資源簡(jiǎn)介

第二節(jié)　光電效應(yīng)方程及其意義
［分值：60分］
1~7題每題3分，共21分
考點(diǎn)一　能量子　光子假說(shuō)
1.(2022·廣東高二學(xué)業(yè)考試)普朗克在1900年將“能量子”引入物理學(xué)，開(kāi)創(chuàng)了物理學(xué)的新紀(jì)元。在下列宏觀概念中，具有“量子化”特征的是 (　　)
A.人的個(gè)數(shù) B.物體所受的重力
C.物體的動(dòng)能 D.物體的長(zhǎng)度
2.太陽(yáng)光含有紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫七種色光，下列對(duì)這七種色光的認(rèn)識(shí)正確的是 (　　)
A.紫光的波長(zhǎng)最長(zhǎng)
B.紅光的能量子最大
C.七種色光的能量子均相同
D.紫光的能量子最大
考點(diǎn)二　光電效應(yīng)方程
3.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W0，普朗克常量為h。根據(jù)愛(ài)因斯坦的光電效應(yīng)理論，該單色光的頻率ν為 (　　)
A. B.
C. D.
4.(2023·汕頭市模擬)微光夜視儀的核心部件是微光像增強(qiáng)器，其工作原理是利用光電效應(yīng)將照射到微光像增強(qiáng)器的紅外線信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。下列說(shuō)法正確的是 (　　)
A.用紫外線照射時(shí)沒(méi)有電信號(hào)
B.用紫外線照射產(chǎn)生的光電流比用紅外線照射時(shí)產(chǎn)生的大
C.用紅外線照射產(chǎn)生的光電流比用紫外線照射時(shí)產(chǎn)生的大
D.用紅外線照射產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能比用紫外線照射時(shí)產(chǎn)生的小
5.光電管是一種將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的器件，在通信、醫(yī)療、安防監(jiān)控等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。將光電管接入圖示電路中，用頻率為ν的光照射K板，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片P，當(dāng)靈敏電流計(jì)G的示數(shù)為0時(shí)，電壓表V的示數(shù)為U，此電壓通常也稱為遏止電壓。已知普朗克常量為h，電子電荷量為e，下列說(shuō)法正確的是 (　　)
A.光電子從K板逸出后的初動(dòng)能與遏止電壓成反比
B.若增大入射光的強(qiáng)度，遏止電壓會(huì)增大
C.K板材料的逸出功為hν-eU
D.若僅增大入射光的頻率，使G的示數(shù)為0，則需向左調(diào)節(jié)滑片P
考點(diǎn)三　光電效應(yīng)的圖像問(wèn)題
6.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.該金屬的截止頻率為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
7.(多選)(2023·梅州市期末)下列四幅圖是與光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)有關(guān)的圖，則關(guān)于這四幅圖的說(shuō)法正確的是 (　　)
A.圖甲中，如果先讓鋅板帶負(fù)電，再用紫外線燈照射鋅板，則驗(yàn)電器的張角先變小后變大
B.圖乙中，同一頻率的黃光越強(qiáng)，飽和光電流越大
C.圖丙中，圖像的斜率為普朗克常量
D.由圖丁可知，E等于該金屬的逸出功
8~11題每題5分，12題12分，共32分
8.(2023·東莞市高二期末)膠片電影利用光電管把“聲音的照片”還原成聲音，如圖所示，在電影放映機(jī)中用頻率和強(qiáng)度不變的一極窄光束照射聲音軌道，在膠片移動(dòng)的過(guò)程中，通過(guò)聲音軌道后的光強(qiáng)隨之變化，光束射向內(nèi)表面涂有光電材料作為陰極的光電管后，陰極板釋放出光電子，在電路中產(chǎn)生變化的電流，把聲音放大還原，則 (　　)
A.任何頻率的光通過(guò)聲音軌道照射在光電管上，光電材料都可以釋放出光電子
B.單位時(shí)間光電管中產(chǎn)生光電子數(shù)目將隨膠片移動(dòng)發(fā)生變化
C.光電管中產(chǎn)生光電子的最大初動(dòng)能將隨膠片移動(dòng)發(fā)生變化
D.由于吸收光子能量需要積累能量的時(shí)間，以致聲像有明顯不同步
9.(多選)1907年起，物理學(xué)家密立根開(kāi)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(ài)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)得到了某金屬的遏止電壓Uc和入射光頻率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，c=3×108 m/s。由圖線可知，以下說(shuō)法正確的是 (　　)
A.該金屬的截止頻率約為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h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)
10.(多選)某同學(xué)用如圖所示的裝置研究光電效應(yīng)現(xiàn)象，開(kāi)始時(shí)，滑動(dòng)變阻器滑片c移到最右端b點(diǎn)。用光子能量為4.2 eV的光照射到光電管上，此時(shí)電流表G有讀數(shù)。向左移動(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1.5 V時(shí)，電流表讀數(shù)為0，則以下說(shuō)法正確的是 (　　)
A.光電子的最大初動(dòng)能為2.7 eV
B.光電管陰極的逸出功為2.7 eV
C.當(dāng)電流表示數(shù)為零時(shí)，斷開(kāi)開(kāi)關(guān)，電流表示數(shù)不再為零
D.將電源的正負(fù)極調(diào)換，滑動(dòng)變阻器滑片從b移到a，電流表的示數(shù)一直增大
11.(2024·湛江市模擬)光伏發(fā)電是提供清潔能源的方式之一，光伏發(fā)電的原理是光電效應(yīng)。演示光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示，a、b、c三種光照射光電管得到的三條電流表與電壓表示數(shù)之間的關(guān)系如圖乙所示，下列說(shuō)法正確的是 (　　)
A.若b光為綠光，則a光可能是紫光
B.a光照射光電管發(fā)出光電子的最大初動(dòng)能一定小于b光照射光電管發(fā)出光電子的最大初動(dòng)能
C.單位時(shí)間內(nèi)a光照射光電管發(fā)出的光電子比c光照射光電管發(fā)出的光電子少
D.若用強(qiáng)度相同的a、b光照射該光電管，則單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子數(shù)相等
12.(12分)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(h=6.63×10-34 J·s，c=3.0×108 m/s，e=1.6×10-19 C，計(jì)算結(jié)果均保留三位有效數(shù)字)，求：
(1)(6分)光電子的最大初動(dòng)能；
(2)(3分)遏止電壓；
(3)(3分)鋁的截止頻率。
(7分)
