第2讲 光电效应 讲义-2025-2026学年高二下学期物理沪科版选择性必修第三册

普高物理2021新教材选修3第14章微观粒子的波粒二象性 第2讲 光电效应（讲义）--学生版（定稿） 普高物理2021新教材选修3第14章微观粒子的波粒二象性 第2讲 光电效应（讲义） 知识点1、光电效应的实验规律 情景导学：如图所示，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。 (1)观察到验电器指针如何变化？ (2)这个现象说明什么？ 1、光电效应现象 1.1、光电效应：照射到金属表面的光，能使金属中的 从表面逸出的现象。 1.2、光电子：光电效应中发射出来的 。 2、光电效应实验探究 用如图所示的电路可以研究光电效应中电子发射的情况与照射光的强弱、光的颜色（频率）等物理量之间的关系。 阴极和阳极是密封在真空玻璃管中的两个电极，在受到光照射时能够发射光电子。与之间电压的大小可以调整，电源的正负极也可以对调。电源按图示极性连接时，阳极吸收阴极发出的光电子，在电路中形成光电流。 3、光电效应的实验规律 3.1、存在 或极限频率νc：当入射光的频率 某一数值νc时不发生光电效应。 实验表明：不同金属的截止频率 。换句话说，截止频率与金属 有关。 3.2、存在 ：在光照条件不变的情况下，随着所加电压的增大，光电流趋于一个饱和值。频率不变时，入射光越强，饱和电流 。 这表明对于一定频率(颜色)的光，入射光 ，单位时间内发射的光电子数 。 3.3、存在 ：使光电流减小到 0 的反向电压Uc，且满足mevc2＝eUc。遏止电压的存在意味着光电子具有一定的 。 同一种金属对于一定频率的光，无论光的强弱如何，遏止电压都是一样的。光的频率改变时遏止电压也会改变。这意味着对于同一种金属，光电子的能量只与入射光频率有关，而与光的强弱无关。 3.4、光电效应具有瞬时性：当频率超过截止频率νc时，无论入射光怎样微弱，照到金属时会立即产生光电流。 4、光电效应经典解释中的疑难 4.1、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”)。 4.2、光电效应经典解释 ①不应存在 频率。 ②遏止电压Uc应该与光的强弱 关。 ③弱光照射时电子获得逸出表面所需的能量需要的时间应远远 实验中产生光电流的时间。 思考：图甲是研究光电效应现象的装置图，图乙是研究光电效应的电路图，请结合装置图及产生的现象回答下列问题： (1)在甲图中发现，利用紫光照射锌板无论光的强度如何变化，验电器都有张角，而用红光照射锌板，无论光的强度如何变化，验电器始终无张角，这说明了什么？ (2)在乙图中给光电管两端加正向电压，用一定强度的光照射时，若增加电压，电流表示数不变，而光强增加时，保持所加电压不变，电流表示数会增大，这说明了什么？ (3)在乙图中若加反向电压，当光强增大时，遏止电压不变，而入射光的频率增加时，遏止电压却增加，这一现象说明了什么？ 5、光电子的理解：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。 6、截止频率的理解：频率低于νc的入射光，无论光的强度多大，照射时间多长，都不能使光电子逸出。 7、光子的能量与入射光的强度 光子的能量即每个光子的能量，其值为ε＝hν(ν为光子的频率)，其大小由光的频率决定。入射光的强度指单位时间内照射到金属表面单位面积上的总能量，入射光的强度等于单位时间内光子能量hν与入射光子数n的乘积。即入射光的强度等于nhν。 8、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。 9、光的强度与饱和光电流 饱和光电流与入射光强度成正比的规律是对频率相同的光照射金属产生光电效应而言的。对于不同频率的光，由于每个光子的能量不同，饱和光电流与入射光强度之间没有简单的正比关系。 专题讲练1 1.1、光电效应现象 1、如图所示，用导线将验电器与锌板连接，触摸锌板使验电器指示归零。用紫外线照射锌板，验电器指针发生明显偏转，接着用毛皮摩擦过的橡胶棒靠近锌板，发现验电器指针张角减小，此现象说明锌板带了___________（选填“正”或“负”）电；若改用红外线重复以上实验，发现验电器指针不会发生偏转，说明金属锌的截止频率___________（选填“大于”或“小于”）红外线的频率。 2、如图所示，在演示光电效应的实验中，某同学分别用a、b两种单色光照射锌板．发现用a光照射时与锌板连接的验电器的指针张开一定角度；用b光照射时与锌板连接的验电器的指针不动．下列说法正确的是(　 　) A．增大b光的照射强度，验电器的指针有可能张开一定角度 B．增大a光的照射强度，光电子的最大初动能增加 C．a光的频率大于b光的频率 D．若用b光照射另一种金属能发生光电效应，则用a光照射该金属时可能不会发生光电效应弧光灯 锌板 验电器 3、原来不带电的锌板与验电器相连，用紫外线照射锌板，验电器指针张开一个角度，如图所示。这时（ ） A．锌板带负电，验电器指针带正电 B．锌板带负电，验电器指针带负电 C．锌板带正电，验电器指针带正电 D．锌板带正电，验电器指针带负电 4、如图所示，在演示光电效应的实验中，用弧光灯发出的紫外光照射锌板，发现与锌板导线相连接的验电器的指针张开一个角度。则用下列电磁波照射锌板也一定能使验电器指针张开的是( )锌板 验电器 （A）可见光 （B）γ射线 （C）红外光 （D）无线电波 5、（1）如图用弧光灯照射锌板做光电效应实验，有光电子从锌板逸出，验电器带 电。 （2）以下关于该实验的说法中正确的是（ ） A.实验中，若用γ射线照射锌板，不能发生光电效应 B.实验中，若用可见光照射锌板，也能发生光电效应 C.发生光电效应时，入射光越强，单位时间产生的光电子数越多 D.发生光电效应时，入射光越强，光子的能量就越大 6、如图所示，把一块不带电的锌板用导线连接在验电器上，当用某频率的紫外线照射锌板时，发现验电器指针偏转一定角度，下列说法正确的是(　 　) A．验电器带正电，锌板带负电 B．验电器带负电，锌板也带负电 C．若改用红光照射锌板，验电器的指针一定也会偏转 7、在演示光电效应实验中，原来不带电的一块锌板与灵敏验电器相连，用紫外线灯照射锌板时，验电器的指针张开一个角度，如图所示，下列说法正确的是(　 　) A.验电器的指针带正电 B.若仅增大紫外线的频率，则锌板的逸出功增大 C.若仅增大紫外线灯照射的强度，则单位时间内产生的光电子数减少 D.若仅减小紫外线灯照射的强度，则可能不发生光电效应 1.2、光电效应实验探究 1、用如图所示的装置研究光电效应现象，当用某种频率的光照射到光电管上时，电流表的读数为I.则(　 　) A．将开关S断开，也会有电流通过电流表 B．将滑动变阻器的触点c向a移动，光电子到达阳极时的速度必将变小 C．如果减小入射光的光强，光电管中可能不会有光电子产生 D．如果将电池极性反转，光电管中可能不会有光电子产生 2、用如图所示的光电管研究光电效应的实验中，用某种频率的单色光a照射光电管阴极K，电流计G的指针发生偏转．而用另一频率的单色光b照射光电管阴极K时，电流计G的指针不发生偏转，那么(　 ) A．a光的波长一定大于b光的波长 B．增加b光的强度可能使电流计G的指针发生偏转 C．用a光照射光电管阴极K时通过电流计G的电流是由d到c D．只增加a光的强度可使通过电流计G的电流增大 3、图示为光电管的工作电路，要使电路中形成较强的光电流，须在A、K两电极间加一直流电压，则（ ） （A）电源正极应接在P点，光电子从电极K发出 （B）电源正极应接在Q点，光电子从电极K发出 （C）电源正极应接在P点，光电子从电极A发出 （D）电源正极应接在Q点，光电子从电极A发出 4、如图所示，在演示光电效应的实验中，某同学分别用a、b两种单色光照射锌板。