选修35讲义第二章第一节光电效应.docx

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1、1 .光电效应是指物体在光的照耀下放射出蚯的现象，放射出的电子称为光电子。2 .光电管是利用光电效应制成的一种常见的光电器件，它可以把光信号转变成电信号。 光电管主要是由密封在玻璃壳内的阴极和阳极组成，阴极外表敷有束缚电子力量较爨的碱 金属。3 .对于每一种金属，只有当入射光频率大壬某一频率用时，才会产生光电流，我们称 了。为极限频率,其对应的波长称为极限波长。4 .在强度和频率肯定的光照耀下，回路中的光电流会随着反向电压的增加而减小。并 且当反向电压到达某一数值时，光电流将会减小到雯，我们把这时的电压称为遏止电压, 用符号Uo表不。5 .试验探究遏止电压与光照频率和强度的关系。6 1)在蓝光

2、的照耀下，给光电效应的试验装置加上反向电压，渐渐增大电压，直至光电 流为零，记录遏止电压的值。转变入射光的强度，重复上述步骤。发觉遏止电压相同。7 2)维持光照强度不变，转变入射光的频率。先采纳蓝光作为入射光，记录遏止电压； 再换绿光作为入射光，记录遏止电压。发觉绿光遏止电压较小。探究结论：遏止电压与入射光的强度无关，与入射光的频率隹，入射光频率越大， 遏止电压越大。遏止电压与入射光的频率隹，说明光电子的最大初动能也与入射光的频率鳏，与 入射光的强度无关。ZB光电效应物体在光的照耀下放射电子的现象称为光电效应，放射出来的电子称为光电子，光电 子形成的电流称为光电流。2 .光电效应的试验探究(1

3、)探究光电流的大小与入射光的强度及其频率的关系。1)试验器材：白炽灯、滤光片、光电管、电流表、电压表、电 源、电阻等。原理示意图如下图。2)探究思路：只转变入射光的强度或频率，观看光电流的大小变化状况。3)试验结论：a：能否产生光电效应与光的频率有关，与光的强度和照耀时间的长短无关。b：产生光电效应时，电路中电流大小与光的强度有关，光的强度越大，电流越大。c：用不同频率的光去照耀锌板，发觉当频率低于某一值%的光，不管强度多大，都不 能产生光电子，因此，W称为极限频率，对于不同的材料，极限频率不同。极限频率对应 的波长称为极限波长。(2)遏止电压与光的强度及频率的关系。1)遏止电压：在光电管的两

4、个极上加上反向电压，在强度和频率肯定的光照耀下，回路 中的光电流会随着反向电压的增加而减小，并且当反向电压到达某一数值时，光电流将会 减小到零，我们把这时的电压称为遏止电压。2)遏止电压与光电子最大初动能的关系为Ekm=|zwmax2= eUao3)探究思路：只转变入射光的强度或频率，测量遏止电压的值。4)试验结果：a：用相同频率不同强度的光去照耀阴极时，遏止电压是相同的。这说明同频率、不同 强度的光所产生的光电子的最大初动能是相同的。b：用相同强度不同频率的光去照耀阴极，频率愈高，遏止电压愈大。c：如下图，频率v与遏止电压小呈线性关系，图中的vo为极限入射光频率。3 .光电效应的试验规律(1

5、)任何一种金属都有一个极限频率，入射光频率必需高于这个极限频率，才能发生光 电效应，低于这个频率的光不能发生光电效应。(2)光电子最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光频率的增大而增大。(3)入射光照耀到金属上时，光电子的放射几乎是瞬时的，一般不超过IOPS。(4)当入射光的频率高于极限频率时，单位时间内从金属外表逸出的光电子数目与入射 光的强度成正比。房 &一 心(1)发生光电效应时，电子克服金属原子核的引力逸出时，具有的动能大小不同。金属 外表上的电子汲取光子后逸出时动能的值最大，称为最大初动能。(2)上面提到的入射光强度，指的是单位时间内入射在金属单住面积上的光子总能量， 在入射光频率

