资源简介

2　光电效应
课后·训练提升
基础巩固
一、选择题Ⅰ(每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的)
1.当用一束紫外线照射锌板时,产生了光电效应,这时(　　)
A.锌板带负电
B.有正离子从锌板逸出
C.有电子从锌板逸出
D.锌板会吸附空气中的正离子
答案:C
解析:紫外线照射锌板,发生光电效应,此时锌板中有电子逸出,锌板失去电子带正电,故选项C正确。
2.光电效应现象表明光(　　)
A.是一种电磁波 B.具有波动性
C.具有粒子性 D.具有波粒二象性
答案:C
3.从1907 年起,密立根就开始测量金属的遏止电压Uc(即图甲所示的电路中电流表G的读数减小到零时加在电极K 、A之间的反向电压)与入射光的频率ν,由此算出普朗克常量h ,并与普朗克根据黑体辐射得出的h 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图甲所示装置进行实验,得到了某金属的Uc-ν图像如图乙所示。下列说法正确的是(　　)
甲
乙
A.该金属的截止频率约为4.27×1014 Hz
B.该金属的截止频率约为5.50×1014 Hz
C.该图线的斜率为普朗克常量
D.该图线的斜率为这种金属的逸出功
答案:A
解析:设金属的逸出功为W0,截止频率为νc,因此W0=hνc;光电子的最大初动能Ek与遏止电压Uc的关系是Ek=eUc,光电效应方程为Ek=hν-W0;联立两式可得Uc=ν-,因此图像的斜率为,选项C、D错误。由题图乙可知,该金属的截止频率约为4.27×1014Hz,选项A正确,B错误。
二、选择题Ⅱ(每小题列出的四个备选项中至少有一个是符合题目要求的)
4.一束光照射到某金属表面上发生了光电效应。若入射光减弱,而频率保持不变,那么(　　)
A.从光照至金属表面到有光电子射出的时间间隔将缩短
B.光电子的最大初动能将保持不变
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
答案:BC
解析:光的强弱影响的是单位时间内发出光电子的数目,不会影响从光照到金属表面到有光电子射出的时间间隔,故选项A错误;根据爱因斯坦光电效应方程Ek=hν-W0,可知当入射光频率不变时,逸出的光电子的最大初动能不变,与入射光的强弱无关,故选项B正确;光的强弱影响的是单位时间发出光电子的数目,入射光减弱,单位时间从金属表面逸出的光电子数目将减少,故选项C正确;根据爱因斯坦光电效应方程 Ek=hν-W0,可知当入射光频率不变时,金属板仍能发生光电效应,故选项D错误。
5.爱因斯坦成功地解释了光电效应现象,提出了光子说。关于与光电效应有关的四个图像如图所示,下列说法正确的是(　　)
A.图甲装置中,如果先让锌板带负电,再用紫外线照射锌板,则验电器的张角可能变小
B.根据图乙可知,黄光越强,光电流越大,说明光子的能量与光的强弱有关
C.由图丙可知ν2为该金属的截止频率
D.由图丁可知,E等于该金属的逸出功
答案:ACD
解析:如果先让锌板带负电,验电器由于带负电,张开一定的张角,当紫外线照射锌板时,电子逸出,则验电器的张角变小,故选项A正确;黄光越强,光子数越多,产生光电子越多,光电流越大,但光子的能量与光的强弱无关,故选项B错误;根据Ek=hν-W0=eUc得Uc=(ν-νc),由题图丙可知ν2为该金属的截止频率,故选项C正确;根据光电效应方程Ek=hν-W0,当ν=0时,可得Ek=-W0,由题图丁知纵轴截距为-E,所以有W0=E,即该金属的逸出功为E,故选项D正确。
三、非选择题
6.为了解释光电效应现象,爱因斯坦提出了“光子”的概念,并给出了光电效应方程。但这一观点一度受到质疑,密立根通过下述实验来验证其理论的正确性,实验电路如图甲所示。
(1)为了测量遏止电压U0与入射光频率ν的关系,实验中双刀双掷开关应向　　　　(选填“上”或“下”)闭合。
(2)如果实验所得U0-ν图像如图乙所示,其中U1、ν1、ν0为已知量,电子电荷量为e,那么:
