4.2光电效应-2024-2025学年高二物理同步讲练（人教版2019选择性必修第三册）

4.2 光电效应 （1）通过实验，了解光电效应现象及其实验规律。 （2）了解爱因斯坦光电效应理论及其意义，能用爱因斯坦光电效应方程解释光电效应现象。 （3）了解康普顿效应及其意义。 （4）能根据实验结论说明光的波粒二象性。 把一块锌板连接在验电器上，并使锌板带负电，验电器指针张开。用紫外线灯照射锌板，观察验电器指针的变化。 这个现象说明了什么问题？ 知识点一、光电效应的实验规律 1．光电效应：照射到金属表面的光，能使金属中的电子从表面逸出的现象 2．光电子：光电效应中发射出来的电子． 3光电效应的实验规律 (1)存在截止频率：当入射光的频率低于截止频率时不(填“能”或“不”)发生光电效应． (2)存在饱和电流：在光的频率不变的情况下，入射光越强，饱和电流越大． (3)存在遏止电压：使光电流减小到0的反向电压Uc，且满足mevc2＝eUc. (4)光电效应具有瞬时性：光电效应几乎是瞬时发生的． 知识点二、爱因斯坦的光电效应理论 1． 光子：光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，频率为ν的光的能量子为hν，其中h为普朗克常量．这些能量子后来称为光子． 2．逸出功：使电子脱离某种金属，外界对它做功的最小值，用W0表示．不同种类的金属，其逸出功的大小不相同(填“相同”或“不相同”)． 3．爱因斯坦光电效应方程 (1)表达式：hν＝Ek＋W0或Ek＝hν－W0. (2)物理意义：金属中电子吸收一个光子获得的能量是hν，在这些能量中，一部分大小为W0的能量被电子用来脱离金属，剩下的是逸出后电子的初动能Ek. (3)Uc与ν、W0的关系 ①表达式：Uc＝ν－. ②图像：Uc－ν图像是一条斜率为的直线． 光电效应现象和光电效应方程的应用 (1)能否发生光电效应，不取决于光的强度而取决于光的频率. (2)光电效应中的“光”不是特指可见光，也包括不可见光. (3)逸出功的大小由金属本身决定，与入射光无关. (4)光电子不是光子，而是电子. 2.两条对应关系 (1)光强大→光子数目多→发射光电子多→光电流大； (2)光子频率高→光子能量大→光电子的最大初动能大. 3.三个关系式 (1)爱因斯坦光电效应方程：Ek＝hν－W0. (2)最大初动能与遏止电压的关系：Ek＝eUc. (3)逸出功与极限频率的关系W0＝hνc. 光电效应图象四类图象 图象名称 图线形状 由图线直接(间接)得到的物理量 最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图线 ①极限频率：图线与ν轴交点的横坐标νc ②逸出功：图线与Ek轴交点的纵坐标的值的绝对值W0＝|－E|＝E ③普朗克常量：图线的斜率k＝h 颜色相同、强度不同的光，光电流与电压的关系 ①遏止电压Uc：图线与横轴的交点 ②饱和光电流Im：光电流的最大值 ③最大初动能：Ek＝eUc 颜色不同时，光电流与电压的关系 ①遏止电压Uc1、Uc2 ②饱和光电流 ③最大初动能Ek1＝eUc1，Ek2＝eUc2 遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图线 ①极限频率νc：图线与横轴的交点 ②遏止电压Uc：随入射光频率的增大而增大 ③普朗克常量h：等于图线的斜率与电子电荷量的乘积，即h＝ke.(注：此时两极之间接反向电压) 知识点三、康普顿效应 (1)光的散射 光子在介质中与物质微粒相互作用，因而传播方向发生改变，这种现象叫作光的散射。 (2)康普顿效应 美国物理学家康普顿在研究石墨对X射线的散射时，发现在散射的X射线中，除了与入射波长λ0相同的成分外，还有波长大于λ0的成分，这个现象称为康普顿效应。 (3)康普顿效应的意义 康普顿效应表明光子除了具有能量之外，还具有动量，深入揭示了光的粒子性的一面。 (4)光子的动量 ①表达式：p＝。 ②说明：在康普顿效应中，入射光子与晶体中电子碰撞时，把一部分动量转移给电子，光子的动量变小。