光電效應(yīng)例題匯總-供參考

1、光電效應(yīng)：光照射金屬板時(shí)，可以使金屬板發(fā)射電子的現(xiàn)象。右圖中，鋅板帶正電，驗(yàn)電器也帶正電。光電效應(yīng)中，金屬板發(fā)射出來的電子叫光電子，光電子的定向移動(dòng)可以形成光電流。相關(guān)知識(shí)：電磁波按照頻率依次增大（波長依次減小）的順序排列：無線電波紅外線可見光紫外線x射線射線可見光又分為7中顏色：紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫。光的頻率和顏色是對(duì)應(yīng)關(guān)系，一個(gè)頻率對(duì)應(yīng)一種光的顏色。單色光就是單一頻率的光。光照強(qiáng)度：單位時(shí)間內(nèi)照射到單位面積上的光的能量。（光線和接收面垂直時(shí)）通俗講，光照強(qiáng)度大就是光線密集的意思。房間里開一盞燈時(shí)沒有開兩盞燈光照強(qiáng)度大。光電效應(yīng)的規(guī)律：（右圖為研究光電效應(yīng)的電路圖）光電管中存在飽和電流

2、。當(dāng)光照強(qiáng)度、光的顏色一定時(shí)，光電流隨著AK極之間的電壓增大而增大，但是當(dāng)電壓增大到一定程度以后，光電流就不再增大了，光電流能達(dá)到的最大值叫飽和電流。控制光的顏色，飽和電流與光照強(qiáng)度有關(guān)，光照越強(qiáng)則飽和電流越大。光電管兩端存在著遏止電壓。當(dāng)A、K極之間電壓為零時(shí)，光電流并不為零。當(dāng)在A、K極加反向電壓時(shí)，即A極為負(fù)極板，K極為正極板時(shí)，光電子在兩極之間減速運(yùn)動(dòng)。反向電壓越大，光電流越小，當(dāng)反向電壓達(dá)到某一值時(shí)，光電流消失，能夠使光電流消失的反向電壓叫遏止電壓，用UC表示。遏止電壓與光照強(qiáng)度無關(guān)，只與入射光的頻率有關(guān)，頻率越大則遏止電壓越大。右圖中，甲乙丙三種光的頻率大小關(guān)系？乙的光照強(qiáng)度大小關(guān)

3、系？金屬能否發(fā)生光電效應(yīng)取決于入射光的頻率，與光照強(qiáng)度和光照時(shí)間無關(guān)。當(dāng)入射光的頻率低于某一值時(shí)，無論光照多強(qiáng)，時(shí)間多長都不會(huì)發(fā)生光電效應(yīng)。而這一值叫做截止頻率，又叫極限頻率，用c表示。如果入射光的頻率超過了截止頻率，無論光照強(qiáng)度多么弱，發(fā)生光電效應(yīng)僅需10-9s。愛因斯坦為了解釋光電效應(yīng)，提出了光子說：在空間傳播的光是不連續(xù)的，而是一份一份的，每一份叫做一個(gè)光子，光子的能量E=h。指光的頻率。金屬中的自由電子吸收光子能量時(shí)，必須是一次只能吸收一個(gè)光子，而且不能累計(jì)吸收。光子不能再分，自由電子吸收光子時(shí)要么是全部吸收，要么不吸收。自由電子吸收光子僅需10-9s。光子說對(duì)光電效應(yīng)的解釋：當(dāng)光照顏

4、色一定時(shí)，光照越強(qiáng)，則單位時(shí)間內(nèi)照射到金屬上的光子數(shù)越多，光子數(shù)越多則發(fā)射出來的光電子數(shù)越多。所以光電流就越大。當(dāng)A、K極間的電壓大到一定程度后，所有的光電子都能從K極到達(dá)A極，出現(xiàn)了飽和電流。光照越強(qiáng)，光子數(shù)、光電子數(shù)相應(yīng)越多，則飽和電流增大。自由電子吸收了光子能量后，能夠從金屬內(nèi)部逃逸出來。自由電子從金屬中逃逸出來的過程中，要克服原子核對(duì)它的引力做功。自由電子從金屬中逃逸出來的過程中所要克服引力所做功的最小值，叫金屬的逸出功，用W0表示。逸出功是由金屬本身決定的，不同的金屬有不同的逸出功。若要自由電子能夠從金屬中逃逸出來，則自由電子吸收的光子能量E=h必須大于金屬的逸出功W0 。因此金屬存

