浙江專版2023-2024學(xué)年新教材高中物理新人教版選擇性必修第三冊(cè) 4.2 光電效應(yīng)（課件+訓(xùn)練提升）（2份）

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課后·訓(xùn)練提升

基礎(chǔ)鞏固

一、選擇題Ⅰ(每小題列出的四個(gè)備選項(xiàng)中只有一個(gè)是符合題目要求的)

1.當(dāng)用一束紫外線照射鋅板時(shí),產(chǎn)生了光電效應(yīng),這時(shí)()

A.鋅板帶負(fù)電

B.有正離子從鋅板逸出

C.有電子從鋅板逸出

D.鋅板會(huì)吸附空氣中的正離子

答案:C

解析:紫外線照射鋅板,發(fā)生光電效應(yīng),此時(shí)鋅板中有電子逸出,鋅板失去電子帶正電,故選項(xiàng)C正確。

2.光電效應(yīng)現(xiàn)象表明光()

A.是一種電磁波B.具有波動(dòng)性

C.具有粒子性D.具有波粒二象性

答案:C

3.從1907年起,密立根就開(kāi)始測(cè)量金屬的遏止電壓Uc(即圖甲所示的電路中電流表G的讀數(shù)減小到零時(shí)加在電極K、A之間的反向電壓)與入射光的頻率ν,由此算出普朗克常量h,并與普朗克根據(jù)黑體輻射得出的h相比較,以檢驗(yàn)愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程的正確性。按照密立根的方法我們利用圖甲所示裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn),得到了某金屬的Uc-ν圖像如圖乙所示。下列說(shuō)法正確的是()

甲

乙

A.該金屬的截止頻率約為4.27×1014Hz

B.該金屬的截止頻率約為5.50×1014Hz

C.該圖線的斜率為普朗克常量

D.該圖線的斜率為這種金屬的逸出功

答案:A

解析:設(shè)金屬的逸出功為W0,截止頻率為νc,因此W0=hνc;光電子的最大初動(dòng)能Ek與遏止電壓Uc的關(guān)系是Ek=eUc,光電效應(yīng)方程為Ek=hν-W0;聯(lián)立兩式可得Uc=ν-,因此圖像的斜率為,選項(xiàng)C、D錯(cuò)誤。由題圖乙可知,該金屬的截止頻率約為4.27×1014Hz,選項(xiàng)A正確,B錯(cuò)誤。

二、選擇題Ⅱ(每小題列出的四個(gè)備選項(xiàng)中至少有一個(gè)是符合題目要求的)

4.一束光照射到某金屬表面上發(fā)生了光電效應(yīng)。若入射光減弱,而頻率保持不變,那么()

A.從光照至金屬表面到有光電子射出的時(shí)間間隔將縮短

B.光電子的最大初動(dòng)能將保持不變

C.單位時(shí)間內(nèi)從金屬表面逸出的光電子數(shù)目將減少

D.有可能不發(fā)生光電效應(yīng)

答案:BC

解析:光的強(qiáng)弱影響的是單位時(shí)間內(nèi)發(fā)出光電子的數(shù)目,不會(huì)影響從光照到金屬表面到有光電子射出的時(shí)間間隔,故選項(xiàng)A錯(cuò)誤;根據(jù)愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程Ek=hν-W0,可知當(dāng)入射光頻率不變時(shí),逸出的光電子的最大初動(dòng)能不變,與入射光的強(qiáng)弱無(wú)關(guān),故選項(xiàng)B正確;光的強(qiáng)弱影響的是單位時(shí)間發(fā)出光電子的數(shù)目,入射光減弱,單位時(shí)間從金屬表面逸出的光電子數(shù)目將減少,故選項(xiàng)C正確;根據(jù)愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程Ek=hν-W0,可知當(dāng)入射光頻率不變時(shí),金屬板仍能發(fā)生光電效應(yīng),故選項(xiàng)D錯(cuò)誤。

5.愛(ài)因斯坦成功地解釋了光電效應(yīng)現(xiàn)象,提出了光子說(shuō)。關(guān)于與光電效應(yīng)有關(guān)的四個(gè)圖像如圖所示,下列說(shuō)法正確的是()