①只需将　　　与普朗克常量h进行比较,若在误差许可的范围内二者相等,则证明“光电效应方程”是正确的;
②该实验所用光电管的K极材料的逸出功为　　　。
答案:(1)下
(2)①　②ν0
解析:(1)测量遏止电压需要将阴极K接电源的正极,可知实验中双刀双掷开关应向下闭合。
(2)根据爱因斯坦光电效应方程Ek=hν-W0
由动能定理eU=Ek,得U1=ν1-ν0
结合题图乙知k=
解得普朗克常量h=
截止频率为ν0,则该金属的逸出功W0=hν0=·ν0。
能力提升
一、选择题Ⅰ(每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的)
1.下表给出了一些金属材料的逸出功,现用波长为400 nm的单色光分别照射这5种材料,不能产生光电效应的材料最多有(h=6.6×10-34 J·s,c=3×108 m/s)(　　)
材料 铯 钙 镁 铍 钛
逸出功W0/(10-19J) 3.0 4.3 5.9 6.2 6.6
A.2种 B.3种
C.4种 D.5种
答案:B
解析:波长为400nm的单色光的光子能量ε=hν=h=6.6×10-34×J=4.95×10-19J,由于光子能量小于镁、铍、钛三种材料的逸出功,根据爱因斯坦的光电效应方程,这三种材料不能产生光电效应,故选项B正确,A、C、D错误。
2.频率为ν的入射光照射某金属时发生光电效应现象。已知该金属的逸出功为W0,普朗克常量为h,电子电荷量大小为e,下列说法正确的是(　　)
A.该金属的截止频率为
B.该金属的遏止电压为
C.增强入射光,单位时间内发射的光电子数不变
D.增大入射光的频率,光电子的最大初动能不变
答案:B
解析:金属的逸出功为W0=hνc,所以金属的截止频率为νc=,选项A错误;使光电流减小到0的反向电压Uc称为遏止电压,Uc=,再根据爱因斯坦的光电效应方程,Ek=hν-W0,所以该金属的遏止电压为Uc=,选项B正确;增强入射光,单位时间内的光子数目会增大,发生了光电效应后,单位时间内发射的光电子数将增大,选项C错误;由爱因斯坦的光电效应方程可知,增大入射光的频率,光电子的最大初动能将增大,选项D错误。
3.在光电效应实验中,四束光①、②、③、④分别照射光电管,其光电流与电压的关系图线如图所示。下列说法正确的是(　　)
A.①光的频率大于②光的频率
B.①光比③光弱
C.图线与纵轴的交点是对应的饱和光电流
D.④光照射时产生的光电子最大初动能最大
答案:A
解析:根据eUc=mv2=hν-W0,入射光的频率越大,对应的遏止电压越大。①光的遏止电压大于②光的遏止电压,则①光的频率大于②光的频率;遏止电压越大,对应的最大初动能越大,④光的遏止电压较小,故④光照射时产生的光电子最大初动能不是最大,故选项D错误,A正确。①光和③光的遏止电压相等,故频率相等,由于①光对应的饱和光电流较大,说明①光较强,故选项B错误。饱和光电流是电流最大值,不是图线与纵轴的交点,故选项C错误。
二、选择题Ⅱ(每小题列出的四个备选项中至少有一个是符合题目要求的)
4.利用如图所示的电路研究光电效应现象,其中电极K由金属钨制成,其逸出功为4.54 eV。用某一频率的紫外线照射电极K时,电极K逸出光电子的最大初动能为5.46 eV,电流表的示数为I,已知普朗克常量为6.63×10-34 J·s。下列说法正确的是(　　)
A.金属钨发生光电效应的极限频率约为1.096×1015 Hz
B.若入射光频率减半,将不发生光电效应现象
C.若入射光频率加倍,电流表的示数一定变为2I
D.若入射光频率加倍,遏止电压的大小将变为15.46 V
答案:AD
解析:根据W0=hνc得,金属钨发生光电效应的极限频率约为νc=Hz=1.096×1015Hz,故选项A正确。由光电效应方程Ek=hν-W0可得ν=Hz=2.4133×1015Hz,若入射光频率减半即为1.2066×1015Hz,仍大于金属钨发生光电效应的极限频率,则仍能发生光电效应,故选项B错误。入射光频率加倍后,若光的强弱不变,则单位时间内入射的光子数减半,即电极K表面逸出的光电子数量减半,电流表示数变为一半,若入射光增强为原来的2倍,则逸出的光电子数目不变,电流表的示数仍为I,故选项C错误。频率加倍前,入射光的能量hν=Ek+W0=10eV,频率加倍后,入射光能量为2hν=20eV,最大初动能为Ek'=2hν-W0=15.46eV,根据Ue=Ek'可知,遏止电压的大小为U=V=15.46V,故选项D正确。
