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4.2光电效应
知识梳理：
光电效应及其实验规律
1．光电效应：照射到金属表面的光，能使金属中的 从表面逸出。这个现象称为光电效应。
2．光电子：光电效应中发射出来的 ，带 电。
3．光电效应的实验规律
(1)存在截止频率νc：当入射光的频率 截止频率时不发生光电效应。
不同金属的截止频率 。换句话说，截止频率与金属 有关。
(2)存在着 电流：在光的频率不变的情况下，入射光越强，饱和电流越大。这表明对于一定颜色的光，入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多。
(3)存在遏止电压：使光电流减小到0的反向电压Uc称为遏止电压。
遏止电压的存在意味着光电子具有一定的 。同一种金属对于一定频率的光，无论光的强弱如何，遏止电压都是一样的。
(4)光电效应具有瞬时性：当频率超过截止频率νc时，无论入射光怎样微弱，照到金属时会 产生光电流。精确测量表明产生电流的时间很快，即光电效应几乎是 发生的。
4．逸出功：使电子脱离某种金属所做功的 。不同金属的逸出功 。
爱因斯坦的光电效应理论
1．光子：光不仅在发射和吸收时能量是一份一份的，而且光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，频率为ν的光的能量子为hν，这些能量子被称为 。
2．爱因斯坦的光电效应方程
(1)表达式：Ek＝ －W0。Ek为光电子的 。
(2)遏止电压物Uc与入射光频率ν的关系：Uc= 。
思考与判断
(1)任何频率的光照射到金属表面都可以发生光电效应。( )
(2)金属表面是否发生光电效应与入射光的强弱有关。( )
(3)发生光电效应时，光的颜色不变时，入射光越强，单位时间内发出的光电子数越多。( )
(4)入射光照射到金属表面上时，光电子几乎是瞬时发射的。( )
(5) “光子”就是“光电子”的简称。( )
(6)光电子的最大初动能与入射光的频率成正比。( )
(7)饱和电流与光强有关，与所加的正向电压大小无关。( )
[例1] (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，饱和电流变大
B．入射光的频率变高，饱和电流变大
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
[例2]如图所示，甲图为演示光电效应的实验装置，乙图为a、b、c三种光照射下得到的三条电流表与电压表读数之间的关系曲线。下列说法正确的是(　　)
A．a、b、c三种光的频率各不相同
B．b、c两种光的光强可能相同
C．若b光为紫光，a光可能是蓝光
D．图甲中的滑动变阻器的滑片由图示位置向右滑动，
电流表的读数会一直增大
[例3] 用如图甲所示的实验装置测量某金属的遏止电压Uc与入射光频率ν，作出如图乙所示的Uc－ν图像，电子电荷量e＝1.6×10－19 C，求:
(1)图甲中A连接电源的正极还是负极
(2)测得普朗克常量为多少
(3)该金属的截止频率为多少
(4)该金属的逸出功为多少
课后巩固：
1． 如图，用弧光灯(可以发出紫外线)照射擦得很亮的锌板，验电器指针张开一个角度，则(　　)
A．用紫外线照射其他与验电器相连的金属板，验电器指针也会发生偏转
B．用红光照射锌板，验电器指针一定会发生偏转
C．锌板带的是负电荷
D．使验电器指针发生偏转的是正电荷
2．入射光照射到某金属表面上发生光电效应，若入射光的强度减弱，而频率保持不变，那么(　　)
A．从光照至金属表面上到发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减小
C．单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将减少
D．有可能不发生光电效应
3．关于光电效应，下列说法正确的是(　　)
A．对任何一种金属都存在一个极限波长，入射光的波长必须大于这个波长，才能产生光电效应
