光电效应(含解析)
光电效应的物理工作原理解析
光电效应的物理工作原理解析光电效应是指当光照射到金属或者半导体的表面时，会引起电子的发射。
这一现象是经典物理学难以解释的，直到爱因斯坦的光量子假说提出，才得到了合理的解释。
本文将围绕光电效应的物理工作原理展开论述。
一、光电效应的经典物理学解释在经典物理学中，我们可以采用波动理论来解释光的行为。
根据波动理论，光的能量是连续分布在空间中的，而不是集中在某个位置。
因此，在此理论下，当光照射到金属表面时，电子会受到光的能量，若能量足够大，则电子会从金属中释放出来。
然而，这一解释与实验结果严重不符。
实验表明，即便用高强度的光照射金属，如果光的频率低于某个临界频率，仍然无法使电子发射。
这与波动理论的预测完全不同。
二、爱因斯坦的光量子假说爱因斯坦在1905年提出了光量子假说，他认为光是由一个个离散的能量元组成的。
根据这个假说，光的能量是以离散的量子形式存在的。
光量子的能量E与光的频率ν之间存在着简单的关系：E=hν，其中h被称为普朗克常数。
光量子假说为解释光电效应提供了新的视角。
根据这个假说，当光照射到金属表面时，单个光量子会与金属中的电子发生碰撞，将其能量传递给电子。
如果光量子的能量足够大，超过了金属中电子的束缚能，则电子会被释放出来。
这就是光电效应的基本原理。
三、光电效应的特性与实验观察通过实验观察，我们可以总结出光电效应的几个特性。
1. 频率与电流的关系：光电流的强度随着光的频率的增加而增加，但当频率达到一定值时，光电流突然变为零。
这个临界频率与金属的性质有关，称为截止频率。
2. 光强与光电流的关系：在光的频率大于临界频率的情况下，光强的增加会导致光电流的增加。
3. 光电子动能与光频率的关系：当光照射到金属时，释放出的光电子具有一定的最大动能。
实验发现，光电子的最大动能与光的频率呈线性关系，斜率为普朗克常数h。
以上特性进一步验证了光量子假说的正确性，并且与波动理论相矛盾。
四、光电效应的应用光电效应作为光与物质相互作用的重要现象，不仅在理论研究中具有重要意义，也有广泛的应用。
光电效应知识题(有答案解析)
黑体辐射和能量子的理解一、基础知识1、能量子(1)普朗克认为，带电微粒辐射或者吸收能量时，只能辐射或吸收某个最小能量值的整数倍．即能量的辐射或者吸收只能是一份一份的．这个不可再分的最小能量值ε叫做能量子．(2)能量子的大小：ε＝hν，其中ν是电磁波的频率，h称为普朗克常量．h＝6.63×10－34 J·s.2、光子说：(1)定义：爱因斯坦提出的大胆假设。
内容是：空间传播的光的能量是不连续的，是一份一份的，每一份叫做一个光子．光子的能量为ε＝hν，其中h是普朗克常量，其值为6.63×10－34 J·s.二、练习1、下列可以被电场加速的是( B)A．光子B．光电子C．X射线D．无线电波2、关于光的本性，下列说法中不正确的是（B ）A．光电效应反映光的粒子性B．光子的能量由光的强度所决定C．光子的能量与光的频率成正比D．光在空间传播时，是不连续的，是一份一份的，每一份叫做一个光子对光电效应实验的理解一、基础知识（用光电管研究光电效应的规律）1、常见电路(如图所示)2、两条线索(1)通过频率分析：光子频率高→光子能量大→产生光电子的最大初动能大．(2)通过光的强度分析：入射光强度大→光子数目多→产生的光电子多→光电流大．3、遏止电压与截止频率(1)遏止电压：使光电流减小到零的反向电压U c.(2)截止频率：能使某种金属发生光电效应的最小频率叫做该种金属的截止频率(又叫极限频率)．不同的金属对应着不同的极限频率．(3)逸出功：电子从金属中逸出所需做功的最小值，叫做该金属的逸出功．二、练习1、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．合上开关，调节滑动变阻器，发现当电压表读数小于0.60 V时，电流表读数仍不为零；当电压表读数大于或等于0.60V时，电流表读数为零．(1)求此时光电子的最大初动能的大小；(2)求该阴极材料的逸出功．答案(1)0.6 eV (2)1.9 eV解析设用光子能量为2.5 eV的光照射时，光电子的最大初动能为E km，阴极材料逸出功为W0当反向电压达到U0＝0.60 V以后，具有最大初动能的光电子达不到阳极，因此eU0＝E km由光电效应方程知E km＝hν－W0由以上二式得E km＝0.6 eV，W0＝1.9 eV.2、如图所示是光电管的原理图，已知当有波长为λ0的光照到阴极K上时，电路中有光电流，则(说明:右侧为正极) ( )A．若换用波长为λ1(λ1>λ0)的光照射阴极K时，电路中一定没有光电流B．若换用波长为λ2(λ2<λ0)的光照射阴极K时，电路中一定有光电流C．增加电路中电源电压，电路中光电流一定增大D．