发现用a光照射时与锌板连接的验电器的指针张开一定角度；用b光照射时与锌板连接的验电器的指针不动。下列说法正确的是(　 　) A．增大b光的照射强度，验电器的指针有可能张开一定角度 B．a光在真空中的波长大于b光在真空中的波长 C．a光的频率大于b光的频率 D．若用b光照射另一种金属能发生光电效应，则用a光照射该金属时可能不会发生光电效应 5、利用光电管研究光电效应的实验电路如图所示，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.用红外线照射，电流表一定无电流通过 C.用频率为ν的可见光照射阴极K，当滑动变阻器的滑动触头P移到A端时，电流表中一定无电流通过 D.用频率为ν的可见光照射阴极K，当滑动变阻器的滑动触头P向B端滑动时，电流表示数可能不变 D．若改用同等强度、频率更高的紫外线照射锌板，验电器的指针也会偏转 6、如图所示为研究光电效应现象的实验装置，真空光电管的阴极K涂有一层光电材料，阳极A是金属材料。当用紫光照射阴极K时，微安表μA中能检测到光电流，下列说法正确的是( ) A．若增大紫光的光照强度，光电流一定会增大 B．若用紫光照射阳极A时，一定也有光电流 C．若换用红光照射阴极K时，一定也有光电流 D．若停止用紫光照射阴极K，能观测到光电流缓慢减小直至为0 8、研究光电效应的实验电路图如图所示，滑动变阻器滑片处于图示位置。用绿光照射阴极K时，电流表示数为零，要使得电流表有示数(　 ) A．可将照射光改为红光 B．可将电源正负极调换 C．可改变阴极K的材料 D．可将滑动变阻器滑片向左移动 8、关于光电效应，下列说法正确的是(　 　) A.光电效应是原子核吸收光子向外释放电子的现象 B.饱和光电流的强度与入射光的强度有关，且随入射光强度的增强而增强 C.金属的逸出功与入射光的频率成正比 D.用不可见光照射某金属，比用可见光照射同种金属产生的光电子的最大初动能大 9、(多选)如图所示是一个研究光电效应的电路图，下列叙述中正确的是(　 　) A.保持光照条件不变，滑片P向右滑动的过程中，电流表示数将一直增大 B.只调换电源的极性，移动滑片P，当电流表示数为零时，电压表示数为遏止电压Uc的数值 C.阴极K需要预热，光束照射后需要一定的时间才会有光电流 D.不改变光束颜色和电路，增大入射光束强度，电流表示数会增大 10、在利用光电管装置研究光电效应的实验中，使用某一频率的光照射光电管阴极时，有光电流产生。下列说法正确的是(　 　) A.光电效应揭示了光的粒子性 B.在光电效应实验中，光电子的最大初动能与入射光频率成正比 C.保持入射光的频率不变，不断减小入射光的强度，遏止电压将减小 D.保持入射光的频率不变，增大入射光的强度，光电子的最大初动能一定变大 11、(多选)现用某一光电管进行光电效应实验，当用某一频率的光入射时，有光电流产生。下列说法正确的是(　 　) A.保持入射光的频率不变，入射光的光强变大，饱和光电流变大 B.入射光的频率变高，饱和光电流变大 C.入射光的频率变高，光电子的最大初动能变大 D.保持入射光的光强不变，不断减小入射光的频率，始终有光电流产生 12、在右图所示的光电管的实验中，发现用一定频率的A单色光照射光电管式，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 （ ）（多选）光电管 电源 G a b 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G的电流方向是a流向b D. 用A光照射光电管时流过电流表G的电流方向是b流向a 1.3、光电效应的实验规律 1、关于光电效应的实验规律，下列说法正确的是（ ）（多选） A．无论入射光多强，只要光的频率小于截止频率就不能产生光电效应 B．无论光的频率多低，只要光照时间足够长就能产生光电效应 C．超过截止频率的入射光越强，产生光电子的最大初动能就越大 D．超过截止频率的入射光频率越高，产生光电子的最大初动能就越大 2、对光电效应的解释，正确的是（ ）（多选） A．金属内的每个电子可以吸收一个或一个以上的光子，当它积累的动能足够大时，就能逸出金属表面 B．如果入射光子的能量小于金属表面的电子克服原子核的引力逸出时需要做的最小功，光电效应便不能发生了 C．发生光电效应时，入射光越强，光子的能量就越大，光电子的最大初动能就越大 D．由于不同的金属的逸出功是不相同的，因此使不同金属产生光电效应的入射光的最低频率也不相同 3．某单色光照射某金属时不能产生光电效应，则下述措施中，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．换用频率更高的光照射 D．换用波长更长的光照射 4、关于光电效应，下列说法正确的是（ ） A．极限频率越大的金属材料逸出功越大 B．只要光照射的时间足够长，任何金属都能产生光电效应 C．从金属表面出来的光电子的最大初动能越大，这种金属的逸出功就越小 D．入射光的光强一定时，频率越高，单位时间内逸出的光电子数就越多 5、在光电效应实验中，下述结论中正确的是（ ）（多选） A．发生光电效应时，使入射光的强度增大，单位时间内产生的光电子数也随之增加 B．发生光电效应时，使入射光的波长减小，有可能不产生光电子 C．紫光照射能产生光电子，则射线照射一定能产生光电子 D．发生光电效应时，使入射光的频率增大，产生的光电子最大初动能也一定增大 6、不带电的锌板和验电器用导线相连．若用甲灯照射锌板，验电器的金属箔片不张开；若用乙灯照射锌板，验电器的金属箔片张开，如图所示，则与甲灯相比，乙灯发出的光( ) A．频率更高 B．波长更大 C．光照强度更强 D．速度更大 7、光电效应的实验结论是：对于某种金属（ ）（多选） （A）无论光强多强，只要光的频率小于极限频率就不能产生光电效应 （B）无论光的频率多低，只要光照时间足够长就能产生光电效应 （C）超过极限频率的入射光强度越弱，所产生的光电子的最大初动能就越小 （D）超过极限频率的入射光频率越高，所产生的光电子的最大初动能就越大 8、三束单色光①、②、③的频率分别为1、2、3（已知1<2<3）。某种金属在光束②照射下，能产生光电子。则该金属（ ） （A）在光束①照射下，一定能产生光电子 （B）在光束①照射下，一定不能产生光电子 （C）在光束③照射下，一定能产生光电子 （D）在光束③照射下，一定不能产生光电子 9、在光电效应实验中，用某一频率的光照射光电管阴极，发生了光电效应，下列方法可使光电子的最大初动能变大的是(　 ) A．仅增大入射光的强度 B．仅延长照射时间 C．仅增大入射光的频率 D．仅增大入射光的波长 10、在光电效应实验中，某实验小组用同种频率的单色光，先后照射锌和银的表面，都能产生光电效应．对这两个过程，下列四个物理量中，可能相同的是(　 　) A．饱和光电流 B．遏止电压 C．光电子的最大初动能 D．逸出功 11、已知能使某金属产生光电效应的极限频率为ν0 ( )（多选） A. 当用频率为2ν0的单色光照射该金属时，一定能产生光电子 B. 当用频率为2ν0的单色光照射该金属时，所产生的光电子的最大初动能为hν0 C. 照射光的频率ν大于ν0时，若ν增大，则逸出功增大 D. 照射光的频率ν大于ν0时，若ν增大一倍，则光电子的最大初动能也增大一倍 12、利用如图所示的电路研究光电效应现象，滑片P的位置在O点的正上方。已知入射光的频率大于阴极K的截止频率，且光的强度较大，则(　 　) A．减弱入射光的强度，遏止电压变小 B．P不移动时，微安表的示数为零 C．P向a端移动，微安表的示数增大 D．P向b端移动，光电子到达阳极A的最大动能增大 13、如图所示，用某一频率的光照射光电管的阴极，阴极材料的逸出功为W，光电子的最大初动能为Ek.将开关S闭合，并从滑动变阻器的最左端缓慢向右移动滑片至滑动变阻器的最右端，发现电流表示数逐渐增大．