资源简介

2　光电效应的理解与应用
素养测练　　　　　　 　　　　　 　　　　　
基础巩固练
考点一　对光电效应现象的理解
1.当用一束紫外线照射锌板时,产生了光电效应,下列说法正确的是(　C　)
A.从锌板中逸出了光子
B.有正离子从锌板逸出
C.有电子从锌板逸出
D.锌板带负电
解析:发生光电效应是因为锌板中的电子吸收光子的能量而从锌板表面逸出,锌板由于缺少电子而带上正电,故选C。
2.(诸暨月考)某单色光照射某金属时不能产生光电效应,则下述措施可能使该金属发生光电效应的是(　C　)
A.延长光照时间
B.增大光的强度
C.换用波长较短的光照射
D.换用频率较低的光照射
解析:由题意知,要想发生光电效应,必须增加入射光的频率,而波长越短频率越大,C正确,D错误;而延长光照时间和增加光的强度,都不可能使该金属发生光电效应,A、B错误。
3.(多选)如图为某款条形码扫描笔的工作原理图,发光二极管发出的光频率为ν0。将扫描笔笔口打开,在条形码上匀速移动,遇到黑色线条光几乎全部被吸收;遇到白色线条光被大量反射到光电管中的金属表面(截止频率0.8ν0),产生光电流,如果光电流大于某个值,会使信号处理系统导通,将条形码变成一个个脉冲电信号。下列说法正确的是(　AB　)
A.扫描笔在条形码上移动的速度会影响相邻脉冲电信号的时间间隔
B.频率为ν0的光照到光电管的金属表面立即产生光电子
C.若发光二极管发出频率为1.2ν0的光,则一定无法识别条形码
D.若发光二极管发出频率为0.5ν0的光,扫描笔缓慢移动,也能正常识别条形码
解析:根据题意,扫描笔在条形码上移动的速度越快,相邻脉冲电信号的时间间隔越短,故A正确;频率为ν0的光照到光电管发生光电效应是瞬间的,即立刻产生光电子,故B正确;若发光二极管发出频率为1.2ν0的光,大于金属的截止频率,可以产生光电流,可以正常识别条形码,故C错误;若发光二极管发出频率为0.5ν0的光,小于金属的截止频率,无法产生光电流,即无法正常识别条形码,故D错误。
考点二　对光电效应方程的理解和应用
4.如图是密立根于1916年发表的钠金属光电效应的遏止电压Uc与入射光频率ν的实验曲线,该实验直接证明了爱因斯坦光电效应方程,并且第一次利用光电效应实验测定了普朗克常量h。由图像可知(　A　)
A.钠的逸出功为hνc
B.钠的截止频率为8.5×1014Hz
C.图中直线的斜率为普朗克常量h
D.遏止电压Uc与入射光频率ν成正比
解析:根据遏止电压与最大初动能的关系有eUc=Ek,根据光电效应方程有Ek=hν-W0,结合题图可知,当Uc为0时,解得W0=hνc,A正确;钠的截止频率为νc,根据题图可知,截止频率小于8.5×1014Hz,B错误;结合遏止电压与光电效应方程可解得Uc=ν-,可知题图中直线的斜率表示,C错误;根据遏止电压与入射光频率的关系式可知,遏止电压Uc与入射光频率ν呈线性关系,不是成正比,D错误。
5.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A、K两极间所加电压U变化的图像如图乙所示。结合图甲与图乙进行分析,下列说法正确的是(　D　)
A.图乙的斜率为
B.图乙的斜率为普朗克常量h
C.图乙的纵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
解析:题图甲中光电管两端所加电压为正向电压,光电管中电场为加速电场,设电子离开K极时的最大初动能为Ek,电子到达A极板的最大动能为Ekm,由动能定理可得eU=Ekm-Ek,解得Ekm=eU+Ek,所以题图乙的斜率为e,A、B错误;纵轴截距为光电子离开K极时的最大初动能,C错误,D正确。
6.(温州期末)如图为工业生产中光电控制设备常用的光控继电器的示意图,电路中的光电管阴极K上涂有表格中的某种金属。表格是四种金属发生光电效应的极限频率。现用某强度绿光(500～560 nm)照射光电管阴极K,铁芯M磁化,吸引衔铁N。下列说法正确的是(　B　)
金属 钾 钙 铍 金
极限频率/(1014Hz) 5.44 7.73 9.54 11.70
A.光电管阴极K上可以涂有金属金
B.增大电源电压,铁芯M磁性可能不变
C.增大电源电压,用波长为650 nm的红光照射阴极K也可使铁芯M磁化
D.用紫光照射时逸出的任一光电子的初动能一定比用绿光照射时逸出的任一光电子的初动能大
解析:由题可知绿光的最大频率为ν==Hz=6.0×1014Hz,绿光照射时可以发生光电效应,则光电管阴极K上不可以涂有金属金,故A错误;增大电源电压,饱和电流不变时,铁芯M磁性不变,故B正确;红光的频率为ν′== Hz=4.6×1014 Hz,则红光不能使阴极K发生光电效应,故C错误;根据光电效应的规律可知,用紫光照射时逸出的光电子的最大初动能大,但并不是所有的光电子的初动能均大于用绿光照射时逸出的光电子的初动能,故D错误。
考点三　对康普顿效应的理解
7.科学研究证明,光子有能量也有动量,当光子与电子碰撞时,光子的一些能量转移给了电子。假设光子与电子碰撞前的波长为λ,碰撞后的波长为λ′,则碰撞过程中(　C　)
A.能量守恒,动量守恒,且λ=λ′
B.能量不守恒,动量不守恒,且λ=λ′
C.能量守恒,动量守恒,且λ<λ′
D.能量守恒,动量守恒,且λ>λ′
解析:光子与电子碰撞过程中,能量守恒,动量也守恒,因光子撞击电子的过程中光子将一部分动量传递给电子,光子的动量减少,由p=可知,光子的波长增大,即λ′>λ,故C正确。
8.(多选)实验表明:光子与速度不太大的电子碰撞发生散射时,光的波长会变长或者不变,这种现象叫康普顿散射,该过程遵循能量守恒定律与动量守恒定律。如果电子具有足够大的初速度,以至于在散射过程中有能量从电子转移到光子,则该散射被称为逆康普顿散射,这一现象已被实验证实。关于上述逆康普顿散射,下列说法正确的是(　BD　)
A.相对于散射前的入射光,散射光在真空中的传播速度变大
B.若散射前的入射光照射某金属表面时能发生光电效应,则散射光照射该金属时,光电子最大初动能将变大
