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第1節(jié)　光電效應(yīng)及其解釋(二)
1~8題每題6分，共48分
考點(diǎn)一　光的波粒二象性
1.(多選)下列有關(guān)光的波粒二象性的說(shuō)法正確的是 (　　)
A.有的光是波，有的光是粒子
B.光子與電子一樣，是一種粒子
C.光的波長(zhǎng)越長(zhǎng)，其波動(dòng)性越顯著；波長(zhǎng)越短，其粒子性越顯著
D.光在與物質(zhì)作用時(shí)更多地表現(xiàn)為粒子性，在傳播過(guò)程中更多地表現(xiàn)為波動(dòng)性
2.關(guān)于光的本質(zhì)，下列說(shuō)法正確的是 (　　)
A.康普頓效應(yīng)說(shuō)明光具有波動(dòng)性
B.光的干涉、衍射現(xiàn)象說(shuō)明光具有粒子性
C.在任何情況下，光都既具有波動(dòng)性、又具有粒子性
D.光的波動(dòng)性和粒子性是相互矛盾的
3.(2023·潮州市高二期末)如圖所示，當(dāng)弧光燈發(fā)出的光經(jīng)一狹縫后，在鋅板上形成明暗相間的條紋，同時(shí)與鋅板相連的驗(yàn)電器箔片有張角，則該實(shí)驗(yàn) (　　)
A.只能證明光具有波動(dòng)性
B.只能證明光具有粒子性
C.只能證明光能夠發(fā)生衍射
D.證明光具有波粒二象性
4.(2023·福建省高二期末)用很弱的光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，把入射光減弱到可以認(rèn)為光源和感光膠片之間不可能同時(shí)有兩個(gè)光子存在，如圖所示是不同數(shù)量的光子照射到感光膠片上得到的照片。這些照片說(shuō)明 (　　)
A.光只有粒子性沒(méi)有波動(dòng)性
B.光只有波動(dòng)性沒(méi)有粒子性
C.少量光子的運(yùn)動(dòng)顯示波動(dòng)性，大量光子的運(yùn)動(dòng)顯示粒子性
D.少量光子的運(yùn)動(dòng)顯示粒子性，大量光子的運(yùn)動(dòng)顯示波動(dòng)性
考點(diǎn)二　光電效應(yīng)圖像問(wèn)題
5.(2024·烏魯木齊實(shí)驗(yàn)學(xué)校月考)用不同頻率的紫外線分別照射鎢和鋅的表面而產(chǎn)生光電效應(yīng)，可得到光電子的最大初動(dòng)能Ek隨入射光頻率ν變化的Ek-ν圖像。已知鎢的逸出功是3.28 eV，鋅的逸出功是3.34 eV，若將二者的圖線畫在同一個(gè)Ek-ν坐標(biāo)系中，用實(shí)線表示鎢，虛線表示鋅，則能正確反映這一過(guò)程的圖像是 (　　)
6.(多選)如圖所示為金屬A和B的遏止電壓Uc和入射光頻率ν的關(guān)系圖像，由圖可知 (　　)
A.金屬A的逸出功小于金屬B的逸出功
B.金屬A的極限頻率大于金屬B的極限頻率
C.圖線的斜率為普朗克常量
D.如果用頻率為5.5×1014 Hz的入射光照射兩種金屬，從金屬A逸出的光電子的最大初動(dòng)能較大
7.(多選)(2023·玉溪師范學(xué)院附屬中學(xué)高二期末)物理學(xué)家密立根利用圖甲所示的電路研究金屬的遏止電壓Uc與入射光頻率ν的關(guān)系，描繪出圖乙中的圖像，由此算出普朗克常量h，電子電荷量用e表示，下列說(shuō)法正確的是 (　　)
A.增大入射光的強(qiáng)度，光電子的最大初動(dòng)能也增大
B.由Uc-ν圖像可知，這種金屬的極限頻率為νc
C.由Uc-ν圖像可求普朗克常量表達(dá)式為h=
D.入射光的頻率增大，為了測(cè)遏止電壓，則滑動(dòng)變阻器的滑片P應(yīng)向M端移動(dòng)
8.(2024·遂寧市診斷考試)用甲、乙兩種單色光照射同一種金屬做光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)光電流與電壓的關(guān)系如圖所示。已知普朗克常量為h，被照射金屬的極限頻率為ν0，遏止電壓為Uc，電子的電荷量為e，則下列說(shuō)法正確的是 (　　)
A.甲光的頻率大于乙光的頻率
B.甲光的強(qiáng)度等于乙光的強(qiáng)度
C.甲光照射時(shí)產(chǎn)生的光電子初動(dòng)能均為eUc
D.乙光的頻率為ν0+
9~12題每題9分，13題16分，共52分
9.(多選)(2023·福州市高二期末)用同一光電管研究a、b兩種單色光產(chǎn)生的光電效應(yīng)，得到光電流I與光電管兩極間所加電壓U的關(guān)系如圖，則這兩種光 (　　)
A.照射該光電管時(shí)a光使其逸出的光電子最大初動(dòng)能大
B.照射該光電管時(shí)b光使其逸出的光電子最大初動(dòng)能大
C.通過(guò)同一裝置發(fā)生雙縫干涉，a光的相鄰條紋間距大
D.通過(guò)同一裝置發(fā)生雙縫干涉，b光的相鄰條紋間距大
10.如圖所示是某金屬在光的照射下產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能Ek與入射光頻率ν的關(guān)系圖像，普朗克常量為h。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是 (　　)
A.該金屬的逸出功等于hν0
B.該金屬的逸出功等于E
C.入射光的頻率為0.5ν0時(shí)，產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能為0.5E
D.入射光的頻率為2ν0時(shí)，產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能為E
11.(2023·白銀市實(shí)驗(yàn)中學(xué)月考)如圖所示為光電子的遏止電壓與入射光頻率的關(guān)系圖線，已知圖線的縱、橫截距分別為-a、b，電子電荷量為e，下列表達(dá)式正確的是 (　　)
A.普朗克常量h=
B.金屬的逸出功W=a
C.金屬的極限頻率νc=b
D.若入射光頻率為3b，則光電子最大初動(dòng)能一定為a
12.如圖甲所示為研究光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置，電源和電表的正負(fù)極可以對(duì)調(diào)，某同學(xué)選用a、b、c三束不同的單色光分別照射同一光電管，發(fā)現(xiàn)光電流與電壓的關(guān)系圖像如圖乙所示，下列說(shuō)法正確的是 (　　)
A.三束光的頻率關(guān)系為νa>νb>νc
B.單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的光電子數(shù)的關(guān)系為na>nb>nc
C.用a、b、c三束光照射時(shí)，逸出光電子的最大初動(dòng)能的關(guān)系為Ekb>Eka>Ekc
D.用a、b、c三束光照射時(shí)，逸出光電子的動(dòng)能大小一定為Ekb>Ekc>Eka
13.(16分)如圖甲所示是研究光電效應(yīng)飽和電流和遏止電壓的實(shí)驗(yàn)電路，A、K為光電管的兩極，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器觸頭P可使光電管兩極獲得正向或反向電壓。現(xiàn)用光子能量E=11.2 eV的光持續(xù)照射光電管的極板K。移動(dòng)滑動(dòng)變阻器觸頭P，獲得多組電壓表、電流表讀數(shù)，作出電流與電壓關(guān)系的圖線如圖乙所示。求：
(1)(8分)光電管K極材料的逸出功；
(2)(8分)恰達(dá)到飽和電流3.1 μA時(shí)，到達(dá)A極板的光電子的最大動(dòng)能。
答案精析
1.CD　[一切光都具有波粒二象性，光的有些現(xiàn)象(如干涉、衍射)表現(xiàn)出波動(dòng)性，有些現(xiàn)象(如光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng))表現(xiàn)出粒子性，A錯(cuò)誤；電子是實(shí)物粒子，有靜止質(zhì)量，光子不是實(shí)物粒子，沒(méi)有靜止質(zhì)量，電子是以實(shí)物形式存在的物質(zhì)，光子是以場(chǎng)形式存在的物質(zhì)，B錯(cuò)誤；光的波長(zhǎng)越長(zhǎng)，波動(dòng)性越顯著，光的波長(zhǎng)越短，粒子性越顯著，C正確；光在與電子等物質(zhì)作用時(shí)，更多地表現(xiàn)為粒子性，在傳播過(guò)程中更多地表現(xiàn)為波動(dòng)性，D正確。]
2.C　[康普頓效應(yīng)說(shuō)明光具有粒子性，而且光子不但具有能量，還有動(dòng)量，故A錯(cuò)誤；在光的干涉、衍射現(xiàn)象中，光體現(xiàn)出波動(dòng)性，故B錯(cuò)誤；由于光具有波粒二象性，則在任何情況下，光都既具有波動(dòng)性、又具有粒子性，故C正確；光的波粒二象性是指光有時(shí)波動(dòng)性表現(xiàn)得比較明顯，有時(shí)粒子性表現(xiàn)得比較明顯，二者是統(tǒng)一的，故D錯(cuò)誤。]
3.D　[弧光燈發(fā)出的光經(jīng)一狹縫后，在鋅板上形成明暗相間的條紋，這是光的衍射，證明了光具有波動(dòng)性；驗(yàn)電器箔片有張角，說(shuō)明鋅板發(fā)生了光電效應(yīng)，則證明了光具有粒子性，所以該實(shí)驗(yàn)證明了光具有波粒二象性，故選D。]
4.D
5.A　[根據(jù)光電效應(yīng)方程Ek=hν-W可知，Ek-ν圖線的斜率表示普朗克常量h，因此鎢和鋅的Ek-ν圖線應(yīng)該平行；圖線的橫軸截距表示極限頻率ν0，而ν0=，因此鎢的極限頻率小些，綜上所述，A正確，B、C、D錯(cuò)誤。]
6.AD　[根據(jù)光電效應(yīng)方程及動(dòng)能定理可得Ekm=hν-W0，eUc=Ekm，即Uc=ν-，當(dāng)Uc=0時(shí)，對(duì)應(yīng)的頻率為極限頻率，由題圖可知，金屬A的極限頻率小于金屬B的極限頻率，B錯(cuò)誤；金屬的逸出功為W0=hν0，ν0是極限頻率，所以金屬A的逸出功小于金屬B的逸出功，A正確；由B解析中的表達(dá)式可知，Uc-ν圖線斜率表示，C錯(cuò)誤；入射光的頻率大于兩種金屬的極限頻率，兩者均會(huì)發(fā)生光電效應(yīng)，根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程可知，由于A的逸出功較小，故從金屬A逸出的光電子的最大初動(dòng)能較大，D正確。]
7.BC　[由光電效應(yīng)方程有Ek=hν-W
可知光電子的最大初動(dòng)能與光照強(qiáng)度無(wú)關(guān)，故A錯(cuò)誤；
由動(dòng)能定理有eUc=Ek
則可得Uc=ν-，
由題圖乙可得Uc=0時(shí)，νc=，可得νc=
即這種金屬的極限頻率為νc，
由題圖乙可得=，可得h=，故B、C正確；
入射光的頻率增大，遏止電壓變大，為了測(cè)遏止電壓，則滑動(dòng)變阻器的滑片P應(yīng)向N端移動(dòng)，故D錯(cuò)誤。]
8.D　[由光電效應(yīng)方程可得，由題圖可知甲、乙的遏止電壓相同，則甲、乙的頻率相同，A錯(cuò)誤；根據(jù)光的強(qiáng)度越強(qiáng)，則光電子數(shù)目越多，對(duì)應(yīng)的光電流越大，即可判定甲光的強(qiáng)度較大，B錯(cuò)誤；甲光照射時(shí)產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能為eUc，C錯(cuò)誤；根據(jù)光電效應(yīng)方程有Ekm=hν-W，hν0=W，Ekm=eUc
解得ν=ν0+，D正確。]
9.BC　[由題圖可知，b光的遏止電壓大，所以b光照射光電管時(shí)使其逸出的光電子最大初動(dòng)能大，故A錯(cuò)誤，B正確；根據(jù)光電效應(yīng)方程，可得Ekm=hν-W
易知，a光的頻率小，波長(zhǎng)大，發(fā)生雙縫干涉時(shí)，a光的相鄰條紋間距大，故C正確，D錯(cuò)誤。]
10.C　[由愛因斯坦光電效應(yīng)方程hν=W+mv2及Ek=mv2可知Ek=hν-W，由題圖可知，該金屬的逸出功W=hν0=E，故A、B正確；由題圖可知，該金屬的極限頻率是ν0，當(dāng)入射光的頻率為0.5ν0時(shí)不能產(chǎn)生光電效應(yīng)，故C錯(cuò)誤；當(dāng)入射光的頻率為2ν0時(shí)，由Ek=hν-W可知，產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能Ek=2hν0-W=2E-E=E，故D正確。]
11.C　[根據(jù)Uce=m=hν-W，可得Uc=ν-，則=，即h=，=a，則W=ae，νc=b，選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤，C正確；若入射光頻率為3b，則光電子最大初動(dòng)能一定為m=h·3b-W=2ae，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。]
12.B　[由動(dòng)能定理和愛因斯坦光電效應(yīng)方程可知：
eU=Ek=hν-W
遏止電壓越大，頻率越大，可知三束光的頻率關(guān)系為
νb>νc>νa
光電子逸出時(shí)最大初動(dòng)能的關(guān)系為Ekb>Ekc>Eka
在某種光的照射下逸出的光電子的動(dòng)能介于0與最大初動(dòng)能之間，A、C、D錯(cuò)誤；飽和電流越大，說(shuō)明單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的光電子數(shù)越多，即na>nb>nc，B正確。]
13.(1)5.4 eV　(2)8.0 eV
解析　(1)由題圖乙可知，用光子能量E=11.2 eV的光持續(xù)照射光電管的極板K時(shí)，遏止電壓為Uc=5.8 V，根據(jù)動(dòng)能定理以及愛因斯坦光電效應(yīng)方程可得eUc=Ekm=E-W，
解得光電管K極材料的逸出功為W=5.4 eV
(2)由題圖乙可知，恰達(dá)到飽和電流3.1 μA時(shí)，在A、K間有正向電壓U=2.2 V，電子在兩極間加速，設(shè)到達(dá)A極板的光電子的最大動(dòng)能為Ekm1，
則由動(dòng)能定理有eU=Ekm1-Ekm=Ekm1-eUc，
解得Ekm1=8.0 eV。第1節(jié)　光電效應(yīng)及其解釋(二)
[學(xué)習(xí)目標(biāo)]　1.進(jìn)一步理解愛因斯坦光電效應(yīng)方程，會(huì)用圖像描述光電效應(yīng)有關(guān)物理量之間的關(guān)系，能利用圖像求最大初動(dòng)能、極限頻率和普朗克常量(重難點(diǎn))。2.了解光電效應(yīng)在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用。3.理解光的波粒二象性，了解光是一種概率波(重點(diǎn))。
一、光電效應(yīng)圖像問(wèn)題
1.如圖為某金屬光電子的最大初動(dòng)能Ek與入射光頻率ν的關(guān)系圖像，結(jié)合愛因斯坦光電效應(yīng)方程，說(shuō)明從圖像上可以獲取哪些信息？