因此，有些光子散射后波长变大。 知识点四、光的波粒二象粒 (1)光的干涉和衍射现象说明光具有波动性，光电效应和康普顿效应说明光具有粒子性。 (2)光子的能量ε＝hν，光子的动量p＝。 [例题1] 在演示光电效应的实验中，原来不带电的一块锌板与灵敏验电器相连。用弧光灯照射锌板时，验电器的指针就张开一个角度，如图所示，这时（　　） A．锌板带正电 B．锌板带负电 C．指针不带电 D．锌板有正电子飞出 【解答】解：ABC．锌板在弧光灯照射下，发生光电效应，有光电子逸出，锌板失去电子带正电，验电器与锌板相连，导致指针带正电。故A正确，BC错误； D．光电子是光电效应中从金属中逸出的电子，带负电，故D错误。 故选：A。 [例题2] 某单色光照射某金属时不能产生光电效应，下列措施中可能使该金属产生光电效应的是（　　） A．延长光照时间 B．增大光的强度 C．换用频率较低的光照射 D．换用波长较短的光照射 【解答】解：要使该金属产生光电效应，可以增大入射光的频率（或减短入射光的波长），延长作用时间，增大光的强度都不会使金属发生光电效应，故A、B、C错误，D正确。 故选：D。 [例题3] 下列有关光的波粒二象性的说法中，正确的是（　　） A．有的光是波，有的光是粒子 B．光子与电子是同样的一种粒子 C．光的波长越长，其波动性越显著；波长越短，其粒子性越显著 D．康普顿效应表明光具有波动性 【解答】解：A、一切光都具有波粒二象性，光的有些现象（如干涉、衍射）表现出波动性，光的有些现象（如光电效应、康普顿效应）表现出粒子性，故A错误； B．电子是实物粒子，有静止质量，光子不是实物粒子，没有静止质量，电子是以实物形式存在的物质，光子是以场形式存在的物质，故B错误； C．光的波长越长，衍射性越好，即波动性越显著，光的波长越短，粒子性就越显著，故C正确； D．康普顿效应表明光具有粒子性，故D错误。 故选：C。 [例题4] 如图，当电键S断开时，用光子能量为3.1eV的一束光照射阴极K，发现电流表读数不为零。合上电键，调节滑动变阻器，发现当电压表读数小于0.60V时，电流表读数仍不为零；当电压表读数大于或等于0.60V时，电流表读数为零。由此可知阴极材料的逸出功为（　　） A．1.9eV B．0.6eV C．2.5eV D．3.1eV 【解答】解：根据题意，当电压表读数大于或等于0.60V时，即为反向电压为0.6V时，从金属出来的电子，在电场阻力作用下，不能到达阳极，则电流表示数为零； 根据动能定理，则有光电子的初动能为：Ek＝qU＝0.6eV 根据爱因斯坦光电效应方程有：W＝hv﹣Ek＝3.1eV﹣0.6eV＝2.5eV，故ABD错误，C正确。 故选：C。 [例题5] 以往我们认识的光电效应是单光子光电效应，即一个电子在极短时间内只能吸收到一个光子而从金属表面逸出。强激光的出现丰富了人们对于光电效应的认识，用强激光照射金属，由于其光子密度极大，一个电子在极短时间内吸收多个光子成为可能，从而形成多光子光电效应，这已被实验证实。光电效应实验装置示意如图。用频率为ν的普通光源照射阴极K，没有发生光电效应。换用同样频率为ν的强激光照射阴极K，则发生了光电效应；此时，若加上反向电压U，即将阴极K接电源正极，阳极A接电源负极，在KA之间就形成了使光电子减速的电场。逐渐增大U，光电流会逐渐减小；当光电流恰好减小到零时，所加反向电压U可能是下列的（其中W为逸出功，h为普朗克常量，e为电子电量）（　　） A．U B．U C．U＝2hv﹣W D．U 【解答】解：根据题意知，一个电子吸收一个光子不能发生光电效应，换用同样频率为ν的强激光照射阴极K，则发生了光电效应，即吸收的光子能量为nhv，n＝2，3，4… 则有：eU＝nhv﹣W， 解得：U；n＝2，3，4…；故B正确，ACD错误。 故选：B。 [例题6] （多选）一束绿光照射某金属发生了光电效应，则下列说法正确的是（　　） A．若增加绿光的照射强度，则逸出的光电子数增加 B．若增加绿光的照射强度，则逸出的光电子的最大初动能增加 C．