第2節(jié) 光電效應(yīng)
一、新課標(biāo)要求
1.通過實(shí)驗(yàn)，了解光電效應(yīng)現(xiàn)象及其實(shí)驗(yàn)規(guī)律，以及光電效應(yīng)與電磁理論的矛盾。
2.知道愛因斯坦光電效應(yīng)方程及其意義。
3.了解康普頓效應(yīng)及其意義，了解光子的動(dòng)量。
4. 理解光的波粒二象性及其對(duì)立統(tǒng)一的關(guān)系，會(huì)用光的波粒二象性分析有關(guān)現(xiàn)象。
二、科學(xué)素養(yǎng)要求
1.物理觀念:知道光電效應(yīng)康普頓效應(yīng)、光子的概念以及光電效應(yīng)的規(guī)律，能解釋相關(guān)現(xiàn)象，樹立粒子性觀念。
2.科學(xué)思維:掌握光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律并能應(yīng)用愛因斯坦光電效應(yīng)方程解釋相關(guān)規(guī)律，提高分析問題、解決問題的能力。
3.科學(xué)探究:通過對(duì)光電效應(yīng)規(guī)律的探究，揭示實(shí)驗(yàn)規(guī)律，學(xué)會(huì)與他人合作交流，培養(yǎng)探究意識(shí)，提高實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α?br>4.科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：培養(yǎng)實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度和精神。
三、教材研習(xí)
要點(diǎn)一、光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律
（1）存在截止頻率：當(dāng)入射光的頻率減小到某一數(shù)值νc時(shí)，光電流消失，這表明已經(jīng)沒有光電子了。νc稱為截止頻率或極限頻率。實(shí)驗(yàn)表明，不同金屬的截止頻率①不同。
（2）存在飽和電流：在光照條件不變的情況下，隨著所加電壓的增大，光電流趨于一個(gè)飽和值。實(shí)驗(yàn)表明，在光的頻率不變的情況下，入射光越強(qiáng)，飽和電流②越大。
（3）存在遏止電壓：使光電流減小到0的反向電壓Uc③稱為遏止電壓。遏止電壓的存在意味著光電子具有一定的初速度。實(shí)驗(yàn)表明，同一種金屬對(duì)于一定頻率的光，無論光的強(qiáng)弱如何，遏止電壓都是一樣的。
要點(diǎn)二、逸出功
要使電子脫離某種金屬，需要外界對(duì)它做功，做功的最小值叫作這種金屬的逸出功④，用W0表示。不同種類的金屬，其逸出功的大小也不相同。
【自主思考】
①在研究光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，利用紫外線照射鋅板無論光的強(qiáng)度如何變化，驗(yàn)電器都有張角，而用紅光照射鋅板，無論光的強(qiáng)度如何變化，驗(yàn)電器總無張角，這說明了什么？
②發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)，電路中飽和電流的大小取決于入射光的強(qiáng)度，這種說法對(duì)嗎？
③用光照射光電管且能產(chǎn)生光電效應(yīng)，如果給光電管加上反向電壓，光電管中就沒有電流了嗎?
④同一頻率的光照射不同金屬，如果都能產(chǎn)生光電效應(yīng)，則逸出功越大的金屬產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能也越大嗎？
名師點(diǎn)睛
對(duì)光電效應(yīng)規(guī)律的理解
（1）光電子的最大初動(dòng)能與入射光頻率有關(guān)，與光的強(qiáng)弱無關(guān)。只有當(dāng)?ν>W0時(shí)，才有光電子逸出。
（2）電子一次性吸收光子的全部能量，不需要積累能量的時(shí)間。
（3）對(duì)于同種顏色的光，光較強(qiáng)時(shí)，包含的光子數(shù)較多，照射金屬時(shí)產(chǎn)生的光電子較多，因而飽和電流較大。
四、互動(dòng)探究
探究點(diǎn)一、光電效應(yīng)及其實(shí)驗(yàn)規(guī)律
情境探究
