第6章 2.光电效应-【金版教程】2024-2025学年高中物理选择性必修第三册创新导学案word（教科版2019）

2．光电效应 [核心素养定位]　1.了解光电效应及其实验规律，以及光电效应与经典电磁理论的矛盾。2.了解爱因斯坦光子说的提出过程，理解光电效应方程及其意义，会用爱因斯坦光电效应方程分析有关问题，感受实验探究在物理学发展中的作用。3.会用图像描述光电效应有关物理量之间的关系，能利用图像求最大初动能、截止频率和普朗克常量。 一　光电效应 1．光电效应的定义 当光照射在金属表面上时，金属中的电子会因吸收光的能量而逸出金属表面，这种现象称为光电效应。 2．光电子：光电效应中逸出来的电子。 3．光电效应的实验规律 (1)对于给定的阴极材料，都存在一个发生光电效应所需的入射光的最小频率ν0。这个最小频率ν0叫作光电效应的截止频率，亦称为极限频率。只有超过截止频率的光，才能引起光电效应。不同金属材料的截止频率不同。 (2)在发生光电效应时，如果外加电压UAK从零开始逐渐增大，则光电流随之增大，但当UAK增大至一定值时，光电流达到最大，此后再继续增大UAK，光电流不再变化。此时的光电流称为饱和光电流。在入射光的频率保持不变的条件下，饱和光电流随照射到阴极上的光的强度而变化，光的强度越大，饱和光电流越大。 (3)从阴极发出的光电子的最大初动能与入射光的频率成线性关系，它与照射到阴极上的光的强度无关。 (4)只要光的频率大于截止频率，即使用极弱的入射光，光电子也能立刻(约10－9 s)发射出来。 二　光量子概念的提出　光电效应方程 1．光子说 爱因斯坦认为：光本身就是不连续的，而是由单个的能量子组成的，这些能量子称为光量子，简称光子。每一个光子的能量为ε＝hν，其中h为普朗克常量，ν为光的频率。 2．逸出功 金属板内的电子从入射光中吸收了一个光子的能量hν之后，一部分消耗于电子由金属内逸出表面时所需做的功W，叫作逸出功。 3．爱因斯坦光电效应方程 (1)表达式：hν＝mv＋W。 (2)截止频率与逸出功：光电效应方程表明光电子的最大初动能和入射光的频率成线性关系，当最大初动能等于零时，金属表面不再有光电子逸出，这时入射光的频率就是截止频率ν0，即ν0＝。 1．判一判 (1)不同频率的光照射到同一金属表面发生光电效应时，光电子的初动能可能相同，但最大初动能一定不同。(　　) (2)若用光照射光电管能发生光电效应，给光电管加正向电压时，光电流随电压的增大会一直增大，加反向电压时，光电流随电压增大而逐渐减小至0。(　　) (3)“光子”就是“光电子”的简称。(　　) (4)光电子的最大初动能与入射光的频率成正比。(　　) (5)逸出功和截止频率均由金属本身决定，与其他因素无关。(　　) 提示：(1)√　(2)×　(3)×　(4)×　(5)√ 2．想一想 (1)验电器开始带负电并与锌板相连，当用紫外线灯照射锌板时，验电器指针夹角如何变化？ 提示：锌板上有光电子逸出，验电器指针夹角会先减小，待负电荷完全中和后，验电器指针会因带正电夹角再次变大。 (2)光电效应中的“光”是不是特指可见光？ 提示：不是，也包括不可见光。 探究　光电效应 仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”。 活动1：如图甲，不带电的锌板与验电器相连，用紫外线灯照射锌板后，验电器的指针张开，当带正电的玻璃棒靠近被紫外线照射的锌板时，验电器的指针明显张开；而带负电的硬橡胶棒靠近它时，指针无明显变化。这说明了什么？ 提示：说明锌板在紫外线的照射下，有电子从表面逸出。 活动2：照射到金属表面的光，能使金属中的电子从表面逸出，这种现象称为光电效应，逸出的电子称为光电子。图乙真空玻璃管中的阴极K受到光的照射会逸出光电子，电路中是否有电流？ 提示：光电子不断地从K极逸出，在电场的作用下从K极向A极运动，会形成电流。 活动3：光电效应实验电路中的电流称为光电流，实验发现，光的频率减小到某一值ν0(不同的金属ν0不同)时，即使加很大的电压(UAK>0)，电路中也没有电流，这说明了什么？ 