4.2 光电效应-新教材高中物理选择性必修第三册【新课程同步训练】学习手册（人教版）

学 第四章 原子结构和波粒二象性 知 识 梳 理 知识点 1 光电效应现象 1. 1887 年， 赫兹在研究电磁波的实验中发现了光 电效应现象。 2. 定义： 照射到金属表面的光能使金属中的电子 从表面逸出。 这个现象称为光电效应， 这种电 子常被称为光电子。 注意： 定义中的光包括不可见光。 解析： 物体在室温时辐射的主要成分是波长较长的 电磁波， 以不可见的红外光为主， 故 A 错误； 随 着温度的升高热辐射中较短波长的成分越来越多， 故 B 正确； 给一块铁块加热依次呈现暗红、 赤红、 橘红等颜色， 故 C 正确； 辐射强度按照波长的分 布情况随物体的温度而有所不同， 这是热辐射的一 种特性， 故 D 正确。 答案： BCD 题型 2 对黑体辐射实验规律的理解 例 2 热辐射是指所 有物体在一定 的温度下都要 向外辐射电磁 波的现象， 辐 射强度是指垂 直于电磁波传 播方向上的单 位面积上单位 时间内所接收到的辐射能量。 在研究某一黑体 热辐射时， 得到了四种温度下黑体热辐射的强 度与波长的关系如图。 图中横轴 λ 表示电磁 波的波长， 纵轴表示某种波长电磁波的辐射强 度， 则由图可知， 同一黑体在不同温度下 （ ） A. 向外辐射同一波长的电磁波的辐射强度相同 B. 辐射强度的极大值随温度升高而向短波方向移动 C. 向外辐射的电磁波的总能量随温度升高而减小 D. 向外辐射的电磁波的波长范围是相同的 解析： 从图中可以看出， 温度越高， 向外辐射同一 波长的电磁波的辐射强度越大， A 错误； 辐射强度 的极大值随温度升高而向短波方向移动， B 正确； 向外辐射的电磁波的总能量随温度升高而增强， C 错误； 黑体可以辐射出任何频率的电磁波， 故向外 辐射的电磁波的波长范围是相同的， D 正确。 答案： BD 题型 3 对普朗克能量子假说的理解 例 3 普朗克在 1900 年将 “能量子” 引入物理学， 开创了物理学的新纪元。 在下列宏观概念 中， 具有 “量子化” 特征的是 （ ） A. 人的个数 B. 物体所受的重力 C. 物体的动能 D. 物体的长度 解析： 在经典物理学中， 对体系物理量变化的最小 值没有限制， 它们可以任意连续变化， 如重力、 动 能、 长度等， BCD 错误； 但在量子力学中， 物理 量只能以确定的大小一份一份地进行变化， 具体有 多大要随体系所处的状态而定。 这种物理量只能采 取某些分离数值的特征叫作量子化， A 正确。 答案： A 70 60 50 40 30 20 10 0 2000 K 1 2 3 λ/μm 1600 K 1800 K M λ / （ ×10 14 W/m 3 ） 2200 K 例 2 题图 2. 光 电 效 应 外光进行辐射， 当温度为 300 ℃ 时热辐射中最 强的波长在红外区。 当物体的温度在 500 ℃ 以 上至 800 ℃ 时， 热辐射中最强的波长成分在可 见光区。 根据黑体辐射的实验规律以及黑体模型的 概念分析讨论。 如果一个物体能够吸收照射到 它上面的全部辐射而无反射， 这种物体就叫作 黑体； 黑体可以辐射出任何频率的电磁波； 当 黑体温度升高时， 辐射的各个频率的部分的强 度均变大， 同时辐射强度极大值向波长较短的 方向移动。 思路点拨 本题考查量子论与经典物理学的区别。 思路点拨 57 学 第三册 （人教版）高中物理选择性必修 如图所示， 用弧光灯照射锌板， 与锌板相连的 验电器就带正电， 即锌板也带正电。 这说明锌板在 光的照射下发射出了电 子 。 本实验中使锌板 发出电子的是弧光灯中 发出的紫外线。 知识点 2 光电效应的实验规律 1. 研究光电效应的实验装置如图所示。 阴极 K 和 阳极 A 是密封在真空玻璃管中的两个电极， K 在 受到光照时能够发射光电子。 电源加在 K 与 A 之间的电压大小可以调整， 正负极也可以对调。 2. 光电效应的实验结果 （ 1 ） 在入射光的强度与频率不变的情况下， I-U 的 实验曲线如图所示。 曲线表明， 当加速电压 U 增加到一定值时， 光电流达到饱和值 I m ， 这是 因为单位时间内从阴极 K 射出的光电子全部 到达阳极 A 。 若单位时间内从阴极 K 上逸出 的光电子数目为 n ， 则饱和电流 I m ＝ne ， 式中 e 为电子电荷量。 （ 2 ） 当电压 U 减小到 0 ， 并开始反向时， 光电流并 没有降为 0 ， 这就表明从阴极 K 逸出的光电子 具有初动能。 所以尽管有电场阻碍它运动， 仍 有部分光电子到达阳极 A 。 但是当反向电压等 于 U c 时， 就能阻止所有的光电子飞向阳极 A ， 使光电流降为 0 ， 这个电压叫遏止电压， 它使 具有最大初速度的电子也不能到达阳极 A 。 如 果