　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　
2.如圖為某金屬遏止電壓Uc與入射光頻率ν的關(guān)系圖像，圖像的斜率為k。試寫出Uc-ν關(guān)系式，從圖像上可以獲取哪些信息？
　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　
3.圖甲、乙為光電流大小與電壓關(guān)系的圖像，從圖像上可以得出什么結(jié)論？
　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　
例1　(2023·江蘇宿遷市高二期末)用不同頻率的光照射某種金屬時(shí)，逸出光電子的最大初動(dòng)能隨入射光頻率變化的圖線如圖所示，圖線的反向延長(zhǎng)線與縱軸交點(diǎn)縱坐標(biāo)為-a(a>0)，與橫軸交點(diǎn)橫坐標(biāo)為b，電子的電荷量大小為e，則由圖像獲取的信息，正確的是(　　)
A.該金屬的極限頻率為a
B.該金屬的逸出功為b
C.普朗克常量為
D.入射光的頻率為2b時(shí)，遏止電壓為
例2　(多選)(2023·咸陽(yáng)市武功縣高二調(diào)研)1907年起，美國(guó)物理學(xué)家密立根開始以精湛的技術(shù)測(cè)量光電效應(yīng)中幾個(gè)重要的物理量，檢驗(yàn)愛因斯坦光電效應(yīng)方程的正確性。按照密立根的方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)得到了某金屬的Uc和ν的幾組數(shù)據(jù)，并作出如圖所示的圖線，電子的電荷量大小為e=1.6×10-19 C，光在真空中的速度為3×108 m/s。由圖線可知，以下說(shuō)法正確的是(　　)
A.該金屬的極限頻率約為4.27×1014 Hz
B.該金屬的逸出功約為0.48 eV
C.可以求得普朗克常量約為6.24×10-34 J·s
D.若用波長(zhǎng)為500 nm的紫光照射該金屬，能使該金屬發(fā)生光電效應(yīng)
例3　(2023·福建福州市高二期末)在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，用a、b、c三束光照射同一金屬的表面時(shí)，形成的光電流大小隨外加電壓的變化關(guān)系如圖所示，三束光中頻率最大的為　　　　光；a、c兩光相比入射光較強(qiáng)的是　　　　光；若該金屬的逸出功為W，電子的電荷量為e，普朗克常量為h，b光的遏止電壓為U0，結(jié)合圖像中的條件，可以表示出b光頻率為　　　　　　。
二、光電效應(yīng)的應(yīng)用
光電效應(yīng)在自動(dòng)化控制和光電成像領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。
1.光電開關(guān)
光電管是利用光電效應(yīng)使　　　　轉(zhuǎn)換成　　　　的基本光電轉(zhuǎn)換器件，應(yīng)用光電管可控制電路接通或斷開。如圖是光電控制報(bào)警電路，正常情況下，光束照射到光電管，光電管產(chǎn)生　　　　　　，與光電管連接的電路有　　　　，電磁鐵產(chǎn)生磁場(chǎng)，吸引報(bào)警電路中的開關(guān)，使報(bào)警電路　　　　；當(dāng)有物體從光源和光電管間通過(guò)時(shí)，擋住光束，光電管不再產(chǎn)生光電效應(yīng)，與光電管連接的電路沒(méi)有電流，電磁鐵對(duì)報(bào)警電路的開關(guān)沒(méi)有吸引力，在彈簧彈力作用下，開關(guān)　　　　，警鈴發(fā)出警報(bào)。
2.光電成像
光電成像的原理是利用光電效應(yīng)先將　　　　　　轉(zhuǎn)換成　　　　　　，然后將　　　　轉(zhuǎn)換成　　　　。
電荷耦合器件(簡(jiǎn)稱CCD)是光電成像系統(tǒng)中將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的器件，由眾多的微小光敏元件、電荷轉(zhuǎn)移電路、電荷讀取電路組成。CCD廣泛應(yīng)用于數(shù)碼相機(jī)、掃描儀、數(shù)字?jǐn)z像機(jī)等設(shè)備中。
三、光的波粒二象性
為了對(duì)光的本性做進(jìn)一步的考察與分析，物理學(xué)家把屏換成感光底片，在不斷變化光強(qiáng)的情況下，用短時(shí)間曝光的方法進(jìn)行了光的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)(如圖所示)。
不同光強(qiáng)下光的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)結(jié)果
光很弱時(shí)，感光底片上的圖像與我們通常觀察到光的雙縫干涉的圖像相差很遠(yuǎn)如圖(a)；增強(qiáng)光的強(qiáng)度，光的雙縫干涉的圖像變得清晰起來(lái)如圖(b)；當(dāng)光較強(qiáng)時(shí)，得到的圖像與我們通常觀察到的光的雙縫干涉圖像一樣如圖(c)。這個(gè)實(shí)驗(yàn)說(shuō)明了什么？
　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　
1.光具有波粒二象性：光子既有　　　　的特征，又有　　　的特征。
2.光波是一種概率波
通過(guò)雙縫實(shí)驗(yàn)理解：通過(guò)雙縫后，光子出現(xiàn)在哪個(gè)位置，受概率支配。單個(gè)光子出現(xiàn)在哪個(gè)位置是　　　　的，因此少量光子形成的光點(diǎn)是　　　　的。當(dāng)有大量光子時(shí)，概率大的位置出現(xiàn)的光子　　　，形成　　　條紋；概率小的位置出現(xiàn)的光子　　　，形成　　　條紋。
3.光的波動(dòng)性和粒子性不是均衡表現(xiàn)的
(1)個(gè)別光子的分布體現(xiàn)出粒子性特點(diǎn)，大量光子的集體行為，　　　　比較明顯。
(2)波長(zhǎng)越長(zhǎng)，　　　　越明顯。
(3)光在與電子等物質(zhì)相互作用時(shí)更多地表現(xiàn)為　　　　性，在傳播過(guò)程中更多地表現(xiàn)為　　　　性。
(1)個(gè)別光子的行為表現(xiàn)為粒子性，大量光子的行為表現(xiàn)為波動(dòng)性。(　　)
(2)光在傳播時(shí)是波，而與物質(zhì)相互作用時(shí)就轉(zhuǎn)變成粒子。(　　)
(3)光表現(xiàn)出波動(dòng)性時(shí)，就不具有粒子性了；光表現(xiàn)出粒子性時(shí)，就不具有波動(dòng)性了。(　　)
(4)高頻光是粒子，低頻光是波。(　　)
例4　(多選)關(guān)于光的認(rèn)識(shí)，下列說(shuō)法正確的是(　　)
A.少量光子通過(guò)狹縫后落在感光底片上表現(xiàn)出光的波動(dòng)性
B.延長(zhǎng)曝光時(shí)間，大量光子通過(guò)狹縫后落在感光底片上遵循統(tǒng)計(jì)規(guī)律，表現(xiàn)出光的波動(dòng)性
C.光的波動(dòng)性是光子之間的相互作用引起的
D.光的波粒二象性應(yīng)理解為：在某種場(chǎng)合下光的波動(dòng)性表現(xiàn)明顯，在另外某種場(chǎng)合下，光的粒子性表現(xiàn)明顯
答案精析
一、
1.(1)金屬的極限頻率νc=ν0；
(2)金屬的逸出功W=|-E|=E；
(3)普朗克常量等于圖線的斜率，即h=k=。
2.(1)eUc=hν-W，則Uc=-；金屬的極限頻率νc=ν0；
(2)普朗克常量h等于圖線的斜率與電子電荷量的乘積，即h=ke。
3.由圖甲可得：
(1)在一定的光照情況下，光電流隨著所加電壓的增大會(huì)存在一個(gè)飽和值，即飽和電流。
(2)光的頻率不變的情況下，入射光越強(qiáng)，飽和電流越大。
由圖乙可得：遏止電壓隨著光照頻率的增大而增大。
例1　D　[根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程有Ek=hν-hνc，結(jié)合圖像，當(dāng)Ek=0時(shí)，b=νc，即該金屬的極限頻率為b；
當(dāng)ν=0時(shí)，Ek=-hνc=-a
即該金屬的逸出功為a，普朗克常量為h=k=
則選項(xiàng)A、B、C錯(cuò)誤；根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程可得，當(dāng)入射光的頻率為2b時(shí)，光電子最大初動(dòng)能為
Ek=hν'-hνc=·2b-a=a
而Uce=Ek，則Uc=，故D正確。]
例2　ACD　[根據(jù)光電效應(yīng)方程，有Ekm=hν-W，又eUc=Ekm，解得Uc=ν-，由圖像可知該金屬的極限頻率約為νc=4.27×1014 Hz，故A正確；由圖像可知當(dāng)Uc=0時(shí)W=hνc，由圖像可知=，解得h≈6.24×10-34 J·s，W≈1.67 eV，故B錯(cuò)誤，C正確；波長(zhǎng)為500 nm的紫光的能量為E==2.34 eV>1.67 eV，則用波長(zhǎng)為500 nm的紫光照射該金屬，能使該金屬發(fā)生光電效應(yīng)，故D正確。]
例3　b　a　
解析　根據(jù)光電效應(yīng)方程Ek=hν-W，Ek=eUc
得ν=
由題圖知b光的遏止電壓最大，則b光頻率最大
a、c兩光頻率相等，a光飽和電流大則a光較強(qiáng)；
b光頻率為ν=。
二、
1.光信號(hào)　電信號(hào)　光電效應(yīng)　電流　斷開　閉合
2.光信號(hào)　電信號(hào)　電信號(hào)　光信號(hào)
三、
當(dāng)光很弱時(shí)，光是作為一個(gè)個(gè)粒子落在感光底片上的，顯示出了光的粒子性；當(dāng)光很強(qiáng)時(shí)，光與感光底片量子化的作用積累起來(lái)形成明暗相間的條紋，顯示出了光的波動(dòng)性。
梳理與總結(jié)
1.粒子　波
2.隨機(jī)　無(wú)規(guī)律　多　亮　少　暗
3.(1)波動(dòng)性　(2)波動(dòng)性　(3)粒子　波動(dòng)
易錯(cuò)辨析　(1)√　(2)×　(3)×　(4)×
例4　BD(共53張PPT)
DILIUZHANG
第6章
第1節(jié)　光電效應(yīng)及其解釋(二)
1.進(jìn)一步理解愛因斯坦光電效應(yīng)方程，會(huì)用圖像描述光電效應(yīng)有關(guān)物理量之間的關(guān)系，能利用圖像求最大初動(dòng)能、極限頻率和普朗克常量(重難點(diǎn))。
2.了解光電效應(yīng)在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用。
3.理解光的波粒二象性，了解光是一種概率波(重點(diǎn))。
學(xué)習(xí)目標(biāo)
一、光電效應(yīng)圖像問(wèn)題
二、光電效應(yīng)的應(yīng)用
課時(shí)對(duì)點(diǎn)練
三、光的波粒二象性
內(nèi)容索引
光電效應(yīng)圖像問(wèn)題
一
1.如圖為某金屬光電子的最大初動(dòng)能Ek與入射光頻率ν的關(guān)系圖像，結(jié)合愛因斯坦光電效應(yīng)方程，說(shuō)明從圖像上可以獲取哪些信息
答案　(1)金屬的極限頻率νc=ν0；
(2)金屬的逸出功W=|-E|=E；
(3)普朗克常量等于圖線的斜率，即h=k=。
2.如圖為某金屬遏止電壓Uc與入射光頻率ν的關(guān)系圖像，圖像的斜率為k。試寫出Uc-ν關(guān)系式，從圖像上可以獲取哪些信息
答案　(1)eUc=hν-W，則Uc=-；金屬的極限頻率νc=ν0；
(2)普朗克常量h等于圖線的斜率與電子電荷量的乘積，即h=ke。
3.圖甲、乙為光電流大小與電壓關(guān)系的圖像，從圖像上可以得出什么結(jié)論
答案　由圖甲可得：
(1)在一定的光照情況下，光電流隨著所加電壓的增大會(huì)存在一個(gè)飽和值，即飽和電流。
(2)光的頻率不變的情況下，入射光越強(qiáng)，飽和電流越大。
由圖乙可得：遏止電壓隨著光照頻率的增大而增大。
　(2023·江蘇宿遷市高二期末)用不同頻率的光照射某種金屬時(shí)，逸出光電子的最大初動(dòng)能隨入射光頻率變化的圖線如圖所示，圖線的反向延長(zhǎng)線與縱軸交點(diǎn)縱坐標(biāo)為-a(a>0)，與橫軸交點(diǎn)橫坐標(biāo)為b，電子的電荷量大小為e，則由圖像獲取的信息，正確的是
A.該金屬的極限頻率為a
B.該金屬的逸出功為b
C.普朗克常量為
D.入射光的頻率為2b時(shí)，遏止電壓為
例1
√
根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程有Ek=hν-hνc，結(jié)合圖像，
當(dāng)Ek=0時(shí)，b=νc，即該金屬的極限頻率為b；
當(dāng)ν=0時(shí)，Ek=-hνc=-a
即該金屬的逸出功為a，普朗克常量為h=k=
則選項(xiàng)A、B、C錯(cuò)誤；
根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程可得，當(dāng)入射光的頻率為2b時(shí)，光電子最大初動(dòng)能為
Ek=hν'-hνc=·2b-a=a
而Uce=Ek，則Uc=，故D正確。
　(多選)(2023·咸陽(yáng)市武功縣高二調(diào)研)1907年起，美國(guó)物理學(xué)家密立根開始以精湛的技術(shù)測(cè)量光電效應(yīng)中幾個(gè)重要的物理量，檢驗(yàn)愛因斯坦光電效應(yīng)方程的正確性。按照密立根的方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)得到了某金屬的Uc和ν的幾組數(shù)據(jù)，并作出如圖所示的圖線，電子的電荷量大小為e=1.6×
10-19 C，光在真空中的速度為3×108 m/s。由圖線可知，以下說(shuō)法正確的是
A.該金屬的極限頻率約為4.27×1014 Hz
B.該金屬的逸出功約為0.48 eV
C.可以求得普朗克常量約為6.24×10-34 J·s
D.若用波長(zhǎng)為500 nm的紫光照射該金屬，
　能使該金屬發(fā)生光電效應(yīng)
例2
√
√
√
根據(jù)光電效應(yīng)方程，有Ekm=hν-W，
又eUc=Ekm，解得Uc=ν-，由圖像
可知該金屬的極限頻率約為νc=4.27
×1014 Hz，故A正確；
由圖像可知當(dāng)Uc=0時(shí)W=hνc，由圖像可知=，解得h≈
6.24×10-34 J·s，W≈1.67 eV，故B錯(cuò)誤，C正確；
波長(zhǎng)為500 nm的紫光的能量為E==2.34 eV>1.67 eV，則用波長(zhǎng)為
500 nm的紫光照射該金屬，能使該金屬發(fā)生光電效應(yīng)，故D正確。
　(2023·福建福州市高二期末)在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，用a、b、c三束光照射同一金屬的表面時(shí)，形成的光電流大小隨外加電壓的變化關(guān)系如圖所示，三束光中頻率最大的為　　　光；a、c兩光相比入射光較強(qiáng)的是　　 光；若該金屬的逸出功為W，電子的電荷量為e，普朗克常量為h，b光的遏止
