光电效应（原卷版）.docx

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1、第2节光电效应【知识梳理与方法突破】一、光电效应及其实验规律两组对比概说明念光子 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，光子是光电效应的因，光电子是果光 电光电子光照射到金属表面时，光子的能量全部被电子吸收，电子吸收了光子的能量，可能向各个方向 子 的的最大运动，需克服原子核和其他原子的阻碍而损失一部分能量，剩余部分为光电子的初动能；只有 初 动初动能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 能初动能小于或等于光电子的最大初动能光 子入射光光子的能量即每个光子的能量，其值为 =成

2、。为光子的频率），其大小由光的频率决定。入 的能的强度射光的强度指单位时间内照射到金属表面单位面积上的总能量，入射光的强度等于单位时间照 量射到金属表面单位面积上内光子能量与入射光子数的乘积光 电饱和电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，光电流增大, 流 流但光电流趋于一个饱和值，这个饱和值是饱和电流，在一定的光照条件下，饱和电流与所加电压大小无关光 的饱和电饱和光电流与入射光强度成正比的规律是对频率相同的光照射金属产生光电效应而言的，对于 强度 流 不同频率的光，由于每个光子的能量不同，饱和电流与入射光强度之间没有简单的正比关系（1）发生光电效应时，入射光

3、越强，饱和电流越大，即入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多。（2）光电子的最大初动能（或遏止电压）与入射光的强度无关，只与入射光的频率有关。入射光的频率越 高，光电子的最大初动能越大，但最大初动能与频率不成正比。（3）每一种金属都有一个截止频率（或极限频率）,入射光的频率必须大于才能发生光电效应。频率 低于的入射光，无论光的强度有多大，照射时间有多长，都不能发生光电效应。不同金属的截止频率不同。（4）光电效应具有瞬时性。项目|经典电磁理论光电效应实验结果矛盾1按照光的经典电磁理论，不论入射光的频率是多少，只要如果光的频率小于金属的极限频率，无论光 光强足够强，总可以使电子获得足够的能量从而

4、发生光电强多大，都不会发生光电效应 效应矛盾2光越强，电子可获得更多的能量，光电子的最大初动能也遏止电压与光强无关，与频率有关应该越大，所以遏止电压与光强有关矛盾3光越强时，电子能量积累的时间就短，光越弱时，能量积当入射光照射到光电管的阴极时，无论光强 累的时间就长怎样微弱，几乎在一开始就产生了光电子【例1】如图所示为研究光电效应规律的实验装置，照射光强度一定，照射光的频率大于光电管阴极的极限 频率，闭合开关，则下列说法正确的是（）A.滑动变阻器的滑片移到最左端，电压表、电流表的示数均为零B.滑动变阻器的滑片移到最左端，电压表、电流表的示数均不为零C.滑动变阻器的滑片向右移的过程中，电压表示数

5、增大、电流表的示数可能先增大后不变D.滑动变阻器的滑片向右移的过程中，电压表、电流表的示数一定不断增大【针对训练1】在光电效应实验中，飞飞同学用同一光电管在不同实验条件下得到了三条光电流与电压之间 的关系曲线（甲光、乙光、丙光），如图所示。则可判断出（）A.乙光的波长大于丙光的波长B.甲光的频率大于乙光的频率C.乙光对应的截止频率大于丙光的截止频率D.甲光对应的光电子最大初动能大于丙光的光电子最大初动能二、光电效应方程的理解和应用稣=成一%的理解（1）方程中的反是光电子的最大初动能，就某个光电子而言，其离开金属时剩余动能大小可以是。区范 围内的任何数值。（2）光电效应方程实质上是能量守恒方程。

6、能量为 =前的光子被电子吸收，电子把这些能量的一部分用 来克服金属表面对它的吸引，另一部分就是电子离开金属表面时的动能。如果克服吸引力做功最少为%, 则电子离开金属表面时动能最大为根据能量守恒定律可知：Ek= hv - W0o（3）光电效应方程包含了产生光电效应的条件。若发生光电效应，则光电子的最大初动能必须大于零，即 Ek= hv - Wo 0,亦即历/%, v = vc,而% =野恰好是光电效应的截止频率。图像名称图线形状读取信息【例2】已知能使某金属产生光电效应的极限频率为%,则下列判断正确的是（）A.当用频率为2%的光照射该金属时，一定能产生光电子B.当用频率为2%的光照射该金属时，产

