第14.1節(jié) 光電效應(yīng) 光子說（解析版）

第十四章微觀粒子的波粒二象性14.1光電效應(yīng)光子說??目標(biāo)導(dǎo)航學(xué)問要點(diǎn)難易度1.光電效應(yīng)現(xiàn)象：紫外線照射鋅板，光電子從鋅版逸出2.光子的能量：E=hν3.光電效應(yīng)方程：★★★

★★★??學(xué)問精講一、光電效應(yīng)現(xiàn)象1.試驗(yàn)現(xiàn)象：圖（1）鋅板帶負(fù)電，用紫外線燈照射后，驗(yàn)電器張開的指針夾角會變小。圖（2）鋅板不帶電，用紫外線燈照射后，驗(yàn)電器指針張開。結(jié)論：紫外線會讓電子從鋅板表面逸出。裝置（1）裝置（2）2.光電效應(yīng)：照射到金屬表面的光，能使金屬中的電子從表面逸出的現(xiàn)象。3.光電子：光電效應(yīng)現(xiàn)象中從金屬表面逸出的電子常稱為光電子。二、光電效應(yīng)的試驗(yàn)規(guī)律1.光電效應(yīng)的試驗(yàn)裝置如圖（1）所示，把光信號轉(zhuǎn)化為電信號的裝置叫光電管。⑴陰極K和陽極A是密封在真空玻璃管中的兩個電極。陰極K與陽極A之間電壓U的大小用電壓表測量，可以通過滑動變阻器的調(diào)整，轉(zhuǎn)變電壓大小。電源的正負(fù)極也可以對調(diào)，圖中所加的電壓為正向電壓，即A極的電勢高于K極的電勢。⑵K在受到光照時能夠放射光電子。光電子從陰極K逸出后，在AK之間被電場加速。⑶陽極A吸取陰極K發(fā)出的光電子，形成光電流，用電流計(jì)測出光電流的大小。光電流越大，說明光電效應(yīng)越強(qiáng)。圖（1）圖（2）2.試驗(yàn)過程(1)施加正向電壓，如圖（1）：A接正極，K接負(fù)極①保持光照條件不變，調(diào)整滑動變阻器，增大電壓，測量光電流。②得到如圖（2）所示圖像，光電流隨電壓增大而增大，并趨于一個飽和值Im③分析：在肯定的光照條件下，單位時間內(nèi)陰極K放射的光電子的數(shù)目是肯定的。電壓增加到肯定值時，全部光電子都被陽極A吸取，這時即使再增大電壓，電流也不會增大。(2)施加反向電壓，如圖（3）：K接正極，A接負(fù)極圖（3）圖（4）圖（5）①保持光照條件不變，調(diào)整滑動變阻器，增大反向電壓，測量光電流。②得到如圖（2）所示圖像，光電流隨反向電壓增大而減小，直至為0，測量此時的電壓UC。③分析：如圖（4），具有最大初動能的光電子到達(dá)A極時，動能剛好減小為零，電場力做功=最大初動能，即：，使光電流減小到0的反向電壓UC稱為遏止電壓。(3)更換不同頻率的色光，測量不同色光的I-U圖像。如圖（5）中的黃光和藍(lán)光，不同頻率的色光都存在飽和電流，但截止頻率不一樣。(4)對同一頻率的色光，轉(zhuǎn)變強(qiáng)度，測量I-U圖像。如圖（5）中的黃光（強(qiáng)）和黃光（弱），截止頻率相同，光強(qiáng)越大飽和電流越大。3.結(jié)論(1)對于同一種顏色（頻率）的光，無論光的強(qiáng)弱如何，遏止電壓都一樣。(2)光的頻率發(fā)生變化時，遏止電壓也會發(fā)生變化。這表明光電子的最大初動能只與入射光的頻率有關(guān)，與入射光的強(qiáng)弱無關(guān)。(3)截止頻率（極限頻率）：入射光的頻率必需高于某一極限頻率才能發(fā)生光電效應(yīng)。當(dāng)入射光的頻率低于截止頻率時不能發(fā)生光電效應(yīng)。對于每種金屬，都有相應(yīng)確定的截止頻率νc，即：①當(dāng)入射光頻率ν>νc時，電子才能逸出金屬表面；②當(dāng)入射光頻率ν<νc時，無論光強(qiáng)多大也無電子逸出金屬表面。(4)光電效應(yīng)具有瞬時性，當(dāng)光照射時馬上產(chǎn)生光電效應(yīng)。例1.爭辯光電效應(yīng)試驗(yàn)如圖所示，用頻率為ν的可見光照射陰極K，電流表中有電流通過，則()A．用紫外線照射，電流表不肯定有電流通過B．用紅外線照射，電流表肯定無電流通過C．用頻率為ν的可見光照射陰極K，當(dāng)滑動變阻器的滑片移到最右端時，電流表肯定無電流通過D．用頻率為ν的可見光照射陰極K，當(dāng)滑動變阻器的滑片向左端移動時，電流表示數(shù)可能不變答案：D解析：因紫外線的頻率比可見光的頻率高，所以用紫外線照射，電流表肯定有電流通過，A錯誤；因不知陰極K的極限頻率，所以用紅外線照射，可能發(fā)生光電效應(yīng)，電流表可能有電流通過，B錯誤；由于發(fā)生了光電效應(yīng)，即使A、K間的電壓UAK＝0，電流表中也有電流通過，C錯誤；當(dāng)滑動變阻器的滑片向左端移動時，陽極吸取光電子的力量增加，光電流會增大，當(dāng)全部光電子都到達(dá)陽極時，電流達(dá)到最大，即飽和電流，若在移動前，電流已經(jīng)達(dá)到飽和電流，那么再增大UAK，光電流也不會增大，D正確。三、經(jīng)典理論的沖突1.