13.(2023·廣州市模擬)如圖所示為研究光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)的電路圖。初始時(shí)刻，滑動(dòng)觸頭P在O點(diǎn)左側(cè)靠近a點(diǎn)某位置；用一定強(qiáng)度的綠光照射光電管K極，當(dāng)閉合開(kāi)關(guān)后，微安表的示數(shù)不為0，則在P向b端移動(dòng)的過(guò)程中 (　　)
A.微安表的示數(shù)不斷增大
B.微安表的示數(shù)可能為零
C.到達(dá)A端的光電子動(dòng)能不斷增大
D.K端逸出的光電子的最大初動(dòng)能不斷增大
答案精析
1.A　［在經(jīng)典物理學(xué)中，對(duì)物理量變化的最小值沒(méi)有限制，它們可以任意連續(xù)變化，如重力、動(dòng)能、長(zhǎng)度等，但在量子力學(xué)中，物理量的取值常常是不連續(xù)的，這種物理量只能采取某些分立數(shù)值的特征叫作量子化。A正確，B、C、D錯(cuò)誤。］
2.D　［由電磁波譜可知，紫光的波長(zhǎng)最短，A錯(cuò)誤；由ε=hν可知，光的頻率越大，光的能量子越強(qiáng)，因七種色光中，紫光的頻率最高，則紫光的能量子最大，B、C錯(cuò)誤，D正確。］
3.D　［根據(jù)愛(ài)因斯坦的光電效應(yīng)方程可知hν=Ek+W0，解得該單色光的頻率為ν=，故選D。］
4.D　［由于紫外線的頻率大于可見(jiàn)光和紅外線的頻率，所以用紫外線照射時(shí)能發(fā)生光電效應(yīng)，A錯(cuò)誤；光電流大小與入射光強(qiáng)度有關(guān)，紫外線和紅外線的強(qiáng)度大小未知，無(wú)法比較，B、C錯(cuò)誤；紅外線的頻率比紫外線的小，根據(jù)Ek=hν-W0可知紅外線照射時(shí)產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能較小，D正確。］
5.C　［由動(dòng)能定理可得-eU=0-Ekm，所以光電子從K極逸出后的最大初動(dòng)能與遏止電壓U成正比，故A錯(cuò)誤；由愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程得Ekm=hν-W0，-eU=0-Ekm，化簡(jiǎn)得：eU=hν-W0，遏止電壓與入射光的強(qiáng)度無(wú)關(guān)，故B錯(cuò)誤；由eU=hν-W0，可知W0=hν-eU，故C正確；由eU=hν-W0可知，增大入射光的頻率，遏止電壓也增大，若使G的示數(shù)為0，需向右調(diào)節(jié)滑片P，故D錯(cuò)誤。］
6.D　［根據(jù)愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程有Ek=hν-hν0，結(jié)合題圖，當(dāng)Ek=0時(shí)，b=ν0，即該金屬的截止頻率為b；當(dāng)ν=0時(shí)，Ek=-hν0=-a，即該金屬的逸出功為a；普朗克常量為h=k=，故A、B、C錯(cuò)誤；根據(jù)愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程可得，當(dāng)入射光的頻率為2b時(shí)，光電子的最大初動(dòng)能為
Ek=hν'-hν0=·2b-a=a
而UKAe=Ek，則UKA=，故D正確。］
7.ABD　［題圖甲中，先讓鋅板帶負(fù)電，再用紫外線燈照射鋅板，由于光電效應(yīng)激發(fā)電子，鋅板電荷量減少，所以驗(yàn)電器的張角會(huì)變小，等鋅板為電中性時(shí)，驗(yàn)電器箔片閉合，如果紫外線燈繼續(xù)照射鋅板，就會(huì)使鋅板帶正電，驗(yàn)電器的張角又增大，故A正確；由題圖乙可知，電壓相同時(shí)，光照越強(qiáng)，飽和光電流越大，說(shuō)明飽和光電流與光的強(qiáng)度有關(guān)，故B正確；根據(jù)光電效應(yīng)方程可得：Ek=hν-W0，根據(jù)動(dòng)能定理可得：-eUc=0-Ek，聯(lián)立解得：Uc=-，可知Uc-ν圖像的斜率為，故C錯(cuò)誤；根據(jù)光電效應(yīng)方程可得Ek=hν-W0，可知Ek-ν圖線的縱軸截距為-W0=-E，可知E等于該金屬的逸出功，故D正確。］
8.B　［產(chǎn)生光電效應(yīng)的條件是照射光的頻率要大于光電材料的截止頻率，故A錯(cuò)誤；對(duì)于同種頻率的光，在發(fā)生光電效應(yīng)的情況下，照射光強(qiáng)度越大，單位時(shí)間內(nèi)照射到光電材料表面的光子數(shù)越多，光電材料產(chǎn)生的光電子越多，因而光電管中產(chǎn)生光電子數(shù)目將隨膠片移動(dòng)發(fā)生變化，故B正確；根據(jù)愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程Ek=hν-W0可知，光電子的最大初動(dòng)能與入射光的頻率ν有關(guān)，而與膠片移動(dòng)(光強(qiáng)變化)無(wú)關(guān)，故C錯(cuò)誤；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，不會(huì)導(dǎo)致聲像明顯不同步，故D錯(cuò)誤。］
9.ACD　［根據(jù)愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程，有Ekm=hν-W0，又eUc=Ekm，解得Uc=ν-，由題圖可知該金屬的截止頻率約為4.27×1014 Hz，故A正確；該金屬的逸出功為W0=hνc，由題圖可知= V·Hz-1，解得h≈6.24×10-34 J·s，W0≈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。］
10.BC　［根據(jù)題意知遏止電壓UKA=1.5 V，則光電子的最大初動(dòng)能Ek=eUKA=1.5 eV，根據(jù)愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程得W0=hν-Ek=4.2 eV-1.5 eV=2.7 eV，故A錯(cuò)誤，B正確；當(dāng)電流表示數(shù)為零時(shí)，斷開(kāi)開(kāi)關(guān)，這時(shí)沒(méi)有反向電壓，電流表示數(shù)不為零，故C正確；將電源的正負(fù)極調(diào)換，滑動(dòng)變阻器滑片從b移到a，當(dāng)光電流達(dá)到飽和電流后，電流表的示數(shù)就不再變化，故D錯(cuò)誤。］
11.B　［由光電效應(yīng)方程Ek=hν-W0及eUc=Ek，解得：eUc=hν-W0，即光束照射同一塊金屬時(shí)只要遏止電壓一定，入射光的頻率就一定，遏止電壓越大，入射光的頻率越大，可知a光和c光的頻率一樣，且均小于b光的頻率，若b光為綠光，則a光不可能是紫光，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；由題圖乙可知遏止電壓Uc1>Uc2，根據(jù)Ek=eUc可知，a光照射光電管發(fā)出光電子的最大初動(dòng)能小于b光照射光電管發(fā)出光電子的最大初動(dòng)能，選項(xiàng)B正確；對(duì)于a、c兩束頻率相同的光來(lái)說(shuō)，入射光越強(qiáng)，單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)越多，則單位時(shí)間內(nèi)a光照射光電管發(fā)出的光電子比c光照射光電管發(fā)出的光電子多，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；對(duì)a、b兩束不同頻率的光來(lái)說(shuō)，光強(qiáng)相同是單位時(shí)間內(nèi)照射到光電管單位面積上的光子的總能量相等，因?yàn)閎光的光子頻率較高，每個(gè)光子的能量較大，所以單位時(shí)間內(nèi)照射到光電管單位面積上的光子數(shù)較少，即單位時(shí)間內(nèi)發(fā)出的光電子數(shù)較少，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。］
