4.2 光电效应-【帮课堂】2024-2025学年高二物理 同步学与练（ 人教版2019选择性必修第三册）

4.2 光电效应 ( 学习目标 ) 课程标准 物理素养 3.4.1 通过实验，了解光电效应现象。知道爱因斯坦光电效应方程及其意义。能根据实验结论说明光的波粒二象性。 物理观念：了解光电效应，了解康普顿效应。 科学思维：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。了解康普顿效应及其意义。能根据实验结论说明光的波粒二象性。 科学探究：通过实验，了解光电效应现象及其实验规律。能根据实验结论说明光的波粒二象性。 科学态度与责任：光具有波粒二象性是一种实验事实。 ( 0 2 思维导图 ) 两条线索： 两个对应关系： ( 0 3 知识梳理 ) （1） 课前研读课本，梳理基础知识： 一、 光电效应现象 1．定义：在光的照射下，金属中的电子从表面逸出的现象，发射出来的电子叫光电子。 2．产生条件：入射光的频率大于或等于金属的极限频率。 二、光电效应的三条规律 1．每种金属都有一个极限频率，入射光的频率必须大于或等于这个极限频率才能产生光电效应。 2．光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光频率的增大而增大。 3．光电效应的发生几乎是瞬时的，一般不超过10－9 s。 三、爱因斯坦的光电效应理论 1．光子说 (1)在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫作一个光子，光子的能量ε＝hν。 (2)普朗克常量：h＝6.63×10－34 J·s。 2．爱因斯坦光电效应方程 (1)表达式：Ek＝hν－W0。 (2)各量的意义： ①ν：照射光的频率。 ②W0：为逸出功，指使电子脱离某种金属所做功的最小值。 ③Ek ：为光电子的最大初动能，指发生光电效应时，金属表面上的电子吸收光子后克服原子核的引力逸出时所具有的动能的最大值。 (3)公式的意义：金属表面的电子吸收一个光子获得的能量是hν，这些能量的一部分用来克服金属的逸出功W0，剩下的表现为逸出后光电子的最大初动能Ek＝mevc2。 四、与光电效应有关的五组概念对比 1．光子与光电子：光子指光在空间传播时的每一份能量，光子不带电；光电子是金属表面受到光照射时发射出来的电子，其本质是电子。光子是因，光电子是果。 2．光电子的动能与光电子的最大初动能：只有金属表面的电子直接向外飞出时，只需克服原子核的引力做功的情况，才具有最大初动能。 3．光电流和饱和光电流：金属板飞出的光电子到达阳极，回路中便产生光电流，随着所加正向电压的增大，光电流趋于一个饱和值，这个饱和值是饱和光电流，在一定的光照条件下，饱和光电流与所加电压大小无关。 4．入射光强度与光子能量：入射光强度指单位时间内照射到金属表面单位面积上的总能量，而光子能量E＝hν。 5．光的强度与饱和光电流：频率相同的光照射金属产生光电效应，入射光越强，饱和光电流越大，但不是简单的正比关系。 五、光电效应中三个重要关系 1．爱因斯坦光电效应方程：Ek＝hν－W0。 2．光电子的最大初动能Ek与遏止电压Uc的关系：Ek＝eUc。 3．逸出功W0与极限频率νc的关系：W0＝ hνc。 六、光电效应的图像及应用 图像名称 图线形状 读取信息 最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图线 ①截止频率(极限频率)：横轴截距 ②逸出功：纵轴截距的绝对值W0＝|－E|＝E ③普朗克常量：图线的斜率k＝h 遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图线 ①截止频率νc：横轴截距 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 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：横轴截距 ②饱和光电流Im：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 七、光的波粒二象性与物质波 1．光的波粒二象性 (1)光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有波动性。 (2)光电效应说明光具有粒子性。 (3)光既具有波动性，又具有粒子性，称为光的波粒二象性。 2．对光的波粒二象性的理解 从数量上看 个别光子的作用效果往往表现为粒子性，大量光子的作用效果往往表现为波动性 从频率上看 频率越低波动性越显著，越容易看到光的干涉和衍射现象，频率越高粒子性越显著，越不容易看到光的干涉和衍射现象，贯穿本领越强 从传播与作用上看 光在传播过程中往往表现出波动性，在与物质发生作用时往往表现出粒子性 波动性与粒子性的统一 由光子的能量ε＝hν、光子的动量表达式p＝也可以看出，光的波动性和粒子性并不矛盾，表示粒子性的粒子能量和动量的计算式中都含有表示波的特征的物理量——频率ν和波长λ ( 0 4 题型精讲 ) 【题型一】光电效应的实验装置及光电效应方程的应用 【典型例题1】如图所示，当一束一定强度某一频率的黄光照射到光电管阴极K上时，此时滑片P处于A、B中点，电流表中有电流通过，则(　　) A．若将滑动触头P向B端移动时，电流表读数有可能不变 B．若将滑动触头P向A端移动时，电流表读数一定增大 C．若用红外线照射阴极K时，电流表中一定没有电流通过 D．若用一束强度相同的紫外线照射阴极K时，电流表读数不变 解析：选A　所加的电压，使光电子到达阳极，则灵敏电流表中有电流流过，且可能处于饱和电流，当滑片向B端移动时，电流表读数有可能不变；当滑片向A端移动时，所加电压减小，则光电流可能减小，也可能不变，故A正确，B错误。若用红外线照射阴极K时，因红外线频率小于可见光，但是不一定不能发生光电效应，电流表不一定没有电流，故C错误。若用一束强度相同的紫外线照射阴极K时，紫外线的频率大于红外线的频率，则光子数目减小，电流表读数减小，故D错误。 【典型例题2】单色光B的频率为单色光A的两倍，用单色光A照射到某金属表面时，从金属表面逸出的光电子最大初动能为E1。