光電效應(yīng)經(jīng)典解釋依據(jù)經(jīng)典電磁理論，光是電磁波，對光電效應(yīng)有如下結(jié)論：(1)當(dāng)光照射金屬表面時，電子會吸取光的能量。若電子吸取的能量超過逸出功，電子就能從金屬表面逸出，形成光電子。不管光的頻率如何，只要光足夠強(qiáng)，電子都可以獲得足夠能量從而逸出表面，不存在截止頻率。(2)光越強(qiáng)，光電子的初動能應(yīng)當(dāng)越大，所以截止電壓Uc應(yīng)當(dāng)與光的強(qiáng)弱有關(guān)。(3)假如光很弱，電子需要長時間（幾分鐘到十幾分鐘）才能獲得逸出表面所需的能量，這個時間遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于試驗(yàn)中產(chǎn)生光電流的時間。這些結(jié)論與試驗(yàn)結(jié)果相沖突，經(jīng)典電磁理論無法解釋。2光電效應(yīng)經(jīng)典解釋中的疑難點(diǎn)(1)初動能與光強(qiáng)無關(guān)，取決于入射光的頻率。(2)存在極限頻率(紅限)。(3)響應(yīng)快慢與光強(qiáng)無關(guān)，沒有能量積累過程。四、光子說1.能量量子化認(rèn)為：電磁波的輻射和吸取是不連續(xù)的，一份一份的，每一份叫做一個能量子。2.愛因斯坦認(rèn)為：光本身就是由一個個不行分割能量子組成的。每一份稱為光量子，簡稱光子。3.光子的能量：E=hν，ν是光子的頻率。例2.光子的能量與其()A．頻率成正比 B．波長成正比C．速度成正比 D．速度平方成正比答案：A解析：依據(jù)ε＝hν可知，光子的能量與其頻率成正比，A正確。五、光電效應(yīng)方程1.Ek是光子最大初動能，就某個光電子而言，其離開金屬時的動能大小可以是0~Ek范圍內(nèi)的任何數(shù)值。W0是金屬的逸出功，是金屬的屬性，跟金屬種類有關(guān)，如圖（1）所示。式中h叫普朗克常量(h=6.63×10-34J·s)圖（1）圖（2）⑴截止頻率的解釋光照射到金屬中的電子時，一個電子只能吸取一個光子的能量，也就是hv的能量。hv>W0→產(chǎn)生光電效應(yīng)hv<W0→無光電效應(yīng)hv=W0→極限頻率v=光電效應(yīng)圖像如圖（2）所示，Ek=hν

–W0①斜率k=h（普朗克常數(shù)）②橫截距νc（極限頻率）③縱截距為－W0（逸出功的負(fù)值）⑵遏止電壓的解釋對某種金屬W0肯定，遏止電壓Uc只與入射光的頻率有關(guān)，與光強(qiáng)無關(guān)。⑶瞬時性的解釋電子一次性吸取了光子的全部能量，所以自然不需要時間的積累。⑷飽和電流的解釋對于同種頻率的光，光較強(qiáng)時，單位時間內(nèi)照射到金屬表面的光子數(shù)較多,照射金屬時產(chǎn)生的光電子較多，因而飽和電流較大。截止電壓Uc與光的頻率v和逸出功Wo的關(guān)系：U光子像其他粒子一樣，也具有能量。光電效應(yīng)顯示了光的粒子性。例3.如圖所示，在演示光電效應(yīng)的試驗(yàn)中，谷靈同學(xué)分別用a、b兩種單色光照射鋅板。發(fā)覺用a光照射時與鋅板連接的驗(yàn)電器的指針張開一個角度；用b光照射時與鋅板連接的驗(yàn)電器的指針不動。下列說法正確的是（）A．增大b光的照射強(qiáng)度，驗(yàn)電器的指針有可能張開一個角度B．增大a光的照射強(qiáng)度，光電子的最大初動能增加C．a(chǎn)光的頻率大于b光的頻率D．若用b光照射另一種金屬能發(fā)生光電效應(yīng)，則用a光照射該金屬時可能不會發(fā)生光電效應(yīng)答案：C解析：AB．依據(jù)愛因斯坦光電方程可知，增大b光的照射強(qiáng)度，仍不會發(fā)生光電效應(yīng)；增大a光的照射強(qiáng)度，光電子的最大初動能保持不變，AB錯誤；C．依據(jù)a光照射鋅板能夠發(fā)生光電效應(yīng)可知，a光的頻率大于鋅板的極限頻率；依據(jù)b光照射鋅板不能發(fā)生光電效應(yīng)可知，b光的頻率小于鋅板的極限頻率，則a光的頻率大于b光的頻率，C正確；D．由于a的頻率比b高，所以用b光照射另一種金屬能發(fā)生光電效應(yīng)，則用a光照射該金屬時肯定能發(fā)生光電效應(yīng)，D錯誤。例4.（多選）用圖甲所示裝置爭辯光電效應(yīng)現(xiàn)象，三次用同一光電管在不同光照條件下試驗(yàn)，記錄微安表的示數(shù)I隨光電管電壓U的變化狀況，得到甲、乙、丙三條光電流與電壓之間的關(guān)系曲線，如圖乙所示。下列說法正確的是（）A．大于B．光電管中電流方向由A指向KC．甲圖線表示光的強(qiáng)度比丙大D．甲圖線和乙圖線表示光產(chǎn)生的光電子最大初動能相同答案：ABC解析：A．由圖乙可知，大于，故A正確；B．光電子帶負(fù)電，其運(yùn)動方向由K指向A，則光電管中電流方向由A指向K，故B正確；C．由圖乙可知，甲圖線的飽和光電流比丙圖線飽和光電流大，則可知甲光的強(qiáng)度比丙大，故C正確；D．