若改用紫光照射，则可能不会发生光电效应 D．若改用紫光照射，则逸出的光电子的最大初动能增加 【解答】解：A、光的强度增大，则单位时间内逸出的光电子数目增多，根据光电效应方程知，光电子的最大初动能不变。故A正确、B错误。 C、因为紫光的频率大于绿光的频率，一定发生光电效应，故C错误； D、根据光电效应方程Ekm＝hv﹣W0知，光电子的最大初动能增加，单位时间内逸出的光电子数目不一定增加，D正确。 故选：AD。 [例题7] （多选）如图是某金属在光的照射下产生的光电子的最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图象．由图象可知（　　） A．该金属的逸出功等于E B．该金属的逸出功等于hνc C．入射光的频率为2νc时，产生的光电子的最大初动能为E D．入射光的频率为2νc时，产生的光电子的最大初动能为2E 【解答】解：AB、根据Ekm＝hv﹣W0得，金属的截止频率等于ν0；纵轴截距的绝对值等于金属的逸出功，逸出功等于E，且E＝hν0，故AB正确； CD、根据光电效应方程有：EKm＝hv﹣W，其中W为金属的逸出功：W＝hv0； 所以有：EKm＝hv﹣hv0，由此结合图象可知，该金属的逸出功为E，或者W＝hv0，当入射光的频率为2v0时，代入方程可知产生的光电子的最大初动能为E，故C正确，D错误。 故选：ABC。 [例题8] 小明用阴极为金属铷的光电管，观测光电效应现象，实验装置示意图如图甲所示。已知普朗克常量h＝6.63×10﹣34J•s。（计算结果保留3位有效数字） （1）图甲中电极A为光电管的什么极； （2）实验中测得铷的遏止电压Uc与入射光频率ν之间的关系如图乙所示，则铷的截止频率νc和逸出功W0分别是多少； （3）如果实验中入射光的频率ν＝7.00×1014Hz，则产生的光电子的最大初动能Ek是多少。 【解答】解：（1）由光电管的结构知，A为阳极。 （2）由光电效应方程可得：Ekm＝hν﹣W0＝hν﹣hν0 根据动能定理可得：﹣eUC＝0﹣Ekm 当光电子的最大初动能为零，入射光的频率等于金属的遏制频率，此时遏止电压为零时，根据图象可知，铷的截止频率 νc＝5.15×1014Hz 根据hνc＝W0，可求出该金属的逸出功大小 W0＝6.63×10﹣34×5.15×1014J＝3.41×10﹣19J． （3）如果实验中入射光的频率 ν＝7.00×1014 Hz， 根据光电效应方程可得光电子的最大初动能为：Ek＝hν﹣W0＝（6.63×10﹣34×7.00×1014﹣6.63×10﹣34×5.15×1014）J≈1.23×10﹣19J． [练习1] 我国研制的“大连光源”—极紫外自由电子激光装置，能发出波长在100nm附近连续可调的世界上最强的极紫外激光脉冲。“大连光源”因其光子的能量大、密度高，可在能源利用、光刻技术、雾霾治理等领域的研究中发挥重要作用。 一个处于极紫外波段的光子所具有的能量可以电离一个分子，但又不会把分子打碎。取普朗克常量h＝6.6×10﹣34J•s，真空中的光速c＝3×108m/s。据此判断，能够电离一个分子的能量约为（　　） A．10﹣21J B．10﹣18J C．10﹣15J D．10﹣12J 【解答】解：能够电离一个分子的能量为 1.98×10﹣18J 故B正确，ACD错误。 故选：B。 [练习2] 入射光照射到某金属表面上发生光电效应，若入射光的强度减弱，而频率保持不变，则（　　） A．从光照至金属表面上到发射出光电子之间的时间间隔将明显增加 B．逸出的光电子的最大初动能将减小 C．单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将减少 D．有可能不发生光电效应 【解答】解：A、光的强弱影响的是单位时间内发出光电子的数目，不影响发射出光电子的时间间隔。故A错误。 B、根据光电效应方程知，EKM＝hγ﹣W0知，入射光的频率不变，则最大初动能不变。故B错误。 C、单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将减少，光电流减弱，C正确。 