提示：入射光的频率低于ν0时，就没有光电子逸出，不发生光电效应，且ν0与金属自身的性质有关。 活动4：如图乙所示，使A、K间的电压UAK从零开始逐渐增大，获得多组I、UAK数据，描绘出I­UAK曲线，如图丙中图线①坐标原点右侧曲线所示，I随UAK的变化有什么特点？ 提示：发生光电效应时，随着外加电压UAK从零开始逐渐增大，光电流I先逐渐增大，当UAK增大到一定值时，光电流达到最大，此后再继续增大UAK，光电流不再变化。 活动5：光电流的最大值称为饱和光电流。保持光的频率不变，增加光的强度，重复上述实验，得到如图丙图线②坐标原点右侧曲线。可得出什么规律？ 提示：在入射光的频率保持不变的条件下，饱和光电流随照射到阴极上的光的强度而变化，光的强度越大，饱和光电流越大。 活动6：如图丙所示，A、K间电压为0时，仍有电流。仅调换图乙电源的正负极，然后从零开始逐渐增大A、K间的电压UAK(UAK<0)，发现当UAK的绝对值增大到某一值U0时，电流恰好变为0，这说明了什么？ 提示：说明光照情况不变时，阴极发出的光电子的初动能有一个最大值，且其最大值为mv＝eU0。 活动7：光电子初动能的最大值叫最大初动能，U0叫作截止电压。用图丙中的三种光分别做活动6实验，描绘出I­UAK曲线如图丙坐标原点左侧曲线。观察图丙三种光照情况下的U0，可以发现什么规律？这说明了光电子的能量与什么有关？ 提示：由图丙可知，对于同一种金属，U0与光的强弱无关，只与光的频率有关。这说明对于同一种金属，光电子的能量只与入射光的频率有关，而与入射光的强弱无关。 活动8：仅改变光的频率ν，通过测量截止电压U0，获得光电子最大初动能与入射光频率的关系如图丁，可得出什么规律？ 提示：光电子的最大初动能与入射光的频率成线性关系。 1．对于给定的阴极材料，都存在一个发生光电效应所需的入射光的最小频率ν0。这个最小频率ν0叫作光电效应的截止频率，亦称为极限频率。只有超过截止频率的光，才能引起光电效应。不同金属材料的截止频率不同。 2．在发生光电效应时，如果外加电压UAK从零开始逐渐增大，则光电流随之增大，但当UAK增大至一定值时，光电流达到最大，此后再继续增大UAK，光电流不再变化。此时的光电流称为饱和光电流。在入射光的频率保持不变的条件下，饱和光电流随照射到阴极上的光的强度而变化，光的强度越大，饱和光电流越大。 3．从阴极发出的光电子的最大初动能与入射光的频率成线性关系，它与照射到阴极上的光的强度无关。 4．只要光的频率大于截止频率，即使用极弱的入射光，光电子也能立刻(约10－9 s)发射出来。 例1　利用光电管研究光电效应实验如图所示，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．用紫外线照射，电流表不一定有电流通过 B．用红光照射，电流表一定无电流通过 C．用频率为ν的可见光照射K，当滑动变阻器的滑动触头移到a端时，电流表中一定无电流通过 D．用频率为ν的可见光照射K，当滑动变阻器的滑动触头向b端滑动时，电流表示数可能不变 (1)发生光电效应的条件是什么？ 提示：入射光的频率大于截止频率。 (2)当滑动变阻器的滑动触头移动时，改变的是什么物理量？ 提示：加在光电管两端的电压。 [规范解答]　因紫外线的频率比可见光的频率高，所以用紫外线照射时，电流表中一定有电流通过，A错误；因不知阴极K的截止频率，所以用红光照射时，可能发生光电效应，故B错误；即使UAK＝0，电流表中也有电流，故C错误；当滑动触头向b端滑动时，UAK增大，若在滑动前，电流已经达到饱和电流，那么即使增大UAK，光电流也不会增大，故D正确。 [答案]　D [变式训练1]　(多选)如图所示，电路中所有元件完好，光照射到光电管上，灵敏电流计中没有电流通过。其原因可能是(　　) A．入射光太弱 B．入射光波长太长 C．光照时间太短 D．