A.圖甲裝置中,如果先讓鋅板帶負(fù)電,再用紫外線照射鋅板,則驗(yàn)電器的張角可能變小

B.根據(jù)圖乙可知,黃光越強(qiáng),光電流越大,說(shuō)明光子的能量與光的強(qiáng)弱有關(guān)

C.由圖丙可知ν2為該金屬的截止頻率

D.由圖丁可知,E等于該金屬的逸出功

答案:ACD

解析:如果先讓鋅板帶負(fù)電,驗(yàn)電器由于帶負(fù)電,張開(kāi)一定的張角,當(dāng)紫外線照射鋅板時(shí),電子逸出,則驗(yàn)電器的張角變小,故選項(xiàng)A正確;黃光越強(qiáng),光子數(shù)越多,產(chǎn)生光電子越多,光電流越大,但光子的能量與光的強(qiáng)弱無(wú)關(guān),故選項(xiàng)B錯(cuò)誤;根據(jù)Ek=hν-W0=eUc得Uc=(ν-νc),由題圖丙可知ν2為該金屬的截止頻率,故選項(xiàng)C正確;根據(jù)光電效應(yīng)方程Ek=hν-W0,當(dāng)ν=0時(shí),可得Ek=-W0,由題圖丁知縱軸截距為-E,所以有W0=E,即該金屬的逸出功為E,故選項(xiàng)D正確。

三、非選擇題

6.為了解釋光電效應(yīng)現(xiàn)象,愛(ài)因斯坦提出了“光子”的概念,并給出了光電效應(yīng)方程。但這一觀點(diǎn)一度受到質(zhì)疑,密立根通過(guò)下述實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證其理論的正確性,實(shí)驗(yàn)電路如圖甲所示。

(1)為了測(cè)量遏止電壓U0與入射光頻率ν的關(guān)系,實(shí)驗(yàn)中雙刀雙擲開(kāi)關(guān)應(yīng)向(選填“上”或“下”)閉合。

(2)如果實(shí)驗(yàn)所得U0-ν圖像如圖乙所示,其中U1、ν1、ν0為已知量,電子電荷量為e,那么:

①只需將與普朗克常量h進(jìn)行比較,若在誤差許可的范圍內(nèi)二者相等,則證明“光電效應(yīng)方程”是正確的;

②該實(shí)驗(yàn)所用光電管的K極材料的逸出功為。

答案:(1)下

(2)①②ν0

解析:(1)測(cè)量遏止電壓需要將陰極K接電源的正極,可知實(shí)驗(yàn)中雙刀雙擲開(kāi)關(guān)應(yīng)向下閉合。

(2)根據(jù)愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程Ek=hν-W0

由動(dòng)能定理eU=Ek,得U1=ν1-ν0

結(jié)合題圖乙知k=

解得普朗克常量h=

截止頻率為ν0,則該金屬的逸出功W0=hν0=·ν0。

能力提升

一、選擇題Ⅰ(每小題列出的四個(gè)備選項(xiàng)中只有一個(gè)是符合題目要求的)

1.下表給出了一些金屬材料的逸出功,現(xiàn)用波長(zhǎng)為400nm的單色光分別照射這5種材料,不能產(chǎn)生光電效應(yīng)的材料最多有(h=6.6×10-34J·s,c=3×108m/s)()

材料銫鈣鎂鈹鈦

逸出功W0/(10-19J)3.04.35.96.26.6

A.2種B.3種

C.4種D.5種

答案:B

解析:波長(zhǎng)為400nm的單色光的光子能量ε=hν=h=6.6×10-34×J=4.95×10-19J,由于光子能量小于鎂、鈹、鈦三種材料的逸出功,根據(jù)愛(ài)因斯坦的光電效應(yīng)方程,這三種材料不能產(chǎn)生光電效應(yīng),故選項(xiàng)B正確,A、C、D錯(cuò)誤。

2.頻率為ν的入射光照射某金屬時(shí)發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象。已知該金屬的逸出功為W0,普朗克常量為h,電子電荷量大小為e,下列說(shuō)法正確的是()