5.图甲为研究光电效应的实验装置,用频率为ν的单色光照射光电管的阴极K,得到光电流I与光电管两端电压U的关系图线如图乙所示,已知电子电荷量的绝对值为e,普朗克常量为h,则(　　)
A.测量遏止电压Uc时开关S应扳向“1”
B.只增强光照时,图乙中Uc的值会增大
C.只增强光照时,图乙中I0的值会减小
D.阴极K所用材料的极限频率为
答案:AD
解析:测量遏止电压时应在光电管两端加反向电压,即开关S应扳向“1”,故选项A正确。由动能定理得 eUc=Ek,由爱因斯坦光电效应方程Ek=hν-W0可知,题图乙中Uc的值与光照强弱无关,故选项B错误。题图乙中I0的值表示饱和光电流,增强光照时,饱和光电流增大,故选项C错误。由动能定理得eUc=Ek,由爱因斯坦光电效应方程Ek=hν-W0可得W0=hν-eUc,则阴极K所用材料的极限频率为νc=,故选项D正确。
三、非选择题
6.如图所示,电源的电动势为E,内阻不计,K为光电管的阴极。闭合开关S,将波长为λ的激光射向阴极,产生了光电流。调节滑片P,当电压表示数为U0时,光电流恰好减小到零,已知普朗克常量为h,电子电荷量为e,真空中光速为c。求:
(1)入射激光光子的动量p;
(2)从阴极K发出光电子的最大初动能Ek;
(3)增大入射激光的频率,为能测出对应的遏止电压,入射激光频率的最大值νm。
答案:(1)　(2)eU0　(3)(E-U0)
解析:(1)由λ=得 p=。
(2)根据动能定理有 -eU0=0-Ek
则 Ek=eU0。
(3)设阴极K的逸出功为W0,遏止电压为U0,有eU0=h-W0
遏止电压最大为E时,对应入射光的频率最大,则eE=hνm-W0
联立解得νm=(E-U0)。(共61张PPT)
2　光电效应
课前·基础认知
课堂·重难突破
素养·目标定位
随堂训练　
模型方法·素养提升
素养 目标定位
目 标 素 养
1.通过实验了解光电效应的实验规律。
2.知道爱因斯坦光电效应方程以及意义。
3.了解康普顿效应,了解光子的动量。
4.理解光的波粒二象性。
知 识 概 览
课前·基础认知
一、光电效应的实验规律
1.光电效应。
(1)光电效应:照射到金属表面的光,能使金属中的　电子　从表面逸出的现象。
(2)光电子:在光的照射下,从金属中发射出的电子叫光电子。
2.光电效应规律。
(1)存在截止频率:当入射光的频率减小到某一数值νc时,光电流　消失　,这表明已经没有光电子了,νc称为截止频率或极限频率。
(2)存在饱和电流:光照条件不变的情况下,随着所加电压的　增大　,光电流趋于一个饱和值。
(3)存在遏止电压:如果施加反向电压,使光电流减小到　0　的反向电压Uc称为遏止电压。
(4)光电效应具有瞬时性:光电效应几乎是　瞬时　发生的,几乎不需要时间的积累。
微探究1 把一块锌板连接在验电器上,并使锌板带负电,验电器指针张开。用紫外线灯照射锌板,观察验电器指针,指针夹角会变小。这个现象说明了什么问题
提示:指针夹角变小意味着锌板带的负电荷变少了,说明了紫外线会让电子从锌板表面逸出。
二、光电效应经典解释中的疑难
1.逸出功:要使电子脱离某种金属,需要外界对它做功,做功的
　最小值　叫作这种金属的逸出功,用W0表示。
2.几种金属的截止频率和逸出功。
金属 钨 钙 钠 钾 铷
νc/(1014 Hz) 10.95 7.73 5.53 5.44 5.15
W0/eV 4.54 3.20 2.29 2.25 2.13
3.疑难问题。
(1)截止频率的存在。
(2)遏止电压Uc与光的强弱无关。
(3)光电效应的瞬时性。
三、爱因斯坦的光电效应理论
1.爱因斯坦的光子说: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,其中,h为普朗克常量。这些能量子后来称为光子。