已知h为普朗克常量，下列说法中正确的是( 　) A．A端接的是电源的负极 B．滑片移至滑动变阻器的最右端时，电流表中的电流一定为饱和光电流 C．入射光的频率可能为 D．若将电源极性颠倒，从滑动变阻器的最左端缓慢向右移动滑片，当电流表示数刚好为零时，电压表示数为U＝ 1.4、实验规律的简单应用 1、已知可见光束由、、三种单色光组成，经检测发现、两种色光的频率都大于色光，又发现色光能使某金属发生光电效应而色光不能，那么光束通过三棱镜后的情况应是（ ） A B C D 2、用某种频率的紫外线分别照射铯、锌、铂三种金属，从铯中发射出光电子的最大初动能是，从锌中发射出光电子的最大初动能是，铂没有光电子射出。则在这三种金属中，逸出功最大的是__________，最小的是__________。 3、一单色光在某种介质中的波长是，传播速度是，则此单色光在真空中的波长为___________，频率为___________，每个光子的能量为___________。 4、利用光电管产生光电流的电路图如图所示。电源的正极应接在 （填“a”或“b”）端；若电流表读数为8μA，则每秒从光电管阴极发射的光电子数至少是 个。（已知电子电量为e=1.6×10-19C） 5、如图所示，由锌板与铜板构成平行板电容器，其中锌板与静电计相连，静电计金属外壳和铜板都接地，现用频率为ν1的紫外线照射锌板，静电计指针偏转，最后稳定在偏角θ0上，对应电压为U0.已知偏转角度θ与电势差U成正比．以Q表示两板带的电荷量，E表示两板间的电场强度．则下述过程中正确的是(　 　) A．将两板距离减小为原来的一半，则θ减小最后稳定为 B．换用频率ν2的紫外线继续照射锌板，θ增大为2θ0后稳定，则有h(ν2－ν1)＝U0e C．停止光照，将两板距离增大为原来的两倍，则Q增大为2Q，θ增大为2θ0 D．停止光照，将两板距离增大为原来的两倍，则θ增大为2θ0，E变大 6、如图，当电键K断开时，用光子能量为的一束光照射到阴极，发现电流表读数不为零。合上电键，调节滑线变阻器，发现当电压表读数小于时，电流表读数仍不为零；当电压表读数大于或等于时，电流表读数为零。由此可知阴极材料的逸出功为（ ） A． B． C． D． 7、真空中有一平行板电容器，两极板分别有铂和钾（其极限波长分别为和）制成，板面积为，间距为，现用波长为（）的单色光持续照射两板内表面，则电容器的最终带电量正比于（ ） A． B. C. D. 知识点2、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 。 2、爱因斯坦光电效应方程 2.1、表达式：hν＝ 或Ek＝ ，式中Ek为光电子的最大初动能，Ek＝mev。 2.2、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 。其中Ek为光电子的 初动能。 2.3、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。 3、光电效应方程对光电效应实验现象的解释 3.1、只有当hν>W0时，才有光电子逸出，νc＝就是光电效应的截止频率。 3.2、光电子的最大初动能Ek与 有关，而与光的 无关。这就解释了遏止电压和光强无关。 3.3、电子 吸收光子的全部能量，不需要积累能量的时间，光电流自然几乎是瞬时产生的。 3.4、对于同种颜色(频率ν相同)的光，光 时，包含的光子数较多，照射金属时产生的光电子较多，因而饱和电流较大。 思考：爱因斯坦光电效应方程给出了光电子的最大初动能Ek与入射光的频率ν的关系。但是，很难直接测量光电子的动能，容易测量的是遏止电压Uc，怎样得到Uc与ν、W0的关系？ 4、光电效应方程Ek＝hν－W0的应用 4.1．光电效应方程的理解 (1)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. 4.2．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＝＝. 专题讲练2 1、(多选)某同学用如图所示的装置研究光电效应现象，开始时，滑动变阻器滑片c移到最右端b点。用光子能量为4.2 eV的光照射到光电管上，此时电流表G有读数。向左移动滑动变阻器的滑片c，当电压表的示数大于或等于1.5 V时，电流表读数为0，则以下说法正确的是(　 　) A．光电子最大初动能为2.7 eV B．光电管阴极的逸出功为2.7 eV C．当电流表示数为零时，断开开关，电流表示数不再为零 D．将电源的正负极调换，滑动变阻器滑片从b移到a，电流表的示数一直增大 2、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，且所产生的光电子的最大初动能分别为EkA、EkB，普朗克常量为h，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．所产生光电子的最大初动能之比为2∶1 C．该金属的逸出功W0＝EkA－2EkB D．该金属的截止频率νc＝ 属 钙 钠 钾 铷 W0/eV 3.20 2.29 2.25 2.13 3．四种金属的逸出功W0如表所示，以下说法正确的是( 　) A.逸出功就是使电子脱离金属所做的功 B．四种金属中，钙的截止频率最小 C．若某种光照射钠时有光电子逸出，则照射钙时也一定有光电子逸出 D．若某种光照射四种金属时均发生光电效应，则铷逸出光电子的最大初动能最大 4、(多选)已知使某种金属发生光电效应的截止频率为νc，普朗克常量为h，则(　 　) A．当用频率为2νc的单色光照射该金属时，一定能产生光电子 B．当用频率为2νc的单色光照射该金属时，所产生的光电子的最大初动能为hνc C．当照射光的频率ν大于νc时，若ν增大，则逸出功增大 D．当照射光的频率ν大于νc时，若ν增大一倍，则光电子的最大初动能也增加一倍 5、在光电效应实验中，某金属的逸出功为W0＝，若用波长为λ(λ<λ0)的单色光做该实验，已知电子的电荷量、真空中的光速和普朗克常量分别为e、c和h。则其遏止电压为(　 　) A．e B. C. D. 6、用频率为ν的光照射某金属表面时，逸出的光电子的最大初动能为Ek；若改用频率为3ν的光照射该金属，则逸出的光电子的最大初动能为(　 　) A．3Ek B．2Ek C．3hν－Ek D．2hν＋Ek 7、单光子光电效应，即一个电子极短时间内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，一个电子在短时间内能吸收多个光子形成多光子光电效应。用频率为ν的普通光源照射金属，没有发生光电效应，换同样频率为ν的强激光照射，则可以发生光电效应，测得其遏止电压为U，该金属的逸出功为W，则发生光电效应时一个电子能吸收的光子个数为(　 　) A. B. C. D. 8、如图甲，合上开关，用光子能量为2.5 eV的一束光照射阴极K，发现电流表读数不为零。调节滑动变阻器，发现当电压表读数小于0.60 V时，电流表读数仍不为零，当电压表读数大于或等于0.60 V时，电流表读数为零。把电路改为图乙，当电压表读数为2 V时，逸出功及电子到达阳极时的最大动能为(　 　) A．1.5 eV　0.6 eV B．1.7 eV　1.9 eV C．1.9 eV　2.6 eV D．3.1 eV　4.5 eV 9、某同学采用如图所示的装置来研究光电效应现象．某单色光照射光电管的阴极K时，会发生光电效应现象，闭合开关S，在阳极A和阴极K之间加反向电压，通过调节滑动变阻器的滑片逐渐增大电压，直到电流计中电流恰为零，此时电压表显示的电压值U称为遏止电压．现分别用频率为ν1和ν2的单色光照射阴极，测量到的遏止电压分别为U1和U2，设电子质量为m，电荷量为e，则下列关系式中不正确的是(　 　) A．频率为ν1的单色光照射阴极K时光电子的最大初速度vm1＝ B．