A.該金屬的截止頻率為

B.該金屬的遏止電壓為

C.增強(qiáng)入射光,單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)不變

D.增大入射光的頻率,光電子的最大初動(dòng)能不變

答案:B

解析:金屬的逸出功為W0=hνc,所以金屬的截止頻率為νc=,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;使光電流減小到0的反向電壓Uc稱為遏止電壓,Uc=,再根據(jù)愛(ài)因斯坦的光電效應(yīng)方程,Ek=hν-W0,所以該金屬的遏止電壓為Uc=,選項(xiàng)B正確;增強(qiáng)入射光,單位時(shí)間內(nèi)的光子數(shù)目會(huì)增大,發(fā)生了光電效應(yīng)后,單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)將增大,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;由愛(ài)因斯坦的光電效應(yīng)方程可知,增大入射光的頻率,光電子的最大初動(dòng)能將增大,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。

3.在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中,四束光①、②、③、④分別照射光電管,其光電流與電壓的關(guān)系圖線如圖所示。下列說(shuō)法正確的是()

A.①光的頻率大于②光的頻率

B.①光比③光弱

C.圖線與縱軸的交點(diǎn)是對(duì)應(yīng)的飽和光電流

D.④光照射時(shí)產(chǎn)生的光電子最大初動(dòng)能最大

答案:A

解析:根據(jù)eUc=mv2=hν-W0,入射光的頻率越大,對(duì)應(yīng)的遏止電壓越大。①光的遏止電壓大于②光的遏止電壓,則①光的頻率大于②光的頻率;遏止電壓越大,對(duì)應(yīng)的最大初動(dòng)能越大,④光的遏止電壓較小,故④光照射時(shí)產(chǎn)生的光電子最大初動(dòng)能不是最大,故選項(xiàng)D錯(cuò)誤,A正確。①光和③光的遏止電壓相等,故頻率相等,由于①光對(duì)應(yīng)的飽和光電流較大,說(shuō)明①光較強(qiáng),故選項(xiàng)B錯(cuò)誤。飽和光電流是電流最大值,不是圖線與縱軸的交點(diǎn),故選項(xiàng)C錯(cuò)誤。

二、選擇題Ⅱ(每小題列出的四個(gè)備選項(xiàng)中至少有一個(gè)是符合題目要求的)

4.利用如圖所示的電路研究光電效應(yīng)現(xiàn)象,其中電極K由金屬鎢制成,其逸出功為4.54eV。用某一頻率的紫外線照射電極K時(shí),電極K逸出光電子的最大初動(dòng)能為5.46eV,電流表的示數(shù)為I,已知普朗克常量為6.63×10-34J·s。下列說(shuō)法正確的是()

A.金屬鎢發(fā)生光電效應(yīng)的極限頻率約為1.096×1015Hz

B.若入射光頻率減半,將不發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象

C.若入射光頻率加倍,電流表的示數(shù)一定變?yōu)?I

D.若入射光頻率加倍,遏止電壓的大小將變?yōu)?5.46V

答案:AD

解析:根據(jù)W0=hνc得,金屬鎢發(fā)生光電效應(yīng)的極限頻率約為νc=Hz=1.096×1015Hz,故選項(xiàng)A正確。由光電效應(yīng)方程Ek=hν-W0可得ν=Hz=2.4133×1015Hz,若入射光頻率減半即為1.2066×1015Hz,仍大于金屬鎢發(fā)生光電效應(yīng)的極限頻率,則仍能發(fā)生光電效應(yīng),故選項(xiàng)B錯(cuò)誤。入射光頻率加倍后,若光的強(qiáng)弱不變,則單位時(shí)間內(nèi)入射的光子數(shù)減半,即電極K表面逸出的光電子數(shù)量減半,電流表示數(shù)變?yōu)橐话?若入射光增強(qiáng)為原來(lái)的2倍,則逸出的光電子數(shù)目不變,電流表的示數(shù)仍為I,故選項(xiàng)C錯(cuò)誤。頻率加倍前,入射光的能量hν=Ek+W0=10eV,頻率加倍后,入射光能量為2hν=20eV,最大初動(dòng)能為Ek'=2hν-W0=15.46eV,根據(jù)Ue=Ek'可知,遏止電壓的大小為U=V=15.46V,故選項(xiàng)D正確。

5.圖甲為研究光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置,用頻率為ν的單色光照射光電管的陰極K,得到光電流I與光電管兩端電壓U的關(guān)系圖線如圖乙所示,已知電子電荷量的絕對(duì)值為e,普朗克常量為h,則()

A.測(cè)量遏止電壓Uc時(shí)開(kāi)關(guān)S應(yīng)扳向“1”

