2025年高中物理复习讲解第1讲 光电效应 波粒二象性.doc

【课程标准内容及要求】1.了解人类探索原子及其结构的历史。知道原子的核式结构模型。通过对氢原子光谱的分析，了解原子的能级结构。2.了解原子核的组成和核力的性质。知道四种基本相互作用。能根据质量数守恒核电荷守恒写出核反应方程。3.了解放射性和原子核衰变。知道半衰期及其统计意义。了解放射性同位素的应用，知道射线的危害与防护。4.认识原子核的结合能，了解核裂变反应和核聚变反应。关注核技术应用对人类生活和社会发展的影响。5.通过实验，了解光电效应现象。知道爱因斯坦光电效应方程及其意义。能根据实验结论说明光的波粒二象性。6.知道实物粒子具有波动性，了解微观世界的量子化特怔。体会量子论的建立对人们认识物质世界的影响。

第1讲光电效应波粒二象性

一、光电效应及其规律

1.光电效应现象

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，发射出来的电子叫光电子。

2.光电效应规律

(1)每种金属都有一个截止频率或极限频率，入射光的频率必须大于或等于这个极限频率才能产生光电效应。

(2)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。

(3)光电效应的发生几乎是瞬时的，一般不超过10－9s。

(4)当入射光的频率大于截止频率时，饱和光电流的大小与入射光的强度成正比。

二、爱因斯坦光电效应方程

1.光子说：在空间传播的光不是连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光子，光子的能量ε＝hν。

2.逸出功W0：电子从金属中逸出所需做功的最小值。

3.最大初动能：发生光电效应时，金属表面上的电子吸收光子后克服原子核的引力逸出时所具有的动能的最大值。

4.光电效应方程

(1)表达式：hν＝Ek＋W0或Ek＝hν－W0。

(2)物理意义：金属表面的电子吸收一个光子获得的能量是hν，这些能量的一部分用来克服金属的逸出功W0，剩下的表现为逸出后电子的最大初动能。

【自测】关于光电效应，下列说法正确的是()

A.只要入射光的强度足够强，就可以使金属发生光电效应

B.光子的能量大于金属的逸出功就可以使金属发生光电效应

C.照射时间越长光电子的最大初动能越大

D.光电子的最大初动能与入射光子的频率成正比

答案B

三、光的波粒二象性与物质波

1.光的波粒二象性

(1)光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有波动性。

(2)光电效应说明光具有粒子性。

(3)光既具有波动性，又具有粒子性，即光具有波粒二象性。

2.物质波

任何一个运动着的物体，小到微观粒子大到宏观物体都有一种波与它对应，其波长λ＝eq\f(h,p)，p为运动物体的动量，h为普朗克常量。

命题点一光电效应现象和方程的应用

1.“四点”提醒

(1)能否发生光电效应，不取决于光的强度而取决于光的频率。

(2)光电效应中的“光”不是特指可见光，也包括不可见光。

(3)逸出功的大小由金属本身决定，与入射光无关。

(4)光电子不是光子，而是电子。

2.“两条”关系

(1)光的强度大→光子数目多→发射光电子多→光电流大。

(2)光子频率高→光子能量大→产生光电子的最大初动能大→遏止电压大。

3.“三个”关系式

(1)爱因斯坦光电效应方程：Ek＝hν－W0。

(2)最大初动能与遏止电压的关系：

Ek＝eUc。

(3)逸出功与极限频率的关系：W0＝hνc。

【例1】(2021·1月江苏新高考适应性考试，14)我国中微子探测实验利用光电管把光信号转换成电信号。如图1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。

图1

(1)求光电子到达A时的最大动能Ekm；

(2)若每入射N个光子会产生1个光电子，所有的光电子都能到达A，求回路的电流强度I。

答案(1)eU＋hν－W0(2)eq\f(Pe,Nhν)

解析(1)根据光电效应方程，光电子离开K极的最大动能Ek＝hν－W0

光电子从K极到A极，由动能定理得

eU＝Ekm－Ek

联立得Ekm＝eU＋hν－W0

(2)t时间内，激光器发光的总功W＝Pt①

到达K极的光子总数N0＝eq\f(W,hν)②

逸出的电子总数Ne＝eq\f(N0,N)③

回路的电流强度I＝eq\f(Nee,t)④

由①②③④解得I＝eq\f(Pe,Nhν)。

【针对训练1】用如图2所示的实验装置研究光电效应现象。用光子能量为2.75eV的光照射到光电管上时发生了光电效应，电流表G的示数不为零，移动变阻器的触点c，发现当电压表的示数大于或等于1.7V时，电流表示数为零，则在该实验中()

图2

A.光电子的最大初动能为1.05eV

B.光电管阴极的逸出功为1.7eV

C.开关S断开，电流表G示数为零