电源正、负极接反 答案　BD 解析　金属存在截止频率，入射光的频率超过截止频率时才会有光电子射出，入射光的频率低于截止频率时不能产生光电效应，光电效应的产生与光照强弱无关，B正确，A错误；电路中电源正、负极接反，对光电管加了反向电压，若该电压超过了截止电压，也没有光电流产生，D正确；光电效应的产生与光照时间无关，C错误。 探究　爱因斯坦的光电效应理论 仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”。 光电效应实验的结论 A．入射光的频率低于截止频率时不发生光电效应。不同金属的截止频率不同。 B．对于一定频率的光，入射光越强，饱和光电流越大。 C．对于同一种金属，光电子的最大初动能与入射光的频率成线性关系，而与入射光的强度无关。 D．光电效应几乎是瞬时发生的。 甲 光的波动说对光电效应的推测 (1)从光照射金属表面到光电子产生，需要能量的积累过程，光越弱能量积累时间越长，光电子不可能瞬间产生； (2)只要光照时间足够长，总能让金属中的电子吸收到足够的能量，从金属表面逸出，与入射光的频率无关； (3)电子接收的能量越多，逸出的电子的最大初动能也越大。 乙 活动1：如图乙是光的波动说对光电效应的推测，它能否完全解释图甲中光电效应实验的结论？ 提示：光的波动说的推测：推测(1)与实验结论的D矛盾，推测(2)与实验结论A、D矛盾，推测(3)与实验结论C矛盾，所以光的波动说不能完全解释光电效应实验结论。 活动2：金属中原子外层的电子会脱离原子而做无规则热运动，但在温度不很高时，电子并不能大量逸出金属表面，这说明什么？ 提示：说明金属表面存在一种力阻碍电子的逃逸。电子要从金属中挣脱出来，必须获得一些能量以克服这种阻碍。 活动3：要使电子脱离某种金属，需要外界对它做功的最小值叫作这种金属的逸出功，用W表示。爱因斯坦认为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ε＝hν，称为光子。试根据此假设及能量守恒定律推导出光电效应中光电子和光子的能量关系式。 提示：金属板内的电子从入射光中吸收了一个光子的能量hν之后，一部分消耗于电子由金属内逸出表面时所需做的功W，另一部分转化为光电子的动能，按照能量守恒定律，得到hν＝mv＋W。 活动4：只有经过检验，根据猜想得出的结论才有可能成为科学理论。试用所得出的关系式解释图甲的实验结论。 提示：(1)上述关系式表明，光电子的最大初动能和入射光的频率成线性关系，当最大初动能等于零时，金属表面不再有光电子逸出，这时入射光的频率就是截止频率ν0，即ν0＝。从而解释了实验结论A和C。 (2)当入射光的频率保持不变，而光的强度增加时，单位时间内照射到阴极上的光子数增多，单位时间内吸收光子的电子数相应增加，单位时间内释放出的光电子数目亦将随之增加，这就很自然地说明了实验中饱和光电流大小和光的强度之间的关系。即解释了实验结论B。 (3)根据光的量子说，当光照射到金属上时，光子的全部能量将立刻被金属中的电子所吸收，不需要积累能量的时间，这也就自然地说明了为什么光电效应发生的时间极短。即解释了实验结论D。 1．光子说：光子说的提出说明了光是由光子组成的。光子的能量ε＝hν，决定于光的频率。光的强度与光子的数目有关。在频率一定的情况下，光越强，单位时间内单位面积上接收的光子数越多。 2．光电效应方程：hν＝mv＋W (1)式中的mv是光电子的最大初动能，就某个光电子而言，其离开金属时动能大小可以是0～mv范围内的任何数值。 (2)爱因斯坦光电效应方程实质上是能量守恒方程 ①金属板内的电子从入射光中吸收了一个光子的能量hν之后，一部分消耗于电子由金属内逸出表面时所需做的功，另一部分转化为光电子的动能。 ②如要克服金属阻碍做功最少为W(金属的逸出功)，电子离开金属表面时动能最大为mv，则根据能量守恒定律可知：hν＝mv＋W。 3．爱因斯坦光子说的验证及意义 光的量子说成功解释了光电效应的实验规律，表明光子像其他粒子一样，也具有能量。