電壓為U0，結(jié)合圖像中的條件，可以表示出b光頻率為　　　 。
例3
b
a
根據(jù)光電效應(yīng)方程Ek=hν-W，Ek=eUc
得ν=
由題圖知b光的遏止電壓最大，則b光頻率最大
a、c兩光頻率相等，a光飽和電流大則a光較強(qiáng)；
b光頻率為ν=。
返回
光電效應(yīng)的應(yīng)用
二
光電效應(yīng)在自動(dòng)化控制和光電成像領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。
1.光電開關(guān)
光電管是利用光電效應(yīng)使　　　　轉(zhuǎn)換成　　　　的基本光電轉(zhuǎn)換器件，應(yīng)用光電管可控制電路接通或斷開。如圖是光電控制報(bào)警電路，正常情況下，光束照射到光電管，光電管產(chǎn)生　　　　　，與光電管連接的電路有　　 ，電磁鐵產(chǎn)生磁場(chǎng)，吸引報(bào)警電路中的開關(guān)，使報(bào)警電路 　　；當(dāng)有物體從光源和光電管間通過(guò)時(shí)，擋住光
束，光電管不再產(chǎn)生光電效應(yīng)，與光電管連
接的電路沒(méi)有電流，電磁鐵對(duì)報(bào)警電路的開
關(guān)沒(méi)有吸引力，在彈簧彈力作用下，開關(guān)
　　　，警鈴發(fā)出警報(bào)。
光信號(hào)
電信號(hào)
光電效應(yīng)
電流
斷開
閉合
2.光電成像
光電成像的原理是利用光電效應(yīng)先將　　　　轉(zhuǎn)換成　　　　，然后將
　　　　轉(zhuǎn)換成　　　　。
電荷耦合器件(簡(jiǎn)稱CCD)是光電成像系統(tǒng)中將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的器件，由眾多的微小光敏元件、電荷轉(zhuǎn)移電路、電荷讀取電路組成。CCD廣泛應(yīng)用于數(shù)碼相機(jī)、掃描儀、數(shù)字?jǐn)z像機(jī)等設(shè)備中。
光信號(hào)
電信號(hào)
電信號(hào)
光信號(hào)
返回
光的波粒二象性
三
為了對(duì)光的本性做進(jìn)一步的考察與分析，物理學(xué)家把屏換成感光底片，在不斷變化光強(qiáng)的情況下，用短時(shí)間曝光的方法進(jìn)行了光的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)(如圖所示)。
不同光強(qiáng)下光的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)結(jié)果
光很弱時(shí)，感光底片上的圖像與我們通常觀察到光的雙縫干涉的圖像相差很遠(yuǎn)如圖(a)；增強(qiáng)光的強(qiáng)度，光的雙縫干涉的圖像變得清晰起來(lái)如圖(b)；當(dāng)光較強(qiáng)時(shí)，得到的圖像與我們通常觀察到的光的雙縫干涉圖像一樣如圖(c)。這個(gè)實(shí)驗(yàn)說(shuō)明了什么
答案　當(dāng)光很弱時(shí)，光是作為一個(gè)個(gè)粒子落在感光底片上的，顯示出了光的粒子性；當(dāng)光很強(qiáng)時(shí)，光與感光底片量子化的作用積累起來(lái)形成明暗相間的條紋，顯示出了光的波動(dòng)性。
1.光具有波粒二象性：光子既有　　　的特征，又有　　的特征。
2.光波是一種概率波
通過(guò)雙縫實(shí)驗(yàn)理解：通過(guò)雙縫后，光子出現(xiàn)在哪個(gè)位置，受概率支配。單個(gè)光子出現(xiàn)在哪個(gè)位置是　　　的，因此少量光子形成的光點(diǎn)是_____
的。當(dāng)有大量光子時(shí)，概率大的位置出現(xiàn)的光子　　，形成　　條紋；概率小的位置出現(xiàn)的光子　　，形成　　條紋。
梳理與總結(jié)
粒子
波
隨機(jī)
無(wú)規(guī)
律
多
亮
少
暗
3.光的波動(dòng)性和粒子性不是均衡表現(xiàn)的
(1)個(gè)別光子的分布體現(xiàn)出粒子性特點(diǎn)，大量光子的集體行為，　　　 比較明顯
(2)波長(zhǎng)越長(zhǎng)，　　　　越明顯。
(3)光在與電子等物質(zhì)相互作用時(shí)更多地表現(xiàn)為　　　性，在傳播過(guò)程中更多地表現(xiàn)為　　　性。
波動(dòng)性
波動(dòng)性
粒子
波動(dòng)
(1)個(gè)別光子的行為表現(xiàn)為粒子性，大量光子的行為表現(xiàn)為波動(dòng)性。
(　　)
(2)光在傳播時(shí)是波，而與物質(zhì)相互作用時(shí)就轉(zhuǎn)變成粒子。(　　)
(3)光表現(xiàn)出波動(dòng)性時(shí)，就不具有粒子性了；光表現(xiàn)出粒子性時(shí)，就不具有波動(dòng)性了。(　　)
(4)高頻光是粒子，低頻光是波。(　　)
√
×
×
×
　(多選)關(guān)于光的認(rèn)識(shí)，下列說(shuō)法正確的是
A.少量光子通過(guò)狹縫后落在感光底片上表現(xiàn)出光的波動(dòng)性
B.延長(zhǎng)曝光時(shí)間，大量光子通過(guò)狹縫后落在感光底片上遵循統(tǒng)計(jì)規(guī)律，
　表現(xiàn)出光的波動(dòng)性
C.光的波動(dòng)性是光子之間的相互作用引起的
D.光的波粒二象性應(yīng)理解為：在某種場(chǎng)合下光的波動(dòng)性表現(xiàn)明顯，在另
　外某種場(chǎng)合下，光的粒子性表現(xiàn)明顯
例4
√
√
返回
課時(shí)對(duì)點(diǎn)練
四
考點(diǎn)一　光的波粒二象性
1.(多選)下列有關(guān)光的波粒二象性的說(shuō)法正確的是
A.有的光是波，有的光是粒子
B.光子與電子一樣，是一種粒子
C.光的波長(zhǎng)越長(zhǎng)，其波動(dòng)性越顯著；波長(zhǎng)越短，其粒子性越顯著
D.光在與物質(zhì)作用時(shí)更多地表現(xiàn)為粒子性，在傳播過(guò)程中更多地表現(xiàn)為
　波動(dòng)性
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
基礎(chǔ)對(duì)點(diǎn)練
√
13
√
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
一切光都具有波粒二象性，光的有些現(xiàn)象(如干涉、衍射)表現(xiàn)出波動(dòng)性，有些現(xiàn)象(如光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng))表現(xiàn)出粒子性，A錯(cuò)誤；
電子是實(shí)物粒子，有靜止質(zhì)量，光子不是實(shí)物粒子，沒(méi)有靜止質(zhì)量，電子是以實(shí)物形式存在的物質(zhì)，光子是以場(chǎng)形式存在的物質(zhì)，B錯(cuò)誤；
光的波長(zhǎng)越長(zhǎng)，波動(dòng)性越顯著，光的波長(zhǎng)越短，粒子性越顯著，C正確；
光在與電子等物質(zhì)作用時(shí)，更多地表現(xiàn)為粒子性，在傳播過(guò)程中更多地表現(xiàn)為波動(dòng)性，D正確。
13
2.關(guān)于光的本質(zhì)，下列說(shuō)法正確的是
A.康普頓效應(yīng)說(shuō)明光具有波動(dòng)性
B.光的干涉、衍射現(xiàn)象說(shuō)明光具有粒子性
C.在任何情況下，光都既具有波動(dòng)性、又具有粒子性
D.光的波動(dòng)性和粒子性是相互矛盾的
√
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
康普頓效應(yīng)說(shuō)明光具有粒子性，而且光子不但具有能量，還有動(dòng)量，故A錯(cuò)誤；
在光的干涉、衍射現(xiàn)象中，光體現(xiàn)出波動(dòng)性，故B錯(cuò)誤；
由于光具有波粒二象性，則在任何情況下，光都既具有波動(dòng)性、又具有粒子性，故C正確；
光的波粒二象性是指光有時(shí)波動(dòng)性表現(xiàn)得比較明顯，有時(shí)粒子性表現(xiàn)得比較明顯，二者是統(tǒng)一的，故D錯(cuò)誤。
13
3.(2023·潮州市高二期末)如圖所示，當(dāng)弧光燈發(fā)出的光經(jīng)一狹縫后，在鋅板上形成明暗相間的條紋，同時(shí)與鋅板相連的驗(yàn)電器箔片有張角，則該實(shí)驗(yàn)
A.只能證明光具有波動(dòng)性
B.只能證明光具有粒子性
C.只能證明光能夠發(fā)生衍射
D.證明光具有波粒二象性
√
1
2
3
4
5
6
7
8
9
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11
12
13
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
弧光燈發(fā)出的光經(jīng)一狹縫后，在鋅板上形成明
暗相間的條紋，這是光的衍射，證明了光具有
波動(dòng)性；
驗(yàn)電器箔片有張角，說(shuō)明鋅板發(fā)生了光電效應(yīng)，則證明了光具有粒子性，所以該實(shí)驗(yàn)證明了光具有波粒二象性，故選D。
13
4.(2023·福建省高二期末)用很弱的光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，把入射光減弱到可以認(rèn)為光源和感光膠片之間不可能同時(shí)有兩個(gè)光子存在，如圖所示是不同數(shù)量的光子照射到感光膠片上得到的照片。這些照片說(shuō)明
A.光只有粒子性沒(méi)有波動(dòng)性
B.光只有波動(dòng)性沒(méi)有粒子性
C.少量光子的運(yùn)動(dòng)顯示波動(dòng)性，大量光子的運(yùn)動(dòng)顯示粒子性
D.少量光子的運(yùn)動(dòng)顯示粒子性，大量光子的運(yùn)動(dòng)顯示波動(dòng)性
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
√
13
考點(diǎn)二　光電效應(yīng)圖像問(wèn)題
5.(2024·烏魯木齊實(shí)驗(yàn)學(xué)校月考)用不同頻率的紫外線分別照射鎢和鋅的表面而產(chǎn)生光電效應(yīng)，可得到光電子的最大初動(dòng)能Ek隨入射光頻率ν變化的Ek-ν圖像。已知鎢的逸出功是3.28 eV，鋅的逸出功是3.34 eV，若將二者的圖線畫在同一個(gè)Ek-ν坐標(biāo)系中，用實(shí)線表示鎢，虛線表示鋅，則能正確反映這一過(guò)程的圖像是
√
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
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13
1
2
3
4
5
6
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12
根據(jù)光電效應(yīng)方程Ek=hν-W可知，Ek-ν圖線的斜率表示普朗克常量h，因此鎢和鋅的Ek-ν圖線應(yīng)該平行；圖線的橫軸截距表示極限頻率ν0，而ν0=，因此鎢的極限頻率小些，綜上所述，A正確，B、C、D錯(cuò)誤。
13
6.(多選)如圖所示為金屬A和B的遏止電壓Uc和入射光頻率ν的關(guān)系圖像，由圖可知
A.金屬A的逸出功小于金屬B的逸出功
B.金屬A的極限頻率大于金屬B的極限頻率
C.圖線的斜率為普朗克常量
D.如果用頻率為5.5×1014 Hz的入射光照射兩種金屬，從金屬A逸出的光
　電子的最大初動(dòng)能較大
1
2
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12
√
13
√
1
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3
4
5
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11
12
根據(jù)光電效應(yīng)方程及動(dòng)能定理可得Ekm=hν-W0，
eUc=Ekm，即Uc=ν-，當(dāng)Uc=0時(shí)，對(duì)應(yīng)的頻率
為極限頻率，由題圖可知，金屬A的極限頻率小
于金屬B的極限頻率，B錯(cuò)誤；
金屬的逸出功為W0=hν0，ν0是極限頻率，所以金屬A的逸出功小于金屬B的逸出功，A正確；
由B解析中的表達(dá)式可知，Uc-ν圖線斜率表示，C錯(cuò)誤；
13
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
入射光的頻率大于兩種金屬的極限頻率，兩者
均會(huì)發(fā)生光電效應(yīng)，根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方
程可知，由于A的逸出功較小，故從金屬A逸出
的光電子的最大初動(dòng)能較大，D正確。
13
7.(多選)(2023·玉溪師范學(xué)院附屬中學(xué)高二期末)物理學(xué)家密立根利用圖甲所示的電路研究金屬的遏止電壓Uc與入射光頻率ν的關(guān)系，描繪出圖乙中的圖像，由此算出普朗克常量h，電子電荷量用e表示，下列說(shuō)法正確的是
A.增大入射光的強(qiáng)度，光電子的最大初動(dòng)
　能也增大
B.由Uc-ν圖像可知，這種金屬的極限頻率
　為νc
C.由Uc-ν圖像可求普朗克常量表達(dá)式為h=
D.入射光的頻率增大，為了測(cè)遏止電壓，則滑動(dòng)變阻器的滑片P應(yīng)向M端移動(dòng)
1
2
3
4
5
6
7
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11
12
13
√
√
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
由光電效應(yīng)方程有Ek=hν-W
可知光電子的最大初動(dòng)能與光照強(qiáng)度無(wú)關(guān)，故A錯(cuò)誤；
由動(dòng)能定理有eUc=Ek，則可得Uc=ν-，
由題圖乙可得Uc=0時(shí)，νc=
可得νc=
即這種金屬的極限頻率為νc，
由題圖乙可得=
可得h=，故B、C正確；
13
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
入射光的頻率增大，遏止電壓變大，為了測(cè)遏止電壓，則滑動(dòng)變阻器的滑片P應(yīng)向N端移動(dòng)，故D錯(cuò)誤。
13
8.(2024·遂寧市診斷考試)用甲、乙兩種單色光照射同一種金屬做光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)光電流與電壓的關(guān)系如圖所示。已知普朗克常量為h，被照射金屬的極限頻率為ν0，遏止電壓為Uc，電子的電荷量為e，則下列說(shuō)法正確的是
A.甲光的頻率大于乙光的頻率
B.甲光的強(qiáng)度等于乙光的強(qiáng)度
C.甲光照射時(shí)產(chǎn)生的光電子初動(dòng)能均為eUc
D.乙光的頻率為ν0+