若将电源极性反接，电路中一定没有光电流产生答案 B解析用波长为λ0的光照射阴极K，电路中有光电流，说明入射光的频率ν＝cλ0大于金属的极限频率，换用波长为λ1的光照射阴极K，因为λ1>λ0，根据ν＝cλ可知，波长为λ1的光的频率不一定大于金属的极限频率，因此不一定能发生光电效应现象，A错误；同理可以判断，B正确；光电流的大小与入射光的强度有关，在一定频率与强度的光照射下，光电流与电压之间的关系为：开始时，光电流随电压U的增加而增大，当U增大到一定程度时，光电流达到饱和值，这时即使再增大U，在单位时间内也不可能有更多的光电子定向移动，光电流也就不会再增加，即饱和光电流是在一定频率与强度的光照射下的最大光电流，增大电源电压，若光电流达到饱和值，则光电流也不会增大，C错误；将电源极性反接，若光电子的最大初动能大于光电管两极间电场力做的功，电路中仍有光电流产生，D错误．3、(双选)如图所示, 在研究光电效应的实验中, 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( 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bD. 用A光照射光电管时流过电流表G的电流方向是b流向a4、如图所示，当电键K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。
高中物理 光电效应习题及解析
A. 1.9eVB. 0.6eVC. 2.5eVD. 3.1eV
光电流的大小与入射光的时间无关，入射光的强度越大，饱和光电流越大，故A错误；发生光电效应时，能否发生光电效应与入射光的强度无关，减小入射光的强度，光电流不能消失，故B错误；用频率为v的光照射时，有光电流产生，用频率小于v的光照射，光电效应现象不一定消失，还要看入射光的频率是否小于极限频率．故C错误；根据光电效应方程可知，光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大，故D正确；
光电效应
一、选择题
1.用如图所示装置做光电效应实验，下述正确的是（ ）
A.光电效应现象是由爱因斯坦首先发现的
B.实验现象揭示了光具有波动性
C 实验中，光电子从锌板逸出，验电器带正电
D.实验中，若用可见光照射锌板，也能发生光电效应
【答案】C
【解析】
【详解】A、光电效应是由赫兹首先发现的，故A错误．B、光电效应现象揭示了光具有粒子性，故B错误．C、光电效应现象中，光电子从锌板逸出，验电器带正电，故C正确．D、光电效应中应该用紫外线照射锌板，当用可见光时，频率降低，小于极限频率，则不满足光电效应反生条件．故D错误．故选C．
8.在光电效应实验中，分别用频率为va、vb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va＞vb，则一定有Ua＜Ub
B. 若va＞vb，则一定有Eka＜Ekb
光电效应的实验过程解析
光电效应的实验过程解析光电效应是指在光照射下，金属表面电子会被光子激发并从金属表面逸出的现象。
这一现象的发现为量子力学的发展提供了重要的实验依据，也为人们对光的本质和电子的性质有了更深入的认识。
本文将对光电效应的实验过程进行解析，以便更好地理解光电效应的产生机制。
实验材料和设备：1. 光源：可使用氢氖激光器或者氙灯等稳定的光源。
2. 金属样品：如钨、锌、铜等金属材料。
3. 光电管：包括光敏阴极和阳极，用于检测光电效应产生的电流。
4. 能量选择系统：用于控制光的波长，可以使用滤光片或光栅等装置。
5. 测量电流的仪器：如电流表或电子学放大器等。
实验步骤：1. 准备工作：将金属样品清洗干净，并确保光线照射到金属样品上的光滑均匀。
2. 搭建实验装置：将金属样品固定在光电管的光敏阴极上，并将阳极与测量电流的仪器相连。
3. 调节实验装置：选择适当的光源并将其对准金属样品。
通过能量选择系统，控制光的波长。
4. 测量电流：用电流表或电子学放大器记录光电管输出的电流大小。
实验现象和解析：在进行实验时，可以观察到以下现象：1. 当光照射到金属样品上时，光电管输出较小的电流。
2. 当改变光源的波长或光强时，观察到光电管输出电流的变化。
这些实验现象可以通过以下解析进行解释：1. 光照射到金属表面时，光子将能量传递给金属内的自由电子，使其获得足够的能量逸出金属表面。
2. 光电效应的产生与光子的能量有关，光子的能量由光的频率确定。
当光的波长较长时，光子的能量较低，电子需要吸收多个光子才能逸出金属表面，因此输出的电流较小。
当光的波长较短时，光子的能量较高，只需吸收一个光子即可逸出金属表面，因此输出的电流较大。
3. 光强的变化也会对光电效应产生影响。
增加光的强度会增加单位时间内光子与金属表面的相互作用次数，从而增加逸出的电子数量，导致输出的电流增大。
总结：通过对光电效应的实验过程的解析,我们可以归纳出以下结论：1. 光电效应是光照射到金属表面时，由光子激发金属内自由电子逸出的现象。
光电效应
光强无关
光的波动理论在解释光电 效应时遇到了巨大的困难。后 来，爱因斯坦在普朗克量子化 理论的启发下，提出了光子学 说。
普朗克
爱因斯坦
E h
光子说
爱因斯坦在1905年提出，在空间中传播
的光也不是连续的，而是一份一份的，每一 份叫做一个光量子，简称光子． 光子的能量和频率成正比：
E h
光子说
光子说的这两点实际上是针对波动理 论的两大要害提出的．爱因斯坦当时在 实验事实还不是很充分的时候，提出了 光子说，是对科学的重大贡献．这也说 明理论与新的实验事实不符时，要根据 事实建立新的理论，因为实践是检验真 理的唯一标准．