用单色光B照射该金属表面时，逸出的光电子最大初动能为E2，则该金属的逸出功为(　　) A.E2－E1 B.E2－2E1 C.2E1－E2 D. 答案　B 解析　根据光电效应方程，用单色光A照射到某金属表面时，E1＝hν－W逸出功 用单色光B照射到某金属表面时，E2＝h·2ν－W逸出功 解得W逸出功＝E2－2E1，故B项正确。 【对点训练1】(多选)利用光电管研究光电效应的实验电路图如图所示，用频率为ν的可见光照射阴极K，电流表中有电流通过，则(　 ) A．改用紫外线照射阴极K，电流表中没有电流通过 B．只增加该可见光的强度，电流表中通过的电流将变大 C．若将滑动变阻器的滑片滑到A端，电流表中一定无电流通过 D．若将滑动变阻器的滑片向B端滑动，电流表示数可能不变 解析：选BD　由题意知，该可见光的频率大于或等于阴极材料的极限频率，紫外线的频率大于可见光的频率，故用紫外线照射阴极K，也一定能发生光电效应，电流表中有电流通过，A错误；只增加可见光的强度，单位时间内逸出金属表面的光电子数增多，电流表中通过的电流将变大，B正确；滑动变阻器的滑片滑到A端，光电管两端的电压为零，但光电子有初动能，故电流表中仍有电流通过，C错误；滑动变阻器的滑片向B端滑动时，若电流已达到饱和光电流，则电流表示数可能不变，D正确。 【对点训练2】某金属在一束单色光的照射下发生光电效应，光电子的最大初动能为Ek，已知该金属的逸出功为W0，普朗克常量为h。根据爱因斯坦的光电效应理论，该单色光的频率ν为(　 ) A. B． C. D． 解析：选D　根据爱因斯坦的光电效应方程可知hν＝W0＋Ek，解得该单色光的频率为ν＝。 【题型二】光电效应中的图像问题 【典型例题3】如图甲所示是研究光电效应规律的光电管。用波长λ＝0.50 μm的绿光照射阴极K，实验测得流过表的电流I与AK之间的电势差UAK满足如图乙所示规律，取h＝6.63×10－34 J·s。结合图像，求：(结果保留两位有效数字) (1)每秒钟阴极发射的光电子数和光电子飞出阴极K时的最大动能。 (2)该阴极材料的极限波长。 解析：(1)光电流达到饱和时，阴极发射的光电子全部到达阳极A，阴极每秒钟发射的光电子的个数 n＝＝(个)＝4.0×1012(个) 光电子的最大初动能为： Ekm＝eU0＝1.6×10－19 C×0.6 V＝9.6×10－20 J。 (2)设阴极材料的极限波长为λ0，根据爱因斯坦光电效应方程：Ekm＝h－h，代入数据得λ0＝0.66 μm。 答案：(1)4.0×1012个　9.6×10－20 J　(2)0.66 μm 【典型例题4】(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的关系图像，由图像可知(　 ) A．该金属的逸出功为E B．入射光频率为时，产生的光电子的最大初动能为 C．入射光频率为2ν0时，产生的光电子的最大初动能为2E D．该图线的斜率表示普朗克常量h 解析：选AD　根据爱因斯坦的光电效应方程hν－W＝Ek，由图像可知，纵坐标的截距表示W，该图线的斜率表示普朗克常量h，所以该金属的逸出功为E，A、D正确；由图像可知，金属的极限频率为ν0，所以入射光频率为时，不能发生光电效应，B错误；由于hν0＝W＝E，入射光频率为2ν0时，代入公式解得Ek＝h·2ν0－W＝h·ν0＝E，则产生的光电子的最大初动能为E，C错误。 【对点训练3】为防范新冠病毒蔓延，额温枪成为重要的防疫装备。有一种红外测温仪的原理是：任何物体的温度在高于绝对零度(－273 ℃)时都会向外发出红外线，额温枪通过红外线照射到温度传感器，发生光电效应，将光信号转化为电信号，计算出温度数据。已知人的体温正常时能辐射波长为10 μm的红外线，如图甲所示，用该红外线照射光电管的阴极K时，电路中有光电流产生，实验得到的电流随电压变化的图像如图乙所示，已知h＝6.63×10－34 J·s，e＝1.6×10－19 C，则(　 ) A．波长为10 μm的红外线在真空中的频率为3×1014 Hz B．将图甲的电源反接，一定不会产生电信号 C．由图乙数据可知，该光电管的阴极金属逸出功约为0.1 eV D．若人体温度升高，则辐射红外线的强度减弱，光电管转换成的光电流减小 解析：选C　波长为10 μm的红外线在真空中的频率为ν＝＝3×1013 Hz，故A错误；由题图甲可知，当电源反接时，电子受到的力向右，因为电子有一定的初动能，当所加电压小于遏止电压时，就会有电子到达A极板，此时有电信号，故B错误；当加的反向电压大于遏止电压时，没有电信号，由题图乙可知，遏止电压为0.02 V，故最大初动能Ek＝eUc＝0.02 eV，由光电效应方程，有Ek＝hν－W逸，可得W逸≈0.1 eV，故C正确；若人体温度升高，则辐射红外线的强度增强，光电管转换成的光电流增大，故D错误。 【对点训练4】(多选)某同学在研究某金属的光电效应现象时，发现该金属逸出光电子的最大初动能Ek与入射光频率ν的关系如图所示。若图线在横、纵坐标轴上的截距分别为a和－b，已知电子所带电荷量为e，由图线可以得到(　　) A.该金属的逸出功为零 B.普朗克常量为，单位为J·Hz C.当入射光的频率为2a时，逸出光电子的最大初动能为b D.当入射光的频率为3a时，遏止电压为 答案　CD 解析　根据光电效应方程Ek＝hν－W0，横截距表示该金属的截止频率，可知该金属的逸出功不为零，故A错误；图线的斜率k＝表示普朗克常量，单位为J/Hz，故B错误；由图可知W0＝b，ha＝W0, 则当入射光的频率为2a时，逸出光电子的最大初动能为Ek＝h·2a－W0＝b，选项C正确；当入射光的频率为3a时，则Ek＝h·3a－W0＝2b，由eU遏＝Ek 可得U遏＝，选项D正确。 【题型三】康普顿效应及光的波粒二象性 【典型例题5】[多选]关于光电效应和康普顿效应的规律，下列说法正确的是(　　) A．光电效应中，金属板向外发射的光电子又可以叫做光子 B．用光照射金属不能发生光电效应是因为该入射光的频率小于金属的截止频率 C．对于同种金属而言，遏止电压与入射光的频率无关 D．