D、入射光的频率不变，则仍然能发生光电效应。故D错误。 故选：C。 [练习3] 在光电效应实验中，分别用频率为νa、νb的单色光a、b照射到同种金属上，测得相应的遏止电压分别为Ua和Ub、光电子的最大初动能分别为Eka和Ekb．h为普朗克常量。下列说法正确的是（　　） A．若νa＞νb，则一定有Ua＜Ub B．若νa＞νb，则一定有Eka＞Ekb C．若Ua＜Ub，则一定有Eka＞Ekb D．若νa＞νb，则一定有hνa﹣Eka＞hνb﹣Ekb 【解答】解：AB、根据光电效应方程Ekm＝hv﹣W0知，va＞vb，逸出功相同，则Eka＞Ekb，又Ekm＝eUc，则Ua＞Ub，故A错误，B正确； C、根据Ekm＝eUc知，若Ua＜Ub，则一定有Eka＜Ekb，故C错误； D、逸出功W0＝hv﹣Ekm，由于金属的逸出功相同，则有：hva﹣Eka＝hvb﹣Ekb，故D错误； 故选：B。 [练习4] 分别用波长为λ和2λ的单色光照射同一金属板，发出的光电子的最大初动能之比为3：1，以h表示普朗克常量，c表示真空中的光速，则此金属板的逸出功为（　　） A． B． C． D． 【解答】解：根据光电效应方程可得： ； 根据题意可得：Ek1：Ek2＝3：1 联立解得：W，故A正确，BCD错误； 故选：A。 [练习5] 用波长为λ的光照射锌板，电子逸出锌板表面的最大初动能为Ek．已知普朗克常量为h，真空中的光速为c，能使锌产生光电效应的单色光的最大波长为（　　） A． B． C． D． 【解答】解：根据光电效应方程：Ekm＝hγ﹣W0 光速、波长、频率之间关系为：γ 再根据逸出功W0＝hγ0， 而γ0 解得：λmax，故A正确，BCD错误； 故选：A。 [练习6] 把一块带负电的锌板连接在验电器上，验电器指针张开一定的角度。用紫外线灯照射锌板发现验电器指针的张角发生变化。下列说法正确的是（　　） A．验电器指针的张角会变大 B．锌板上的正电荷转移到了验电器指针上 C．验电器指针的张角发生变化是因为锌板获得了电子 D．验电器指针的张角发生变化是因为紫外线让电子从锌板表面逸出 【解答】解：A、开始时锌板带负电，验电器带负电，指针张开一定的角度，用紫外线灯照射锌板，锌板发生光电效应，锌板的电子逸出，锌板带正电，使验电器上的负电荷与后来的正电荷中和，锌板所带电荷量先减少后增加，所以验电器指针张角先减小后增大，故A错误； BCD、验电器指针的张角发生变化是因为紫外线让电子从锌板表面逸出，锌板带正电，验电器上的负电荷转移到锌板上，最后验电器带上正电荷，不是因为锌板获得了电子，故BC错误，D正确。 故选：D。 [练习7] 如图所示，用某频率的光照射光电管，研究饱和电流的影响因素，则（　　） A．电源的左端为负极 B．换更高频率的光照射，电流表示数一定增大 C．滑动变阻器滑片移至最左端，电流表示数为零 D．滑动变阻器滑片向右移的过程中，电流表示数可能一直增大 【解答】解：A．光电子从K极逸出后要能顺利的形成光电流，需要加上正向电压，因此电源的左端为正极，光电子在电场力的作用下向A板做定向移动，从而形成光电流，故A错误； B．换更高频率的光照射，可以增大光电子的动能增加，使单位时间到达A极板的电子数增多，电流增大；若到达饱和光电流，换更高频率的光照射，光电流并不会增大，电流表示数不变，故B错误； C．当滑动变阻器移动到最左端时，A、K两极板的电压为零，但逸出的光电子具有动能，可以到达A极板，因此电流表的示数不为零，故C错误； D．滑动变阻器滑片向右移的过程中，A、K两极板的电压增大，光电子在电场力的作用下移动的更快，即单位时间内到达A极板的光电子数目增多，则光电流增大，但若光电流已经达到饱和，增大两极板的电压，光电流不在变化，因此滑动变阻器滑片向右移的过程中，电流表示数可能一直增大，故D正确。 故选：D。 [练习8] （多选）在研究光电效应现象中，得出遏止电压Uc与光的频率ν和逸出功W0的关系时，做出某金属A的Uc﹣ν图像如图所示，已知电子电量e＝1.6×10﹣19C，则（　　） A．