3．光电效应的四条规律中，波动说仅能解 释的一条规律是[ ] A．入射光的频率必须大于或等于被照金 属的极限频率才能产生光电效应 B．发生光电效应时，光电流的强度与人 射光的强度成正比 C．光电子的最大初动能随入射光频率的 增大而增大 D．光电效应发生的时间极短，一般不超 过10-9s
4．一束绿光照射某金属发生了光电效应，对 此，以下说法中正确的是[ ] A．若增加绿光的照射强度，则单位时间 内逸出的光电子数目不变 B．若增加绿光的照射强度，则逸出的光 电子最大初动能增加 C．若改用紫光照射，则逸出光电子的最 大初动能增加 D．若改用紫光照射，则单位时间内逸出 的光电子数目一定增加
多次实验结论是: 当入射光的频率大于极限频率时，
光电流强度与入射光的强度成正比。
光电效应的规律: ①各种金属都存在极限频率ν0，只有ν≥ν0 才能发生光电效应； ②光电子的最大初动能与入射光的强度无关， 只随入光的频率增大而增大； ③瞬时性（光电子的产生不超过10-9s）； ④当入射光的频率大于极限频率时，光电流的 强度与入光的强度成正比。
光电效应(含解析)
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率有关，而与入射光的强弱无关．当入射光的频率低于截止频率时不发生光电效应．使光电流减小到零的反向电压叫遏止电压．(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，几乎在照到金属时立即产生光电流，时间不超过10－9 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ε＝h ν，其中h ＝6.63×10－34 J ·s.3．光电效应方程(1)表达式：h ν＝E k ＋W 0或E k ＝h ν－W 0.(2)物理意义：金属中的电子吸收一个光子获得的能量是h ν，这些能量的一部分用来克服金属的逸出功W 0，剩下的表现为逸出后电子的最大初动能E k ＝12mv 2.4．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波动性． (2)粒子性：光电效应、康普顿效应说明光具有粒子性． (3)光既具有波动性，又具有粒子性，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大的地方，暗条纹是光子到达概率小的地方，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λ＝h p，p 为运动物体的动量，h 为普朗克常量．易错判断(1)光子说中的光子，指的是光电子．(×)(2)只要光足够强，照射时间足够长，就一定能发生光电效应．(×) (3)极限频率越大的金属材料逸出功越大．(√)知识点2 α粒子散射实验与核式结构模型1．实验现象绝大多数α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进，但少数α粒子发生了大角度偏转，极少数α粒子甚至被撞了回来．如图所示．α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几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．(×) (2)原子中绝大部分是空的，原子核很小．(√)(3)核式结构学说是卢瑟福在α粒子散射实验的基础上提出的．(√)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，获得光的波长(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1λ＝R ⎝ ⎛⎭⎪⎫122－1n 2(n ＝3,4,5，…)，R 是里德伯常量，R ＝1.10×107 m －1，n 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h ν＝E m －E n (h 是普朗克常量，h ＝6.63×10－34 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的，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E n ＝1n 2E 1(n ＝1,2,3，…)，其中E 1为基态能量，其数值为E 1＝－13.6_eV.(3)氢原子的半径公式r n ＝n 2r 1(n ＝1,2,3，…)，其中r 1为基态半径，又称玻尔半径，其数值为r1＝0.53×10－10 m.易错判断(1)在玻尔模型中，原子的状态是不连续的．(√)(2)发射光谱可能是连续光谱，也可能是线状谱．(√)(3)玻尔理论成功地解释了氢原子光谱，也成功地解释了氦原子光谱．