1914年，密立根用实验方法对光电效应方程进行了验证，并测出了h值约为6.57×10－34 J·s，这与从普朗克辐射公式导出的h值非常接近，从而给光的量子说以有力的支持。 例2　用波长为2.0×10－7 m的紫外线照射钨的表面，释放出来的光电子中最大的初动能是3.7×10－19 J。由此可知，钨的截止频率约为(普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，真空中的光速c＝3.0×108 m/s)(　　) A．5.5×1014 Hz B．7.9×1014 Hz C．9.4×1014 Hz D．1.2×1015 Hz (1)金属的截止频率与逸出功存在什么关系？ 提示：ν0＝。 (2)光电子的最大初动能与入射光频率有什么关系？ 提示：hν＝mv＋W。 [规范解答]　由爱因斯坦光电效应方程知hν＝mv＋W，紫外线的频率为ν＝，逸出功W＝hν0，联立可得ν0＝－≈9.4×1014 Hz，故C正确。 [答案]　C 1．光电效应的两条对应关系 (1)光越强(一定频率)→光子数目越多→发射光电子越多→饱和光电流越大。 (2)光子频率越高→光子能量越大→光电子的最大初动能越大。 注：单色光的强度I＝nhν，其中n是单位时间射到单位面积上的光子数。 2．光电效应定量分析时应抓住三个关系式 (1)爱因斯坦光电效应方程：hν＝mv＋W。 (2)最大初动能与截止电压的关系：mv＝eU0。 (3)逸出功与截止频率的关系：ν0＝。 3．光电效应的四类图像解读 图像名称 图线形状 图像信息 最大初动能Ekm与入射光频率ν的关系图像 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|－E|＝E＝W ③普朗克常量：图线的斜率k＝h ④爱因斯坦光电效应方程中的W为逸出功，它与截止频率ν0的关系是W＝hν0 截止电压U0与入射光频率ν的关系图像 ①截止频率ν0：横轴截距 ②逸出功：W＝eU1＝hν0 ③截止电压U0：随入射光频率的增大而增大 ④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图像 ①截止电压U0：横轴截距 ②饱和光电流Im：光电流的最大值 ③光电子最大初动能：mv＝eU0 颜色不同时，光电流与电压的关系图像 ①截止电压U01、U02 ②饱和光电流 ③光电子最大初动能： mv＝eU01， mv＝eU02 [变式训练2]　(多选)如图是密立根于1916年发表的钠金属光电效应的截止电压U0与入射光频率ν的实验曲线，该实验直接证明了爱因斯坦光电效应方程，并且第一次利用光电效应实验测定了普朗克常量h。已知元电荷e＝1.6×10－19 C，普朗克常量h的值未知。由图像可知(　　) A．图线的斜率为普朗克常量h B．钠的截止频率为8.5×1014 Hz C．由该实验可测得普朗克常量为h＝6.6×10－34 J·s D．钠的逸出功为2.3 eV 答案　CD 解析　根据爱因斯坦光电效应方程，有hν＝mv＋W，根据动能定理有mv＝eU0，联立可得U0＝ν－，则图中直线的斜率表示，故A错误；截止电压U0＝0时，光电子最大初动能为零，对应光电效应的截止频率，由图像可得钠的截止频率为ν0＝5.6×1014 Hz，故B错误；图中直线的斜率＝，又元电荷e＝1.6×10－19 C，可解得普朗克常量h＝6.6×10－34 J·s，故C正确；钠的逸出功为W＝hν0＝3.7×10－19 J＝2.3 eV，故D正确。 1．(光电效应的实验规律)(多选)在如图所示的光电管的实验中，发现用一定频率的A单色光照射光电管时，电流表指针会发生偏转，而用另一频率的B单色光照射时，不发生光电效应，那么(　　) A．A光的频率大于B光的频率 B．B光的频率大于A光的频率 C．用A光照射光电管时，流过电流表的电流方向是由a流向b D．用A光照射光电管时，流过电流表的电流方向是由b流向a 答案　AC 解析　由发生光电效应的条件可知，A单色光的频率大于B单色光的频率，A正确，B错误；用A单色光照射光电管的阴极K时，从阴极K逸出电子，这些电子冲向阳极，在整个电路中形成顺时针电流，故流过电流表的电流方向是由a流向b，C正确，D错误。 