高中物理必备知识点 光的粒子性总结

17．2 科学的转折：光的粒子性

（一）知识巩固：

1．光电效应

概念：在光(包括不可见光)的照射下，从物体发射电子的现象叫做光电

效应。发射出来的电子叫做光电子。

2．光电效应的实验规律

（1）光电效应实验

光线经石英窗照在阴极上，便有电子逸出，光电子在电场作用下形成光电流。

概念：遏止电压

将开关反接，电场反向，则光电子离开阴极后将受反向电场阻碍作用。

当 K 、A 间加反向电压，光电子克服电场力作功，当电压达到某一值 U c 时，

光电流恰为0。 U c 称遏止电压。根据动能定理，有 （2）光电效应实验规律

① 光电流与光强的关系饱和光电流强度与入射光强度成正比。

② 截止频率ν c ----极限频率

对于每种金属材料，都相应的有一确定的截止频率ν c 。

当入射光频率ν>νc 时，电子才能逸出金属表面；当入射光频率ν <νc 时，无论光强多大也无电子逸出金属表面。

③ 光电效应是瞬时的。从光开始照射到光电子逸出所需时间<10-9s 。

3．光电效应解释中的疑难

经典理论无法解释光电效应的实验结果。

为了解释光电效应，爱因斯坦在能量子假说的基础上提出光子理论，提出了光量子假设。

4．爱因斯坦的光量子假设

（1）内容光不仅在发射和吸收时以能量为h ν的微粒形式出现，而且在空间传播时也是如此。也就是说，频率为ν 的光是由大量能量为 E =h ν的光子组成的粒子流，这些光子沿光的传播方向以光速 c 运动。

（2）爱因斯坦光电效应方程在光电效应中金属中的电子吸收了光子的能量，一部分消耗

在电子逸出功W 0，另一部分变为光电子逸出后的动能 E k 。由能量守恒可得出：

（3）爱因斯坦对光电效应的解释：

①光强大，光子数多，释放的光电子也多，所以光电流也大。

②电子只要吸收一个光子就可以从金属表面逸出，所以不需时间的累积。

③从方程可以看出光电子初动能和照射光的频率成线性关系 ④从光电效应方程中，当初动能为零时，可得极限频率：h

W c 0=ν

22

1c e v m c eU =0

W E h k +=ν

5．康普顿效应

（1）光的散射

光在介质中与物质微粒相互作用，因而传播方向发生改变，这种现象叫做光的散射。

（2）康普顿效应1923年康普顿在做 X 射线通过物质散射的实验时，发现散射线中除有与入射线波长相同的射线外，还有比入射线波长更长的射线，其波长的改变量与散射角有关，

而与入射线波长和散射物质都无关。

例一:现有a 、b 、c 三束单色光，其波长关系为λa >λb >λc ，用b 光束照射某种金属时，恰能发生光电效应。若分别用a 光束和c 光束照射该金属，则可以断定 ( )

A 。a 光速照射时，不能发生光电效应

B ．c 光束照射时，不能发生光电效应

C ．a 光束照射时，释放出的光电子数目最多

D ．c 光束照射时，释放出的光电子的最大初动能最小 ．

[解析] 由a 、b 、c 三束单色光的波长关系λa >λb >λc ，及波长、频率的关系知：三束单色光的频率关系为：v a

[答案] A

跟踪训练：已知某金属表面接受波长为λ和2λ的单色光照射时，释放出光电子的最大初动能分别为30eV 和10eV ，求能使此种金属表面产生光电效应的入射光的极限波长为多少? 答案：4λ

课本例题P36 e W 0

h W 0

课后练习：

1．在演示光电效应的实验中，原来不带电的一块锌板与灵敏验电器相连，用弧光灯照射锌板时，验电器的指针张开了一个角度，如图所示，这时 ( )

A 。锌板带正电，指针带负电

B ．锌板带正电，指针带正电

C ．锌板带负电，指针带负电

2mc E = λ

ννh c h c c h mc P ==?==∴2νh E =2c h m ν

=∴

D．锌板带负电，指针带正电

2．利用光子说对光电效应的解释，下列说法正确的是( )

A．金属表面的一个电子只能吸收一个光子

B．电子吸收光子后一定能从金属表面逸出，成为光电子

C．金属表面的一个电子吸收若干个光子，积累了足够的能量才能从金属表面逸出

D．无论光子能量大小如何，电子吸收光子并积累了能量后，总能逸出成为光电子

3．光电效应的规律中，经典波动理论不能解释的有 ( )

A.入射光的频率必须大于被照射金属的极限频率时才能产生光电效应

B．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

C.入射光照射到金属上时，光电子的发射几乎是瞬时的，一般不超过10—9s

D．当入射光频率大于极限频率时，光电子数目与入射光强度成正比

4．如图所示，电路中所有元件完好，但光照射到光电管上，灵敏电流计中没有电流通过，其原因可能是 ( )

A.入射光太弱

B．入射光波长太长

C．光照时间短

D.电源正负极接反

5．用不同频率的紫外线分别照射钨和锌的表面而产生光电效

应，可得到光电子最大初动能Ek随入射光频率v变化的E k—v

图象，已知钨的逸出功是3．28eV，锌的逸出功是3．34eV，

若将两者的图象分别用实线与虚线画在同一个E k—v图上，则

下图中正确的是 ( )

6．用绿光照射金属钾时恰能发生光电效应，在下列情况下仍能发生光电效应的是 ( ) A.用红光照射金属钾，而且不断增加光的强度

B．用较弱的紫外线照射金属钾

C.用黄光照射金属钾，且照射时间很长

D.只要入射光的波长小于绿光的波长，就可发生光电效应

7．在做光电效应演示实验时，，把某金属板连在验电器上，第一次用弧光灯直接照射金属板，验电器的指针张开一个角度，第二次在弧光灯和金属板之间插入一块普通玻璃，再

用弧光灯照射，验电器的指针不张开。由此可以判定，使金属板产生光电效应的是弧光灯中的 ( )

A.可见光成分 B．红外线成分 C.无线电波成分 D．紫外线成分

8．下表给出了一些金属材料的逸出功。

现用波长为400nm的单色光照射上述材料，能产生光电效应的材料最多有几种(普朗克常量h=6．6x10—34j·s，光速c=3．0x108m／s) ( )

A．2种 B．3种 C．4种 D．5种

9．已知金属铯的逸出功为1．9eV，在光电效应实验中，要使铯表面发出的光电子的最大动能为1．0eV，则入射光的波长应为 m。

10．如图所示，阴极K用极限波长λ。=0．66 μm的金属铯制

成的，用波长λ=0．50μm的绿光照射阴极K，调整两个极板电

压，当A板电压比阴极高出2．5V时，光电流达到饱和，电流

表示数为0．64μA，求：

(1)每秒钟阴极发射的光电子数和光电子飞出阴极时的最大初

动能；

(2)如果把照射阴极绿光的光强增大为原来的2倍，每秒钟

阴极发射的光电子数和光电子飞出阴极的最大初动能。

参考答案：

1.B

2.A

3.ABC

4.BD

5.A

6.BD

7.D

8.A

9.4.3x10-7 10. (1)4x1012 9.64x10-20 (2)8x1012 9.64x10-20