物理選修3-5教科版全套講義專題5

一、光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律1．發(fā)生光電效應(yīng)的條件是入射光的頻率大于金屬的截止頻率．2．入射光的頻率大于金屬的截止頻率時(shí)，光電流強(qiáng)度(單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射出的光電子數(shù))與入射光強(qiáng)度成正比．3．光電子的最大初動(dòng)能隨入射光頻率的增大而增大．4．光電效應(yīng)的發(fā)生是瞬時(shí)的．[復(fù)習(xí)過(guò)關(guān)]1．(多選)如圖1所示為研究光電效應(yīng)規(guī)律的實(shí)驗(yàn)電路，電源的兩個(gè)電極分別與接線柱c、d連接．用一定頻率的單色光a照射光電管時(shí)，靈敏電流計(jì)G的指針會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，而用另一頻率的單色光b照射該光電管時(shí)，靈敏電流計(jì)G的指針不偏轉(zhuǎn)．下列說(shuō)法正確的是()圖1A．a(chǎn)光的頻率一定大于b光的頻率B．用b光照射光電管時(shí)，一定沒(méi)有發(fā)生光電效應(yīng)C．電源正極可能與c接線柱連接D．若靈敏電流計(jì)的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，則電流方向一定是由d→G→f答案ACD解析由于電源的接法不知道，所以有兩種情況：(1)c接負(fù)極，d接正極：?jiǎn)紊鈇頻率大于金屬的極限頻率，b光的頻率小于金屬的極限頻率，所以a光的頻率一定大于b光的頻率．(2)c接正極，d接負(fù)極：a、b兩光都能發(fā)生光電效應(yīng)，a光產(chǎn)生的光電子能到達(dá)負(fù)極而b光產(chǎn)生的光電子不能到達(dá)負(fù)極，a光產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能大，所以a光的頻率一定大于b光的頻率．故A、C正確，B錯(cuò)誤；電流的方向與負(fù)電荷定向移動(dòng)的方向相反，若靈敏電流計(jì)的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，則電流方向一定是由d→G→f.故D正確．2．關(guān)于光電效應(yīng)，下列說(shuō)法正確的是()A．當(dāng)入射光的頻率低于截止頻率時(shí)，不能發(fā)生光電效應(yīng)B．只要光照射的時(shí)間足夠長(zhǎng)，任何金屬都能產(chǎn)生光電效應(yīng)C．光電效應(yīng)現(xiàn)象中存在極限頻率，導(dǎo)致含有光電管的電路存在飽和電流D．入射光的光強(qiáng)一定時(shí)，頻率越高，單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子數(shù)就越多答案A解析光電效應(yīng)的條件是入射光的頻率大于金屬的截止頻率，與入射光的強(qiáng)度無(wú)關(guān)，飽和電流的大小與極限頻率無(wú)關(guān)，與入射光的強(qiáng)度有關(guān)；入射光的光強(qiáng)一定時(shí)，頻率越高，光子的能量值越大，入射光中的光子的數(shù)目越少，單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子數(shù)就越少．二、對(duì)光電效應(yīng)方程的應(yīng)用和Ek－ν圖像的考查1．愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程：hν＝eq\f(1,2)mv2＋Ahν：光電子的能量A：逸出功，即從金屬表面直接飛出的光電子克服正電荷引力所做的功.Ek：光電子的最大初動(dòng)能．2．由Ek－ν圖像(如圖2)可以得到的信息圖2(1)極限頻率：圖線與ν軸交點(diǎn)的橫坐標(biāo)ν0.(2)逸出功：圖線與Ek軸交點(diǎn)的縱坐標(biāo)的絕對(duì)值E＝A.(3)普朗克常量：圖線的斜率k＝h.3．三個(gè)關(guān)系式：(1)hν＝eq\f(1,2)mv2＋A(2)A＝hν0(3)Ek＝eU0.[復(fù)習(xí)過(guò)關(guān)]3．