1.如圖是研究光電效應(yīng)的電路，陰極K和陽極A是密封在真空玻璃管中的兩個(gè)電極，K用銫做成，陰極K在受到光照時(shí)能夠發(fā)射光電子。電源加在K和A之間的電壓大小可以調(diào)整，正負(fù)極也可以對(duì)調(diào)。完成以下探究。
（1）保持A、K間電壓一定，在光的頻率不變的情況下，改變?nèi)肷涔獾膹?qiáng)度，光電流大小怎樣變化？
（2）保持A、K間電壓一定，再將光的強(qiáng)度保持不變，更換濾光片以改變?nèi)肷涔獾念l率，使光按藍(lán)光→綠光→紅光變化，會(huì)發(fā)現(xiàn)在藍(lán)光、綠光照射下有光電流，紅光照射下卻沒有光電流，這說明什么？
（3）在藍(lán)光的照射下，在A、K間加反向電壓，逐漸增大電壓，直至電流為0。改變藍(lán)光入射的強(qiáng)度，重復(fù)上述操作記錄下遏止電壓的值；然后維持光照強(qiáng)度不變，改變?nèi)肷涔忸l率，先采用藍(lán)光為入射光，再換用綠光，記錄下各個(gè)遏止電壓，會(huì)發(fā)現(xiàn)什么規(guī)律？
（4）遏止電壓不同反映了什么？
探究歸納
1.光電效應(yīng)中的幾組概念的理解
2.光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律
（1）發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)，入射光越強(qiáng)，飽和電流越大，即入射光越強(qiáng)，單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)越多。
（2）光電子的最大初動(dòng)能（或遏止電壓）與入射光的強(qiáng)度無關(guān)，只與入射光的頻率有關(guān)。入射光的頻率越高，光電子的最大初動(dòng)能越大，但最大初動(dòng)能與頻率不成正比。
（3）每一種金屬都有一個(gè)截止頻率（或極限頻率）νc，入射光的頻率必須大于νc才能發(fā)生光電效應(yīng)。頻率低于νc的入射光，無論光的強(qiáng)度有多大，照射時(shí)間有多長，都不能發(fā)生光電效應(yīng)。不同金屬的截止頻率不同。
（4）光電效應(yīng)具有瞬時(shí)性。
3.光電效應(yīng)與經(jīng)典電磁理論的矛盾
探究應(yīng)用
【典例】（多選）如圖所示為研究光電效應(yīng)規(guī)律的實(shí)驗(yàn)電路，電源的兩個(gè)電極分別與接線柱c、d連接。用一定頻率的單色光a照射光電管時(shí)，靈敏電流計(jì)G的指針會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，而且另一頻率的單色光b照射該光電管時(shí)，靈敏電流計(jì)G的指針不偏轉(zhuǎn)。下列說法正確的是( )
A.a光的頻率一定大于b光的頻率
B.源正極可能與c接線柱連接
C.用b光照射光電管時(shí)，一定沒有發(fā)生光電效應(yīng)
D.若靈敏電流計(jì)的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，則電流方向一定是由e→G→f
解題感悟
光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)規(guī)律的理解要點(diǎn)
（1）實(shí)驗(yàn)中電流計(jì)不偏轉(zhuǎn)可能是沒發(fā)生光電效應(yīng)，也可能發(fā)生了光電效應(yīng)但光電流為零。
（2）增大光的強(qiáng)度不會(huì)改變最大初動(dòng)能，只能增加光電子數(shù)。
（3）根據(jù)電子的移動(dòng)方向可明確電流的方向，注意電流的方向與電子的定向移動(dòng)方向相反。
遷移應(yīng)用
1.（2021甘肅金昌一中高三月考）如圖所示為用光電管研究光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)的電路圖，現(xiàn)用頻率為ν1的光照射陰極K，電流表中有電流通過，電路中的滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭為P。下列說法正確的是( )
A.當(dāng)P移動(dòng)到a端時(shí)，電流表中一定無電流通過
B.P向b端滑動(dòng)的過程，電流表示數(shù)可能不變
