專題光電效應幾個問題

1010頁專題：光電效應幾個問題-------歷年高考題中對光電效應中的幾個概念和規(guī)律的考察作系統(tǒng)的總結-------歷年高考題中對光電效應中的幾個概念和規(guī)律的考察作系統(tǒng)的總結“光電效應”是光的粒子性的一個重要表達,也是光的本性中一個高考熱點.因此在復習過程中,第一，要澄清一些易混淆的概念和規(guī)律,如“光子”、“光電子”、“光子的能“““入射光的“勉出功遏止電壓”截止頻率光電效應方程”等;其次，對學問點的總結和梳理,這對理解光電效應的規(guī)律具有重要意義.一．光電效應總結：二個典型試驗：一個光電效應的演示試驗，另一個是爭論光電效應規(guī)律裝置二條主線：光的頻率ν：光子ν高→EEk光的強度I：在能產(chǎn)生光電效應的狀況下，光的頻率確定時，光的強度大→光子數(shù)目多→產(chǎn)生光電子多→光電流大強度——打算著每秒鐘光源放射的光子數(shù)照耀光〔光子〕頻率——打算著每個光子的能量光電子

每秒鐘逸出的光子數(shù)——打算著光電流的強度光電子逸出后的最大初動能三個典型圖線〔Eν，Uc—νI—U〕m〔1〕最大初動能與入射光頻率的關系 〔2〕反向遏止電壓與入射光頻率的關系UCOUCOU0KO - 0說明：圖象對應的函數(shù)式：E說明：圖象對應的函數(shù)式：EKhW,從圖象可以看出極限0是平行的是由于圖線的斜率就是普朗克恒量h說明：圖象對應函數(shù)式：UChWe0出金屬的極限頻率，依據(jù)斜率可以算出普朗克恒量，依據(jù)縱軸截距可以推算出金屬的逸出功〔3〕光電流與電壓的關系圖象說明：從圖象①③可以看出同種光照耀同種金屬板對應的反向遏止電壓一樣，而飽和光電流強度隨入射光強度增大而增大，從圖象①②對于同種金屬入射光的頻率越高，反向遏止電壓說明：從圖象①③可以看出同種光照耀同種金屬板對應的反向遏止電壓一樣，而飽和光電流強度隨入射光強度增大而增大，從圖象①②對于同種金屬入射光的頻率越高，反向遏止電壓I① 強光〔黃〕②藍光③弱光〔黃〕UUO21二．典型例題對光子說和產(chǎn)生光電效應條件的考察：例題1.〔2023年˙上?！骋罁?jù)愛因斯坦光子說，光子能量E等于〔h為普朗克常量，c、為真空中的光速和波長〔 〕hc h hA. B.c C.h D.【答案】A【解析】由于Ehhc

,選項A正確。例題2.〔2023年˙上海〕光電效應試驗的裝置如以下圖則下面說法中正確的選項是〔 〕用紫外光照耀鋅板，驗電器指針會發(fā)生偏轉用紅色光照耀鋅板，驗電器指針會發(fā)生偏轉C．鋅板帶的是負電荷D．使驗電器指針發(fā)生偏轉的是正電荷【答案】AD【解析】對金屬鋅而言，只有頻率大于或等于紫外線光照耀，才能產(chǎn)生光電效，所以A對；光電效應時從金屬鋅中打出的是電子，多余的是正電荷，所以D3.(2023˙北京)以往我們生疏的光電效應是單光子光電效應，即一個電子在極短時間內(nèi)能吸取到一個光子而從金屬表面逸出。強激光的消滅豐富了人們對于光電效應的生疏，用強激光照耀金屬，由于其光子密度極大，一個電子在極短時間內(nèi)吸取多個光子成為可能，從而形成多光子光電效應，這已被實驗證明。光電效應試驗裝置示意如圖。用頻率為v的一般光源照耀kv極k，則發(fā)生了光電效應；此時，假設加上反向電壓U，馬上陰極k接電源正極，陽極A接電源負極，在kAU，光電流會漸漸減小；當光電流恰好減小到零時，所加反向電壓U可能是以下的〔其中W為逸出功，he〕〔〕A.U=-B.U=-C.U=2hv-W D.U=-【答案】B【解析】依據(jù)題目信息，一般光源沒法吸取一個光子而成為自由電子，但激光可以，因此個光子即nhW E 當自由電子遇到遏止電kEk

