2025-2026学年高二寒假物理假期作业 实验：光电效应的探究（实验专题）

高中物理选择性必修第三册假期作业 实验：光电效应的探究（实验专题） 第一部分：实验过程 1．光电效应的实验规律 (1)任何一种金属都有一个截止频率，入射光的频率必须大于这个截止频率才能发生光电效应，低于这个截止频率则不能发生光电效应． (2)发生光电效应时，光电子的最大初动能与入射光的强度无关，随入射光频率的增大而增大． (3)大于截止频率的光照射金属时，光电流(反映单位时间内发射出的光电子数的多少)与入射光强度成正比． (4)光电效应的发生几乎是瞬时的，产生电流的时间不超过10－9 s. 2．光电效应实验相关概念的理解 (1)饱和电流 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，这个饱和值是饱和电流，在一定条件下，饱和电流与所加电压大小无关，只与入射光的强度有关．入射光越强，饱和电流越大．即：入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多． (2)截止频率 能使某种金属发生光电效应的入射光的最小频率叫作该种金属的截止频率(又叫极限频率)．不同的金属对应着不同的截止频率． (3)遏止电压 遏止电压与入射光的频率有关．入射光的频率不变，遏止电压不变，入射光的频率改变，遏止电压改变．这表明光电子的能量只与入射光的频率有关． 3．光电效应与经典电磁理论的矛盾 按光的电磁理论，应有： (1)不存在截止频率，任何频率的光都能产生光电子． (2)光越强，光电子的初动能越大，遏止电压与光的强弱有关． 第二部分：针对训练 1.如图所示，一验电器与锌板相连，在A处用一紫外线灯照射锌板，关灯后，验电器指针保持一定偏角． (1)现用一带少量负电的金属小球与锌板接触，则验电器指针偏角将________(选填“增大”“减小”或“不变”)． (2)使验电器指针回到零，再用相同强度的钠灯发出的黄光照射锌板，验电器指针无偏转．那么，若改用强度更大的红外线灯照射锌板，可观察到验电器指针________(选填“有”或“无”)偏转． (3)为了进一步研究光电效应的规律，设计了如图所示的电路．图中标有A和K的为光电管，其中K为阴极，A为阳极．现接通电源，用光子能量为10.5 eV的光照射阴极K，电流计有示数；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，则光电管阴极材料的逸出功为________ eV；现保持滑片P位置不变，增大入射光的强度，电流计的读数________(选填“为零”或“不为零”)． 2.在研究“光电效应”现象时，有如图甲、乙所示的两种电路连接方式．试回答下列问题： (1)通过图________(选填“甲”或“乙”)所示的电路进行研究，可以得出光电子的最大初动能只与照射光的频率有关，而与照射光的强弱无关的结论；通过图_____(选填“甲”或“乙”)所示的电路进行研究，可以得出照射光的强度大小决定了逸出光电子数目多少的结论． (2)某次实验时，先用图甲所示电路研究，调节滑动变阻器，发现当电压表示数大于或等于1.5 V时，电流表示数为零，再用图乙所示电路研究，则当电压表示数为3 V时，电子到达阳极时的最大动能为________ eV. 3.采用如图甲所示的电路可研究光电效应规律，现分别用a、b两束单色光照射光电管，得到光电流I与光电管两极间所加电压U的关系图像如图乙所示． (1)实验中当灵敏电流表有示数时将滑片P向右滑动，则电流表示数一定不会________(选填“增大”“不变”或“减小”)． (2)照射阴极材料时，______(选填“a光”或“b光”)使其逸出的光电子的最大初动能更大． (3)若a光的光子能量为5 eV，图乙中Uc2＝－3 V，则光电管的阴极材料的逸出功为________ J．(e＝1.6×10－19 C) 4.某同学用金属铷作为阴极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=6.63×10-34 J·s。 (1)图甲中电极A为光电管的　　　　(选填“阴极”或“阳极”)。  (2)实验中测得的遏止电压Uc与入射光频率ν之间的关系如图乙所示,则金属铷的截止频率νc=　　　　 Hz,逸出功W0=　　　　 J。