C.改用頻率小于ν1的光照射，電流表中一定有電流通過
D.改用頻率大于ν1的光照射，電流表中可能無電流通過
2.在研究光電效應(yīng)現(xiàn)象時(shí)，先后用兩種不同色光照射同一光電管，所得的光電流I與光電管兩端所加電壓U間的關(guān)系曲線如圖所示，下列說法正確的是( )
A.色光乙的頻率小、光強(qiáng)大
B.色光乙的頻率大、光強(qiáng)大
C.若色光乙的強(qiáng)度減為原來的一半，無論電壓多大，色光乙產(chǎn)生的光電流一定比色光甲產(chǎn)生的光電流小
D.若另一光電管所加的正向電壓不變，色光甲能產(chǎn)生光電流，則色光乙一定能產(chǎn)生光電流
探究點(diǎn)二、光電效應(yīng)方程的理解和應(yīng)用
情境探究
1.用如圖所示的裝置研究光電效應(yīng)現(xiàn)象，某同學(xué)用光子能量為2.75 eV的光照射到光電管上時(shí)發(fā)生了光電效應(yīng)，電流表的示數(shù)不為零，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭，發(fā)現(xiàn)當(dāng)電壓表的示數(shù)大于或等于1.7 V時(shí)，電流表示數(shù)為0。
（1）光電子的最大初動(dòng)能是多少？遏止電壓為多少？光電管陰極的逸出功又是多少？
（2）當(dāng)滑動(dòng)觸頭向a端滑動(dòng)時(shí)，光電流怎樣變化？
（3）當(dāng)入射光的頻率增大時(shí)，光電子的最大初動(dòng)能如何變化？遏止電壓如何變化？
（4）愛因斯坦光電效應(yīng)方程給出了光電子的最大初動(dòng)能Ek與入射光的頻率ν的關(guān)系，但是，很難直接測(cè)量光電子的動(dòng)能，容易測(cè)量的是遏止電壓Uc，怎樣得到Uc與ν、W0的關(guān)系？
探究歸納
1.光電效應(yīng)方程Ek=hν?W0的理解
（1）方程中的Ek是光電子的最大初動(dòng)能，就某個(gè)光電子而言，其離開金屬時(shí)剩余動(dòng)能大小可以是0～Ek范圍內(nèi)的任何數(shù)值。
（2）光電效應(yīng)方程實(shí)質(zhì)上是能量守恒方程。能量為E=?ν的光子被電子吸收，電子把這些能量的一部分用來克服金屬表面對(duì)它的吸引，另一部分就是電子離開金屬表面時(shí)的動(dòng)能。如果克服吸引力做功最少為W0，則電子離開金屬表面時(shí)動(dòng)能最大為Ek，根據(jù)能量守恒定律可知：Ek=?ν?W0。
（3）光電效應(yīng)方程包含了產(chǎn)生光電效應(yīng)的條件。若發(fā)生光電效應(yīng)，則光電子的最大初動(dòng)能必須大于零，即Ek=?ν?W0>0，亦即?ν>W0，ν>W0?=νc，而νc=W0?恰好是光電效應(yīng)的截止頻率。
2.光電效應(yīng)幾種圖像的對(duì)比
3.光電效應(yīng)規(guī)律中的兩條線索、兩個(gè)關(guān)系
（1）兩條線索
（2）兩個(gè)關(guān)系
光強(qiáng)→光子數(shù)目多→發(fā)射光電子多→光電流大；
光子頻率高→光子能量大→產(chǎn)生光電子的最大初動(dòng)能大。
探究應(yīng)用
【典例】利用如圖所示的電路研究光電效應(yīng)現(xiàn)象，其中電極K由某種金屬制成，其逸出功為6.6 eV，用某一頻率的光照射時(shí)，逸出光電子的最大初動(dòng)能為5.0 eV，電流表的示數(shù)為I。已知普朗克常量約為6.6×10?34J?s，下列說法正確的是( )
A.該金屬發(fā)生光電效應(yīng)的極限頻率約為1.6×1015Hz
B.若入射光頻率減半，將不發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象
C.若入射光頻率加倍，電流表的示數(shù)變?yōu)?I
D.若入射光頻率加倍，遏止電壓的大小將變?yōu)?0 V
遷移應(yīng)用
1.（多選）（2021四川內(nèi)江六中高三開學(xué)考試）用圖甲所示的裝置研究光電效應(yīng)，閉合開關(guān)S，用頻率為ν的光照射光電管時(shí)發(fā)生了光電效應(yīng)。圖乙是該光電管發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)光電子的最大初動(dòng)能Ek與入射光頻率ν的關(guān)系圖像，圖線與橫軸的交點(diǎn)坐標(biāo)為(a,0)，與縱軸的交點(diǎn)坐標(biāo)為(0,?b)。下列說法正確的是( )