5、在著截止頻率，hc= W0 。當(dāng)光子能量h W0 時(shí)，才能發(fā)生光電效應(yīng)。電子從金屬中逃逸出來后剩余的動(dòng)能，由能量守恒定律可知：EK=h-W，其中W指自由電子逃逸過程中克服引力做的功，當(dāng)W最小時(shí)，電子剩余的動(dòng)能則越大，所以，電子的最大初動(dòng)能EKm=h-W0。在光電管中，當(dāng)在、K極加反向電壓時(shí)，電場力對(duì)電子做負(fù)功，當(dāng)反向電壓達(dá)到遏止電壓UC時(shí)，光電子恰好不能到達(dá)A極。如右圖，A極接電源負(fù)極。則遏止電壓UC滿足：-eUC=0-EKm= h-W0 ，所以，遏止電壓只與入射光的頻率有關(guān)，與光照強(qiáng)度和光照時(shí)間無關(guān)。玻爾氫原子理論：產(chǎn)生背景：原子的發(fā)光光譜是線狀譜，即，原子發(fā)出的光的頻率（或波長）只能是一些

6、不連續(xù)的特定值。每一種原子都有自己獨(dú)特的線狀譜，就好像每一個(gè)人都有屬于自己獨(dú)特的指紋一樣。玻爾為了解釋原子光譜的規(guī)律，提出了玻爾氫原子理論。1軌道量子化假設(shè)：原子核外的電子只能在一些不連續(xù)的、特定的軌道上繞核勻速圓周運(yùn)動(dòng)。好像這些軌道是由上帝安排好的一樣。2定態(tài)假設(shè)：電子在那些特定軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)，不會(huì)向外輻射電磁波，整個(gè)原子的能量不會(huì)減少，原子處于相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)，簡稱定態(tài)。第1軌道第2軌道軌道3能量量子化假設(shè)：電子在那些特定軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)，原子的能量也有一些不連續(xù)的特定值與之對(duì)應(yīng)。原子的能量也只能是一些不連續(xù)的特定值。電子的軌道不同，原子的能量也不同。原子的能量指：電子的動(dòng)能和電子與原子核系統(tǒng)的電勢

7、能。玻爾認(rèn)為，電子繞原子核的運(yùn)動(dòng)規(guī)律與衛(wèi)星繞地球的運(yùn)動(dòng)規(guī)律相似。軌道半徑越大，則電子的動(dòng)能越小，而電勢能越大，因?yàn)閺牡蛙壍赖礁哕壍罆r(shí)引力做負(fù)功。由微積分計(jì)算可知，軌道半徑增大的過程中，勢能增加的多而動(dòng)能減小的少，所以軌道半徑越大時(shí)，原子的能量越大。玻爾以軌道為電勢能的零點(diǎn)，電子在軌道時(shí)，動(dòng)能也是零，所以在時(shí)原子的能量為零。以軌道為電勢的零點(diǎn)，玻爾還計(jì)算出電子在第一軌道時(shí)，原子的能量為-13.6ev。電子在第n軌道時(shí)，原子的能量為，其中n是軌道數(shù)，也叫量子數(shù)。能級(jí)與躍遷：原子的每一個(gè)能量值，叫做原子的能級(jí)。電子在低軌道時(shí)，原子的能量值較小，叫低能級(jí)狀態(tài)。電子在高軌道時(shí)，原子的能量值較大，叫高能級(jí)

8、狀態(tài)。高與低都是相對(duì)的。電子只能在那些特定的軌道上，所以電子從一個(gè)軌道到另一軌道時(shí)，好像沒有中間過程，叫軌道躍遷。5基態(tài)與激發(fā)態(tài)：電子在第1軌道上時(shí)，原子處于第1能級(jí)狀態(tài)，此時(shí)原子最穩(wěn)定，不會(huì)向外輻射能量，叫基態(tài)。電子處在2、3軌道上時(shí)，原子處在相對(duì)較高的能級(jí)狀態(tài)，叫激發(fā)態(tài)。6原子從外界吸收能量時(shí)，電子會(huì)從低軌道向高軌道躍遷，原子就從低能級(jí)躍遷到了高能級(jí)。而處于高能級(jí)的原子會(huì)自發(fā)地向低能級(jí)躍遷。當(dāng)原子從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí)，原子的能級(jí)會(huì)減小，而減小的能量就以光子的形式輻射出去。躍遷一次就會(huì)發(fā)出一個(gè)光子。根據(jù)能量守恒可知，原子輻射的光子能量E=h=兩個(gè)能級(jí)的差值。氫原子的能級(jí)是一些特定值，所以能