阴极K金属的截止频率ν0＝ C．普朗克常量h＝ D．阴极K金属的逸出功W0＝ 10、在光电效应实验中，用频率为1.5ν的A光和频率为ν的B光分别照射同一金属，A光照射时的遏止电压是B光照射时遏止电压的2倍，则该金属发生光电效应的截止频率为(　 　) A.ν B.ν C.ν D.ν 11、如图为某同学设计的一个光电烟雾探测器，光源S发出一束波长为0.8 μm的红外线，当有烟雾进入探测器时，来自光源S的红外线会被烟雾散射进入光电管C，当红外线射到光电管中的金属表面时发生光电效应，光电流大于8×10－9 A时，便会触发报警系统。已知元电荷e＝1.6×10－19 C，光在真空中的传播速度为3×108 m/s，下列说法正确的是(　 　) A．光电流的大小与光照强度无关 B．若光源发出的是可见光，则该装置将会失去报警功能 C．该金属的极限频率大于3.75×1014 Hz D．若射向光电管C的光子中有10%会产生光电子，当报警器报警时，每秒射向该金属表面的光子数最少为5×1011个 12、(多选)利用如图所示的电路研究光电效应现象，其中电极K由金属钾制成，其逸出功为2.25 eV。用某一频率的光照射时，逸出光电子的最大初动能为1.50 eV，电流表的示数为I。已知普朗克常量约为6.6×10－34 J·s。下列说法中正确的是(　 　) A.金属钾发生光电效应的极限频率约为5.5×1014 Hz B.若入射光频率加倍，光电子的最大初动能变为3.00 eV C.若入射光频率加倍，电流表的示数变为2I D.若入射光频率加倍，遏止电压的大小将变为5.25 V 13、 (多选)用波长为λ和3λ的光照射同一种金属，分别产生的速度最快的光电子速度之比为3∶1，普朗克常量和真空中光速分别用h和c表示，那么下列说法正确的有(　 　) A.该种金属的逸出功为 B.该种金属的逸出功为 C.波长超过4λ的光都不能使该金属发生光电效应 D.波长超过3λ的光都不能使该金属发生光电效应 14、(多选)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 15、如图所示装置，阴极K用极限波长为 λc＝0.66 μm的金属制成。若闭合开关S，用波长为λ＝0.50 μm的绿光照射阴极，调整两极间的电压，使电流表的示数最大，最大示数为0.64 μA。已知普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s。 (1)求阴极每秒发射的光电子数和光电子飞出阴极时的最大初动能。 (2)如果将照射阴极的绿光的光强增大为原来的2倍，求阴极每秒发射的光电子数和光电子飞出阴极时的最大初动能。 16、我国中微子探测实验利用光电管把光信号转换为电信号。如图所示，A和K分别是光电管的阳极和阴极，加在A、K之间的电压为U。现用发光功率为P的激光器发出频率为ν的光全部照射在K上，回路中形成电流。已知阴极K材料的逸出功为W0，普朗克常量为h，电子电荷量为e。 (1)若对调电源正、负极，光电管两端电压至少为多少，才可使电流表G示数为零； (2)若每入射100个光子会产生1个光电子，所有的光电子都能到达A，求回路的电流I。 17、我国中微子探测实验利用光电管把光信号转换为电信号．如图所示，A和K分别是光电管的阳极和阴极，加在A、K之间的电压为U.现用发光功率为P的激光器发出波长为λ的光全部照射在K上，回路中形成电流，若将电源的正负极对调，回路中电流恰好为0.已知光速为c，普朗克常量为h，电子电荷量为e，电源内阻不计．求： (1)每秒钟到达K极的光子数量n； (2)阴极K材料的逸出功W0； (3)电源正负极不对调时，光电子到达A的最大动能Ekm. 1 物理学习的核心在于思维 最基本的知识、方法才是最重要的； 30%兴趣+30%信心+30%方法+10%勤奋+l%天赋>100%成功初三物理暑假课程 学科网（北京）股份有限公司 $普高物理2021新教材选修3第14章微观粒子的波粒二象性 第2讲 光电效应（讲义）--教师版（定稿） 普高物理2021新教材选修3第14章微观粒子的波粒二象性 第2讲 光电效应（讲义） 知识点1、光电效应的实验规律 情景导学：如图所示，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。 (1)观察到验电器指针如何变化？ (2)这个现象说明什么？ 答案　(1)指针张角变小 (2)说明紫外线会让电子从锌板表面逸出。 1、光电效应现象 1.1、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。 1.2、光电子：光电效应中发射出来的电子。 2、光电效应实验探究 用如图所示的电路可以研究光电效应中电子发射的情况与照射光的强弱、光的颜色（频率）等物理量之间的关系。 阴极和阳极是密封在真空玻璃管中的两个电极，在受到光照射时能够发射光电子。与之间电压的大小可以调整，电源的正负极也可以对调。电源按图示极性连接时，阳极吸收阴极发出的光电子，在电路中形成光电流。 3、光电效应的实验规律 3.1、存在截止频率或极限频率νc：当入射光的频率小于 某一数值νc时不发生光电效应。 实验表明：不同金属的截止频率不同 。换句话说，截止频率与金属自身的性质 有关。 3.2、存在饱和电流：在光照条件不变的情况下，随着所加电压的增大，光电流趋于一个饱和值。频率不变时，入射光越强，饱和电流越大。 这表明对于一定频率(颜色)的光，入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多。 3.3、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。遏止电压的存在意味着光电子具有一定的初速度。 同一种金属对于一定频率的光，无论光的强弱如何，遏止电压都是一样的。光的频率改变时遏止电压也会改变。这意味着对于同一种金属，光电子的能量只与入射光频率有关，而与光的强弱无关。 3.4、光电效应具有瞬时性：当频率超过截止频率νc时，无论入射光怎样微弱，照到金属时会立即产生光电流。 4、光电效应经典解释中的疑难 4.1、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”)。 4.2、光电效应经典解释 ①不应存在 截止 频率。 ②遏止电压Uc应该与光的强弱 有 关。 ③弱光照射时电子获得逸出表面所需的能量需要的时间应远远大于实验中产生光电流的时间。 思考：图甲是研究光电效应现象的装置图，图乙是研究光电效应的电路图，请结合装置图及产生的现象回答下列问题： (1)在甲图中发现，利用紫光照射锌板无论光的强度如何变化，验电器都有张角，而用红光照射锌板，无论光的强度如何变化，验电器始终无张角，这说明了什么？ (2)在乙图中给光电管两端加正向电压，用一定强度的光照射时，若增加电压，电流表示数不变，而光强增加时，保持所加电压不变，电流表示数会增大，这说明了什么？ (3)在乙图中若加反向电压，当光强增大时，遏止电压不变，而入射光的频率增加时，遏止电压却增加，这一现象说明了什么？ 提示　(1)金属能否发生光电效应，决定于入射光的频率，与入射光的强度无关。 (2)发生光电效应时，饱和光电流的强度与光的强度有关。 (3)光电子的最大初动能与入射光频率有关，与光的强度无关。 5、光电子的理解：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。 6、截止频率的理解：频率低于νc的入射光，无论光的强度多大，照射时间多长，都不能使光电子逸出。 7、光子的能量与入射光的强度 光子的能量即每个光子的能量，其值为ε＝hν(ν为光子的频率)，其大小由光的频率决定。入射光的强度指单位时间内照射到金属表面单位面积上的总能量，入射光的强度等于单位时间内光子能量hν与入射光子数n的乘积。