B.只增強(qiáng)光照時(shí),圖乙中Uc的值會(huì)增大

C.只增強(qiáng)光照時(shí),圖乙中I0的值會(huì)減小

D.陰極K所用材料的極限頻率為

答案:AD

解析:測(cè)量遏止電壓時(shí)應(yīng)在光電管兩端加反向電壓,即開(kāi)關(guān)S應(yīng)扳向“1”,故選項(xiàng)A正確。由動(dòng)能定理得eUc=Ek,由愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程Ek=hν-W0可知,題圖乙中Uc的值與光照強(qiáng)弱無(wú)關(guān),故選項(xiàng)B錯(cuò)誤。題圖乙中I0的值表示飽和光電流,增強(qiáng)光照時(shí),飽和光電流增大,故選項(xiàng)C錯(cuò)誤。由動(dòng)能定理得eUc=Ek,由愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程Ek=hν-W0可得W0=hν-eUc,則陰極K所用材料的極限頻率為νc=,故選項(xiàng)D正確。

三、非選擇題

6.如圖所示,電源的電動(dòng)勢(shì)為E,內(nèi)阻不計(jì),K為光電管的陰極。閉合開(kāi)關(guān)S,將波長(zhǎng)為λ的激光射向陰極,產(chǎn)生了光電流。調(diào)節(jié)滑片P,當(dāng)電壓表示數(shù)為U0時(shí),光電流恰好減小到零,已知普朗克常量為h,電子電荷量為e,真空中光速為c。求:

(1)入射激光光子的動(dòng)量p;

(2)從陰極K發(fā)出光電子的最大初動(dòng)能Ek;

(3)增大入射激光的頻率,為能測(cè)出對(duì)應(yīng)的遏止電壓,入射激光頻率的最大值νm。

答案:(1)(2)eU0(3)(E-U0)

解析:(1)由λ=得p=。

(2)根據(jù)動(dòng)能定理有-eU0=0-Ek

則Ek=eU0。

(3)設(shè)陰極K的逸出功為W0,遏止電壓為U0,有eU0=h-W0

遏止電壓最大為E時(shí),對(duì)應(yīng)入射光的頻率最大,則eE=hνm-W0

聯(lián)立解得νm=(E-U0)。(共61張PPT)

2光電效應(yīng)

課前·基礎(chǔ)認(rèn)知

課堂·重難突破

素養(yǎng)·目標(biāo)定位

隨堂訓(xùn)練

模型方法·素養(yǎng)提升

素養(yǎng)目標(biāo)定位

目標(biāo)素養(yǎng)

1.通過(guò)實(shí)驗(yàn)了解光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律。

2.知道愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程以及意義。

3.了解康普頓效應(yīng),了解光子的動(dòng)量。

4.理解光的波粒二象性。

知識(shí)概覽

課前·基礎(chǔ)認(rèn)知

一、光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律

1.光電效應(yīng)。

(1)光電效應(yīng):照射到金屬表面的光,能使金屬中的電子從表面逸出的現(xiàn)象。

(2)光電子:在光的照射下,從金屬中發(fā)射出的電子叫光電子。

2.光電效應(yīng)規(guī)律。

(1)存在截止頻率:當(dāng)入射光的頻率減小到某一數(shù)值νc時(shí),光電流消失,這表明已經(jīng)沒(méi)有光電子了,νc稱為截止頻率或極限頻率。

(2)存在飽和電流:光照條件不變的情況下,隨著所加電壓的增大,光電流趨于一個(gè)飽和值。

(3)存在遏止電壓:如果施加反向電壓,使光電流減小到0的反向電壓Uc稱為遏止電壓。

(4)光電效應(yīng)具有瞬時(shí)性:光電效應(yīng)幾乎是瞬時(shí)發(fā)生的,幾乎不需要時(shí)間的積累。

微探究1把一塊鋅板連接在驗(yàn)電器上,并使鋅板帶負(fù)電,驗(yàn)電器指針張開(kāi)。用紫外線燈照射鋅板,觀察驗(yàn)電器指針,指針夾角會(huì)變小。這個(gè)現(xiàn)象說(shuō)明了什么問(wèn)題