12.(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
Ek=-W0= J-4.2×1.6×10-19 J≈3.23×10-19 J
(2)由eUc=Ek，解得Uc≈2.02 V
(3)鋁的截止頻率為ν0=≈1.01×1015 Hz。
13.C　［在P向b端移動(dòng)的過(guò)程中，在到達(dá)O點(diǎn)之前，A極電勢(shì)低于B極電勢(shì)，隨著P靠近O，電場(chǎng)力做的負(fù)功越來(lái)越少，微安表的示數(shù)增大；過(guò)了O點(diǎn)之后，A極電勢(shì)高于B極電勢(shì)，電場(chǎng)力對(duì)光電子做正功，微安表的示數(shù)增大，但微安表的示數(shù)增大到一定程度達(dá)到飽和光電流后不再增大，A、B錯(cuò)誤；A極電勢(shì)逐漸升高，P到達(dá)O點(diǎn)前電場(chǎng)力對(duì)光電子做的負(fù)功減小，過(guò)了O點(diǎn)后正功逐漸增大，根據(jù)動(dòng)能定理可知到達(dá)A端的光電子動(dòng)能不斷增大，C正確；根據(jù)愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程Ek=hν-W可知，K端逸出的光電子的最大初動(dòng)能不變，D錯(cuò)誤。］第二節(jié)　光電效應(yīng)方程及其意義
［學(xué)習(xí)目標(biāo)］　1.了解普朗克的能量子假說(shuō)，知道量子化的意義。2.了解愛(ài)因斯坦的光子假說(shuō)及對(duì)光電效應(yīng)的解釋(重點(diǎn))。3.理解愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程及其意義，會(huì)用圖像描述光電效應(yīng)有關(guān)物理量之間的關(guān)系，能利用圖像求光電子的最大初動(dòng)能、截止頻率和普朗克常量(重難點(diǎn))。
一、能量子假說(shuō)　光子假說(shuō)
1.能量子假說(shuō)
(1)1900年，物理學(xué)家　　　　在對(duì)黑體輻射問(wèn)題進(jìn)行研究中首次提出了能量子假說(shuō)。
(2)能量子假說(shuō)：物體熱輻射所發(fā)出的電磁波的能量是　　　　　　，只能是hν的　　　　　　。hν被稱為一個(gè)能量子，其中ν是輻射頻率，h是一個(gè)常量，稱為普朗克常量，h=　　　　　　。
(3)量子化現(xiàn)象：在微觀世界里，物理量的取值常常是不連續(xù)的，只能取一些　　　　　的現(xiàn)象。
2.光子假說(shuō)
(1)光子假說(shuō)：當(dāng)光和物質(zhì)相互作用時(shí)，光的能量不是連續(xù)的，而是一份一份的光量子。這些光量子被稱為光子。一個(gè)光子的能量ε=　　　　，式中h是普朗克常量，ν是光的頻率。
(2)每個(gè)光子的能量只取決于光的　　　，同樣頻率的光，光的強(qiáng)弱反映了單位時(shí)間內(nèi)射到單位面積的　　　　　　的多少。
例1　(多選)全飛秒激光是國(guó)際上最先進(jìn)的角膜屈光手術(shù)模式之一，經(jīng)查閱資料得知，飛秒激光是一種波長(zhǎng)1 053 nm的激光，已知普朗克常量為6.63×10-34 J·s，元電荷e=1.6×10-19 C，則下列說(shuō)法正確的是 (　　)
A.飛秒激光的傳播速度有可能超過(guò)3×108 m/s
B.飛秒激光光子的能量是不連續(xù)的
C.飛秒激光的頻率為1.053×106 Hz
D.飛秒激光的光子能量約為1.2 eV
二、光電效應(yīng)方程
1.逸出功：使電子脫離某種金屬所做的功的　　　　　　　　。用符號(hào)W0表示。
2.光電效應(yīng)方程
(1)表達(dá)式：hν=　　　　　　　　，式中Ek=　　　　　　　　　　　　。
(2)物理意義：光電效應(yīng)方程實(shí)質(zhì)上是能量守恒方程，金屬中的電子吸收一個(gè)光子獲得的能量是　　　　，在這些能量中，一部分大小為W0的能量被電子用來(lái)脫離金屬，剩下的是逸出后電子的　　　　　　　　。
3.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)飽和電流：入射光的強(qiáng)度越大，所含的　　　　　　　　越多，照射金屬時(shí)產(chǎn)生的　　　　　　　　越多，飽和電流越大。因此飽和電流的大小與入射光的強(qiáng)度成　　　　　。
(2)截止頻率：光電效應(yīng)發(fā)生的條件是光子的能量ε=hν必須　　　　　　　　逸出功W0，即ν≥　　　　　　　　　　　　。
(3)遏止電壓：對(duì)于某種金屬，在逸出功W0一定的情況下，出射光電子的最大初動(dòng)能只與入射光頻率有關(guān)，與入射光的強(qiáng)度無(wú)關(guān)。
愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程給出了光電子的最大初動(dòng)能Ek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、W0的關(guān)系？
例2　如圖所示，分別用波長(zhǎng)為λ、2λ的光照射光電管的陰極K，對(duì)應(yīng)的遏止電壓之比為3∶1，光在真空中的傳播速度為c，則光電管的截止頻率為 (　　)
A. B.
C. D.
例3　用如圖所示的裝置研究光電效應(yīng)現(xiàn)象。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)；移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片，發(fā)現(xiàn)當(dāng)電壓表的示數(shù)大于或等于1.5 V時(shí)，電流表G示數(shù)為零，則 (　　)
A.改用光子能量為2.0 eV的光照射到光電管上時(shí)，不能發(fā)生光電效應(yīng)
B.光電子的最大初動(dòng)能為1.5 eV
C.光電管陰極的逸出功為1.5 eV
D.開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)后，無(wú)論怎么移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片，電流表G的示數(shù)總為零
1.光電效應(yīng)規(guī)律中的兩條線索、兩個(gè)關(guān)系
(1)兩條線索：
(2)兩個(gè)關(guān)系：光的強(qiáng)度大→光子數(shù)目多→發(fā)射光電子多→光電流大；
光的頻率高→光子能量大→產(chǎn)生光電子的最大初動(dòng)能大。
2.光電效應(yīng)的三個(gè)關(guān)系式
(1)愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程：Ek=hν-W0。
(2)最大初動(dòng)能與遏止電壓的關(guān)系：Ek=eUc。
(3)逸出功與截止頻率的關(guān)系W0=hνc。
三、光電效應(yīng)圖像問(wèn)題
1.(1)寫(xiě)出金屬光電子的最大初動(dòng)能與入射光頻率ν的關(guān)系方程；
(2)根據(jù)方程畫(huà)出Ek-ν圖像，說(shuō)明從圖像中可以獲取哪些信息。
2.(1)試寫(xiě)出Uc與ν的關(guān)系式；
(2)畫(huà)出某金屬遏止電壓Uc與入射光頻率ν的關(guān)系圖像，圖像的斜率為k。說(shuō)明從圖像上可以獲取哪些信息。