即入射光的强度等于nhν。 8、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。 9、光的强度与饱和光电流 饱和光电流与入射光强度成正比的规律是对频率相同的光照射金属产生光电效应而言的。对于不同频率的光，由于每个光子的能量不同，饱和光电流与入射光强度之间没有简单的正比关系。 专题讲练1 1.1、光电效应现象 1、如图所示，用导线将验电器与锌板连接，触摸锌板使验电器指示归零。用紫外线照射锌板，验电器指针发生明显偏转，接着用毛皮摩擦过的橡胶棒靠近锌板，发现验电器指针张角减小，此现象说明锌板带了___________（选填“正”或“负”）电；若改用红外线重复以上实验，发现验电器指针不会发生偏转，说明金属锌的截止频率___________（选填“大于”或“小于”）红外线的频率。 正，大于 2、如图所示，在演示光电效应的实验中，某同学分别用a、b两种单色光照射锌板．发现用a光照射时与锌板连接的验电器的指针张开一定角度；用b光照射时与锌板连接的验电器的指针不动．下列说法正确的是(　C　) A．增大b光的照射强度，验电器的指针有可能张开一定角度 B．增大a光的照射强度，光电子的最大初动能增加 C．a光的频率大于b光的频率 D．若用b光照射另一种金属能发生光电效应，则用a光照射该金属时可能不会发生光电效应 3、原来不带电的锌板与验电器相连，用紫外线照射锌板，验电器指针张开一个角度，如图所示。这时（ C ）弧光灯 锌板 验电器 A．锌板带负电，验电器指针带正电 B．锌板带负电，验电器指针带负电 C．锌板带正电，验电器指针带正电 D．锌板带正电，验电器指针带负电 4、如图所示，在演示光电效应的实验中，用弧光灯发出的紫外光照射锌板，发现与锌板导线相连接的验电器的指针张开一个角度。则用下列电磁波照射锌板也一定能使验电器指针张开的是( B )锌板 验电器 （A）可见光 （B）γ射线 （C）红外光 （D）无线电波 5、（1）如图用弧光灯照射锌板做光电效应实验，有光电子从锌板逸出，验电器带 正 电。 （2）以下关于该实验的说法中正确的是（ C ） A.实验中，若用γ射线照射锌板，不能发生光电效应 B.实验中，若用可见光照射锌板，也能发生光电效应 C.发生光电效应时，入射光越强，单位时间产生的光电子数越多 D.发生光电效应时，入射光越强，光子的能量就越大 6、如图所示，把一块不带电的锌板用导线连接在验电器上，当用某频率的紫外线照射锌板时，发现验电器指针偏转一定角度，下列说法正确的是(　D　) A．验电器带正电，锌板带负电 B．验电器带负电，锌板也带负电 C．若改用红光照射锌板，验电器的指针一定也会偏转 7、在演示光电效应实验中，原来不带电的一块锌板与灵敏验电器相连，用紫外线灯照射锌板时，验电器的指针张开一个角度，如图所示，下列说法正确的是(　A　) A.验电器的指针带正电 B.若仅增大紫外线的频率，则锌板的逸出功增大 C.若仅增大紫外线灯照射的强度，则单位时间内产生的光电子数减少 D.若仅减小紫外线灯照射的强度，则可能不发生光电效应 1.2、光电效应实验探究 1、用如图所示的装置研究光电效应现象，当用某种频率的光照射到光电管上时，电流表的读数为I.则(　A　) A．将开关S断开，也会有电流通过电流表 B．将滑动变阻器的触点c向a移动，光电子到达阳极时的速度必将变小 C．如果减小入射光的光强，光电管中可能不会有光电子产生 D．如果将电池极性反转，光电管中可能不会有光电子产生 2、用如图所示的光电管研究光电效应的实验中，用某种频率的单色光a照射光电管阴极K，电流计G的指针发生偏转．而用另一频率的单色光b照射光电管阴极K时，电流计G的指针不发生偏转，那么(　D　) A．a光的波长一定大于b光的波长 B．增加b光的强度可能使电流计G的指针发生偏转 C．用a光照射光电管阴极K时通过电流计G的电流是由d到c D．只增加a光的强度可使通过电流计G的电流增大 3、图示为光电管的工作电路，要使电路中形成较强的光电流，须在A、K两电极间加一直流电压，则（ A ） （A）电源正极应接在P点，光电子从电极K发出 （B）电源正极应接在Q点，光电子从电极K发出 （C）电源正极应接在P点，光电子从电极A发出 （D）电源正极应接在Q点，光电子从电极A发出 4、如图所示，在演示光电效应的实验中，某同学分别用a、b两种单色光照射锌板。发现用a光照射时与锌板连接的验电器的指针张开一定角度；用b光照射时与锌板连接的验电器的指针不动。下列说法正确的是(　C　) A．增大b光的照射强度，验电器的指针有可能张开一定角度 B．a光在真空中的波长大于b光在真空中的波长 C．a光的频率大于b光的频率 D．若用b光照射另一种金属能发生光电效应，则用a光照射该金属时可能不会发生光电效应 5、利用光电管研究光电效应的实验电路如图所示，用频率为ν的可见光照射阴极K，电流表中有电流通过，则(　D　) A.用紫外线照射，电流表不一定有电流通过 B.用红外线照射，电流表一定无电流通过 C.用频率为ν的可见光照射阴极K，当滑动变阻器的滑动触头P移到A端时，电流表中一定无电流通过 D.用频率为ν的可见光照射阴极K，当滑动变阻器的滑动触头P向B端滑动时，电流表示数可能不变 D．若改用同等强度、频率更高的紫外线照射锌板，验电器的指针也会偏转 6、如图所示为研究光电效应现象的实验装置，真空光电管的阴极K涂有一层光电材料，阳极A是金属材料。当用紫光照射阴极K时，微安表μA中能检测到光电流，下列说法正确的是( A ) A．若增大紫光的光照强度，光电流一定会增大 B．若用紫光照射阳极A时，一定也有光电流 C．若换用红光照射阴极K时，一定也有光电流 D．若停止用紫光照射阴极K，能观测到光电流缓慢减小直至为0 8、研究光电效应的实验电路图如图所示，滑动变阻器滑片处于图示位置。用绿光照射阴极K时，电流表示数为零，要使得电流表有示数(　C　) A．可将照射光改为红光 B．可将电源正负极调换 C．可改变阴极K的材料 D．可将滑动变阻器滑片向左移动 8、关于光电效应，下列说法正确的是(　B　) A.光电效应是原子核吸收光子向外释放电子的现象 B.饱和光电流的强度与入射光的强度有关，且随入射光强度的增强而增强 C.金属的逸出功与入射光的频率成正比 D.用不可见光照射某金属，比用可见光照射同种金属产生的光电子的最大初动能大 9、(多选)如图所示是一个研究光电效应的电路图，下列叙述中正确的是(　BD　) A.保持光照条件不变，滑片P向右滑动的过程中，电流表示数将一直增大 B.只调换电源的极性，移动滑片P，当电流表示数为零时，电压表示数为遏止电压Uc的数值 C.阴极K需要预热，光束照射后需要一定的时间才会有光电流 D.不改变光束颜色和电路，增大入射光束强度，电流表示数会增大 10、在利用光电管装置研究光电效应的实验中，使用某一频率的光照射光电管阴极时，有光电流产生。下列说法正确的是(　A　) A.光电效应揭示了光的粒子性 B.在光电效应实验中，光电子的最大初动能与入射光频率成正比 C.保持入射光的频率不变，不断减小入射光的强度，遏止电压将减小 D.保持入射光的频率不变，增大入射光的强度，光电子的最大初动能一定变大 11、(多选)现用某一光电管进行光电效应实验，当用某一频率的光入射时，有光电流产生。下列说法正确的是(　AC　) A.保持入射光的频率不变，入射光的光强变大，饱和光电流变大 B.入射光的频率变高，饱和光电流变大 C.入射光的频率变高，光电子的最大初动能变大 D.保持入射光的光强不变，不断减小入射光的频率，始终有光电流产生 12、在右图所示的光电管的实验中，发现用一定频率的A单色光照射光电管式，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 （ AC ）（多选）光电管 电源 G a b 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G的电流方向是a流向b D. 