2.光电效应方程:　Ek=hν-W0　。
3.光电效应的Ek-ν图像。
微训练 铝的逸出功为W0=6.72×10-19 J,用波长λ=200 nm的光照射不带电的铝箔,发生光电效应,普朗克常量h=6.63×
10-34 J·s,电子电荷量为e=1.6×10-19 C。求:
(1)发生光电效应时,铝箔的电性;
(2)用铝箔制作的光电管的遏止电压Uc。(结果保留两位有效数字)
答案:(1)正　(2)2.0 V
解析:(1)根据光电效应现象可以知道,电子逃逸,
则铝箔表面带正电。
(2)根据爱因斯坦光电效应方程得光电子最大初动能
Ek= -W0
根据动能定理可得Ek=eUc
联立解得Uc=2.0 V。
四、康普顿效应和光子的动量
1.康普顿效应:康普顿在研究石墨对X射线的散射时,发现在散射的X射线中,除了与入射波长λ0相同的成分外,还有波长
　大于　λ0的成分,这个现象称为康普顿效应。
2.康普顿的理论观点:　p= 　。
微探究2 太阳光从小孔射入室内时,我们从侧面可以看到这束光;白天的天空各处都是亮的;宇航员在太空中会发现尽管太阳光耀眼刺目,其他方向的天空却是黑的,为什么
提示:在地球上存在着大气,太阳光经微粒散射后传向各个方向,而在太空中的真空环境下光不能散射只向前传播。
五、光的波粒二象性
光既具有　波动　性,又具有　粒子　性,即光具有波粒二象性。
微思考 哪些现象说明了光的波粒二象性
提示:光的干涉和衍射说明光具有波动性,康普顿效应、光电效应说明了光的粒子性。
课堂·重难突破
重难归纳
1.光子与光电子。
(1)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。
(2)对于同一种金属,光电子的能量只与入射光的频率有关,而与入射光的强弱无关。
一 光电效应中的几组概念的理解
2.光电子的初动能、最大初动能与遏止电压。
(1)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。
(2)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.饱和电流、正向电压与光的强弱三者之间的关系。
(1)存在饱和电流的原因。
在一定的光照条件下,单位时间内阴极K发射的光电子的数目是一定的,电压增加到一定值时,所有光电子都被阳极A吸收,这时即使再增大电压,电流也不会增大。
(2)饱和电流与正向电压的关系。
从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,这个饱和值是饱和电流,在一定的光照条件下,饱和电流与所加正向电压大小无关。
(3)饱和电流与光的强弱的关系。
实验表明,在光的频率不变的情况下,入射光越强,饱和电流越大。这说明,对于一定频率(颜色)的光,入射光越强,单位时间内发射的光电子数越多。
不带电的锌板和验电器用导线相连,
若用甲灯照射锌板,验电器的金属箔
片不张开;若用乙灯照射锌板,验电器
的金属箔片张开,如图所示,比较甲灯
与乙灯发出的光的频率、波长、强弱。
提示:由题可知,甲灯没有使锌板发生光电效应,乙灯使锌板发生了光电效应,故乙灯发出的光频率更高,波长更短,光电效应发生与否与光的强弱无关,光的强弱无法判断。
典例剖析
在利用光电管研究光电效应的实验中,入射光照到某金属表面上发生光电效应,若入射光减弱,而频率保持不变,那么(　 )
A.从光照射到金属表面到发射出光电子之间的时间间隔将明显增加
B.饱和光电流将会减弱
C.遏止电压将会减小
D.有可能不再发生光电效应
答案:B
解析:发生光电效应时,若入射光减弱,而频率保持不变,则从光照射到金属表面到发射出光电子之间的时间间隔将保持不变,选项A错误;入射光减弱,则单位时间内逸出的光电子的数目将减小,则饱和光电流将会减弱,选项B正确;根据遏止电压的表达式可知,光的频率不变,则最大初动能不变,遏止电压不变,选项C错误;因为光电效应取决于光的频率,故仍能发生光电效应,选项D错误。
方法技巧 1.入射光线的频率大于等于该金属的极限频率时才能产生光电效应,与入射光的强弱、照射时间无关。