石墨对X射线散射时，部分X射线的散射光波长会变长，这个现象称为康普顿效应 解析：选BD　光电效应中，金属板向外发射的电子叫光电子，光子是光量子的简称，A错误；用光照射金属不能发生光电效应是因为该入射光的频率小于金属的截止频率，B正确；根据光电效应方程hν＝W0＋eUc可知，对于同种金属而言(逸出功一样)，入射光的频率越大，遏止电压也越大，即遏止电压与入射光的频率有关，C错误；在石墨对X射线散射时，部分X射线的散射光波长会变长的现象称为康普 顿效应，D正确。 【典型例题6】用很弱的光做单缝衍射实验，改变曝光时间，在胶片上出现的图像如图所示，该实验表明(　　) A．光的本质是波 B．光的本质是粒子 C．光的能量在胶片上分布不均匀 D．光到达胶片上不同位置的概率相同 解析：选C　用很弱的光做单缝衍射实验，改变曝光时间在胶片出现的图样，说明光有波粒二象性，故A、B错误；说明光到达胶片上的不同位置的概率是不一样的，也就说明了光的能量在胶片上分布不均匀，故C正确，D错误。 【对点训练5】实验表明：光子与速度不太大的电子碰撞发生散射时，光的波长会变长或者不变，这种现象叫康普顿散射，该过程遵循能量守恒定律和动量守恒定律。如果电子具有足够大的初速度，以至于在散射过程中有能量从电子转移到光子，则该散射被称为逆康普顿散射，这一现象已被实验证实。关于上述逆康普顿散射，下列说法正确的是(　 ) A．相对于散射前的入射光，散射光在介质中的传播速度变大 B．若散射前的入射光照射某金属表面时能发生光电效应，则散射光照射该金属时，光电子的最大初动能将变大 C．散射后电子的速度一定变大 D．散射后电子的能量一定变大 解析：选B　光在介质中的传播速度只与介质本身有关，而与其他因素无关，散射前后的介质不变，所以散射光在介质中的传播速度保持不变，故A错误；根据题意，在逆康普顿散射中，能量从电子转移到光子，所以，散射后电子的速度和能量变小，光子的能量变大，光子的频率变大，故C、D错误；根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0可知，h和W0为定值，ν越大，E越大，因此若散射前的入射光照射某金属表面时能发生光电效应，则散射光照射该金属时，光电子的最大初动能将变大，故B正确。 【对点训练6】(多选)关于光的波粒二象性，正确的说法是(　 ) A．光的频率越高，光子的能量越大，粒子性越显著 B．光的波长越长，光的能量越小，波动性越显著 C．频率高的光子不具有波动性，波长较长的光子不具有粒子性 D．个别光子产生的效果往往显示粒子性，大量光子产生的效果往往显示波动性 解析：选ABD　光具有波粒二象性，但在不同情况下表现不同，频率越高，波长越短，粒子性越强，反之波动性明显，个别光子易显示粒子性，大量光子显示波动性，A、B、D正确。 ( 0 5 0 1 强化训练 ) 【基础强化】 1．利用如图所示的装置观察光电效应现象，将光束照射在金属板上，发现验电器指针没有张开。欲使验电器指针张开，可(　 ) A．改用逸出功更大的金属板材料 B．改用频率更大的入射光束 C．增加该光束的照射时间 D．增大该光束的强度 解析：选B　改用逸出功更大的金属板材料，更不可能发生光电效应现象，验电器指针不能张开，故A错误；发生光电效应现象的条件是入射光的频率要大于或等于金属的极限频率，与入射光的强度和入射光的照射时间无关，则改用频率更大的入射光束，可以使验电器指针张开，故B正确，C、D错误。 2．如图所示，分别用频率为ν、2ν的光照射某光电管，对应的遏止电压之比为1∶3，普朗克常量用h表示，则(　　) A.用频率为ν的光照射该光电管时有光电子逸出 B.该光电管的逸出功为hν C.用2ν的光照射时逸出光电子的初动能一定大 D.加正向电压时，用2ν的光照射时饱和光电流一定大 答案　B 解析　根据光电效应方程eUc1＝hν－W0，eUc2＝h·2ν－W0，＝，联立解得W0＝hν，频率为ν的单色光光子能量h·ν＜W0，故用频率为ν的光照射该光电管时不能发生光电效应，即无光电子逸出，故A错误，B正确；根据光电效应方程Ek＝hν－W0可知，光子频率越大，光电子的最大初动能越大，但是逸出光电子的初动能小于等于最大初动能，所以用2ν的光照射时逸出光电子的最大初动能一定大，但初动能不一定大，故C错误；在发生光电效应的前提下，饱和光电流的强度只与光照强度有关，电压只是增加光电子的动能，增大电流。到达一定程度之后肯定要受到光电子数量的约束，电流不再增大，故D错误。 3．用波长为300 nm的光照射锌板，电子逸出锌板表面的最大初动能为1.28×10－19 J。已知普朗克常量为6.63×10－34 J·s，真空中的光速为3.00×108 m·s－1。能使锌产生光电效应的单色光的最低频率约为(　 ) A．1×1014 Hz　　　　　 B．8×1014 Hz C．2×1015 Hz D．8×1015 Hz 解析：选B　设单色光的最低频率为νc，由爱因斯坦光电效应方程得Ek＝hν－W0＝hν－hνc，又ν＝，整理得νc＝－，代入数据解得νc≈8×1014 Hz。 4．用如图甲所示的装置研究光电效应现象。闭合开关S，用频率为ν的光照射光电管时发生了光电效应。图乙是该光电管发生光电效应时光电子的最大初动能Ek与入射光频率ν 的关系图像，图线与横轴的交点坐标为(a,0)，与纵轴的交点坐标为(0，－b)，下列说法中正确的是(　　) A．普朗克常量为h＝ B．断开开关S后，电流表G的示数不为零 C．仅增加照射光的强度，光电子的最大初动能将增大 D．保持照射光强度不变，仅提高照射光频率，电流表G的示数保持不变 解析：选B　由hν＝W0＋Ek，变形得Ek＝hν－W0，可知图线的斜率为普朗克常量，即h＝，故A错误；断开开关S后，初动能大的光电子，也可能达到阳极，所以电流表G的示数不为零，故B正确；只有增大入射光的频率，才能增大光电子的最大初动能，与光的强度无关，故C错误；保持照射光强度不变，仅提高照射光频率，单个光子的能量增大，而光的强度不变，那么光子数一定减少，发出的光电子数也减少，电流表G的示数要减小，故D错误。 5．a、b是两种单色光，其光子能量分别为εa和εb，且＝k，(　　) A．则a、b的光子动量之比＝1∶k B．若a、b都不能使某种金属发生光电效应，二者同时照射该金属则可能发生光电效应 C．