甲圖線表示的光遏制電壓比乙圖線表示的光遏制電壓小，則依據(jù)可知，甲圖線表示的光產(chǎn)生的光電子最大初動能比乙圖線表示的光產(chǎn)生的光電子最大初動能小，故D錯誤。??考點(diǎn)題型考點(diǎn)01光電效應(yīng)方程的定性分析例5.利用如圖所示的試驗(yàn)裝置爭辯光電效應(yīng)現(xiàn)象，用一束紫外線照射光電陰極材料，電流表無示數(shù)。則（）A．增大入射光的強(qiáng)度，電流表肯定有示數(shù) B．增大入射光的頻率，電流表肯定有示數(shù)C．減小入射光的頻率，電流表可能有示數(shù) D．減小入射光的波長，電流表可能有示數(shù)答案：D解析:電流表無示數(shù)是由于入射光的頻率過低，與入射光的強(qiáng)度無關(guān)，減小波長則頻率變大，故選D。考點(diǎn)02光電效應(yīng)方程的定量計(jì)算例6.單色光B的頻率為單色光A的兩倍，用單色光A照射到某金屬表面時，從金屬表面逸出的光電子最大初動能為E1；用單色光B照射該金屬表面時，逸出的光電子最大初動能為E2。則該金屬的逸出功為()A．E2－E1B．E2－2E1C．2E1－E2D．eq\f(E1＋E2,2)答案：B解析：依據(jù)光電效應(yīng)方程，用單色光A照射某金屬表面時，有E1＝hν－W逸出功，用單色光B照射該金屬表面時，有E2＝h·2ν－W逸出功，聯(lián)立解得W逸出功＝E2－2E1，故A、C、D錯誤，B正確。例7.如圖所示電路可爭辯光電效應(yīng)規(guī)律。圖中標(biāo)有A和K的為光電管，其中A為陽極，K為陰極，抱負(fù)電流計(jì)可檢測通過光電管的電流，抱負(fù)電壓表用來指示光電管兩端的電壓?，F(xiàn)接通電源，用光子能量為12.0eV的光照射陰極K，電流計(jì)中有示數(shù)，若將滑動變阻器的滑片P緩慢向右滑動，電流計(jì)的讀數(shù)漸漸減小，當(dāng)滑至某一位置時電流計(jì)的讀數(shù)恰好為零，讀出此時電壓表的示數(shù)為5.0V?，F(xiàn)保持滑片P位置不變，以下推斷正確的是（）A．光電管陰極材料的逸出功為5.0eVB．若增大入射光的強(qiáng)度，電流計(jì)的讀數(shù)不為零C．若用光子能量為15.0eV的光照射陰極K，光電子的最大初動能肯定變大D．若用光子能量為10.0eV的光照射陰極K，同時把滑片P向左移動少許，電流計(jì)的讀數(shù)肯定不為零答案：C解析：A．依據(jù)可知電子逸出后的最大初動能為5.0eV，依據(jù)光電效應(yīng)方程解得逸出功A錯誤；B．若只增大入射光的強(qiáng)度，光子的能量不變，依據(jù)光電效應(yīng)方程可知，電子逸出后的最大初動能保持不變，因此電流計(jì)的讀數(shù)仍為零，B錯誤；C．若用光子能量為15.0eV的光照射陰極K，依據(jù)光電效應(yīng)方程可知光電子的最大初動能C正確；D．若用光子能量為10.0eV的光照射陰極K，則光電子的最大初動能若把滑片P向左移動少許，但只要電壓表的示數(shù)超過3V，電流計(jì)的讀數(shù)肯定為零，D錯誤?？键c(diǎn)03光電效應(yīng)方程的圖像分析例8.用不同頻率的紫外線分別照射鎢和鋅的表面而產(chǎn)生光電效應(yīng)，可得到光電子的最大初動能隨入射光頻率變化的圖像。已知鎢的逸出功是，鋅的逸出功是，若將二者的圖線畫在同一個坐標(biāo)系中，用實(shí)線表示鎢、虛線表示鋅，則下列正確反映這一過程的圖是（）A．B．C．D．答案：A解析：依據(jù)光電效應(yīng)方程可知，圖線的斜率代表普朗克常量，因此鎢和鋅的圖線應(yīng)當(dāng)平行；圖線的橫軸截距代表截止頻率，而因此鎢的截止頻率小些，A正確。例9.1916年密立根測量金屬的遏止電壓（即圖甲所示電路中電流表G的讀數(shù)減小到零時加在電極K、A之間的反向電壓）與入射光頻率v的對應(yīng)關(guān)系，試驗(yàn)中推導(dǎo)計(jì)算出普朗克常量h。圖乙為某光電管發(fā)生光電效應(yīng)時遏止電壓與入射光頻率v的關(guān)系圖像，已知光電子的電荷量為e，下列說法正確的是（）A．電極K的金屬材料的截止頻率為B．普朗克常量C．電極K的金屬材料逸出功隨入射光頻率的增大而減小D．光電子最大初動能與入射光頻率成正比答案：B解析：A．依據(jù)可知因此當(dāng)時取得截止頻率為b，故A錯誤；B．圖像斜率表示因此普朗克常量故B正確；C．逸出功只與金屬材本身類有關(guān)，C錯誤；D．依據(jù)可知，光電子最大初動能與入射光頻率成一次函數(shù)關(guān)系，故D錯誤?？键c(diǎn)04光譜和光電效應(yīng)的綜合應(yīng)用例10.鉀的逸出功是2.25eV。如圖為氫原子的能級示意圖，則下列對氫原子在能級躍遷過程中的特征生疏，正確的是（）A．一個處于能級的氫原子向基態(tài)躍遷時，能放出6種不同頻率的光B．