7、生的光电子的最大初动能为2/2%C.当照射光的频率大于时，若频率增大，则逸出功增大D.当照射光的频率大于时，若频率增大一倍，则光电子的最大初动能也增大一倍【针对训练2】1905年，爱因斯坦把普朗克的量子化概念进一步推广，成功地解释了光电效应现象，提出 了光子说。在给出与光电效应有关的四个图像中，下列说法正确的是（）A.图甲中，当紫外线照射锌板时，发现验电器指针发生了偏转，说明锌板带正电，验电器带负电B.图乙中，从光电流与电压的关系图像中可以看出，电压相同时，光照越强，光电流越大，Ug相同，说明 遏止电压和光的强度无关C.图丙中，若电子电荷量用e表示，匕、已知，由-卜图像可求得普朗克常量的表达式

8、为力= 匕一嗔D.图丁中，由光电子最大初动能反与入射光频率卜的关系图像可知该金属的逸出功为石或加。三、康普顿效应（1）光电效应主要用于电子吸收光子的问题；而康普顿效应主要用于讨论光子与电子碰撞且没有被电子吸 收的问题。（2）光子不仅具有能量，也具有动量，在与其他微粒作用过程中遵循能量守恒定律和动量守恒定律。（3）假定X射线光子与电子发生弹性碰撞。光子和电子相碰撞时，光子有一部分能量传给电子，散射光子 的能量减少，于是散射光的波长大于入射光的波长。（4）康普顿效应进一步揭示了光的粒子性，也再次证明了爱因斯坦光子说的正确性。能量和动量p是描述物质的粒子性的重要物理量；波长入和频率1/是描述物质的波

9、动性的典型物理量。 = 如和p =曷示了光的粒子性和波动性之间的密切关系。A【例3】康普顿在研究石墨对X射线的散射时，发现散射的X射线中，除了有与入射波长相同的成分外，还 有其他波长的X射线，这是由入射光子与晶体中的电子碰撞引起的。已知普朗克常量为爪下列说法错误的 是（）A.康普顿效应揭示了光的粒子性B.光子散射后波长变大C.光子与电子碰撞后速度变小hD.若碰撞后电子的动量为p,则其物质波波长为【针对训练3】康普顿效应揭示了光既有能量也有动量。如图所示为X射线中的光子与晶体中的电子在碰撞 前、后的示意图。则碰撞后（）A.光子的动量大小不变B.光子的速度减小hvC.光子的波长变长D.电子的动量增

10、加了十1.如图所示，某种单色光射到光电管的阴极上时，电流表有示数，则不正确的是（）A.增大单色光的强度，电流表的示数将增大B.滑片尸向左移，电流表示数将减小，甚至为零C.滑片尸向左移，电流表示数将增大D.入射的单色光的频率必须大于阴极材料的截止频率2.如图所示，分别用频率为、2y的光照射某光电管，对应的遏止电压之比为1： 3,普朗克常量用/2表示, 则（）A.用频率为gu的光照射该光电管时有光电子逸出*B.该光电管的逸出功为C.用2y的光照射时逸出所有光电子的初动能比用u的光照射时逸出所有光电子的初动能大D.加正向电压时，用2u的光照射时饱和光电流一定大3 .如图所示，先后用波长为4、4的单色

11、光照射阴极K均可产生光电流。调节滑片P,当电压表示数分别为U】、U2时，4、电子电荷量为e,真空中的光速为c下列说法正确的是（）A.两种单色光光子的动量p/2B.光电子的最大初动能&/&2C.普朗克恒量为:，彳）D.逸出功为（4-4）。4-44 .金属板M在某种光照射下可以发射出最大速度为u的电子，电子从金属板M运动到金属网N形成电流。已知图中两电池的供电电压都为U,电子的电荷量为6,质量为当单刀双掷开关S与1接通时，电流表 的示数刚好为零（即电子恰好不能运动到金属网N） o现单刀双掷开关S与2接通时，电子运动到金属网N 时的最大速度为（ ）5 .下表中给出了三种金属材料的极限波长，其中两种材