9、級(jí)差也是一些不連續(xù)的特定值，所以原子發(fā)光的光譜是線狀譜。玻爾計(jì)算的氫原子的光譜與實(shí)際試驗(yàn)觀察完全吻合，玻爾因此獲得諾貝爾獎(jiǎng)。原子吸收光子的能量時(shí)，也是選擇一定頻率的，不是任意能量的光子都可以吸收。經(jīng)典例題： 1已知能使某金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)的極限頻率為0，則( )A當(dāng)用頻率為20的單色光照射該金屬時(shí)，一定能產(chǎn)生光電子B當(dāng)用頻率為20的單色光照射該金屬時(shí)，所產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能為h0C當(dāng)照射光的頻率大于0時(shí)，若增大，則逸出功增大D當(dāng)照射光的頻率大于0時(shí)，若增大一倍，則光電子的最大初動(dòng)能也增大一倍2 如圖所示，當(dāng)電鍵K斷開時(shí)，用光子能量為2.5 eV的一束光照射陰極P，發(fā)現(xiàn)電流表讀數(shù)不為零。合上電

10、鍵K，調(diào)節(jié)滑線變阻器，發(fā)現(xiàn)當(dāng)電壓表讀數(shù)小于0.60 V時(shí)，電流表讀數(shù)仍不為零；當(dāng)電壓表讀數(shù)大于或等于0.60 V時(shí)，電流表讀數(shù)為零。由此可知陰極材料的逸出功為（ ）A1.9 eV B0.6 eV C2.5 eV D3.1 eV3在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，飛飛同學(xué)用同一光電管在不同實(shí)驗(yàn)條件下得到了三條光電流與電壓之間的關(guān)系曲線(甲光、乙光、丙光)，如圖所示。則可判斷出（ ）A甲光的頻率大于乙光的頻率 B乙光的波長大于丙光的波長C乙光對(duì)應(yīng)的截止頻率大于丙光的截止頻率D甲光對(duì)應(yīng)的光電子最大初動(dòng)能大于丙光的光電子最大初動(dòng)能4以往我們認(rèn)識(shí)的光電效應(yīng)是單光子光電效應(yīng)，即一個(gè)電子只能短時(shí)間內(nèi)能吸收到一個(gè)光子而從金屬

11、表面逸出。強(qiáng)激光的出現(xiàn)豐富了人們對(duì)于光電效應(yīng)的認(rèn)識(shí)，用強(qiáng)激光照射金屬，由于其光子密度極大，一個(gè)電子在短時(shí)間內(nèi)吸收多個(gè)光子成為可能，從而形成多光子電效應(yīng)，這已被實(shí)驗(yàn)證實(shí)。光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置示意如圖。用頻率為v的普通光源照射陰極k，沒有發(fā)生光電效應(yīng)，換同樣頻率為v的強(qiáng)激光照射陰極k，則發(fā)生了光電效應(yīng)；此時(shí)，若加上反向電壓U，即將陰極k接電源正極，陽極A接電源負(fù)極，在kA之間就形成了使光電子減速的電場，逐漸增大U，光電流會(huì)逐漸減??；當(dāng)光電流恰好減小到零時(shí)，所加反向電壓U可能是下列的（其中W為逸出功，h為普朗克常量，e為電子電量）（ ）A.U= B U= C. U= D. U=5已知金屬甲發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)

12、產(chǎn)生光電子的最大初動(dòng)能跟入射光的頻率關(guān)系如直線1所示。現(xiàn)用某單色光照射金屬甲的表面，產(chǎn)生光電子的最大初動(dòng)能為E1，若用同樣的單色光照射金屬乙表面，產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能E2，如圖所示。則金屬乙發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)產(chǎn)生光電子的最大初動(dòng)能跟入射光的頻率關(guān)系圖線應(yīng)是（ ）a Bb Cc D上述三條圖線都有可能6下列關(guān)于光電效應(yīng)的陳述中，正確的是( )A金屬的逸出功與入射光的頻率成正比 B光電流強(qiáng)度與入射光強(qiáng)度無關(guān)C用不可見光照射金屬一定比用可見光照同種金屬產(chǎn)生的光電子最大初動(dòng)能大D對(duì)任何一種金屬，都有一個(gè)“最大波長”，入射光的波長必須小于這個(gè)波長才能產(chǎn)生光電效應(yīng)7 氫原子能級(jí)圖的一部分如圖所示，a、b、

13、c分別表示在不同能級(jí)之間的三種躍遷途徑，設(shè)在a、b、c三種躍遷過程中，放出光子的能量和波長分別是和，則（ ）A. B. C. D. 8 用能量為12eV的光子照射處于基態(tài)的氫原子時(shí)，則下列說法中正確的是（ ）A. 使基態(tài)電子電離 B. 使電子躍遷到n3的能級(jí) C. 使電子躍遷到n4的能級(jí) D. 電子仍處于基態(tài)9用總能量為13eV的一個(gè)自由電子與處于基態(tài)的氫原子發(fā)生碰撞（不計(jì)氫原子的動(dòng)量變化），則電子可能剩余的能量（碰撞中無能量損失）是（ ）A. 10.2eVB. 2.8eV C. 0.91eVD. 12.75eV10氫原子的核外電子由一個(gè)軌道躍遷到另一軌道時(shí)，可能發(fā)生的情況有（ ）A. 放出光