用能量為10.5eV的光子轟擊氫原子，可使處于基態(tài)的氫原子躍遷到激發(fā)態(tài)C．用能量為12.09eV的電子轟擊氫原子，肯定可使處于基態(tài)的氫原子躍遷到激發(fā)態(tài)D．一群處于能級的氫原子向基態(tài)躍遷時，發(fā)出的光照射鉀板，鉀板表面所發(fā)出的光電子的最大初動能為9.84eV答案：D解析：A．一個處于能級的氫原子向基態(tài)躍遷時，能放出3種不同頻率的光，A錯誤；B．因10.5eV不等于任何兩個能級的能級差，則用能量為10.5eV的光子轟擊氫原子，不能使處于基態(tài)的氫原子躍遷到激發(fā)態(tài)，B錯誤；C．用能量為12.09eV的電子轟擊，氫原子吸取的能量可能等于基態(tài)與其它能級間的能級差，可能使處于基態(tài)的氫原子躍遷到激發(fā)態(tài)，但不是肯定，故C錯誤；D．一群處于能級的氫原子向基態(tài)躍遷時，其中從3→1躍遷時發(fā)出的光子的能量最大，最大值為12.09eV，則發(fā)出的光照射鉀板，鉀板表面所發(fā)出的光電子的最大初動能為12.09eV-2.25eV=9.84eV，D正確。例11.氫原子的能級圖如圖甲所示，一群處于第4能級的氫原子，向低能級躍遷過程中能發(fā)出6種不同頻率的光，其中只有頻率為νa、νb兩種光可讓圖乙所示的光電管陰極K發(fā)生光電效應(yīng)。分別用頻率為νa、νb的兩個光源照射光電管陰極K，測得電流隨電壓變化的圖像如圖丙所示。下列說法中正確的是（）A．處于第4能級的氫原子可以吸取一個能量為0.75eV的光子并電離B．圖丙中的圖線b所表示的入射光是氫原子由第4能級向基態(tài)躍遷發(fā)出的C．圖丙中的圖線b所表示的入射光的光子能量為12.09eVD．用圖丙中的a光照射陰極K時，光電子的最大初動能比用b光照射時更大答案：B解析：A．處于第4能級的氫原子至少吸取一個能量為0.85eV的光子才能發(fā)生電離，A錯誤；B．從第4能級躍遷只有兩種光使陰極發(fā)生光電效應(yīng)，則這兩種光是全部發(fā)光中頻率最高的兩種，即從第4能級躍遷到基態(tài)和第3能級躍遷到基態(tài)，由圖丙可知，圖線b所表示的入射光頻率較大，能量較大，所以圖線b所表示的光是氫原子由第4能級向基態(tài)躍遷發(fā)出的，B正確；C．由B選項(xiàng)可知，圖線b所表示的光是氫原子由第4能級向基態(tài)躍遷發(fā)出的，其光子能量為E=13.6eV-0.85eV=12.75eV，C錯誤；D．圖丙中的圖線b對應(yīng)的截止電壓較大，故光電子的最大初動能更大，D錯誤。??鞏固練習(xí)~A組~1.（多選）如圖所示，用導(dǎo)線把不帶電的驗(yàn)電器與鋅板相連接，當(dāng)用紫外線照射鋅板時，發(fā)生的現(xiàn)象是()A．有光子從鋅板逸出 B．有電子從鋅板逸出C．驗(yàn)電器指針張開一個角度 D．鋅板帶負(fù)電答案：BC解析：用紫外線照射鋅板時，鋅板里的電子吸取紫外線的能量從鋅板表面逸出，稱之為光電子，故A錯誤，B正確；鋅板與驗(yàn)電器相連，帶有相同電性的電荷，鋅板失去電子帶正電，且失去的電子越多，帶正電的電荷量越多，驗(yàn)電器指針張角越大，故C正確，D錯誤。2.如圖所示為一光電管電路，滑動變阻器觸頭位于ab上某點(diǎn)，用黃光照射光電管陰極，電表指針無偏轉(zhuǎn)，要使電表指針偏轉(zhuǎn)，可實(shí)行的可行措施有()A．增大黃光的強(qiáng)度 B．換用藍(lán)光照射C．將P向a滑動 D．將電源正、負(fù)極對調(diào)答案：B解析：光電管兩端加的是正向電壓，電表指針沒有偏轉(zhuǎn)，是由于沒有發(fā)生光電效應(yīng)，發(fā)生光電效應(yīng)的條件為ν＞ν0，故只有換用頻率較高的藍(lán)光照射，才可能發(fā)生光電效應(yīng)，故A、C、D錯誤，B正確。3.在光電效應(yīng)試驗(yàn)中，某試驗(yàn)小組用同種頻率的單色光，先后照射鋅和銀的表面，都能產(chǎn)生光電效應(yīng)。對這兩個過程，下列四個物理量中，可能相同的是()A．飽和光電流 B．遏止電壓C．光電子的最大初動能 D．逸出功答案：A解析：飽和光電流和入射光的強(qiáng)度有關(guān)，可以通過把握入射光的強(qiáng)度來實(shí)現(xiàn)飽和光電流相同，A正確；依據(jù)遏止電壓和光電子最大初動能關(guān)系Uc＝eq\f(Ek,e)可知，光電子的最大初動能不同，遏止電壓也不同，B錯誤；不同金屬的逸出功是不同的，同種頻率的單色光，光子能量hν相同，依據(jù)光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0可知，兩種金屬中逸出的光電子的最大初動能Ek不同，C、D錯誤。4．某光源發(fā)出的光由不同波長的光組成，不同波長的光的強(qiáng)度如圖所示，表中給出了一些材料的極限波長，用該光源發(fā)出的光照射表中材料（）材料鈉銅鉑極限波長/nm541268196A．