射光的频率无关，故A错误；
纵轴截距，为定值，与入射光的频率无关，故B错误；
图甲中极板A连接电源的负极，故C错误；
图像斜率，得，故D正确.
5.(光电效应方程的应用)[2024·河北邯郸一中期末] 光电传感器是智能技术领域不可或缺的关键器件，而光电管又是光电传感器的重要元件.如图所示，某光电管极的逸出功，若分别用频率为的光和频率为的光照射该光电管，则下列说法正确的是 ( )
A.光和光的波长之比为
B.用光和光分别照射该光电管，逸出光电子的最大初动能之比为
C.加反向电压时，对应的遏止电压之比为
D.加正向电压时，对应形成的饱和电流之比为
√
[解析] 根据可知，光和光的波长之比等于频率的反比，即为，故A错误；
根据，逸出光电子的最大初动能之比，故B错误；
根据，加反向电压时，对应的遏止电压之比，故C正确；
由于不知道、光照强度的关系，无法判断饱和电流的关系，故D错误.
练 习 册
知识点一 光电效应与其实验规律
1.[2024·东北师大附中月考] 光电效应是物理学中一个重要而神奇的现象，下列说法正确的是( )
A.只有可见光照射到金属表面才有可能产生光电效应
B.用光照射金属时产生的光电子的最大初动能与入射光的频率成正比
C.如果入射光频率较低，可以适当增加照射时间以使光电子产生
D.对于某种金属，无论入射光多强，只要光的频率小于金属的截止频率，就一定不能产生光电子
√
[解析] 只要入射光的频率大于金属的截止频率，无论是可见光还是不可见光都有可能产生光电效应，A错误；
根据光电效应方程，可知光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大，但不成正比，B错误；
如果入射光频率较低，小于金属的截止频率，无论照射时间多长都不会有光电子产生，C错误．
若光的频率小于金属的截止频率，无论入射光多强，都不能产生光电子，D正确.
2.[2024·山东青岛二中月考] 某光源发出的光由不同频率的光组成，不同频率的光的强度如图所示，表中给出了某些材料的截止频率，用该光源发出的光照射表中材料，下列说法正确的是( )
材料 钾 钙 钨
截止频率
A.仅钾能产生光电子
B.仅钨、钙能产生光电子
C.仅钙、钾能产生光电子
D.钨、钙、钾都能产生光电子
√
[解析] 由题图可知，该光源发出的光的频率大约在到之间，而三种材料中，截止频率最大的钨的截止频率是，小于，所以该光源能使三种材料都产生光电子，故选D.
知识点二 爱因斯坦的光电效应理论
3.某金属在一束单色光的照射下发生光电效应，光电子的最大初动能为，已知该金属的逸出功为，普朗克常量为.根据爱因斯坦的光电效应理论，该单色光的频率为( )
A. B. C. D.
[解析] 根据爱因斯坦的光电效应方程可知，解得该单色光的频率为，故选D.
√
4.用不同频率的紫外线分别照射钨板和锌板而发生光电效应，可得到光电子的最大初动能随入射光的频率变化的图像，已知钨的逸出功为，锌的逸出功为，若将两者的图像分别用实线与虚线画在同一个图上.则图中正确的是( )
A.&5& B.&6& C.&7& D.&8&
√
[解析] 根据光电效应方程，可知图像的斜率为普朗克常量，因此图中两图线应平行，C、D错误；
横轴的截距表示恰能发生光电效应(光电子最大初动能为零)时的入射光的频率即截止频率，由光电效应方程可知，逸出功越大的金属对应的截止频率越大，则可知钨板的截止频率较大，B正确，A错误.
A.&5& B.&6& C.&7& D.&8&
知识点三 康普顿效应和光子的动量
5.(多选)关于康普顿效应，下列说法中正确的是( )
A.石墨对射线散射时，部分射线的波长变长
B.康普顿效应仅出现在石墨对射线的散射中
C.康普顿效应证明了光的粒子性
D.康普顿效应说明光子具有动量
√
√
√
[解析] 在康普顿效应中，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，因而光子动量减小，根据知其波长变长，故A正确；
康普顿效应具有普遍性，不是仅出现在石墨对射线的散射中，故B错误；
康普顿效应证明了光具有粒子性，故C正确；
康普顿效应表明了光子具有动量，故D正确.
6.(多选)电子和光子均是自然界的基本粒子.当光子被电子散射时，如果电子具备足够大的动能，则散射光子的频率会大于入射光子的频率，称为逆康普顿散射或逆康普顿效应.关于该效应，下列说法中正确的是( )
A.该效应说明光子和电子一样，具有粒子性
B.相较于入射光子，散射光子的波长更长
C.与入射光子发生作用后，电子的动能减小
D.由于散射光子的能量大于入射光子的能量，故该效应否定了能量量子化的观点
√
√
[解析] 能发生逆康普顿散射，说明光子具有粒子性，A正确；
因为散射光子的频率大于入射光子的频率，根据波长与频率的关系，可得相较于入射光子，散射光子的波长更短，B错误；
根据公式可知，散射光子的能量增大，又因为总能量守恒，则电子的动能减小，C正确；
虽然散射光子的能量大于入射光子的能量，但该效应还是遵循能量量子化的观点，D错误.
