第四章 2 第1课时 光电效应（课件PPT+Word教案）【步步高】2024-2025学年高二物理选择性必修第三册教师用书（人教版 苏京）

2　光电效应 第1课时　光电效应 ［学习目标］　1.知道光电效应现象，了解光电效应的实验规律，知道光电效应与电磁理论的矛盾(重点)。2.理解爱因斯坦光子说及对光电效应的解释，会用光电效应方程解决一些简单问题(难点)。 一、光电效应的实验规律 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)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。 2.光电效应的实验规律 (1)存在截止频率或极限频率νc：当入射光的频率低于截止频率νc时不发生光电效应。 实验表明，不同金属的截止频率不同。截止频率与金属自身的性质有关。 (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)存在遏止电压：使光电流减小到0的反向电压Uc，满足me=eUc。遏止电压的存在意味着光电子具有一定的初速度。 (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。 3.光电效应经典解释中的疑难 (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”)。 (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电子获得逸出表面所需的能量需要的时间远远大于实验中产生光电流的时间。 如图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)保持入射光的强度不变，滑动变阻器的滑片向右滑动(增加电压)时，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？ (2)若将电源的正负极对调，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？ 答案　(1)说明发生光电效应时，饱和光电流的强度与光的强度有关；入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多。 (2)光电子的能量只与入射光频率有关，而与光的强弱无关。 例1　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 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 答案　D 解析　用紫外线照射锌板，锌板失去电子带正电，验电器与锌板连接，则验电器带正电，A、B错误；根据发生光电效应的条件可知，若改用频率较低的红光照射锌板，不一定能发生光电效应，所以验电器的指针不一定会发生偏转，C错误；根据发生光电效应的条件可知，能否发生光电效应与光的频率有关，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，D正确。 例2　某实验小组用如图所示的实验装置探究某金属发生光电效应的实验规律。当用频率为ν的入射光照射金属板K时，电流表示数不为零，向右调节滑动变阻器的滑片P，直到电流表的示数刚好为零，此时电压表的示数为Uc。则下列说法中正确的是(　　) A.实验时电源的左端为正极 B.实验时电源的右端为正极 C.若不改变入射光频率和电路，增大入射光强度，Uc将会变大 D.调换电源的极性(同时调整电压表)，保持光照不变，向右滑动滑片P的过程中，电流表示数一定一直增大 答案　B 解析　根据题意可知，当向右调节滑动变阻器的滑片P时，可使电流表的示数为零，说明此时光电管两端的电压为反向电压，则电源的右端为正极，故A错误，B正确；若不改变入射光频率和电路，增大入射光强度，饱和光电流增大，频率不变，Uc将保持不变，故C错误；调换电源的极性(同时调整电压表)，保持光照不变，向右滑动滑片P的过程中，当电流达到饱和光电流后，电压增大，电流将保持不变，故D错误。 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.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。其中Ek为光电子的最大初动能。 3.光电效应方程对光电效应实验现象的解释 (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。 (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)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。 (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(选填“大”或“小”)。 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-。 (1)“光子”就是“光电子”的简称。(　×　) (2)逸出功的大小与入射光无关。(　√　) (3)光电子的最大初动能与入射光的频率成正比。(　×　) (4)光电子的最大初动能与入射光的强度成正比。(　×　) (5)逸出功与截止频率成正比。(　√　) 例3　如图所示，分别用波长为λ、2λ的光照射光电管的阴极K，对应的遏止电压之比为3∶1，光在真空中的传播速度为c，则光电管的截止频率为(　　) A. B. C. D. 答案　A 解析　设光电管的截止频率为νc，用波长为λ的光照射光电管的阴极K时，对应的遏止电压为Uc，则有Ek=h-hνc=eUc 用波长为2λ的光照射光电管的阴极K时，对应的遏止电压为Uc'，则有Ek'=h-hνc=eUc' 又Uc=3Uc'，联立解得νc=，A正确，B、C、D错误。 例4　用如图所示的装置研究光电效应现象。用光子能量为2.5 eV的光照射到光电管上时发生了光电效应；移动滑动变阻器的滑片，发现当电压表的示数大于或等于1.5 V时，电流表G示数为零，则(　　) A.改用光子能量为2.0 eV的光照射到光电管上时，不能发生光电效应 B.光电子的最大初动能为1.5 eV C.光电管阴极的逸出功为1.5 eV D.开关S断开后，无论怎么移动滑动变阻器的滑片，电流表G的示数总为零 答案　B 解析　题图中电源所加电压为反向电压，由于当电压表的示数大于或等于1.5 V时，电流表G示数为零，表明遏止电压为1.5 V，则光电子的最大初动能为Ekmax=eUc=1.5 eV，故B正确；根据光电效应方程有Ekmax=hν-W0，由于光子能量为2.5 eV，结合上述解得阴极的逸出功W0=hν-Ekmax=2.5 eV-1.5 eV=1.0 eV，故C错误；改用光子能量为2.0 eV的光照射到光电管上时，由2.0 eV>1.0 eV可知，仍然能发生光电效应，故A错误；用光子能量为2.5 eV的光照射到光电管时，根据上述，光电子具有一定的初动能，当开关S断开后，无论怎么移动滑动变阻器的滑片，光电子均能够达到阳极，可知电流表G的示数不为零，故D错误。 1.光电效应规律中的两条线索、两个关系 (1)两条线索： (2)两个关系：光的强度大→光子数目多→发射光电子多→光电流大； 光的频率高→光子能量大→产生光电子的最大初动能大。 2.光电效应的三个关系式 (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。 课时对点练　［分值：100分］ 1~7题每题7分，共49分 考点一　光电效应现象及实验规律 1.(2024·南通市高二阶段练习)如图所示，在演示光电效应的实验中，将一带电锌板与灵敏验电器相连，验电器指针张开。用弧光灯发出的紫外线照射锌板后，观察到验电器的指针张角减小，下列说法中正确的是(　　) A.锌板原来带正电 B.若仅减弱照射光的强度，仍能观察到指针张角减小 C.若用可见光照射锌板，也能观察到指针张角减小 D.无论用什么光照射，只要时间够长，锌板都能发生光电效应 答案　B 解析　紫外线照射锌板后，观察到验电器的指针张角减小，说明锌板表面有光电子逸出，发生了光电效应，由此可得锌板原来带负电，故A错误；仅减弱照射光的强度，逸出电子数会减少，但依然可以发生光电效应，则仍能观察到指针张角减小，故B正确；可见光频率小于紫外线频率，则用可见光照射锌板不一定会发生光电效应，则指针张角不一定发生变化，故C错误；当照射光的频率小于锌板的截止频率时，无论照射多久，都不会发生光电效应，故D错误。 2.如图所示，用一定频率的单色光照射光电管时，电流表指针会发生偏转，则(　　) A.电源右端一定为正极 B.流过电流表G的电流大小取决于入射光的频率 C.流过电流表G的电流方向是由a到b D.普朗克解释了光电效应并提出光子能量ε=hν 答案　C 解析　发生光电效应时，电子从光电管右端运动到左端，电流的方向与电子定向移动的方向相反，所以流过电流表G的电流方向是由a到b，此时电源左端可能为正极，故A错误，C正确；流过电流表G的电流大小取决于入射光的强度，与入射光的频率无关，故B错误；爱因斯坦解释了光电效应并提出光子能量ε=hν，故D错误。 3.(2023·淮安市高二期末)如图所示为研究光电效应的装置，若用频率为ν的光照射光电管，阴极K有光电子逸出，则滑动变阻器的滑片P向a端移动的过程中(　　) A.开关接1时，光电流一直变大 B.开关接1时，光电流一直减小，最终可能为零 C.开关接2时，光电流一直变大 D.开关接2时，光电流一直减小，最终可能为零 答案　D 解析　开关接1时，光电管加正向电压，滑片P向a端移动的过程中光电流可能先增大，达到饱和电流后再不变，故A、B错误；开关接2时，光电管加反向电压，滑片P向a端移动的过程中，光电管两端反向电压增大，光电流一直减小，最终可能为零，故C错误，D正确。 4.(2024·南京市开学考试)用如图所示的电路研究光电效应时，当开关闭合后，以下操作可能使微安表示数增大的是(　　) A.把滑动变阻器滑片向右滑动 B.把滑动变阻器滑片向左滑动 C.入射光颜色不变强度减小 D.