僅鈉能產(chǎn)生光電子 B．僅鈉、銅能產(chǎn)生光電子C．僅鈉、鉑能產(chǎn)生光電子 D．都能產(chǎn)生光電子答案：D解析：依據(jù)光電效應(yīng)方程可知，只要光的波長小于某金屬的極限波長，就有光電子逸出，該光源發(fā)出的光的波長最小值小于100nm，小于鈉、銅、鉑的極限波長，故三種金屬都能產(chǎn)生光電子。故D正確。5.爭辯光電效應(yīng)的試驗(yàn)裝置如圖所示，以頻率為ν的光照射光電管陰極K時，有光電子產(chǎn)生。由于光電管K、A間加的是反向電壓，光電子從陰極K放射后將向陽極A做減速運(yùn)動。光電流i由圖中電流計(jì)G測出，反向電壓U由電壓表V測出，且遏止電壓為Uc.在下列表示光電效應(yīng)試驗(yàn)規(guī)律的圖象中，錯誤的是()答案：B解析：當(dāng)反向電壓U和入射光頻率ν肯定時，發(fā)生光電效應(yīng)產(chǎn)生的光電子數(shù)與光強(qiáng)成正比，則單位時間到達(dá)陽極A的光電子數(shù)與光強(qiáng)也成正比，故光電流i與光強(qiáng)I成正比，A正確；由動能定理得－eUc＝0－Ek，又因Ek＝hν－W0，所以Uc＝eq\f(h,e)ν－eq\f(W0,e)，可知遏止電壓Uc與頻率ν是線性關(guān)系，但不是正比例關(guān)系，B錯誤；當(dāng)光強(qiáng)與入射光頻率肯定時，單位時間內(nèi)逸出的光電子數(shù)及其最大初動能是肯定的，所形成的光電流強(qiáng)度會隨反向電壓的增大而減小，選項(xiàng)C正確；依據(jù)光電效應(yīng)的瞬時性規(guī)律，可知D正確。6.（多選）在做光電效應(yīng)的試驗(yàn)時，某金屬被光照射發(fā)生了光電效應(yīng)，試驗(yàn)測得光電子的遏止電壓Uc與入射光的頻率ν的關(guān)系如圖所示，由試驗(yàn)圖線可求出()A．該金屬的截止頻率 B．普朗克常量C．該金屬的逸出功 D．單位時間內(nèi)逸出的光電子數(shù)答案：ABC解析：由光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0和eUc＝Ek可知Uc＝eq\f(h,e)ν－eq\f(W0,e)，當(dāng)Uc＝0時，ν＝eq\f(W0,h)＝νc，即圖線在橫軸上的截距在數(shù)值上等于金屬的截止頻率；圖線的斜率在數(shù)值上等于eq\f(h,e)，故可求出普朗克常量h；當(dāng)ν＝0時，Uc＝－eq\f(W0,e)，即圖線在縱軸上的截距的確定值乘以電子電荷量e在數(shù)值上等于金屬的逸出功，A、B、C正確。由試驗(yàn)圖線不能求出單位時間內(nèi)逸出的光電子數(shù)，D錯誤。7．從1907年起，美國物理學(xué)家密立根就開頭以精湛的技術(shù)測量光電效應(yīng)中幾個重要的物理量。他通過如圖甲所示的試驗(yàn)裝置測量某金屬的遏止電壓與入射光頻率，作出圖乙所示的圖象，由此算出普朗克常量h，并與普朗克依據(jù)黑體輻射測出的h相比較，以檢驗(yàn)愛因斯坦光電效應(yīng)方程的正確性。已知電子的電荷量為e，則下列普朗克常量h的表達(dá)式正確的是（）A． B．C． D．答案：A解析：依據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程及動能定理，得：所以圖象的斜率，所以8.如圖所示，分別用1、2兩種材料作K極進(jìn)行光電效應(yīng)探究，其截止頻率ν1<ν2，保持入射光不變，則光電子到達(dá)A極時動能的最大值Ekm隨電壓U變化關(guān)系的圖像是()答案：C解析：光電管所加電壓為正向電壓，則依據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程及動能定理可知光電子到達(dá)A極時動能的最大值Ekm＝eU＋hν－h(huán)ν截止，可知Ekm-U圖像的斜率相同，均為e；截止頻率越大，則圖像在縱軸上的截距越小，因ν1<ν2，則圖像C正確，A、B、D錯誤。9．如圖所示，分別用頻率為v、2v的光照射某光電管，對應(yīng)的遏止電壓之比為1：3，普郎克常量用h表示，則（

）A．用頻率為的光照射該光電管時有光電子逸出B．該光電管的逸出功為C．用2v的光照射時逸出全部光電子的初動能比用v的光照射時逸出全部光電子的初動能大D．加正向電壓時，用2v的光照射時飽和光電流肯定大答案：B解析：AB.依據(jù)據(jù)題意解得該光電管的逸出功為用頻率為的光照射該光電管時，光電子的能量為，小于該光電管的逸出功，所以不能發(fā)生光電效應(yīng)，沒有光電子逸出，故A錯誤，B正確；C．由此可知用2v的光照射時比用v的光照射時逸出的光電子的最大初動能肯定大，并不是全部光電子的初動能大，故C錯誤；D．飽和光電流與入射光的強(qiáng)度有關(guān)，與頻率無關(guān)，加正向電壓時，用用2v的光照射時飽和光電流不肯定大，故D錯誤。10.