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√
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由光電效應(yīng)方程可得，由題圖可知甲、乙的遏止電
壓相同，則甲、乙的頻率相同，A錯(cuò)誤；
根據(jù)光的強(qiáng)度越強(qiáng)，則光電子數(shù)目越多，對(duì)應(yīng)的光
電流越大，即可判定甲光的強(qiáng)度較大，B錯(cuò)誤；
甲光照射時(shí)產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能為eUc，C錯(cuò)誤；
根據(jù)光電效應(yīng)方程有
Ekm=hν-W，hν0=W，Ekm=eUc
解得ν=ν0+，D正確。
13
9.(多選)(2023·福州市高二期末)用同一光電管研究a、b兩種單色光產(chǎn)生的光電效應(yīng)，得到光電流I與光電管兩極間所加電壓U的關(guān)系如圖，則這兩種光
A.照射該光電管時(shí)a光使其逸出的光電子最大初動(dòng)能大
B.照射該光電管時(shí)b光使其逸出的光電子最大初動(dòng)能大
C.通過(guò)同一裝置發(fā)生雙縫干涉，a光的相鄰條紋間距大
D.通過(guò)同一裝置發(fā)生雙縫干涉，b光的相鄰條紋間距大
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能力綜合練
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由題圖可知，b光的遏止電壓大，所以b光照射光電
管時(shí)使其逸出的光電子最大初動(dòng)能大，故A錯(cuò)誤，
B正確；
根據(jù)光電效應(yīng)方程，可得Ekm=hν-W易知，a光的頻率小，波長(zhǎng)大，發(fā)生雙縫干涉時(shí)，a光的相鄰條紋間距大，故C正確，D錯(cuò)誤。
13
10.如圖所示是某金屬在光的照射下產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能Ek與入射光頻率ν的關(guān)系圖像，普朗克常量為h。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是
A.該金屬的逸出功等于hν0
B.該金屬的逸出功等于E
C.入射光的頻率為0.5ν0時(shí)，產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能
　為0.5E
D.入射光的頻率為2ν0時(shí)，產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能為E
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由愛因斯坦光電效應(yīng)方程hν=W+mv2及Ek=mv2可知Ek
=hν-W，由題圖可知，該金屬的逸出功W=hν0=E，故A、
B正確；
由題圖可知，該金屬的極限頻率是ν0，當(dāng)入射光的頻率
為0.5ν0時(shí)不能產(chǎn)生光電效應(yīng)，故C錯(cuò)誤；
當(dāng)入射光的頻率為2ν0時(shí)，由Ek=hν-W可知，產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能Ek=2hν0-W=2E-E=E，故D正確。
13
11.(2023·白銀市實(shí)驗(yàn)中學(xué)月考)如圖所示為光電子的遏止電壓與入射光頻率的關(guān)系圖線，已知圖線的縱、橫截距分別為-a、b，電子電荷量為e，下列表達(dá)式正確的是
A.普朗克常量h=
B.金屬的逸出功W=a
C.金屬的極限頻率νc=b
D.若入射光頻率為3b，則光電子最大初動(dòng)能一定為a
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根據(jù)Uce=m=hν-W，可得Uc=ν-，則=，
即h==a，則W=ae，νc=b，選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤，
C正確；
若入射光頻率為3b，則光電子最大初動(dòng)能一定為
m=h·3b-W=2ae，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。
13
12.如圖甲所示為研究光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置，電源和電表的正負(fù)極可以對(duì)調(diào)，某同學(xué)選用a、b、c三束不同的單色光分別照射同一光電管，發(fā)現(xiàn)光電流與電壓的關(guān)系圖像如圖乙所示，下列說(shuō)法正確的是
A.三束光的頻率關(guān)系為νa>νb>νc
B.單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的光電子數(shù)的關(guān)系為
　na>nb>nc
C.用a、b、c三束光照射時(shí)，逸出光電子
　的最大初動(dòng)能的關(guān)系為Ekb>Eka>Ekc
D.用a、b、c三束光照射時(shí)，逸出光電子的動(dòng)能大小一定為Ekb>Ekc>Eka
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由動(dòng)能定理和愛因斯坦光電效應(yīng)方
程可知：eU=Ek=hν-W
遏止電壓越大，頻率越大，可知三
束光的頻率關(guān)系為νb>νc>νa
光電子逸出時(shí)最大初動(dòng)能的關(guān)系為Ekb>Ekc>Eka
在某種光的照射下逸出的光電子的動(dòng)能介于0與最大初動(dòng)能之間，A、C、D錯(cuò)誤；
飽和電流越大，說(shuō)明單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的光電子數(shù)越多，即na>nb>nc，B正確。
13
13.如圖甲所示是研究光電效應(yīng)飽和電流和遏止電壓的實(shí)驗(yàn)電路，A、K為光電管的兩極，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器觸頭P可使光電管兩極獲得正向或反向電壓。現(xiàn)用光子能量E=11.2 eV的光持續(xù)照射光電管的極板K。移動(dòng)滑動(dòng)變阻器觸頭P，獲得多組電壓表、電流
表讀數(shù)，作出電流與電壓關(guān)系的圖線
如圖乙所示。求：
(1)光電管K極材料的逸出功；
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答案　5.4 eV
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由題圖乙可知，用光子能量E=
11.2 eV的光持續(xù)照射光電管的極
板K時(shí)，遏止電壓為Uc=5.8 V，
根據(jù)動(dòng)能定理以及愛因斯坦光電
效應(yīng)方程可得eUc=Ekm=E-W，
解得光電管K極材料的逸出功為W=5.4 eV
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(2)恰達(dá)到飽和電流3.1 μA時(shí)，到達(dá)A極板的光電子的最大動(dòng)能。
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答案　8.0 eV
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由題圖乙可知，恰達(dá)到飽和電流
3.1 μA時(shí)，在A、K間有正向電壓
U=2.2 V，電子在兩極間加速，設(shè)
到達(dá)A極板的光電子的最大動(dòng)能
為Ekm1，
則由動(dòng)能定理有eU=Ekm1-Ekm=Ekm1-eUc，
解得Ekm1=8.0 eV。
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13第1節(jié)　光電效應(yīng)及其解釋(一)
1~7題每題6分，共42分
考點(diǎn)一　光電效應(yīng)現(xiàn)象及實(shí)驗(yàn)規(guī)律
1.如圖所示，把一塊不帶電的鋅板用導(dǎo)線連接在驗(yàn)電器上，當(dāng)用某頻率的紫外線照射鋅板時(shí)，發(fā)現(xiàn)驗(yàn)電器指針偏轉(zhuǎn)一定角度，下列說(shuō)法正確的是 (　　)
A.驗(yàn)電器帶正電，鋅板帶負(fù)電
B.驗(yàn)電器帶負(fù)電，鋅板也帶負(fù)電
C.若改用紅光照射鋅板，驗(yàn)電器的指針一定也會(huì)偏轉(zhuǎn)
D.若改用同等強(qiáng)度、頻率更高的紫外線照射鋅板，驗(yàn)電器的指針也會(huì)偏轉(zhuǎn)
2.如圖所示為研究光電效應(yīng)現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)裝置，真空光電管的陰極K涂有一層光電材料，陽(yáng)極A是金屬材料。當(dāng)用紫光照射陰極K時(shí)，微安表μA中能檢測(cè)到光電流，下列說(shuō)法正確的是 (　　)
A.若增大紫光的光照強(qiáng)度，光電流一定會(huì)增大
B.若用紫光照射陽(yáng)極A時(shí)，一定也有光電流
C.若換用紅光照射陰極K時(shí)，一定也有光電流
D.若停止用紫光照射陰極K，能觀測(cè)到光電流緩慢減小直至為0
3.(2024·江蘇省蘇南八校高二聯(lián)考)研究光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)電路圖如圖所示，滑動(dòng)變阻器滑片處于圖示位置。用綠光照射陰極K時(shí)，電流表示數(shù)為零，要使得電流表有示數(shù) (　　)
A.可將照射光改為紅光
B.可將電源正負(fù)極調(diào)換
C.可改變陰極K的材料
D.可將滑動(dòng)變阻器滑片向左移動(dòng)
4.(多選)(2023·清華附中模擬)如圖所示為研究光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置，用某種頻率的單色光a照射光電管陰K，電流計(jì)G的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)。而用另一頻率的單色光b照射光電管陰極K時(shí)，電流計(jì)G的指針不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，那么下列說(shuō)法正確的是 (　　)
A.a光的頻率一定大于b光的頻率
B.增加b光的強(qiáng)度可能使電流計(jì)G的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)
C.用a光照射光電管陰極K時(shí)通過(guò)電流計(jì)G的電流是由c到d
D.只增加a光的強(qiáng)度可使通過(guò)電流計(jì)G的電流增大
考點(diǎn)二　愛因斯坦的光電效應(yīng)理論對(duì)光電效應(yīng)的解釋
5.做光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)時(shí)，用黃光照射一光電管，能產(chǎn)生光電效應(yīng)，欲使光電子從陰極逸出時(shí)的最大初動(dòng)能增大，應(yīng) (　　)
A.改用紅光照射
B.增大黃光的強(qiáng)度
C.增大光電管上的加速電壓
D.改用紫光照射
6.(多選)(2023·天津市靜安區(qū)一中高二調(diào)研)已知使某種金屬發(fā)生光電效應(yīng)的極限頻率為νc，普朗克常量為h，則 (　　)
A.當(dāng)用頻率為2νc的單色光照射該金屬時(shí)，一定能產(chǎn)生光電子
B.當(dāng)用頻率為2νc的單色光照射該金屬時(shí)，所產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能為hνc
C.當(dāng)照射光的頻率ν大于νc時(shí)，若ν增大，則逸出功增大
D.當(dāng)照射光的頻率ν大于νc時(shí)，若ν增大一倍，則光電子的最大初動(dòng)能也增加一倍
7.(2024·海南省定安縣定安中學(xué)開學(xué)考)某金屬在一束單色光的照射下發(fā)生光電效應(yīng)，光電子的最大初動(dòng)能為Ek，已知該金屬的逸出功為W，普朗克常量為h。根據(jù)愛因斯坦的光電效應(yīng)理論，該單色光的頻率ν為 (　　)
A. B.
C. D.
8~12題每題8分，13題18分，共58分
8.(多選)(2023·榆林市府谷中學(xué)高二月考)光電管是一種利用光照射產(chǎn)生電流的裝置，當(dāng)入射光照在管中金屬板上時(shí)，可能形成光電流。表中給出了6次實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。
組 次 入射光子 的能量/eV 相對(duì) 光強(qiáng) 光電流 /mA 逸出光電子的最大初動(dòng)能/eV
第 一 組 1 2 3 4.0 4.0 4.0 弱 中 強(qiáng) 29 43 60 0.9 0.9 0.9
第 二 組 4 5 6 6.0 6.0 6.0 弱 中 強(qiáng) 27 40 55 2.9 2.9 2.9
由表中數(shù)據(jù)得出的論斷中正確的是 (　　)
A.兩組實(shí)驗(yàn)采用了不同頻率的入射光
B.兩組實(shí)驗(yàn)所用的金屬板材質(zhì)不同
C.若入射光子的能量為5.0 eV，逸出光電子的最大初動(dòng)能為1.9 eV
D.若入射光子的能量為5.0 eV，相對(duì)光強(qiáng)越強(qiáng)，光電流越大
9.(多選)(2023·保定市高二期中)用波長(zhǎng)為λ和3λ的光照射同一種金屬，分別產(chǎn)生的速度最快的光電子速度之比為3∶1， 普朗克常量和真空中光速分別用h和c表示，那么下列說(shuō)法正確的有 (　　)
A.該種金屬的逸出功為
B.該種金屬的逸出功為
C.波長(zhǎng)超過(guò)4λ的光都不能使該金屬發(fā)生光電效應(yīng)
D.波長(zhǎng)超過(guò)3λ的光都不能使該金屬發(fā)生光電效應(yīng)
10.(2023·銀川市北方民族大學(xué)附屬中學(xué)高二月考)單光子光電效應(yīng)，即一個(gè)電子極短時(shí)間內(nèi)能吸收到一個(gè)光子而從金屬表面逸出。強(qiáng)激光的出現(xiàn)豐富了人們對(duì)于光電效應(yīng)的認(rèn)識(shí)，用強(qiáng)激光照射金屬，一個(gè)電子在短時(shí)間內(nèi)能吸收多個(gè)光子形成多光子光電效應(yīng)。用頻率為ν的普通光源照射金屬，沒(méi)有發(fā)生光電效應(yīng)，換同樣頻率為ν的強(qiáng)激光照射，則可以發(fā)生光電效應(yīng)，測(cè)得其遏止電壓為U，該金屬的逸出功為W，已知普朗克常量為h，電子電荷量為e，則發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)一個(gè)電子能吸收的光子個(gè)數(shù)為 (　　)