C.散射光中存在波长变长的成分
D.散射光中存在频率变大的成分
解析:光速永远不变,所以散射光在真空中速度不变,A错误;若散射前的入射光照射某金属表面时能发生光电效应,则因散射后光子的能量hν变大,故照射该金属时,由光电效应方程Ek=hν-W0可知,光电子的最大初动能将变大,B正确;散射后光的能量变大,由ε=hν=h,所以散射光中存在频率变大的成分,或是波长变短的成分,C错误,D正确。
考点四　光的波粒二象性
9.下列有关光的波粒二象性的说法正确的是(　C　)
A.有的光是波,有的光是粒子
B.光子与电子是同样的一种粒子
C.光的波长越长,其波动性越显著;波长越短,其粒子性越显著
D.大量光子的行为往往显示出粒子性
解析:光既具有波动性,又具有粒子性,A错误;电子是组成原子的粒子,有确定的静止质量,是一种物质粒子,速度可以低于光速,光子代表着一份能量,没有静止质量,真空中的速度永远是c,所以光子与电子不同,B错误;光的频率越高,波长越短,粒子性越显著,反之,波动性越显著,C正确;大量光子运动的规律表现出光的波动性,D错误。
10.下列关于光的波粒二象性的说法不正确的是(　D　)
A.大量光子产生的效果往往显示出波动性,个别光子产生的效果往往显示出粒子性
B.频率越大的光,其粒子性越显著;频率越小的光,其波动性越显著
C.光在传播时往往表现出波动性,光在跟物质相互作用时往往表现出粒子性
D.光不可能同时既具有波动性,又具有粒子性
解析:光既具有粒子性,又具有波动性,大量的光子波动性比较明显,个别光子粒子性比较明显,故A说法正确;在光的波粒二象性中,频率越大的光其粒子性越显著,频率越小的光,其波动性越显著,故B说法正确;光在传播时往往表现出波动性,光在跟物质相互作用时往往表现出粒子性,故C说法正确;光的波粒二象性是指光有时波动性比较显著,有时粒子性比较显著,二者是统一的,故D说法错误。
能力提升练
11.研究光电效应的电路如图所示,闭合开关用某单色光束照射K极,电路中光电流为0,则(　B　)
A.光束频率一定小于K极的截止频率
B.滑片P向左移动,电流可能不为0
C.滑片P向右移动,电流一定不为0
D.增大光束的照射强度,电流不为0
解析:光电管中加的是反向电压,光电流为0,可能是反向电压大于截止电压,而光束频率不一定小于K极的截止频率,选项A错误;滑片P向左移动,反向电压减小,当小于截止电压时,可形成光电流,此时电流不为0,选项B正确;滑片P向右移动,反向电压变大,光电管中不可能有光电流,即电流一定为0,选项C错误;增大光束的照射强度,光电子的最大初动能不变,仍不会有光电子到达A极板,即电流仍为0,选项D错误。
12.(浙江1月选考卷)如图所示,金属极板M受到紫外线照射会逸出光电子,最大速率为vm。正对M放置一金属网N,在M、N之间加恒定电压U。已知M、N间距为d(远小于板长),电子的质量为m,电荷量为e,则(　C　)
A.M、N间距离增大时电子到达N的动能也增大
B.只有沿x方向逸出的电子到达N时才有最大动能(m+eU)
C.电子从M到N过程中y方向位移大小最大为vmd
D.M、N间加反向电压时电流表示数恰好为零
解析:根据动能定理,从金属板M上逸出的光电子到达N板时,eU=Ekm-m,则到达N板时的动能为Ekm=eU+m,与两极板间距离无关,与电子从金属板中逸出的方向无关,选项A、B错误;平行极板M射出的电子到达N板时在y轴方向的位移最大,则电子从M到N过程中,y轴方向最大位移为y=vmt,d=··t2,解得y=vmd,选项C正确;M、N间加反向电压,电流表示数恰好为零时,则eUc=m,解得 Uc=,选项D错误。
13.(嘉兴期末)(多选)如图所示,图甲为光电效应实验的电路图(电源正负极可对调),用一定强度的单色光a、b分别照射阴极K,用电流表A测量流过光电管的电流I,用电压表V测量光电管两极间的电压U,调节滑动变阻器,得到如图乙所示的I与U的关系图像。则(　BC　)
A.用a光照射时光电管的极限频率高于用b光照射时光电管的极限频率
B.a光在水中的传播速度比b光小
C.a光的光子动量大于b光的光子动量
D.变阻器滑片滑到最左端时,光电流I为零
解析:光电管的极限频率与照射光的频率无关,故A错误;由光电流I与电压U的关系图像可知,a光的遏止电压大于b光的遏止电压,结合Ek=hν-W0,Ek=eUc,可知a光光子的频率大于b光光子的频率,故水对a光的折射率大于对b光的折射率,根据n=,可知a光在水中的传播速度更小,故B正确;根据a光光子的频率大于b光光子的频率,可得λa<λb,根据p=,可得,a光的光子动量大于b光的光子动量,故C正确;由光电流I与电压U的关系图像可知,当滑动变阻器的滑片滑到最左端时,电压U为零,但光电流I不为零,故D错误。(共40张PPT)
2　光电效应的
理解与应用
[课标引领]
学习目标要求 核心素养和关键能力
1.知道光电效应现象,了解光电效应的实验规律。 2.知道光电效应与电磁理论的矛盾。 3.理解爱因斯坦光子说及对光电效应的解释,会用光电效应方程解决一些简单问题。 1.核心素养
掌握光电效应的实验规律并能应用爱因斯坦光电效应方程解释相关规律,提高分析问题、解决问题的能力。
2.关键能力
通过对光电效应规律的探究,揭示实验规律,学会与他人合作交流,培养探究意识,提高实验能力。
预学智测
·
科学思维
「情境探究」
知识点一　光电效应
1.如图是研究光电效应的电路,阴极K和阳极A是密封在真空玻璃管中的两个电极,K用铯做成,阴极K在受到光照时能够发射光电子。电源加在滑动变阻器的两端且其正负极可以对调。
探究:(1)保持A、K间电压一定,在光的频率不变的情况下,改变入射光的强度,你会发现光电流发生怎样变化 如何解释
答案:(1)入射光越强,光电流越大,即光越强,产生的光电子数目越多,说明单位时间内入射的光子数越多,产生的光电子个数越多。
(2)保持A、K间电压一定,光的强度不变,依次更换滤光片,使光按蓝光→绿光→红光变化,结果发现蓝、绿光照射下有光电流,红光照射下没有光电流,这现象说明什么