（多選）某試驗(yàn)小組用圖甲所示電路爭辯a、b兩種單色光的光電效應(yīng)現(xiàn)象，通過試驗(yàn)得到光電流I與電壓U的關(guān)系如圖乙所示，由圖可知（）A．光電子的最大初動能 B．兩種光的頻率C．兩種光照射金屬K時的逸出功一樣 D．兩種光的遏止電壓相同答案：AC解析：AD．由題圖可得b光照射光電管時反向截止電壓大，也即b光的遏止電壓大，由可知，b光照射光電管時逸出的光電子最大初動能大，所以，故A正確，D錯誤；B．由光電效應(yīng)方程可得由題圖可得b光照射光電管時反向截止電壓大，其頻率大，即故B錯誤；C．金屬的逸出功由金屬本身打算，與光的頻率無關(guān)，即兩種光照射金屬K時逸出功是一樣的，C正確。11.如圖甲所示，為爭辯某金屬材料的遏止電壓Uc與入射光頻率v的關(guān)系的電路圖，用不同頻率的光分別照射甲圖中同一光電管的陰極K，調(diào)整滑片P測出遏止電壓，并描繪Uc-v關(guān)系圖如圖乙所示。已知三種光的頻率分別設(shè)為以v1、v2、v3，光子的能量分別為1.8eV、2.4eV、3.0eV，測得遏止電壓分別為U1=0.8V、U2=1.4V、U3（圖乙中未知）。則下列說法正確的是（）A．普朗克常量可表達(dá)為B．圖乙中頻率為v3的光對應(yīng)的遏止電壓U3=1.8VC．該陰極K金屬材料的逸出功為2.6eVD．將電源的正負(fù)極對換，仍用頻率為v2的光照射陰極K時，將滑片P向右滑動一些，電流表示數(shù)肯定不為零答案：D解析：A．由光電效應(yīng)方程，可得解得故A錯誤；C．依據(jù)解得故C錯誤；B．依據(jù)解得故B錯誤；D．將電源的正負(fù)極對換，用頻率為v2的光照射陰極K時，加在光電管上的電壓會使光電子加速，將滑片P向右滑動一些，加速電壓變大，電流表示數(shù)肯定不為零。故D正確。12．如圖所示為氫原子能級圖，以及從、4、5、6能級躍遷到能級時輻射的四條光譜線。則下列敘述正確的有（）A．、、、的頻率依次增大B．可求出這四條譜線的波長之比，、、、的波長依次增大C．處于基態(tài)的氫原子要吸取的能量才能被電離D．假如可以使某種金屬發(fā)生光電效應(yīng)，肯定可以使該金屬發(fā)生光電效應(yīng)答案：A解析：AB．依據(jù)氫原子能級躍遷的頻率條件（，、都只能取正整數(shù)）可以判定、、、的頻率依次增大，波長依次減小，且能定量地計(jì)算出頻率和波長的大小之比，故A正確；B錯誤；C．處于基態(tài)的氫原子要吸取的能量才能被電離。故C錯誤；D．的頻率大于的頻率，依據(jù)光電效應(yīng)產(chǎn)生的條件可以判定，可以使某種金屬發(fā)生光電效應(yīng)，不肯定可以使該金屬發(fā)生光電效應(yīng)，故D錯誤。故選A。13.如圖所示為氫原子的能級示意圖，一群氫原子處于的激發(fā)態(tài)，在自發(fā)躍遷中放出一些光子，用這些光子照射逸出功為的鉀，下列說法正確的是（）A．這些氫原子最多可能發(fā)出4種不同頻率的光B．這些氫原子發(fā)出的全部光子均能使金屬鉀發(fā)生光電效應(yīng)C．用這些氫原子躍遷放出的光照射金屬鉀，逸出的光電子最大初動能肯定不大于D．氫原子在由高能級向低能級躍遷過程中，核外電子的動能也隨之減小答案：C解析：A．一群處在能級的氫原子，自發(fā)向低能級躍遷，放出光子的種類為種﹐A錯誤；B．由于鉀金屬的逸出功為，故并不是這6種顏色的光照射鉀都會發(fā)生光電效應(yīng)，例如從4能級向3能級躍遷釋放的光子能量為，B錯誤；C．這6種顏色的光中，能量最高的光是由4能級向1能級躍遷時產(chǎn)生的，能量為用這種顏色的光照射在金屬鉀上，由愛因斯坦光電效應(yīng)方程可知，最大初動能為，C正確；D．氫原子在由高能級向低能級躍遷過程中，核外電子的動能可以類比天體運(yùn)動中環(huán)繞天體的高度降低，線速度變大，動能變大進(jìn)行推斷，D錯誤。14.鉀的逸出功是2.25eV。如圖為氫原子的能級示意圖，則下列對氫原子在能級躍遷過程中的特征生疏，正確的是（）A．一個處于能級的氫原子向基態(tài)躍遷時，能放出6種不同頻率的光B．用能量為10.5eV的光子轟擊氫原子，可使處于基態(tài)的氫原子躍遷到激發(fā)態(tài)C．用能量為12.09eV的電子轟擊氫原子，肯定可使處于基態(tài)的氫原子躍遷到激發(fā)態(tài)D．一群處于能級的氫原子向基態(tài)躍遷時，發(fā)出的光照射鉀板，鉀板表面所發(fā)出的光電子的最大初動能為9.84eV答案：D解析：A．一個處于能級的氫原子向基態(tài)躍遷時，能放出3種不同頻率的光，選項(xiàng)A錯誤；B．因10.5eV不等于任何兩個能級的能級差，則用能量為10.5eV的光子轟擊氫原子，不能使處于基態(tài)的氫原子躍遷到激發(fā)態(tài)，選項(xiàng)B錯誤；C．用能量為12.09eV的電子轟擊，氫原子吸取的能量可能等于基態(tài)與其它能級間的能級差，可能使處于基態(tài)的氫原子躍遷到激發(fā)態(tài)，但不是肯定，故C錯誤；D．