130光电效应与波粒二象性 精讲精练-2022届高三物理一轮复习疑难突破微专题

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130 光电效应与波粒二象性
一.必备知识
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时不发生光电效应。不同金属的截止频
率不同，即截止频率与金属自身的性质有关。
(2)存在饱和电流：在光照条件不变的情况下，随着所加电压的增大，光电流趋于一个饱
和值，即在一定的光照条件下，单位时间阴极 K 发射的光电子的数目是一定的。实验表明，
光的频率一定时，入射光越强，饱和电流越大，单位时间内发射的光电子数越多。
(3)存在遏止电压：使光电流减小到 0 的反向电压
U
c称为遏止电压。遏止电压的存在意味
着光电子的初动能有最大值，
E
km＝
m
e
v
＝
eU
c，称为光电子的最大初动能。实验表明，遏止电压
(或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。
(4)光电效应具有瞬时性：当入射光的频率超过截止频率
ν
c时，无论入射光怎样微弱，
光电效应几乎是瞬时发生的。
4.爱因斯坦光电效应方程
（1）光子说
光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，频率为
ν
的光的能量为
hν
，其中
h
＝
6.63×10－34 J·s(称为普朗克常量)。这些能量子后来称为光子。
（2）逸出功
W
0
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。
（3）光电子的最大初动能
在光电效应中，金属中的电子吸收光子后，除了要克服金属的逸出功外，有时还要克服
原子的其他束缚而做功，这时光电子的初动能就比较小；当逸出过程只克服金属的逸出功而
逸出时，光电子的初动能称为最大初动能。
（4）爱因斯坦光电效应方程
表达式：
E
k＝
hν
－
W
0。
物理意义：金属表面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
W
0的能量被电子用来脱离金属，剩下的是逸出后电子的最大初动能
E
k＝
m
e
v
2。
(5)对光电效应规律的解释
对应规律 对规律的解释
存在截止频率
ν
c
电子从金属表面逸出，必须克服金属的逸出功
W
0，则入射光
子的能量不能小于
W
0，对应的频率必须不小于
ν
c＝，即截止
频率
光电子的最大初动能随着入
射光频率的增大而增大，与
入射光的强度无关
电子吸收光子能量后，一部分用来克服金属的逸出功，剩余
部分表现为光电子的初动能，只有直接从金属表面飞出的光
电子才具有最大初动能。对于确定的金属，
W
0是一定的，故光
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130 光电效应与波粒二象性
电子的最大初动能只随入射光频率的增大而增大，和光强无
关
光电效应具有瞬时性 光照射金属时，电子一次性吸收光子的全部能量，不需要积
累能量的时间
光较强时饱和电流较大
对于同种频率的光，光较强时，单位时间内照射到金属表面
的光子数较多，照射金属时产生的光电子较多，因而饱和电
流较大
（6）三个关系式
爱因斯坦光电效应方程：
E
k＝
hν
－
W
0。
最大初动能与遏止电压的关系：
E
k＝
eU
c。
逸出功与极限频率的关系：
W
0＝
hν
c。
（7）两条对应关系
光强大(频率一定时)→光子数目多→发射光电子多→饱和光电流大。
光子频率高→光子能量大→光电子的最大初动能大。
（8）光电效应的图像分析
图像名称 图线形状 由图线可直接(或
间接)得到的物理量
光电子的最大初动能
E
k
与入射光的频率
ν
的
关系图线
① 极限频率
ν
c：图线与
ν
轴交点的横
坐标
② 逸出功
W
0：图线与
E
k轴交点的纵坐标
的绝对值，
W
0＝|－
E
|＝
E
③普朗克常量
h
：图线的斜率
k
＝
h
颜色相同、强度不同
的光，光电流与电压
的关系图线
① 遏止电压
U
c：图线与横轴的交点的横
坐标的值
② 饱和光电流
I
m：电流的最大值
③最大初动能：
E
km＝
eU
c
颜色不同、强度相同
的光，光电流与电压
的关系图线
① 遏止电压
U
c1、
U
c2
② 饱和光电流
③最大初动能
E
k1＝
eU
c1，
E
k2＝
eU
c2
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130 光电效应与波粒二象性
遏止电压
U
c与入射光
的频率
ν
的关系图线
① 截止频率
ν
c：图线与横轴的交点的
横坐标的值
② 遏止电压
U
c：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)
5．光的波粒二象性
(1)光的干涉、衍射、偏振现象说明光具有波动性。
(2)光电效应和康普顿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。
(4)光子的能量
ε
＝
hν
，光子的动量
p
＝。
6．物质波
(1)1924 年，法国物理学家德布罗意提出：实物粒子也具有波动性，即每一个运动的粒
子都与一个对应的波相联系，这种波叫作物质波，也叫德布罗意波。所以实物粒子也具有波
粒二象性。
(2)粒子的能量
ε
和动量
p
跟它所对应的波的频率
ν
和波长
λ
之间，遵从的关系为：
ν
＝；
λ
＝。
二.典型例题
题型一： 光电效应现象
例1(人教版选择性必修第三册·P71·问题改编)(多选)如图所示，用导线把不带电的验
电器与锌板相连接，当用紫外线照射锌板时，发生的现象是(　　)
A．有光子从锌板逸出 B．有电子从锌板逸出
C．验电器指针张开一个角度 D．锌板带负电
答案　BC
解析　用紫外线照射锌板时，锌板里的电子吸收紫外线的能 量
从锌板表面逸出，称之为光电子，故 A 错误，B 正确；锌板与验 电
器相连，带有相同电性的电荷，锌板失去电子带正电，且失去的 电
子越多，带正电的电荷量越多，验电器指针张角越大，故 C 正确，D 错误。
题型二：光电效应实验电路与 Ue-ν 图像
例2　利用如图甲所示的电路完成光电效应实验，金属的遏止电压
U
c与入射光频率
ν
的
关系如图乙所示，图乙中
U
1、
ν
1、
ν
0均已知，电子电荷量用
e
表示。下列说法正确的是(
)
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摘要：

130光电效应与波粒二象性一.必备知识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时不发生光电效应。不同金属的截止频率不同，即截止频率与金属自身的性质有关。(2)存在饱和电流：在光照条件不变的情况下，随着所加电压的增大，光电流趋于一个饱和值，即在一定的光照条件下，单位时间阴极K发射的光电子的数目是一定的。实验表明，光的频率一定时，入射光越强，饱和电流越大，单位时间内发射的光电子数越多。(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。遏止电压的存在意味...

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