第4章 拓展与归类·专题研析3 光电效应的综合问题-【精彩三年】2023-2024学年新教材高中物理选择性必修第三册课程探究与巩固教师用书配套word（人教版）

拓展与归类·专题研析3　光电效应的综合问题 (见学生用书P49) 知识点　爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0的应用 1．爱因斯坦光电效应方程的理解 (1)爱因斯坦光电效应方程的表达式中，Ek为光电子的最大初动能，与金属的逸出功W0和光的频率ν有关。 (2)若Ek＝0，则hν＝W0，此时的ν即为金属的截止频率νc。 2．光电效应现象的有关计算 (1)最大初动能的计算：Ek＝hν－W0＝hν－hνc。 (2)截止频率的计算：hνc＝W0，即νc＝。 (3)遏止电压的计算：－eUc＝0－Ek，即Uc＝＝。 3．Uc­ν图像 根据Uc＝ν－，如图所示，Uc­ν图像是一条斜率为的直线。 [思辨] 思考题：发生光电效应时，从金属中逸出的电子都具有最大初动能吗？ 【答案】 不是。金属内部的电子逸出时动能较小，只有金属表面的电子逸出时才具有最大初动能。 (见学生用书P50) 类型一　光电流与电压的关系图像问题 如图甲所示，阴极K和阳极A是密封在真空玻璃管中的两个电极，阴极K在受到光照时能够发射光电子。阴极K与阳极A之间电压U的大小可以调整，电源的正、负极也可以对调。闭合开关后，阳极A吸收阴极K发出的光电子，在电路中形成光电流。现分别用蓝光、弱黄光、强黄光照射阴极K，形成的光电流与电压的关系图像如图乙所示，图中a、b、c光依次为(　C　) 　　 A．蓝光、弱黄光、强黄光 B．弱黄光、蓝光、强黄光 C．强黄光、蓝光、弱黄光 D．蓝光、强黄光、弱黄光 【解析】 设遏止电压为Uc，根据eUc＝Ek＝hν－W0可知，对于同一种金属，W0不变，遏止电压与入射光的频率有关，对于一定频率的光，无论光的强弱如何，遏止电压都是一样的，故a、c是同种颜色的光，在光的频率不变的情况下，入射光越强，饱和电流越大，故a光为强黄光，c光为弱黄光；b光的遏止电压最大，故b光的频率最大，b光为蓝光，故选C。 在光电效应实验中，飞飞同学用同一光电管在不同实验条件下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线(甲光、乙光、丙光)，如图所示。则可判断出(　B　) A．甲光的频率大于乙光的频率 B．乙光的波长大于丙光的波长 C．乙光对应的截止频率大于丙光对应的截止频率 D．甲光对应的光电子最大初动能大于丙光对应的光电子最大初动能 【解析】 根据eUc＝mvm2＝hν－W0可知，入射光的频率越高，对应的遏止电压Uc越大，甲光、乙光的遏止电压相等，所以甲光、乙光的频率相等，故A错误；丙光的遏止电压大于乙光的遏止电压，所以乙光的频率小于丙光的频率，乙光的波长大于丙光的波长，故B正确；截止频率由金属材料的种类决定，与入射光的频率无关，故C错误；甲光的遏止电压小于丙光的遏止电压，所以甲光对应的光电子最大初动能小于丙光对应的光电子最大初动能，故D错误。 类型二　光电效应的Uc­ν图像问题 利用图甲所示的实验装置观测光电效应，已知实验中测得某种金属的遏止电压Uc与入射光频率ν之间的关系如图乙所示(ν1与U1均已知)，电子的电荷量为e＝1.6×10-19 C，则电源的右端为__正__(填“正”或“负”)极，普朗克常量为____(用题中给出的字母表示)，该金属的逸出功为__eU1__(用题中给出的字母表示)。若电流表的示数为10 μA，则每秒内从阴极发出的光电子数的最小值为__6.25×1013__。 　　 【解析】 由于测量的是遏止电压，则光电管两端接的是反向电压，阴极K接电源的正极，所以电源的右端为正极。根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0，遏止电压为Uc，则有eUc＝Ek，整理得Uc＝ν－，由金属的遏止电压Uc与入射光频率ν之间的关系图像可得k＝＝，＝U1，解得h＝，W0＝eU1。根据电流的定义式I＝，则每秒内从阴极发出的光电子的电荷量为q＝It＝10×10-6×1 C＝1.0×10-5 C，光电子数的最小值为n＝＝＝6.25×1013(个)。 (多选)在做光电效应的实验时，某金属被光照射发生了光电效应，实验测得光电子的遏止电压Uc与入射光的频率ν的关系如图所示。已知电子的电荷量为e。由实验图线可求出(　ABC　) A．该金属的截止频率 B．普朗克常量 C．该金属的逸出功 D．单位时间内逸出的光电子数 【解析】 由爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0，eUc＝Ek可知Uc＝ν－，当Uc＝0时ν＝＝νc，即图线在横轴上的截距在数值上等于金属的截止频率；图线的斜率在数值上等于，故可求出普朗克常量h；当ν＝0时Uc＝－，即图线在纵轴上的截距的绝对值乘以电子电荷量e在数值上等于金属的逸出功，故A、B、C正确。由实验图线不能求出单位时间内逸出的光电子数，故D错误。 本课点睛(教师用书独有) 由－eUc＝0－Ek，得遏止电压Uc＝＝，故Uc＝ν－。因此，Uc­ν图像是一条斜率为的直线。 学科网（北京）股份有限公司 $$