eU，代入則答案為U

nhWe ，n為正整數(shù)，即答案為B。c(2)h0

hc0

(3)B (4)AC (5)C0對光電效應規(guī)律的理解例題4.〔2023年˙廣東〕光電效應試驗中，以下表述正確的選項是〔 〕A、光照時間越長光電流越大 B、入射光足夠強就可以有光電流C、遏止電壓與入射光的頻率有關 D、入射光頻率大于極限頻率才能產(chǎn)生光電子【答案：CD【解析：光電流的大小與入射光的強度有關，A錯誤；產(chǎn)生光電效應的條件是：入射光的頻率大于或等于被照耀材料的極限頻率，入射光的頻率達不到極限頻率，增加照耀光的強度是不能產(chǎn)生光電流的，所以B錯誤，C、D正確。例題5.()用紅光照耀某一光電管發(fā)生光電效應時，測得光電子的最大初動能為E，光電流強度為I；假設改用光強與上述紅光一樣1 1強度的紫光照耀該光電管時，測得光電子的最大初動能為E，光電流2強度為I〔〕2A.E＞E，I＜I B.E＞E，I＝I2 1 2 1 2 1 2 1C.E＞E，I＞I D.E＜E，I＝I2 1 2 1【答案】A

2 1 2 1【解析】光強是指單位時間內(nèi)放射的光子數(shù)，每一個光子的能量是hν紅光的光子數(shù)多對應打出光電子數(shù)也多光電流大即I〈I ；2 1光電子的最大初動能同光強無關，隨入射光的頻率增大而增大，即E2＞E1，所以A對。例題6元件，如以下圖為光電管的使用原理圖，當波長為λ0K上時，電路中有光電流，圖中O為滑動變阻器的固定連接點，則〔 〕假設用波長為λ1〔λ1＜λ0〕的光照耀陰極K滑動觸片PO點移向B端過程中電流表示數(shù)將先增大后可能不變滑動觸片PO點移向A端過程中電流表示數(shù)將漸漸減小至可能為零D．將電池組極性反接，滑片P停在O點，電流表仍有示數(shù)【答案】BCDλ0的入射光照耀到陰極Kλ1〔λ1＜λ0〕的光照耀陰極KAPO點移向B端過程中，正向電壓增大，到達AK發(fā)出的光子都到達A，如再增大電壓，光電流不會再增加，所以B對；滑動觸片PO點移向A端過程中，反向電壓增大，到達A板的光電子數(shù)削減，光電流減小，假設沒有光電子到A板，光電流為零，所以CP停在O點，沒有外電壓加在光電管上，假設從K板中打出的光電子能到達A,就有光電流，所以D對。對光電效應方程的理解①.EνUc--ν的圖線的理解m7.〔2023˙福建〕愛因斯坦因提出了光量子概念并成功地解釋光電效應的規(guī)律 而獲得1921年諾貝爾物理學獎某種金屬逸出光電子的最大初動能E與入射光頻率ν的關系如以下圖，其中νm 0為極限頻率．從圖中可以確定的是〔 〕A．逸出功與ν有關 B．E與入射光強度成正比kmC．當ν<ν 時，會逸出光電子0D．圖中直線的斜率與普朗克常量有關【答案】Dkm【解析】W=hν0，與ν無關；Ekm

=hν－W，與入射光強度無νkm關只有0時才會發(fā)生光電效應由于Ekm和ν的關系是E =hνkm－Wh，應選D。例題8.承受圖甲所示的裝置爭論某金屬的光電效應其中K為某金屬板，A為金屬電極，都密封在真空的玻璃管中，W為由石英片封蓋的窗口。試驗覺察，當用某種頻率的單色光照耀K時，轉變A、K兩端的電壓，可以使電流表的讀數(shù)為零，此時A、K間的電壓稱為遏止電壓，當轉變照耀光的頻率v，截止電壓Uc也將隨之轉變屢次試驗記錄相關數(shù)據(jù)繪出Uc—ν關系如圖乙所示，電子電量，則以下說法正確的選項是〔 〕A．可得該金屬的極限頻率 B．可求得該金屬的逸出功c．可求得普朗克常量 D．可求得電子的質量【答案】ABCkm【解析】Ekm

=hν－WU=Ekm

=hν－W，圖線的斜率就是普CC朗克常量，當U=0時的頻率就是該金屬的極限頻率，由此可求得該CCC金屬的逸出功，所以ABC對。②．I—U9.〔2023˙天津〕用同一光電管爭論a、b兩種單色光產(chǎn)生IU的關系如圖。則這兩種光〔〕A．照耀該光電管時a光使其逸出的光電子最大初動能大B．從同種玻璃射入空氣發(fā)生全反射時，a光的臨界角大C．通過同一裝置發(fā)生雙縫干預，a光的相鄰條紋間距大D．通過同一玻璃三棱鏡時，a光的偏折程度大BC1【解析】由光電效應方程mv22 m