2．(逸出功的理解)(多选)已知钙的逸出功是3.20 eV，对此理解正确的是(　　) A．钙中的电子脱离钙需做功3.20 eV B．钙表面的电子脱离钙需做功超过3.20 eV C．钙只需吸收3.20 eV的能量就有电子逸出 D．入射光子的能量必须大于3.20 eV才能发生光电效应 答案　BD 解析　钙的逸出功为3.20 eV，可知电子逸出克服金属钙所做的最小的功为3.20 eV，有的电子需要更多能量才能脱离钙，故A错误，B、D正确。钙中的某个电子必须一次吸收至少3.20 eV的能量才可以从钙中逸出，C错误。 3．(光电效应的实验规律)(多选)演示光电效应的实验中，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。用光源照射锌板时，验电器张开的指针夹角会变小。已知锌板的逸出功是3.34 eV。下列说法正确的是(　　) A．要使电子脱离锌板，外界需对电子做功的最小值为3.34 eV B．保持入射光频率一定，增大入射光强度，从锌板飞出的光电子初动能也增大 C．保持入射光频率一定，增大入射光强度，单位时间内从锌板飞出的光电子数目增多 D．若入射光的光子能量小于3.34 eV，适当延长照射时间也可以使指针夹角变小 答案　AC 解析　逸出功是使电子脱离锌板，外界需对电子做功的最小值，A正确；保持入射光频率一定，增大入射光强度，根据光电效应实验规律可知，截止电压不变，饱和光电流变大，则光电子的最大初动能不变，但是单位时间内从锌板飞出的光电子数目会增多，B错误，C正确；若入射光的光子能量小于3.34 eV，则不能发生光电效应，所以延长光照时间，指针偏角也不会变小，D错误。 4．(光电效应的实验规律)由于铷原子失去电子非常容易，具有优良的光电特性，是制造光电池的重要材料。已知铷的逸出功为W，普朗克常量为h，光在真空中的速度为c，则下列说法正确的是(　　) A．只要入射光强度足够大，任何色光均能使铷逸出光电子 B．某色光照射铷发生光电效应时，光电子需经过较长时间才能从铷表面逸出 C．铷的截止频率为 D．用波长大于的光照射铷，能发生光电效应 答案　C 解析　入射光的频率等于或大于铷的截止频率，才会使铷发生光电效应，使铷逸出光电子，与入射光的强度无关，故A错误；光电效应在很短时间就能发生，故B错误；铷的逸出功为W＝hν0，则铷的截止频率为ν0＝，故C正确；由ν0＝可知，极限波长为λ0＝，波长大于极限波长，则频率小于截止频率，不能使铷发生光电效应，故D错误。 5．(光电效应方程的应用)某种单色光的频率为ν，用它照射某种金属时，在逸出的光电子中动能最大值为Ekm，则这种金属的逸出功和截止频率分别为(　　) A．hν－Ekm，ν－ B．Ekm－hν，ν＋ C．hν＋Ekm，ν－ D．Ekm＋hν，ν＋ 答案　A 解析　根据爱因斯坦光电效应方程hν＝mv＋W(W为逸出功)，又Ekm＝mv，知W＝hν－Ekm，截止频率ν0＝＝＝ν－，故A正确。 6．(光电效应的实验规律及光电效应方程)如图所示，是某种火灾报警装置的工作电路图，它的核心部件为紫外线光电管，其中A为阳极，K为阴极，发生火灾时c、d端有输出电压实施报警。已知地表附近太阳光中紫外线光子能量介于3.1～3.9 eV之间，明火中的紫外线光子能量介于4.4～6.2 eV之间。几种金属单质的逸出功如表所示，若光电管阴极材料K选用金属铝，则下列说法正确的是(　　) 金属单质 钾 钠 锌 铝 逸出功/eV 2.25 2.29 3.38 4.21 A.太阳光照射时c、d端有输出电压 B．明火照射时c、d端有输出电压 C．若阴极K材料选用金属锌，能实现有效报警 D．