更换电源的正负极 答案　A 解析　把滑动变阻器滑片向右滑动，光电管两端的正向电压增大，可能使微安表示数增大；把滑动变阻器滑片向左滑动，光电管两端的正向电压减小，微安表示数不会增大，故A正确，B错误；入射光颜色不变强度减小，则单位时间内产生的光电子数减小，光电流减小，故C错误；更换电源的正负极，光电管两端由正向电压变为反向电压，微安表示数减小，故D错误。 考点二　爱因斯坦的光电效应理论 5.用波长为λ1和λ2的单色光A和B分别照射两种金属C和D的表面，单色光A照射两种金属时都能产生光电效应现象；单色光B照射时，只能使金属C产生光电效应现象，不能使金属D产生光电效应现象。设两种金属的逸出功分别为WC和WD，则下列选项正确的是(　　) A.λ1>λ2，WC>WD B.λ1>λ2，WC<WD C.λ1<λ2，WC>WD D.λ1<λ2，WC<WD 答案　D 解析　单色光A照射两种金属时都能产生光电效应现象；单色光B照射时，只能使金属C产生光电效应现象，根据光电效应产生条件知，单色光A的频率大于单色光B的频率，则λ1<λ2，单色光B照射时，只能使金属C产生光电效应现象，不能使金属D产生光电效应现象，知金属C的逸出功小于金属D的逸出功，即WC<WD，故D正确，A、B、C错误。 6.(2022·连云港市模拟)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. 答案　D 解析　根据爱因斯坦光电效应方程可知hν=Ek+W0，解得该单色光的频率为ν=，故选D。 7.(2024·扬州市期末)用一种单色光照射某金属，产生光电子的最大初动能为Ek，单位时间内发射光电子数量为n，若减少该入射光的强度，则(　　) A.Ek减少，n减少 B.Ek减少，n不变 C.Ek不变，n不变 D.Ek不变，n减少 答案　D 解析　根据光电效应方程Ek =hν-W0可知，光电子的最大初动能与入射光的强度无关，其随入射光频率的增大而增大，大于截止频率的光照射金属时，光电流强度(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，故选D。 8~10题每题9分，11题14分，共41分 8.光电管是一种将光信号转换为电信号的器件，在通信、医疗、安防监控等领域应用广泛。将光电管接入图示电路中，用频率为ν的光照射K板，调节滑动变阻器的滑片P，当灵敏电流计G的示数为0时，电压表V的示数为U，此电压通常也称为遏止电压。已知普朗克常量为h，电子电荷量为e，下列说法正确的是(　　) A.光电子从K板逸出后的初动能与遏止电压成反比 B.若增大入射光的强度，遏止电压会增大 C.K板材料的逸出功为hν-eU D.若仅增大入射光的频率，使G的示数为0，则需向左调节滑片P 答案　C 解析　由动能定理可得-eU=0-Ekm，所以光电子从K极逸出后的最大初动能与遏止电压U成正比，故A错误；由爱因斯坦光电效应方程得Ekm=hν-W0，-eU=0-Ekm，化简得：eU=hν-W0，遏止电压与入射光的强度无关，故B错误；由eU=hν-W0，可知W0=hν-eU，故C正确；由eU=hν-W0可知，增大入射光的频率，遏止电压也增大，若使G的示数为0，需向右调节滑片P，故D错误。 9.(2022·泰州市模拟)如图，当开关K断开时，用光子能量为2.5 eV的一束光照射阴极P，发现电流表读数不为零。合上开关，调节滑动变阻器，发现当电压表读数大于或等于0.60 V时，电流表读数为零。由此可知阴极材料的逸出功为(　　) A.1.9 eV B.0.6 eV C.2.5 eV D.3.1 eV 答案　A 解析　根据爱因斯坦光电效应方程有 Ek=hν-W 电压表读数大于或等于0.60 V时，电流表读数为零 所以Ek=eU 联立解得W=1.9 eV 故B、C、D错误，A正确。 10.利用光电管研究光电效应的实验电路图如图所示，用波长为λ的光照射某种金属，发生光电效应时，光电子的最大初动能为Ek；若用波长为的光照射该金属，发生光电效应时光电子的最大初动能为2.25Ek。则该金属的极限波长λ0为(　　) A.3λ B.5λ C.7λ D.9λ 答案　B 解析　设该金属的逸出功为W0，根据爱因斯坦光电效应方程有-W0=Ek，2-W0=2.25Ek，联立解得W0=，又因为W0=，所以λ0=5λ，故选B。 11.(14分)铝的逸出功是4.2 eV，现在用波长为200 nm的光照射铝的表面(h=6.63×10-34 J·s，c=3.0×108 m/s，计算结果均保留三位有效数字)，求： (1)(6分)光电子的最大初动能； (2)(4分)遏止电压； (3)(4分)铝的截止频率。 答案　(1)3.23×10-19 J　(2)2.02 V　(3)1.01×1015 Hz 解析　(1)光电子的最大初动能为 Ek=-W0= J-4.2×1.6×10-19 J≈3.23×10-19 J (2)由eUc=Ek，解得Uc≈2.02 V (3)铝的截止频率为νc=≈1.01×1015 Hz。 (10分) 12.(2023·无锡市月考)如图为某同学设计的一个光电烟雾报警器，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.