提示:指針夾角變小意味著鋅板帶的負(fù)電荷變少了,說(shuō)明了紫外線會(huì)讓電子從鋅板表面逸出。

二、光電效應(yīng)經(jīng)典解釋中的疑難

1.逸出功:要使電子脫離某種金屬,需要外界對(duì)它做功,做功的

最小值叫作這種金屬的逸出功,用W0表示。

2.幾種金屬的截止頻率和逸出功。

金屬鎢鈣鈉鉀銣

νc/(1014Hz)10.957.735.535.445.15

W0/eV4.543.202.292.252.13

3.疑難問(wèn)題。

(1)截止頻率的存在。

(2)遏止電壓Uc與光的強(qiáng)弱無(wú)關(guān)。

(3)光電效應(yīng)的瞬時(shí)性。

三、愛(ài)因斯坦的光電效應(yīng)理論

1.愛(ài)因斯坦的光子說(shuō):光本身就是由一個(gè)個(gè)不可分割的

能量子組成的,頻率為ν的光的能量子為hν,其中,h為普朗克常量。這些能量子后來(lái)稱為光子。

2.光電效應(yīng)方程:Ek=hν-W0。

3.光電效應(yīng)的Ek-ν圖像。

微訓(xùn)練鋁的逸出功為W0=6.72×10-19J,用波長(zhǎng)λ=200nm的光照射不帶電的鋁箔,發(fā)生光電效應(yīng),普朗克常量h=6.63×

10-34J·s,電子電荷量為e=1.6×10-19C。求:

(1)發(fā)生光電效應(yīng)時(shí),鋁箔的電性;

(2)用鋁箔制作的光電管的遏止電壓Uc。(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)

答案:(1)正(2)2.0V

解析:(1)根據(jù)光電效應(yīng)現(xiàn)象可以知道,電子逃逸,

則鋁箔表面帶正電。

(2)根據(jù)愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程得光電子最大初動(dòng)能

Ek=-W0

根據(jù)動(dòng)能定理可得Ek=eUc

聯(lián)立解得Uc=2.0V。

四、康普頓效應(yīng)和光子的動(dòng)量

1.康普頓效應(yīng):康普頓在研究石墨對(duì)X射線的散射時(shí),發(fā)現(xiàn)在散射的X射線中,除了與入射波長(zhǎng)λ0相同的成分外,還有波長(zhǎng)

大于λ0的成分,這個(gè)現(xiàn)象稱為康普頓效應(yīng)。

2.康普頓的理論觀點(diǎn):p=。

微探究2太陽(yáng)光從小孔射入室內(nèi)時(shí),我們從側(cè)面可以看到這束光;白天的天空各處都是亮的;宇航員在太空中會(huì)發(fā)現(xiàn)盡管太陽(yáng)光耀眼刺目,其他方向的天空卻是黑的,為什么

提示:在地球上存在著大氣,太陽(yáng)光經(jīng)微粒散射后傳向各個(gè)方向,而在太空中的真空環(huán)境下光不能散射只向前傳播。

五、光的波粒二象性

光既具有波動(dòng)性,又具有粒子性,即光具有波粒二象性。

微思考哪些現(xiàn)象說(shuō)明了光的波粒二象性

提示:光的干涉和衍射說(shuō)明光具有波動(dòng)性,康普頓效應(yīng)、光電效應(yīng)說(shuō)明了光的粒子性。

課堂·重難突破

重難歸納

1.光子與光電子。

(1)光子指光在空間傳播時(shí)的每一份能量,光子不帶電;光電子是金屬表面受到光照射時(shí)發(fā)射出來(lái)的電子,其本質(zhì)是電子。光子是光電效應(yīng)的因,光電子是果。

(2)對(duì)于同一種金屬,光電子的能量只與入射光的頻率有關(guān),而與入射光的強(qiáng)弱無(wú)關(guān)。

一光電效應(yīng)中的幾組概念的理解

2.光電子的初動(dòng)能、最大初動(dòng)能與遏止電壓。

(1)光照射到金屬表面時(shí),光子的能量全部被電子吸收,電子吸收了光子的能量,可能向各個(gè)方向運(yùn)動(dòng),需克服原子核和其他原子的阻礙而損失一部分能量,剩余部分為光電子的初動(dòng)能。

(2)只有金屬表面的電子直接向外飛出時(shí),只需克服原子核的引力做功,才具有最大初動(dòng)能。光電子的初動(dòng)能小于或等于光電子的最大初動(dòng)能。