用A光照射光电管时流过电流表G的电流方向是b流向a 1.3、光电效应的实验规律 1、关于光电效应的实验规律，下列说法正确的是（ AD ）（多选） A．无论入射光多强，只要光的频率小于截止频率就不能产生光电效应 B．无论光的频率多低，只要光照时间足够长就能产生光电效应 C．超过截止频率的入射光越强，产生光电子的最大初动能就越大 D．超过截止频率的入射光频率越高，产生光电子的最大初动能就越大 2、对光电效应的解释，正确的是（ BD ）（多选） A．金属内的每个电子可以吸收一个或一个以上的光子，当它积累的动能足够大时，就能逸出金属表面 B．如果入射光子的能量小于金属表面的电子克服原子核的引力逸出时需要做的最小功，光电效应便不能发生了 C．发生光电效应时，入射光越强，光子的能量就越大，光电子的最大初动能就越大 D．由于不同的金属的逸出功是不相同的，因此使不同金属产生光电效应的入射光的最低频率也不相同 3．某单色光照射某金属时不能产生光电效应，则下述措施中，可能使该金属产生光电效应的是(　C　) A．延长光照时间 B．增大光的强度 C．换用频率更高的光照射 D．换用波长更长的光照射 4、关于光电效应，下列说法正确的是（ A ） A．极限频率越大的金属材料逸出功越大 B．只要光照射的时间足够长，任何金属都能产生光电效应 C．从金属表面出来的光电子的最大初动能越大，这种金属的逸出功就越小 D．入射光的光强一定时，频率越高，单位时间内逸出的光电子数就越多 5、在光电效应实验中，下述结论中正确的是（ ACD ）（多选） A．发生光电效应时，使入射光的强度增大，单位时间内产生的光电子数也随之增加 B．发生光电效应时，使入射光的波长减小，有可能不产生光电子 C．紫光照射能产生光电子，则射线照射一定能产生光电子 D．发生光电效应时，使入射光的频率增大，产生的光电子最大初动能也一定增大 6、不带电的锌板和验电器用导线相连．若用甲灯照射锌板，验电器的金属箔片不张开；若用乙灯照射锌板，验电器的金属箔片张开，如图所示，则与甲灯相比，乙灯发出的光( A ) A．频率更高 B．波长更大 C．光照强度更强 D．速度更大 7、光电效应的实验结论是：对于某种金属（ AD ）（多选） （A）无论光强多强，只要光的频率小于极限频率就不能产生光电效应 （B）无论光的频率多低，只要光照时间足够长就能产生光电效应 （C）超过极限频率的入射光强度越弱，所产生的光电子的最大初动能就越小 （D）超过极限频率的入射光频率越高，所产生的光电子的最大初动能就越大 8、三束单色光①、②、③的频率分别为1、2、3（已知1<2<3）。某种金属在光束②照射下，能产生光电子。则该金属（ C ） （A）在光束①照射下，一定能产生光电子 （B）在光束①照射下，一定不能产生光电子 （C）在光束③照射下，一定能产生光电子 （D）在光束③照射下，一定不能产生光电子 9、在光电效应实验中，用某一频率的光照射光电管阴极，发生了光电效应，下列方法可使光电子的最大初动能变大的是(　C　) A．仅增大入射光的强度 B．仅延长照射时间 C．仅增大入射光的频率 D．仅增大入射光的波长 10、在光电效应实验中，某实验小组用同种频率的单色光，先后照射锌和银的表面，都能产生光电效应．对这两个过程，下列四个物理量中，可能相同的是(　A　) A．饱和光电流 B．遏止电压 C．光电子的最大初动能 D．逸出功 11、已知能使某金属产生光电效应的极限频率为ν0 ( AB )（多选） A. 当用频率为2ν0的单色光照射该金属时，一定能产生光电子 B. 当用频率为2ν0的单色光照射该金属时，所产生的光电子的最大初动能为hν0 C. 照射光的频率ν大于ν0时，若ν增大，则逸出功增大 D. 照射光的频率ν大于ν0时，若ν增大一倍，则光电子的最大初动能也增大一倍 12、利用如图所示的电路研究光电效应现象，滑片P的位置在O点的正上方。已知入射光的频率大于阴极K的截止频率，且光的强度较大，则(　D　) A．减弱入射光的强度，遏止电压变小 B．P不移动时，微安表的示数为零 C．P向a端移动，微安表的示数增大 D．P向b端移动，光电子到达阳极A的最大动能增大 遏止电压仅与入射光频率有关，与强度无关，故A错误；P不移动时，滑片P在O点正上方，光电管两端电压为零，由于入射光的频率大于阴极K的截止频率，则会发生光电效应，微安表应有示数，故B错误；P向a端移动，则光电管两端所加电压为负向电压，阻碍电子向A板运动，则光电流变小，微安表的示数变小，故C错误；P向b端移动，则光电管两端所加电压为正向电压，由eUAK＝EkA－Ek初，光电子到达阳极A的最大动能增大，故D正确。 13、如图所示，用某一频率的光照射光电管的阴极，阴极材料的逸出功为W，光电子的最大初动能为Ek.将开关S闭合，并从滑动变阻器的最左端缓慢向右移动滑片至滑动变阻器的最右端，发现电流表示数逐渐增大．已知h为普朗克常量，下列说法中正确的是(　D　) A．A端接的是电源的负极 B．滑片移至滑动变阻器的最右端时，电流表中的电流一定为饱和光电流 C．入射光的频率可能为 D．若将电源极性颠倒，从滑动变阻器的最左端缓慢向右移动滑片，当电流表示数刚好为零时，电压表示数为U＝ 解析　向右移动滑片，电流表示数逐渐增大，说明电子从阴极向左做加速运动，所以极板间电场方向从左向右，与光电子的初速度方向相反，故A端接电源的正极，故A错误； 向右移动滑片到最右端，电流逐渐增大，但不能确定最大的电流是否为饱和光电流，故B错误； 根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W，得ν＝，故C错误； 若将电源极性颠倒，光电子在极板间做减速运动，已知电流表示数刚好为零．则有Ue＝Ek，解得U＝，故D正确． 1.4、实验规律的简单应用 1、已知可见光束由、、三种单色光组成，经检测发现、两种色光的频率都大于色光，又发现色光能使某金属发生光电效应而色光不能，那么光束通过三棱镜后的情况应是（ A ） A B C D 2、用某种频率的紫外线分别照射铯、锌、铂三种金属，从铯中发射出光电子的最大初动能是，从锌中发射出光电子的最大初动能是，铂没有光电子射出。则在这三种金属中，逸出功最大的是__________，最小的是__________。 答案：铂，铯 3、一单色光在某种介质中的波长是，传播速度是，则此单色光在真空中的波长为___________，频率为___________，每个光子的能量为___________。 答案：，， 4、利用光电管产生光电流的电路图如图所示。电源的正极应接在 a （填“a”或“b”）端；若电流表读数为8μA，则每秒从光电管阴极发射的光电子数至少是 6×1013 个。（已知电子电量为e=1.6×10-19C） 5、如图所示，由锌板与铜板构成平行板电容器，其中锌板与静电计相连，静电计金属外壳和铜板都接地，现用频率为ν1的紫外线照射锌板，静电计指针偏转，最后稳定在偏角θ0上，对应电压为U0.已知偏转角度θ与电势差U成正比．以Q表示两板带的电荷量，E表示两板间的电场强度．则下述过程中正确的是(　B　) A．将两板距离减小为原来的一半，则θ减小最后稳定为 B．换用频率ν2的紫外线继续照射锌板，θ增大为2θ0后稳定，则有h(ν2－ν1)＝U0e C．停止光照，将两板距离增大为原来的两倍，则Q增大为2Q，θ增大为2θ0 D．停止光照，将两板距离增大为原来的两倍，则θ增大为2θ0，E变大 6、如图，当电键K断开时，用光子能量为的一束光照射到阴极，发现电流表读数不为零。合上电键，调节滑线变阻器，发现当电压表读数小于时，电流表读数仍不为零；当电压表读数大于或等于时，电流表读数为零。由此可知阴极材料的逸出功为（ A ） A． B． C． D． 7、真空中有一平行板电容器，两极板分别有铂和钾（其极限波长分别为和）制成，板面积为，间距为，现用波长为（）的单色光持续照射两板内表面，则电容器的最终带电量正比于（ D ） A． B. C. D. 