A.該光電管陰極的極限頻率為a
B.普朗克常量為?=ab
C.斷開開關(guān)S后，靈敏電流表G的示數(shù)一定為零
D.僅增大入射光的頻率，則遏止電壓也隨之增大
探究點(diǎn)三、康普頓效應(yīng)
情境探究
1.康普頓效應(yīng)證實(shí)了光子不僅具有能量，也有動(dòng)量。如圖給出了光子與靜止電子碰撞后，電子的運(yùn)動(dòng)方向。
（1）則碰后光子可能沿圖中1、2、3中哪個(gè)方向運(yùn)動(dòng)。
（2）碰后光子的波長怎樣變化？
探究歸納
1.康普頓效應(yīng)的幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)
（1）光電效應(yīng)主要用于電子吸收光子的問題；而康普頓效應(yīng)主要用于討論光子與電子碰撞且沒有被電子吸收的問題。
（2）光子不僅具有能量，也具有動(dòng)量，在與其他微粒作用過程中遵循能量守恒定律和動(dòng)量守恒定律。
（3）假定X射線光子與電子發(fā)生彈性碰撞。光子和電子相碰撞時(shí)，光子有一部分能量傳給電子，散射光子的能量減少，于是散射光的波長大于入射光的波長。
（4）康普頓效應(yīng)進(jìn)一步揭示了光的粒子性，也再次證明了愛因斯坦光子說的正確性。
2.光子的能量和動(dòng)量
能量ε和動(dòng)量p是描述物質(zhì)的粒子性的重要物理量；波長 λ和頻率ν是描述物質(zhì)的波動(dòng)性的典型物理量。ε=?ν和p=?λ揭示了光的粒子性和波動(dòng)性之間的密切關(guān)系。
探究應(yīng)用
【典例】 (多選)美國物理學(xué)家康普頓在研究石墨對(duì)X射線的散射時(shí)，發(fā)現(xiàn)在散射的X射線中，除了與入射波長λ0相同的成分外，還有波長大于λ0的成分，這個(gè)現(xiàn)象稱為康普頓效應(yīng)。關(guān)于康普頓效應(yīng)，以下說法正確的是( )
A.康普頓效應(yīng)說明光子具有動(dòng)量
B.康普頓效應(yīng)現(xiàn)象說明光具有波動(dòng)性
C.康普頓效應(yīng)現(xiàn)象說明光具有粒子性
D.當(dāng)光子與晶體中的電子碰撞后，其能量增加
遷移應(yīng)用
1.科學(xué)研究證明，光子有能量也有動(dòng)量，當(dāng)光子與電子碰撞時(shí)，光子的一些能量轉(zhuǎn)移給了電子。假設(shè)光子與電子碰撞前的波長為λ，碰撞后的波長為λ'，則碰撞過程中( )
A.能量守恒，動(dòng)量守恒，且λ=λ'
B.能量不守恒，動(dòng)量不守恒，且λ=λ'
C.能量守恒，動(dòng)量守恒，且λW0時(shí)，才有光電子逸出。
（2）電子一次性吸收光子的全部能量，不需要積累能量的時(shí)間。
（3）對(duì)于同種顏色的光，光較強(qiáng)時(shí)，包含的光子數(shù)較多，照射金屬時(shí)產(chǎn)生的光電子較多，因而飽和電流較大。
四、互動(dòng)探究
探究點(diǎn)一、光電效應(yīng)及其實(shí)驗(yàn)規(guī)律
情境探究
1.如圖是研究光電效應(yīng)的電路，陰極K和陽極A是密封在真空玻璃管中的兩個(gè)電極，K用銫做成，陰極K在受到光照時(shí)能夠發(fā)射光電子。電源加在K和A之間的電壓大小可以調(diào)整，正負(fù)極也可以對(duì)調(diào)。完成以下探究。
（1）保持A、K間電壓一定，在光的頻率不變的情況下，改變?nèi)肷涔獾膹?qiáng)度，光電流大小怎樣變化？
（2）保持A、K間電壓一定，再將光的強(qiáng)度保持不變，更換濾光片以改變?nèi)肷涔獾念l率，使光按藍(lán)光→綠光→紅光變化，會(huì)發(fā)現(xiàn)在藍(lán)光、綠光照射下有光電流，紅光照射下卻沒有光電流，這說明什么？
（3）在藍(lán)光的照射下，在A、K間加反向電壓，逐漸增大電壓，直至電流為0。改變藍(lán)光入射的強(qiáng)度，重復(fù)上述操作記錄下遏止電壓的值；然后維持光照強(qiáng)度不變，改變?nèi)肷涔忸l率，先采用藍(lán)光為入射光，再換用綠光，記錄下各個(gè)遏止電壓，會(huì)發(fā)現(xiàn)什么規(guī)律？
