1、1第 59 讲 光电效应 波粒二象性研读考纲明方向重读教材定方法(对应人教版选修 35 的页码及相关问题)1P 31结合图 17.22 阅读“光电效应的实验规律”一段。从图 17.23 中各图线能得出什么规律？提示：由图可知，随着正向电压增大，光电流趋于饱和值，且光的颜色一定时(黄光)，光越强饱和光电流越大；加反向电压时，光电流逐渐减小到零，即存在遏止电压，且遏止电压与光的频率有关，与光的强度无关，频率越大，遏止电压越大。2P 33思考与讨论推导 Uc与 、 W0的关系。提示：由 mev eUc， Ek h W0， Ek mev ，联立得 eUc h W0。12 2c 12 2c3P 34例题
2、体会由实验数据画出图象的方法，图 17.24 中图象的斜率、截距分别有什么物理意义？提示：由 Ek h W0， Ek eUc得 Uc ，故 Uc 图象的斜率为 ，令he W0e heUc0，得横截距 c ，即截止频率，纵截距即 5.510 14 Hz 时的遏止电压。W0h4P 37阅读教材：哪些现象说明光具有粒子性？哪些现象说明光具有波动性？提示：粒子性：光电效应、康普顿效应；波动性：光的干涉、衍射、偏振。5P 58图 18.42 思考：一群氢原子处于量子数为 3 的激发态时，可发出几种频率的光子？提示：3 种6P 69问题与练习T 6， Cu 里有多少质子？多少中子？6629提示：29 个质
3、子，37 个中子。7P 71阅读教材： 衰变中出现的电子来源于哪里？提示：核内中子转化为一个质子和一个电子。8P 73问题与练习T 6，铋 210 的半衰期是 5 天，经过多少天后，20 g 铋还剩 1.25 g?提示： m m0 ，代入数据得 t20 天。(12)t29P 82图 19.53 思考：重核裂变时比结合能变大还是变小？轻核聚变时呢？提示：都变大。第 59 讲 光电效应 波粒二象性考点一 光电效应的实验规律和光电效应方程1光电效应现象在光的照射下金属中的 电子从金属表面逸出的现象，叫做光电效应，发射出来的电01 子叫做 光电子。02 2光电效应的实验规律(1)存在着饱和光电流：即光
4、照条件不变时，随着电压增大，光电流趋于一个 饱和值。03 对于一定颜色(频率)的光，入射光越强，饱和光电流越大，即单位时间内发射的 光电子04 数越多。(2)存在着遏止电压 Uc：即存在使光电流减小到零的 反向电压。这说明光电子有初05 速度且初速度的最大值 vc满足 mev eUc。遏止电压只与光的 频率有关，与光的 强06 12 2c 07 08 弱无关，这表明光电子的能量只与入射光的 频率有关。09 (3)存在截止频率 c：当入射光的频率小于截止频率 c(又叫 极限频率)时，不发10 生光电效应。不同金属的截止频率不同。(4)光电效应具有瞬时性：光照射到金属表面时，产生光电流的时间不超过
5、 109 s，即光电效应的发生几乎是 瞬时的。11 3爱因斯坦光电效应方程(1)光子说：空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个 光子。光12 子的能量为 h ，其中 h 是普朗克常量，其值为 6.631034 Js。13 (2)光电效应方程： Ek h W0。14 其中 h 为入射光的能量， Ek为光电子的最大初动能，即逸出光电子初动能的最大值；W0是金属的逸出功即电子从金属中逸出所需做功的 最小值。15 4爱因斯坦光电效应方程对实验规律的解释(1)爱因斯坦光电效应方程表明光电子的最大初动能 Ek与入射光的频率 有关，而与光的强弱无关，即规律(2)。(2)只有当 h W0时，才
6、有 Ek0，从而有光电子逸出， c 就是光电效应的截止频W0h3率，即规律(3)。(3)频率 一定的光，光较强时，单位时间照射的光子数较多，产生的光电子数较多，因而饱和光电流较大，即规律(1)。(4)电子一次性吸收光子的全部能量，不需要积累能量的时间，即光电流几乎是瞬时产生的，即规律(4)。5几组重要概念的理解(1)光子与光电子：光子指光在空间传播时的每一份能量，光子不带电；光电子是金属表面受到光照射时发射出来的电子，其本质是电子。(2)光电子的动能与光电子的最大初动能：光照射到金属表面时，电子吸收光子的全部能量，可能向各个方向运动，需克服原子核和其他原子的阻碍作用而损失一部分能量，剩余部分为