一群處于能級的氫原子向基態(tài)躍遷時，其中從3→1躍遷時發(fā)出的光子的能量最大，最大值為12.09eV，則發(fā)出的光照射鉀板，鉀板表面所發(fā)出的光電子的最大初動能為12.09eV-2.25eV=9.84eV，D正確。15.金屬板M在某種光照射下可以放射出最大速度為v的電子，電子從金屬板M運(yùn)動到金屬網(wǎng)N形成電流。已知圖中兩電池的供電電壓都為U，電子的電荷量為e，質(zhì)量為m，當(dāng)單刀雙擲開關(guān)S與1接通時，電流表的示數(shù)剛好為零（即電子恰好不能運(yùn)動到金屬網(wǎng)N）。現(xiàn)單刀雙擲開關(guān)S與2接通時，電子運(yùn)動到金屬網(wǎng)N時的最大速度為（）A． B． C． D．答案：D解析：由圖可以看出，當(dāng)單刀雙擲開關(guān)S與1接通時，MN間電場由M指向N，故電子逸出后做勻減速運(yùn)動，由于電子恰好不能運(yùn)動到金屬網(wǎng)N，所以電子最大初動能由動能定理得則當(dāng)單刀雙擲開關(guān)S與2接通時，MN間電場由N指向M，故電子逸出后做勻加速運(yùn)動，電子運(yùn)動到金屬網(wǎng)N時的最大速度由動能定理得聯(lián)立解得故選D。~B組~16.（多選）圖甲為某種光電煙霧探測器裝置示意圖，光源S發(fā)出頻率為的光束，當(dāng)有煙霧進(jìn)入該探測器時，光束會被煙霧散射進(jìn)入光電管C，當(dāng)光照射到光電管中的金屬鈉表面時會產(chǎn)生光電子，進(jìn)而在光電管中形成光電流，當(dāng)光電流大于某臨界值時，便會觸發(fā)報(bào)警系統(tǒng)報(bào)警。用如圖乙所示的電路（光電管K極是金屬鈉）爭辯光電效應(yīng)規(guī)律，得到鈉的遏止電壓與入射光頻率之間的關(guān)系，如圖丙所示，元電荷為e。下列說法正確的是（）A．由圖丙知，普朗克常量B．由圖丙知，金屬鈉的逸出功為C．圖甲中，光源S發(fā)出的光越強(qiáng)，探測器的靈敏度就越高，光電子的最大初動能就越大D．圖乙中，光電管K極使用的金屬材料逸出功越大，截止頻率越大，探測器的靈敏度就越高答案：AB解析：A．由光電效應(yīng)方程和動能定理知，光電管加反向電壓時得知遏止電壓Uc與入射光頻率之間的關(guān)系圖中圖線的斜率為，結(jié)合圖像可求得，選項(xiàng)A正確；B．由光電效應(yīng)方程有可知時對應(yīng)的光照頻率為極限頻率，由丙圖可求得則金屬鈉的逸出功為，選項(xiàng)B正確；C．圖甲中，在光源頻率不變條件下，光束越強(qiáng)，相同時間內(nèi)，相同煙霧濃度下散射到光電管上的光子數(shù)越多，產(chǎn)生的光電流越大，但光電子的最大初動能不變；故C錯誤；D．圖乙中，光電管K極使用的金屬材料逸出功越大，截止頻率越大，從光電管出來的光電子的最大初動能就越小，探測器的靈敏度就越低，越不簡潔觸發(fā)報(bào)警器報(bào)警，選項(xiàng)D錯誤。17.（多選）我國中微子探測試驗(yàn)利用光電管把光信號轉(zhuǎn)換為電信號。如圖所示，A和K分別是光電管的陽極和陰極，加在A、K之間的電壓為U?，F(xiàn)用發(fā)光功率為P的激光器發(fā)出頻率為v的光全部照射在K上，回路中形成電流。已知陰極K材料的逸出功為，普朗克常量為h，電子電荷量為e。以下說法正確的是（）A．光電子到達(dá)A時的最大動能為B．光電子到達(dá)A時的最大動能為C．若每入射N個光子會產(chǎn)生1個光電子且全部的光電子都能到達(dá)A，則回路的電流強(qiáng)度為D．若每入射N個光子會產(chǎn)生1個光電子且全部的光電子都能到達(dá)A，則回路的電流強(qiáng)度為答案：AD解析：AB．依據(jù)光電效應(yīng)方程可得最大初動能，從K到A電場力做正功，可得最大初動能為，故A正確，B錯誤；CD．已知激光放射器激光放射的功率為P，光子所帶能量為hν，則單位時間內(nèi)通過的光子數(shù)量為單位時間內(nèi)產(chǎn)生的光電子數(shù)目為由電流的定義得，故C正確，D錯誤。18.如圖1所示，一驗(yàn)電器與鋅板相連，在A處用一紫外線燈照射鋅板，關(guān)燈后，驗(yàn)電器指針保特肯定偏角。（1）現(xiàn)用一帶少量負(fù)電的金屬小球與鋅板接觸，則驗(yàn)電器指針偏角將_______（選填“增大”“減小”或“不變”）。（2）使驗(yàn)電器指針回到零，再用相同強(qiáng)度的鈉燈發(fā)出的黃光照射鋅板，驗(yàn)電器指針無偏轉(zhuǎn)．那么，若改用強(qiáng)度更大的紅外線燈照射鋅板，可觀看到驗(yàn)電器指針__________（選填“有”或“無”）偏轉(zhuǎn)。（3）為了進(jìn)一步爭辯光電效應(yīng)的規(guī)律，設(shè)計(jì)了如圖2所示的電路，圖中標(biāo)有A和K的為光電管，其中K為陰極，A為陽極．現(xiàn)接通電源，用光子能量為的光照射陰極K，電流計(jì)中有示數(shù)，若將滑動變阻器的滑片P緩慢向右滑動，電流計(jì)的讀數(shù)漸漸減小，當(dāng)滑至某一位置時電流計(jì)的讀數(shù)恰好為零，讀出此時電壓表的示數(shù)為，則光電管陰極材料的逸出功為______。答案