A. B.
C. D.
11.(多選)(2023·新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第二中學(xué)高二月考)用如圖的裝置研究光電效應(yīng)現(xiàn)象，當(dāng)用光子能量為2.5 eV的光照射到光電管上時(shí)，電流表G的讀數(shù)為0.2 mA，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片C，當(dāng)電壓表的示數(shù)大于或等于0.7 V時(shí)，電流表讀數(shù)為0。則 (　　)
A.光電管陰極的逸出功為1.8 eV
B.開關(guān)S斷開后，沒(méi)有電流流過(guò)電流表G
C.光電子的最大初動(dòng)能為0.7 eV
D.改用能量為1.5 eV的光子照射，電流表G也有電流，但電流較小
12.(多選)(2023·白城市通榆縣一中高二期末)圖甲是氫原子的能級(jí)圖，圖乙是光電效應(yīng)演示裝置，裝置中金屬鋅的逸出功為3.4 eV。用大量處于n=4能級(jí)的氫原子躍遷時(shí)發(fā)出的光去照射鋅板，下列說(shuō)法正確的是 (　　)
A.若發(fā)生光電效應(yīng)，則驗(yàn)電器內(nèi)的金屬片帶負(fù)電
B.此光電效應(yīng)現(xiàn)象表明光具有粒子性
C.有6種不同頻率的光可使鋅板發(fā)生光電效應(yīng)
D.從鋅板逸出來(lái)的光電子獲得的最大初動(dòng)能為9.35 eV
13.(18分)我國(guó)中微子探測(cè)實(shí)驗(yàn)利用光電管把光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。如圖所示，A和K分別是光電管的陽(yáng)極和陰極，加在A、K之間的電壓為U。現(xiàn)用發(fā)光功率為P的激光器發(fā)出頻率為ν的光全部照射在K上，回路中形成電流。已知陰極K材料的逸出功為W，普朗克常量為h，電子電荷量為e。
(1)(9分)若對(duì)調(diào)電源正、負(fù)極，光電管兩端電壓至少為多少，才可使電流表G示數(shù)為零；
(2)(9分)若每入射100個(gè)光子會(huì)產(chǎn)生1個(gè)光電子，所有的光電子都能到達(dá)A，求回路的電流I。
答案精析
1.D　[用紫外線照射鋅板，鋅板失去電子帶正電，驗(yàn)電器與鋅板連接，則驗(yàn)電器帶正電，A、B錯(cuò)誤；根據(jù)產(chǎn)生光電效應(yīng)的條件可知，若改用紅光照射鋅板，不一定能發(fā)生光電效應(yīng)，所以驗(yàn)電器的指針不一定會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，C錯(cuò)誤；根據(jù)產(chǎn)生光電效應(yīng)的條件可知，能否發(fā)生光電效應(yīng)與光的頻率有關(guān)，若改用同等強(qiáng)度、頻率更高的紫外線照射鋅板，驗(yàn)電器的指針也會(huì)偏轉(zhuǎn)，D正確。]
2.A　[若增大紫光的光照強(qiáng)度，單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子的數(shù)量增加，光電流一定會(huì)增大，A正確；若用紫光照射陽(yáng)極A時(shí)，不一定產(chǎn)生光電效應(yīng)，因此不一定有光電流，B錯(cuò)誤；紅光頻率比紫光頻率小，若紅光頻率小于陰極K材料的極限頻率，就不會(huì)產(chǎn)生光電效應(yīng)，也就沒(méi)有光電流，C錯(cuò)誤；若停止用紫光照射陰極K，能觀測(cè)到光電流立刻減小為0，D錯(cuò)誤。]
3.C　[光電管加的是正向電壓，電流表示數(shù)為零，說(shuō)明沒(méi)有發(fā)生光電效應(yīng)。將照射光改為紅光，則照射光頻率減小，仍不會(huì)發(fā)生光電效應(yīng)，故A不符合題意；將電源正負(fù)極調(diào)換或?qū)⒒瑒?dòng)變阻器滑片向左移動(dòng)，仍不會(huì)發(fā)生光電效應(yīng)，故B、D不符合題意；改變陰極K的材料，當(dāng)入射光能量大于陰極材料的逸出功時(shí)即可發(fā)生光電效應(yīng)，故C符合題意。]
4.ACD　[用某種頻率的單色光a照射光電管陰極K，電流計(jì)G的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，知a光頻率大于陰極材料的極限頻率；用另一頻率的單色光b照射光電管陰極K時(shí)，電流計(jì)G的指針不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，知b光的頻率小于陰極材料的極限頻率，所以a光的頻率一定大于b光的頻率，A正確；只有當(dāng)入射光的頻率大于或等于極限頻率，才會(huì)發(fā)生光電效應(yīng)，增加b光的強(qiáng)度，仍然不能發(fā)生光電效應(yīng)，電流計(jì)指針不偏轉(zhuǎn)，B錯(cuò)誤；電流的方向與負(fù)電荷定向移動(dòng)的方向相反，用a光照射光電管陰極K時(shí)通過(guò)電流計(jì)G的電流是由c到d，C正確；增加a光的強(qiáng)度，則單位時(shí)間內(nèi)發(fā)出的光電子數(shù)目增多，通過(guò)電流計(jì)的電流增大，D正確。]
5.D　[紅光的能量低于黃光的能量，可能導(dǎo)致不能發(fā)生光電效應(yīng)或者減小最大初動(dòng)能，A錯(cuò)誤；單純?cè)黾狱S光強(qiáng)度，會(huì)增加逸出光電子數(shù)目，但不會(huì)改變光電子的最大初動(dòng)能，B錯(cuò)誤；光電管的加速電壓與光電子逸出時(shí)的最大初動(dòng)能無(wú)關(guān)，C錯(cuò)誤；紫光的能量高于黃光的能量，改用紫光可以增大光電子逸出時(shí)的最大初動(dòng)能，D正確。]
6.AB　[由光電效應(yīng)規(guī)律可知，當(dāng)入射光的頻率大于極限頻率時(shí)能發(fā)生光電效應(yīng)，故A正確；由愛因斯坦光電效應(yīng)方程得：Ek=hν-W=h·2νc-hνc=hνc，故B正確；逸出功只取決于金屬材料，與照射光的頻率無(wú)關(guān)，故C錯(cuò)誤；由Ek=hν-W知，Ek與ν不成正比，故D錯(cuò)誤。]
7.D　[根據(jù)愛因斯坦的光電效應(yīng)方程可知hν=W+Ek，解得該單色光的頻率為ν=，故選D。]
8.ACD　[光子的能量E=hν，入射光子的能量不同，故入射光子的頻率不同，A正確；由愛因斯坦光電效應(yīng)方程hν=W+mv2，可求出兩組實(shí)驗(yàn)所用的金屬板的逸出功W均為3.1 eV，故兩組實(shí)驗(yàn)所用的金屬板材質(zhì)相同，B錯(cuò)誤；由上述可知W=3.1 eV，當(dāng)hν=5.0 eV時(shí)，Ek=1.9 eV，C正確；光照強(qiáng)度越強(qiáng)，單位時(shí)間內(nèi)射出的光子數(shù)越多，單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子數(shù)越多，形成的光電流越大，D正確。]
9.BC　[根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程可知
m=-W
m=-W
其中vm1∶vm2=3∶1
解得W=，選項(xiàng)A錯(cuò)誤，B正確；
因?yàn)椴ㄩL(zhǎng)為4λ的光恰能使該金屬發(fā)生光電效應(yīng)，則波長(zhǎng)超過(guò)4λ的光都不能使該金屬發(fā)生光電效應(yīng)，選項(xiàng)C正確，D錯(cuò)誤。]
10.C　[設(shè)發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)一個(gè)電子能吸收的光子個(gè)數(shù)為n，根據(jù)光電效應(yīng)方程可得Ekm=nhν-W，根據(jù)動(dòng)能定理可得-eU=0-Ekm，聯(lián)立解得n=，C正確，A、B、D錯(cuò)誤。]
11.AC　[由題圖可知，光電管兩端所加的電壓為反向電壓，由電壓表的示數(shù)大于或等于0.7 V時(shí)，電流表示數(shù)為0，可知光電子的最大初動(dòng)能為0.7 eV，根據(jù)光電效應(yīng)方程Ek=hν-W，可得W=1.8 eV，故A、C正確；開關(guān)S斷開后，用光子能量為2.5 eV的光照射到光電管上時(shí)發(fā)生了光電效應(yīng)，有光電子逸出，則有電流流過(guò)電流表，故B錯(cuò)誤；改用能量為1.5 eV的光子照射，由于光子的能量小于逸出功，不能發(fā)生光電效應(yīng)，無(wú)光電流，故D錯(cuò)誤。]
12.BD　[若鋅板發(fā)生光電效應(yīng)，則有電子從表面逸出，鋅板帶正電，驗(yàn)電器與鋅板連接，因此也帶正電，A錯(cuò)誤；光電效應(yīng)現(xiàn)象表明光具有粒子性，B正確；大量處于n=4能級(jí)的氫原子躍遷時(shí)發(fā)出6種不同頻率的光，其中n=4、n=3、n=2能級(jí)向n=1能級(jí)躍遷時(shí)發(fā)出的3種光能使鋅板發(fā)生光電效應(yīng)，C錯(cuò)誤；躍遷過(guò)程發(fā)出的光子能量最大值為
13.6 eV-0.85 eV=12.75 eV
所以光電子獲得最大初動(dòng)能為
12.75 eV-3.4 eV=9.35 eV，D正確。]
13.(1)　(2)
解析　(1)根據(jù)光電效應(yīng)方程有Ekm=hν-W，
設(shè)遏止電壓為U，
根據(jù)動(dòng)能定理得eU=Ekm，
解得U=
(2)設(shè)t時(shí)間內(nèi)通過(guò)的電荷量為q，
根據(jù)電流的定義有q=It，
設(shè)光電子數(shù)為n，q=ne，n=
解得I=。第1節(jié)　光電效應(yīng)及其解釋(一)
[學(xué)習(xí)目標(biāo)]　1.了解光電效應(yīng)和光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律及應(yīng)用(難點(diǎn))。2.理解光子說(shuō)，掌握愛因斯坦光電效應(yīng)方程，并能利用它解決光電效應(yīng)的有關(guān)問(wèn)題(重點(diǎn))。
一、光電效應(yīng)
如圖所示，把一塊擦亮的鋅板安裝在靜電計(jì)上。用紫外光照射鋅板，觀察靜電計(jì)指針的偏角有什么變化；停止紫外光照，靜電計(jì)指針的偏角又會(huì)怎樣變化？這說(shuō)明了什么？把用毛皮摩擦過(guò)的橡膠棒接觸鋅板，靜電計(jì)指針的偏角將會(huì)怎樣變化？請(qǐng)解釋以上現(xiàn)象。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　
1.光電效應(yīng)
在光的照射下　　　　從物體表面逸出的現(xiàn)象稱為光電效應(yīng)，這種逸出的　　　　稱為光電子。
2.光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)規(guī)律
(1)存在極限頻率
①當(dāng)入射光的頻率低于某一頻率時(shí)，光電流消失，不會(huì)產(chǎn)生　　　　　　，這一頻率稱為極限頻率。極限頻率與金屬的種類　　　　。
②只有當(dāng)入射光的頻率　　　　　　　　　　　　　　　　　　　極限頻率，才會(huì)產(chǎn)生光電效應(yīng)；若入射光的頻率小于極限頻率，即使增加光的強(qiáng)度或照射時(shí)間，也　　　　產(chǎn)生光電效應(yīng)。
(2)具有瞬時(shí)性
從光照射到金屬表面至產(chǎn)生光電效應(yīng)間隔的時(shí)間　　　　，通常在10-9 s內(nèi)。
(3)存在飽和電流
①產(chǎn)生光電效應(yīng)時(shí)，在光照強(qiáng)度不變的情況下，光電流隨電壓的增大而　　　　，當(dāng)電流增大到一定值后，即使電壓再增大，電流也　　　　　　(填“還會(huì)增加”或“不再增加”)，達(dá)到一個(gè)　　　　，即為飽和電流。
②在光頻率不變的情況下，入射光越強(qiáng)，單位時(shí)間內(nèi)逸出的電子數(shù)也　　　　，飽和電流　　　　。
(4)光電子的最大初動(dòng)能只與光的頻率有關(guān)
①如果施加反向電壓，當(dāng)反向電壓大于某一值時(shí)，光電流為零，這一電壓值稱為　　　　　　。
②遏止電壓Uc與光電子最大初動(dòng)能滿足的關(guān)系為：　　　　　　　。
③光電子最大初動(dòng)能與入射光的　　　　有關(guān)，與入射光的　　　　無(wú)關(guān)。入射光的頻率越高，光電子的最大初動(dòng)能越大。
1.有同學(xué)認(rèn)為只要光的強(qiáng)度足夠大，就能發(fā)生光電效應(yīng)，這種認(rèn)識(shí)正確嗎？
　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　
2.在入射光頻率不變的情況下，逸出的光電子數(shù)與什么因素有關(guān)？為什么？
　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　
(1)金屬鈉的每個(gè)電子可以吸收一個(gè)或一個(gè)以上的光子，當(dāng)它積累的動(dòng)能足夠大時(shí)，就能從金屬中逸出。(　　)
(2)在光電效應(yīng)中，一個(gè)電子只能吸收一個(gè)光子。(　　)
(3)若入射光的頻率小于極限頻率，只要照射時(shí)間足夠長(zhǎng)也能發(fā)生光電效應(yīng)。(　　)
(4)發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)，入射光越強(qiáng)，光子的能量就越大，光電子的最大初動(dòng)能就越大。(　　)
例1　(2023·焦作市一中高二月考)如圖所示，在演示光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)分別用a、b兩種單色光照射鋅板。發(fā)現(xiàn)用a光照射時(shí)與鋅板連接的驗(yàn)電器的指針張開一定角度；用b光照射時(shí)與鋅板連接的驗(yàn)電器的指針不動(dòng)。下列說(shuō)法正確的是(　　)
A.增大b光的強(qiáng)度，驗(yàn)電器的指針有可能張開一定角度
B.a光在真空中的波長(zhǎng)大于b光在真空中的波長(zhǎng)
C.a光的頻率大于b光的頻率
D.若用b光照射另一種金屬能發(fā)生光電效應(yīng)，則用a光照射該金屬時(shí)可能不會(huì)發(fā)生光電效應(yīng)
例2　利用如圖所示的電路研究光電效應(yīng)現(xiàn)象，滑片P的位置在O點(diǎn)的正上方。已知入射光的頻率大于陰極K的極限頻率，且光的強(qiáng)度較大，則(　　)
A.減弱入射光的強(qiáng)度，遏止電壓變小