0

b光照耀光電管時使其逸出的光電子最大初動能大bA錯誤。b光的頻率大，在玻璃中的折射率n

大，由Carcsin1從同種玻璃射入空氣發(fā)生bnb全反射時，b光的臨界角小，a光大，Bx

dL，b光波長小，b 相鄰條紋間距b光小，a光大，Cn>n，b光的偏折程度大，D錯誤。正確選項BCb 例題10.〔2023年˙浙江〕在光電效應試驗中，飛飛同學用同一光電管在不同試驗條件下得到了三條光電流與電壓之間的關系曲〔甲光乙光丙光如以下圖則可推斷〔 〕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.乙光對應的截止頻率大于丙光的截止頻率D.甲光對應的光電子最大初動能大于丙光的光電子最大初動能PabPabPabI/A甲乙丙UC1 C2UU/正向電壓 反向電壓【答案】B【解析】光電管加正向電壓狀況：P右移時，參與導電的光電子數(shù)增加；P移到某一位置時，全部逸出的光電子都剛參與了導電，光電流恰達最大值；P再右移時，光電流不能再增大。光電管加反向電壓狀況：P右移時，參與導電的光電子數(shù)削減；P移到某一位置時，全部逸出的光電子都剛不參與了導電，光電流恰為零，此時間電管兩端加的電壓為截止電1eU截

mv22

hW，U

U截

最大，截所以丙光的頻率最高，丙光的波長最短，丙光對應的光電子最大初動能也最大。選項B正確例題11.2023年江蘇〔〕爭論光電效應電路如以下圖，用頻率一樣、強度不同的光分別照耀密封真空管的鈉極板〔陰極K，鈉極板放射出的光電子被陽極A成光電流。以下光電流IAKUAK的關系圖象中，正確的選項是〔〕子。光電子從金屬外表逸出的過程中，其動量的大(選填“增大、“減小”或“不變”)，緣由是 ?！?〕氫原子處在第一、其次激發(fā)態(tài)的能級分別為-3.4eV和-1.51eV，金屬鈉的截止頻率為5.53×1014Hz,普朗克常量h=6.63×10-34Js.請通過計算推斷，氫原子從其次激發(fā)態(tài)〔〕減??；光電子受到金屬外表層中力的阻礙作用〔3〕hν氫原子放出的光子能量E＝E－E，代人數(shù)據(jù)得：E=189eV，金屬鈉的逸出功W= ，代hν3 2 0 0人數(shù)據(jù)得W＝2.3eV，由于E＜W，所以不能發(fā)生光電效應。0 0【解析〔1〕雖然I >I ，但截止電壓相等，選項C正確強 弱減?。还怆娮邮艿浇饘偻獗韺又辛Φ淖璧K作用〔或需要抑制逸出功〕hν氫原子放出的光子能量E＝E－E，代人數(shù)據(jù)得：E=189eV，金屬鈉的逸出功W= ，hν3 2 0 0代人數(shù)據(jù)得W＝2.3eV，由于E＜W，所以不能發(fā)生光電效應。0 0三．光電效應試驗裝置(光電管)的幾個問題AKμAa電源b例題12.〔2023年˙上?！忱霉怆姽墚a(chǎn)生光電流的電路如以下圖。電源的正極應接 端〔填”或；假設電流表讀數(shù)8μ，則秒從光電管陰極放射的光電子至少是 個〔電子電量為l..6AKμAa電源b【答案】a 5×1013【解析】A 端接電源正極應該為正向電壓；nq/tIt/t51013個e e13s2.5eV的一束光照耀陰極KS，0．60V時，電流表0．60V時，電流表讀數(shù)為零．把電路改為圖乙，當電壓表讀數(shù)為2V時，則逸出功及電子到達陽極時的最大動能為( )【答案】C【解析】如圖甲所加的是反向電壓，電壓表讀數(shù)大于或等于0．60V時，電流表讀數(shù)為零，km即0.6V為截止電壓，其值等于最大初動能，再由光電效應方程E =hν－W，得W=1.9eV;把km電路改為圖乙,電壓為正向電壓，由動能定理，到達A時最大動能=0.6eV+2.0eV=2.6eV,所以C針對訓練：變式題：(1).〔2023年˙廣東〕人們覺察光電效應具有瞬時性和各種金屬都存在極限頻率的規(guī)律。請問誰提出了何種學說很好地解釋了上述規(guī)律？鋅逸出功為3.34eV，用某單色紫外線照耀鋅板時逸出光電子的最大速度為106m/s,求該紫外線的波長λ.(電子質量m=9.11×10-31kg,e普朗克常量h=6.63×10-34j˙s,1eV=1.6×10-19J)(2)(2023年˙全國課標)(1)在光電效應試驗中,某金屬的截止頻率相應的波長為λ,該金0屬的逸出功為 .假設用波長為λ(λ〈λ )的單色光做該試驗,則其遏止電壓為0 .電子的電荷量、真空中的光速和普朗克常量分別為e、ch(3)(2023年˙上海)用一束紫外線照耀某金屬時不能產(chǎn)生光電效應,可能使金屬產(chǎn)生光電效應的措施是( )A.改用頻率更小的紫外線照耀 B.改用X射線照耀C.改用強度更大的紫外線照耀 D.延長紫外線的照耀時間〔4〔2023年˙課程卷〕用某種單色光照耀某種金屬外表，發(fā)生光電效應，現(xiàn)將該單色的光強減弱，則( )A.光電子的最大初動能不變 B.光電子的最大初動能削減C.單位時間內(nèi)產(chǎn)生的光電子數(shù)削減 D.可能不發(fā)生光電效應〔5〔2023年˙上?！硱垡蛩固褂晒怆娦脑囼炓?guī)律，猜測光具有粒子性，從而提出光說，從科學爭論的方法來說，這屬于〔 〕A．等效替代 B．把握變量 C．科學假說 D．數(shù)學歸納1〕2.變式題：〔1〕.〔2023年·上?！吃诠怆娦囼炛?，用單色光照耀某種金屬外表，有光電子勉出，則光電子的最大初動能取決于入射光的〔 〕A．頻率 B.強度 C.照耀時間 D.光子數(shù)目〔2〕.〔2023˙海南〕產(chǎn)生光電效應時，關于逸出光電子的最大初動能E，以下說法正確k的是〔 〕對于同種金屬，Ek對于同種金屬，Ek對于同種金屬，Ek對于同種金屬，Ek