频率是6.0×1014Hz的光入射到金属A时，遏止电压约为0.7V B．金属A的逸出功约为2.7×10﹣19J C．金属A的逸出功约为7.7×10﹣20J D．其它金属的Uc﹣ν图像与金属A的Uc﹣ν图像平行 【解答】解：D、光电子最大初动能与遏止电压的关系是：Uce＝Ek，由爱因斯坦光电效应方程有：hν＝Ek+W0，则可得遏止电压：，可知Uc﹣ν图像的斜率为，所以其它金属与金属A的Uc﹣ν图像的斜率相同，可知不同金属的Uc﹣ν图像平行，故D正确； BC、由图像可知：Uc＝0.5V时ν＝5.5×1014Hz，Uc＝0时ν＝4.26×1014Hz，把两组数据代入，可得，h＝6.45×10﹣34J•s，故B正确，C错误； A、频率是6.0×1014Hz的光入射到金属A，把ν＝6.0×1014Hz代入，可得Uc≈0.7V，故A正确。 故选：ABD。 [练习9] （多选）下列四幅图是与光电效应实验有关的图，则关于这四幅图的说法正确的是（　　） A．图1中，如果先让锌板带负电，再用紫外线灯照射锌板，则验电器的张角先变小后变大 B．图2中，同一频率的黄光越强，饱和光电流越大 C．图3中，图像的斜率为普朗克常量 D．由图4可知，E等于该金属的逸出功 【解答】解：A、在图1中，先让锌板带负电，再用紫外线灯照射锌板，由于光电效应激发电子，锌板电荷量减少，所以验电器的张角会变小，等锌板电荷量为零时，验电器的张角减小为零。如果紫外线灯继续照射锌板，由于锌板继续发射电子就会使锌板带正电，验电器的张角又增大，故A正确； B、由图2可知，电压相同时，光照越强，单位时间单位面积上黄光电子的数目越多，所以饱和光电流越大，说明饱和光电流与光的强度有关，故B正确； C、根据光电效应方程可得：Ek＝hν﹣W0 根据动能定理可得：﹣eUc＝0﹣Ek 联立解得： 由上式可知Uc﹣ν图像的斜率为，故C错误； D、根据光电效应方程可得：Ek＝hν﹣W0 可知Ek﹣ν图线的纵轴截距为：﹣W0＝﹣E，所以：W0＝E 此此可知E等于该金属的逸出功，故D正确。 故选：ABD。 [练习10] （多选）用如图所示的装置研究光电效应现象，光电管阴极K与滑动变阻器的中心抽头c相连，光电管阳极与滑动变阻器的滑片P相连，初始时滑片P与抽头c正对，电压表的示数为0（电压表0刻线在表盘中央）。在移动滑片P的过程中，光电流I随电压表示数U变化的图像如图所示，已知入射光的光子能量为1.6eV。下列说法正确的是（　　） A．当滑片P与c正对时，电路中有光电流 B．当U＝﹣0.6V时，滑片P位于a、c之间 C．阴极材料的逸出功为1.0eV D．当U＝0.8V时，到达阳极的光电子的最大动能为2.4eV 【解答】解：A、分析电路结构，当滑片P与c正对时，电压表的示数为0，表面光电管两端没有电压，但此时发生光电效应现象，电路中产生光电流，故A正确； B、分析图2可知，当滑动头P从c移到b的过程中，光电管加的是反向电压，当光电流为零时，此时的反向电压为遏止电压，即U＝﹣0.6V时，滑片P位于b、c之间，故B错误； C、根据光电效应方程结合遏止电压关系可知，eUc＝Ek＝hν﹣W，其中hν＝1.6eV，Uc＝0.6V，解得阴极材料的逸出功：W＝1.0eV，故C正确； D、当光电管加正向电压时，电场力对光电子做正功，根据动能定理可知，eU＝Ekm﹣Ek，解得到达阳极的光电子的最大动能：Ekm＝1.4eV，故D错误。 故选：AC。 [练习11] 利用如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与入射频率ν之间的关系如图乙所示，电子的电荷量为e＝1.6×10﹣19C，求： （1）普朗克常量h； （2）该金属的逸出功W0； （3）若电流表的示数为10μA，则每秒内从阴极发出的光电子数的最小值为多少？ 【解答】解：（1）由爱因斯坦光电效应方程可知，Ek＝hν﹣W0， 由动能定理得：Uce＝Ek，联立解得：，可知乙图的斜率的物理意义为，所以，解得则普朗克常量为 （2图像纵截距的物理意义为，所以该金属的逸出功为W0＝eU1； （3）每秒内发出的光电子的电荷量为 q＝It＝10×10﹣6×1C＝10﹣5C， 所以：个＝6.25×1013个，故每秒内至少发出6.25×1013个光电子。