若a、b都能使某种金属发生光电效应，则光电子最大初动能之差Eka－Ekb＝εb(k－1) D．若a、b是由处在同一激发态的原子跃迁到a态和b态时产生的，则a、b两态能级之差Ea－Eb＝εb(k－1) 解析：选C　光子的能量ε＝hν，光子的动量p＝，联立方程c＝λν，所以＝，选项A错误。不能发生光电效应说明a、b光的频率均未达到该金属的截止频率，同时照射二者频率也不会发生变化，选项B错误。光电子最大初动能Ek＝hν－W0，整理得Eka－Ekb＝(k－1)εb，选项C正确。根据能级跃迁知识可得εa＝E0－Ea，εb＝E0－Eb，所以Ea－Eb＝εb(1－k)，选项D错误。 6．像增强器是能够把亮度很低的光学图像变为足够亮度图像的真空光电管。像增强器的简化原理如下：光照射光电管阴极时，由于光电效应而产生光电子，光电子经过相同电压加速，最后到达荧光屏上，引起荧光材料发光（电子能量越大，材料发光越强），形成图像。根据以上信息和所学知识判断下列说法正确的是（　　） A．照射光的波长越小，荧光材料发出的光越亮 B．热成像夜视仪也利用了光电效应的原理 C．同一种光使阴极发生光电效应后，光电子到达荧光屏时的动能相等 D．射到光电管阴极的任何光都能使阴极金属发生光电效应 【答案】A 【解析】照射光的波长越小，频率越大，逸出光电子的初动能越大，经相同电压加速后到达荧光屏时的能量越大，荧光材料发出的光越亮，故A正确；热成像夜视仪利用了热物体比冷物体的红外辐射强的原理，故B错误；同一种光使阴极发生光电效应后，逸出光电子的最大初动能相等，但不一定所有光电子的初动能都相等，所以光电子最后到达荧光屏时的动能也不一定相等，故C错误；只有频率大于阴极截止频率的光射到光电管阴极时才能使阴极金属发生光电效应，故D错误。故选A。 【素养提升】 7．如图所示，有一束单色光入射到极限频率为ν0的金属板K上，具有最大初动能的某出射电子，沿垂直于平行板电容器极板的方向，从左侧极板上的小孔入射到两极板间的匀强电场后，到达右侧极板时速度刚好为零。已知电容器的电容为C，带电荷量为Q，极板间距为d，普朗克常量为h，电子电荷量的绝对值为e，不计电子的重力。关于电容器右侧极板的带电情况和入射光的频率ν，以下判断正确的是(　　) A.带正电，ν0＋ B.带正电，ν0＋ C.带负电，ν0＋ D.带负电，ν0＋ 答案　C 解析　电子在电容器里做减速运动，所以受到向左的电场力的作用，所以场强方向向右，电容器右侧极板带负电。一束单色光入射到极限频率为ν0的金属板K上，射出电子的最大初动能为Ek，则hν－W0＝Ek，hν0＝W0，电子在电容器 中减速运动，由动能定理得－eU＝0－Ek，电容器两极板间的电势差为U＝，根据以上各式，解得ν＝ν0＋，故选项C正确，A、B、D错误。 8．[多选]2009年诺贝尔物理学奖得主威拉德·博伊尔和乔治·史密斯主要成就是发明了电荷耦合器件(CCD)图像传感器。他们的发明利用了爱因斯坦的光电效应原理。如图所示电路可研究光电效应规律。图中标有A和K的为光电管，其中K为阴极，A为阳极。理想电流计可检测通过光电管的电流，理想电压表用来指示光电管两端的电压。现接通电源，用光子能量为10.5 eV的光照射阴极K，电流计中有示数，若将滑动变阻器的滑片P缓慢向右滑动，电流计的读数逐渐减小，当滑至某一位置时电流计的读数恰好为零，读出此时电压表的示数为6.0 V；现保持滑片P位置不变，以下判断正确的是(　　) A．光电管阴极材料的逸出功为4.5 eV B．若增大入射光的强度，电流计的读数不为零 C．若用光子能量为12 eV的光照射阴极K，光电子的最大初动能一定变大 D．若用光子能量为9.5 eV的光照射阴极K，同时把滑片P向左移动少许，电流计的读数一定不为零 解析：选AC　由电路图可知图中所加电压为反向减速电压，根据题意可知遏止电压为6 V，由Ek＝hν－W0＝eUc得W0＝4.5 V，选项A正确；当电压达到遏止电压时，所有电子都不能到达A极，无论光强如何变化，电流计示数仍为零，选项B错；若光子能量增大，根据光电效应方程，光电子的最大初动能一定变大，选项C正确；若光子能量为9.5 eV的光照射阴极K，则遏止电压为5 V，滑片P向左移动少许，电流计的读数仍可能为零，选项D错。 9．某学校科技活动小组设计了一个光电烟雾探测器（如图甲），当有烟雾进入探测器时（如图乙），来自光源S的光会被烟雾散射进入光电管C，当光射到光电管中的钠表面时会产生光电流，当光电流大于时，便会触发报警系统报警。已知钠的极限频率为，普朗克常量，光速，电子电荷量，则下列说法正确的是（　　） A．要使该探测器正常工作，光源S发出的光波波长不能小于 B．光电管发生光电效应，同时光源的光变强时，不能改变光电烟雾探测器的灵敏度 C．光电管C中能发生光电效应是因为光发生了全反射现象 D．报警器报警时，钠表面每秒释放出的光电子数最少为个 【答案】D 【解析】因为钠的极限频率为，要使该探测器正常工作，光源S发出的光波波长不能大于 选项A错误；光电管发生光电效应，同时光源的光变强时，光电管产生的光电流会变大，会改变光电烟雾探测器的灵敏度，选项B错误；光电管C中能发生光电效应是因为光的频率大于金属钠的极限频率，选项C错误；报警器报警时，钠表面每秒释放出的光电子数最少为个，选项D正确。 10．利用如图甲所示的电路完成光电效应实验，金属的遏止电压Uc与入射光频率ν的关系如图乙所示，图乙中U1、ν1、ν0均已知，电子电荷量用e表示。入射光频率为ν1时，下列说法正确的是(　　) A.光电子的最大初动能Ek＝eU1－hν0 B.由Uc－ν图像可求得普朗克常量h＝ C.滑动变阻器的滑片P向N端移动过程中电流表示数一直增加 D.把电源正负极对调之后，滑动变阻器的滑片P向N端移动过程中电流表示数一直增加 答案　B 解析　依题得，光电子的最大初动能为Ek＝eU1，故A错误；根据光电效应方程hν＝W0＋Ek，其中W0＝hν0，可得普朗克常量为h＝，故B正确；无论电源正负极如何，电流表示数不能一直增加，故C、D错误。 11．如图甲为光电效应实验的电路图，利用不同频率的光进行光电效应实验，测得光电管两极间所加电压U与光电流I的关系如图乙中a、b、c、d四条曲线所示。用νa、νb、νc、νd表示四种光的频率，下列判断正确的是(　　) A.νb＞νc＞νd＞νa B.