6、不变的状况下，光强度与光子数成正比。对于不同频率的光，即使光强度相同，光子数目也不同，因而逸出的光电子数目也有区分。X尝试应用1 .如下图为一真空光电管的应用电路，关于电路中光电流的饱和光加值，以下说法正确的选项是（）一出1A.发生光电效应时，电路中光电流的饱和值取决于入射光的频率B.发生光电效应时，电路中光电流的饱和值取决于入射光的强度4C.发生光电效应时，电路中光电流的饱和值取决于光电管所加的正向电压的大小D.发生光电效应时，电路中光电流的饱和值取决于入射光的光照时间解析：选B 在光电管中假设发生了光电效应，单位时间内放射光电子的数目只与入 射光的强度有关，光电流的饱和值只与单位时间内放射

7、光电子的数目有关，故B正确，A、 C、D错误。电磁理论解释的困难光的能量是由光的强度打算的，而光的强度又是由光波的振幅打算的，跟频率无关。2.电磁理论解释光电效应的三个困难工程波动理论光电效应试验结果困难1依据光的波动理论，不管入射光的频率 是多少，只要光强足够大，总可以使电 子获得足够的能量从而发生光电效应假如光的频率小于金属的极限频率，无 论光强多大，都没有光电效应困难2光强越大，电子可获得越多的能量，光 电子的最大初动能也应当越大，遏止电 压也越大，即出射电子的动能应当由入 射光的能量即光强来打算遏止电压与光强无关，与频率有关困难3光强大时，电子能量积累的时间就短， 光强小时，能量积累的

8、时间就长当入射光照耀到光电管的阴极时，无论 光强怎样微弱，几乎在一开头就产生了 光电子尝试应用2.光电效应的四条规律中，能用波动说解释的是（）A.入射光的频率必需大于被照金属的极限频率时才能产生光电效应B.光电子的最大初动能与入射光强度无关，只随入射光频率的增大而增大C.入射光照耀到金属上时，光电子的放射几乎是瞬时的，一般不超过10一9 sD.当入射光频率大于极限频率时，光电流强度与入射光强度成正比解析：选D 按经典光的波动理论，光的能量随光的强度的增大而增大，与光的频率光电效应试验无关。从金属中飞出的电子，必需汲取足够的能量后才能从其中飞出，电子有一个能量积 蓄的时间，光的强度大，单住时间内

9、辐射到金属外表的光子数愈多，被电子汲取的光子数 自然也多，这样产生的光电子数也多。S例1如下图，一静电计与锌板相连，在A处用一弧光灯照耀锌板，关灯后，指针保持肯定偏角。现有一带负电的金属小球与锌板接触，那么静电计指针偏角将(填“增大 “减小或不变)使静电计指针回到零，再用相同强度的钠灯发出的黄光照耀锌板，静电计指针无偏转,那么，假设改用强度更大的红外线照耀锌板，可观看到静电计指针(填“有或“无)偏转。解析(1)锌板在紫外线照耀下，发生光电效应现象，有光电子飞出，锌板带正电， 将一带负电的金属小球与锌板接触，将锌板上的正电荷中和一局部，锌板所带正电荷削减， 那么静电计指针偏角将变小。留意，静电计

10、与锌板带同种电荷。(2)要发生光电效应现象，照根光的频率必需高于这种金属的极限频率，而与照瘫光的 强度无关。用黄光照般，静电计指针无偏转，即不能发生光电效应现象，当改用强度更大 的红外线照根时，由于红外线的频率比黄光低，所以用红外线照理更不能发生光电效应现 象，静电计指针无偏转。答案减小无/借/加发/昭(1)光电效应的实质是金属中的电子获得能量后逸出金属，从而使金属带上正电，而非 使金属产生了多余的电子。(2)能否发生光电效应，不取决于光的强度，而是取决于光的频率，只要照耀光的频率 大于该金属的极限频率，无论照耀光的强度多弱，均能发生光电效应。X跟踪演练E1 .如下图为光电管电路的示意图，在光