3.(1)如圖為光電流大小與電壓關(guān)系圖像。從圖中可以獲取哪些信息。
(2)試說(shuō)明下列兩幅圖中飽和光電流，遏止電壓為何出現(xiàn)圖示情況。
例4　(2023·中山市高二期末)小明用金屬銣為陰極的光電管觀測(cè)光電效應(yīng)現(xiàn)象，圖甲為實(shí)驗(yàn)原理圖，實(shí)驗(yàn)中測(cè)得銣的遏止電壓Uc與入射光頻率ν之間的關(guān)系如圖乙所示，已知普朗克常量h=6.63×10-34 J·s，下列說(shuō)法正確的是 (　　)
A.圖甲中電極K為光電管的陽(yáng)極
B.增加光照強(qiáng)度，光電子的最大初動(dòng)能增加
C.銣的逸出功為3.315×10-19 J
D.圖乙中圖線的斜率為普朗克常量
例5　(多選)(2023·肇慶市高二期末)用如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)，K為光電管陰極。實(shí)驗(yàn)采用了黃光和藍(lán)光兩種單色光照射陰極K，并且繪制了如圖乙所示的電流表與電壓表示數(shù)關(guān)系圖像，下列關(guān)于該實(shí)驗(yàn)的說(shuō)法正確的是 (　　)
A.圖乙中圖線甲對(duì)應(yīng)的入射光是黃光
B.甲光照射產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能最大
C.丙光的頻率大于乙光的頻率
D.甲光的強(qiáng)度大于乙光的強(qiáng)度
四、康普頓效應(yīng)
1.光子的動(dòng)量p=_________________。
2.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)一部分散射出來(lái)的X射線波長(zhǎng)　　　　，這個(gè)現(xiàn)象稱為康普頓效應(yīng)。
3.康普頓效應(yīng)的解釋：在康普頓效應(yīng)中，當(dāng)入射的光子與物質(zhì)中的電子碰撞時(shí)，一部分動(dòng)量會(huì)轉(zhuǎn)移給電子，因而光子動(dòng)量　　　　，波長(zhǎng)變長(zhǎng)，因此有些光子散射后波長(zhǎng)會(huì)變長(zhǎng)。
4.康普頓效應(yīng)的意義：證明了愛(ài)因斯坦　　　　　　　　的正確性，還證明了光子不但有能量，而且有　　　　。光子與電子碰撞時(shí)遵守能量守恒定律和動(dòng)量守恒定律。
答案精析
一、
1.（1）普朗克　（2）不連續(xù)的　整數(shù)倍　6.63×10-34 J·s
（3）分立值
2.（1）hν　（2）頻率　光子數(shù)
例1　BD　［根據(jù)愛(ài)因斯坦的相對(duì)論觀點(diǎn)，飛秒激光的速度不可能超過(guò)光在真空中的速度，故A錯(cuò)誤；飛秒激光的能量的變化是不連續(xù)的，故B正確；飛秒激光的頻率為ν== Hz≈2.85×1014 Hz，故C錯(cuò)誤；飛秒激光的光子能量約為E=hν= eV≈1.2 eV，故D正確。］
二、
1.最小值
2.（1）Ek+W0　m　（2）hν　初動(dòng)能
3.（1）光子數(shù)　光電子　正比　（2）大于或等于　
討論與交流
由光電效應(yīng)方程有Ek=hν-W0，而遏止電壓Uc與最大初動(dòng)能的關(guān)系為eUc=Ek，所以可得Uc與入射光頻率ν的關(guān)系式是eUc=hν-W0，即Uc=ν-。
例2　A　［設(shè)光電管的截止頻率為νc，用波長(zhǎng)為λ的光照射光電管的陰極K時(shí)，對(duì)應(yīng)的遏止電壓為Uc，則有Ek=h-hνc=eUc
用波長(zhǎng)為2λ的光照射光電管的陰極K時(shí)，對(duì)應(yīng)的遏止電壓為Uc'，則有Ek'=h-hνc=eUc'
又Uc=3Uc'，聯(lián)立解得νc=，A正確，B、C、D錯(cuò)誤。］
例3　B　［題圖中電源所加電壓為反向電壓，由于當(dāng)電壓表的示數(shù)大于或等于1.5 V時(shí)，電流表G示數(shù)為零，表明遏止電壓為1.5 V，則光電子的最大初動(dòng)能為Ekmax=eUc=1.5 eV，故B正確；根據(jù)光電效應(yīng)方程有Ekmax=hν-W0，由于光子能量為2.5 eV，結(jié)合上述解得陰極的逸出功W0=hν-Ekmax=2.5 eV-1.5 eV=1.0 eV，故C錯(cuò)誤；改用光子能量為2.0 eV的光照射到光電管上時(shí)，由2.0 eV>1.0 eV可知，仍然能發(fā)生光電效應(yīng)，故A錯(cuò)誤；用光子能量為2.5 eV的光照射到光電管時(shí)，根據(jù)上述，光電子具有一定的初動(dòng)能，當(dāng)開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)后，無(wú)論怎么移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片，都存在光電子能夠達(dá)到陽(yáng)極，可知電流表G的示數(shù)不為零，故D錯(cuò)誤。］
三、
1.（1）Ek=hν-W0
（2）
Ek-ν圖像如圖，可獲取的信息為
①金屬的截止頻率；
②金屬的逸出功W0；
③普朗克常量等于圖線的斜率，即h=k=。
2.
（1）Uc=ν-
（2）Uc-ν圖像如圖，可獲取的信息為
①金屬的截止頻率；
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.（1）①遏止電壓UKA：圖線與橫軸的交點(diǎn)的橫坐標(biāo)；
②飽和光電流Im：電流的最大值；
③最大初動(dòng)能：Ek=eUKA。
（2）甲圖中：強(qiáng)黃光比弱黃光中含有的光子個(gè)數(shù)多，故單位時(shí)間內(nèi)激發(fā)出的光電子個(gè)數(shù)多，產(chǎn)生的飽和光電流大；又因?yàn)闊o(wú)論強(qiáng)黃光還是弱黃光，二者頻率相同，同樣條件下最大初動(dòng)能Ek相同，由Ek=eUKA知遏止電壓UKA也相同。
乙圖中：由于藍(lán)光頻率大于黃光頻率，同樣條件下最大初動(dòng)能Ek藍(lán)>Ek黃，遏止電壓U黃例4　C　［光照射到電極K上產(chǎn)生光電子，由此可知A板為光電管的陽(yáng)極，電極K為光電管的陰極，故A錯(cuò)誤；根據(jù)光電效應(yīng)方程Ekm=hν-W0，可知光電子的最大初動(dòng)能與入射光的強(qiáng)度無(wú)直接關(guān)系，故B錯(cuò)誤；由愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程可得Ekm=hν-W0，又因?yàn)閑Uc=Ekm得Uc=ν-，題圖乙中圖線的斜率k=，不是普朗克常量，因此當(dāng)遏止電壓為零時(shí)，hν0=W0，結(jié)合圖中數(shù)據(jù)可知該金屬的截止頻率ν0為5.0×1014 Hz，則該金屬的逸出功W0=hν0=6.63×10-34×5.0×1014 J=3.315×10-19 J，故C正確，D錯(cuò)誤。］
例5　ACD　［根據(jù)-eU=m=hν-W可知，入射光的頻率越大，對(duì)應(yīng)的遏止電壓越大，則丙光頻率較大為藍(lán)光，甲光為黃光，故A正確；由題圖乙可知，甲光的遏止電壓低于丙光，甲光照射產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能小于丙光，故B錯(cuò)誤；由題圖乙可知，丙光的遏止電壓大于乙光，丙光的頻率大于乙光的頻率，故C正確；甲光的遏止電壓等于乙光，甲光飽和電流大于乙光，甲光的強(qiáng)度大于乙光的強(qiáng)度，故D正確。］
四、
1.　2.變長(zhǎng)　3.變小
4.光子假說(shuō)　動(dòng)量(共65張PPT)
DISIZHANG
第四章
第二節(jié)　光電效應(yīng)方程及其意義
1.了解普朗克的能量子假說(shuō)，知道量子化的意義。