（4）遏止電壓不同反映了什么？
答案：（1）入射光越強(qiáng)，光電流越大，說明入射光單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射的光子數(shù)多，光電子個(gè)數(shù)只與光的強(qiáng)度有關(guān)。
（2）在藍(lán)光、綠光照射下有光電流，紅光則沒有，說明入射光的頻率低于某一頻率時(shí)將不能產(chǎn)生光電效應(yīng)，即金屬能否發(fā)生光電效應(yīng)，取決于入射光的頻率。
（3）用藍(lán)光照射，不管光強(qiáng)如何，遏止電壓相等；由藍(lán)光換成綠光，遏止電壓減小，說明遏止電壓與入射光的強(qiáng)度無關(guān)，只與入射光的頻率有關(guān)。
（4）遏止電壓的大小對(duì)應(yīng)著光電子的最大初動(dòng)能，其關(guān)系為eUc=12mevc2。遏止電壓不同說明光電子最大能量只與入射光頻率有關(guān)。
探究歸納
1.光電效應(yīng)中的幾組概念的理解
2.光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律
（1）發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)，入射光越強(qiáng)，飽和電流越大，即入射光越強(qiáng)，單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)越多。
（2）光電子的最大初動(dòng)能（或遏止電壓）與入射光的強(qiáng)度無關(guān)，只與入射光的頻率有關(guān)。入射光的頻率越高，光電子的最大初動(dòng)能越大，但最大初動(dòng)能與頻率不成正比。
（3）每一種金屬都有一個(gè)截止頻率（或極限頻率）νc，入射光的頻率必須大于νc才能發(fā)生光電效應(yīng)。頻率低于νc的入射光，無論光的強(qiáng)度有多大，照射時(shí)間有多長，都不能發(fā)生光電效應(yīng)。不同金屬的截止頻率不同。
（4）光電效應(yīng)具有瞬時(shí)性。
3.光電效應(yīng)與經(jīng)典電磁理論的矛盾
探究應(yīng)用
【典例】（多選）如圖所示為研究光電效應(yīng)規(guī)律的實(shí)驗(yàn)電路，電源的兩個(gè)電極分別與接線柱c、d連接。用一定頻率的單色光a照射光電管時(shí)，靈敏電流計(jì)G的指針會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，而且另一頻率的單色光b照射該光電管時(shí)，靈敏電流計(jì)G的指針不偏轉(zhuǎn)。下列說法正確的是( )
A.a光的頻率一定大于b光的頻率
B.源正極可能與c接線柱連接
C.用b光照射光電管時(shí)，一定沒有發(fā)生光電效應(yīng)
D.若靈敏電流計(jì)的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，則電流方向一定是由e→G→f
答案：A ; B ; D
解析：電源的接法不知道，可能為負(fù)向電壓，即電源的正極與c接線柱連接，對(duì)光電子做負(fù)功，單色光a照射光電管能夠使靈敏電流計(jì)偏轉(zhuǎn)，說明光電子的動(dòng)能大，a光的頻率大；b光照射光電管不能使靈敏電流計(jì)偏轉(zhuǎn)，可能發(fā)生了光電效應(yīng)，只不過是產(chǎn)生的光電子動(dòng)能小，無法到達(dá)陽極，即b光的頻率小，故A、B兩項(xiàng)正確，C項(xiàng)錯(cuò)誤；電流的方向與負(fù)電荷定向移動(dòng)的方向相反，若靈敏電流計(jì)的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，則電流方向一定是由e→G→f，故D項(xiàng)正確。
解題感悟
光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)規(guī)律的理解要點(diǎn)
（1）實(shí)驗(yàn)中電流計(jì)不偏轉(zhuǎn)可能是沒發(fā)生光電效應(yīng)，也可能發(fā)生了光電效應(yīng)但光電流為零。
（2）增大光的強(qiáng)度不會(huì)改變最大初動(dòng)能，只能增加光電子數(shù)。