7、光电子的初动能；只有金属表面的电子直接向外飞出时，只需克服原子核的引力做功，才具有最大初动能。光电子的初动能小于或等于光电子的最大初动能。(3)光电流与饱和光电流：金属板飞出的光电子到达阳极，回路中便产生光电流，随着所加正向电压的增大，光电流趋于一个饱和值，这个饱和值是饱和光电流，在一定的光照条件下，饱和光电流与所加电压大小无关。(4)入射光强度与光子能量：入射光强度指单位时间内照射到金属表面单位面积上的总能量。所以光的强度 I nh ， n 是单位时间内照射到单位面积上的光子数。从此式可以看出饱和光电流正比于 n，所以只有当光的频率一定时，饱和光电流与入射光强度成正比；对于不同频率的光，由于
8、每个光子的能量不同，饱和光电流与入射光强度之间没有简单的正比关系。1(多选)如图所示，用导线把验电器与锌板相连接，当用紫外线照射锌板时，发生的现象是( )A有光子从锌板逸出B有电子从锌板逸出C验电器指针张开一个角度D锌板带负电答案 BC4解析 由于光电效应，在光的照射下锌板中的电子从锌板表面逸出，A 错误，B 正确；验电器与锌板相连，锌板因失去电子带正电，验电器指针张开一个角度，C 正确，D 错误。2教材母题 (人教版选修 35 P36T4)铝的逸出功是 4.2 eV，现在将波长 200 nm 的光照射铝的表面。(1)求光电子的最大初动能。(2)求遏止电压。(3)求铝的截止频率。变式子题 (多
9、选)用如图所示的装置研究光电效应现象，当用光子能量为 3.2 eV 的光照射到光电管上时，电流表 G 的读数为 0.2 mA。移动变阻器的触点 c，当电压表的示数大于或等于 0.8 V 时，电流表读数为 0，则( )A光电管阴极的逸出功为 2.4 eVB开关 S 断开后，电流表 G 示数不为 0C光电子的最大初动能为 0.8 eVD改用能量为 2 eV 的光子照射，电流表 G 也有电流，但电流较小答案 ABC解析 该装置所加的电压为反向电压，发现当电压表的示数大于或等于 0.8 V 时，电流表示数为 0，则光电子的最大初动能为 0.8 eV，根据光电效应方程Ekm h W0， W03.2 eV
10、0.8 eV2.4 eV，故 A、C 项正确；用光子能量为 3.2 eV 的光照射到光电管上时发生了光电效应，有光电子逸出，开关 S 断开后，没有反向电压，则有电流流过电流表，故 B 项正确；改用能量为 2 eV 的光子照射，由于光子的能量小于逸出功，不能发生光电效应，无光电流，故 D 项错误。3(2017全国卷)(多选)在光电效应实验中，分别用频率为 a、 b的单色光a、 b 照射到同种金属上，测得相应的遏止电压分别为 Ua和 Ub、光电子的最大初动能分别为 Eka和 Ekb。 h 为普朗克常量。下列说法正确的是( )A若 a b，则一定有 Ua b，则一定有 EkaEkbC若 Ua b，则
11、一定有 h a Ekah b Ekb5答案 BC解析 光电效应中遏止电压与最大初动能之间的关系为 eU Ek，根据光电效应方程可知 Ek h W0，若 a b，则 EkaEkb， UaUb，选项 A 错误，选项 B 正确；若 Ua a，能发生光电效应，最大初动能32 92 32Ekm h2a W0 ha Ek，故 B 正确，A、C、D 错误。12 195(多选)用某单色光照射金属钛表面，发生光电效应，从钛表面放出光电子的最大初动能与入射光频率的关系如图，则下列说法正确的是( )A钛的逸出功为 6.671019 JB钛的极限频率为 1.01015 HzC光电子的最大初动能为 1.01018 JD