B.P不移動(dòng)時(shí)，微安表的示數(shù)為零
C.P向a端移動(dòng)，微安表的示數(shù)增大
D.P向b端移動(dòng)，光電子到達(dá)陽(yáng)極A的最大動(dòng)能增大
1.一個(gè)條件
發(fā)生光電效應(yīng)的條件是入射光的頻率大于或等于金屬的極限頻率。
2.兩條線索
二、光電效應(yīng)的解釋
用經(jīng)典電磁理論無(wú)法解釋光電效應(yīng)。為解釋光電效應(yīng)，愛因斯坦發(fā)展了普朗克的能量不連續(xù)思想，提出光量子的概念。
(1)光是由數(shù)量有限的、分立的　　　　組成的，每一個(gè)光子的能量E=　　　。
(2)愛因斯坦光電效應(yīng)方程
①表達(dá)式：hν=　　　　　　　。
②各量的意義：hν為一個(gè)光子的　　　　；W為金屬的　　　　；mv2為電子離開金屬表面的　　　　　　　　。
③同一種金屬的逸出功是　　　　的，不因光照頻率的改變而改變。
1.愛因斯坦光電效應(yīng)方程對(duì)光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的解釋：
(1)愛因斯坦光電效應(yīng)方程表明，光電子的最大初動(dòng)能mv2與入射光的　　　　有關(guān)，而與光的強(qiáng)弱　　　　。只有當(dāng)hν>W時(shí)，才有光電子逸出，νc=就是光電效應(yīng)的極限頻率。
(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，光電流幾乎是瞬時(shí)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)　　　　，照射金屬時(shí)產(chǎn)生的光電子　　　　，因而飽和電流　　　　。
2.愛因斯坦光電效應(yīng)方程給出了光電子的最大初動(dòng)能mv2與入射光的頻率ν的關(guān)系。但是，很難直接測(cè)量光電子的動(dòng)能，容易測(cè)量的是遏止電壓Uc，怎樣得到Uc與ν、W的關(guān)系(寫出Uc、ν、W的關(guān)系式)？
　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　
例3　(2023·福建福州市高二期末)用波長(zhǎng)為λ1和λ2的單色光A和B分別照射兩種金屬C和D的表面，單色光A照射兩種金屬時(shí)都能產(chǎn)生光電效應(yīng)現(xiàn)象；單色光B照射時(shí)，只能使金屬C產(chǎn)生光電效應(yīng)現(xiàn)象，不能使金屬D產(chǎn)生光電效應(yīng)現(xiàn)象。設(shè)兩種金屬的逸出功分別為WC和WD，則下列選項(xiàng)正確的是(　　)
A.λ1>λ2，WC>WD B.λ1>λ2，WCC.λ1<λ2，WC>WD D.λ1<λ2，WC拓展　若用上題波長(zhǎng)為λ1、λ2的單色光分別照射同種金屬，測(cè)得的遏止電壓分別為U1和U2，光電子的最大初動(dòng)能分別為Ek1和Ek2，h為普朗克常量，則U1和U2、Ek1和Ek2的關(guān)系為：U1　　　U2，Ek1　　　　Ek2(均填“>”“=”或“<”)。
例4　(2022·陜西西安市高二月考)鋁的逸出功是4.2 eV，現(xiàn)在用波長(zhǎng)為200 nm的光照射鋁的表面，求：(普朗克常量h=6.63×10-34 J·s，光在真空中的速度為3.0×108 m/s，電子電荷量e=1.6×10-19 C，計(jì)算結(jié)果保留三位有效數(shù)字)
(1)光電子的最大初動(dòng)能；
(2)遏止電壓；
(3)鋁的極限頻率。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　
三、康普頓效應(yīng)(拓展閱讀)
1.康普頓效應(yīng)：物理學(xué)家康普頓在研究石墨對(duì)X射線的散射時(shí)，發(fā)現(xiàn)X射線被石墨散射后，沿不同方向的射線中，除了有波長(zhǎng)與原波長(zhǎng)相同的成分外，還發(fā)現(xiàn)了波長(zhǎng)　　　　的成分，這種現(xiàn)象稱為康普頓效應(yīng)。
2.康普頓效應(yīng)的解釋：把光的散射看成是單個(gè)光子與單個(gè)電子發(fā)生的　　　　碰撞，在碰撞過(guò)程中能量和動(dòng)量都是　　　　的。在碰撞中光子將能量hν的一　　　　傳遞給了電子，光子的能量　　　　，波長(zhǎng)變　　　　。
3.康普頓效應(yīng)的意義：證實(shí)了愛因斯坦的光量子理論，進(jìn)一步說(shuō)明了光具有　　　　。
例5　(多選)關(guān)于康普頓效應(yīng)，下列說(shuō)法正確的是(　　)
A.康普頓在研究X射線散射時(shí)，發(fā)現(xiàn)散射光的波長(zhǎng)發(fā)生了變化，為波動(dòng)說(shuō)提供了依據(jù)
B.康普頓效應(yīng)無(wú)法用經(jīng)典物理學(xué)解釋
C.X射線被石墨散射后頻率變大了
D.愛因斯坦的光子說(shuō)能夠解釋康普頓效應(yīng)，所以康普頓效應(yīng)說(shuō)明光具有粒子性
答案精析
一、
用紫外光照，靜電計(jì)指針偏角增大；停止紫外光照，靜電計(jì)指針偏角不變；這說(shuō)明紫外線照射鋅板，使鋅板帶電。用毛皮摩擦過(guò)橡膠棒接觸鋅板，靜電計(jì)指針偏角減小。上述現(xiàn)象出現(xiàn)的原因是在紫外光照射下鋅板上有電子逸出，使鋅板帶正電。
梳理與總結(jié)
1.電子　電子
2.(1)①光電效應(yīng)　有關(guān)　②大于或等于　不能
(2)很短　(3)①增大　不再增加　飽和值　②越多
越大　(4)①遏止電壓　②eUc=m
③頻率　強(qiáng)度
思考與討論
1.不正確；能不能發(fā)生光電效應(yīng)由入射光的頻率決定，與入射光的強(qiáng)度無(wú)關(guān)。
2.在入射光頻率不變的情況下，逸出的光電子數(shù)與光照強(qiáng)度成正比。光照強(qiáng)度越大，光子數(shù)越多，單位時(shí)間內(nèi)逸出的電子數(shù)也越多。
易錯(cuò)辨析　(1)×　(2)√　(3)×　(4)×
例1　C　[入射光頻率低于極限頻率時(shí)無(wú)法產(chǎn)生光電效應(yīng)，增大b光的強(qiáng)度，仍不會(huì)發(fā)生光電效應(yīng)，故A錯(cuò)誤；根據(jù)a光照射鋅板能夠發(fā)生光電效應(yīng)可知，a光的頻率大于鋅板的極限頻率，根據(jù)b光照射鋅板不能發(fā)生光電效應(yīng)可知，b光的頻率小于鋅板的極限頻率，則a光的頻率大于b光的頻率，a光在真空中的波長(zhǎng)小于b光在真空中的波長(zhǎng)，故C正確，B錯(cuò)誤；根據(jù)光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)規(guī)律可知，若用b光照射另一種金屬能發(fā)生光電效應(yīng)，則用a光照射該金屬時(shí)一定也能發(fā)生光電效應(yīng)，故D錯(cuò)誤。]
例2　D　[遏止電壓僅與入射光頻率有關(guān)，與強(qiáng)度無(wú)關(guān)，故A錯(cuò)誤；P不移動(dòng)時(shí)，滑片P在O點(diǎn)正上方，光電管兩端電壓為零，由于入射光的頻率大于陰極K的極限頻率，則會(huì)發(fā)生光電效應(yīng)，微安表應(yīng)有示數(shù)，故B錯(cuò)誤；P向a端移動(dòng)，則光電管兩端所加電壓為反向電壓，阻礙電子向A板運(yùn)動(dòng)，則光電流變小，微安表的示數(shù)變小，故C錯(cuò)誤；P向b端移動(dòng)，則光電管兩端所加電壓為正向電壓，由eUAK=EkA-Ek初，光電子到達(dá)陽(yáng)極A的最大動(dòng)能增大，故D正確。]
二、
(1)光子　hν　(2)①W+mv2　②能量　逸出功
最大初動(dòng)能　③確定
思考與討論
1.(1)頻率ν　無(wú)關(guān)　(3)較多　較多　較大
2.由愛因斯坦光電效應(yīng)方程有mv2=hν-W，而遏止電壓Uc與最大初動(dòng)能的關(guān)系為eUc=mv2，所以可得Uc與入射光頻率ν的關(guān)系式是eUc=hν-W，即Uc=ν-。
例3　D　[單色光A照射兩種金屬時(shí)都能產(chǎn)生光電效應(yīng)現(xiàn)象；單色光B照射時(shí)，只能使金屬C產(chǎn)生光電效應(yīng)現(xiàn)象，根據(jù)光電效應(yīng)條件知，單色光A的頻率大于單色光B的頻率，則λ1<λ2。單色光B照射時(shí)，只能使金屬C產(chǎn)生光電效應(yīng)現(xiàn)象，不能使金屬D產(chǎn)生光電效應(yīng)現(xiàn)象，可知金屬C的逸出功小于金屬D的逸出功，即WC[遷移]
>　>
解析　因λ1<λ2，故ν1>ν2，由愛因斯坦光電效應(yīng)方程hν=W+mv2，eUc=mv2，Ek=mv2
故Ek1>Ek2，U1>U2。
例4　(1)3.23×10-19 J　(2)2.02 V　(3)1.01×1015 Hz
解析　(1)光電子的最大初動(dòng)能為
m=-W= J-4.2×1.6×10-19 J≈3.23×10-19 J
(2)根據(jù)動(dòng)能定理，eUc=m，
解得Uc≈2.02 V
(3)鋁的極限頻率為ν=≈1.01×1015 Hz。
三、
1.較長(zhǎng)　2.彈性　守恒　部分　減少　長(zhǎng)　3.粒子性
例5　BD　[康普頓在研究射線散射時(shí)，發(fā)現(xiàn)散射光波長(zhǎng)發(fā)生了變化，這種現(xiàn)象用波動(dòng)說(shuō)無(wú)法解釋，用光子說(shuō)卻可以解釋，故A錯(cuò)誤，D正確；康普頓效應(yīng)無(wú)法用經(jīng)典物理學(xué)解釋，故B正確；發(fā)生散射時(shí)，入射的光子把一部分能量轉(zhuǎn)移給電子，產(chǎn)生康普頓效應(yīng)，使光子的能量減少，頻率變小，波長(zhǎng)變大，故C錯(cuò)誤。](共60張PPT)
DILIUZHANG
第6章
第1節(jié)　光電效應(yīng)及其解釋(一)
1.了解光電效應(yīng)和光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律及應(yīng)用(難點(diǎn))。
2.理解光子說(shuō)，掌握愛因斯坦光電效應(yīng)方程，并能利用它解決光電效應(yīng)的有關(guān)問(wèn)題(重點(diǎn))。
學(xué)習(xí)目標(biāo)
一、光電效應(yīng)
二、光電效應(yīng)的解釋
課時(shí)對(duì)點(diǎn)練
三、康普頓效應(yīng)(拓展閱讀)
內(nèi)容索引
光電效應(yīng)
一
如圖所示，把一塊擦亮的鋅板安裝在靜電計(jì)上。用紫外光照射鋅板，觀察靜電計(jì)指針的偏角有什么變化；停止紫外光照，靜電計(jì)指針的偏角又會(huì)怎樣變化 這說(shuō)明了什么 把用毛皮摩擦過(guò)的橡膠棒接觸鋅板，靜電計(jì)指針的偏角將會(huì)怎樣變化 請(qǐng)解釋以上現(xiàn)象。
答案　用紫外光照，靜電計(jì)指針偏角增大；停止紫外光照，靜電計(jì)指針偏角不變；這說(shuō)明紫外線照射鋅板，使鋅板帶電。用毛皮摩擦過(guò)橡膠棒接觸鋅板，靜電計(jì)指針偏角減小。上述現(xiàn)象出現(xiàn)的原因是在紫外光照射下鋅板上有電子逸出，使鋅板帶正電。
1.光電效應(yīng)
在光的照射下　　　從物體表面逸出的現(xiàn)象稱為光電效應(yīng)，這種逸出的
　　　稱為光電子。
梳理與總結(jié)
電子
電子
2.光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)規(guī)律
(1)存在極限頻率
①當(dāng)入射光的頻率低于某一頻率時(shí)，光電流消失，不會(huì)產(chǎn)生　　　　　，這一頻率稱為極限頻率。極限頻率與金屬的種類　　　。
②只有當(dāng)入射光的頻率　　　　　　極限頻率，才會(huì)產(chǎn)生光電效應(yīng)；若入射光的頻率小于極限頻率，即使增加光的強(qiáng)度或照射時(shí)間，也　　產(chǎn)生光電效應(yīng)。
光電效應(yīng)
有關(guān)
大于或等于
不能
(2)具有瞬時(shí)性
從光照射到金屬表面至產(chǎn)生光電效應(yīng)間隔的時(shí)間　　 ，通常在10-9 s內(nèi)。
(3)存在飽和電流
①產(chǎn)生光電效應(yīng)時(shí)，在光照強(qiáng)度不變的情況下，光電流隨電壓的增大而
　　　，當(dāng)電流增大到一定值后，即使電壓再增大，電流也__________
(填“還會(huì)增加”或“不再增加”)，達(dá)到一個(gè)　　　　，即為飽和電流。
②在光頻率不變的情況下，入射光越強(qiáng)，單位時(shí)間內(nèi)逸出的電子數(shù)也　　，飽和電流　　 。
很短
增大
不再增加
飽和值
越多
越大
(4)光電子的最大初動(dòng)能只與光的頻率有關(guān)
①如果施加反向電壓，當(dāng)反向電壓大于某一值時(shí)，光電流為零，這一電壓值稱為　　　　　。
②遏止電壓Uc與光電子最大初動(dòng)能滿足的關(guān)系為： 。
③光電子最大初動(dòng)能與入射光的　　　有關(guān)，與入射光的　　　無(wú)關(guān)。入射光的頻率越高，光電子的最大初動(dòng)能越大。
遏止電壓
eUc=m
頻率
強(qiáng)度
1.有同學(xué)認(rèn)為只要光的強(qiáng)度足夠大，就能發(fā)生光電效應(yīng)，這種認(rèn)識(shí)正確嗎
思考與討論
答案　不正確；能不能發(fā)生光電效應(yīng)由入射光的頻率決定，與入射光的強(qiáng)度無(wú)關(guān)。
2.在入射光頻率不變的情況下，逸出的光電子數(shù)與什么因素有關(guān) 為什么
答案　在入射光頻率不變的情況下，逸出的光電子數(shù)與光照強(qiáng)度成正比。光照強(qiáng)度越大，光子數(shù)越多，單位時(shí)間內(nèi)逸出的電子數(shù)也越多。
(1)金屬鈉的每個(gè)電子可以吸收一個(gè)或一個(gè)以上的光子，當(dāng)它積累的動(dòng)能足夠大時(shí)，就能從金屬中逸出。(　　)
(2)在光電效應(yīng)中，一個(gè)電子只能吸收一個(gè)光子。(　　)
(3)若入射光的頻率小于極限頻率，只要照射時(shí)間足夠長(zhǎng)也能發(fā)生光電效應(yīng)。(　　)
(4)發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)，入射光越強(qiáng)，光子的能量就越大，光電子的最大初動(dòng)能就越大。(　　)
×
√
×
×