3.飽和電流、正向電壓與光的強(qiáng)弱三者之間的關(guān)系。

(1)存在飽和電流的原因。

在一定的光照條件下,單位時(shí)間內(nèi)陰極K發(fā)射的光電子的數(shù)目是一定的,電壓增加到一定值時(shí),所有光電子都被陽(yáng)極A吸收,這時(shí)即使再增大電壓,電流也不會(huì)增大。

(2)飽和電流與正向電壓的關(guān)系。

從金屬板飛出的光電子到達(dá)陽(yáng)極,回路中便產(chǎn)生光電流,隨著所加正向電壓的增大,光電流趨于一個(gè)飽和值,這個(gè)飽和值是飽和電流,在一定的光照條件下,飽和電流與所加正向電壓大小無(wú)關(guān)。

(3)飽和電流與光的強(qiáng)弱的關(guān)系。

實(shí)驗(yàn)表明,在光的頻率不變的情況下,入射光越強(qiáng),飽和電流越大。這說(shuō)明,對(duì)于一定頻率(顏色)的光,入射光越強(qiáng),單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)越多。

不帶電的鋅板和驗(yàn)電器用導(dǎo)線相連,

若用甲燈照射鋅板,驗(yàn)電器的金屬箔

片不張開(kāi);若用乙燈照射鋅板,驗(yàn)電器

的金屬箔片張開(kāi),如圖所示,比較甲燈

與乙燈發(fā)出的光的頻率、波長(zhǎng)、強(qiáng)弱。

提示:由題可知,甲燈沒(méi)有使鋅板發(fā)生光電效應(yīng),乙燈使鋅板發(fā)生了光電效應(yīng),故乙燈發(fā)出的光頻率更高,波長(zhǎng)更短,光電效應(yīng)發(fā)生與否與光的強(qiáng)弱無(wú)關(guān),光的強(qiáng)弱無(wú)法判斷。

典例剖析

在利用光電管研究光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中,入射光照到某金屬表面上發(fā)生光電效應(yīng),若入射光減弱,而頻率保持不變,那么()

A.從光照射到金屬表面到發(fā)射出光電子之間的時(shí)間間隔將明顯增加

B.飽和光電流將會(huì)減弱

C.遏止電壓將會(huì)減小

D.有可能不再發(fā)生光電效應(yīng)

答案:B

解析:發(fā)生光電效應(yīng)時(shí),若入射光減弱,而頻率保持不變,則從光照射到金屬表面到發(fā)射出光電子之間的時(shí)間間隔將保持不變,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;入射光減弱,則單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子的數(shù)目將減小,則飽和光電流將會(huì)減弱,選項(xiàng)B正確;根據(jù)遏止電壓的表達(dá)式可知,光的頻率不變,則最大初動(dòng)能不變,遏止電壓不變,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;因?yàn)楣怆娦?yīng)取決于光的頻率,故仍能發(fā)生光電效應(yīng),選項(xiàng)D錯(cuò)誤。

方法技巧1.入射光線的頻率大于等于該金屬的極限頻率時(shí)才能產(chǎn)生光電效應(yīng),與入射光的強(qiáng)弱、照射時(shí)間無(wú)關(guān)。

2.光電子的最大初動(dòng)能與入射光的強(qiáng)弱無(wú)關(guān),只與入射光的頻率有關(guān),隨入射光頻率增大而增大。

3.當(dāng)入射光的頻率大于極限頻率時(shí),保持頻率不變,則入射光越強(qiáng),飽和電流越大。

4.光線照射金屬表面,光電子發(fā)射幾乎是瞬時(shí)的,不需要時(shí)間的積累。

學(xué)以致用

用圖示裝置研究光電效應(yīng)現(xiàn)象,陰極K與滑動(dòng)變阻器的中心c點(diǎn)相連,當(dāng)滑片P移到c點(diǎn)時(shí),光電流為零。為了產(chǎn)生光電流,可采取的措施是()

A.增大入射光的頻率

B.把P從c向a移動(dòng)

C.把P從c向b移動(dòng)