12、由图线可求得普朗克常量为 6.671034 JsE光电子的最大初动能与入射光的频率成正比14答案 ABD解析 根据光电效应方程 Ek h W0知，图线的斜率等于普朗克常量，则 hJs6.6710 34 Js，故 D 正确；当光电子最大初动能为零时，入射光110 181.51015的频率等于金属的极限频率，则 01.010 15 Hz，可知逸出功W0 h 06.6710 34 11015 J6.6710 19 J，故 A、B 正确；入射光的频率越大，光电子的最大初动能越大，根据该图无法得出光电子的最大初动能，故 C 错误；由图可知，光电子的最大初动能与入射光的频率成一次函数关系，不是正比关系，故
13、 E 错误。6如图甲所示是研究光电效应规律的光电管。用波长 0.50 m 的绿光照射阴极K，实验测得流过 表的电流 I 与 AK 之间的电势差 UAK满足如图乙所示规律，取h6.6310 34 Js。结合图象，求：(结果保留两位有效数字)(1)每秒钟阴极发射的光电子数和光电子飞出阴极 K 时的最大动能；(2)该阴极材料的极限波长。答案 (1)4.010 12 个 9.610 20 J (2)0.66 m解析 (1)光电流达到饱和时，阴极发射的光电子全部到达阳极 A，阴极每秒钟发射的光电子的个数：n (个)4.010 12(个)。Ime 0.6410 61.610 19光电子的最大初动能为：Ek
14、m eUc1.610 19 0.6 J9.610 20 J。(2)设阴极材料的极限波长为 0，根据爱因斯坦光电效应方程：Ekm h W0 h h ，c c 0代入数据得 00.66 m。真题模拟练7(2018全国卷)用波长为 300 nm 的光照射锌板，电子逸出锌板表面的最大初动能为 1.281019 J。已知普朗克常量为 6.631034 Js，真空中的光速为 3.00108 ms1 ，能使锌产生光电效应的单色光的最低频率约为( )A110 14 Hz B810 14 HzC210 15 Hz D810 15 Hz15答案 B解析 由光电效应方程 Ek h W0，得 W0 h Ek h Ek
15、。刚好发生光电效应的c临界条件是最大初动能 Ek0 时，入射光的频率为 0，则 W0 h 0，代入数据可得： 0810 14 Hz，故 B 正确。8(2016全国卷)(多选)现用某一光电管进行光电效应实验，当用某一频率的光入射时，有光电流产生。下列说法正确的是( )A保持入射光的频率不变，入射光的光强变大，饱和光电流变大B入射光的频率变高，饱和光电流变大C入射光的频率变高，光电子的最大初动能变大D保持入射光的光强不变，不断减小入射光的频率，始终有光电流产生E遏止电压的大小与入射光的频率有关，与入射光的光强无关答案 ACE解析 保持入射光的频率不变，入射光的光强变大，单位时间内逸出的光电子个数增
16、加，则饱和光电流变大，故 A 正确；饱和光电流的大小与入射光的频率无直接关系，故 B错误；由 Ek h W0，可知 C 正确；当入射光的频率小于金属的极限频率时，光电效应不能发生，故 D 错误；由 eU mv2 h W0得 eU h W0，可见，遏止电压 U 随 的增12大而增大，与入射光的光强无关，故 E 正确。9.(2018湖北武汉联考)(多选)在 X 射线管中，由阴极发射的电子(不计初速度)被加速后打到阳极，会产生包括 X 光在内的各种能量的光子，其中光子能量的最大值等于电子的动能。已知阳极与阴极之间的电势差 U、普朗克常量 h、电子电荷量 e 和光速 c，则可知该 X 射线管发出的 X
17、 光的( )A最短波长为 B最长波长为hceU cheUC最小频率为 D最大频率为eUh eUh答案 AD解析 根据动能定理知电子到达阳极的动能为 eU，设 X 光的能量为 E，依题意有eU E，再根据光速与波长和频率的关系公式 c 、光子能量 E h ，则可得 ， ，故 A、D 正确。hceU eUh1610(2018广州市高中毕业综合测试)已知普朗克常量 h6.6310 34 Js,1 eV1.610 19 J。在光电效应实验中，金属钯的逸出功为 1.9 eV，要使钯表面发出的光电子的最大初动能为 1.0 eV，入射光的频率约为( )A2.210 14 Hz B4.610 14 HzC4.