明火中紫外线波长越长，光电子的最大初动能越大 答案　B 解析　因为太阳光中紫外线光子能量介于3.1～3.9 eV之间，小于金属铝的逸出功4.21 eV，则用该光照射由铝制成的阴极K时不发生光电效应，回路不闭合，c、d端没有输出电压，A错误；明火中的紫外线光子能量介于4.4～6.2 eV之间，大于金属铝的逸出功，则用该光照射由铝制成的阴极K时发生光电效应，回路闭合，c、d端有输出电压，B正确；若阴极K材料选用金属锌，太阳光中紫外线光子能量的最大值3.9 eV大于金属锌的逸出功3.38 eV，用太阳光照射能发生光电效应，也能接通电路，使c、d端输出电压，从而报警，即不能实现有效报警，C错误；根据ν＝，明火中紫外线波长越长，频率越小，根据hν＝mv＋W，又Ekm＝mv，则光电子的最大初动能越小，D错误。 7．(光电效应的实验规律及光电效应方程)如图所示为研究光电效应的实验装置，初始滑动变阻器滑片P对齐O点，用某种频率的光照射阴极K，微安表指针偏转。已知电子的电荷量为e，下列说法正确的是(　　) A．滑片P从初位置移动到b端的过程中，微安表示数一定不断增大 B．为了验证光电管阴极材料的极限频率的存在，必须把滑片P移动到a端 C．若仅降低入射光的强度，则微安表示数减小，截止电压会变小 D．分别用两种频率已知(均大于光电管阴极材料的极限频率)的光照射阴极K，调节滑片P，使微安表示数恰好均为零，记录两次电压表示数，即可计算出普朗克常量 答案　D 解析　滑片P向b端滑动，光电管加正向电压且电压逐渐增大，则微安表中的电流会先增大，当达到饱和光电流后保持不变，A错误；验证极限频率的存在，应通过改变入射光频率看是否发生光电效应来判断，滑片P应放置在Ob段，使光电管两端所加电压为正向电压，B错误；若仅降低光照强度，仍然能发生光电效应，只是单位时间逸出的光电子数减少，电流会变小，微安表示数减小，光电子的最大初动能不变，截止电压不会变，C错误；设材料的逸出功为W，由爱因斯坦光电效应方程及动能定理，可得eU1＝hν1－W，eU2＝hν2－W，联立可解得h＝，故D正确。 8．(光电效应方程)已知单色光照射在钠表面上，测得光电子的最大初动能是1.2 eV，而钠的极限波长为540 nm，已知电子电荷量为1.6×10－19 C，普朗克常量为6.63×10－34 J·s，真空中光速c＝3×108 m/s，则入射光的波长应为(　　) A．535 nm B．500 nm C．435 nm D．355 nm 答案　D 解析　光电子的最大初动能Ekm＝hν－W，其中逸出功W与极限波长λ0满足W＝hν0＝h，入射光的频率ν与波长λ满足ν＝，联立可得Ekm＝hc，代入数据Ekm＝1.2 eV＝1.92×10－19 J，λ0＝540 nm，h＝6.63×10－34 J·s，c＝3×108 m/s，解得入射光的波长λ＝355 nm，故D正确。 9．(Ekm­ν图像)金属钛由于其稳定的化学性质，良好的耐高温、耐低温、抗强酸、抗强碱，以及高强度、低密度，被美誉为“太空金属”。用单色光照射金属钛表面，发生光电效应，从钛表面放出光电子的最大初动能与入射光频率的关系图线如图所示。普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，则下列说法正确的是(　　) A．钛的极限频率为2.5×1015 Hz B．钛的逸出功为6.63×10－19 J C．随着入射光频率的升高，钛的逸出功增大 D．光电子的最大初动能与入射光的频率成正比 答案　B 解析　当最大初动能等于零时，入射光的频率等于金属的极限频率ν0，由题图可知，ν0＝1.0×1015 Hz，则钛的逸出功W＝hν0＝6.63×10－34×1.0×1015 J＝6.63×10－19 J，A错误，B正确；逸出功由金属本身的性质决定，与入射光频率无关，C错误；由题图可知，光电子的最大初动能与入射光的频率成一次函数关系，不是正比关系，D错误。 10．(I­U图像)用图甲所示电路可以研究光电效应中电子的发射情况与光照强弱、光频率等物理量间的关系(图中电源极性可对调)。图乙所示为a、b、c三种光照下得到的三条光电流I与A极、K极间电压UAK的关系图线。下列说法正确的是(　　) A．