若光源发出可见光，则该装置将会失去报警功能 C.该金属的截止频率大于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 答案　D 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，可得ν=3.75×1014 Hz，根据光电效应原理，可知该金属的截止频率小于3.75×1014 Hz，故C错误；当光电流等于8×10-9 A时，每秒的光电子的数目为N==5×1010个，若射向光电管C的光子中有10%会产生光电子，故每秒射向该金属表面的光子数最少为=5×1011个，故D正确。 学科网（北京）股份有限公司 $ DISIZHANG 第四章 第1课时　光电效应 1 1.知道光电效应现象，了解光电效应的实验规律，知道光电效应与电磁理论的矛盾(重点)。 2.理解爱因斯坦光子说及对光电效应的解释，会用光电效应方程解决一些简单问题(难点)。 学习目标 2 一、光电效应的实验规律 二、爱因斯坦的光电效应理论 课时对点练 内容索引 3 光电效应的实验规律 一 4 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？ 答案　指针张角变小。 (2)这个现象说明什么？ 答案　说明紫外线会让电子从锌板表面逸出。 1.光电效应现象 (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。 (2)光电子：光电效应中发射出来的 。 2.光电效应的实验规律 (1)存在 或极限频率νc：当入射光的频率 截止频率νc时不发生光电效应。 实验表明，不同金属的截止频率 。截止频率与金属 有关。 梳理与总结 电子 电子 截止频率 低于 不同 自身的性质 (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)存在 ：使光电流减小到 的反向电压Uc，满足me=eUc。遏止电压的存在意味着光电子具有一定的 。 (4)光电效应具有 ：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 产生光电流。 饱和电流 越大 越强 越多 遏止电压 0 初速度 瞬时性 立即 3.光电效应经典解释中的疑难 (1)逸出功：使电子脱离某种金属，外界对它做功的 值，用W0表示。不同种类的金属，其逸出功的大小 (填“相同”或“不相同”)。 (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电子获得逸出表面所需的能量需要的时间 实验中产生光电流的时间。 最小 不相同 截止 有 远远大于 如图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)保持入射光的强度不变，滑动变阻器的滑片向右滑动(增加电压)时，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？ 思考与讨论 答案　说明发生光电效应时，饱和光电流的强度与光的强度有关；入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多。 (2)若将电源的正负极对调，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？ 答案　光电子的能量只与入射光频率有关，而与光的强弱无关。 　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 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 例1 √ 用紫外线照射锌板，锌板失去电子带正电，验电器 与锌板连接，则验电器带正电，A、B错误； 根据发生光电效应的条件可知，若改用频率较低的 红光照射锌板，不一定能发生光电效应，所以验电器的指针不一定会发生偏转，C错误； 根据发生光电效应的条件可知，能否发生光电效应与光的频率有关，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，D正确。 　某实验小组用如图所示的实验装置探究某金属发生光电效应的实验规律。当用频率为ν的入射光照射金属板K时，电流表示数不为零，向右调节滑动变阻器的滑片P，直到电流表的示数刚好为零，此时电压表的示数为Uc。则下列说法中正确的是 A.实验时电源的左端为正极 B.实验时电源的右端为正极 C.若不改变入射光频率和电路，增大入射光强度， Uc将会变大 D.调换电源的极性(同时调整电压表)，保持光照不变，向右滑动滑片P的 过程中，电流表示数一定一直增大 例2 √ 根据题意可知，当向右调节滑动变阻器的滑片P时，可 使电流表的示数为零，说明此时光电管两端的电压为反 向电压，则电源的右端为正极，故A错误，B正确； 若不改变入射光频率和电路，增大入射光强度，饱 和光电流增大，频率不变，Uc将保持不变，故C错误； 调换电源的极性(同时调整电压表)，保持光照不变，向右滑动滑片P的过程中，当电流达到饱和光电流后，电压增大，电流将保持不变，故D错误。 