答案: (2)蓝光和绿光的频率大于红光,说明金属铯的极限频率小于蓝光和绿光的频率,而大于红光的频率。
(3)在蓝光照射下,使A、K间加反向电压并逐渐增大,直至电流为0,改变蓝光入射的强度,重复上述操作,分别记录下电压的值;然后换用绿光,重复上述过程,会发现什么规律
答案: (3)用蓝光照射,不管光强如何,遏止电压相等;由蓝光换成绿光,遏止电压减小,说明遏止电压与入射光的强度无关,只与入射光的频率有关。
2.用如图所示的装置研究光电效应现象,某同学用光子能量为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,发现当电压表的示数大于或等于1.7 V时,电流表示数为0。
探究:(1)电流为0时对应的电压称为什么电压 光电子的最大初动能和光电管阴极的逸出功分别是多少
答案:(1)1.7 V的电压称为遏止电压;光电子的最大初动能 Ek=eUc=1.7 eV;根据爱因斯坦的光电效应方程可得W0=hν-Ek=2.75 eV-1.7 eV=1.05 eV。
(2)当滑片向a端滑动时,光电流怎样变化
答案:(2)当滑片向a端滑动时,反向电压减小,到达阳极的光电子数增加,则光电流变大。
(3)当入射光的频率增大时,遏止电压如何变化
答案: (3)根据爱因斯坦的光电效应方程Ek=hν-W0,ν变大,Ek变大,根据Ek=eUc,则遏止电压变大。
(4)当用某一频率的光照射逸出功为W的金属发生光电效应时,其遏止电压为Uc,能否求出入射光频率的大小
「科学思维」
1.思考判断
(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)入射光照射到金属表面上时,光电子几乎是瞬时发射的。(　 　)
√
×
×
2.下列关于光电效应现象的叙述错误的是(　 　)
A.光电效应是指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
B.光电效应存在截止频率
C.照射光的强度太小时不可能发生光电效应
D.光电效应几乎是瞬时发生的
C
解析:光电效应是指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;光电效应存在截止频率,当入射光的频率大于或等于金属的截止频率时才能发生光电效应;能否发生光电效应与入射光的强度无关,只与入射光的频率有关;光电效应几乎是瞬时发生的,不需要时间积累。故选C。
知识点二　康普顿效应　光子的动量　波粒二象性
「思考讨论」
1.什么是康普顿效应 康普顿光子模型具有怎样的意义 并写出光子动量表达式。
2.什么是光的波粒二象性
答案:略
1.思考判断
(1)光子的动量与波长成反比。(　 　)
(2)光子发生散射后波长变短。(　 　)
(3)光子数量越大,其粒子性越明显。(　 　)
(4)经典物理学理论不能合理解释康普顿效应。(　 　)
(5)光既具有粒子性,又具有波动性。(　 　)
「科学思维」
√
×
×
√
√
2.(多选)从光的微粒说到光的波动说,从光的电磁理论到光子理论,人类对光的认识越来越深刻,现在我们认为:光具有波粒二象性。下列能体现光的粒子性的现象是(　 　)
A.光的干涉 B.光的衍射
C.光电效应 D.康普顿效应
CD
解析:光具有波粒二象性,光电效应和康普顿效应是能体现光的粒子性的现象,光的干涉和光的衍射是能体现光的波动性的现象。C、D正确。
探究重点
·
深化学习
要点一　对光电效应现象的理解
[例1] (温州月考)如图所示,在演示光电效应的实验中,某同学分别用a、b两种单色光照射锌板,发现用a光照射时与锌板连接的验电器的指针张开一个角度;用b光照射时与锌板连接的验电器的指针不动。下列说法正确的是
(　 　)
A.增大b光的照射强度,验电器的指针有可能张开一个角度
B.增大a光的照射强度,光电子的最大初动能增加
C.a光的频率大于b光的频率
D.若用b光照射另一种金属能发生光电效应,则用a光照射该金属时可能不会发生光电效应
C
解析:根据爱因斯坦光电效应方程Ek=hν-W0可知,增大b光的照射强度,仍不会发生光电效应;增大a光的照射强度,光电子的最大初动能保持不变,A、B错误;根据a光照射锌板能够发生光电效应可知,a光的频率大于锌板的截止频率,根据b光照射锌板不能发生光电效应可知,b光的频率小于锌板的截止频率,则a光的频率大于b光的频率,C正确;根据光电效应方程可知,若用b光照射另一种金属能发生光电效应,则用a光照射该金属时一定能发生光电效应,D错误。
名师点拨
关于光电效应的两点提醒
(1)发生光电效应时需满足:照射光的频率大于金属的截止频率,即ν>νc,或光子的能量ε>W0。
(2)光电子的最大初动能只与照射光的频率及金属的逸出功有关,而与照射光的强弱无关,强度大小决定了逸出光电子的数目多少。
[针对训练1](多选)在如图所示的光电管的实验中,发现用一定频率的A单色光照射光电管时,电流表指针会发生偏转,而用另一频率的B单色光照射时,不发生光电效应。那么(　 　)
A.A光的频率大于B光的频率
B.B光的频率大于A光的频率
C.用A光照射光电管时,流过电流表G的电流方向是a流向b
D.用A光照射光电管时,流过电流表G的电流方向是b流向a
AC
解析:由发生光电效应的条件可知,A单色光的频率大于B单色光的频率,A正确,B错误;A单色光照射光电管的阴极K时,从阴极K逸出电子,这些电子冲向阳极,在整个电路中形成顺时针方向的电流,故流过电流表G的电流方向是a流向b,C正确,D 错误。
要点二　对光电效应方程的理解和应用
1.对光电效应方程Ek=hν-W0的理解
(1)式中的Ek是光电子的最大初动能,就某个光电子而言,其离开金属时剩余动能大小可以是0～Ek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。
①能量为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。