D.增強(qiáng)入射光

答案:A

解析:增大入射光的頻率,當(dāng)入射光的頻率大于金屬的極限頻率時(shí),產(chǎn)生光電效應(yīng),金屬有光電子發(fā)出,電路中能產(chǎn)生光電流,故選項(xiàng)A正確;把P從c向a移動(dòng),P點(diǎn)電勢(shì)大于c點(diǎn)的電勢(shì),光電管加上正向電壓,但不能產(chǎn)生光電效應(yīng),沒(méi)有光電流形成,故選項(xiàng)B錯(cuò)誤;把P從c向b移動(dòng),不能產(chǎn)生光電效應(yīng),沒(méi)有光電流形成,故選項(xiàng)C錯(cuò)誤;能否產(chǎn)生光電效應(yīng)與入射光的強(qiáng)弱無(wú)關(guān),增強(qiáng)入射光,仍不能產(chǎn)生光電流,故選項(xiàng)D錯(cuò)誤。

重難歸納

1.愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程中的Ek是光電子的最大初動(dòng)能,就某個(gè)光電子而言,其離開(kāi)金屬時(shí)動(dòng)能的大小可以是0~Ek范圍內(nèi)的任何數(shù)值。

二愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程的理解

2.愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程實(shí)質(zhì)上是能量守恒方程。

(1)能量為ε=hν的光子被電子吸收,電子把這些能量的一部分用來(lái)克服金屬對(duì)它的吸引,另一部分就是電子離開(kāi)金屬表面時(shí)的動(dòng)能。

(2)如果克服吸引力做功最少為W0,則電子離開(kāi)金屬表面時(shí)動(dòng)能最大為Ek,根據(jù)能量守恒定律可知Ek=hν-W0。

3.愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程包含了產(chǎn)生光電效應(yīng)的條件。若發(fā)生光電效應(yīng),則光電子的最大初動(dòng)能必須大于零,即Ek=hν-W0>0,可知hν>W0,ν>=νc,而νc恰好是光電效應(yīng)的截止頻率。

下圖是研究光電效應(yīng)的電路圖。

(1)閉合開(kāi)關(guān)后,當(dāng)電壓表的示數(shù)為0時(shí),

電流表的示數(shù)不是0,說(shuō)明了什么

(2)閉合開(kāi)關(guān),將滑動(dòng)變阻器的滑片向右

移動(dòng),會(huì)觀察到什么現(xiàn)象說(shuō)明了什么

(3)若將電源的正負(fù)極對(duì)調(diào),電壓表的正

負(fù)接線柱對(duì)調(diào),閉合開(kāi)關(guān),滑動(dòng)變阻器的

滑片向右移動(dòng)時(shí),又會(huì)觀察到什么現(xiàn)象說(shuō)明了什么

提示:(1)說(shuō)明發(fā)生了光電效應(yīng)現(xiàn)象。

(2)電壓表、電流表的示數(shù)均增大,當(dāng)電流增大到一定值后,滑動(dòng)變阻器的滑片再向右移動(dòng),電流也不再增大。說(shuō)明存在飽和電流。

(3)電壓表示數(shù)增大,電流表示數(shù)減小,最后電流表的示數(shù)可能減小到0。說(shuō)明存在遏止電壓。

典例剖析

利用光電管研究光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)電路如圖所示,用頻率為ν的可見(jiàn)光照射陰極K,電流表中有電流通過(guò),則()

A.改用紫外光照射K,電流表中沒(méi)有電流通過(guò)

B.只增強(qiáng)該可見(jiàn)光,電流表中通過(guò)的電流將變小

C.若將滑動(dòng)變阻器的滑片移到A端,電流表中一

定無(wú)電流通過(guò)

D.若將滑動(dòng)變阻器的滑片向B端移動(dòng),電流表示

數(shù)可能不變

D

解析: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,紫外光的頻率更大,所以改用紫外光照射K,電流表中有電流通過(guò),選項(xiàng)A錯(cuò)誤;只增強(qiáng)該可見(jiàn)光,電流表中通過(guò)的電流將變大,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;若將滑動(dòng)變阻器的滑片移到A端,電流表中也有電流通過(guò),因?yàn)槭钦螂妷?只要發(fā)生光電效應(yīng)就有光電流通過(guò),選項(xiàng)C錯(cuò)誤;如果光電流已經(jīng)達(dá)到飽和光電流,則增大電壓,光電流將保持不變,所以若將滑動(dòng)變阻器的滑片向B端移動(dòng),電流表示數(shù)可能不變,選項(xiàng)D正確。