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 $$ 4.2 光电效应 （1）通过实验，了解光电效应现象及其实验规律。 （2）了解爱因斯坦光电效应理论及其意义，能用爱因斯坦光电效应方程解释光电效应现象。 （3）了解康普顿效应及其意义。 （4）能根据实验结论说明光的波粒二象性。 把一块锌板连接在验电器上，并使锌板带负电，验电器指针张开。用紫外线灯照射锌板，观察验电器指针的变化。 这个现象说明了什么问题？ 知识点一、光电效应的实验规律 1．光电效应：照射到金属表面的光，能使金属中的电子从表面逸出的现象 2．光电子：光电效应中发射出来的电子． 3光电效应的实验规律 (1)存在截止频率：当入射光的频率低于截止频率时不(填“能”或“不”)发生光电效应． (2)存在饱和电流：在光的频率不变的情况下，入射光越强，饱和电流越大． (3)存在遏止电压：使光电流减小到0的反向电压Uc，且满足mevc2＝eUc. (4)光电效应具有瞬时性：光电效应几乎是瞬时发生的． 知识点二、爱因斯坦的光电效应理论 1． 光子：光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，频率为ν的光的能量子为hν，其中h为普朗克常量．这些能量子后来称为光子． 2．逸出功：使电子脱离某种金属，外界对它做功的最小值，用W0表示．不同种类的金属，其逸出功的大小不相同(填“相同”或“不相同”)． 3．爱因斯坦光电效应方程 (1)表达式：hν＝Ek＋W0或Ek＝hν－W0. (2)物理意义：金属中电子吸收一个光子获得的能量是hν，在这些能量中，一部分大小为W0的能量被电子用来脱离金属，剩下的是逸出后电子的初动能Ek. (3)Uc与ν、W0的关系 ①表达式：Uc＝ν－. ②图像：Uc－ν图像是一条斜率为的直线． 光电效应现象和光电效应方程的应用 (1)能否发生光电效应，不取决于光的强度而取决于光的频率. (2)光电效应中的“光”不是特指可见光，也包括不可见光. (3)逸出功的大小由金属本身决定，与入射光无关. (4)光电子不是光子，而是电子. 2.两条对应关系 (1)光强大→光子数目多→发射光电子多→光电流大； (2)光子频率高→光子能量大→光电子的最大初动能大. 3.三个关系式 (1)爱因斯坦光电效应方程：Ek＝hν－W0. (2)最大初动能与遏止电压的关系：Ek＝eUc. (3)逸出功与极限频率的关系W0＝hνc. 光电效应图象四类图象 图象名称 图线形状 由图线直接(间接)得到的物理量 最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图线 ①极限频率：图线与ν轴交点的横坐标νc ②逸出功：图线与Ek轴交点的纵坐标的值的绝对值W0＝|－E|＝E ③普朗克常量：图线的斜率k＝h 颜色相同、强度不同的光，光电流与电压的关系 ①遏止电压Uc：图线与横轴的交点 ②饱和光电流Im：光电流的最大值 ③最大初动能：Ek＝eUc 颜色不同时，光电流与电压的关系 ①遏止电压Uc1、Uc2 ②饱和光电流 ③最大初动能Ek1＝eUc1，Ek2＝eUc2 遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图线 ①极限频率νc：图线与横轴的交点 ②遏止电压Uc：随入射光频率的增大而增大 ③普朗克常量h：等于图线的斜率与电子电荷量的乘积，即h＝ke.(注：此时两极之间接反向电压) 知识点三、康普顿效应 (1)光的散射 光子在介质中与物质微粒相互作用，因而传播方向发生改变，这种现象叫作光的散射。 (2)康普顿效应 美国物理学家康普顿在研究石墨对X射线的散射时，发现在散射的X射线中，除了与入射波长λ0相同的成分外，还有波长大于λ0的成分，这个现象称为康普顿效应。 (3)康普顿效应的意义 康普顿效应表明光子除了具有能量之外，还具有动量，深入揭示了光的粒子性的一面。 (4)光子的动量 ①表达式：p＝。 ②说明：在康普顿效应中，入射光子与晶体中电子碰撞时，把一部分动量转移给电子，光子的动量变小。因此，有些光子散射后波长变大。 知识点四、光的波粒二象粒 (1)光的干涉和衍射现象说明光具有波动性，光电效应和康普顿效应说明光具有粒子性。 (2)光子的能量ε＝hν，光子的动量p＝。 [例题1] 在演示光电效应的实验中，原来不带电的一块锌板与灵敏验电器相连。用弧光灯照射锌板时，验电器的指针就张开一个角度，如图所示，这时（　　） A．锌板带正电 B．锌板带负电 C．指针不带电 D．锌板有正电子飞出 [例题2] 某单色光照射某金属时不能产生光电效应，下列措施中可能使该金属产生光电效应的是（　　） A．延长光照时间 B．增大光的强度 C．换用频率较低的光照射 D．换用波长较短的光照射 [例题3] 下列有关光的波粒二象性的说法中，正确的是（　　） A．有的光是波，有的光是粒子 B．光子与电子是同样的一种粒子 C．光的波长越长，其波动性越显著；波长越短，其粒子性越显著 D．康普顿效应表明光具有波动性 [例题4] 如图，当电键S断开时，用光子能量为3.1eV的一束光照射阴极K，发现电流表读数不为零。合上电键，调节滑动变阻器，发现当电压表读数小于0.60V时，电流表读数仍不为零；当电压表读数大于或等于0.60V时，电流表读数为零。由此可知阴极材料的逸出功为（　　） A．1.9eV B．0.6eV C．2.5eV D．3.1eV [例题5] 以往我们认识的光电效应是单光子光电效应，即一个电子在极短时间内只能吸收到一个光子而从金属表面逸出。强激光的出现丰富了人们对于光电效应的认识，用强激光照射金属，由于其光子密度极大，一个电子在极短时间内吸收多个光子成为可能，从而形成多光子光电效应，这已被实验证实。光电效应实验装置示意如图。用频率为ν的普通光源照射阴极K，没有发生光电效应。换用同样频率为ν的强激光照射阴极K，则发生了光电效应；此时，若加上反向电压U，即将阴极K接电源正极，阳极A接电源负极，在KA之间就形成了使光电子减速的电场。逐渐增大U，光电流会逐渐减小；当光电流恰好减小到零时，所加反向电压U可能是下列的（其中W为逸出功，h为普朗克常量，e为电子电量）（　　） A．U B．U C．U＝2hv﹣W D．U [例题6] （多选）一束绿光照射某金属发生了光电效应，则下列说法正确的是（　　） A．若增加绿光的照射强度，则逸出的光电子数增加 B．若增加绿光的照射强度，则逸出的光电子的最大初动能增加 C．若改用紫光照射，则可能不会发生光电效应 D．若改用紫光照射，则逸出的光电子的最大初动能增加 [例题7] （多选）如图是某金属在光的照射下产生的光电子的最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图象．由图象可知（　　） A．该金属的逸出功等于E B．该金属的逸出功等于hνc C．入射光的频率为2νc时，产生的光电子的最大初动能为E D．入射光的频率为2νc时，产生的光电子的最大初动能为2E [例题8] 小明用阴极为金属铷的光电管，观测光电效应现象，实验装置示意图如图甲所示。已知普朗克常量h＝6.63×10﹣34J•s。（计算结果保留3位有效数字） （1）图甲中电极A为光电管的什么极； （2）实验中测得铷的遏止电压Uc与入射光频率ν之间的关系如图乙所示，则铷的截止频率νc和逸出功W0分别是多少； （3）如果实验中入射光的频率ν＝7.00×1014Hz，则产生的光电子的最大初动能Ek是多少。 [练习1] 我国研制的“大连光源”—极紫外自由电子激光装置，能发出波长在100nm附近连续可调的世界上最强的极紫外激光脉冲。“大连光源”因其光子的能量大、密度高，可在能源利用、光刻技术、雾霾治理等领域的研究中发挥重要作用。 一个处于极紫外波段的光子所具有的能量可以电离一个分子，但又不会把分子打碎。取普朗克常量h＝6.6×10﹣34J•s，真空中的光速c＝3×108m/s。