νd＞νb＞νc＞νa C.νd＞νc＞νb＞νa D.νa＞νc＞νb＞νd 答案　A 解析　当光电管两极间所加电压为遏止电压时即光电子达到阳极的动能为0，由动能定理得eUc＝Ek，由爱因斯坦光电效应方程有Ek＝hν－W0，联立得ν＝，由图乙可知Ucb＞Ucc＞Ucd＞Uca，则νb＞νc＞νd＞νa，故A正确，B、C、D错误。 12.如图所示，用频率为ν1和ν2的甲、乙两种光分别照射同一光电管，对应的遏止电压分别为U1和U2。已知ν1<ν2，则(　 ) A．遏止电压U1<U2 B．用甲、乙两种光分别照射时，金属的截止频率不同 C．增加乙光的强度，遏止电压U2变大 D．滑动变阻器滑片P移至最左端，电流表示数为零 解析：选A　根据爱因斯坦光电效应方程有Ekm＝hν－W0，遏止电压与最大初动能的关系为－eUc＝0－Ekm，联立解得eUc＝hν－W0，所以入射光频率越大，遏止电压越大，遏止电压与入射光的强度无关，故A正确，C错误；金属的截止频率与入射光无关，取决于金属，因甲、乙两种光分别照射同一光电管，所以金属的截止频率相同，故B错误；滑动变阻器滑片P移至最左端，所加的反向电压为零，能发生光电效应，所以电流表示数不为零，故D错误。 13.A、B两种光子的能量之比为2∶1，它们都能使某种金属发生光电效应，且所产生的光电子最大初动能分别为EA、EB，则下列说法正确的是（　　） A．A、B两种光子的频率之比为1∶2 B．A、B两种光子的动量之比为1∶2 C．该金属的逸出功W0＝EA－2EB D．该金属的极限频率νc＝ 【答案】C 【详解】由ε＝hν知，光子的能量与频率成正比，则A、B两种光子的频率之比为2∶1，A错误；由光子能量动量公式，可知，A、B两种光子的动量之比等于A、B两种光子的能量之比pA∶pB＝2∶1，B错误；由于EA＝εA－W0 了EB＝εB－W0而解得W0＝EA－2EB ，C正确；该金属的极限频率为νc＝＝， D错误。 故选C。 14.如图所示，甲、乙、丙、丁是关于光电效应的四个图像，以下说法正确的是（　　） A．由图甲可求得普朗克常量 B．由图乙可知虚线对应金属的逸出功比实线对应金属的逸出功大 C．由图丙可知在光的颜色不变的情况下，入射光越强，饱和电流越大 D．由图丁可知电压越高，则光电流越大 【答案】C 【详解】根据光电效应方程，结合动能定理可知 ，变式可得 ， 斜率 ， 解得普朗克常量为 ，故A错误；据爱因斯坦光电效应方程可知，纵轴截距的绝对值表示逸出功，则实线对应金属的逸出功比虚线大，故B错误；入射光频率一定，饱和光电流由入射光的强度决定，即光的颜色不变的情况下，入射光越强，光子数越多，饱和光电流越大，故C正确；分析图丁可知，当达到饱和光电流以后，增加光电管两端的电压，光电流不变，故D错误。 故选C。 【能力培优】 15.（1）用波长为的光照射金属表面所产生的光电子垂直进入磁感强度为B的匀强磁场中作匀速圆周运动时，其最大半径为R，电子质量为m，电量为e，普朗克恒量为，求：金属的逸出功 （2）一个光源以P=1.5W的功率向四周均匀地发射能量。在离光源距离R=3.5m处放置一钾箔，钾的逸出，假设入射光的能量是连续地和平稳地传给钾箔，光子动量，光的平均波长为，h为普朗克常量。假设钾箔完全吸收所有照射到它上面的能量。求： a．钾箔在垂直入射光方向上单位面积上受到光的平均作用力（用题目中的物理符号表示）。 b．按照经典电磁理论，钾箔只需吸收足够的能量就可以逐出电子，若一个要被逐出的电子收集能量的圆形截面的半径约为一个典型原子的半径m，求电子将被逐出的时间。根据计算结果，你认为经典电磁理论在解释光电效应现象时是否合理，并说明理由。 【答案】（1）；（2）a．；b．；不合理，光电效应现象产生光电子的时间极短，几乎不需时间累积，因此经典电磁理论在解释光电效应现象具有局限性 【详解】 （1）由光电子做匀速圆周运动的最大半径可知 解得最大初动能为 所以逸出功 （2）a．设钾箔的面积为S，t时间内钾箔吸收的光子个数为N，有 由动量定理 解得 由牛顿第三定律可知，单位面积上受到光的平均压力为 b．一个电子在单位时间内吸收的能量 逐出电子所需要的时间为t1，需要的能量为E0，有 所以 由于光电效应现象产生光电子的时间极短，几乎不需时间累积，因此经典电磁理论在解释光电效应现象具有局限性，不合理。 16．如图为研究光电效应的装置示意图，该装置可用于分析光子的信息。在xOy平面（纸面）内，垂直纸面的金属薄板M、N与y轴平行放置，板N中间有一小孔O。有一由x轴、y轴和以O为圆心、圆心角为90°的半径不同的两条圆弧所围的区域Ⅰ，整个区域Ⅰ内存在大小可调、方向垂直纸面向里的匀强电场和磁感应强度大小恒为B1、磁感线与圆弧平行且逆时针方向的磁场。区域Ⅰ右侧还有一左边界与y轴平行且相距为l、下边界与x轴重合的匀强磁场区域Ⅱ，其宽度为a，长度足够长，其中的磁场方向垂直纸面向里，磁感应强度大小可调。光电子从板M逸出后经极板间电压U加速（板间电场视为匀强电场），调节区域Ⅰ的电场强度和区域Ⅱ的磁感应强度，使电子恰好打在坐标为（a+2l，0）的点上，被置于该处的探测器接收。已知电子质量为m、电荷量为e，板M的逸出功为W0，普朗克常量为h。忽略电子的重力及电子间的作用力。当频率为ν的光照射板M时有光电子逸出， （1）求逸出光电子的最大初动能Ekm，并求光电子从O点射入区域Ⅰ时的速度v0的大小范围； （2）若区域Ⅰ的电场强度大小，区域Ⅱ的磁感应强度大小，求被探测到的电子刚从板M逸出时速度vM的大小及与x轴的夹角； （3）为了使从O点以各种大小和方向的速度射向区域Ⅰ的电子都能被探测到，需要调节区域Ⅰ的电场强度E和区域Ⅱ的磁感应强度B2，求E的最大值和B2的最大值。 【答案】（1）；；（2）；；（3）； 【详解】 （1）光电效应方程，逸出光电子的最大初动能 （2）速度选择器 如图所示，几何关系 （3）由上述表达式可得 由 可得 可得 / 学科网（北京）股份有限公司 $$ 4.2 光电效应 ( 学习目标 ) 课程标准 物理素养 3.4.1 通过实验，了解光电效应现象。知道爱因斯坦光电效应方程及其意义。能根据实验结论说明光的波粒二象性。 物理观念：了解光电效应，了解康普顿效应。 