(多選)對(duì)愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程hν＝eq\f(1,2)mv2＋A，下面的理解正確的有()A．只要是用同種頻率的光照射同一種金屬，那么從金屬中逸出的所有光電子都會(huì)具有同樣的初動(dòng)能EkB．式中的A表示每個(gè)光電子從金屬中飛出過(guò)程中克服金屬中正電荷引力所做的功C．逸出功A和極限頻率ν0之間應(yīng)滿足關(guān)系式A＝hν0D．光電子的最大初動(dòng)能和入射光的頻率不成正比答案CD解析根據(jù)光電效應(yīng)方程hν＝eq\f(1,2)mv2＋A知，同種頻率的光照射同一種金屬，從金屬中逸出的所有光電子最大初動(dòng)能都相同，但初動(dòng)能可能不同．故A錯(cuò)誤．A表示逸出功，是每個(gè)電子從這種金屬中飛出過(guò)程中，克服金屬中正電荷引力所做的功的最小值．故B錯(cuò)誤；當(dāng)最大初動(dòng)能為零時(shí)，入射頻率即為極限頻率，即A＝hν0，故C正確．最大初動(dòng)能與入射光的頻率成一次函數(shù)關(guān)系，不是正比關(guān)系．故D正確．4．對(duì)光電效應(yīng)的解釋正確的是()A．普朗克利用量子理論成功解釋了光電效應(yīng)現(xiàn)象B．一定強(qiáng)度的入射光照射某金屬發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)，入射光的頻率越高，單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子數(shù)就越多C．發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)，入射光越強(qiáng)，光子的能量就越大，光電子的最大初動(dòng)能就越大D．由于不同金屬的逸出功不相同，因此不同金屬材料的極限波長(zhǎng)也不相同答案D解析愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程成功解釋了光電效應(yīng)現(xiàn)象，A錯(cuò)誤；光電效應(yīng)產(chǎn)生的光電子數(shù)與光強(qiáng)有關(guān)，B錯(cuò)；光電子的最大初動(dòng)能隨入射光頻率的增大而增大，與光強(qiáng)無(wú)關(guān)，C錯(cuò)；由A＝hν0＝heq\f(c,λ0)知不同金屬材料極限波長(zhǎng)不同，D正確．5．(多選)在如圖3所示的光電效應(yīng)現(xiàn)象中，光電管陰極K的極限頻率為ν0，現(xiàn)用頻率為ν(ν>ν0)的光照射在陰極上，若在A、K之間加一數(shù)值為U的反向電壓時(shí)，光電流恰好為零，則下列判斷正確的是()圖3A．陰極材料的逸出功等于hν0B．有光電子逸出，且光電子的最大初動(dòng)能可表示為eUC．有光電子逸出，且光電子的最大初動(dòng)能可表示為hν－h(huán)ν0D．無(wú)光電子逸出，因?yàn)楣怆娏鳛榱愦鸢窤BC解析金屬逸出功與極限頻率的關(guān)系是：A＝hν0，A正確；光電流為零不是沒(méi)有光電子逸出，而是光電子在反向電壓的作用下，速度減小為零，不能到達(dá)A極，Ek＝eU＝hν－A＝hν－h(huán)ν0，B、C項(xiàng)正確，D錯(cuò)誤．6．用頻率為ν的光照射某金屬表面，逸出光電子的最大初動(dòng)能為E；若改用頻率為ν′的另一種光照射該金屬表面，逸出光電子的最大初動(dòng)能為3E.已知普朗克常量為h，則ν′為()A．3νB.eq\f(ν,3)C.eq\f(2E,h)＋νD.eq\f(2E,h)－ν答案C解析設(shè)金屬逸出功為A，則有E＝hν－A，若改用頻率為ν′的另一種光照射該金屬表面，有3E＝hν′－A，由此求出ν′為eq\f(2E,h)＋ν.圖47．(多選)如圖4是某金屬在光的照射下，光電子最大初動(dòng)能Ek與入射光頻率ν的關(guān)系圖像，由此可知()A．該金屬的逸出功等于EB．該金屬的發(fā)生光電效應(yīng)的截止頻率為ν0＝eq\f(E,h)C．入射光的頻率為2ν0時(shí)，產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能為2ED．普朗克常量為h＝eq\f(E,ν0)答案ABD解析根據(jù)hν＝eq\f(1,2)mv2＋A得，縱軸截距的絕對(duì)值等于金屬的逸出功，等于E.