18、610 15 Hz D7.010 14 Hz答案 D解析 根据光电效应方程 Ek h W0，又 Ek1.0 eV1.610 19 J， W01.9 eV1.91.610 19 J 3.041019 J，代入已知量，注意都取国际单位，可得 7.010 14 Hz。故 D 正确。11(2018银川模拟)如图甲所示是研究光电效应实验规律的电路。当用强度一定的黄光照射到光电管上时，测得电流表的示数随电压变化的图象如图乙所示。下列说法正确的是( )A若改用红光照射光电管，一定不会发生光电效应B若照射的黄光越强，饱和光电流将越大C若用频率更高的光照射光电管，则光电管中金属的逸出功越大D若改用蓝光照射光电管
19、，图象与横轴交点在黄光照射时的右侧答案 B解析 根据光电效应方程知， Ekm h W0，红光的频率小于黄光的频率，红光照射不一定发生光电效应，但不是一定不会发生光电效应，故 A 错误；增加入射光的强度，则单位时间内产生的光电子数目增加，饱和光电流将增大，故 B 正确；光电管中金属的逸出功的大小是由材料本身决定的，与入射光的频率无关，故 C 错误；根据光电效应方程知，Ekm h W0，蓝光的频率大于黄光的频率，则光电子的最大初动能增大，所以反向遏止电压增大，图象与横轴交点在黄光照射时的左侧，故 D 错误。12(2018衡水中学 5 月冲刺模拟考试)用图甲所示的电路研究光电效应中电子发射的情况与照
20、射光的强弱、光的颜色(频率)等物理量间的关系，电流计 G 测得的光电流 I 随光电管两端电压 U 的变化如图乙所示，则( )17A通过电流计 G 的电流方向由 d 到 cB电压 U 增大，光电流 I 一定增大C用同频率的光照射 K 极，光电子的最大初动能与光的强弱无关D光电管两端电压 U 为零时一定不发生光电效应答案 C解析 电流方向与逃逸出来的光电子运动方向相反，所以通过电流计 G 的电流方向由c 到 d，故 A 错误；在光照条件不变的情况下，随着所加电压 U 增大，光电流先增大，最后趋于饱和值不变，故 B 错误；用同频率的光照射 K 极，根据爱因斯坦光电效应方程Ek h W0，光电子的最大
21、初动能与光的频率有关，与光的强弱无关，故 C 正确；光电管两端电压 U 为零时，光电效应照样发生，故 D 错误。13.(2018太原模拟)2009 年诺贝尔物理学奖得主威拉德博伊尔和乔治史密斯主要成就是发明了电荷耦合器件(CCD)图像传感器。他们的发明利用了爱因斯坦的光电效应原理。如图所示电路可研究光电效应规律。图中标有 A 和 K 的为光电管，其中 A 为阳极，K为阴极。理想电流计可检测通过光电管的电流，理想电压表用来指示光电管两端的电压。现接通电源，用光子能量为 10.5 eV 的光照射阴极 K，电流计中有示数，若将滑动变阻器的滑片 P 缓慢向右滑动，电流计的读数逐渐减小，当滑至某一位置时
22、电流计的读数恰好为零，读出此时电压表的示数为 6.0 V；现保持滑片 P 位置不变，以下判断错误的是( )A光电管阴极材料的逸出功为 4.5 eVB若增大入射光的强度，电流计的读数为零C若用光子能量为 12 eV 的光照射阴极 K，光电子的最大初动能一定变大D若用光子能量为 9.5 eV 的光照射阴极 K，同时把滑片 P 向左移动少许，电流计的读数一定不为零18答案 D解析 该装置所加的电压为反向电压，发现当电压表的示数等于 6.0 V 时，电流表示数恰为 0，知道光电子的最大初动能为 6.0 eV，根据光电效应方程Ekm h W0， W010.5 eV 6.0 eV4.5 eV，故 A 正确
23、；现保持滑片 P 位置不变，增大光的强度时仍然会发生光电效应，但光电子的最大初动能不变，所以不会有电流流过电流表，故 B 正确；若用光子能量为 12 eV 的光照射阴极 K，入射光的频率增大，根据光电效应方程可知，光电子的最大初动能一定增大，故 C 正确；改用能量为 9.5 eV 的光子照射，入射光的频率减小，根据光电效应方程可知，光电子的最大初动能一定减小，此时的遏止电压小于 6 V，若把滑片 P 向左移动少许，电子仍然可能不能到达 A 极，所以电流计的读数可能为零，故 D 错误。14(2018江苏高考)光电效应实验中，用波长为 0的单色光 A 照射某金属板时，刚好有光电子从金属表面逸出。当波长为 的单色光 B 照射该金属板时，光电子的最大初 02动能为_， A、 B 两种光子的动量之比为_。(已知普朗克常量为 h、光速为 c)答案 12hc 0解析 根据光电效应方程 Ek h W0，又 ，所以有c0 W0， Ek W0，解得 Ek ；又光子动量 p ，所以 A、 B 两种光子的动量hc 0 2hc 0 hc 0 h之比为 12。19