科学思维：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。了解康普顿效应及其意义。能根据实验结论说明光的波粒二象性。 科学探究：通过实验，了解光电效应现象及其实验规律。能根据实验结论说明光的波粒二象性。 科学态度与责任：光具有波粒二象性是一种实验事实。 ( 0 2 思维导图 ) 两条线索： 两个对应关系： ( 0 3 知识梳理 ) （1） 课前研读课本，梳理基础知识： 一、 光电效应现象 1．定义：在光的照射下，金属中的 从表面逸出的现象，发射出来的电子叫 。 2．产生条件：入射光的频率 金属的极限频率。 二、光电效应的三条规律 1．每种金属都有一个极限频率，入射光的频率必须大于或等于这个极限频率才能产生光电效应。 2．光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光频率的增大而增大。 3．光电效应的发生几乎是瞬时的，一般不超过10－9 s。 三、爱因斯坦的光电效应理论 1．光子说 (1)在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫作一个 ，光子的能量ε＝hν。 (2)普朗克常量：h＝6.63×10－34 J·s。 2．爱因斯坦光电效应方程 (1)表达式：Ek＝hν－W0。 (2)各量的意义： ①ν：照射光的频率。 ②W0：为 ，指使电子脱离某种金属所做功的最小值。 ③Ek ：为光电子的 ，指发生光电效应时，金属表面上的电子吸收光子后克服原子核的引力逸出时所具有的动能的最大值。 (3)公式的意义：金属表面的电子吸收一个光子获得的能量是hν，这些能量的一部分用来克服金属的逸出功W0，剩下的表现为逸出后光电子的最大初动能Ek＝mevc2。 四、与光电效应有关的五组概念对比 1．光子与光电子：光子指光在空间传播时的每一份能量，光子不带电；光电子是金属表面受到光照射时发射出来的电子，其本质是电子。 是因，光电子是果。 2．光电子的动能与光电子的最大初动能：只有金属表面的电子直接向外飞出时，只需克服原子核的引力做功的情况，才具有最大初动能。 3．光电流和饱和光电流：金属板飞出的光电子到达阳极，回路中便产生光电流，随着所加正向电压的增大，光电流趋于一个饱和值，这个饱和值是饱和光电流，在一定的光照条件下，饱和光电流与所加电压大小无关。 4．入射光强度与光子能量：入射光强度指单位时间内照射到金属表面单位面积上的总能量，而光子能量E＝hν。 5．光的强度与饱和光电流：频率相同的光照射金属产生光电效应，入射光越强，饱和光电流越大，但不是简单的正比关系。 五、光电效应中三个重要关系 1．爱因斯坦光电效应方程：Ek＝hν－W0。 2．光电子的最大初动能Ek与遏止电压Uc的关系： 。 3．逸出功W0与极限频率νc的关系： 。 六、光电效应的图像及应用 图像名称 图线形状 读取信息 最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图线 ①截止频率(极限频率)：横轴截距 ②逸出功：纵轴截距的绝对值W0＝|－E|＝E ③普朗克常量：图线的斜率k＝h 遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图线 ①截止频率νc：横轴截距 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 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：横轴截距 ②饱和光电流Im：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 七、光的波粒二象性与物质波 1．光的波粒二象性 (1)光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有 。 (2)光电效应说明光具有 。 (3)光既具有波动性，又具有粒子性，称为光的 。 2．对光的波粒二象性的理解 从数量上看 个别光子的作用效果往往表现为粒子性，大量光子的作用效果往往表现为波动性 从频率上看 频率越低波动性越显著，越容易看到光的干涉和衍射现象，频率越高粒子性越显著，越不容易看到光的干涉和衍射现象，贯穿本领越强 从传播与作用上看 光在传播过程中往往表现出波动性，在与物质发生作用时往往表现出粒子性 波动性与粒子性的统一 由光子的能量ε＝hν、光子的动量表达式p＝也可以看出，光的波动性和粒子性并不矛盾，表示粒子性的粒子能量和动量的计算式中都含有表示波的特征的物理量——频率ν和波长λ ( 0 4 题型精讲 ) 【题型一】光电效应的实验装置及光电效应方程的应用 【典型例题1】如图所示，当一束一定强度某一频率的黄光照射到光电管阴极K上时，此时滑片P处于A、B中点，电流表中有电流通过，则(　　) A．若将滑动触头P向B端移动时，电流表读数有可能不变 B．若将滑动触头P向A端移动时，电流表读数一定增大 C．若用红外线照射阴极K时，电流表中一定没有电流通过 D．若用一束强度相同的紫外线照射阴极K时，电流表读数不变 【典型例题2】单色光B的频率为单色光A的两倍，用单色光A照射到某金属表面时，从金属表面逸出的光电子最大初动能为E1。用单色光B照射该金属表面时，逸出的光电子最大初动能为E2，则该金属的逸出功为(　　) A.E2－E1 B.E2－2E1 C.2E1－E2 D. 【对点训练1】(多选)利用光电管研究光电效应的实验电路图如图所示，用频率为ν的可见光照射阴极K，电流表中有电流通过，则(　 ) A．改用紫外线照射阴极K，电流表中没有电流通过 B．只增加该可见光的强度，电流表中通过的电流将变大 C．若将滑动变阻器的滑片滑到A端，电流表中一定无电流通过 D．若将滑动变阻器的滑片向B端滑动，电流表示数可能不变 【对点训练2】某金属在一束单色光的照射下发生光电效应，光电子的最大初动能为Ek，已知该金属的逸出功为W0，普朗克常量为h。根据爱因斯坦的光电效应理论，该单色光的频率ν为(　 ) A. B． C. D． 【题型二】光电效应中的图像问题 【典型例题3】如图甲所示是研究光电效应规律的光电管。