2.光电子的最大初动能与入射光的强弱无关,只与入射光的频率有关,随入射光频率增大而增大。
3.当入射光的频率大于极限频率时,保持频率不变,则入射光越强,饱和电流越大。
4.光线照射金属表面,光电子发射几乎是瞬时的,不需要时间的积累。
学以致用
用图示装置研究光电效应现象,阴极K与滑动变阻器的中心c点相连,当滑片P移到c点时,光电流为零。为了产生光电流,可采取的措施是(　　)
A.增大入射光的频率
B.把P从c向a移动
C.把P从c向b移动
D.增强入射光
答案:A
解析:增大入射光的频率,当入射光的频率大于金属的极限频率时,产生光电效应,金属有光电子发出,电路中能产生光电流,故选项A正确;把P从c向a移动,P点电势大于c点的电势,光电管加上正向电压,但不能产生光电效应,没有光电流形成,故选项B错误;把P从c向b移动,不能产生光电效应,没有光电流形成,故选项C错误;能否产生光电效应与入射光的强弱无关,增强入射光,仍不能产生光电流,故选项D错误。
重难归纳
1.爱因斯坦光电效应方程中的Ek是光电子的最大初动能,就某个光电子而言,其离开金属时动能的大小可以是0~Ek范围内的任何数值。
二 爱因斯坦光电效应方程的理解
2.爱因斯坦光电效应方程实质上是能量守恒方程。
(1)能量为ε=hν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对它的吸引,另一部分就是电子离开金属表面时的动能。
(2)如果克服吸引力做功最少为W0,则电子离开金属表面时动能最大为Ek,根据能量守恒定律可知Ek=hν-W0。
3.爱因斯坦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=hν-W0 >0,可知hν>W0,ν> =νc,而νc恰好是光电效应的截止频率。
下图是研究光电效应的电路图。
(1)闭合开关后,当电压表的示数为0时,
电流表的示数不是0,说明了什么
(2)闭合开关,将滑动变阻器的滑片向右
移动,会观察到什么现象 说明了什么
(3)若将电源的正负极对调,电压表的正
负接线柱对调,闭合开关,滑动变阻器的
滑片向右移动时,又会观察到什么现象 说明了什么
提示:(1)说明发生了光电效应现象。
(2)电压表、电流表的示数均增大,当电流增大到一定值后,滑动变阻器的滑片再向右移动,电流也不再增大。说明存在饱和电流。
(3)电压表示数增大,电流表示数减小,最后电流表的示数可能减小到0。说明存在遏止电压。
典例剖析
利用光电管研究光电效应的实验电路如图所示,用频率为ν的可见光照射阴极K,电流表中有电流通过,则(　　)
A.改用紫外光照射K,电流表中没有电流通过
B.只增强该可见光,电流表中通过的电流将变小
C.若将滑动变阻器的滑片移到A端,电流表中一
定无电流通过
D.若将滑动变阻器的滑片向B端移动,电流表示
数可能不变
D
解析:发生光电效应的条件是入射光的频率大于金属的极限频率,紫外光的频率更大,所以改用紫外光照射K,电流表中有电流通过,选项A错误;只增强该可见光,电流表中通过的电流将变大,选项B错误;若将滑动变阻器的滑片移到A端,电流表中也有电流通过,因为是正向电压,只要发生光电效应就有光电流通过,选项C错误;如果光电流已经达到饱和光电流,则增大电压,光电流将保持不变,所以若将滑动变阻器的滑片向B端移动,电流表示数可能不变,选项D正确。
规律总结 1.入射光的强弱决定着单位时间内光源发出的光子数,决定着单位时间逸出的光电子数,决定着饱和光电流的大小。
2.入射光的频率决定着光子能量的大小,决定着能否发生光电效应,决定着逸出光电子的最大初动能。
学以致用
用红光照射光电管阴极发生光电效应时,光电子的最大初动能为Ek,饱和光电流为I,若改用强弱相同的绿光照射同一光电管,产生光电子的最大初动能和饱和光电流分别为Ek'和I',则正确的是(　　)　　　　　　　　　　
A.Ek'Ek,I'>I
C.Ek'>Ek,I'答案:C