返回 爱因斯坦的光电效应理论 二 15 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 ，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 (1)表达式：hν= 或Ek= 。 (2)物理意义：金属中电子吸收一个光子获得的能量是 ，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。 hν 光子 Ek+W0 hν-W0 hν 初动能 最大 3.光电效应方程对光电效应实验现象的解释 (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。 (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)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。 (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 较多，因而饱和电流较 (选填“大”或“小”)。 > 入射光的频率ν 强弱 一次性 光电子 大 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？ 思考与讨论 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-。 (1)“光子”就是“光电子”的简称。(　　) (2)逸出功的大小与入射光无关。(　　) (3)光电子的最大初动能与入射光的频率成正比。(　　) (4)光电子的最大初动能与入射光的强度成正比。(　　) (5)逸出功与截止频率成正比。(　　) × √ × × √ 易错辨析 　如图所示，分别用波长为λ、2λ的光照射光电管的阴极K，对应的遏止电压之比为3∶1，光在真空中的传播速度为c，则光电管的截止频率为 A. B. C. D. 例3 √ 设光电管的截止频率为νc，用波长为λ的光照射光电管的阴极K时，对应的遏止电压为Uc，则有Ek=h-hνc=eUc 用波长为2λ的光照射光电管的阴极K时，对应的遏止电压为Uc'，则有Ek'=h-hνc=eUc' 又Uc=3Uc'，联立解得νc=，A正确，B、C、D错误。 　用如图所示的装置研究光电效应现象。用光子能量为2.5 eV的光照射到光电管上时发生了光电效应；移动滑动变阻器的滑片，发现当电压表的示数大于或等于1.5 V时，电流表G示数为零，则 A.改用光子能量为2.0 eV的光照射到光电管上时，不能 发生光电效应 B.光电子的最大初动能为1.5 eV C.光电管阴极的逸出功为1.5 eV D.开关S断开后，无论怎么移动滑动变阻器的滑片，电 流表G的示数总为零 例4 √ 题图中电源所加电压为反向电压，由于当电压表的示数大于或等于1.5 V时，电流表G示数为零，表明遏止电压为1.5 V，则光电子的最大初动能为Ekmax =eUc=1.5 eV，故B正确； 根据光电效应方程有Ekmax=hν-W0，由于光子能量为 2.5 eV，结合上述解得阴极的逸出功W0=hν-Ekmax=2.5 eV-1.5 eV=1.0 eV，故C错误； 改用光子能量为2.0 eV的光照射到光电管上时，由2.0 eV>1.0 eV可知，仍然能发生光电效应，故A错误； 用光子能量为2.5 eV的光照射到光电管时，根据上述，光电子具有一定的初动能，当开关S断开后，无论怎么移动滑动变阻器的滑片，光电子均能够达到阳极，可知电流表G的示数不为零，故D错误。 1.光电效应规律中的两条线索、两个关系 (1)两条线索： 总结提升 (2)两个关系：光的强度大→光子数目多→发射光电子多→光电流大； 光的频率高→光子能量大→产生光电子的最大初动能大。 2.光电效应的三个关系式 (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。 总结提升 返回 课时对点练 三 27 考点一　光电效应现象及实验规律 1.(2024·南通市高二阶段练习)如图所示，在演示光电效应的实验中，将一带电锌板与灵敏验电器相连，验电器指针张开。用弧光灯发出的紫外线照射锌板后，观察到验电器的指针张角减小，下列说法中正确的是 A.锌板原来带正电 B.若仅减弱照射光的强度，仍能观察到指针张角减小 C.若用可见光照射锌板，也能观察到指针张角减小 D.无论用什么光照射，只要时间够长，锌板都能发生 光电效应 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 基础对点练 √ 12 紫外线照射锌板后，观察到验电器的指针张角减小， 说明锌板表面有光电子逸出，发生了光电效应，由 此可得锌板原来带负电，故A错误； 仅减弱照射光的强度，逸出电子数会减少，但依然可以发生光电效应，则仍能观察到指针张角减小，故B正确； 可见光频率小于紫外线频率，则用可见光照射锌板不一定会发生光电效应，则指针张角不一定发生变化，故C错误； 当照射光的频率小于锌板的截止频率时，无论照射多久，都不会发生光电效应，故D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 2.