■河南省商丘市第一高級(jí)中學(xué) 郭宗浩

光既有波動(dòng)性,又有粒子性,兩者不是孤立的,而是有機(jī)的統(tǒng)一體,其表現(xiàn)規(guī)律為：(1)個(gè)別光子的作用效果往往表現(xiàn)為粒子性,大量光子的作用效果往往表現(xiàn)為波動(dòng)性。(2)光的頻率越低,波動(dòng)性越顯著,越容易看到光的干涉和衍射現(xiàn)象;光的頻率越高,粒子性越顯著,越不容易看到光的干涉和衍射現(xiàn)象,貫穿本領(lǐng)越強(qiáng)。(3)光在傳播過(guò)程中往往表現(xiàn)為波動(dòng)性;光在與物質(zhì)發(fā)生作用時(shí),往往表現(xiàn)為粒子性。(4)由光子的能量E=hν,光子的動(dòng)量這兩個(gè)表達(dá)式可以看出,光的波動(dòng)性和粒子性并不矛盾。

例1(2017年高考全國(guó)Ⅲ卷)在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中,分別用頻率為νa、νb的單色光a、b照射到同種金屬上,測(cè)得相應(yīng)的遏止電壓分別為Ua和Ub,光電子的最大初動(dòng)能分別為Eka和Ekb。h為普朗克常量,則下列說(shuō)法正確的是( )。

A.若νa＞νb,則一定有Ua＜Ub

B.若νa＞νb,則一定有Eka＞Ekb

C.若Ua＜Ub,則一定有Eka＜Ekb

D.若νa＞νb,則一定有hνa-Eka＞hνb-Ekb

解析：由愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程得Ek=hν-W0,由動(dòng)能定理得又有因此Ek=eUc。當(dāng)νa＞νb時(shí),Eka＞Ekb,Ua＞Ub。若Ua＜Ub,則一定有Eka＜Ekb。同種金屬的逸出功不變,則W0=hν-Ek不變。答案為BC。

點(diǎn)評(píng)：發(fā)生光電效應(yīng)的條件是入射光的頻率大于金屬的極限頻率,光的強(qiáng)弱只影響單位時(shí)間內(nèi)發(fā)出光電子的數(shù)目;光電子的最大初動(dòng)能和遏止電壓由照射光的頻率和金屬的逸出功決定;逸出功由金屬本身決定,與光的頻率無(wú)關(guān)。

例21905年,愛(ài)因斯坦把普朗克的量子化概念進(jìn)一步推廣,成功地解釋了光電效應(yīng)現(xiàn)象,提出了光子說(shuō)。圖1給出了與光電效應(yīng)有關(guān)的四個(gè)圖像,下列說(shuō)法正確的是( )。

圖1

A.圖甲中,當(dāng)紫外線照射鋅板時(shí),發(fā)現(xiàn)驗(yàn)電器指針發(fā)生了偏轉(zhuǎn),說(shuō)明鋅板帶正電,驗(yàn)電器帶負(fù)電

B.圖乙中,從光電流與電壓的關(guān)系可以看出,電壓相同時(shí),光照越強(qiáng),光電流越大,說(shuō)明遏止電壓和光的強(qiáng)度有關(guān)

C.圖丙中,若電子的電荷量用e表示,ν1、νc、U1已知,由Uc-ν圖像可求得普朗克常量的表達(dá)式為

D.圖丁中,由光電子最大初動(dòng)能與入射光頻率的關(guān)系可知,該金屬的逸出功為E或hν0

解析：用紫外線燈發(fā)出的紫外線照射鋅板,鋅板失去電子帶正電,驗(yàn)電器與鋅板相連,則驗(yàn)電器的金屬球和金屬指針帶正電。由圖乙知電壓相同時(shí),光照越強(qiáng),光電流越大,只能說(shuō)明光電流的大小與光的強(qiáng)度有關(guān),而遏止電壓只與入射光的頻率有關(guān),與入射光的強(qiáng)度無(wú)關(guān)。根據(jù)愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程可知圖像的斜率表示,即解得h=根據(jù)光電效應(yīng)方程E=hν-W可k0知,Ek-ν圖像的縱軸截距的絕對(duì)值表示逸出功,則逸出功為E。當(dāng)最大初動(dòng)能為零時(shí),入射光的頻率等于金屬的極限頻率,則金屬的逸出功等于hν0。答案為CD。

點(diǎn)評(píng)：求解本題必須熟練掌握根據(jù)愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程Ek=hν-W0得出的三個(gè)結(jié)論。(1)光電子的最大初動(dòng)能Ek與入射光的頻率ν有關(guān),而與入射光的強(qiáng)弱無(wú)關(guān)。只有當(dāng)hν＞W(wǎng)0時(shí),才有光電子逸出是截止頻率(也叫極限頻率)。(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,光電流幾乎是瞬間產(chǎn)生的。(3)對(duì)于同種顏色(頻率ν相同)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。

跟蹤訓(xùn)練

1.某種單色光照射到金屬表面上發(fā)生光電效應(yīng),如果入射光的強(qiáng)度減弱,頻率不變,那么( )。

A.從光照到金屬表面上到逸出光電子的時(shí)間間隔將明顯增加

B.逸出的光電子的最大初動(dòng)能將減小

C.單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子數(shù)將減少

D.有可能不發(fā)生光電效應(yīng)

圖2

2.如圖2所示,當(dāng)開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)時(shí),用光子能量為2.5eV的一束光照射陰極P,發(fā)現(xiàn)電流表讀數(shù)不為零。合上開(kāi)關(guān)S,調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器,發(fā)現(xiàn)當(dāng)電壓表讀數(shù)小于0.60V時(shí),電流表讀數(shù)仍不為零。當(dāng)電壓表讀數(shù)大于或等于0.60V時(shí),電流表讀數(shù)為零。由此可知陰極材料的逸出功為( )。

A.1.9eV B.0.6eV

C.2.5eV D.3.1eV

參考答案：1.C 2.A