2.了解愛(ài)因斯坦的光子假說(shuō)及對(duì)光電效應(yīng)的解釋(重點(diǎn))。
3.理解愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程及其意義，會(huì)用圖像描述光電效應(yīng)有關(guān)物理量之間的關(guān)系，能利用圖像求光電子的最大初動(dòng)能、截止頻率和普朗克常量(重難點(diǎn))。
學(xué)習(xí)目標(biāo)
一、能量子假說(shuō)　光子假說(shuō)
二、光電效應(yīng)方程
課時(shí)對(duì)點(diǎn)練
三、光電效應(yīng)圖像問(wèn)題
內(nèi)容索引
能量子假說(shuō)　光子假說(shuō)
一
1.能量子假說(shuō)
(1)1900年，物理學(xué)家 在對(duì)黑體輻射問(wèn)題進(jìn)行研究中首次提出了能量子假說(shuō)。
(2)能量子假說(shuō)：物體熱輻射所發(fā)出的電磁波的能量是 ，只能是hν的 。hν被稱為一個(gè)能量子，其中ν是輻射頻率，h是一個(gè)常量，稱為普朗克常量，h= 。
(3)量子化現(xiàn)象：在微觀世界里，物理量的取值常常是不連續(xù)的，只能取一些 的現(xiàn)象。
普朗克
不連續(xù)的
整數(shù)倍
6.63×10-34 J·s
分立值
2.光子假說(shuō)
(1)光子假說(shuō)：當(dāng)光和物質(zhì)相互作用時(shí)，光的能量不是連續(xù)的，而是一份一份的光量子。這些光量子被稱為光子。一個(gè)光子的能量ε= ，式中h是普朗克常量，ν是光的頻率。
(2)每個(gè)光子的能量只取決于光的 ，同樣頻率的光，光的強(qiáng)弱反映了單位時(shí)間內(nèi)射到單位面積的 的多少。
hν
頻率
光子數(shù)
　(多選)全飛秒激光是國(guó)際上最先進(jìn)的角膜屈光手術(shù)模式之一，經(jīng)查閱資料得知，飛秒激光是一種波長(zhǎng)1 053 nm的激光，已知普朗克常量為6.63×10-34 J·s，元電荷e=1.6×10-19 C，則下列說(shuō)法正確的是
A.飛秒激光的傳播速度有可能超過(guò)3×108 m/s
B.飛秒激光光子的能量是不連續(xù)的
C.飛秒激光的頻率為1.053×106 Hz
D.飛秒激光的光子能量約為1.2 eV
例1
√
√
根據(jù)愛(ài)因斯坦的相對(duì)論觀點(diǎn)，飛秒激光的速度
不可能超過(guò)光在真空中的速度，故A錯(cuò)誤；
飛秒激光的能量的變化是不連續(xù)的，故B正確；
飛秒激光的頻率為ν= Hz≈2.85×1014 Hz，故C錯(cuò)誤；
飛秒激光的光子能量約為E=hν= eV≈1.2 eV，故D正確。
返回
光電效應(yīng)方程
二
1.逸出功：使電子脫離某種金屬所做的功的 。用符號(hào)W0表示。
2.光電效應(yīng)方程
(1)表達(dá)式：hν= ，式中Ek=___________。
(2)物理意義：光電效應(yīng)方程實(shí)質(zhì)上是能量守恒方程，金屬中的電子吸收一個(gè)光子獲得的能量是 ，在這些能量中，一部分大小為W0的能量被電子用來(lái)脫離金屬，剩下的是逸出后電子的 。
最小值
Ek+W0
hν
初動(dòng)能
3.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)飽和電流：入射光的強(qiáng)度越大，所含的 越多，照射金屬時(shí)產(chǎn)生的 越多，飽和電流越大。因此飽和電流的大小與入射光的強(qiáng)度成 。
(2)截止頻率：光電效應(yīng)發(fā)生的條件是光子的能量ε=hν必須____________
逸出功W0，即ν≥_____。
(3)遏止電壓：對(duì)于某種金屬，在逸出功W0一定的情況下，出射光電子的最大初動(dòng)能只與入射光頻率有關(guān)，與入射光的強(qiáng)度無(wú)關(guān)。
光子數(shù)
光電子
大于或等于
正比
愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程給出了光電子的最大初動(dòng)能Ek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、W0的關(guān)系？
討論與交流
答案　由光電效應(yīng)方程有Ek=hν-W0，而遏止電壓Uc與最大初動(dòng)能的關(guān)系為eUc=Ek，所以可得Uc與入射光頻率ν的關(guān)系式是eUc=hν-W0，即Uc=。
　如圖所示，分別用波長(zhǎng)為λ、2λ的光照射光電管的陰極K，對(duì)應(yīng)的遏止電壓之比為3∶1，光在真空中的傳播速度為c，則光電管的截止頻率為
A.
例2
√
設(shè)光電管的截止頻率為νc，用波長(zhǎng)為λ的光照射光電管的陰極K時(shí)，對(duì)應(yīng)的遏止電壓為Uc，則有Ek=h-hνc=eUc
用波長(zhǎng)為2λ的光照射光電管的陰極K時(shí)，對(duì)應(yīng)的遏止電壓為Uc'，則有Ek'=h-hνc=eUc'
又Uc=3Uc'，聯(lián)立解得νc=，A正確，B、C、D錯(cuò)誤。
　用如圖所示的裝置研究光電效應(yīng)現(xiàn)象。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)；移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片，發(fā)現(xiàn)當(dāng)電壓表的示數(shù)大于或等于1.5 V時(shí)，電流表G示數(shù)為零，則
A.改用光子能量為2.0 eV的光照射到光電管上時(shí)，
不能發(fā)生光電效應(yīng)
B.光電子的最大初動(dòng)能為1.5 eV
C.光電管陰極的逸出功為1.5 eV
D.開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)后，無(wú)論怎么移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片，電流表G的示數(shù)總為零
例3
√
題圖中電源所加電壓為反向電壓，由于當(dāng)電壓表的
示數(shù)大于或等于1.5 V時(shí)，電流表G示數(shù)為零，表明
遏止電壓為1.5 V，則光電子的最大初動(dòng)能為Ekmax=
eUc=1.5 eV，故B正確；
根據(jù)光電效應(yīng)方程有Ekmax=hν-W0，由于光子能量為2.5 eV，結(jié)合上述解得陰極的逸出功W0=hν-Ekmax=2.5 eV-1.5 eV=1.0 eV，故C錯(cuò)誤；
改用光子能量為2.0 eV的光照射到光電管上時(shí)，由2.0 eV>1.0 eV可知，仍然能發(fā)生光電效應(yīng)，故A錯(cuò)誤；
用光子能量為2.5 eV的光照射到光電管時(shí)，根據(jù)上述，光電子具有一定的初動(dòng)能，當(dāng)開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)后，無(wú)論怎么移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片，都存在光電子能夠達(dá)到陽(yáng)極，可知電流表G的示數(shù)不為零，故D錯(cuò)誤。
總結(jié)提升
1.光電效應(yīng)規(guī)律中的兩條線索、兩個(gè)關(guān)系
(1)兩條線索：
(2)兩個(gè)關(guān)系：光的強(qiáng)度大→光子數(shù)目多→發(fā)射光電子多→光電流大；
光的頻率高→光子能量大→產(chǎn)生光電子的最大初動(dòng)能大。
2.光電效應(yīng)的三個(gè)關(guān)系式
(1)愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程：Ek=hν-W0。
