人教版高中物理选择性必修第三册第四章原子结构和波粒二象性二光电效应课件（33页PPT)

(共33张PPT)
二、 光电效应
原子结构和波粒二象性
第四章
知识点一
知识点一　光电效应的实验规律
1. 如图甲所示为研究光电效应现象的装置图，如图乙所示为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：
甲
乙
(1)在图甲中发现，利用紫外线照射锌板时，无论光的强度如何变化，验电器的指针都有张角，而用红光照射锌板时，无论光的强度如何变化，验电器的指针都无张角，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)在图乙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)若在图乙中加反向电压，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。
乙
光的强度
入射光频率
光的强度
电子
电子
不能
饱和值
遏止
瞬时性
例1　[2025·嘉兴一中月考] 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。下列说法中，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光照射另一种金属时能发生光电效应，则用a光照射该金属时可能不会发生光电效应
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，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，C正确；根据光电效应实验规律可知，若用b光照射另一种金属时能发生光电效应，则用a光照射该金属时一定也能发生光电效应，D错误。
变式1　[2025·绍兴一中月考] 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。下列选项中，光电流I与A、K之间的电压UAK的关系图像正确的是(　　)
C
A. 　　 B.
C. D.
【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，C正确，A、B、D错误。
[要点总结]
饱和电流与遏止电压的关系图像
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
知识点二
知识点二　光电效应经典解释中的疑难与爱因斯坦的光电效应理论
1. 阅读教材中“光电效应经典解释中的疑难”和“爱因斯坦的光电效应理论”的相关内容，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。
不同
能量子
光子
截止频率
入射光频率
入射光
频率
越多
光电子
例2　[2025·镇海中学月考] 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。向左移动滑动变阻器的滑片c，当电压表的示数大于或等于1.5 V时，电流表的示
数为0。下列说法中，正确的是(　　)
A. 光电子的最大初动能为2.7 eV
B. 光电管阴极的逸出功为1.5 eV
C. 当电流表的示数为零时，断开开关，电流表示数不再为零
D. 将电源的正负极调换，滑动变阻器的滑片从b移到a，电流表的示数一直增大
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，A、B错误；当电流表的示数为零时，断开开关，这时没有反向电压，电流表的示数不为零，C正确；将电源的正负极调换，滑动变阻器的滑片从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，D错误。
变式2　[2025·余姚中学月考] 体温枪的工作原理如下：利用光电效应，将光信号转换为电信号，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。下列说法中，正确的是(　　)
甲　 乙
丙　 丁
A. 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
C
甲　 乙
丙　 丁
知识点三
知识点三　康普顿效应和光子的动量
阅读教材中“康普顿效应和光子的动量”的相关内容，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：____________。
发生改变
大于λ0
例3　如图所示为教材中解释康普顿效应的示意图，下列说法中，正确的是(　　)
D
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射线被物质吸收时主要产生两种效应：光电效应和康普顿效应。依据
以上信息，下列说法中，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
【解析】 光电效应现象是赫兹最先发现的，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，C正确；根据康普顿效应现象及产生原因知，D正确。
BCD
知识点四
知识点四　光的波粒二象性
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
例5　下列关于光的波粒二象性的说法，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，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，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，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，D正确。
D
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1. (多选)关于光，下列说法中正确的有(　　)
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，B、D正确。
BD
AC
3. (多选)[2025·杭州西湖二模]下列关于光电效应的说法，正确的是(　 　)
甲 乙
A. 爱因斯坦提出了光电效应理论
B. 图甲实验中让锌板带负电，用光照射后，验电器张角会变小
C. 图乙中光电子到达A板的速度越大，则光电流越大
D. 图乙中光电流的大小与入射光束的光强有关
ABD
【解析】 光电效应理论是爱因斯坦首次提出的，A正确；图甲中锌板先带上负电，验电器有一定的张角，用光照射后，锌板发生光电效应，光电子飞出，锌板通过导线接在验电器上，会使验电器的负电荷得到部分中和，故夹角会变小，B正确；图乙中光电子到A板的速度大，说明光电管两端的电压大，不能说明光电流大，C错误；光电流的大小和入射光的强弱有关，D正确。
甲 乙
4. [2025·绍兴一中月考] 从1907年起，美国物理学家密立根就开始利用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。下列说法中，正确的是
(　　)
D
甲　　 乙
甲　　 乙
5. [2025·嘉兴一中期末]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，则下列说法中，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∶4
C