如图所示，用一定频率的单色光照射光电管时，电流表指针会发生偏转，则 A.电源右端一定为正极 B.流过电流表G的电流大小取决于入射光的频率 C.流过电流表G的电流方向是由a到b D.普朗克解释了光电效应并提出光子能量ε=hν √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 发生光电效应时，电子从光电管右端运动到左端，电 流的方向与电子定向移动的方向相反，所以流过电流 表G的电流方向是由a到b，此时电源左端可能为正极， 故A错误，C正确； 流过电流表G的电流大小取决于入射光的强度，与入射光的频率无关，故B错误； 爱因斯坦解释了光电效应并提出光子能量ε=hν，故D错误。 12 3.(2023·淮安市高二期末)如图所示为研究光电效应的装置，若用频率为ν的光照射光电管，阴极K有光电子逸出，则滑动变阻器的滑片P向a端移动的过程中 A.开关接1时，光电流一直变大 B.开关接1时，光电流一直减小，最终可能为零 C.开关接2时，光电流一直变大 D.开关接2时，光电流一直减小，最终可能为零 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 开关接1时，光电管加正向电压，滑片P向a端移动的过程中光电流可能先增大，达到饱和电流后再不变，故A、B错误； 开关接2时，光电管加反向电压，滑片P向a端移动的过程中，光电管两端反向电压增大，光电流一直减小，最终可能为零，故C错误，D正确。 12 4.(2024·南京市开学考试)用如图所示的电路研究光电效应时，当开关闭合后，以下操作可能使微安表示数增大的是 A.把滑动变阻器滑片向右滑动 B.把滑动变阻器滑片向左滑动 C.入射光颜色不变强度减小 D.更换电源的正负极 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 √ 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 把滑动变阻器滑片向右滑动，光电管两端的正向电压 增大，可能使微安表示数增大；把滑动变阻器滑片向 左滑动，光电管两端的正向电压减小，微安表示数不 会增大，故A正确，B错误； 入射光颜色不变强度减小，则单位时间内产生的光电子数减小，光电流减小，故C错误； 更换电源的正负极，光电管两端由正向电压变为反向电压，微安表示数减小，故D错误。 12 考点二　爱因斯坦的光电效应理论 5.用波长为λ1和λ2的单色光A和B分别照射两种金属C和D的表面，单色光A照射两种金属时都能产生光电效应现象；单色光B照射时，只能使金属C产生光电效应现象，不能使金属D产生光电效应现象。设两种金属的逸出功分别为WC和WD，则下列选项正确的是 A.λ1>λ2，WC>WD B.λ1>λ2，WC<WD C.λ1<λ2，WC>WD D.λ1<λ2，WC<WD 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 √ 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 单色光A照射两种金属时都能产生光电效应现象；单色光B照射时，只能使金属C产生光电效应现象，根据光电效应产生条件知，单色光A的频率大于单色光B的频率，则λ1<λ2，单色光B照射时，只能使金属C产生光电效应现象，不能使金属D产生光电效应现象，知金属C的逸出功小于金属D的逸出功，即WC<WD，故D正确，A、B、C错误。 12 6.(2022·连云港市模拟)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. √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 根据爱因斯坦光电效应方程可知hν=Ek+W0，解得该单色光的频率为ν=，故选D。 12 7.(2024·扬州市期末)用一种单色光照射某金属，产生光电子的最大初动能为Ek，单位时间内发射光电子数量为n，若减少该入射光的强度，则 A.Ek减少，n减少 B.Ek减少，n不变 C.Ek不变，n不变 D.Ek不变，n减少 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 √ 根据光电效应方程Ek =hν-W0可知，光电子的最大初动能与入射光的强度无关，其随入射光频率的增大而增大，大于截止频率的光照射金属时，光电流强度(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，故选D。 12 8.光电管是一种将光信号转换为电信号的器件，在通信、医疗、安防监控等领域应用广泛。将光电管接入图示电路中，用频率为ν的光照射K板，调节滑动变阻器的滑片P，当灵敏电流计G的示数为0时，电压表V的示数为U，此电压通常也称为遏止电压。