11、电管电路中，以下说法错 误的选项是()一遴t/I KA.能够把光信号转变为电信号B.电路中的电流是由光电子的运动形成的C.光照耀到光电管的4极产生光电子并飞向极D.光照耀到光电管的幺极产生光电子并飞向A极解析：选C 在光电管中，当光照燧到阴极K时，将放射出光电子，被A极的正向电 压吸引而奔向A极，形成光电流，使电路导通，照崔光的强度越大，产生的光电流越大， 这样就把光信号转变为电信号，实现光电转换。era光电效应规律例2多项选择光电管阴极的极限频率为po,如下图，现将频率y（大于脸的光照耀 在阴极上（）A.照耀在阴极上的光的强度越大，单位时间内产生的光电子数目也越多B.为了阻挡光电子到达阳极A

12、,必需在4、X间加一足够高的反向电压C.加在A、K间的正向电压越大，通过光电管的饱和光电流的值也越大D.光电管的光电流值不因加在A、K间正向电压的增大而增大解析由1为可知，阴极K发生光电效应，由试验结论知A正确；在A、A间加一 足够高的反向电压，在电场力的作用下，阴极A上逸出的光电子不能顺当到达阳极4,不 能形成光电流，B正确；增大A、K间的正向电压，开头时间电流增大，正向电压增大到某 值时，可使从阴极逸出的光电子全部到达阳极，此时电路中的光电流达最大值，再增大电 压，电流不变，C、D错误。答案AB1的匐发/挥/在光电效应中，入射光的频率和强度从不同的方面影响光电效应，要区分这两个方面 的影响

13、。（1）入射光的频率打算着能否产生光电效应，以及发生光电效应时间电子的最大初动能 和遏止电压的大小。（2）入射光的强度打算着单位时间内放射出来的光电子数，也即为光电流的强度。X跟踪演练 E2 .如下图为一光电管电路，滑动变阻器触头尸位于油上的某点，用光照耀光电管的阴 极，电表无偏转，要使电表指针偏转，可实行的措施有（）光线光电管阴极A.加大照耀光的强度B.换用频率大的光照耀C.将P向。滑动D.将电源的正、负极对调解析：选B 电表无偏转，说明没有发生光电效应现象，即入射光的频率小于极限频 率.要能发生光电效应现象，只有增大入射光的须率。课堂小结光电流光电效应规律光电流变化最大初I 动能极限频率与

14、入射光强度有关与入射光频率有关与入射光强度无关与入射光频率有关一遏止电压应用YINGYONG一、选择题（第15题为单项选择题，第68题为多项选择题）1 .光电效应中，从同一金属逸出的电子动能的最大值（）A.只跟入射光的频率有关B.只跟入射光的强度有关C.跟入射光的频率和强度都有关D.除跟入射光的频率和强度有关外，还和光照时间有关解析：选A 光电子动能的最大值与入射光的强度无关，只与入射光的频率有关，故A 对。2 .关于光电效应的规律，以下说法中正确的选项是（）A.发生光电效应时，不转变入射光的频率，增大入射光强度，那么单位时间内从金属 内逸出的光电子数目增多B.光电子的最大初动能跟入射光强度成

15、正比C.发生光电效应的反响时间一般都大于10sD.只有入射光的波长大于该金属的极限波长，光电效应才能产生解析：选A 发生光电效应时，不转变入射光的频率，增大入射光强度，那么单位时 间内打到金属上的光子个数增加，那么从金属内逸出的光电子数目增多，选项A正确；光 电子的最大初动能跟入射光强度无关，随入射光的频率增大而增大，选项B错误；发生光 电效应的反响时间一般都不超过IO s,选项C错误；只有入射光的频率大于该金属的极 限频率时，即入射光的波长小于该金属的极限波长时，光电效应才能产生，选项D错误。3 .某单色光照耀某金属时不能产生光电效应，那么下述措施中可能使金属产生光电效 应的是（）A.延长光

16、照时间B.增大光的强度C.换用波长较短的光照耀D.换用频率较低的光照耀解析：选C对某种金属能否发生光电效应取决于入射光的频率，与入射光的强度和 照耀时间无关，所以选项A、B错误；没有发生光电效应，说明入射光的频率小于极限须率， 所以要使金属发生光电效应，应增大入射光的频率，减小波长，所以选项C正确，D错误。4 .用紫光照耀某光电管的阴极能发生光电效应，以下措施能使遏止电压增大的是（） A.增加紫光的强度B.增加光照时间C.改用绿光照耀D.改用紫外线照耀解析：选D 遏止电压与光电子最大初动能都仅与须率有关，与入射光强度无关，随 频率的增大而增大，因此，增大遏止电压的措施只能换用频率更大的光照耀，