用波长λ＝0.50 μm的绿光照射阴极K，实验测得流过表的电流I与AK之间的电势差UAK满足如图乙所示规律，取h＝6.63×10－34 J·s。结合图像，求：(结果保留两位有效数字) (1)每秒钟阴极发射的光电子数和光电子飞出阴极K时的最大动能。 (2)该阴极材料的极限波长。 【典型例题4】(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的关系图像，由图像可知(　 ) A．该金属的逸出功为E B．入射光频率为时，产生的光电子的最大初动能为 C．入射光频率为2ν0时，产生的光电子的最大初动能为2E D．该图线的斜率表示普朗克常量h 【对点训练3】为防范新冠病毒蔓延，额温枪成为重要的防疫装备。有一种红外测温仪的原理是：任何物体的温度在高于绝对零度(－273 ℃)时都会向外发出红外线，额温枪通过红外线照射到温度传感器，发生光电效应，将光信号转化为电信号，计算出温度数据。已知人的体温正常时能辐射波长为10 μm的红外线，如图甲所示，用该红外线照射光电管的阴极K时，电路中有光电流产生，实验得到的电流随电压变化的图像如图乙所示，已知h＝6.63×10－34 J·s，e＝1.6×10－19 C，则(　 ) A．波长为10 μm的红外线在真空中的频率为3×1014 Hz B．将图甲的电源反接，一定不会产生电信号 C．由图乙数据可知，该光电管的阴极金属逸出功约为0.1 eV D．若人体温度升高，则辐射红外线的强度减弱，光电管转换成的光电流减小 【对点训练4】(多选)某同学在研究某金属的光电效应现象时，发现该金属逸出光电子的最大初动能Ek与入射光频率ν的关系如图所示。若图线在横、纵坐标轴上的截距分别为a和－b，已知电子所带电荷量为e，由图线可以得到(　　) A.该金属的逸出功为零 B.普朗克常量为，单位为J·Hz C.当入射光的频率为2a时，逸出光电子的最大初动能为b D.当入射光的频率为3a时，遏止电压为 【题型三】康普顿效应及光的波粒二象性 【典型例题5】[多选]关于光电效应和康普顿效应的规律，下列说法正确的是(　　) A．光电效应中，金属板向外发射的光电子又可以叫做光子 B．用光照射金属不能发生光电效应是因为该入射光的频率小于金属的截止频率 C．对于同种金属而言，遏止电压与入射光的频率无关 D．石墨对X射线散射时，部分X射线的散射光波长会变长，这个现象称为康普顿效应 【典型例题6】用很弱的光做单缝衍射实验，改变曝光时间，在胶片上出现的图像如图所示，该实验表明(　　) A．光的本质是波 B．光的本质是粒子 C．光的能量在胶片上分布不均匀 D．光到达胶片上不同位置的概率相同 【对点训练5】实验表明：光子与速度不太大的电子碰撞发生散射时，光的波长会变长或者不变，这种现象叫康普顿散射，该过程遵循能量守恒定律和动量守恒定律。如果电子具有足够大的初速度，以至于在散射过程中有能量从电子转移到光子，则该散射被称为逆康普顿散射，这一现象已被实验证实。关于上述逆康普顿散射，下列说法正确的是(　 ) A．相对于散射前的入射光，散射光在介质中的传播速度变大 B．若散射前的入射光照射某金属表面时能发生光电效应，则散射光照射该金属时，光电子的最大初动能将变大 C．散射后电子的速度一定变大 D．散射后电子的能量一定变大 【对点训练6】(多选)关于光的波粒二象性，正确的说法是(　 ) A．光的频率越高，光子的能量越大，粒子性越显著 B．光的波长越长，光的能量越小，波动性越显著 C．频率高的光子不具有波动性，波长较长的光子不具有粒子性 D．个别光子产生的效果往往显示粒子性，大量光子产生的效果往往显示波动性 ( 0 5 0 1 强化训练 ) 【基础强化】 1．利用如图所示的装置观察光电效应现象，将光束照射在金属板上，发现验电器指针没有张开。欲使验电器指针张开，可(　 ) A．改用逸出功更大的金属板材料 B．改用频率更大的入射光束 C．增加该光束的照射时间 D．增大该光束的强度 2．如图所示，分别用频率为ν、2ν的光照射某光电管，对应的遏止电压之比为1∶3，普朗克常量用h表示，则(　　) A.用频率为ν的光照射该光电管时有光电子逸出 B.该光电管的逸出功为hν C.用2ν的光照射时逸出光电子的初动能一定大 D.加正向电压时，用2ν的光照射时饱和光电流一定大 3．用波长为300 nm的光照射锌板，电子逸出锌板表面的最大初动能为1.28×10－19 J。已知普朗克常量为6.63×10－34 J·s，真空中的光速为3.00×108 m·s－1。能使锌产生光电效应的单色光的最低频率约为(　 ) A．1×1014 Hz　　　　　 B．8×1014 Hz C．2×1015 Hz D．8×1015 Hz 4．用如图甲所示的装置研究光电效应现象。闭合开关S，用频率为ν的光照射光电管时发生了光电效应。图乙是该光电管发生光电效应时光电子的最大初动能Ek与入射光频率ν 的关系图像，图线与横轴的交点坐标为(a,0)，与纵轴的交点坐标为(0，－b)，下列说法中正确的是(　　) A．普朗克常量为h＝ B．断开开关S后，电流表G的示数不为零 C．仅增加照射光的强度，光电子的最大初动能将增大 D．保持照射光强度不变，仅提高照射光频率，电流表G的示数保持不变 5．a、b是两种单色光，其光子能量分别为εa和εb，且＝k，(　　) A．则a、b的光子动量之比＝1∶k B．若a、b都不能使某种金属发生光电效应，二者同时照射该金属则可能发生光电效应 C．若a、b都能使某种金属发生光电效应，则光电子最大初动能之差Eka－Ekb＝εb(k－1) D．若a、b是由处在同一激发态的原子跃迁到a态和b态时产生的，则a、b两态能级之差Ea－Eb＝εb(k－1) 6．像增强器是能够把亮度很低的光学图像变为足够亮度图像的真空光电管。像增强器的简化原理如下：光照射光电管阴极时，由于光电效应而产生光电子，光电子经过相同电压加速，最后到达荧光屏上，引起荧光材料发光（电子能量越大，材料发光越强），形成图像。根据以上信息和所学知识判断下列说法正确的是（　　） A．照射光的波长越小，荧光材料发出的光越亮 B．热成像夜视仪也利用了光电效应的原理 C．同一种光使阴极发生光电效应后，光电子到达荧光屏时的动能相等 D．射到光电管阴极的任何光都能使阴极金属发生光电效应 【素养提升】 7．