B．金属材料的逸出功与入射光的频率成正比
C．在发生光电效应时，光电流的饱和电流与入射光的强度有关，且随入射光的强度的增强而增强
D．用不可见光照射某金属，一定比用可见光照射同种金属产生的光电子的最大初动能大
4．关于光电效应的叙述，下列说法中正确的是(　　)
A．饱和电流的强度与入射光的强度无关
B．用频率相同的紫外线照射不同金属时产生的光电子的最大初动能相同
C．某种光照射某金属时不产生光电效应，换用频率较小的光照射时可能产生光电效应
D．某种光照射某金属时不产生光电效应，换用极限频率较小的金属时可能产生光电效应
5．(多选)如图所示是某金属在光的照射下，光电子最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图像，由图像可知(　　)
A．该金属的逸出功等于E
B．该金属的逸出功等于hν0
C．入射光的频率为ν0时，产生的光电子的最大初动能为E
D．入射光的频率为2ν0时，产生的光电子的最大初动能为2E
6．用如图甲所示的装置研究光电效应现象。闭合开关S，用频率为ν的光照射光电管时发生了光电效应。图乙是该光电管发生光电效应时光电子的最大初动能Ek与入射光频率ν 的关系图像，图线与横轴的交点坐标为(a，0)，与纵轴的交点坐标为(0，－b)，下列说法中正确的是(　　)
A．普朗克常量为h＝
B．断开开关S后，电流表G的示数不为零
C．仅增加照射光的强度，光电子的最大初动能将增大
D．电流表G的示数随入射光频率的增大而增大
7．如图所示，当开关S断开时，用光子能量为2.5 eV的一束光照射阴极P，发现电流表读数不为零。闭合开关，调节滑动变阻器，发现当电压表读数小于0.6 V时，电流表读数仍不为零。当电压表读数大于或等于0.6 V时，电流表读数为零。由此可知阴极材料的逸出功为( )
A．1.9 eV
B．0.6 eV
C．2.5 eV
D．3.1 eV
8．(多选)在光电效应实验中，用同一种单色光，先后照射锌和银的表面，都能产生光电效应。对于这两种过程，下列四个物理量中，一定不同的是(　　)
A．遏止电压 B．饱和电流 C．光电子的最大初动能 D．逸出功
9．用波长为2.0×10－7 m的紫外线照射钨的表面，释放出来的光电子中最大的初动能是4.7×10－19 J。由此可知，钨的极限频率是(普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，光速c＝3.0×108 m/s)(　　)
A．5.5×1014 Hz B．7.9×1014 Hz C．9.8×1014 Hz D．1.2×1015 Hz
10．如图所示，用光子能量为2.75 eV的光照射到光电管上时发生了光电效应，电流表的示数不为零；移动滑动变阻器的滑片，当电压表的示数大于或等于1.7 V时，电流表示数为0。
(1)光电子的最大初动能是多少？遏止电压为多少？
(2)光电管阴极的逸出功又是多少？
(3)当滑片向a端滑动时，光电流变大还是变小？
(4)当入射光的频率增大时，光电子最大初动能如何变化？遏止电压呢？
11． 右图是研究光电效应的实验装置，某同学进行了如下操作。
（1）用频率为v1的光照射光电管，此时电流表中有电流。调节滑动变阻器，使电流表示数恰好变为0，记下此时电压表的示数U1。
（2）用频率为v2的光照射光电管，重复（1）中的步骤，记下电压表的示数U2 。
已知电子的电荷量为e，请根据以上实验，推导普朗克常量实验测定值的计算式。
4.2光电效应 答案
知识梳理：
一、1． 电子 2．电子 负 3．(1) 小于 不同 自身的性质 (2) 饱和 (3) 初速度
(4) 立即 瞬时 4．最小值 不同
二、1．光子 2． (1) hν 最大初动能 (2) －
思考与判断
(×) (2) (×) （3）(√) (4) (√) (5) (×) (6) (×) (7) (√)