（3）根據(jù)電子的移動(dòng)方向可明確電流的方向，注意電流的方向與電子的定向移動(dòng)方向相反。
遷移應(yīng)用
1.（2021甘肅金昌一中高三月考）如圖所示為用光電管研究光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)的電路圖，現(xiàn)用頻率為ν1的光照射陰極K，電流表中有電流通過，電路中的滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭為P。下列說法正確的是( )
A.當(dāng)P移動(dòng)到a端時(shí)，電流表中一定無電流通過
B.P向b端滑動(dòng)的過程，電流表示數(shù)可能不變
C.改用頻率小于ν1的光照射，電流表中一定有電流通過
D.改用頻率大于ν1的光照射，電流表中可能無電流通過
答案：B
解析：當(dāng)P移動(dòng)到a端時(shí)，由光電效應(yīng)，仍然有光電流產(chǎn)生，電流表中仍有電流通過，A項(xiàng)錯(cuò)誤；滑動(dòng)觸頭向b端滑動(dòng)的過程，陽極A吸收光電子的能力增強(qiáng)，光電流會(huì)增大，當(dāng)射出的所有光電子都能到達(dá)陽極A時(shí)，光電流達(dá)到最大，即飽和電流，若在滑動(dòng)P前，光電流已經(jīng)達(dá)到飽和，則P向b端滑動(dòng)的過程中，電流表示數(shù)不變，B項(xiàng)正確；因?yàn)椴恢狸帢OK的截止頻率，所以改用頻率小于ν1的光照射時(shí)，不一定能發(fā)生光電效應(yīng)，電流表中不一定有電流通過，C項(xiàng)錯(cuò)誤；改用頻率大于ν1的光照射時(shí)，依然能夠發(fā)生光電效應(yīng)，電流表中一定有電流通過，D項(xiàng)錯(cuò)誤。
2.在研究光電效應(yīng)現(xiàn)象時(shí)，先后用兩種不同色光照射同一光電管，所得的光電流I與光電管兩端所加電壓U間的關(guān)系曲線如圖所示，下列說法正確的是( )
A.色光乙的頻率小、光強(qiáng)大
B.色光乙的頻率大、光強(qiáng)大
C.若色光乙的強(qiáng)度減為原來的一半，無論電壓多大，色光乙產(chǎn)生的光電流一定比色光甲產(chǎn)生的光電流小
D.若另一光電管所加的正向電壓不變，色光甲能產(chǎn)生光電流，則色光乙一定能產(chǎn)生光電流
答案：D
解析：由題中圖像可得用色光乙照射光電管時(shí)遏止電壓大，所以色光乙的頻率大。由題中圖像可知，色光甲的飽和光電流大于色光乙的飽和光電流，故色光甲的光強(qiáng)大于色光乙的光強(qiáng)，A、B項(xiàng)錯(cuò)誤；如果使色光乙的強(qiáng)度減半，則只是色光乙的飽和光電流減小，在特定的電壓下，色光乙產(chǎn)生的光電流不一定比色光甲產(chǎn)生的光電流小，C項(xiàng)錯(cuò)誤；因色光乙的頻率大于色光甲的，故另一個(gè)光電管加一定的正向電壓，如果色光甲能使該光電管產(chǎn)生光電流，則色光乙一定能使該光電管產(chǎn)生光電流，D項(xiàng)正確。
探究點(diǎn)二、光電效應(yīng)方程的理解和應(yīng)用
情境探究
1.用如圖所示的裝置研究光電效應(yīng)現(xiàn)象，某同學(xué)用光子能量為2.75 eV的光照射到光電管上時(shí)發(fā)生了光電效應(yīng)，電流表的示數(shù)不為零，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭，發(fā)現(xiàn)當(dāng)電壓表的示數(shù)大于或等于1.7 V時(shí)，電流表示數(shù)為0。
（1）光電子的最大初動(dòng)能是多少？遏止電壓為多少？光電管陰極的逸出功又是多少？
（2）當(dāng)滑動(dòng)觸頭向a端滑動(dòng)時(shí)，光電流怎樣變化？
（3）當(dāng)入射光的頻率增大時(shí)，光電子的最大初動(dòng)能如何變化？遏止電壓如何變化？
（4）愛因斯坦光電效應(yīng)方程給出了光電子的最大初動(dòng)能Ek與入射光的頻率ν的關(guān)系，但是，很難直接測(cè)量光電子的動(dòng)能，容易測(cè)量的是遏止電壓Uc，怎樣得到Uc與ν、W0的關(guān)系？
答案：（1）遏止電壓就是使光電流減小到0的反向電壓，即1.7 V；光電子的最大初動(dòng)能Ek=eUc=1.7 eV；根據(jù)愛因斯坦的光電效應(yīng)方程可得W0=?ν?Ek=2.75 eV?1.7 eV=1.05 eV。