12、料发生光电效应时逸出光电子的最大初动能以与入射光频率卜的关系如图所示，则（）材料钠铜伯极限波长（nm）541268196A.这三种材料中，金属钠的逸出功最大B.图中。、。两条图线的斜率都等于普朗克常量力C.如果图线。表示的材料是铜，则图线。表示的材料是钠D.用波长400nm的光分别照射这三种金属，只有铜和钳会发生光电效应6.如图甲所示，分别用两种不同的金属材料作K极进行光电效应的实验探究。当保持入射光不变时，光电 子到达A极时其动能的最大值Ekm随AK极间所加电压U变化的图像如图乙所示,结合图甲与图乙进行分析, 下列说法中正确的是（ ）A.图乙的斜率为！eB.图乙的斜率为普朗克常量C.图乙的纵

13、轴截距为对应金属材料的逸出功D.图乙的纵轴截距为光电子离开K极时的最大初动能7.如图所示的装置可以利用光电管把光信号转换为电信号，A和K分别是光电管的阳极和阴极，电源电压 为亿 用发光功率为P的激光器发出频率为卜的光全部照射在K上。两平行光滑金属轨道倾角为夕,导轨 间距为人 平行导轨间存在着垂直于轨道平面向上的有界匀强磁场，磁感应强度为3,导体棒垂直导轨放置 且恰好能静止在磁场中。已知阴极K材料的逸出功为Wo,普朗克常量为，电子电荷量为e。假设每个入射 的光子会产生1个光电子，所有的光电子都能到A,则下列判断正确的是（）A.光电子到达A时的最大动能E4max 和B.光电子到达A时的最小动能Em

14、in =eU-口C.回路的电流为D.导体棒受到的安培力方向沿斜面向上8.波粒二象性是微观世界的基本特征，以下说法正确的为（）A.电子束通过双缝后形成的干涉图样可用电子的粒子性解释8 .光电效应实验中，光电子的最大初动能与入射光的频率有关，与入射光的强度无关C.康普顿效应说明光具有波动性D.黑体既不反射电磁波，也不向外辐射电磁波9 .从1907年起，密立根就开始测量金属的遏止电压U。（即图甲所示的电路中电流表G的读数减小为零 时夹在电极K、A之间的反向电压）与入射光的频率u,由此算出普朗克常量力，并与普朗克根据黑体辐射 得出的力相比较，以检验爱因斯坦光电效应方程的正确性。按照密立根的方法我们利用

15、图甲所示的装置进 行实验，得到了某金属的图像如图乙所示。已知元电荷G = L60xl（）T9C。下列说法正确的是（）A.该金属的截止频率约为4.27xl（rHzB.该金属的截止频率约为5.50xl（）i4HzC.利用该图线实验数据求不出普朗克常量D.利用该图线实验数据可以求出这种金属的逸出功10. COVID-19引起的肺炎病人在进行CT诊断时，肺部影像呈白色（白肺）,其物理原理是利用X射线 穿透人体肺部进行扫描并呈现灰度不同的图象。X射线的穿透量受物质吸收程度的影响，吸收程度与物质的 密度等因素有关。密度越小，吸收X射线的本领越弱，透过人体的量就越多，呈现的图片就越暗，如空气 等。密度越大，吸收X射线的本领越强，透过人体的量就越少，呈现的图片为白色，如骨骼等。X射线被物质的吸收主要产生两种效应：光电效应和康普顿效应。依据以上信息，下列说法中，正确的是（）A.光电效应现象是爱因斯坦最先发现的B. X射线光子被原子中的电子全部吸收从原子中飞出变为具有一定动能的光电子的现象，属于光电效应， 说明X射线具有粒子性C.光电效应中，X射线频率越高，从同种原子中飞出的光电子的最大初动能越大D. X射线光子只被电子部分吸收，电子能量增大，光子被散射出去，散射光子波长变长，这说明光子既具 有能量又具有动量，这属于康普顿效应，说明了X射线具有粒子性