與照耀光的強度無關與照耀光的波長成反比與光照耀的時間成正比與照耀光的頻率成線性關系對于不同種金屬，假設照耀光頻率不變，Ek

與金屬的逸出功成線性關系〔3〕.〔2023年˙寧夏〕關于光電效應，以下說法正確的選項是〔 〕A．極限頻率越大的金屬材料逸出功越大B．只要光照耀的時間足夠長，任何金屬都能產(chǎn)生光電效應C．從金屬外表出來的光電子的最大初動能越大，這種金屬的逸出功越小D．入射光的光強確定時，頻率越高，單位時間內(nèi)逸出的光電子數(shù)就越多〔4〕.利用光電管爭論光電效應試驗如以下圖，用頻率為ν。的可見光照耀陰極K，電流表中有電流通過，則 ( )A．用紫外線照耀，電流表中不愿定有電流通過B．用紅外線照耀，電流表中確定無電流通過C．用頻率為ν 的可見光照耀K，當滑動變阻器的滑動觸0P移到CD．用頻率為ν 的可見光照耀K，當滑動變阻器的滑動觸0PB(5).(2023˙四川卷).a、b、c三束單色光，其波長關系為a

b

.b光束照耀某種金屬時，恰能發(fā)生光電效應.假設分別用a光束和c光束照耀該金屬，則可以斷定〔 〕A.a光束照耀時，不能發(fā)生光電效應B.c光束照耀時，不能發(fā)生光電效應C.a光束照耀時，釋放出的光電子數(shù)目最多D.c光束照耀時，釋放出的光電子的最大初動能最小變式題答案：(1)A(2)ADE(3)A(4)D(5)A3.變式題：〔1〕.(2023·寧波十校聯(lián)考)甲、乙兩種金屬發(fā)生光電效應時，光電子的最大初動能與入射光頻率間的函數(shù)關系式分別如圖中的I、Ⅱ所示以下推斷正確的選項是( )A．I與Ⅱ不愿定平行B．乙金屬的極限頻率大C．圖象縱軸截距由入射光強度打算D．I、Ⅱ的斜率是定值，與入射光和金屬材料無關系〔2〕.(2023˙上海)光電效應的試驗結論是:對于某種金屬( )A.無論光強多強,只要光的頻率小于極限頻率就能產(chǎn)生光電效應B.無論光的頻率多低,只要光照耀時間足夠長就能產(chǎn)生光電效應C.超過極限頻率的入射光強度越弱，所以產(chǎn)生的光電子的最大初動能就越小D．超過極限頻率的入射光頻率越高，所產(chǎn)生的光電子的最大初動能就越大〔3〕.〔2023˙全國Ⅱ〕能使某金屬產(chǎn)生光電應的極限頻率為ν0〔 〕2ν0的單色光照該金屬時，確定能產(chǎn)生光電子2ν0的單色光照該金屬時，所產(chǎn)生的光電子的最大初動能為hν0當照耀光的頻率ν大于ν0時，假設ν增大，則逸出功增大當照耀光的頻率ν 大于ν0時，假設ν增大一倍，則光電子的最大初動能也增大一倍(4).(2023˙江蘇)A、B兩種光子的能量之比為2：1，它們都能使某種金屬發(fā)生光電效應，且所產(chǎn)生的電子最大初動能分別EA、EB.求A、B兩種光子的動量之比和該金屬逸出功？λ=3000?的紫A和陰極K之間的電勢差=2.1=0.56m(l)K極放射的電子數(shù)。