如图所示，有一束单色光入射到极限频率为ν0的金属板K上，具有最大初动能的某出射电子，沿垂直于平行板电容器极板的方向，从左侧极板上的小孔入射到两极板间的匀强电场后，到达右侧极板时速度刚好为零。已知电容器的电容为C，带电荷量为Q，极板间距为d，普朗克常量为h，电子电荷量的绝对值为e，不计电子的重力。关于电容器右侧极板的带电情况和入射光的频率ν，以下判断正确的是(　　) A.带正电，ν0＋ B.带正电，ν0＋ C.带负电，ν0＋ D.带负电，ν0＋ 8．[多选]2009年诺贝尔物理学奖得主威拉德·博伊尔和乔治·史密斯主要成就是发明了电荷耦合器件(CCD)图像传感器。他们的发明利用了爱因斯坦的光电效应原理。如图所示电路可研究光电效应规律。图中标有A和K的为光电管，其中K为阴极，A为阳极。理想电流计可检测通过光电管的电流，理想电压表用来指示光电管两端的电压。现接通电源，用光子能量为10.5 eV的光照射阴极K，电流计中有示数，若将滑动变阻器的滑片P缓慢向右滑动，电流计的读数逐渐减小，当滑至某一位置时电流计的读数恰好为零，读出此时电压表的示数为6.0 V；现保持滑片P位置不变，以下判断正确的是(　　) A．光电管阴极材料的逸出功为4.5 eV B．若增大入射光的强度，电流计的读数不为零 C．若用光子能量为12 eV的光照射阴极K，光电子的最大初动能一定变大 D．若用光子能量为9.5 eV的光照射阴极K，同时把滑片P向左移动少许，电流计的读数一定不为零 9．某学校科技活动小组设计了一个光电烟雾探测器（如图甲），当有烟雾进入探测器时（如图乙），来自光源S的光会被烟雾散射进入光电管C，当光射到光电管中的钠表面时会产生光电流，当光电流大于时，便会触发报警系统报警。已知钠的极限频率为，普朗克常量，光速，电子电荷量，则下列说法正确的是（　　） A．要使该探测器正常工作，光源S发出的光波波长不能小于 B．光电管发生光电效应，同时光源的光变强时，不能改变光电烟雾探测器的灵敏度 C．光电管C中能发生光电效应是因为光发生了全反射现象 D．报警器报警时，钠表面每秒释放出的光电子数最少为个 10．利用如图甲所示的电路完成光电效应实验，金属的遏止电压Uc与入射光频率ν的关系如图乙所示，图乙中U1、ν1、ν0均已知，电子电荷量用e表示。入射光频率为ν1时，下列说法正确的是(　　) A.光电子的最大初动能Ek＝eU1－hν0 B.由Uc－ν图像可求得普朗克常量h＝ C.滑动变阻器的滑片P向N端移动过程中电流表示数一直增加 D.把电源正负极对调之后，滑动变阻器的滑片P向N端移动过程中电流表示数一直增加 11．如图甲为光电效应实验的电路图，利用不同频率的光进行光电效应实验，测得光电管两极间所加电压U与光电流I的关系如图乙中a、b、c、d四条曲线所示。用νa、νb、νc、νd表示四种光的频率，下列判断正确的是(　　) A.νb＞νc＞νd＞νa B.νd＞νb＞νc＞νa C.νd＞νc＞νb＞νa D.νa＞νc＞νb＞νd 12.如图所示，用频率为ν1和ν2的甲、乙两种光分别照射同一光电管，对应的遏止电压分别为U1和U2。已知ν1<ν2，则(　 ) A．遏止电压U1<U2 B．用甲、乙两种光分别照射时，金属的截止频率不同 C．增加乙光的强度，遏止电压U2变大 D．滑动变阻器滑片P移至最左端，电流表示数为零 13.A、B两种光子的能量之比为2∶1，它们都能使某种金属发生光电效应，且所产生的光电子最大初动能分别为EA、EB，则下列说法正确的是（　　） A．A、B两种光子的频率之比为1∶2 B．A、B两种光子的动量之比为1∶2 C．该金属的逸出功W0＝EA－2EB D．该金属的极限频率νc＝ 14.如图所示，甲、乙、丙、丁是关于光电效应的四个图像，以下说法正确的是（　　） A．由图甲可求得普朗克常量 B．由图乙可知虚线对应金属的逸出功比实线对应金属的逸出功大 C．由图丙可知在光的颜色不变的情况下，入射光越强，饱和电流越大 D．由图丁可知电压越高，则光电流越大 【能力培优】 15.（1）用波长为的光照射金属表面所产生的光电子垂直进入磁感强度为B的匀强磁场中作匀速圆周运动时，其最大半径为R，电子质量为m，电量为e，普朗克恒量为，求：金属的逸出功 （2）一个光源以P=1.5W的功率向四周均匀地发射能量。在离光源距离R=3.5m处放置一钾箔，钾的逸出，假设入射光的能量是连续地和平稳地传给钾箔，光子动量，光的平均波长为，h为普朗克常量。假设钾箔完全吸收所有照射到它上面的能量。求： a．钾箔在垂直入射光方向上单位面积上受到光的平均作用力（用题目中的物理符号表示）。 b．按照经典电磁理论，钾箔只需吸收足够的能量就可以逐出电子，若一个要被逐出的电子收集能量的圆形截面的半径约为一个典型原子的半径m，求电子将被逐出的时间。根据计算结果，你认为经典电磁理论在解释光电效应现象时是否合理，并说明理由。 16．如图为研究光电效应的装置示意图，该装置可用于分析光子的信息。在xOy平面（纸面）内，垂直纸面的金属薄板M、N与y轴平行放置，板N中间有一小孔O。有一由x轴、y轴和以O为圆心、圆心角为90°的半径不同的两条圆弧所围的区域Ⅰ，整个区域Ⅰ内存在大小可调、方向垂直纸面向里的匀强电场和磁感应强度大小恒为B1、磁感线与圆弧平行且逆时针方向的磁场。区域Ⅰ右侧还有一左边界与y轴平行且相距为l、下边界与x轴重合的匀强磁场区域Ⅱ，其宽度为a，长度足够长，其中的磁场方向垂直纸面向里，磁感应强度大小可调。光电子从板M逸出后经极板间电压U加速（板间电场视为匀强电场），调节区域Ⅰ的电场强度和区域Ⅱ的磁感应强度，使电子恰好打在坐标为（a+2l，0）的点上，被置于该处的探测器接收。已知电子质量为m、电荷量为e，板M的逸出功为W0，普朗克常量为h。忽略电子的重力及电子间的作用力。当频率为ν的光照射板M时有光电子逸出， （1）求逸出光电子的最大初动能Ekm，并求光电子从O点射入区域Ⅰ时的速度v0的大小范围； （2）若区域Ⅰ的电场强度大小，区域Ⅱ的磁感应强度大小，求被探测到的电子刚从板M逸出时速度vM的大小及与x轴的夹角； （3）为了使从O点以各种大小和方向的速度射向区域Ⅰ的电子都能被探测到，需要调节区域Ⅰ的电场强度E和区域Ⅱ的磁感应强度B2，求E的最大值和B2的最大值。 / 学科网（北京）股份有限公司 $$