[例1] 答案　AC 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变多，饱和电流变大，A正确；饱和电流与光的强度有关，入射光的频率变高，饱和电流不一定变大，B错误，据爱因斯坦光电效应方程hν＝mv2＋W0可知，入射光的频率变高，光电子的最大初动能变大，C正确；当hν[例2] 答案　C 解析　由光电效应方程及遏止电压与光的频率间的关系可得eUc＝Ek＝hν－W0，b、c两种光的遏止电压相同，故频率相同，a光的遏止电压较小，频率较低，A错误；光的频率不变时，最大光电流与光强成正比，对比乙图可知，b光较强，B错误；由以上分析可知，a光频率较低，若b光为紫光，a光可能是蓝光，C正确；图甲中的滑动变阻器的滑片向右滑动，增大光电管两端电压，且为正向电压，电流表的读数会增大，但达到饱和光电流后，就不会继续增大，D错误。
[例3] 答案 (1) 负极 (2) 6.61×10－34 J·s （3）5.0×1014 Hz (4) 3.31×10－19 J
解析 (1) 实验需要加反向电压，可知极板A接电源负极
由爱因斯坦光电效应方程得Ek＝hν－W0，
光电子在电场中做减速运动，由动能定理可得－eUc＝0－Ek，解得Uc＝－，
图像的斜率k＝，代入数据解得h＝6.61×10－34 J·s
（3）由题图可知，该金属的截止频率ν0＝5.0×1014 Hz
(4) 该金属的逸出功W0＝hν0＝6.61×10－34×5.0×1014 J＝3.31×10－19 J
课后巩固：
1．答案　D 解析　不同金属发生光电效应需要的入射光的最小频率不同，选项A错误；红光的频率低于紫外线的频率，不一定能使锌板发生光电效应，B错误。在紫外线的照射下，锌板中有一部分电子从表面飞出，锌板带正电，选项D正确，C错误；
2．答案　C 解析　发生光电效应几乎是瞬时的，选项A错误；入射光的强度减弱，说明单位时间内的入射光子数目减少，频率不变，说明光子能量不变，逸出的光电子的最大初动能也就不变，选项B错误；入射光子的数目减少，逸出的光电子数目也就减少，故选项C正确；入射光照射到某金属上发生光电效应，说明入射光频率不低于这种金属的极限频率，入射光的强度减弱而频率不变，同样能发生光电效应，故选项D错误。
3． 答案　C
4．答案　D
5．答案　AB 解析　题中图像反映了光电子的最大初动能Ek与入射光频率ν的关系，根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0，知当入射光的频率恰为该金属的截止频率ν0时，光电子的最大初动能Ek＝0，此时有hν0＝W0，即该金属的逸出功等于hν0，选项B正确；根据图线的物理意义，有W0＝E，故选项A正确，C、D错误。
6．答案　B 解析　由hν＝W0＋Ek，变形得Ek＝hν－W0，可知图线的斜率为普朗克常量，即h＝，故A错误；断开开关S后，初动能大的光电子，也可能达到阳极，所以电流表G的示数不为零，故B正确；只有增大入射光的频率，才能增大光电子的最大初动能，与光的强度无关，故C错误；电流表G的示数与入射光的强度有关，不一定随频率的增大而增大，故D错误。
7．答案　A 解析　由题意知光电子的最大初动能为Ek＝eUc＝0.6 eV，所以根据光电效应方程Ek＝hν－W0可得W0＝hν－Ek＝(2.5－0.6) eV＝1.9 eV。
8． 答案　ACD 解析　根据爱因斯坦光电效应方程，光电子的最大初动能Ek＝hν－W0，其中W0为所用材料的逸出动，而锌和银这两种材料的逸出功W0一定不同，故可知光电子的最大初动能Ek一定不同；又由于Ek＝eUc，故可知遏止电压Uc一定不同。饱和电流的大小，与入射光的强度有关，故饱和电流不一定不同。
9． 答案　B 解析　由光电效应可知，入射光子的能量等于逸出功与最大初动能的和，即hν＝W0＋Ek，又有c＝λν，W0＝hν0，由以上三式得钨的极限频率ν0＝－＝7.9×1014 Hz，故B项正确。
10．答案　(1)1.7 eV　1.7 V (2)W0＝hν－mv2＝2.75 eV－1.7 eV＝1.05 eV
(3)变大　(4)变大　变大
11．答案
解析 由爱因斯坦光电效应方程及动能定理得：Ek1＝hν1－W0=eU1
Ek2＝hν2－W0=eU2
两式联立得：

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