若开关闭合时电流表有示数，则开关断开时电流表示数为0 B．若想测量饱和电流，则图甲中电源极性需要对调 C．若b是黄光，则a可能是蓝光 D．b、c是同种颜色的光，b的光强比c的光强大 答案　D 解析　开关闭合时电流表有示数，说明入射光的频率大于阴极K的极限频率，K极有光电子逸出，不加电压时，也有光电子到达A极从而形成光电流，电流表仍有示数，A错误；若想测饱和电流，则需要使单位时间内K极发射的光电子全部到达A极，因此需要建立方向由A指向K的电场，A极电势高，接电源正极，则图甲中电源极性不需要对调，B错误；根据eU0＝Ekm，结合爱因斯坦光电效应方程hν＝mv＋W及Ekm＝mv，可得eU0＝hν－W，K极金属材料的逸出功W一定，由题图乙知，b对应的截止电压大于a对应的截止电压，则a的频率比b的低，若b是黄光，a不可能是蓝光，C错误；b、c的截止电压相同，则频率相同，颜色相同，光子能量ε＝hν相同，b的饱和电流比c的大，则b光照射时单位时间逸出的光电子数目多，b光单位时间打到K极的光子数N多，根据I＝hν，可知b的光强比c的光强大，D正确。 11．(综合)(多选)某同学利用如图甲所示的电路研究光电效应现象。用强度一定、波长为300 nm的单色光照射阴极K，正确进行操作，记录相应的电压表(电压表的零刻度在表盘的中央位置)和电流表的示数，将得到的数据在坐标纸上描点连线，得到的图像如图乙所示。表格所示为几种金属的逸出功，已知普朗克常量为h＝6.63×10－34 J·s，真空中光速为c＝3×108 m/s，电子的电荷量e＝1.6×10－19 C。下列说法正确的是(　　) 金属 铯 钙 锌 镁 钛 铍 逸出功/eV 1.90 3.20 3.34 3.70 4.13 3.88 A．阴极K可能是由金属钛制成的 B．光电流最大时，单位时间内打到阴极K上的光子数至少为4×1012个 C．若换用波长为350 nm的单色光进行实验，图线与横轴的交点将向右移 D．换用金属铍制成阴极K，饱和光电流大小不变 答案　BCD 解析　根据题图乙可知，用300 nm的单色光照射该阴极材料时，光电子对应的截止电压为0.6 V，由Ekm＝mv，mv＝eU0，可得光电子的最大初动能Ekm＝0.6 eV，又因为入射光的波长λ＝300 nm，可得入射光的光子能量ε＝h≈4.14 eV，由爱因斯坦光电效应方程hν＝mv＋W，可知该阴极材料的逸出功W＝ε－Ekm＝3.54 eV，结合题表可知，阴极K不是由金属钛制成的，故A错误；由图乙知，光电流最大为0.64 μA，则光电流最大时，单位时间内阴极K逸出的光电子的数量为n＝＝ 个＝4×1012 个，所以光电流最大时，单位时间内打到阴极K上的光子数至少为4×1012 个，故B正确；结合A项分析可知，入射光的波长变长，光子的能量减小，光电子的最大初动能减小，截止电压减小，则图线与横轴的交点将右移，故C正确；由于金属铍的逸出功小于该单色光光子的能量，将其制成阴极K时，用该单色光照射可以发生光电效应，由于该单色光的强度不变，则单位时间打在阴极K上的光子数不变，单位时间逸出的光电子数不变，故饱和光电流大小不变，故D正确。 12．(光电效应方程)端窗式光电倍增管(PMT)是光电探测装置，其主要结构为光阴极和倍增极；当波长为λ的入射光照射到光阴极上时，从光阴极上有电子逸出，光电子的最大速率为vm，光阴极和第一倍增极间的加速电压为U。已知电子电荷量为e，质量为m，普朗克常量为h，光速为c，不考虑光电子之间的相互作用及重力影响。求： (1)光阴极材料的逸出功W； (2)光电子到达第一倍增极的动能。 答案　(1)h－mv (2)eU～eU＋mv 解析　(1)根据爱因斯坦光电效应方程有 hν＝mv＋W 又ν＝ 可解得W＝h－mv。 (2)光电子从光阴极上逸出的动能Ek最小为Ek0＝0，最大为Ekm，且Ekm＝mv 加速过程由动能定理有eU＝Ek′－Ek 解得光电子到达第一倍增极的最小动能Ek1′＝eU，最大动能Ek2′＝eU＋mv。 1 学科网（北京）股份有限公司 $$