②如果克服引力做功最少为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)光电效应方程包含了产生光电效应的条件。
2.光电效应相关图像
(1)最大初动能与入射光频率的关系图像。
该图像对应的函数式Ek=hν-W0,图像与横轴的交点坐标为截止频率,图像是平行的,是因为图线的斜率就是普朗克常量。
(2)光电流与电压的关系图像。
从图像①③可看出同种光照射同种金属板时对应的遏止电压相同,而饱和电流大小随入射光强度增大而增大;从图像①②可知,对于同种金属,入射光的频率越高,遏止电压越大。
(3)遏止电压与入射光频率的关系。
[例2] 在真空中竖直放置的金属板M,受到紫外线照射时会向各个方向发射出速度大小不同的电子,在M右侧相距d处正对放置一个金属网罩N,若在金属板与网罩间加上逐渐增大的电压,当电压增大到U时,发现网罩上开始接收不到来自金属板的电子。已知电子电荷量为e,质量为m,则(　 　)
A.增强紫外线的强度,能使网罩上接收到电子
B.适当减小MN之间的距离d,能使网罩上接收到电子
C.当电压为U时,所有能运动至最靠近网罩的电子发射时的
初动能都相同
D.从M板上发射的电子,速度越大在MN间运动的时间越长
C
解析:若在金属板与网罩间加上逐渐增大的电压,当电压增大到U时,发现网罩上开始接收不到来自金属板的电子。设光电子的最大初动能为Ekm,由动能定理得-eU=0-Ekm,又由光电效应方程Ekm=hν-W0知,增强紫外线的强度,光电子的最大初动能不变,不能使网罩上接收到电子。适当减小MN之间的距离d,MN间U不变,不能使网罩上接收到电子。当电压为U时,所有能运动至最靠近网罩的电子发射时的初动能都相同,A、B错误,C正确。从M板上发射的电子,由于出射速度与M板可能存在一定角度,速度越大在MN间运动的时间不一定越长,D错误。
名师点拨
利用光电效应规律解题应明确的两点
(1)光电流。
光电效应现象中光电流存在饱和值(对应从阴极发射出的电子全部被拉向阳极的状态),光电流未达到饱和值之前,其大小不仅与入射光的强度有关,还与光电管两极间的电压有关,只有在光电流达到饱和值以后才和入射光的强度成正比。
名师点拨
(2)两个决定关系。
①逸出功W0一定时,入射光的频率决定着能否产生光电效应以及光电子的最大初动能。
②入射光的频率一定时,入射光的强度决定着单位时间内发射出来的光电子数。
要点三　对康普顿效应的理解
[例3] 物理学家康普顿在研究石墨对X射线的散射时,用X光对静止的电子进行照射,照射后电子获得速度的同时,X光光子的运动方向也会发生相应的改变。下列说法正确的是(　 　)
A.当入射光子与晶体中的电子碰撞时,把部分动量转移给电子,因此光子散射后频率变大
B.康普顿效应揭示了光的粒子性,表明光子除了具有能量之外还具有动量
C.X光散射后与散射前相比,速度变小
D.散射后的光子虽然改变原来的运动方向,但频率保持不变
B
康普顿实验的意义
(1)动量守恒定律不但适用于宏观物体,也适用于微观粒子间的作用。
(2)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。
名师点拨
[针对训练2] 如图所示,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.频率不变 B.波长变长
C.动量变大 D.速度变小
B
要点四　波粒二象性
对光的波粒二象性的理解
项目 实验 基础 表现 说明
光的 波动性 干涉 和衍射 (1)光子在空间各点出现的可能性大小可用波动规律来描述。 (2)足够数量的光子(大量光子)在传播时,往往表现出波动性。 (3)波长长的光容易表现出波动性 (1)光的波动性是光子本身的一种属性,不是光子之间相互作用产生的。
(2)光的波动性不同于宏观概念的波
光的 粒子性 光电效应、康 普顿效应 (1)当光同物质发生作用时,这种作用是“一份一份”进行的,表现出粒子的性质。 (2)少量或个别光子往往表现出光的粒子性。 (3)波长短的光,粒子性显著 (1)粒子的含义是“不连续”“一份一份”的。
(2)光子不同于微观概念的粒子
[例4] (多选)关于光的波粒二象性,下列理解正确的是(　 　)
A.高频光是粒子,低频光是波
B.大量的光子往往表现出波动性,个别光子往往表现出粒子性
C.波粒二象性是光的属性,只是有时它的波动性显著,有时它的粒子性显著
D.光在传播时是波,而与物质发生相互作用时转变成粒子
BC
解析:波粒二象性是光所具有的性质,在不同的情况下有不同的表现。大量的光子往往表现出波动性,个别光子往往表现出粒子性,光在传播过程中通常表现为波动性,在与物质发生相互作用时通常表现为粒子性,B、C正确。
对光的波粒二象性的三点理解
(1)光既有波动性又有粒子性,二者是统一的。
(2)光表现为波动性,只是光的波动性显著,粒子性不显著而已。
(3)光表现为粒子性,只是光的粒子性显著,波动性不显著而已。
名师点拨
[针对训练3] 关于光的波粒二象性,下列说法正确的是(　 　)
A.粒子说完全否定了波动说
B.光的波粒二象性是指光和经典的波与粒子很相似
C.光的波动说和粒子说都有其正确性,但又都是不完善的,都有不能解释的实验现象
D.光的波粒二象性是指光要么具有波动性,要么具有粒子性,而不是同时具有波动性和粒子性
C
解析:粒子说的确立,没有完全否定波动说,而是使人们对光的本性认识更完善,光既具有波动性,又同时具有粒子性,即光具有波粒二象性,故A、D错误;光的波粒二象性,与宏观概念中的波不同,与微观概念中的粒子也不相同,故B错误;波动说和粒子说都有其正确性,但又都是不完善的,都有其不能解释的实验现象,故C正确。
感谢观看2　光电效应的理解与应用
[课标引领]
学习目标要求 核心素养和关键能力
1.知道光电效应现象,了解光电效应的实验规律。 2.知道光电效应与电磁理论的矛盾。 3.理解爱因斯坦光子说及对光电效应的解释,会用光电效应方程解决一些简单问题。 1.核心素养 掌握光电效应的实验规律并能应用爱因斯坦光电效应方程解释相关规律,提高分析问题、解决问题的能力。 2.关键能力 通过对光电效应规律的探究,揭示实验规律,学会与他人合作交流,培养探究意识,提高实验能力。