已知普朗克常量为 h，电子电荷量为e，下列说法正确的是 A.光电子从K板逸出后的初动能与遏止电压成反比 B.若增大入射光的强度，遏止电压会增大 C.K板材料的逸出功为hν-eU D.若仅增大入射光的频率，使G的示数为0，则需向左调节滑片P 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 √ 能力综合练 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 由动能定理可得-eU=0-Ekm，所以光电子从K极逸出后 的最大初动能与遏止电压U成正比，故A错误； 由爱因斯坦光电效应方程得Ekm=hν-W0，-eU=0-Ekm， 化简得：eU=hν-W0，遏止电压与入射光的强度无关， 故B错误； 由eU=hν-W0，可知W0=hν-eU，故C正确； 由eU=hν-W0可知，增大入射光的频率，遏止电压也增大，若使G的示数为0，需向右调节滑片P，故D错误。 12 9.(2022·泰州市模拟)如图，当开关K断开时，用光子能量为2.5 eV的一束光照射阴极P，发现电流表读数不为零。合上开关，调节滑动变阻器，发现当电压表读数大于或等于0.60 V时，电流表读数为零。由此可知阴极材料的逸出功为 A.1.9 eV B.0.6 eV C.2.5 eV D.3.1 eV 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 √ 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 根据爱因斯坦光电效应方程有Ek=hν-W 电压表读数大于或等于0.60 V时，电流表读数为零 所以Ek=eU 联立解得W=1.9 eV 故B、C、D错误，A正确。 12 10.利用光电管研究光电效应的实验电路图如图所示，用波长为λ的光照射某种金属，发生光电效应时，光电子的最大初动能为Ek；若用波长为的光照射该金属，发生光电效应时光电子的最大初动能为2.25Ek。则该金属的极限波长λ0为 A.3λ B.5λ C.7λ D.9λ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 √ 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 设该金属的逸出功为W0，根据爱因斯坦光电效应方程有-W0=Ek，2-W0=2.25Ek，联立解得W0=，又因为W0=，所以λ0=5λ，故选B。 12 11.铝的逸出功是4.2 eV，现在用波长为200 nm的光照射铝的表面(h= 6.63×10-34 J·s，c=3.0×108 m/s，计算结果均保留三位有效数字)，求： (1)光电子的最大初动能； 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 答案　3.23×10-19 J　 光电子的最大初动能为Ek=-W0= J-4.2×1.6×10-19 J ≈3.23×10-19 J 12 (2)遏止电压； 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 答案　2.02 V　 由eUc=Ek，解得Uc≈2.02 V 12 (3)铝的截止频率。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 答案　1.01×1015 Hz 铝的截止频率为νc=≈1.01×1015 Hz。 12 12.(2023·无锡市月考)如图为某同学设计的一个光电烟雾报警器，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 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 尖子生选练 12 A.光电流的大小与光照强度无关 B.若光源发出可见光，则该装置将会失 去报警功能 C.该金属的截止频率大于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 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 √ 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 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，可得ν=3.75×1014 Hz，根据光电效应原理，可知该金属的截止频率小于3.75×1014 Hz，故C错误； 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 当光电流等于8×10-9 A时，每秒 的光电子的数目为N==5 ×1010个，若射向光电管C的光子 中有10%会产生光电子，故每秒射向该金属表面的光子数最少为=5×1011个，故D正确。 返回 12 $