減小

無

4.5解析（1）[1]在A處用紫光燈照射鋅板，鋅板產(chǎn)生光電效應(yīng)，光電子射出后，鋅板帶正電，用一帶少量負(fù)電的金屬小球與鋅板接觸，會使鋅板上帶的正電荷削減，則驗(yàn)電器指針偏轉(zhuǎn)角將減小。（2）[2]產(chǎn)生光電效應(yīng)需要入射光的頻率達(dá)到截止頻率以上，與光照強(qiáng)度無關(guān)。用相同強(qiáng)度的鈉燈發(fā)出的黃光照射鋅板，驗(yàn)電器指針無偏轉(zhuǎn)，說明黃光不能使鋅板產(chǎn)生光電效應(yīng)，即黃光的頻率低于截止頻率。改用強(qiáng)度更大的紅外線燈照射鋅板，紅外線的頻率小于黃光的頻率，則紅外線也不能使鋅板產(chǎn)生光電效應(yīng)，則驗(yàn)電器指針無偏轉(zhuǎn)。（3）[3]當(dāng)滑至某一位置時電流計(jì)的讀數(shù)恰好為零，讀出此時電壓表的示數(shù)為，說明遏止電壓為6.0V。則最大初動能為由光電方程可得，光電管陰極材料的逸出功為19.一群氫原子處于量子數(shù)n＝4的能級狀態(tài)，氫原子的能級圖如圖所示，氫原子可能放射____種頻率的光子；氫原子由量子數(shù)n＝4的能級躍遷到n＝2的能級時輻射光子的能量是____eV；用n＝4的能級躍遷到n＝2的能級時輻射的光子照射下表中幾種金屬，____金屬能發(fā)生光電效應(yīng)。金屬銫鈣鎂鈦逸出功W/eV1.92.73.74.1幾種金屬的逸出功

答案：62.55銫解析：[1]一群從n＝4的能級躍遷，可能放射種頻率的光子；[2][3]從n＝4的能級躍遷到n＝2的能級，發(fā)出的光子能量此值大于銫的逸出功，所以可使金屬銫發(fā)生光電效應(yīng)。20.如圖所示為氫原子最低的四個能級，當(dāng)一群氫原子處于n=4的能級上向低能級躍遷時：（1）有可能放出幾種能量的光子？（2）在哪兩個能級間躍遷時，所放出光子波長最長？（3）已知金屬鈉的截止頻率為5.33×1014Hz，普朗克常量h=6.63×10-34Js請通過計(jì)算推斷，氫原子從其次激發(fā)態(tài)躍遷到第一微發(fā)態(tài)過程中發(fā)出的光射金屬鈉板，能否發(fā)生光電效應(yīng)。答案：（1）6種；（2）第四能級向第三能級；（3）不能發(fā)生光電效應(yīng)解析：（1）可能放出種光子；（2）氫原子由第四能級向第三能級躍遷時，能級差最小，輻射的光子波長最長解得（3）氫原子放出的光子能量帶入數(shù)據(jù)得金屬鈉的逸出功則不能發(fā)生光電效應(yīng)。21.小明同學(xué)用如圖所示的試驗(yàn)裝置測量普朗克常量和某金屬的逸出功，通過轉(zhuǎn)變?nèi)肷涔獾念l率并測出對應(yīng)的遏止電壓U繪制圖像如圖甲所示，已知電子所帶電荷量大小是。（1）普朗克常量h=______，此金屬的逸出功W=______。（用e、、、、表示）（2）另一同學(xué)用小明同學(xué)的數(shù)據(jù)繪制（其中I為Ｇ的讀數(shù)）圖線如圖乙中d所示。他用相同試驗(yàn)裝置，但只增大入射光強(qiáng)，則此時圖線應(yīng)是圖乙中的______（填“a”“b”或“c”）。答案：

a解析：（1）[1]由題意可知由光電效應(yīng)方程可得由題圖甲可得解得[2]由題圖甲可知，當(dāng)、時可得此金屬的逸出功：（2）[3]只增大入射光強(qiáng)，飽和光電流增大，遏止電壓與光的頻率有關(guān)，與光強(qiáng)無關(guān)，不會轉(zhuǎn)變，所以則此時圖線應(yīng)是圖乙中的為a。22.某同學(xué)在爭辯光電效應(yīng)“單位時間放射的光電子數(shù)與照射光強(qiáng)弱的關(guān)系”試驗(yàn)中：（1）在給出的四個電路圖中，本試驗(yàn)應(yīng)當(dāng)選用的電路是___________；（2）要求加在光電管上的電壓從零開頭變化，則閉合開關(guān)前滑動變阻器的滑動觸頭P應(yīng)移到______（選填“左端”、“右端”）；（3）在某一強(qiáng)度的光照下，記錄兩電表示數(shù)如下表所示：電壓U/V00.200.500.801.001.301.502.002.50電流I/μA0.100.180.270.330.350.380.390.400.40①用上表數(shù)據(jù)在坐標(biāo)紙上描繪出光電流與電壓關(guān)系圖線；()②有同學(xué)利用電壓為零時的電流值0.10μA計(jì)算光電管單位時間里逸出的光電子數(shù)，行不行？________，請說明理由_______