14、子，電子動(dòng)能減少，原子勢能增加，且動(dòng)能減少量小于勢能的增加量B. 放出光子，電子動(dòng)能增加，原子勢能減少，且動(dòng)能增加量與勢能減少量相等C. 吸收光子，電子動(dòng)能減少，原子勢能增加，且動(dòng)能減少量小于勢能的增加量D. 吸收光子，電子動(dòng)能增加，原子勢能減少，且動(dòng)能增加量等于勢能的減少量10.光子能量為E的一束單色光照射到容器中的氫氣上，氫原子吸收光子能量后處于激發(fā)態(tài)，并能發(fā)射光子現(xiàn)測得該氫氣發(fā)射的光子共有3種，其頻率分別為、 ，且，那么入射光光子的能量值是（設(shè)普朗克常量為）（ ）A、 B、 C、 D、課堂練習(xí)：1 當(dāng)用具有1.87eV能量的光子照射n3激發(fā)態(tài)的氫原子時(shí)，氫原子（ ）A. 不會(huì)吸收這個(gè)光子

15、 B. 吸收該光子后被電離，電離后的動(dòng)能為0.36eVC. 吸收該光子后被電離，電離后電子的動(dòng)能為零 D. 吸收該光子后不會(huì)被電離2氫原子在某三個(gè)相鄰能級(jí)之間躍遷時(shí)，可發(fā)出三種不同波長的輻射光。已知其中的兩個(gè)波長分別為，且，則另一個(gè)波長可能是（ ） A. B. C. D. 3氫原子的能級(jí)如圖所示，已知可見的光的光子能量范圍約為1.62eV3.11eV下列說法錯(cuò)誤的是（ ）A處于n=3能級(jí)的氫原子可以吸收任意頻率的紫外線，并發(fā)生電離B大量氫原子從高能級(jí)向n=3能級(jí)躍遷時(shí)，發(fā)出的光具有顯著的熱效應(yīng)C大量處于n=4能級(jí)的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)，可能發(fā)出6種不同頻率的光D大量處于n=4是能級(jí)的氫原子向低

16、能級(jí)躍遷時(shí)，可能發(fā)出3種不同頻率的可見光4欲使處于基態(tài)的氫原子激發(fā),下列措施可行的是( )A.用10.2eV的光子照射 B.用11eV的光子照射C.用14eV的光子照射 D.用11eV的電子碰撞5對(duì)玻爾理論的評(píng)論和議論，正確的是（ ）A玻爾理論的成功，說明經(jīng)典電磁理論不適用于原子系統(tǒng)，也說明了電磁理論不適用于電子運(yùn)動(dòng)B玻爾理論成功地解釋了氫原子光譜的規(guī)律，為量子力學(xué)的建立奠定了基礎(chǔ)C玻爾理論的成功之處是引入量子觀念D玻爾理論的成功之處，是它保留了經(jīng)典理論中的一些觀點(diǎn)，如電子軌道的概念6子與氫原子核（質(zhì)子）構(gòu)成的原子稱為氫原子（hydrogen muon atom），它在原子核物理的研究中有重要

17、作用。圖為氫原子的能級(jí)示意圖。假定光子能量為E的一束光照射容器中大量處于n=2能級(jí)的氫原子，氫原子吸收光子后，發(fā)出頻率為v1、v2、v3、v4、v5和v6的光，且頻率依次增大，則E等于( )Ah（v3-v1 ） Bh（v5+v6） Chv3 Dhv47頻率為的光照射某金屬時(shí)，產(chǎn)生光電子的最大初動(dòng)能為Ekm.改用頻率為2的光照射同一金屬，所產(chǎn)生光電子的最大初動(dòng)能為(h為普朗克常量)( )AEkmh B2Ekm C. Ekmh D. Ekm2h8用一束綠光照射某金屬，恰能產(chǎn)生光電效應(yīng)，現(xiàn)在把入射光的條件改變，再照射這種金屬下列說法正確的是（ ）A把這束綠光遮住一半，則可能不產(chǎn)生光電效應(yīng) B把這束綠光遮住一半，則逸出的光電子數(shù)將減少C若改用一束黃光照射，則逸出的光電子數(shù)將減少 D若改用一束藍(lán)光照射，則逸出光電子的最大初動(dòng)能將增大