知识点2、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、爱因斯坦光电效应方程 2.1、表达式：hν＝ Ek＋W0 或Ek＝ hν－W0 ，式中Ek为光电子的最大初动能，Ek＝mev。 2.2、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。其中Ek为光电子的最大初动能。 2.3、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。 3、光电效应方程对光电效应实验现象的解释 3.1、只有当hν>W0时，才有光电子逸出，νc＝就是光电效应的截止频率。 3.2、光电子的最大初动能Ek与入射光的频率ν有关，而与光的强弱无关。这就解释了遏止电压和光强无关。 3.3、电子一次性吸收光子的全部能量，不需要积累能量的时间，光电流自然几乎是瞬时产生的。 3.4、对于同种颜色(频率ν相同)的光，光较强时，包含的光子数较多，照射金属时产生的光电子较多，因而饱和电流较大。 思考：爱因斯坦光电效应方程给出了光电子的最大初动能Ek与入射光的频率ν的关系。但是，很难直接测量光电子的动能，容易测量的是遏止电压Uc，怎样得到Uc与ν、W0的关系？ 答案　由光电效应方程有Ek＝hν－W0，而遏止电压Uc与最大初动能的关系为eUc＝Ek，所以可得Uc与入射光频率ν的关系式是eUc＝hν－W0，即Uc＝ν－。 4、光电效应方程Ek＝hν－W0的应用 4.1．光电效应方程的理解 (1)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. 4.2．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＝＝. 专题讲练2 1、(多选)某同学用如图所示的装置研究光电效应现象，开始时，滑动变阻器滑片c移到最右端b点。用光子能量为4.2 eV的光照射到光电管上，此时电流表G有读数。向左移动滑动变阻器的滑片c，当电压表的示数大于或等于1.5 V时，电流表读数为0，则以下说法正确的是(　BC　) A．光电子最大初动能为2.7 eV B．光电管阴极的逸出功为2.7 eV C．当电流表示数为零时，断开开关，电流表示数不再为零 D．将电源的正负极调换，滑动变阻器滑片从b移到a，电流表的示数一直增大 解析　根据题意知遏止电压Uc＝1.5 V，则光电子的最大初动能Ek＝eUc＝1.5 eV，根据爱因斯坦光电效应方程得W0＝hν－Ek＝4.2 eV－1.5 eV＝2.7 eV，故A错误，B正确；当电流表示数为零时，断开开关，这时没有反向遏止电压，电流表示数不为零，故C正确；将电源的正负极调换，滑动变阻器滑片从b移到a，当光电流达到饱和电流后，电流表的示数就不再变化，故D错误。 2、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，且所产生的光电子的最大初动能分别为EkA、EkB，普朗克常量为h，则下列说法正确的是(　C　) A．A、B两种光子的频率之比为1∶2 B．所产生光电子的最大初动能之比为2∶1 C．该金属的逸出功W0＝EkA－2EkB D．该金属的截止频率νc＝ 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，故A错误；EkA＝hνA－W0，EkB＝hνB－W0，解得＝≠，W0＝EkA－2EkB，故B错误，C正确；该金属的截止频率为νc＝＝， 属 钙 钠 钾 铷 W0/eV 3.20 2.29 2.25 2.13 3．四种金属的逸出功W0如表所示，以下说法正确的是(　D　) A.逸出功就是使电子脱离金属所做的功 B．四种金属中，钙的截止频率最小 C．若某种光照射钠时有光电子逸出，则照射钙时也一定有光电子逸出 D．若某种光照射四种金属时均发生光电效应，则铷逸出光电子的最大初动能最大 4、(多选)已知使某种金属发生光电效应的截止频率为νc，普朗克常量为h，则(　AB　) A．当用频率为2νc的单色光照射该金属时，一定能产生光电子 B．当用频率为2νc的单色光照射该金属时，所产生的光电子的最大初动能为hνc C．当照射光的频率ν大于νc时，若ν增大，则逸出功增大 D．当照射光的频率ν大于νc时，若ν增大一倍，则光电子的最大初动能也增加一倍 解析　由光电效应规律可知，当入射光的频率大于截止频率时能发生光电效应，故A正确；由爱因斯坦光电效应方程得：Ek＝hν－W0＝h·2νc－hνc＝hνc，故B正确；逸出功只取决于金属材料，与照射光的频率无关，故C错误；由Ek＝hν－W0知，D错误。 5、在光电效应实验中，某金属的逸出功为W0＝，若用波长为λ(λ<λ0)的单色光做该实验，已知电子的电荷量、真空中的光速和普朗克常量分别为e、c和h。则其遏止电压为(　D　) A．e B. C. D. 由光电效应方程可得Ek＝h－，由动能定理可得eUc＝Ek，联立可得Uc＝，故A、B、C错误，D正确。 6、用频率为ν的光照射某金属表面时，逸出的光电子的最大初动能为Ek；若改用频率为3ν的光照射该金属，则逸出的光电子的最大初动能为(　D　) A．3Ek B．2Ek C．3hν－Ek D．2hν＋Ek 解析　由爱因斯坦光电效应方程可知Ek＝hν－W0，Ek′＝h·3ν－W0，所以Ek′＝2hν＋Ek，D正确． 7、单光子光电效应，即一个电子极短时间内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，一个电子在短时间内能吸收多个光子形成多光子光电效应。用频率为ν的普通光源照射金属，没有发生光电效应，换同样频率为ν的强激光照射，则可以发生光电效应，测得其遏止电压为U，该金属的逸出功为W，则发生光电效应时一个电子能吸收的光子个数为(　C　) A. B. C. D. 解析　设发生光电效应时一个电子能吸收的光子个数为n，根据光电效应方程可得Ekm＝nhν－W，根据动能定理可得－eU＝0－Ekm，联立解得n＝，C正确，A、B、D错误。 8、如图甲，合上开关，用光子能量为2.5 eV的一束光照射阴极K，发现电流表读数不为零。调节滑动变阻器，发现当电压表读数小于0.60 V时，电流表读数仍不为零，当电压表读数大于或等于0.60 V时，电流表读数为零。把电路改为图乙，当电压表读数为2 V时，逸出功及电子到达阳极时的最大动能为(　C　) A．1.5 eV　0.6 eV B．1.7 eV　1.9 eV C．1.9 eV　2.6 eV D．3.1 eV　4.5 eV 解析　设用光子能量为2.5 eV的光照射时，光电子的最大初动能为Ekm，阴极材料逸出功为W0，当反向电压达到U＝0.60 V以后，具有最大初动能的光电子也达不到阳极 因此，有eU＝Ekm，Ekm＝hν－W0 联立以上二式得：Ekm＝0.6 eV，W0＝1.9 eV。所以此时最大初动能为0.6 eV，该材料的逸出功为1.9 eV。当电压表读数为2 V时，则电子到达阳极时的最大动能为Ekm＝0.6 eV＋2 eV＝2.6 eV，故C正确，A、B、D错误。 9、某同学采用如图所示的装置来研究光电效应现象．某单色光照射光电管的阴极K时，会发生光电效应现象，闭合开关S，在阳极A和阴极K之间加反向电压，通过调节滑动变阻器的滑片逐渐增大电压，直到电流计中电流恰为零，此时电压表显示的电压值U称为遏止电压．现分别用频率为ν1和ν2的单色光照射阴极，测量到的遏止电压分别为U1和U2，设电子质量为m，电荷量为e，则下列关系式中不正确的是(　C　) A．频率为ν1的单色光照射阴极K时光电子的最大初速度vm1＝ B．阴极K金属的截止频率ν0＝ C．普朗克常量h＝ D．