(2)最大初動(dòng)能與遏止電壓的關(guān)系：Ek=eUc。
(3)逸出功與截止頻率的關(guān)系W0=hνc。
返回
光電效應(yīng)圖像問(wèn)題
三
1.(1)寫(xiě)出金屬光電子的最大初動(dòng)能與入射光頻率ν的關(guān)系方程；
答案　Ek=hν-W0
(2)根據(jù)方程畫(huà)出Ek-ν圖像，說(shuō)明從圖像中可以獲取
哪些信息。
答案　Ek-ν圖像如圖，可獲取的信息為
①金屬的截止頻率；
②金屬的逸出功W0；
③普朗克常量等于圖線的斜率，即h=k=。
2.(1)試寫(xiě)出Uc與ν的關(guān)系式；
答案　Uc=
(2)畫(huà)出某金屬遏止電壓Uc與入射光頻率ν的關(guān)系圖像，
圖像的斜率為k。說(shuō)明從圖像上可以獲取哪些信息。
答案　Uc-ν圖像如圖，可獲取的信息為
① 金屬的截止頻率；
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.(1)如圖為光電流大小與電壓關(guān)系圖像。從圖中可以
獲取哪些信息。
答案　① 遏止電壓UKA：圖線與橫軸的交點(diǎn)的橫坐標(biāo)；
② 飽和光電流Im：電流的最大值；
③ 最大初動(dòng)能：Ek=eUKA。
(2)試說(shuō)明下列兩幅圖中飽和光電流，遏止電壓為何出現(xiàn)圖示情況。
答案　甲圖中：強(qiáng)黃光比弱黃光中含有的光子個(gè)數(shù)多，故單位時(shí)間內(nèi)激發(fā)出的光電子個(gè)數(shù)多，產(chǎn)生的飽和光電流大；又因?yàn)闊o(wú)論強(qiáng)黃光還是弱黃光，二者頻率相同，同樣條件下最大初動(dòng)能Ek相同，由Ek=eUKA知遏止電壓UKA也相同。
乙圖中：由于藍(lán)光頻率大于黃光頻率，同樣條件下最大初動(dòng)能Ek藍(lán)>Ek黃，遏止電壓U黃　(2023·中山市高二期末)小明用金屬銣為陰極的光電管觀測(cè)光電效應(yīng)現(xiàn)象，圖甲為實(shí)驗(yàn)原理圖，實(shí)驗(yàn)中測(cè)得銣的遏止電壓Uc與入射光頻率ν之間的關(guān)系如圖乙所示，已知普朗克常量h=6.63×10-34 J·s，下列說(shuō)法正確的是
A.圖甲中電極K為光電管的陽(yáng)極
B.增加光照強(qiáng)度，光電子的最大
初動(dòng)能增加
C.銣的逸出功為3.315×10-19 J
D.圖乙中圖線的斜率為普朗克常量
例4
√
光照射到電極K上產(chǎn)生光電子，由此可知A板為光電管的陽(yáng)極，電極K為光電管的陰極，故A錯(cuò)誤；
根據(jù)光電效應(yīng)方程Ekm=hν-W0，可知光電子的最大初動(dòng)能與入射光的強(qiáng)度無(wú)直接關(guān)系，故B錯(cuò)誤；
由愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程可得Ekm=hν-W0，又因?yàn)閑Uc=Ekm得Uc=，題圖乙中圖線的斜率k=，不是普朗克常量，因此當(dāng)遏止電壓為零時(shí)，hν0=W0，結(jié)合圖中數(shù)據(jù)可知該金屬的截止頻率ν0為5.0×1014 Hz，則該金屬的逸出功W0=hν0=6.63×10-34×5.0×1014 J=3.315×10-19 J，故C正確，D錯(cuò)誤。
　(多選)(2023·肇慶市高二期末)用如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)，K為光電管陰極。實(shí)驗(yàn)采用了黃光和藍(lán)光兩種單色光照射陰極K，并且繪制了如圖乙所示的電流表與電壓表示數(shù)關(guān)系圖像，下列關(guān)于該實(shí)驗(yàn)的說(shuō)法正確的是
A.圖乙中圖線甲對(duì)應(yīng)的入射光是黃光
B.甲光照射產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)
能最大
C.丙光的頻率大于乙光的頻率
D.甲光的強(qiáng)度大于乙光的強(qiáng)度
例5
√
√
√
根據(jù)-eU==hν-W可知，入射光的頻率越大，對(duì)應(yīng)的遏止電壓越大，則丙光頻率較大為藍(lán)光，甲光為黃光，故A正確；
由題圖乙可知，甲光的遏止電壓低
返回
于丙光，甲光照射產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能小于丙光，故B錯(cuò)誤；
由題圖乙可知，丙光的遏止電壓大于乙光，丙光的頻率大于乙光的頻率，故C正確；
甲光的遏止電壓等于乙光，甲光飽和電流大于乙光，甲光的強(qiáng)度大于乙光的強(qiáng)度，故D正確。
康普頓效應(yīng)
四
1.光子的動(dòng)量p=____。
2.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)一部分散射出來(lái)的X射線波長(zhǎng) ，這個(gè)現(xiàn)象稱為康普頓效應(yīng)。
3.康普頓效應(yīng)的解釋：在康普頓效應(yīng)中，當(dāng)入射的光子與物質(zhì)中的電子碰撞時(shí)，一部分動(dòng)量會(huì)轉(zhuǎn)移給電子，因而光子動(dòng)量 ，波長(zhǎng)變長(zhǎng)，因此有些光子散射后波長(zhǎng)會(huì)變長(zhǎng)。
4.康普頓效應(yīng)的意義：證明了愛(ài)因斯坦 的正確性，還證明了光子不但有能量，而且有 。光子與電子碰撞時(shí)遵守能量守恒定律和動(dòng)量守恒定律。
光子假說(shuō)
變長(zhǎng)
變小
動(dòng)量
返回
課時(shí)對(duì)點(diǎn)練
五
考點(diǎn)一　能量子　光子假說(shuō)
1.(2022·廣東高二學(xué)業(yè)考試)普朗克在1900年將“能量子”引入物理學(xué)，開(kāi)創(chuàng)了物理學(xué)的新紀(jì)元。在下列宏觀概念中，具有“量子化”特征的是
A.人的個(gè)數(shù) B.物體所受的重力
C.物體的動(dòng)能 D.物體的長(zhǎng)度
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
基礎(chǔ)對(duì)點(diǎn)練
√
11
12
13
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
在經(jīng)典物理學(xué)中，對(duì)物理量變化的最小值沒(méi)有限制，它們可以任意連續(xù)變化，如重力、動(dòng)能、長(zhǎng)度等，但在量子力學(xué)中，物理量的取值常常是不連續(xù)的，這種物理量只能采取某些分立數(shù)值的特征叫作量子化。A正確，B、C、D錯(cuò)誤。
13
2.太陽(yáng)光含有紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫七種色光，下列對(duì)這七種色光的認(rèn)識(shí)正確的是
A.紫光的波長(zhǎng)最長(zhǎng)
B.紅光的能量子最大
C.七種色光的能量子均相同
D.紫光的能量子最大
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
√
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
由電磁波譜可知，紫光的波長(zhǎng)最短，A錯(cuò)誤；
由ε=hν可知，光的頻率越大，光的能量子越強(qiáng)，因七種色光中，紫光的頻率最高，則紫光的能量子最大，B、C錯(cuò)誤，D正確。
11
12
13
考點(diǎn)二　光電效應(yīng)方程
3.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W0，普朗克常量為h。根據(jù)愛(ài)因斯坦的光電效應(yīng)理論，該單色光的頻率ν為
A.
