光电效应(含解析)

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光电效应

1. 知识详解：

知识点1光电效应和波粒二象性

1.光电效应的实验规律

(1)存在着饱和电流：对于一定颜色的光，入射光越强，单位时间发射的光电子数越多,饱和光电流越

大.

(2)存在着遏止电压和截止频率：光电子的能量只与入射光的频墜有关，而与入射光的强弱无关.当入

射光的频率低丁•截止频率时不发生光电效应.使光电流减小到零的反向电圧叫遏止电压.

(3)光电效应具有瞬时性：当频率超过截止频率时，无论入射光怎样微弱，儿乎在照到金属时立即产生

光电流，时间不超过10 ®s.

2.光子说

爱因斯坦提出：空间传播的光不是连续的，而是一份一份的，每一份称为一个光子，光子具有的能量E=hv f其中力=6.63x10、4J・s.

3.光电效应方程

(1)表达式：hv=E k+W()或E严加一％

(2)物理意义：金属中的电子吸收一个光子获得的能量是尿,，这些能量的一部分用來克服金属的逸出

功瞅)，剩下的表现为逸出后电子的最大初动能E k=^mv2.

4.光的波粒二象性

(1)波动性：光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有泌性.

(2)粒子性：光电效应、康普顿效应说明光具有粒土性.

(3)光既具有波动性,乂具有粒子性,称为光的波粒二象性.

5.物质波

(1)概率波

光的干涉现象是大量光子的运动遵守波动规律的表现，亮条纹是光子到达概率木的地方，暗条纹是光子到达概率尘的地方，因此光波又叫概率波.

(2)物质波

任何一个运动着的物体，小到微观粒子大到宏观物体都有一种波与它对应，其波长2=眷，"为运动物体的动量，〃为普朗克常量.

易错判断

(1)光子说中的光子，指的是光电子.(x)

(2)只要光足够强，照射时间足够长，就一定能发生光电效应.(X)

(3)极限频率越大的金属材料逸出功越大.W)

知识点2 a粒子散射实验与核式结构模型

1.实验现象

绝大多数a粒子穿过金箔后，基本上仍沿原來的方向前进，但少数a粒子发生了大角度偏转, 极少数a 粒子甚至被撞了回來.如图所示.

a粒子散射实验的分析图

2.原子的核式结构模型

在原子中心有一个很小的核，原子全部的正电荷和儿乎全部质量都集中在核里,带负电的电子在核外空间绕核旋转.

易错判断

(1)原子核集中了原子全部的正电荷和质量.(x)

(2)原子中绝大部分是空的，原子核很小.W)

(3)核式结构学说是卢瑟福在a粒子散射实验的基础上提出的.W)

知识点3氢原子光谱和玻尔理论

1.光谱

(1)光谱：用光栅或棱镜可以把光按波长展开，获得光的竝(频率)和强度分布的记录，即光谱.

(2)光谱分类：①线状谱光谱是一条条的亮线.

②连续谱光谱是连在一起的光带.

(3)氢原子光谱的实验规律：巴耳末线系是氢原子光谱在可见光区的谱线，其波长公式士=

二*)(”=3,4,5,…)，R是里徳伯常量:，/?=1.10xl0'm *, ”为量子数.

2.玻尔理论

(1)定态：原子只能处于一系列不连续的能量状态中,在这些能量状态中原子是稳定的,电子虽然绕核运

动，但并不向外辐射能量.

(2)跃迁：原子从一种定态跃迁到另一种定态时，它辐射或吸收一定频率的光子，光子的能量由这两个

定态的能量差决定，即hv=E,n—En(h是普朗克常量，力=6.63x10 * J.S).

(3)轨道：原子的不同能量状态跟电子在不同的圆周轨道绕核运动相对应.原子的定态是不连续他，因

此电子的可能轨道也是不连续的.

3. 氢原子的能级、能级公式

(1) 氢原子的能级图能级图如图所示.

(2) 氢原子的能级公式

匕=右£心=1,2,3,…)，其中&为基态能量，其数值为 E\ = — 13.6_eV.

(3) 氢原子的半径公式

尸”=也(”=1,2,3, ...)»其中门为基态半径，乂称玻尔半 径,其数

值为 ri=O.53xlO-,o m.

易错判断

(1) 在玻尔模型中，原子的状态是不连续的.W )

(2) 发射光谱可能是连续光谱，也可能是线状谱.W)

(3) 玻尔理论成功地解释了氢原子光谱，也成功地解释了氨原子光谱.(X )

2. 题型分析：

一、对光电效应的理解

1. 与光电效应有关的五组概念对比

(1) 光子与光电子：光子指光在空间传播时的每一份能量，光子不带电：光电子是金属表而受到光照射时 发射出来的电子，其本质是电子.光子是因，光电子是果.

(2) 光电子的动能与光电子的最大初动能：只有金属表而的电子直接向外飞出时，只需克服原子核的引力 做功的情况，才具有最大初动能.

(3) 光电流和饱和光电流：金属板飞岀的光电子到达阳极，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，这个饱和值是饱和光电流，在一定的光照条件下，饱和光电流与所加电压 大小无关.

(4) 入射光强度与光子能疑：入射光强度指单位时间照射到金属表而单位面积上的总能量.

(5) 光的强度与饱和光电流：频率相同的光照射金属产生光电效应，入射光越强，饱和光电流越大，但不 是简单的正比关系.

2. 两条对应关系：

入射光强度大T 光子数目多-发射光电子多-光电流大：

光子频率高T 光子能疑大-光电子的最大初动能大.

A7c V

例1.关于光电效应和康普顿效应的规律，下列说确的是()

A.光电效应中，金属板向外发射的光电子又可以叫作光子

B.康普顿效应说明光具有波动性

C.对于同种金属而言，遏止电压与入射光的频率无关

D.石墨对X射线散射时，部分X射线的散射光波长会变长，这个现象称为康普顿效应

D ［光电效应中，金属板向外发射的电子叫光电子，光子是光量子的简称，A错误；根

据光电效应方程hv=Wo+eU c可知，对于同种金属而言（逸出功一样），入射光的频率越大，遏止电压也越大，即遏止电压与入射光的频率有关，C错误；在石墨对X射线散射时，部分X射线的散射光波长会变长的现象称为康普顿效应，康普顿效应说明光具有

粒子性，B错误，D正确.］

例2.（多选）光电效应的实验结论是：对某种金属（）

A.无论光强多强，只要光的频率小于极限频率就不能产生光电效应

B.无论光的频率多低，只要光照时间足够长就能产生光电效应

C.超过极限频率的入射光强度越弱，所产生的光电子的最大初动能就越小

D.超过极限频率的入射光频率越高，所产生的光电子的最大初动能就越大

AD ［每种金属都有它的极限频率w,只有入射光子的频率大于极限频率vo时，才会发生光电效应，选项A正确，B错误；光电子的初动能与入射光的强度无关，随入射光频率的增加而增大，选项D正确，C错误.］

二、爱因斯坦的光电效应方程及应用

1.三个关系

（1）爱因斯坦光电效应方程Ek=hv-Wo.

（2）光电子的最大初动能5可以利用光电管用实验的方法测得，即E S其中0•是遏I匕电压. （3）光电效应方程中的附）为逸岀功，它与极限频率％的关系是Wo=hv c.

2.