阴极K金属的逸出功W0＝ 解析　光电子在电场中做减速运动，根据动能定理得：－eU1＝0－mvm12，则得光电子的最大初速度：vm1＝，故A正确；根据爱因斯坦光电效应方程得：hν1＝eU1＋W0，hν2＝eU2＋W0 联立可得普朗克常量为：h＝， 代入可得金属的逸出功： W0＝hν1－eU1＝ 阴极K金属的截止频率为 ν0＝＝＝ 故C错误，B、D正确． 10、在光电效应实验中，用频率为1.5ν的A光和频率为ν的B光分别照射同一金属，A光照射时的遏止电压是B光照射时遏止电压的2倍，则该金属发生光电效应的截止频率为(　B　) A.ν B.ν C.ν D.ν 解析　根据光电效应方程Ek＝hν－W0＝eUc可得： 对A光，有 Ek1＝1.5hν－W0＝eUc1 对B光，有 Ek2＝hν－W0＝eUc2 且有＝2 解得：W0＝hν 再由W0＝hνc可得：νc＝＝＝ν，故B正确，A、C、D错误． 11、如图为某同学设计的一个光电烟雾探测器，光源S发出一束波长为0.8 μm的红外线，当有烟雾进入探测器时，来自光源S的红外线会被烟雾散射进入光电管C，当红外线射到光电管中的金属表面时发生光电效应，光电流大于8×10－9 A时，便会触发报警系统。已知元电荷e＝1.6×10－19 C，光在真空中的传播速度为3×108 m/s，下列说法正确的是(　D　) A．光电流的大小与光照强度无关 B．若光源发出的是可见光，则该装置将会失去报警功能 C．该金属的极限频率大于3.75×1014 Hz D．若射向光电管C的光子中有10%会产生光电子，当报警器报警时，每秒射向该金属表面的光子数最少为5×1011个 解析　光电流的大小与光照强度有关。在达到饱和电流之前，光照强度越大，光电流越大，故A错误；根据报警器的工作原理可知，由于可见光的光子能量大于红外线的光子能量，所以若光源发出的是可见光，则该装置不会失去报警功能，故B错误；根据波长与频率的关系式，有c＝λν，代入数据，可得ν＝3.75×1014 Hz，根据光电效应原理，可知该金属的极限频率小于3.75×1014 Hz，故C错误；当光电流等于8×10－9 A时，光电子的数目为N＝个＝5×1010个，若射向光电管C的光子中有10%会产生光电子，故光子最少为个＝5×1011个，故D正确。 12、(多选)利用如图所示的电路研究光电效应现象，其中电极K由金属钾制成，其逸出功为2.25 eV。用某一频率的光照射时，逸出光电子的最大初动能为1.50 eV，电流表的示数为I。已知普朗克常量约为6.6×10－34 J·s。下列说法中正确的是(　AD　) A.金属钾发生光电效应的极限频率约为5.5×1014 Hz B.若入射光频率加倍，光电子的最大初动能变为3.00 eV C.若入射光频率加倍，电流表的示数变为2I D.若入射光频率加倍，遏止电压的大小将变为5.25 V 解析　由W0＝hνc可知νc≈5.5×1014 Hz，故A正确；由爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0，可知入射光频率加倍，光电子的最大初动能大于3.00 eV，故B错误；入射光频率加倍，电流变大，但不是加倍的关系，故C错误；由爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0，可知入射光频率加倍，则Ek1＝2hν－W0，又最大初动能与遏止电压的关系Ek1＝eUc，解得Uc＝5.25 V，故D正确。 13、 (多选)用波长为λ和3λ的光照射同一种金属，分别产生的速度最快的光电子速度之比为3∶1，普朗克常量和真空中光速分别用h和c表示，那么下列说法正确的有(　BC　) A.该种金属的逸出功为 B.该种金属的逸出功为 C.波长超过4λ的光都不能使该金属发生光电效应 D.波长超过3λ的光都不能使该金属发生光电效应 解析　根据光电效应方程可知mv＝－W逸出功，mv＝－W逸出功，其中vm1∶vm2＝3∶1，解得W逸出功＝，选项A错误，B正确；因为波长为4λ的光恰能使该金属发生光电效应，则波长超过4λ的光都不能使该金属发生光电效应，选项C正确，D错误。 14、(多选)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(　BC　) 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 解析　由爱因斯坦光电效应方程得Ek＝hν－W0，由动能定理得Ek＝eU，若分别用a、b单色光照射同种金属时，逸出功W0相同。当νa＞νb时，一定有Eka＞Ekb，Ua＞Ub，故选项A错误，B正确；若Ua＜Ub，则一定有Eka＜Ekb，故选项C正确；因逸出功相同，有W0＝ hνa－ Eka＝ hνb－ Ekb，故选项D错误。 15、如图所示装置，阴极K用极限波长为 λc＝0.66 μm的金属制成。若闭合开关S，用波长为λ＝0.50 μm的绿光照射阴极，调整两极间的电压，使电流表的示数最大，最大示数为0.64 μA。已知普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s。 (1)求阴极每秒发射的光电子数和光电子飞出阴极时的最大初动能。 (2)如果将照射阴极的绿光的光强增大为原来的2倍，求阴极每秒发射的光电子数和光电子飞出阴极时的最大初动能。 答案　(1)4.0×1012　9.6×10－20 J　 (2)8.0×1012　9.6×10－20 J 解析　(1)当阴极发射的光电子全部到达阳极时，光电流达到饱和。由电流可知每秒到达阳极的光电子数，即阴极每秒发射的光电子个数 n＝＝＝4.0×1012 根据爱因斯坦光电效应方程可知，光电子的最大初动能为 Ek＝hν－W0＝h－h 代入数据可得Ek＝9.6×10－20 J。 (2)如果照射光的频率不变，最大初动能不变，光强加倍，则每秒发射的光电子数加倍，饱和电流增大为原来的2倍，则绿光的光强增大为原来的2倍后，阴极每秒发射的光电子个数 n′＝2n＝8.0×1012 光电子的最大初动能仍然为Ek＝9.6×10－20 J。 16、我国中微子探测实验利用光电管把光信号转换为电信号。如图所示，A和K分别是光电管的阳极和阴极，加在A、K之间的电压为U。现用发光功率为P的激光器发出频率为ν的光全部照射在K上，回路中形成电流。已知阴极K材料的逸出功为W0，普朗克常量为h，电子电荷量为e。 (1)若对调电源正、负极，光电管两端电压至少为多少，才可使电流表G示数为零； (2)若每入射100个光子会产生1个光电子，所有的光电子都能到达A，求回路的电流I。 答案　(1)　(2) 解析　(1)根据光电效应方程有Ekm＝hν－W0，设遏止电压为U， 根据动能定理得eU＝Ekm， 解得U＝ (2)设t时间内通过的电荷量为q， 根据电流的定义有q＝It， 设光电子数为n，q＝ne，n＝ ，解得I＝。 17、我国中微子探测实验利用光电管把光信号转换为电信号．如图所示，A和K分别是光电管的阳极和阴极，加在A、K之间的电压为U.现用发光功率为P的激光器发出波长为λ的光全部照射在K上，回路中形成电流，若将电源的正负极对调，回路中电流恰好为0.已知光速为c，普朗克常量为h，电子电荷量为e，电源内阻不计．求： (1)每秒钟到达K极的光子数量n； (2)阴极K材料的逸出功W0； (3)电源正负极不对调时，光电子到达A的最大动能Ekm. 答案　(1)　(2)－Ue　(3)2Ue 解析　(1)每秒钟到达K极的光子数量为n， 则nhν＝Pt，又ν＝ 联立解得n＝ (2)根据光电效应方程可知hν－W0＝Ek0 得Ek0＝－W0＝Ue 解得W0＝－Ue (3)逸出的电子在电场中加速向A运动，根据动能定理得Ue＝Ekm－Ek0 联立解得Ekm＝2Ue. 1 物理学习的核心在于思维 最基本的知识、方法才是最重要的； 30%兴趣+30%信心+30%方法+10%勤奋+l%天赋>100%成功初三物理暑假课程 学科网（北京）股份有限公司 $