师：同学们，今天我们学习高二粤教版物理选择性必修三第四单元——波粒二象性单元的复习课程。开始前，请大家准备好笔和草稿纸。本章标题是波粒二象性，那什么是波粒二象性呢？光既有波动性，又有粒子性，这种性质就称为光的波粒二象性。既然光具有波粒二象性，哪些现象能体现光的波动性呢？
生：光的双缝干涉现象能证明光具有波动性。
生：光的单缝衍射现象也能证明。
生：还有光的偏振现象。
师：非常好。那哪些现象能说明光具有粒子性呢？
生：康普顿效应可以证明光具有粒子性。
生：光电效应也能证明。
师：没错，让大家举例，是希望同学们具备科学论证的意识，凡事讲证据。那什么是光的干涉现象呢？我们以双缝干涉为例，用一支激光笔发出的光照射在双缝上，双缝平行于屏，这时在屏上可以观察到明暗相间的条纹。什么是光的衍射现象呢？当障碍物的尺寸与光的波长相当，甚至小于光的波长时，会发生明显衍射现象。比如狭缝衍射现象，会在屏幕上观察到中央亮且宽，两边对称分布、明暗相间的光带，整个图样远大于光通过狭缝时按照直线传播所能照亮的区域。那光的衍射与光的直线传播矛盾吗？
生：不矛盾。
师：为什么呢？
生：因为光的衍射是光具有波动性的体现，光的直线传播是光具有粒子性的体现，这正是光的波粒二象性，所以不矛盾。
师：很好。那光在什么情况下表现出波动性，什么情况下又表现出粒子性呢？
生：一般来说，频率越高、波长越短、能量越大的光子，其粒子性越显著；频率越低、波长越长、能量越小的光子，其波动性越显著。
师：没错。那什么是光的偏振现象呢？自然光通过偏振片之后，只有振动方向跟偏振片的透振方向一致的光波才能通过。当两块偏振片的透振方向一致时，观察到的光最强；当两块偏振片的透振方向垂直时，几乎观察不到光。什么是康普顿效应呢？美国物理学家康普顿在研究石墨对X射线的散射时发现，散射光中除了有原波长的X射线外，还有一部分波长变长的X射线。按照经典电磁理论，光波波长在散射前后应该不变，两者出现了矛盾。至于矛盾是如何解决的，等讲光电效应时再做解释。那什么是光电效应呢？
生：金属在光的照射下发射光电子的现象。
师：比如把芯片放在紫外线下照射，光电子从芯片中跑出，使得原本显电中性的芯片由于电子数减少而带上正电。用验电器检验芯片可以证实这一点。金属在光的照射下为什么会有光电子跑出来呢？
生：因为电子吸收了光子的能量，所以能够跑出来。
师：是不是随便吸收多少能量，电子都能跑出来呢？
生：不是的，要频率足够高的光照射才行，频率高的光能量也大。
师：在之前的实验中，我们看到同一金属片用频率较高的紫外线照射能够产生光电效应，改用频率较低的红外线照射则不能产生光电效应。也有同学提出可能是入射光强度不够大，或者照射时间不够长。根据经典电磁理论，如果增大入射光强度或者延长照射时间，让电子多吸收一些光子的能量，早晚会有电子跑出来。但实验中我们看到的却是，即使增大入射光强度或者延长照射时间，还是没能产生光电效应。实验研究表明，对于确定的金属，只有当入射光的频率大于某一频率时，才会产生光电效应，此频率称之为截止频率，其对应的波长称为截止波长。看来经典电磁理论也不能解释光电效应实验，当时的人们也遇到了这个困难。经过众人不懈的努力与尝试，德国物理学家普朗克于1900年首次提出了一个与人类直接经验相违背的大胆假说，即能量子假说。该假说推导出的理论结果与实验相符，普朗克因此获得了1918年诺贝尔物理学奖。爱因斯坦在能量子假说的启发下，进一步提出了光子假说，即光和物质相互作用时，光的能量不是连续的，而是一份一份的光子，每份光子的能量为E=hν 。既然电子可以从金属中跑出来，那跑出来的电子初动能会有多大？
生：电子吸收一个光子获得的能量hν 一部分用来克服金属的束缚，这个我们称为逸出功W? 。剩余部分就是电子的初动能。
师：爱因斯坦根据能量守恒定律，入射光子的能量等于出射光电子的最大初动能与逸出功之和，建立了光电效应方程hν =E? +W? ，该方程能够很好地解释光电效应中的实验规律。爱因斯坦因此获得了1921年诺贝尔物理学奖。在光电管中，从阴极跑出来的光电子不一定都能到达阳极。如果在光电管两极加上正向电压会看到什么现象？
生：正向电压会对电子做正功，能够使更多光电子到达阳极，光电流会更大。
师：是不是这样呢？同学们在观看视频的同时，也在草稿纸上简单做好实验记录。光电流与外加电压有什么关系呢？遮光盒中放有光电管，我们来看一下光电管的结构。半圆形的金属片是它的阴极，金属丝框则是阳极。光线可由这个窗口照到光电管的阴极上。在两极间所加电压的大小可由调压旋钮调节。在窗口处安装不透光片，调强光照亮，由于没有光照射在光电管上，即使加上阳极电压，也不会产生光电流。在窗口处安装红色、绿色片，当红光照射到光电管的阴极上时，有光电流产生。增大加速电压，光电流增大，但当加速电压加大到某一值后，电压再升高，光电流也不再增大了。此时的光电流即为饱和光电流。有什么办法增大饱和电流呢？