知识点一　光电效应
情境探究
1.如图是研究光电效应的电路,阴极K和阳极A是密封在真空玻璃管中的两个电极,K用铯做成,阴极K在受到光照时能够发射光电子。电源加在滑动变阻器的两端且其正负极可以对调。
探究:(1)保持A、K间电压一定,在光的频率不变的情况下,改变入射光的强度,你会发现光电流发生怎样变化 如何解释
(2)保持A、K间电压一定,光的强度不变,依次更换滤光片,使光按蓝光→绿光→红光变化,结果发现蓝、绿光照射下有光电流,红光照射下没有光电流,这现象说明什么
(3)在蓝光照射下,使A、K间加反向电压并逐渐增大,直至电流为0,改变蓝光入射的强度,重复上述操作,分别记录下电压的值;然后换用绿光,重复上述过程,会发现什么规律
答案:(1)入射光越强,光电流越大,即光越强,产生的光电子数目越多,说明单位时间内入射的光子数越多,产生的光电子个数越多。
(2)蓝光和绿光的频率大于红光,说明金属铯的极限频率小于蓝光和绿光的频率,而大于红光的频率。
(3)用蓝光照射,不管光强如何,遏止电压相等;由蓝光换成绿光,遏止电压减小,说明遏止电压与入射光的强度无关,只与入射光的频率有关。
2.用如图所示的装置研究光电效应现象,某同学用光子能量为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,发现当电压表的示数大于或等于1.7 V时,电流表示数为0。
探究:(1)电流为0时对应的电压称为什么电压 光电子的最大初动能和光电管阴极的逸出功分别是多少
(2)当滑片向a端滑动时,光电流怎样变化
(3)当入射光的频率增大时,遏止电压如何变化
(4)当用某一频率的光照射逸出功为W的金属发生光电效应时,其遏止电压为Uc,能否求出入射光频率的大小
答案:(1)1.7 V的电压称为遏止电压;光电子的最大初动能 Ek=eUc=1.7 eV;根据爱因斯坦的光电效应方程可得W0=hν-Ek=2.75 eV-1.7 eV=1.05 eV。
(2)当滑片向a端滑动时,反向电压减小,到达阳极的光电子数增加,则光电流变大。
(3)根据爱因斯坦的光电效应方程Ek=hν-W0,ν变大,Ek变大,根据Ek=eUc,则遏止电压变大。
(4)能。遏止电压Uc与最大初动能的关系式Ek=eUc,光电效应方程Ek=hν-W,由两式求得ν=。
科学思维
1.思考判断
(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)入射光照射到金属表面上时,光电子几乎是瞬时发射的。(　√　)
2.下列关于光电效应现象的叙述错误的是(　C　)
A.光电效应是指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
B.光电效应存在截止频率
C.照射光的强度太小时不可能发生光电效应
D.光电效应几乎是瞬时发生的
解析:光电效应是指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;光电效应存在截止频率,当入射光的频率大于或等于金属的截止频率时才能发生光电效应;能否发生光电效应与入射光的强度无关,只与入射光的频率有关;光电效应几乎是瞬时发生的,不需要时间积累。故选C。
知识点二　康普顿效应　光子的动量　
波粒二象性
思考讨论
1.什么是康普顿效应 康普顿光子模型具有怎样的意义 并写出光子动量表达式。
2.什么是光的波粒二象性
答案:略
科学思维
1.思考判断
(1)光子的动量与波长成反比。(　√　)
(2)光子发生散射后波长变短。(　×　)
(3)光子数量越大,其粒子性越明显。(　×　)
(4)经典物理学理论不能合理解释康普顿效应。(　√　)
(5)光既具有粒子性,又具有波动性。(　√　)
2.(多选)从光的微粒说到光的波动说,从光的电磁理论到光子理论,人类对光的认识越来越深刻,现在我们认为:光具有波粒二象性。下列能体现光的粒子性的现象是(　CD　)
A.光的干涉 B.光的衍射
C.光电效应 D.康普顿效应
解析:光具有波粒二象性,光电效应和康普顿效应是能体现光的粒子性的现象,光的干涉和光的衍射是能体现光的波动性的现象。C、D正确。
要点一　对光电效应现象的理解
[例1] (温州月考)如图所示,在演示光电效应的实验中,某同学分别用a、b两种单色光照射锌板,发现用a光照射时与锌板连接的验电器的指针张开一个角度;用b光照射时与锌板连接的验电器的指针不动。下列说法正确的是(　C　)
A.增大b光的照射强度,验电器的指针有可能张开一个角度
B.增大a光的照射强度,光电子的最大初动能增加
C.a光的频率大于b光的频率
D.若用b光照射另一种金属能发生光电效应,则用a光照射该金属时可能不会发生光电效应
解析:根据爱因斯坦光电效应方程Ek=hν-W0可知,增大b光的照射强度,仍不会发生光电效应;增大a光的照射强度,光电子的最大初动能保持不变,A、B错误;根据a光照射锌板能够发生光电效应可知,a光的频率大于锌板的截止频率,根据b光照射锌板不能发生光电效应可知,b光的频率小于锌板的截止频率,则a光的频率大于b光的频率,C正确;根据光电效应方程可知,若用b光照射另一种金属能发生光电效应,则用a光照射该金属时一定能发生光电效应,D错误。
关于光电效应的两点提醒
(1)发生光电效应时需满足:照射光的频率大于金属的截止频率,即ν>νc,或光子的能量ε>W0。
(2)光电子的最大初动能只与照射光的频率及金属的逸出功有关,而与照射光的强弱无关,强度大小决定了逸出光电子的数目多少。
[针对训练1](多选)在如图所示的光电管的实验中,发现用一定频率的A单色光照射光电管时,电流表指针会发生偏转,而用另一频率的B单色光照射时,不发生光电效应。那么(　AC　)
A.A光的频率大于B光的频率
B.B光的频率大于A光的频率
C.用A光照射光电管时,流过电流表G的电流方向是a流向b
D.用A光照射光电管时,流过电流表G的电流方向是b流向a