（2）當(dāng)滑動(dòng)觸頭向a端滑動(dòng)時(shí)，反向電壓減小，光電流變大。
（3）根據(jù)愛因斯坦的光電效應(yīng)方程Ek=?ν?W0，ν變大，Ek變大；又根據(jù)Ek=eUc，遏止電壓變大。
（4）遏止電壓Uc與最大初動(dòng)能的關(guān)系式：Ek=eUc，光電效應(yīng)方程Ek=?ν?W0。將以上兩個(gè)方程整理得Uc=?νe?W0e。
探究歸納
1.光電效應(yīng)方程Ek=hν?W0的理解
（1）方程中的Ek是光電子的最大初動(dòng)能，就某個(gè)光電子而言，其離開金屬時(shí)剩余動(dòng)能大小可以是0～Ek范圍內(nèi)的任何數(shù)值。
（2）光電效應(yīng)方程實(shí)質(zhì)上是能量守恒方程。能量為E=?ν的光子被電子吸收，電子把這些能量的一部分用來克服金屬表面對(duì)它的吸引，另一部分就是電子離開金屬表面時(shí)的動(dòng)能。如果克服吸引力做功最少為W0，則電子離開金屬表面時(shí)動(dòng)能最大為Ek，根據(jù)能量守恒定律可知：Ek=?ν?W0。
（3）光電效應(yīng)方程包含了產(chǎn)生光電效應(yīng)的條件。若發(fā)生光電效應(yīng)，則光電子的最大初動(dòng)能必須大于零，即Ek=?ν?W0>0，亦即?ν>W0，ν>W0?=νc，而νc=W0?恰好是光電效應(yīng)的截止頻率。
2.光電效應(yīng)幾種圖像的對(duì)比
3.光電效應(yīng)規(guī)律中的兩條線索、兩個(gè)關(guān)系
（1）兩條線索
（2）兩個(gè)關(guān)系
光強(qiáng)→光子數(shù)目多→發(fā)射光電子多→光電流大；
光子頻率高→光子能量大→產(chǎn)生光電子的最大初動(dòng)能大。
探究應(yīng)用
【典例】利用如圖所示的電路研究光電效應(yīng)現(xiàn)象，其中電極K由某種金屬制成，其逸出功為6.6 eV，用某一頻率的光照射時(shí)，逸出光電子的最大初動(dòng)能為5.0 eV，電流表的示數(shù)為I。已知普朗克常量約為6.6×10?34J?s，下列說法正確的是( )
A.該金屬發(fā)生光電效應(yīng)的極限頻率約為1.6×1015Hz
B.若入射光頻率減半，將不發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象
C.若入射光頻率加倍，電流表的示數(shù)變?yōu)?I
D.若入射光頻率加倍，遏止電壓的大小將變?yōu)?0 V
答案：A ; B
解析：根據(jù)W0=?ν0得該金屬發(fā)生光電效應(yīng)的極限頻率約為ν0=6.6×1.6×10?196.63×10?34Hz≈1.6×1015Hz，故A項(xiàng)正確；由光電效應(yīng)方程Ekm=?ν?W0可得ν=Ekm+W0?=(5.0+6.6)×1.6×10?196.63×10?34Hz≈2.8×1015Hz，若入射光頻率減半即1.4×1015Hz，小于該金屬發(fā)生光電效應(yīng)的極限頻率，則不能發(fā)生光電效應(yīng)，故B項(xiàng)正確；在能發(fā)生光電效應(yīng)的前提下，電流表的示數(shù)與光電管的電壓和入射光的強(qiáng)度有關(guān)，與入射光的頻率無關(guān)，故C項(xiàng)錯(cuò)誤；頻率加倍前，入射光的能量?ν=Ekm+W0=11.6 eV，頻率加倍后，入射光能量為2?ν=23.2 eV，最大初動(dòng)能為Ekm'=2?ν?W0=16.6 eV，根據(jù)Ue=Ekm'，
可知遏止電壓的大小為U=16.6×1.6×10?191.6×10?19V=16.6 V，故D項(xiàng)錯(cuò)誤。
遷移應(yīng)用
1.（多選）（2021四川內(nèi)江六中高三開學(xué)考試）用圖甲所示的裝置研究光電效應(yīng)，閉合開關(guān)S，用頻率為ν的光照射光電管時(shí)發(fā)生了光電效應(yīng)。圖乙是該光電管發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)光電子的最大初動(dòng)能Ek與入射光頻率ν的關(guān)系圖像，圖線與橫軸的交點(diǎn)坐標(biāo)為(a,0)，與縱軸的交點(diǎn)坐標(biāo)為(0,?b)。下列說法正確的是( )