解析:根据光电效应方程Ek=hν-W0,可知光电子的最大初动能与入射光的频率有关,改用绿光后,频率增大,则最大初动能增大,与光照强弱无关,即有Ek'>Ek;饱和光电流的大小与光照强弱有关,随着光照增强而增大,红光与绿光光照强弱相同,红光光子能量低,则红光单位时间内照射出的光电子数目多,饱和电流大,即有I'模型方法 素养提升
爱因斯坦的光电效应方程的应用——科学思维培养
方法归纳
1.两条对应关系。
(1)同一种光的光照强→光子数目多→发射光电子多→光电流大。
(2)光频率高→光子能量大→光电子的最大初动能大。
2.三个关系式。
(1)爱因斯坦光电效应方程:Ek=hν-W0。
(2)最大初动能与遏止电压的关系:Ek=eUc。
(3)逸出功与极限频率的关系W0=hνc。
3.四类图像。
图像名称 图线形状 由图线直接(间接)得到的物理量
最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图线 ①极限频率:图线与ν轴交点的横坐标νc
②逸出功:图线与Ek轴交点的纵坐标的绝对值W0=|-E|=E
③普朗克常量:图线的斜率k=h
图像名称 图线形状 由图线直接(间接)得到的物理量
颜色相同的光,光电流与电压的关系图线 ①遏止电压Uc:图线与横轴的交点
②饱和光电流Im:电流的最大值
③最大初动能:Ek=eUc
颜色不同时,光电流与电压的关系图线 ①遏止电压Uc1、Uc2
②饱和光电流
③最大初动能Ek1=eUc1,Ek2=eUc2
图像名称 图线形状 由图线直接(间接)得到的物理量
遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图线 ①极限频率νc:图线与横轴的交点
②遏止电压Uc:随入射光频率的增大而增大
③普朗克常量h:等于图线的斜率与电子电荷量的乘积,即h=ke(注:此时两极之间接反向电压)
图甲是研究光电效应的电路图,图乙是阴极K发生光电效应时,光电子的最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图线,已知普朗克常量为h。
(1)该阴极材料的截止频率为多少
(2)图甲中光电管两端所加电压为0时,电流表示数也一定为0吗
(3)图甲中只要光电管两端电压足够大,即使ν<ν0,电流表也会有电流通过吗
提示:(1)由Ek=hν-W0可知,光电子的最大初动能Ek与入射光频率ν成一次函数关系,金属的逸出功W0在数值上等于Ek轴上的截距Ek0,即W0=Ek0,
(2)题图甲中光电管两端电压为0时,只要光的频率大于极限频率,电流表示数就不为0。
(3)如果ν<ν0,则阴极K不会逸出光电子,即使电压很大,也不会有电流。
典例剖析
1.下图是用光照射某种金属时逸出的光电子的最大初动能随入射光频率的变化图线,直线与横轴的交点坐标为(4.27,0),与纵轴交点坐标为(0,0.5),由图可知(　　)
A.该金属的截止频率为4.27×1014 Hz
B.该金属的截止频率为5.5×1014 Hz
C.该图线的斜率表示
D.该金属的逸出功为0.5 eV
答案:A
解析:根据爱因斯坦光电效应方程Ek=hν-W0,Ek-ν图像的横轴的截距大小等于截止频率,由题图知该金属的截止频率为4.27×1014 Hz,故A正确,B错误;图线的斜率表示普朗克常量h,故C错误;当Ek=hν-W0=0时,逸出功为W0=hνc= ×4.27 eV=1.7 eV,故D错误。
2.(多选)在光电效应实验中,分别用频率为νa、νb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νa>νb,则一定有UaB.若νa>νb,则一定有Eka>Ekb
C.若UaD.若νa>νb,则一定有hνa-Eka>hνb-Ekb
答案:BC
解析:根据光电效应方程Ek=hν-W0和光电子的最大初动能与遏止电压的关系-eUc=0-Ek,得eUc=hν-W0,选项A错误,B、C正确;若νa>νb,则一定有hνa-Eka=hνb-Ekb=W0,选项D错误。
规律总结 1.爱因斯坦光电效应方程Ek=hν-W0,式中W0为逸出功,它与极限频率νc的关系是W0=hνc。
2.Ek-ν图像反映了光电子的最大初动能和入射光频率的关系。