　(2023·焦作市一中高二月考)如圖所示，在演示光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)分別用a、b兩種單色光照射鋅板。發(fā)現(xiàn)用a光照射時(shí)與鋅板連接的驗(yàn)電器的指針張開一定角度；用b光照射時(shí)與鋅板連接的驗(yàn)電器的指針不動(dòng)。下列說(shuō)法正確的是
A.增大b光的強(qiáng)度，驗(yàn)電器的指針有可能張開一定
　角度
B.a光在真空中的波長(zhǎng)大于b光在真空中的波長(zhǎng)
C.a光的頻率大于b光的頻率
D.若用b光照射另一種金屬能發(fā)生光電效應(yīng)，則用a光照射該金屬時(shí)可能
　不會(huì)發(fā)生光電效應(yīng)
例1
√
入射光頻率低于極限頻率時(shí)無(wú)法產(chǎn)生光電效應(yīng)，
增大b光的強(qiáng)度，仍不會(huì)發(fā)生光電效應(yīng)，故A錯(cuò)誤；
根據(jù)a光照射鋅板能夠發(fā)生光電效應(yīng)可知，a光的
頻率大于鋅板的極限頻率，根據(jù)b光照射鋅板不能發(fā)生光電效應(yīng)可知，b光的頻率小于鋅板的極限頻率，則a光的頻率大于b光的頻率，a光在真空中的波長(zhǎng)小于b光在真空中的波長(zhǎng)，故C正確，B錯(cuò)誤；
根據(jù)光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)規(guī)律可知，若用b光照射另一種金屬能發(fā)生光電效應(yīng)，則用a光照射該金屬時(shí)一定也能發(fā)生光電效應(yīng)，故D錯(cuò)誤。
　利用如圖所示的電路研究光電效應(yīng)現(xiàn)象，滑片P的位置在O點(diǎn)的正上方。已知入射光的頻率大于陰極K的極限頻率，且光的強(qiáng)度較大，則
A.減弱入射光的強(qiáng)度，遏止電壓變小
B.P不移動(dòng)時(shí)，微安表的示數(shù)為零
C.P向a端移動(dòng)，微安表的示數(shù)增大
D.P向b端移動(dòng)，光電子到達(dá)陽(yáng)極A的最大動(dòng)能增大
例2
√
遏止電壓僅與入射光頻率有關(guān)，與強(qiáng)度無(wú)關(guān)，故A錯(cuò)誤；
P不移動(dòng)時(shí)，滑片P在O點(diǎn)正上方，光電管兩端電壓為零，
由于入射光的頻率大于陰極K的極限頻率，則會(huì)發(fā)生光
電效應(yīng)，微安表應(yīng)有示數(shù)，故B錯(cuò)誤；
P向a端移動(dòng)，則光電管兩端所加電壓為反向電壓，阻礙
電子向A板運(yùn)動(dòng)，則光電流變小，微安表的示數(shù)變小，故C錯(cuò)誤；
P向b端移動(dòng)，則光電管兩端所加電壓為正向電壓，由eUAK=EkA-Ek初，光電子到達(dá)陽(yáng)極A的最大動(dòng)能增大，故D正確。
1.一個(gè)條件
發(fā)生光電效應(yīng)的條件是入射光的頻率大于或等于金屬的極限頻率。
2.兩條線索
總結(jié)提升
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光電效應(yīng)的解釋
二
用經(jīng)典電磁理論無(wú)法解釋光電效應(yīng)。為解釋光電效應(yīng)，愛因斯坦發(fā)展了普朗克的能量不連續(xù)思想，提出光量子的概念。
(1)光是由數(shù)量有限的、分立的　　　組成的，每一個(gè)光子的能量E=　　。
(2)愛因斯坦光電效應(yīng)方程
①表達(dá)式：hν=　　　　 。
②各量的意義：hν為一個(gè)光子的　　　；W為金屬的　　　　；mv2為電子離開金屬表面的　　　　　　。
③同一種金屬的逸出功是　　　的，不因光照頻率的改變而改變。
光子
hν
W+mv2
能量
逸出功
最大初動(dòng)能
確定
1.愛因斯坦光電效應(yīng)方程對(duì)光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的解釋：
(1)愛因斯坦光電效應(yīng)方程表明，光電子的最大初動(dòng)能mv2與入射光的　　　有關(guān)，而與光的強(qiáng)弱　　　。只有當(dāng)hν>W時(shí)，才有光電子逸出，νc=就是光電效應(yīng)的極限頻率。
(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，光電流幾乎是瞬時(shí)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)　　　，照射金屬時(shí)產(chǎn)生的光電子　　　，因而飽和電流　　　。
思考與討論
頻率ν
無(wú)關(guān)
較多
較多
較大
2.愛因斯坦光電效應(yīng)方程給出了光電子的最大初動(dòng)能mv2與入射光的頻率ν的關(guān)系。但是，很難直接測(cè)量光電子的動(dòng)能，容易測(cè)量的是遏止電壓Uc，怎樣得到Uc與ν、W的關(guān)系(寫出Uc、ν、W的關(guān)系式)
答案　由愛因斯坦光電效應(yīng)方程有mv2=hν-W，而遏止電壓Uc與最大初動(dòng)能的關(guān)系為eUc=mv2，所以可得Uc與入射光頻率ν的關(guān)系式是eUc=hν-W，即Uc=ν-。
　 (2023·福建福州市高二期末)用波長(zhǎng)為λ1和λ2的單色光A和B分別照射兩種金屬C和D的表面，單色光A照射兩種金屬時(shí)都能產(chǎn)生光電效應(yīng)現(xiàn)象；單色光B照射時(shí)，只能使金屬C產(chǎn)生光電效應(yīng)現(xiàn)象，不能使金屬D產(chǎn)生光電效應(yīng)現(xiàn)象。設(shè)兩種金屬的逸出功分別為WC和WD，則下列選項(xiàng)正確的是
A.λ1>λ2，WC>WD B.λ1>λ2，WCC.λ1<λ2，WC>WD D.λ1<λ2，WC例3
√
單色光A照射兩種金屬時(shí)都能產(chǎn)生光電效應(yīng)現(xiàn)象；單色光B照射時(shí)，只能使金屬C產(chǎn)生光電效應(yīng)現(xiàn)象，根據(jù)光電效應(yīng)條件知，單色光A的頻率大于單色光B的頻率，則λ1<λ2。單色光B照射時(shí)，只能使金屬C產(chǎn)生光電效應(yīng)現(xiàn)象，不能使金屬D產(chǎn)生光電效應(yīng)現(xiàn)象，可知金屬C的逸出功小于金屬D的逸出功，即WC拓展　若用上題波長(zhǎng)為λ1、λ2的單色光分別照射同種金屬，測(cè)得的遏止電壓分別為U1和U2，光電子的最大初動(dòng)能分別為Ek1和Ek2，h為普朗克常量，則U1和U2、Ek1和Ek2的關(guān)系為：U1　　　U2，Ek1　　　Ek2(均填“>”
“=”或“<”)。
>
>
因λ1<λ2，故ν1>ν2，由愛因斯坦光電效應(yīng)方程hν=W+mv2，eUc=mv2，Ek=mv2
故Ek1>Ek2，U1>U2。
　(2022·陜西西安市高二月考)鋁的逸出功是4.2 eV，現(xiàn)在用波長(zhǎng)為200 nm的光照射鋁的表面，求：(普朗克常量h=6.63×10-34 J·s，光在真空中的速度為3.0×108 m/s，電子電荷量e=1.6×10-19 C，計(jì)算結(jié)果保留三位有效數(shù)字)
(1)光電子的最大初動(dòng)能；
例4
答案　3.23×10-19 J
光電子的最大初動(dòng)能為
m=-W= J-4.2×1.6×10-19 J≈3.23×10-19 J
(2)遏止電壓；
答案　2.02 V
根據(jù)動(dòng)能定理，eUc=m，
解得Uc≈2.02 V
(3)鋁的極限頻率。
答案　1.01×1015 Hz
鋁的極限頻率為ν=≈1.01×1015 Hz。
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康普頓效應(yīng)(拓展閱讀)
三
1.康普頓效應(yīng)：物理學(xué)家康普頓在研究石墨對(duì)X射線的散射時(shí)，發(fā)現(xiàn)X射線被石墨散射后，沿不同方向的射線中，除了有波長(zhǎng)與原波長(zhǎng)相同的成分外，還發(fā)現(xiàn)了波長(zhǎng)　　　的成分，這種現(xiàn)象稱為康普頓效應(yīng)。
2.康普頓效應(yīng)的解釋：把光的散射看成是單個(gè)光子與單個(gè)電子發(fā)生的
　　　碰撞，在碰撞過(guò)程中能量和動(dòng)量都是　　　的。在碰撞中光子將能量hν的一　　　傳遞給了電子，光子的能量　　　，波長(zhǎng)變　　。
3.康普頓效應(yīng)的意義：證實(shí)了愛因斯坦的光量子理論，進(jìn)一步說(shuō)明了光具有　　　　。
較長(zhǎng)
彈性
守恒
部分
減少
長(zhǎng)
粒子性
　 (多選)關(guān)于康普頓效應(yīng)，下列說(shuō)法正確的是
A.康普頓在研究X射線散射時(shí)，發(fā)現(xiàn)散射光的波長(zhǎng)發(fā)生了變化，為波動(dòng)
　說(shuō)提供了依據(jù)
B.康普頓效應(yīng)無(wú)法用經(jīng)典物理學(xué)解釋
C.X射線被石墨散射后頻率變大了
D.愛因斯坦的光子說(shuō)能夠解釋康普頓效應(yīng)，所以康普頓效應(yīng)說(shuō)明光具有
　粒子性
例5
√
√
康普頓在研究射線散射時(shí)，發(fā)現(xiàn)散射光波長(zhǎng)發(fā)生了變化，這種現(xiàn)象用波動(dòng)說(shuō)無(wú)法解釋，用光子說(shuō)卻可以解釋，故A錯(cuò)誤，D正確；
康普頓效應(yīng)無(wú)法用經(jīng)典物理學(xué)解釋，故B正確；
發(fā)生散射時(shí)，入射的光子把一部分能量轉(zhuǎn)移給電子，產(chǎn)生康普頓效應(yīng)，使光子的能量減少，頻率變小，波長(zhǎng)變大，故C錯(cuò)誤。
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課時(shí)對(duì)點(diǎn)練
四
考點(diǎn)一　光電效應(yīng)現(xiàn)象及實(shí)驗(yàn)規(guī)律
1.如圖所示，把一塊不帶電的鋅板用導(dǎo)線連接在驗(yàn)電器上，當(dāng)用某頻率的紫外線照射鋅板時(shí)，發(fā)現(xiàn)驗(yàn)電器指針偏轉(zhuǎn)一定角度，下列說(shuō)法正確的是
A.驗(yàn)電器帶正電，鋅板帶負(fù)電
B.驗(yàn)電器帶負(fù)電，鋅板也帶負(fù)電
C.若改用紅光照射鋅板，驗(yàn)電器的指針一定也會(huì)偏轉(zhuǎn)
D.若改用同等強(qiáng)度、頻率更高的紫外線照射鋅板，驗(yàn)電
　器的指針也會(huì)偏轉(zhuǎn)
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基礎(chǔ)對(duì)點(diǎn)練
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用紫外線照射鋅板，鋅板失去電子帶正電，驗(yàn)電器
與鋅板連接，則驗(yàn)電器帶正電，A、B錯(cuò)誤；
根據(jù)產(chǎn)生光電效應(yīng)的條件可知，若改用紅光照射鋅
板，不一定能發(fā)生光電效應(yīng)，所以驗(yàn)電器的指針不
一定會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，C錯(cuò)誤；
根據(jù)產(chǎn)生光電效應(yīng)的條件可知，能否發(fā)生光電效應(yīng)與光的頻率有關(guān)，若改用同等強(qiáng)度、頻率更高的紫外線照射鋅板，驗(yàn)電器的指針也會(huì)偏轉(zhuǎn)，D正確。
13
2.如圖所示為研究光電效應(yīng)現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)裝置，真空光電管的陰極K涂有一層光電材料，陽(yáng)極A是金屬材料。當(dāng)用紫光照射陰極K時(shí)，微安表μA中能檢測(cè)到光電流，下列說(shuō)法正確的是
A.若增大紫光的光照強(qiáng)度，光電流一定會(huì)增大
B.若用紫光照射陽(yáng)極A時(shí)，一定也有光電流
C.若換用紅光照射陰極K時(shí)，一定也有光電流
D.若停止用紫光照射陰極K，能觀測(cè)到光電流緩慢減小直至為0
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若增大紫光的光照強(qiáng)度，單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子的數(shù)量增加，光電流一定會(huì)增大，A正確；
若用紫光照射陽(yáng)極A時(shí)，不一定產(chǎn)生光電效應(yīng)，因此不一定有光電流，B錯(cuò)誤；
紅光頻率比紫光頻率小，若紅光頻率小于陰極K材料的極限頻率，就不會(huì)產(chǎn)生光電效應(yīng)，也就沒(méi)有光電流，C錯(cuò)誤；
若停止用紫光照射陰極K，能觀測(cè)到光電流立刻減小為0，D錯(cuò)誤。
13
3.(2024·江蘇省蘇南八校高二聯(lián)考)研究光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)電路圖如圖所示，滑動(dòng)變阻器滑片處于圖示位置。用綠光照射陰極K時(shí)，電流表示數(shù)為零，要使得電流表有示數(shù)
A.可將照射光改為紅光
B.可將電源正負(fù)極調(diào)換
C.可改變陰極K的材料
D.可將滑動(dòng)變阻器滑片向左移動(dòng)
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光電管加的是正向電壓，電流表示數(shù)為零，說(shuō)明沒(méi)有
發(fā)生光電效應(yīng)。將照射光改為紅光，則照射光頻率減
小，仍不會(huì)發(fā)生光電效應(yīng)，故A不符合題意；
將電源正負(fù)極調(diào)換或?qū)⒒瑒?dòng)變阻器滑片向左移動(dòng)，仍
不會(huì)發(fā)生光電效應(yīng)，故B、D不符合題意；
改變陰極K的材料，當(dāng)入射光能量大于陰極材料的逸出功時(shí)即可發(fā)生光電效應(yīng)，故C符合題意。
13
4.(多選)(2023·清華附中模擬)如圖所示為研究光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置，用某種頻率的單色光a照射光電管陰K，電流計(jì)G的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)。而用另一頻率的單色光b照射光電管陰極K時(shí)，電流計(jì)G的指針不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，那么下列說(shuō)法正確的是
A.a光的頻率一定大于b光的頻率
B.增加b光的強(qiáng)度可能使電流計(jì)G的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)