A.該光電管陰極的極限頻率為a
B.普朗克常量為?=ab
C.斷開開關(guān)S后，靈敏電流表G的示數(shù)一定為零
D.僅增大入射光的頻率，則遏止電壓也隨之增大
答案：A ; D
解析：根據(jù)光電效應(yīng)方程Ek=?ν?W0，當(dāng)Ek=0時(shí)，對(duì)應(yīng)的ν值是極限頻率，此時(shí)ν=a，所以該光電管陰極的極限頻率為a，A項(xiàng)正確；根據(jù)光電效應(yīng)方程Ek=?ν?W0，圖線的斜率即普朗克常量?=ba，B項(xiàng)錯(cuò)誤；沒有外加電壓，只要能發(fā)生光電效應(yīng)，光電子就能到達(dá)另一極板，靈敏電流表示數(shù)就不為零，C項(xiàng)錯(cuò)誤；僅增大入射光頻率，能量增大，最大初動(dòng)能增大，eUc=Ek，遏止電壓也隨之增大，故D項(xiàng)正確。
探究點(diǎn)三、康普頓效應(yīng)
情境探究
1.康普頓效應(yīng)證實(shí)了光子不僅具有能量，也有動(dòng)量。如圖給出了光子與靜止電子碰撞后，電子的運(yùn)動(dòng)方向。
（1）則碰后光子可能沿圖中1、2、3中哪個(gè)方向運(yùn)動(dòng)。
（2）碰后光子的波長怎樣變化？
答案：（1）因光子與電子在碰撞過程中動(dòng)量守恒，所以碰撞之后光子和電子的總動(dòng)量的方向與光子碰前動(dòng)量的方向一致，可知碰后光子運(yùn)動(dòng)的方向可能沿1方向，不可能沿2或3方向。
（2）通過碰撞，光子將一部分能量轉(zhuǎn)移給電子，能量減少，由E=?ν知，頻率變小，再根據(jù)c=λν知，波長變長。
探究歸納
1.康普頓效應(yīng)的幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)
（1）光電效應(yīng)主要用于電子吸收光子的問題；而康普頓效應(yīng)主要用于討論光子與電子碰撞且沒有被電子吸收的問題。
（2）光子不僅具有能量，也具有動(dòng)量，在與其他微粒作用過程中遵循能量守恒定律和動(dòng)量守恒定律。
（3）假定X射線光子與電子發(fā)生彈性碰撞。光子和電子相碰撞時(shí)，光子有一部分能量傳給電子，散射光子的能量減少，于是散射光的波長大于入射光的波長。
（4）康普頓效應(yīng)進(jìn)一步揭示了光的粒子性，也再次證明了愛因斯坦光子說的正確性。
2.光子的能量和動(dòng)量
能量ε和動(dòng)量p是描述物質(zhì)的粒子性的重要物理量；波長 λ和頻率ν是描述物質(zhì)的波動(dòng)性的典型物理量。ε=?ν和p=?λ揭示了光的粒子性和波動(dòng)性之間的密切關(guān)系。
探究應(yīng)用
【典例】 (多選)美國物理學(xué)家康普頓在研究石墨對(duì)X射線的散射時(shí)，發(fā)現(xiàn)在散射的X射線中，除了與入射波長λ0相同的成分外，還有波長大于λ0的成分，這個(gè)現(xiàn)象稱為康普頓效應(yīng)。關(guān)于康普頓效應(yīng)，以下說法正確的是( )
A.康普頓效應(yīng)說明光子具有動(dòng)量
B.康普頓效應(yīng)現(xiàn)象說明光具有波動(dòng)性
C.康普頓效應(yīng)現(xiàn)象說明光具有粒子性
D.當(dāng)光子與晶體中的電子碰撞后，其能量增加
答案：A ; C
解析：康普頓效應(yīng)說明光具有粒子性，B項(xiàng)錯(cuò)誤，A、C項(xiàng)正確；光子與晶體中的電子碰撞時(shí)滿足動(dòng)量守恒和能量守恒，故二者碰撞后，光子要把部分能量轉(zhuǎn)移給電子，光子的能量會(huì)減少，D項(xiàng)錯(cuò)誤。
遷移應(yīng)用
1.科學(xué)研究證明，光子有能量也有動(dòng)量，當(dāng)光子與電子碰撞時(shí)，光子的一些能量轉(zhuǎn)移給了電子。假設(shè)光子與電子碰撞前的波長為λ，碰撞后的波長為λ'，則碰撞過程中( )
A.能量守恒，動(dòng)量守恒，且λ=λ'
B.能量不守恒，動(dòng)量不守恒，且λ=λ'
C.能量守恒，動(dòng)量守恒，且λ

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2 光電效應(yīng)

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