3.光电子的最大初动能Ek可以利用光电管通过实验的方法测得,即Ek=eUc,其中Uc是遏止电压。
学以致用
一种红外测温仪的原
理:任何物体在温度高
于绝对零度(-273 ℃)时
都会向外发出红外光,
红外光照射到温度传
感器,发生光电效应,将光信号转化为电信号,计算出温度数据。已知人体温正常时能辐射波长为10 μm的红外光,如图甲所示,用该红外光照射光电管的阴极K时,电路中有光电流产生,得到的电流随电压变化的图像如图乙所示,
则(　　)
A.波长10 μm的红外光在真空中的频率为3×1014 Hz
B.将图甲的电源反接,一定不会产生电信号
C.由图乙数据可知从阴极K逸出的光电子最大初动能为0.02 eV
D.若人体温度升高,辐射的红外光减弱,光电管转换成的光电流减小
答案:C
解析:波长10 μm的红外光在真空中的频率为ν= =3×1013 Hz,故选项A错误;根据题图乙可知,遏止电压为0.02 V,如果反接,但电压小于0.02 V,则仍会产生电信号,故选项B错误;根据Ek=eUc=0.02 eV可知,最大初动能为0.02 eV,故选项C正确;若人体温度升高,则辐射的红外光增强,光电管转换成的光电流增大,故选项D错误。
随堂训练
1.假设一个运动的光子和一个静止的自由电子碰撞以后,电子向某一方向运动,光子沿另一方向散射出去,则这个散射光子跟原来的光子相比(　　)
A.频率变大 B.速度变小
C.光子能量变大 D.波长变长
答案:D
解析:光子与自由电子碰撞时,遵守动量守恒定律和能量守恒定律,自由电子被碰前静止,被碰后动量、能量增加,所以光子的动量、能量减少,但速度仍为光速,由ε=hν知,频率变小,则波长变长,故选项D正确。
2.利用光电管研究光电效应实验的电路图如图所示,用频率为ν的可见光照射阴极K,电流表中有电流通过,则(　　)
A.用紫外线照射,电流表一定有电流通过
B.用红光照射,电流表一定无电流通过
C.用红外线照射,电流表一定无电流通过
D.用频率为ν的可见光照射K,当滑动变阻
器的滑片移到C端时,电流表中一定无电
流通过
答案:A
解析:因紫外线的频率比可见光的频率高,所以用紫外线照射时,电流表中一定有电流通过,选项A正确。因不知阴极K的截止频率,所以用红光或红外线照射时,也可能发生光电效应,所以选项B、C错误。即使UAK=0,电流表中也可能有电流通过,所以选项D错误。
3.用不同频率的紫外线分别照射钨和锌的表面而产生光电效应,可得到光电子最大初动能Ek随入射光频率ν变化的Ek-ν图像。已知钨的逸出功是3.28 eV,锌的逸出功是3.24 eV,若将二者的图线画在同一个Ek-ν图像中,用实线表示钨,虚线表示锌,则正确反映这一过程的图像是下图中的(　　)
答案:B
解析:依据光电效应方程Ek=hν-W0可知,Ek-ν图线的斜率代表了普朗克常量h,因此钨和锌的Ek-ν图线应该平行,选项C、D错误;图线的横截距代表了截止频率νc,而νc= ,因此钨的νc大些,选项B正确,A错误。
4.(多选)在光电效应实验中,用甲、乙、丙三束单色光照射同一光电管,得到的光电流与光电管两端电压之间的关系曲线如图所示,则下列说法正确的是(　　)
A.甲与丙频率相同
B.乙波长大于丙波长
C.甲照射光电管产生的光电子的最大
初动能大于丙照射光电管产生的光电子的最大初动能
D.乙照射光电管产生的光电子的最大初动能大于丙照射光电管产生的光电子的最大初动能
AD
解析:根据 eUc=hν-W0,可知甲与丙的遏止电压相同,故二者频率相同,故选项A正确;根据eUc=h -W0,可知同一光电管的逸出功W0相同,乙的遏止电压大于丙的遏止电压,故乙波长小于丙波长,故选项B错误;由动能定理得eUc= mv2,由题图可知乙的遏止电压大于甲和丙的遏止电压,甲和丙的遏止电压相同,故乙照射光电管产生的光电子的最大初动能大于丙照射光电管产生的光电子的最大初动能,甲照射光电管产生的光电子的最大初动能等于丙照射光电管产生的光电子的最大初动能,故选项C错误,D正确。

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