知识点四 光的波粒二象性
7.(多选)从光的微粒说到光的波动说，从光的电磁理论到光子理论，人类对光的认识构成了一部科学史诗，现在我们认为：光具有波粒二象性.下列能体现光的粒子性的现象是( )
A.光的干涉 B.光的衍射 C.光电效应 D.康普顿效应
[解析] 光具有波粒二象性，光电效应和康普顿效应能体现光的粒子性，光的干涉和光的衍射能体现光的波动性.故选C、D.
√
√
8.下列说法中正确的是( )
A.光的干涉和衍射现象说明光具有波动性
B.光的频率越大，波长越长
C.光的波长越长，光子的能量越大
D.光的波动性理论可以很好地解释黑体辐射的实验规律
[解析] 干涉和衍射现象是波的特性,说明光具有波动性,A正确;
光的频率越大,波长越短,光子的能量越大,B、C错误;
黑体辐射实验是证明光的粒子性的基本实验，因为它不能用光的波动性解释，D错误.
√
9.[2024·四川绵阳中学期末] 图甲是光电效应实验电路图，图乙为某次光电效应实验中得到的同一光电管两端的遏止电压随入射光频率变化的函数关系图像.下列判断正确的是( )
A.入射光的频率不同，遏止电压相同
B.图甲所示电路中，当电压表示数增大到一定数值时，光电流趋于一个饱和值
C.只要光的光照强度相同，光电子的最大初动能就一定相同
D.入射光的频率不同，光电子的最大初动能不同
√
[解析] 由可知，入射光的频率不同，光电子的最大初动能不同，最大初动能与光照强度无关，C错误，D正确；
，所以入射光的频率不同，遏止电压不同，A错误；
将图甲所示电路中的电源正、负极反接，才能用来验证光电流与电压的关系，即当电压表示数增大到一定数值时，光电流趋于一个饱和值，B错误.
10.[2024·重庆八中月考] 某同学用图甲装置进行光电效应实验，用波长为 的单色光照射极，调节滑动变阻器，测得流过灵敏电流计的电流与A、之间的电势差满足如图乙所示规律，则( )
A.用波长为 的光照射极，遏止电压将增大
B.滑动变阻器的滑片由中央向右移动，电流值逐渐趋近于
C.只增加入射光的照射强度，光电流最大值不变
D.只改变极的材料，图像与横轴交点不变
√
[解析] 遏止电压随入射光频率的增大而增大，入射光波长减小，频率变大，用波长为 的光照射极，遏止电压将增大，故A正确；
滑动变阻器的滑片由中央向右移动时，极的电势高，A、之间的电压为反向电压且反向电压增大，则电流表示数将变小，甚至变为零，故B错误；
增大入射光的强度，入射光的光子个数增加，逸出的光电子个数增加，光电流最大值增大，故C错误；
若只改变极的材料，则逸出功改变，根据光电效应方程，可知光电子的最大初动能发生变化，所以遏止电压也将发生变化，即图像与横轴的交点变化，故D错误.
11.[2024·江苏苏州中学月考] 美国物理学家密立根用如图所示的装置测量光电效应中的几个重要物理量.已知电子的电荷量.
(1) 开关断开时，用单色光照射光电管的极，电流表的读数.求单位时间内打到A极的电子数；
[答案] 个
[解析] 由，且
代入数据解得个
11.[2024·江苏苏州中学月考] 美国物理学家密立根用如图所示的装置测量光电效应中的几个重要物理量.已知电子的电荷量.
(2) 开关闭合时，用频率和
的单色光分别照射光电管的极，调节滑动变阻器，电压表示数分别为和
时，电流表的示数刚好减小到零.求普朗克常数.
[答案]
[解析] 设用频率为的光照射极时，逸出的光电子的最大初动能为，对应的遏止电压为，逸出功为
根据光电效应方程有，
根据动能定理有，，
代入数据解得
12.[2024·湖北武汉二中月考] 1905年，爱因斯坦获苏黎世大学物理学博士学位，并提出光子假设，成功解释了光电效应，因此获得1921年诺贝尔物理学奖.如图所示，金属极板受到紫外线照射会逸出光电子，最大速率为.正对放置一金属网，在、之间加恒定电压.已知、间距为(远小于板长)，电子的质量为，电荷量为，则( )
A.、间距离增大时电子到达的动能也增大
B.只有沿方向逸出的电子到达时才有最大动能
C.电子从到过程中，方向位移大小最大为
D.、之间的遏止电压等于
√
[解析] 、间距离增大时，由于、间的电压不变，电场力对电子做功不变，则电子到达的动能并不会随着距离的增大而增大，故A错误；
电子从到运动过程，根据动能定理可得,可知无论从哪个方向逸出的电子到达时的最大动能都为，故B错误；
当电子从板沿方向逸出，且速度最大时，电子从到过程中方向位移大小最大，则有，
沿方向有，，联立可得,故C正确；
设、之间的遏止电压为，根据动能定理可得
，解得，故D错误.