17、应选D。5 .某金属在一束频率为也的光照耀下，恰能发生光电效应，改用另一束强度相同、 频率为以外n）的光照耀时，那么（）A.逸出的光电子初动能增加，光电子数增加B.逸出的光电子初动能增加，光电子数削减C.逸出的光电子初动能增加，光电子数不变D.逸出的光电子初动能不变，光电子数增加解析：选B光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光顼率的增大而增 大。入射光的强度是单位时间通过单位面积的光子总能量，即4 = /皿为单位时间通过单 位面积的光子数），当强度不变，频率增大时，单位时间通过单住面积的光子数减小，光电 子数削减。6 .入射光照耀到某金属外表上发生光电效应，假设入射光的强度减弱，而频

18、率保持不 变，那么（）A.从光照至金属外表上到放射出光电子之间的时间间隔将明显增加B.逸出的光电子的最大初动能将不变C.单位时间内从金属外表逸出的光电子数目将减小D.有可能不发生光电效应解析：选BC 发生光电效应几乎是瞬时的，所以A项错；由;加以.= eUo知，光电子的最大初动能与入射光的强度无关，与入射光的频率有关，所以频率不变时逸出的光电子 最大初动能也就不变，选项B正确；入射光子数目削减，逸出的光电子数目也就削减，故 C项正确；入射光照就到某金属上发生光电效应，说明入射光频率高于这种金属的极限频 率，肯定能发生光电效应，故D项错。锌板弧光灯验电器7 .一验电器与有绝缘支座的锌板相连接后发

19、觉验电器指针张开 肯定角度，如下图，今用弧光灯照耀锌板，发觉验电器指针偏角马 上变小，为零后又张开肯定角度，那么（）A.肯定发生了光电效应8 .锌板原来肯定带正电荷C.锌板原来肯定带负电荷D.锌板原来可能带正电也可能带负电，但后来肯定带正电解析：选AC 弧光灯照耀锌板，锌板带电量发生变化，说明肯定发生了光电效应，锌 板上有电子选出，锌板带正电，说明锌板原来带有负电荷，A、C正确。8.如下图的光电管的试验中，发觉用肯定频率的4单色光照耀光X.电管时，电流表指针会发生偏转，而用另一频率的3单色光照耀时不I O光电管 a发生光电效应，那么（）1电源|1 . A光的频率大于3光的频率8 . 3光的频率

20、大于A光的频率C.用A光照耀光电管时流过电流计G的电流方向是。流向。D.用A光照耀光电管时流过电流计G的电流方向是力流向。解析：选AC 依据光电效应的条件可知，A光的频率高于极限频率, B光的频率小 于极限频率即，故A光的频率大于光的频率，A项正确；光电管工作时间电子从阴极（右 侧）飞向阳极（左侧），由此可知，电路中的电流为a-*6即C正确。二、非选择题9 .使金属钠产生光电效应的光的最大波长为5X10-7X10,4X10,4Hz范围内的光照耀 钠，那么能使钠产生光电效应的频率范围是多少？解析：由c=讨可得能使钠产生光电效应的光的最小须率启n=4=错误！ X 1014Hz。/max故能使钠产生

21、光电效应的频率范围为：6. 0X10,4Hz/X10,4Hzo答案：X10,4Hz/X10l4Hz10.太阳能光电直接转换的根本原理是利用光电效应，将太阳辐射 八 直接转换成电能。如下图是测定光电流的电路简图，光电管加正向电压。7&）（1）在图上标出电源和电流表的正、负极；国至J（2）入射光应照耀在哪个极上；（3）假设电流表读数是10 pA,那么每秒钟从光电管阴极放射出的光电子至少多少个？解析：由图可以看出，光电管的3极为阴极，所以光应照在夕极上。要形成光电流， 应加正向电压，即电源左边是正极，右边是负极。电流袅是上正下负。e=/=10X10_6Xl C=105C,Q 10-5，一而=亍=而产X10。个，X 1祝3个光电子。答案：（1）电源是左正右负。电流表是上正下负 （2）5X10”个