C.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
√
11
12
13
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
根據(jù)愛(ài)因斯坦的光電效應(yīng)方程可知hν=Ek+W0，解得該單色光的頻率為ν=，故選D。
11
12
13
4.(2023·汕頭市模擬)微光夜視儀的核心部件是微光像增強(qiáng)器，其工作原理是利用光電效應(yīng)將照射到微光像增強(qiáng)器的紅外線信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。下列說(shuō)法正確的是
A.用紫外線照射時(shí)沒(méi)有電信號(hào)
B.用紫外線照射產(chǎn)生的光電流比用紅外線照射時(shí)產(chǎn)生的大
C.用紅外線照射產(chǎn)生的光電流比用紫外線照射時(shí)產(chǎn)生的大
D.用紅外線照射產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能比用紫外線照射時(shí)產(chǎn)生的小
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
√
11
12
13
由于紫外線的頻率大于可見(jiàn)光和紅外線的頻率，所以用紫外線照射時(shí)能發(fā)生光電效應(yīng)，A錯(cuò)誤；
光電流大小與入射光強(qiáng)度有關(guān)，紫外線和紅外線的強(qiáng)度大小未知，無(wú)法比較，B、C錯(cuò)誤；
紅外線的頻率比紫外線的小，根據(jù)Ek=hν-W0可知紅外線照射時(shí)產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能較小，D正確。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
5.光電管是一種將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的器件，在通信、醫(yī)療、安防監(jiān)控等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。將光電管接入圖示電路中，用頻率為ν的光照射K板，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片P，當(dāng)靈敏電流計(jì)G的示數(shù)為0時(shí)，電壓表V的示數(shù)為U，此電壓通常也稱為遏止電壓。已知普朗克常量為h，電子電荷量為e，下列說(shuō)法正確的是
A.光電子從K板逸出后的初動(dòng)能與遏止電壓成反比
B.若增大入射光的強(qiáng)度，遏止電壓會(huì)增大
C.K板材料的逸出功為hν-eU
D.若僅增大入射光的頻率，使G的示數(shù)為0，則需向
左調(diào)節(jié)滑片P
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
√
11
12
13
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
由動(dòng)能定理可得-eU=0-Ekm，所以光電子從K極逸出
后的最大初動(dòng)能與遏止電壓U成正比，故A錯(cuò)誤；
由愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程得Ekm=hν-W0，-eU=0-Ekm，
化簡(jiǎn)得：eU=hν-W0，遏止電壓與入射光的強(qiáng)度無(wú)關(guān)，
故B錯(cuò)誤；
由eU=hν-W0，可知W0=hν-eU，故C正確；
由eU=hν-W0可知，增大入射光的頻率，遏止電壓也增大，若使G的示數(shù)為0，需向右調(diào)節(jié)滑片P，故D錯(cuò)誤。
11
12
13
考點(diǎn)三　光電效應(yīng)的圖像問(wèn)題
6.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.該金屬的截止頻率為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
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
根據(jù)愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程有Ek=hν-hν0，結(jié)合題圖，當(dāng)Ek=0時(shí)，b=ν0，即該金屬的截止頻率為b；當(dāng)ν=0時(shí)，Ek=-hν0=-a，即該金屬的逸出功為a；普朗克常量為h=k=，故A、B、C錯(cuò)誤；
根據(jù)愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程可得，當(dāng)入射光的頻率為2b時(shí)，光電子的最大初動(dòng)能為
Ek=hν'-hν0=·2b-a=a
而UKAe=Ek，則UKA=，故D正確。
13
7.(多選)(2023·梅州市期末)下列四幅圖是與光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)有關(guān)的圖，則關(guān)于這四幅圖的說(shuō)法正確的是
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
13
A.圖甲中，如果先讓鋅板帶負(fù)電，再用紫外線燈照射鋅板，則驗(yàn)電器的
張角先變小后變大
B.圖乙中，同一頻率的黃光越強(qiáng)，飽和光電流越大
C.圖丙中，圖像的斜率為普朗克常量
D.由圖丁可知，E等于該金屬的逸出功
√
√
√
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
題圖甲中，先讓鋅板帶負(fù)電，再用紫外線燈照射鋅板，由于光電效應(yīng)激發(fā)電子，鋅板電荷量減少，所以驗(yàn)電器的張角會(huì)變小，等鋅板為電中性時(shí)，驗(yàn)電器箔片閉合，如果紫外線燈繼續(xù)照射鋅板，就會(huì)使鋅板帶正電，驗(yàn)電器的張角又增大，故A正確；
由題圖乙可知，電壓相同時(shí)，光照越強(qiáng)，飽和光電流越大，說(shuō)明飽和光電流與光的強(qiáng)度有關(guān)，故B正確；
13
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
根據(jù)光電效應(yīng)方程可得：Ek=hν-W0，根據(jù)動(dòng)能定理可得：-eUc=0-Ek，聯(lián)立解得：Uc=，可知Uc-ν圖像的斜率為，故C錯(cuò)誤；
根據(jù)光電效應(yīng)方程可得Ek=hν-W0，可知Ek-ν圖線的縱軸截距為-W0=-E，可知E等于該金屬的逸出功，故D正確。
13
8.(2023·東莞市高二期末)膠片電影利用光電管把“聲音的照片”還原成聲音，如圖所示，在電影放映機(jī)中用頻率和強(qiáng)度不變的一極窄光束照射聲音軌道，在膠片移動(dòng)的過(guò)程中，通過(guò)聲音軌道后的光強(qiáng)隨之變化，光束射向內(nèi)表面涂有光電材料作為陰極的光電管后，陰極板釋放出光電子，在電路中產(chǎn)生變化的電流，把聲音放大還原，則
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
能力綜合練
A.任何頻率的光通過(guò)聲音軌道照射在光電管上，光
電材料都可以釋放出光電子
B.單位時(shí)間光電管中產(chǎn)生光電子數(shù)目將隨膠片移動(dòng)
發(fā)生變化
C.光電管中產(chǎn)生光電子的最大初動(dòng)能將隨膠片移動(dòng)
發(fā)生變化
D.由于吸收光子能量需要積累能量的時(shí)間，以致聲
像有明顯不同步
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
產(chǎn)生光電效應(yīng)的條件是照射光的頻率要大于光電材料的截止頻率，故A錯(cuò)誤；
對(duì)于同種頻率的光，在發(fā)生光電效應(yīng)的情況下，照射光強(qiáng)度越大，單位時(shí)間內(nèi)照射到光電材料表面的光子數(shù)越多，光電材料產(chǎn)生的光電子越多，因而光電管中產(chǎn)生光電子數(shù)目將隨膠片移動(dòng)發(fā)生變化，故B正確；
13
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
根據(jù)愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程Ek=hν-W0可知，光電子的最大初動(dòng)能與入射光的頻率ν有關(guān)，而與膠片移動(dòng)(光強(qiáng)變化)無(wú)關(guān)，故C錯(cuò)誤；
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，不會(huì)導(dǎo)致聲像明顯不同步，故D錯(cuò)誤。
13
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