當(dāng)最大初動(dòng)能為零時(shí)，入射光的頻率等于截止頻率，所以金屬的截止頻率為ν0＝eq\f(E,h)，A、B正確；根據(jù)光電效應(yīng)方程可知，入射光的頻率變?yōu)樵瓉?lái)的2倍，由于逸出功不變，最大初動(dòng)能不是原來(lái)的2倍，C錯(cuò)誤；逸出功等于E，則E＝hν0，所以h＝eq\f(E,ν0)，或通過(guò)圖線的斜率k＝h＝eq\f(E,ν0)，故D正確．三、氫原子能級(jí)及能級(jí)躍遷1．對(duì)原子躍遷條件的理解(1)原子從低能級(jí)向高能級(jí)躍遷，吸收一定能量的光子．只有當(dāng)一個(gè)光子的能量滿足hν＝E末－E初時(shí)，才能被某一個(gè)原子吸收，使原子從低能級(jí)E初向高能級(jí)E末躍遷．(2)原子從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷，以光子的形式向外輻射能量，所輻射的光子能量恰等于發(fā)生躍遷時(shí)的兩能級(jí)間的能量差．2．關(guān)于能級(jí)躍遷的說(shuō)明(1)當(dāng)光子能量大于或等于13.6eV時(shí)，也可以被處于基態(tài)的氫原子吸收，使氫原子電離；當(dāng)處于基態(tài)的氫原子吸收的光子能量大于13.6eV，氫原子電離后，電子具有一定的初動(dòng)能．(2)當(dāng)軌道半徑減小時(shí)，庫(kù)侖引力做正功，原子的電勢(shì)能減小，電子動(dòng)能增大，原子能量減小．反之，軌道半徑增大時(shí)，原子電勢(shì)能增大，電子動(dòng)能減小，原子能量增大．[復(fù)習(xí)過(guò)關(guān)]8．如圖5所示為氫原子的四個(gè)能級(jí)，其中E1為基態(tài)，若氫原子A處于激發(fā)態(tài)E2，氫原子B處于激發(fā)態(tài)E3，則下列說(shuō)法正確的是()圖5A．原子A可能輻射出3種頻率的光子B．原子B可能輻射出3種頻率的光子C．原子A能夠吸收原子B發(fā)出的光子并躍遷到能級(jí)E4D．原子B能夠吸收原子A發(fā)出的光子并躍遷到能級(jí)E4答案B解析原子A處于激發(fā)態(tài)E2，它只能輻射出1種頻率的光子；原子B處于激發(fā)態(tài)E3，它可能由E3到E2，由E2到E1，或由E3到E1，輻射出3種頻率的光子；原子由低能級(jí)躍遷到高能級(jí)時(shí)，只能吸收具有能級(jí)差的能量的光子，由以上分析可知，只有B項(xiàng)正確．9．(多選)氫原子的能級(jí)如圖6所示，已知可見(jiàn)光的光子能量范圍約為1.62～3.11eV.下列說(shuō)法正確的是()圖6A．一個(gè)處于n＝2能級(jí)的氫原子，可以吸收一個(gè)能量為4eV的光子B．大量氫原子從高能級(jí)向n＝3能級(jí)躍遷時(shí)，發(fā)出的光是不可見(jiàn)光C．大量處于n＝4能級(jí)的氫原子，躍遷到基態(tài)的過(guò)程中可以釋放出6種頻率的光子D．氫原子從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷的過(guò)程中釋放的光子的能量可能大于13.6eVE．用能量為10eV和3.6eV的兩種光子同時(shí)照射大量處于基態(tài)的氫原子，有可能使個(gè)別氫原子電離答案ABC解析|E2|＝3.4eV<4eV，所以處于n＝2能級(jí)的氫原子，可以吸收一個(gè)能量為4eV的光子而被電離，A正確；氫原子從高能級(jí)向n＝3能級(jí)躍遷時(shí)放出的能量小于1.51eV，屬于不可見(jiàn)光，B正確；大量處于n＝4能級(jí)的氫原子，躍遷到基態(tài)的過(guò)程中可以釋放出Ceq\o\al(2,4)＝6種頻率的光子，C正確；氫原子從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷的過(guò)程中釋放的光子的能量不可能大于13.6eV，D錯(cuò)；當(dāng)一個(gè)光子的能量滿足hν＝E末－E初時(shí)，才能被某一個(gè)原子吸收，E錯(cuò)．10．圖7中所示為氫原子能級(jí)示意圖的一部分，則關(guān)于氫原子發(fā)生能級(jí)躍遷的過(guò)程中，下列說(shuō)法中正確的是()圖7A．從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷，氫原子放出光子B．從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷，氫原子核外電子軌道半徑變