解析:由发生光电效应的条件可知,A单色光的频率大于B单色光的频率,A正确,B错误;A单色光照射光电管的阴极K时,从阴极K逸出电子,这些电子冲向阳极,在整个电路中形成顺时针方向的电流,故流过电流表G的电流方向是a流向b,C正确,D 错误。
要点二　对光电效应方程的理解和应用
1.对光电效应方程Ek=hν-W0的理解
(1)式中的Ek是光电子的最大初动能,就某个光电子而言,其离开金属时剩余动能大小可以是0～Ek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。
①能量为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。
②如果克服引力做功最少为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)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,则hν>W0, ν>=νc,而νc=恰好是光电效应的截止频率。
2.光电效应相关图像
(1)最大初动能与入射光频率的关系图像。
该图像对应的函数式Ek=hν-W0,图像与横轴的交点坐标为截止频率,图像是平行的,是因为图线的斜率就是普朗克常量。
(2)光电流与电压的关系图像。
从图像①③可看出同种光照射同种金属板时对应的遏止电压相同,而饱和电流大小随入射光强度增大而增大;从图像①②可知,对于同种金属,入射光的频率越高,遏止电压越大。
(3)遏止电压与入射光频率的关系。
该图像的对应函数式为Uc=,故从图像可以直接读出金属的截止频率,由斜率可算出普朗克常量,由纵轴截距可推算出金属的逸出功。
[例2] 在真空中竖直放置的金属板M,受到紫外线照射时会向各个方向发射出速度大小不同的电子,在M右侧相距d处正对放置一个金属网罩N,若在金属板与网罩间加上逐渐增大的电压,当电压增大到U时,发现网罩上开始接收不到来自金属板的电子。已知电子电荷量为e,质量为m,则(　C　)
A.增强紫外线的强度,能使网罩上接收到电子
B.适当减小MN之间的距离d,能使网罩上接收到电子
C.当电压为U时,所有能运动至最靠近网罩的电子发射时的初动能都相同
D.从M板上发射的电子,速度越大在MN间运动的时间越长
解析:若在金属板与网罩间加上逐渐增大的电压,当电压增大到U时,发现网罩上开始接收不到来自金属板的电子。设光电子的最大初动能为Ekm,由动能定理得-eU=0-Ekm,又由光电效应方程Ekm=hν-W0知,增强紫外线的强度,光电子的最大初动能不变,不能使网罩上接收到电子。适当减小MN之间的距离d,MN间U不变,不能使网罩上接收到电子。当电压为U时,所有能运动至最靠近网罩的电子发射时的初动能都相同,A、B错误,C正确。从M板上发射的电子,由于出射速度与M板可能存在一定角度,速度越大在MN间运动的时间不一定越长,D错误。
利用光电效应规律解题应明确的两点
(1)光电流。
光电效应现象中光电流存在饱和值(对应从阴极发射出的电子全部被拉向阳极的状态),光电流未达到饱和值之前,其大小不仅与入射光的强度有关,还与光电管两极间的电压有关,只有在光电流达到饱和值以后才和入射光的强度成正比。
(2)两个决定关系。
①逸出功W0一定时,入射光的频率决定着能否产生光电效应以及光电子的最大初动能。
②入射光的频率一定时,入射光的强度决定着单位时间内发射出来的光电子数。
要点三　对康普顿效应的理解
[例3] 物理学家康普顿在研究石墨对X射线的散射时,用X光对静止的电子进行照射,照射后电子获得速度的同时,X光光子的运动方向也会发生相应的改变。下列说法正确的是(　B　)
A.当入射光子与晶体中的电子碰撞时,把部分动量转移给电子,因此光子散射后频率变大
B.康普顿效应揭示了光的粒子性,表明光子除了具有能量之外还具有动量
C.X光散射后与散射前相比,速度变小
D.散射后的光子虽然改变原来的运动方向,但频率保持不变
解析:在康普顿效应中,当入射光子与晶体中的电子碰撞时,把部分动量转移给电子,则光子动量减小,但速度仍为光速c,根据p=,知光子频率减小,康普顿效应说明光子不但具有能量,而且具有动量,揭示了光的粒子性,故A、C、D错误,B正确。
康普顿实验的意义
(1)动量守恒定律不但适用于宏观物体,也适用于微观粒子间的作用。
(2)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。
[针对训练2] 如图所示,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(　B　)
A.频率不变 B.波长变长
C.动量变大 D.速度变小
解析:光子与电子碰撞后,电子能量增加,故光子能量减少,根据E=hν,光子的频率减小,故A错误;当入射光子与静止的电子碰撞时,把一部分动量转移给电子,则动量减小,根据λ=可知,波长变长,故B正确,C错误;碰撞前、后的光子速度不变,故D错误。
要点四　波粒二象性
　对光的波粒二象性的理解
项目 实验 基础 表现 说明
光的 波动性 干涉 和衍射 (1)光子在空间各点出现的可能性大小可用波动规律来描述。 (2)足够数量的光子(大量光子)在传播时,往往表现出波动性。 (3)波长长的光容易表现出波动性 (1)光的波动性是光子本身的一种属性,不是光子之间相互作用产生的。 (2)光的波动性不同于宏观概念的波
续　表
项目 实验 基础 表现 说明
光的 粒子性 光电效应、康 普顿 效应 (1)当光同物质发生作用时,这种作用是“一份一份”进行的,表现出粒子的性质。 (2)少量或个别光子往往表现出光的粒子性。 (3)波长短的光,粒子性显著 (1)粒子的含义是“不连续”“一份一份”的。 (2)光子不同于微观概念的粒子
[例4] (多选)关于光的波粒二象性,下列理解正确的是(　BC　)
A.高频光是粒子,低频光是波
B.大量的光子往往表现出波动性,个别光子往往表现出粒子性
C.波粒二象性是光的属性,只是有时它的波动性显著,有时它的粒子性显著
