波粒二象性——光的粒子性
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光电效应现象
当光线照射在金属表面时，金属中有电子逸出的现象，称为光电效应。逸出的电子称为光电子。光电子定向移动形成的电流叫光电流。
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光电效应的实验规律
1. 存在饱和电流
光照不变，增大UAK，G 表中电流达到某一值后不再增大，即达到饱和值。因为光照条件一定时，K 发射的电子数目一定。
实验表明：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。
2. 存在遏止电压和截止频率
U = 0 时，I ≠ 0，因为电子有初速度,加反向电压，如图所示：光电子所受电场力方向与光电子速度方向相反，光电子做减速运动。若
,则I=0，式中 Uc 为遏止电压。遏止电压 Uc ：使光电流减小到零的反向电压
光电效应伏安特性曲线
实验表明：对于一定颜色(频率)的光, 无论光的强弱如何，遏止电压是一样的。光的频率 ν 改变时，遏止电压也会改变。
光电子的最大初动能只与入射光的频率有关，与入射光的强弱无关。截止频率：对于每种金属，都有相应确定的截止频率 νc 。
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. 具有瞬时性
实验结果：即使入射光的强度非常微弱，只要入射光频率大于被照金属的极限频率，电流表指针也几乎是随着入射光照射就立即偏转。
更精确的研究推知，光电子发射所经过的时间不超过10-9秒 ( 这个现象一般称作“光电子的瞬时发射”)。
勒纳德等人通过实验得出以下结论
①对于任何一种金属，都有一个极限频率，入射光的频率必须大于这个极限频率，才能发生光电效应，低于这个频率就不能发生光电效应；
②当入射光的频率大于极限频率时，入射光越强，饱和电流越大；
③光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随着入射光的频率增大而增大；
④入射光照到金属上时，光电子的发射几乎是瞬时的，一般不超过10-9秒。
逸出功 W0：使电子脱离某种金属所做功的最小值，叫做这种金属的逸出功。
光越强，逸出的电子数越多，光电流也就越大。按照光的电磁理论，可以得到以下结论
①光越强，光电子的初动能应该越大，所以遏止电压 Uc 应与光的强弱有关。
实验表明：对于一定颜色(频率)的光, 无论光的强弱如何，遏止电压是一样的。
②不管光的频率如何，只要光足够强，电子都可获得足够能量从而逸出表面，不应存在截止频率。
③如果光很弱，按经典电磁理论估算，电子需几分钟到十几分钟的时间才能获得逸出表面所需的能量，这个时间远远大于10-9s。
以上三个结论都与实验结果相矛盾的，所以无法用经典的波动理论来解释光电效应。
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爱因斯坦的光量子假设
光不仅在发射和吸收时以能量为 hν 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 ε = hν 的光子组成的粒子流组成的，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 W0 ，另一部分变为光电子逸出后的动能 Ek 。由能量守恒可得出：
W0 为电子逸出金属表面所需做的功，称为逸出功；Ek 为光电子的最大初动能。
3. 光电效应理论的验证
美国物理学家密立根，花了十年时间做了“光电效应”实验，结果在 1915 年证实了爱因斯坦方程，h 的值与理论值完全一致，又一次证明了“光量子”理论的正确。
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光电效应在近代技术中的应用
1. 光控继电器
2. 光电倍增管
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康普顿效应
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光的散射
光在介质中与物质微粒相互作用，光的传播方向发生改变的现象叫做光的散射。
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康普顿效应
在散射线中，除有与入射波长相同的射线外，还有波长比入射波长更长的射线，人们把这种波长变化的现象叫做康普顿效应。
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光子说对康普顿效应的解释
假定X射线光子与电子发生完全弹性碰撞，这种碰撞跟台球比赛中的两球碰撞很相似，按照爱因斯坦的光子说，一个X射线光子不仅具有能量E=hν，而且还有动量，如图7所示，这个光子与静止的电子发生弹性斜碰，光子把部分能量转移给了电子，能量由hν减小为hν＇，因此频率减小，波长增大，同时，光子还使电子获得一定的动量，这样就圆满地解释了康普顿效应。
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光子的动量
光子的动量为：
习题演练
1. 光电效应实验的装置如图所示，则下面说法中正确的是（ ）
A 用紫外光照射锌板，验电器指针会发生偏转
B 用绿色光照射锌板，验电器指针会发生偏转
C 锌板带的是负电荷
D 使验电器指针发生偏转的是正电荷
2. 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小
D、有可能不发生光电效应
习题解析
1. AD
将擦得很亮的锌板连接验电器，用弧光灯照射锌板（弧光灯发出紫外线），验电器指针张开一个角度，说明锌板带了电，进一步研究表明锌板带正电，这说明在紫外光的照射下，锌板中有一部分自由电子从表面飞出来，锌板中缺少电子，于是带正电，A、D选项正确，绿光不能使锌板发生光电效应。
2. C
发生光电效应几乎是瞬时的，所以A项错；入射光强度减弱，说明单位时间内的入射光子数目减小；频率不变，说明光子能量不变，逸出的光电子最大初动能也就不变，选项B错；入射光子数目减小，逸出的光电子数目也就减少，故C项正确；入射光照射到某金属上发生光电效应，说明入射光频率高于这种金属的极限频率，一定能发生光电效应，故D项错。
