2 光的粒子性
[目标定位] 1.知道光电效应现象，能说出光电效应的实验规律.2.能用爱因斯坦光电效应方程对光电效应作出解释，会用光电效应方程解决一些简单的问题.3.了解康普顿效应及其意义．
一、光电效应
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)存在着饱和光电流：在光的颜色不变的情况下，入射光越强，饱和电流越大．
(2)存在着遏止电压和截止频率：入射光的频率低于截止频率时不能(填“能”或“不能”)发生光电效应．
(3)光电效应具有瞬时性：光电效应中产生电流的时间不超过10 s. 想一想 紫外线灯照射锌板，为什么与锌板相连的验电器指针张开一个角度？
答案 紫外线灯照射锌板，发生光电效应现象，锌板上的电子飞出锌板，使锌板带正电，与锌板相连的验电器也会因而带正电，使得验电器指针张开一个角度． 二、爱因斯坦的光电效应方程
1．光子说：光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，这些能量子被称为光子，频率为ν的光的能量子为hν．
2．爱因斯坦光电效应方程的表达式：
－9
hν＝Ek＋W0或Ek＝hν－W0.
想一想 怎样从能量守恒角度理解爱因斯坦光电效应方程？
答案 爱因斯坦光电效应方程中的hν是入射光子的能量，逸出功W0是光子飞出金属表面消耗的能量，Ek是光子的最大初动能，因此爱因斯坦光电效应方程符合能量的转化与守恒定律． 三、康普顿效应 1．康普顿效应
美国物理学家康普顿在研究石墨对X射线的散射时，发现在散射的X射线中，除了与入射波长λ0相同的成分外，还有波长大于λ0的成分，这个现象称为康普顿效应．
2．康普顿效应的意义：康普顿效应表明光子除了具有能量之外还具有动量，深刻揭示了光的粒子性的一面．
3．光子的动量表达式：p＝
hλ．
一、光电效应现象
转化为
1．光电效应的实质：光现象――→电现象． 2．光电效应中的光包括不可见光和可见光．
3．光电子：光电效应中发射出来的光电子，其本质还是电子． 例1
图17－2－1
一验电器与锌板相连(如图17－2－1所示)，用一紫外线灯照射锌板，关灯后，验电器指针保持一定偏角．
(1)现用一带负电的金属小球与锌板接触，则验电器指针偏角将________(填“增大”、“减小”或“不变”)．
(2)使验电器指针回到零，再用相同强度的钠灯发出的黄光照射锌板，验电器指针无偏转．那么，若改用强度更大的红外线灯照射锌板，可观察到验电器指针________(填“有”或“无”)偏转．
答案 (1)减小 (2)无
解析 当用紫外线灯照射锌板时，锌板发生光电效应，锌板放出光电子而带上正电，此时与锌板连在一起的验电器也带上了正电，故指针发生了偏转．当带负电的小球与锌板接触后，中和了一部分正电荷，从而使验电器的指针偏角减小．使验电器指针回到零，用钠灯发出的黄光照射锌板，验电器指针无偏转，说明钠灯发出的黄光的频率小于锌的极限频率，而红外
光比黄光的频率还要低，更不可能使锌板发生光电效应．能否发生光电效应与入射光的强弱无关．
二、光电效应的实验规律 1．光电效应的四个规律
(1)任何一种金属都有一个截止频率νc，入射光的频率必须大于νc，才能产生光电效应，与入射光的强度及照射时间无关．
(2)光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只与入射光的频率有关．
(3)当产生光电效应时，单位时间内从金属表面逸出的电子数与入射光的强度有关． (4)光电效应几乎是瞬时的，发生的时间一般不超过10 s. 2．掌握三个概念的含义
(1)入射光频率决定着能否发生光电效应和光电子的最大初动能． (2)入射光的强度决定着单位时间内发射的光子数． (3)饱和光电流决定着单位时间内发射的光电子数． 3．逸出功
使电子脱离某种金属所做功的最小值，用W0表示，不同金属的逸出功不同． 4．光电效应与光的电磁理论的矛盾 按光的电磁理论，应有：
(1)光越强，光电子的初动能越大，遏止电压与光的强弱有关． (2)不存在截止频率，任何频率的光都能产生光电效应． (3)在光很弱时，放出电子的时间应远大于10 s. 例2
－9
－9
图17－2－2
利用光电管研究光电效应实验如图17－2－2所示，用频率为ν的可见光照射阴极K，电流表中有电流通过，则( )
A．用紫外线照射，电流表不一定有电流通过 B．用红光照射，电流表一定无电流通过
C．用频率为ν的可见光照射K，当滑动变阻器的滑动触头移到A端时，电流表中一定无电流通过
D．用频率为ν的可见光照射K，当滑动变阻器的滑动触头向B端滑动时，电流表示数可能不变 答案 D
解析 因紫外线的频率比可见光的频率高，所以用紫外线照射时，电流表中一定有电流通过，选项A错误；因不知阴极K的截止频率，所以用红光照射时，不一定发生光电效应，所以选项B错误；即使UAK＝0，电流表中也有电流，所以选项C错误；当滑动触头向B端滑动时，UAK增大，阳极A吸收光电子的能力增强，光电流会增大，当所有光电子都到达阳极A时，电流达到最大，即饱和电流．若在滑动前，电流已经达到饱和电流，那么即使增大UAK，光电流也不会增大，所以选项D正确．
针对训练1 入射光照射到某金属表面上发生光电效应，若入射光的强度减弱，而频率保持不变，那么( )
A．从光照至金属表面上到发射出光电子之间的时间间隔将明显增加 B．逸出的光电子的最大初动能将减小
C．单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将减少 D．有可能不发生光电效应 答案 C
解析 发生光电效应几乎是瞬时的，选项A错误；入射光的强度减弱，说明单位时间内的入射光子数目减少，频率不变，说明光子能量不变，逸出的光电子的最大初动能也就不变，选项B错误；入射光子的数目减少，逸出的光电子数目也就减少，故选项C正确；入射光照射到某金属上发生光电效应，说明入射光频率不低于这种金属的极限频率，入射光的强度减弱而频率不变，同样能发生光电效应，故选项D错误． 三、光电效应方程的理解与应用 1．光电效应方程实质上是能量守恒方程
能量为E＝hν的光子被电子吸收，电子把这些能量的一部分用来克服金属表面对它的吸引，另一部分就是电子离开金属表面时的动能．如果克服吸引力做功最少为W0，则电子离开金属表面时动能最大为Ek，根据能量守恒定律可知：Ek＝hν－W0. 2．光电效应方程包含了产生光电效应的条件
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