規(guī)律總結(jié)1.入射光的強(qiáng)弱決定著單位時(shí)間內(nèi)光源發(fā)出的光子數(shù),決定著單位時(shí)間逸出的光電子數(shù),決定著飽和光電流的大小。

2.入射光的頻率決定著光子能量的大小,決定著能否發(fā)生光電效應(yīng),決定著逸出光電子的最大初動(dòng)能。

學(xué)以致用

用紅光照射光電管陰極發(fā)生光電效應(yīng)時(shí),光電子的最大初動(dòng)能為Ek,飽和光電流為I,若改用強(qiáng)弱相同的綠光照射同一光電管,產(chǎn)生光電子的最大初動(dòng)能和飽和光電流分別為Ek'和I',則正確的是()

A.Ek'Ek,I'>I

C.Ek'>Ek,I'Ek;飽和光電流的大小與光照強(qiáng)弱有關(guān),隨著光照增強(qiáng)而增大,紅光與綠光光照強(qiáng)弱相同,紅光光子能量低,則紅光單位時(shí)間內(nèi)照射出的光電子數(shù)目多,飽和電流大,即有I'νb,則一定有Uaνb,則一定有Eka>Ekb

C.若Uaνb,則一定有hνa-Eka>hνb-Ekb

答案:BC

解析:根據(jù)光電效應(yīng)方程Ek=hν-W0和光電子的最大初動(dòng)能與遏止電壓的關(guān)系-eUc=0-Ek,得eUc=hν-W0,選項(xiàng)A錯(cuò)誤,B、C正確;若νa>νb,則一定有hνa-Eka=hνb-Ekb=W0,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。

規(guī)律總結(jié)1.愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程Ek=hν-W0,式中W0為逸出功,它與極限頻率νc的關(guān)系是W0=hνc。

2.Ek-ν圖像反映了光電子的最大初動(dòng)能和入射光頻率的關(guān)系。

3.光電子的最大初動(dòng)能Ek可以利用光電管通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方法測(cè)得,即Ek=eUc,其中Uc是遏止電壓。

學(xué)以致用

一種紅外測(cè)溫儀的原

理:任何物體在溫度高

于絕對(duì)零度(-273℃)時(shí)

都會(huì)向外發(fā)出紅外光,

紅外光照射到溫度傳

感器,發(fā)生光電效應(yīng),將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào),計(jì)算出溫度數(shù)據(jù)。已知人體溫正常時(shí)能輻射波長(zhǎng)為10μm的紅外光,如圖甲所示,用該紅外光照射光電管的陰極K時(shí),電路中有光電流產(chǎn)生,得到的電流隨電壓變化的圖像如圖乙所示,

則()

A.波長(zhǎng)10μm的紅外光在真空中的頻率為3×1014Hz

B.將圖甲的電源反接,一定不會(huì)產(chǎn)生電信號(hào)

C.由圖乙數(shù)據(jù)可知從陰極K逸出的光電子最大初動(dòng)能為0.02eV

D.若人體溫度升高,輻射的紅外光減弱,光電管轉(zhuǎn)換成的光電流減小

答案:C

解析:波長(zhǎng)10μm的紅外光在真空中的頻率為ν==3×1013Hz,故選項(xiàng)A錯(cuò)誤;根據(jù)題圖乙可知,遏止電壓為0.02V,如果反接,但電壓小于0.02V,則仍會(huì)產(chǎn)生電信號(hào),故選項(xiàng)B錯(cuò)誤;根據(jù)Ek=eUc=0.02eV可知,最大初動(dòng)能為0.02eV,故選項(xiàng)C正確;若人體溫度升高,則輻射的紅外光增強(qiáng),光電管轉(zhuǎn)換成的光電流增大,故選項(xiàng)D錯(cuò)誤。

隨堂訓(xùn)練

1.假設(shè)一個(gè)運(yùn)動(dòng)的光子和一個(gè)靜止的自由電子碰撞以后,電子向某一方向運(yùn)動(dòng),光子沿另一方向散射出去,則這個(gè)散射光子跟原來(lái)的光子相比()

A.頻率變大B.速度變小

C.光子能量變大D.波長(zhǎng)變長(zhǎng)

答案:D

解析:光子與自由