据此判断，能够电离一个分子的能量约为（　　） A．10﹣21J B．10﹣18J C．10﹣15J D．10﹣12J [练习2] 入射光照射到某金属表面上发生光电效应，若入射光的强度减弱，而频率保持不变，则（　　） A．从光照至金属表面上到发射出光电子之间的时间间隔将明显增加 B．逸出的光电子的最大初动能将减小 C．单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将减少 D．有可能不发生光电效应 [练习3] 在光电效应实验中，分别用频率为νa、νb的单色光a、b照射到同种金属上，测得相应的遏止电压分别为Ua和Ub、光电子的最大初动能分别为Eka和Ekb．h为普朗克常量。下列说法正确的是（　　） A．若νa＞νb，则一定有Ua＜Ub B．若νa＞νb，则一定有Eka＞Ekb C．若Ua＜Ub，则一定有Eka＞Ekb D．若νa＞νb，则一定有hνa﹣Eka＞hνb﹣Ekb [练习4] 分别用波长为λ和2λ的单色光照射同一金属板，发出的光电子的最大初动能之比为3：1，以h表示普朗克常量，c表示真空中的光速，则此金属板的逸出功为（　　） A． B． C． D． [练习5] 用波长为λ的光照射锌板，电子逸出锌板表面的最大初动能为Ek．已知普朗克常量为h，真空中的光速为c，能使锌产生光电效应的单色光的最大波长为（　　） A． B． C． D． [练习6] 把一块带负电的锌板连接在验电器上，验电器指针张开一定的角度。用紫外线灯照射锌板发现验电器指针的张角发生变化。下列说法正确的是（　　） A．验电器指针的张角会变大 B．锌板上的正电荷转移到了验电器指针上 C．验电器指针的张角发生变化是因为锌板获得了电子 D．验电器指针的张角发生变化是因为紫外线让电子从锌板表面逸出 [练习7] 如图所示，用某频率的光照射光电管，研究饱和电流的影响因素，则（　　） A．电源的左端为负极 B．换更高频率的光照射，电流表示数一定增大 C．滑动变阻器滑片移至最左端，电流表示数为零 D．滑动变阻器滑片向右移的过程中，电流表示数可能一直增大 [练习8] （多选）在研究光电效应现象中，得出遏止电压Uc与光的频率ν和逸出功W0的关系时，做出某金属A的Uc﹣ν图像如图所示，已知电子电量e＝1.6×10﹣19C，则（　　） A．频率是6.0×1014Hz的光入射到金属A时，遏止电压约为0.7V B．金属A的逸出功约为2.7×10﹣19J C．金属A的逸出功约为7.7×10﹣20J D．其它金属的Uc﹣ν图像与金属A的Uc﹣ν图像平行 [练习9] （多选）下列四幅图是与光电效应实验有关的图，则关于这四幅图的说法正确的是（　　） A．图1中，如果先让锌板带负电，再用紫外线灯照射锌板，则验电器的张角先变小后变大 B．图2中，同一频率的黄光越强，饱和光电流越大 C．图3中，图像的斜率为普朗克常量 D．由图4可知，E等于该金属的逸出功 [练习10] （多选）用如图所示的装置研究光电效应现象，光电管阴极K与滑动变阻器的中心抽头c相连，光电管阳极与滑动变阻器的滑片P相连，初始时滑片P与抽头c正对，电压表的示数为0（电压表0刻线在表盘中央）。在移动滑片P的过程中，光电流I随电压表示数U变化的图像如图所示，已知入射光的光子能量为1.6eV。下列说法正确的是（　　） A．当滑片P与c正对时，电路中有光电流 B．当U＝﹣0.6V时，滑片P位于a、c之间 C．阴极材料的逸出功为1.0eV D．当U＝0.8V时，到达阳极的光电子的最大动能为2.4eV [练习11] 利用如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与入射频率ν之间的关系如图乙所示，电子的电荷量为e＝1.6×10﹣19C，求： （1）普朗克常量h； （2）该金属的逸出功W0； （3）若电流表的示数为10μA，则每秒内从阴极发出的光电子数的最小值为多少？ 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 $$