(结果保留3位有效数字)  (3)如果实验中入射光的频率ν=7.00×1014 Hz,则产生的光电子的最大初动能Ek=　　　　 J(结果保留3位有效数字)。  5.图甲为研究光电效应现象的实验电路图,现用某单色光照射截止频率为νc的阴极K,其光电流与光电管两端电压的关系图线如图乙所示,遏止电压大小为Uc,调节滑动变阻器至电压表示数为U0时光电流刚好达到饱和电流I0。已知电子电荷量的绝对值为e,普朗克常量为 h。求: (1)单色光的频率ν; (2)电压表示数为U0时到达阳极A的光电子的最大动能E km; (3)电压表示数为U1时单位时间内到达阳极A光电子的最大总动能Ek1。 学科网（北京）股份有限公司 $ 高中物理选择性必修第三册假期作业 实验：光电效应的探究（实验专题）答案 1.答案　(1)减小　(2)无　(3)4.5　为零(每空2分) 解析　(1)在A处用一紫外线灯照射锌板，锌板发生光电效应，光电子射出后，锌板带正电，用一带少量负电的金属小球与锌板接触，会使锌板上带的正电减少，验电器指针偏角将减小． (2)用钠灯发出的黄光照射锌板，验电器指针无偏转，说明黄光不能使锌板发生光电效应；改用红外线灯照射锌板，红外线的频率小于黄光的频率，红外线也不能使锌板发生光电效应，验电器指针无偏转． (3)当滑片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，说明遏止电压为6.0 V，即最大初动能Ek＝6.0 eV，光电管阴极材料的逸出功为4.5 eV.现保持滑片P位置不变，增大入射光的强度，电流计的读数为零． 2.答案　(1)甲　乙　(2)4.5 解析　(1)题图甲的电压加在光电管上是反向电压，光电子飞出后做减速运动，增大电压让电流表刚好无电流时对应遏止电压，可用来研究光电子最大初动能的大小，可以得出光电子的最大初动能只与照射光的频率有关，而与照射光的强弱无关的结论． 题图乙的电压加在光电管上是正向电压，让尽量多的光电子能加速参与导电，形成光电流，利用饱和电流的大小反映照射光的强度，可以得出照射光的强度大小决定了逸出光电子数目多少的结论． (2)由题图甲可知遏止电压为1.5 V， 则有－eUc＝0－Ekm， 可得最大初动能为Ekm＝eUc＝1.5 eV. 题图乙中的电压让所有光电子加速，由动能定理有eU1＝Ek1－Ekm， 则电子到达阳极时的最大动能为Ek1＝eU1＋Ekm＝3 eV＋1.5 eV＝4.5 eV. 3.答案　(1)减小　(2)b光　(3)3.2×10－19 解析　(1)当滑片P向右滑动时，正向电压增大，光电子做加速运动，若光电流达到饱和，则电流表示数不变，若没达到饱和，则电流表示数增大． (2)由题图乙知b光对应的遏止电压大，由eUc＝Ek知用b光照射阴极材料时逸出的光电子的最大初动能更大． (3)由光电效应方程hν＝Ek＋W0，可知光电管的阴极材料的逸出功为5 eV－3 eV＝2 eV＝3.2×10－19 J. 4.解析:(1)电子从金属上射出后被电场加速,由此可知A板为阳极。 (2)由爱因斯坦光电效应方程Ek=hν-W0,Ek=eUc,W0=hνc,故Uc=ν-,结合题图乙,当Uc=0时,ν=νc,所以金属铷的截止频率为νc≈5.10×1014 Hz,则逸出功W0=hνc≈3.38×10-19 J。 (3)如果实验中入射光的频率ν=7.00×1014 Hz,由爱因斯坦光电效应方程Ek=hν-W0,得光电子的最大初动能Ek≈1.26×10-19 J。 答案:(1)阳极　(2)5.10×1014　3.38×10-19　(3)1.26×10-19 5.解析:(1)阴极材料的逸出功为W0=hνc, 最大初动能为Ek=eUc, 根据光电效应方程有Ek=hν-W0, 联立可得ν=νc+Uc。 (2)由题图可知所加的电压为正向电压,根据动能定理,可得到达阳极A的光电子的最大动能为E km=eU0+Ek=e(U0+Uc)。 (3)根据动能定理,可得到达阳极A光电子的最大动能 Ekm′=eU1+eUc=e(U1+Uc), 单位时间内到达阳极A光电子的总数为N=, 则单位时间内到达阳极A光电子的最大总动能Ek1=NEkm′=I0(U1+Uc)。 答案:(1)νc+Uc　(2)e(U0+Uc) (3)I0(U1+Uc) 学科网（北京）股份有限公司 $