C.用a光照射光電管陰極K時(shí)通過(guò)電流計(jì)G的電流是由c到d
D.只增加a光的強(qiáng)度可使通過(guò)電流計(jì)G的電流增大
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用某種頻率的單色光a照射光電管陰極K，電流計(jì)G的
指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，知a光頻率大于陰極材料的極限頻率；
用另一頻率的單色光b照射光電管陰極K時(shí)，電流計(jì)G
的指針不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，知b光的頻率小于陰極材料的極
限頻率，所以a光的頻率一定大于b光的頻率，A正確；
只有當(dāng)入射光的頻率大于或等于極限頻率，才會(huì)發(fā)生光電效應(yīng)，增加b光的強(qiáng)度，仍然不能發(fā)生光電效應(yīng)，電流計(jì)指針不偏轉(zhuǎn)，B錯(cuò)誤；
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電流的方向與負(fù)電荷定向移動(dòng)的方向相反，用a光照
射光電管陰極K時(shí)通過(guò)電流計(jì)G的電流是由c到d，C
正確；
增加a光的強(qiáng)度，則單位時(shí)間內(nèi)發(fā)出的光電子數(shù)目增
多，通過(guò)電流計(jì)的電流增大，D正確。
13
考點(diǎn)二　愛因斯坦的光電效應(yīng)理論對(duì)光電效應(yīng)的解釋
5.做光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)時(shí)，用黃光照射一光電管，能產(chǎn)生光電效應(yīng)，欲使光電子從陰極逸出時(shí)的最大初動(dòng)能增大，應(yīng)
A.改用紅光照射
B.增大黃光的強(qiáng)度
C.增大光電管上的加速電壓
D.改用紫光照射
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紅光的能量低于黃光的能量，可能導(dǎo)致不能發(fā)生光電效應(yīng)或者減小最大初動(dòng)能，A錯(cuò)誤；
單純?cè)黾狱S光強(qiáng)度，會(huì)增加逸出光電子數(shù)目，但不會(huì)改變光電子的最大初動(dòng)能，B錯(cuò)誤；
光電管的加速電壓與光電子逸出時(shí)的最大初動(dòng)能無(wú)關(guān)，C錯(cuò)誤；
紫光的能量高于黃光的能量，改用紫光可以增大光電子逸出時(shí)的最大初動(dòng)能，D正確。
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6.(多選)(2023·天津市靜安區(qū)一中高二調(diào)研)已知使某種金屬發(fā)生光電效應(yīng)的極限頻率為νc，普朗克常量為h，則
A.當(dāng)用頻率為2νc的單色光照射該金屬時(shí)，一定能產(chǎn)生光電子
B.當(dāng)用頻率為2νc的單色光照射該金屬時(shí)，所產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能
　為hνc
C.當(dāng)照射光的頻率ν大于νc時(shí)，若ν增大，則逸出功增大
D.當(dāng)照射光的頻率ν大于νc時(shí)，若ν增大一倍，則光電子的最大初動(dòng)能也
　增加一倍
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由光電效應(yīng)規(guī)律可知，當(dāng)入射光的頻率大于極限頻率時(shí)能發(fā)生光電效應(yīng)，故A正確；
由愛因斯坦光電效應(yīng)方程得：Ek=hν-W=h·2νc-hνc=hνc，故B正確；
逸出功只取決于金屬材料，與照射光的頻率無(wú)關(guān)，故C錯(cuò)誤；
由Ek=hν-W知，Ek與ν不成正比，故D錯(cuò)誤。
13
7.(2024·海南省定安縣定安中學(xué)開學(xué)考)某金屬在一束單色光的照射下發(fā)生光電效應(yīng)，光電子的最大初動(dòng)能為Ek，已知該金屬的逸出功為W，普朗克常量為h。根據(jù)愛因斯坦的光電效應(yīng)理論，該單色光的頻率ν為
A. B.
C. D.
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根據(jù)愛因斯坦的光電效應(yīng)方程可知hν=W+Ek，解得該單色光的頻率
為ν=，故選D。
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能力綜合練
8.(多選)(2023·榆林市府谷中學(xué)高二月考)光電管是一種利用光照射產(chǎn)生電流的裝置，當(dāng)入射光照在管中金屬板上時(shí)，可能形成光電流。表中給出了6次實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。
組 次 入射光子 的能量/eV 相對(duì) 光強(qiáng) 光電流 /mA 逸出光電子的最大初動(dòng)能/eV
第 一 組 1 2 3 4.0 4.0 4.0 弱 中 強(qiáng) 29 43 60 0.9
0.9
0.9
第 二 組 4 5 6 6.0 6.0 6.0 弱 中 強(qiáng) 27 40 55 2.9
2.9
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由表中數(shù)據(jù)得出的論斷中正確的是
A.兩組實(shí)驗(yàn)采用了不同頻率的入射光
B.兩組實(shí)驗(yàn)所用的金屬板材質(zhì)不同
C.若入射光子的能量為5.0 eV，逸出光電子的最大初動(dòng)能為1.9 eV
D.若入射光子的能量為5.0 eV，相對(duì)光強(qiáng)越強(qiáng)，光電流越大
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光子的能量E=hν，入射光子的能量不同，故入射光子的頻率不同，A正確；
由愛因斯坦光電效應(yīng)方程hν=W+mv2，可求出兩組實(shí)驗(yàn)所用的金屬板的逸出功W均為3.1 eV，故兩組實(shí)驗(yàn)所用的金屬板材質(zhì)相同，B錯(cuò)誤；
由上述可知W=3.1 eV，當(dāng)hν=5.0 eV時(shí)，Ek=1.9 eV，C正確；
光照強(qiáng)度越強(qiáng)，單位時(shí)間內(nèi)射出的光子數(shù)越多，單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子數(shù)越多，形成的光電流越大，D正確。
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9.(多選)(2023·保定市高二期中)用波長(zhǎng)為λ和3λ的光照射同一種金屬，分別產(chǎn)生的速度最快的光電子速度之比為3∶1， 普朗克常量和真空中光速分別用h和c表示，那么下列說(shuō)法正確的有
A.該種金屬的逸出功為
B.該種金屬的逸出功為
C.波長(zhǎng)超過(guò)4λ的光都不能使該金屬發(fā)生光電效應(yīng)
D.波長(zhǎng)超過(guò)3λ的光都不能使該金屬發(fā)生光電效應(yīng)
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根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程可知
m=-W，m=-W
其中vm1∶vm2=3∶1
解得W=，選項(xiàng)A錯(cuò)誤，B正確；
因?yàn)椴ㄩL(zhǎng)為4λ的光恰能使該金屬發(fā)生光電效應(yīng)，則波長(zhǎng)超過(guò)4λ的光都不能使該金屬發(fā)生光電效應(yīng)，選項(xiàng)C正確，D錯(cuò)誤。
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10.(2023·銀川市北方民族大學(xué)附屬中學(xué)高二月考)單光子光電效應(yīng)，即一個(gè)電子極短時(shí)間內(nèi)能吸收到一個(gè)光子而從金屬表面逸出。強(qiáng)激光的出現(xiàn)豐富了人們對(duì)于光電效應(yīng)的認(rèn)識(shí)，用強(qiáng)激光照射金屬，一個(gè)電子在短時(shí)間內(nèi)能吸收多個(gè)光子形成多光子光電效應(yīng)。用頻率為ν的普通光源照射金屬，沒(méi)有發(fā)生光電效應(yīng)，換同樣頻率為ν的強(qiáng)激光照射，則可以發(fā)生光電效應(yīng)，測(cè)得其遏止電壓為U，該金屬的逸出功為W，已知普朗克常量為h，電子電荷量為e，則發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)一個(gè)電子能吸收的光子個(gè)數(shù)為
A. B. C. D.
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設(shè)發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)一個(gè)電子能吸收的光子個(gè)數(shù)為n，根據(jù)光電效應(yīng)方程可得Ekm=nhν-W，根據(jù)動(dòng)能定理可得-eU=0-Ekm，聯(lián)立解得n=，C正確，A、B、D錯(cuò)誤。
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11.(多選)(2023·新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第二中學(xué)高二月考)用如圖的裝置研究光電效應(yīng)現(xiàn)象，當(dāng)用光子能量為2.5 eV的光照射到光電管上時(shí)，電流表G的讀數(shù)為0.2 mA，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片C，當(dāng)電壓表的示數(shù)大于或等于0.7 V時(shí)，電流表讀數(shù)為0。則
A.光電管陰極的逸出功為1.8 eV
B.開關(guān)S斷開后，沒(méi)有電流流過(guò)電流表G
C.光電子的最大初動(dòng)能為0.7 eV
D.改用能量為1.5 eV的光子照射，電流表G也有電流，但電流較小
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由題圖可知，光電管兩端所加的電壓為反向電壓，由
電壓表的示數(shù)大于或等于0.7 V時(shí)，電流表示數(shù)為0，
可知光電子的最大初動(dòng)能為0.7 eV，根據(jù)光電效應(yīng)方
程Ek=hν-W，可得W=1.8 eV，故A、C正確；
開關(guān)S斷開后，用光子能量為2.5 eV的光照射到光電管上時(shí)發(fā)生了光電效應(yīng)，有光電子逸出，則有電流流過(guò)電流表，故B錯(cuò)誤；
改用能量為1.5 eV的光子照射，由于光子的能量小于逸出功，不能發(fā)生光電效應(yīng)，無(wú)光電流，故D錯(cuò)誤。
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12.(多選)(2023·白城市通榆縣一中高二期末)圖甲是氫原子的能級(jí)圖，圖乙是光電效應(yīng)演示裝置，裝置中金屬鋅的逸出功為3.4 eV。用大量處于n=4能級(jí)的氫原子躍遷時(shí)發(fā)出的光去照射鋅板，下列說(shuō)法正確的是
A.若發(fā)生光電效應(yīng)，則驗(yàn)電器內(nèi)的金
　屬片帶負(fù)電
B.此光電效應(yīng)現(xiàn)象表明光具有粒子性
C.有6種不同頻率的光可使鋅板發(fā)生光
　電效應(yīng)
D.從鋅板逸出來(lái)的光電子獲得的最大初動(dòng)能為9.35 eV
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若鋅板發(fā)生光電效應(yīng)，則有電子
從表面逸出，鋅板帶正電，驗(yàn)電
器與鋅板連接，因此也帶正電，
A錯(cuò)誤；
光電效應(yīng)現(xiàn)象表明光具有粒子性，B正確；
大量處于n=4能級(jí)的氫原子躍遷時(shí)發(fā)出6種不同頻率的光，其中n=4、n=3、n=2能級(jí)向n=1能級(jí)躍遷時(shí)發(fā)出的3種光能使鋅板發(fā)生光電效應(yīng)，C錯(cuò)誤；
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躍遷過(guò)程發(fā)出的光子能量最大
值為
13.6 eV-0.85 eV=12.75 eV
所以光電子獲得最大初動(dòng)能為
12.75 eV-3.4 eV=9.35 eV，D正確。
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13.我國(guó)中微子探測(cè)實(shí)驗(yàn)利用光電管把光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。如圖所示，A和K分別是光電管的陽(yáng)極和陰極，加在A、K之間的電壓為U。現(xiàn)用發(fā)光功率為P的激光器發(fā)出頻率為ν的光全部照射在K上，回
路中形成電流。已知陰極K材料的逸出功為W，普朗克常
量為h，電子電荷量為e。
(1)若對(duì)調(diào)電源正、負(fù)極，光電管兩端電壓至少為多少，
才可使電流表G示數(shù)為零；
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答案　
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根據(jù)光電效應(yīng)方程有Ekm=hν-W，
設(shè)遏止電壓為U，
根據(jù)動(dòng)能定理得eU=Ekm，
解得U=
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(2)若每入射100個(gè)光子會(huì)產(chǎn)生1個(gè)光電子，所有的光電子都能到達(dá)A，求回路的電流I。
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答案　
設(shè)t時(shí)間內(nèi)通過(guò)的電荷量為q，
根據(jù)電流的定義有q=It，
設(shè)光電子數(shù)為n，q=ne，n=
解得I=。
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