D.光在传播时是波,而与物质发生相互作用时转变成粒子
解析:波粒二象性是光所具有的性质,在不同的情况下有不同的表现。大量的光子往往表现出波动性,个别光子往往表现出粒子性,光在传播过程中通常表现为波动性,在与物质发生相互作用时通常表现为粒子性,B、C正确。
对光的波粒二象性的三点理解
(1)光既有波动性又有粒子性,二者是统一的。
(2)光表现为波动性,只是光的波动性显著,粒子性不显著而已。
(3)光表现为粒子性,只是光的粒子性显著,波动性不显著而已。
[针对训练3] 关于光的波粒二象性,下列说法正确的是(　C　)
A.粒子说完全否定了波动说
B.光的波粒二象性是指光和经典的波与粒子很相似
C.光的波动说和粒子说都有其正确性,但又都是不完善的,都有不能解释的实验现象
D.光的波粒二象性是指光要么具有波动性,要么具有粒子性,而不是同时具有波动性和粒子性
解析:粒子说的确立,没有完全否定波动说,而是使人们对光的本性认识更完善,光既具有波动性,又同时具有粒子性,即光具有波粒二象性,故A、D错误;光的波粒二象性,与宏观概念中的波不同,与微观概念中的粒子也不相同,故B错误;波动说和粒子说都有其正确性,但又都是不完善的,都有其不能解释的实验现象,故C正确。
素养测练　　　　　　 　　　　　 　　　　　
基础巩固练
考点一　对光电效应现象的理解
1.当用一束紫外线照射锌板时,产生了光电效应,下列说法正确的是(　C　)
A.从锌板中逸出了光子
B.有正离子从锌板逸出
C.有电子从锌板逸出
D.锌板带负电
解析:发生光电效应是因为锌板中的电子吸收光子的能量而从锌板表面逸出,锌板由于缺少电子而带上正电,故选C。
2.(诸暨月考)某单色光照射某金属时不能产生光电效应,则下述措施可能使该金属发生光电效应的是(　C　)
A.延长光照时间
B.增大光的强度
C.换用波长较短的光照射
D.换用频率较低的光照射
解析:由题意知,要想发生光电效应,必须增加入射光的频率,而波长越短频率越大,C正确,D错误;而延长光照时间和增加光的强度,都不可能使该金属发生光电效应,A、B错误。
3.(多选)如图为某款条形码扫描笔的工作原理图,发光二极管发出的光频率为ν0。将扫描笔笔口打开,在条形码上匀速移动,遇到黑色线条光几乎全部被吸收;遇到白色线条光被大量反射到光电管中的金属表面(截止频率0.8ν0),产生光电流,如果光电流大于某个值,会使信号处理系统导通,将条形码变成一个个脉冲电信号。下列说法正确的是(　AB　)
A.扫描笔在条形码上移动的速度会影响相邻脉冲电信号的时间间隔
B.频率为ν0的光照到光电管的金属表面立即产生光电子
C.若发光二极管发出频率为1.2ν0的光,则一定无法识别条形码
D.若发光二极管发出频率为0.5ν0的光,扫描笔缓慢移动,也能正常识别条形码
解析:根据题意,扫描笔在条形码上移动的速度越快,相邻脉冲电信号的时间间隔越短,故A正确;频率为ν0的光照到光电管发生光电效应是瞬间的,即立刻产生光电子,故B正确;若发光二极管发出频率为1.2ν0的光,大于金属的截止频率,可以产生光电流,可以正常识别条形码,故C错误;若发光二极管发出频率为0.5ν0的光,小于金属的截止频率,无法产生光电流,即无法正常识别条形码,故D错误。
考点二　对光电效应方程的理解和应用
4.如图是密立根于1916年发表的钠金属光电效应的遏止电压Uc与入射光频率ν的实验曲线,该实验直接证明了爱因斯坦光电效应方程,并且第一次利用光电效应实验测定了普朗克常量h。由图像可知(　A　)
A.钠的逸出功为hνc
B.钠的截止频率为8.5×1014Hz
C.图中直线的斜率为普朗克常量h
D.遏止电压Uc与入射光频率ν成正比
解析:根据遏止电压与最大初动能的关系有eUc=Ek,根据光电效应方程有Ek=hν-W0,结合题图可知,当Uc为0时,解得W0=hνc,A正确;钠的截止频率为νc,根据题图可知,截止频率小于8.5×1014Hz,B错误;结合遏止电压与光电效应方程可解得Uc=ν-,可知题图中直线的斜率表示,C错误;根据遏止电压与入射光频率的关系式可知,遏止电压Uc与入射光频率ν呈线性关系,不是成正比,D错误。
5.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A、K两极间所加电压U变化的图像如图乙所示。结合图甲与图乙进行分析,下列说法正确的是(　D　)
A.图乙的斜率为
B.图乙的斜率为普朗克常量h
C.图乙的纵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
解析:题图甲中光电管两端所加电压为正向电压,光电管中电场为加速电场,设电子离开K极时的最大初动能为Ek,电子到达A极板的最大动能为Ekm,由动能定理可得eU=Ekm-Ek,解得Ekm=eU+Ek,所以题图乙的斜率为e,A、B错误;纵轴截距为光电子离开K极时的最大初动能,C错误,D正确。
6.(温州期末)如图为工业生产中光电控制设备常用的光控继电器的示意图,电路中的光电管阴极K上涂有表格中的某种金属。表格是四种金属发生光电效应的极限频率。现用某强度绿光(500～560 nm)照射光电管阴极K,铁芯M磁化,吸引衔铁N。下列说法正确的是(　B　)
金属 钾 钙 铍 金
极限频率/(1014Hz) 5.44 7.73 9.54 11.70
A.光电管阴极K上可以涂有金属金
B.增大电源电压,铁芯M磁性可能不变
C.增大电源电压,用波长为650 nm的红光照射阴极K也可使铁芯M磁化
D.用紫光照射时逸出的任一光电子的初动能一定比用绿光照射时逸出的任一光电子的初动能大
解析:由题可知绿光的最大频率为ν==Hz=6.0×1014Hz,绿光照射时可以发生光电效应,则光电管阴极K上不可以涂有金属金,故A错误;增大电源电压,饱和电流不变时,铁芯M磁性不变,故B正确;红光的频率为ν′== Hz=4.6×1014 Hz,则红光不能使阴极K发生光电效应,故C错误;根据光电效应的规律可知,用紫光照射时逸出的光电子的最大初动能大,但并不是所有的光电子的初动能均大于用绿光照射时逸出的光电子的初动能,故D错误。