9.(多選)1907年起，物理學(xué)家密立根開(kāi)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(ài)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)得到了某金屬的遏止電壓Uc和入射光頻率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，c=3×108 m/s。由圖線可知，以下說(shuō)法正確的是
A.該金屬的截止頻率約為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h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)
√
13
√
√
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
該金屬的逸出功為W0=hνc，由題圖可知 V·Hz-1，解得h≈6.24×10-34 J·s，W0≈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。
13
根據(jù)愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程，有Ekm=hν-W0，又eUc=Ekm，解得Uc=，由題圖可知該金屬的截止頻率約為4.27×
1014 Hz，故A正確；
10.(多選)某同學(xué)用如圖所示的裝置研究光電效應(yīng)現(xiàn)象，開(kāi)始時(shí)，滑動(dòng)變阻器滑片c移到最右端b點(diǎn)。用光子能量為4.2 eV的光照射到光電管上，此時(shí)電流表G有讀數(shù)。向左移動(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1.5 V時(shí)，電流表讀數(shù)為0，則以下說(shuō)法正確的是
A.光電子的最大初動(dòng)能為2.7 eV
B.光電管陰極的逸出功為2.7 eV
C.當(dāng)電流表示數(shù)為零時(shí)，斷開(kāi)開(kāi)關(guān)，電流表示數(shù)不再
為零
D.將電源的正負(fù)極調(diào)換，滑動(dòng)變阻器滑片從b移到a，
電流表的示數(shù)一直增大
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
√
11
12
13
√
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
根據(jù)題意知遏止電壓UKA=1.5 V，則光電子的最大初動(dòng)能Ek=eUKA=1.5 eV，根據(jù)愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程得W0=hν-Ek=4.2 eV-1.5 eV=2.7 eV，故A錯(cuò)誤，B正確；
當(dāng)電流表示數(shù)為零時(shí)，斷開(kāi)開(kāi)關(guān)，這時(shí)沒(méi)有反向電壓，電流表示數(shù)不為零，故C正確；
12
13
將電源的正負(fù)極調(diào)換，滑動(dòng)變阻器滑片從b移到a，當(dāng)光電流達(dá)到飽和電流后，電流表的示數(shù)就不再變化，故D錯(cuò)誤。
11.(2024·湛江市模擬)光伏發(fā)電是提供清潔能源的方式之一，光伏發(fā)電的原理是光電效應(yīng)。演示光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示，a、b、c三種光照射光電管得到的三條電流表與電壓表示數(shù)之間的關(guān)系如圖乙所示，下列說(shuō)法正確的是
A.若b光為綠光，則a光可能是紫光
B.a光照射光電管發(fā)出光電子的最大初動(dòng)能
一定小于b光照射光電管發(fā)出光電子的最
大初動(dòng)能
C.單位時(shí)間內(nèi)a光照射光電管發(fā)出的光電子
比c光照射光電管發(fā)出的光電子少
D.若用強(qiáng)度相同的a、b光照射該光電管，則單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子數(shù)相等
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
由光電效應(yīng)方程Ek=hν-W0及eUc=Ek，解得：eUc=hν-W0，即光束照射同一塊金屬時(shí)只要遏止電壓一定，入射光的頻率就一定，遏止電壓越大，入射光的頻率越大，可知a光和c光的頻率一樣，且均小于b光的頻率，若b光為綠光，則a光不可能是紫光，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；
13
由題圖乙可知遏止電壓Uc1>Uc2，根據(jù)Ek=eUc可知，a光照射光電管發(fā)出光電子的最大初動(dòng)能小于b光照射光電管發(fā)出光電子的最大初動(dòng)能，選項(xiàng)B正確；
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
對(duì)于a、c兩束頻率相同的光來(lái)說(shuō)，入射光越強(qiáng)，單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)越多，則單位時(shí)間內(nèi)a光照射光電管發(fā)出的光電子比c光照射光電管發(fā)出的光電子多，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；
13
對(duì)a、b兩束不同頻率的光來(lái)說(shuō)，光強(qiáng)相同是單位時(shí)間內(nèi)照射到光電管單位面積上的光子的總能量相等，因?yàn)閎光的光子頻率較高，每個(gè)光子的能量較大，所以單位時(shí)間內(nèi)照射到光電管單位面積上的光子數(shù)較少，即單位時(shí)間內(nèi)發(fā)出的光電子數(shù)較少，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
12.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(h=6.63×10-34 J·s，c=3.0×108 m/s，e=1.6×10-19 C，計(jì)算結(jié)果均保留三位有效數(shù)字)，求：
(1)光電子的最大初動(dòng)能；
13
答案　3.23×10-19 J　
光電子的最大初動(dòng)能為
Ek= J-4.2×1.6×10-19 J≈3.23×10-19 J
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
(2)遏止電壓；
13
答案　2.02 V
由eUc=Ek，解得Uc≈2.02 V
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
(3)鋁的截止頻率。
13
答案　1.01×1015 Hz
鋁的截止頻率為ν0=≈1.01×1015 Hz。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13.(2023·廣州市模擬)如圖所示為研究光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)的電路圖。初始時(shí)刻，滑動(dòng)觸頭P在O點(diǎn)左側(cè)靠近a點(diǎn)某位置；用一定強(qiáng)度的綠光照射光電管K極，當(dāng)閉合開(kāi)關(guān)后，微安表的示數(shù)不為0，則在P向
b端移動(dòng)的過(guò)程中
A.微安表的示數(shù)不斷增大
B.微安表的示數(shù)可能為零
C.到達(dá)A端的光電子動(dòng)能不斷增大
D.K端逸出的光電子的最大初動(dòng)能不斷增大
13
√
尖子生選練
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
在P向b端移動(dòng)的過(guò)程中，在到達(dá)O點(diǎn)之前，A極電勢(shì)低于B極電勢(shì)，隨著P靠近O，電場(chǎng)力做的負(fù)功越來(lái)越少，微安表的示數(shù)增大；過(guò)了O點(diǎn)之后，A極電勢(shì)高于B極電勢(shì)，電場(chǎng)力對(duì)光電子做正功，微安表的示數(shù)增大，但微安表的示數(shù)增大到一定程度達(dá)到飽和光電流后不再增大，A、B錯(cuò)誤；
13
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
A極電勢(shì)逐漸升高，P到達(dá)O點(diǎn)前電場(chǎng)力對(duì)光電子做的負(fù)功減小，過(guò)了O點(diǎn)后正功逐漸增大，根據(jù)動(dòng)能定理可知到達(dá)A端的光電子動(dòng)能不斷增大，C正確；
根據(jù)愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程Ek=hν-W可知，K端逸出的光電子的最大初動(dòng)能不變，D錯(cuò)誤。
13
返回

展開(kāi)更多......

收起↑