考点三　对康普顿效应的理解
7.科学研究证明,光子有能量也有动量,当光子与电子碰撞时,光子的一些能量转移给了电子。假设光子与电子碰撞前的波长为λ,碰撞后的波长为λ′,则碰撞过程中(　C　)
A.能量守恒,动量守恒,且λ=λ′
B.能量不守恒,动量不守恒,且λ=λ′
C.能量守恒,动量守恒,且λ<λ′
D.能量守恒,动量守恒,且λ>λ′
解析:光子与电子碰撞过程中,能量守恒,动量也守恒,因光子撞击电子的过程中光子将一部分动量传递给电子,光子的动量减少,由p=可知,光子的波长增大,即λ′>λ,故C正确。
8.(多选)实验表明:光子与速度不太大的电子碰撞发生散射时,光的波长会变长或者不变,这种现象叫康普顿散射,该过程遵循能量守恒定律与动量守恒定律。如果电子具有足够大的初速度,以至于在散射过程中有能量从电子转移到光子,则该散射被称为逆康普顿散射,这一现象已被实验证实。关于上述逆康普顿散射,下列说法正确的是(　BD　)
A.相对于散射前的入射光,散射光在真空中的传播速度变大
B.若散射前的入射光照射某金属表面时能发生光电效应,则散射光照射该金属时,光电子最大初动能将变大
C.散射光中存在波长变长的成分
D.散射光中存在频率变大的成分
解析:光速永远不变,所以散射光在真空中速度不变,A错误;若散射前的入射光照射某金属表面时能发生光电效应,则因散射后光子的能量hν变大,故照射该金属时,由光电效应方程Ek=hν-W0可知,光电子的最大初动能将变大,B正确;散射后光的能量变大,由ε=hν=h,所以散射光中存在频率变大的成分,或是波长变短的成分,C错误,D正确。
考点四　光的波粒二象性
9.下列有关光的波粒二象性的说法正确的是(　C　)
A.有的光是波,有的光是粒子
B.光子与电子是同样的一种粒子
C.光的波长越长,其波动性越显著;波长越短,其粒子性越显著
D.大量光子的行为往往显示出粒子性
解析:光既具有波动性,又具有粒子性,A错误;电子是组成原子的粒子,有确定的静止质量,是一种物质粒子,速度可以低于光速,光子代表着一份能量,没有静止质量,真空中的速度永远是c,所以光子与电子不同,B错误;光的频率越高,波长越短,粒子性越显著,反之,波动性越显著,C正确;大量光子运动的规律表现出光的波动性,D错误。
10.下列关于光的波粒二象性的说法不正确的是(　D　)
A.大量光子产生的效果往往显示出波动性,个别光子产生的效果往往显示出粒子性
B.频率越大的光,其粒子性越显著;频率越小的光,其波动性越显著
C.光在传播时往往表现出波动性,光在跟物质相互作用时往往表现出粒子性
D.光不可能同时既具有波动性,又具有粒子性
解析:光既具有粒子性,又具有波动性,大量的光子波动性比较明显,个别光子粒子性比较明显,故A说法正确;在光的波粒二象性中,频率越大的光其粒子性越显著,频率越小的光,其波动性越显著,故B说法正确;光在传播时往往表现出波动性,光在跟物质相互作用时往往表现出粒子性,故C说法正确;光的波粒二象性是指光有时波动性比较显著,有时粒子性比较显著,二者是统一的,故D说法错误。
能力提升练
11.研究光电效应的电路如图所示,闭合开关用某单色光束照射K极,电路中光电流为0,则(　B　)
A.光束频率一定小于K极的截止频率
B.滑片P向左移动,电流可能不为0
C.滑片P向右移动,电流一定不为0
D.增大光束的照射强度,电流不为0
解析:光电管中加的是反向电压,光电流为0,可能是反向电压大于截止电压,而光束频率不一定小于K极的截止频率,选项A错误;滑片P向左移动,反向电压减小,当小于截止电压时,可形成光电流,此时电流不为0,选项B正确;滑片P向右移动,反向电压变大,光电管中不可能有光电流,即电流一定为0,选项C错误;增大光束的照射强度,光电子的最大初动能不变,仍不会有光电子到达A极板,即电流仍为0,选项D错误。
12.(浙江1月选考卷)如图所示,金属极板M受到紫外线照射会逸出光电子,最大速率为vm。正对M放置一金属网N,在M、N之间加恒定电压U。已知M、N间距为d(远小于板长),电子的质量为m,电荷量为e,则(　C　)
A.M、N间距离增大时电子到达N的动能也增大
B.只有沿x方向逸出的电子到达N时才有最大动能(m+eU)
C.电子从M到N过程中y方向位移大小最大为vmd
D.M、N间加反向电压时电流表示数恰好为零
解析:根据动能定理,从金属板M上逸出的光电子到达N板时,eU=Ekm-m,则到达N板时的动能为Ekm=eU+m,与两极板间距离无关,与电子从金属板中逸出的方向无关,选项A、B错误;平行极板M射出的电子到达N板时在y轴方向的位移最大,则电子从M到N过程中,y轴方向最大位移为y=vmt,d=··t2,解得y=vmd,选项C正确;M、N间加反向电压,电流表示数恰好为零时,则eUc=m,解得 Uc=,选项D错误。
13.(嘉兴期末)(多选)如图所示,图甲为光电效应实验的电路图(电源正负极可对调),用一定强度的单色光a、b分别照射阴极K,用电流表A测量流过光电管的电流I,用电压表V测量光电管两极间的电压U,调节滑动变阻器,得到如图乙所示的I与U的关系图像。则(　BC　)
A.用a光照射时光电管的极限频率高于用b光照射时光电管的极限频率
B.a光在水中的传播速度比b光小
C.a光的光子动量大于b光的光子动量
D.变阻器滑片滑到最左端时,光电流I为零
解析:光电管的极限频率与照射光的频率无关,故A错误;由光电流I与电压U的关系图像可知,a光的遏止电压大于b光的遏止电压,结合Ek=hν-W0,Ek=eUc,可知a光光子的频率大于b光光子的频率,故水对a光的折射率大于对b光的折射率,根据n=,可知a光在水中的传播速度更小,故B正确;根据a光光子的频率大于b光光子的频率,可得λa<λb,根据p=,可得,a光的光子动量大于b光的光子动量,故C正确;由光电流I与电压U的关系图像可知,当滑动变阻器的滑片滑到最左端时,电压U为零,但光电流I不为零,故D错误。

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