(×)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；光电子是金属表面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：只有金属表面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量：入射光强度指单位时间照射到金属表面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→光子数目多→发射光电子多→光电流大；光子频率高→光子能量大→光电子的最大初动能大．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hν＝W0＋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ν0，只有入射光子的频率大于极限频率ν0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．] [反思总结] 两点提醒 1能否发生光电效应取决于入射光的频率而不是入射光的强度.2光电子的最大初动能随入射光子频率的增大而增大，但二者不是正比关系.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E k ＝h ν－W 0.(2)光电子的最大初动能E k 可以利用光电管用实验的方法测得，即E k ＝eU c ，其中U c 是遏止电压． (3)光电效应方程中的W 0为逸出功，它与极限频率νc 的关系是W 0＝h νc .2．四类图象图象名称图线形状由图线直接(间接)得到的物理量最大初动能E k 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νc②逸出功：图线与E k 轴交点的纵坐标的值，W 0＝|-E |＝E③普朗克常量：图线的斜率k ＝h 颜色相同、强度不同的光，光电流与电压的关系图线 ①遏止电压U c ：图线与横轴的交点 ②饱和光电流I m ：电流的最大值③最大初动能：E km ＝eU c颜色不同时，光电流与电压的关系图线①遏止电压U c1、U c2 ②饱和光电流③最大初动能E k1＝eU c1，E k2＝eU c2遏止电压U c 与入射光频率ν的关系图线①截止频率νc ：图线与横轴的交点 ②遏止电压U c ：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量的乘积，即h ＝ke .(注：此时两极之间接反向电压)考向1 光电效应方程的应用例3．(多选)(2017·全国Ⅲ卷)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U a 和U b 、光电子的最大初动能分别为E k a 和E k b .h 为普朗克常量．下列说确的是( ) A ．若νa >νb ，则一定有U a ＜U b B ．若νa >νb ，则一定有E k a ＞E k b C ．若U a ＜U b ，则一定有E k a ＜E k bD ．若νa >νb ，则一定有h νa －E k a ＞h νb －E k b[题眼点拨] ①“照射同种金属”，说明两种情况下的逸出功相同；②用E k ＝h ν－W 0分析E k 的大小，用qU ＝E k 分析遏止电压的大小．BC [光电效应中遏止电压与最大初动能之间的关系为eU ＝E k ，根据光电效应方程可知E k ＝h ν－W 0，若νa ＞νb ，则E k a ＞E k b ，U a ＞U b ，选项A 错误，选项B 正确； 若U a ＜U b ，则E k a ＜E k b ，选项C 正确；由光电效应方程可得W 0＝h ν－E k ，则h νa －E k a ＝h νb －E k b ，选项D 错误．]例4．(多选)在探究光电效应现象时，某小组的同学分别用波长为λ、2λ的单色光照射某金属，逸出的光电子最大速度之比为2∶1，普朗克常量用h 表示，光在真空中的速度用c 表示．则( )A ．光电子的最大初动能之比为2∶1B ．该金属的截止频率为c 3λC ．该金属的截止频率为cλD ．用波长为52λ的单色光照射该金属时能发生光电效应BD [由于两种单色光照射下，逸出的光电子的最大速度之比为2∶1，由E k ＝12mv 2可知，光电子的最大初动能之比为4∶1，A 错误；又由h ν＝W ＋E k 知，h c λ＝W ＋12mv 21，h c2λ＝W ＋12mv 22，又v 1＝2v 2，解得W ＝h c 3λ，则该金属的截止频率为c 3λ，B 正确，C 错误；光的波长小于或等于3λ时才能发生光电效应，D正确．][反思总结] 应用光电效应方程时的注意事项1每种金属都有一个截止频率，入射光频率大于这个截止频率时才能发生光电效应.2截止频率是发生光电效应的最小频率，对应着光的极限波长和金属的逸出功，即.3应用光电效应方程E k＝hν－W0时，注意能量单位电子伏和焦耳的换算 1 eV＝1.6×10－19 J.考向2 与光电效应有关的图象问题例5．(2018·模拟)如图甲所示是研究光电效应的电路图．某同学利用该装置在不同实验条件下得到了三条光电流I与A、K两极之间的电压U AK的关系曲线(甲光、乙光、丙光)，如图乙所示．则下列说确的是( )甲乙A．甲光照射光电管发出光电子的初动能一定小于丙光照射光电管发出光电子的初动能B．单位时间甲光照射光电管发出光电子比乙光的少C．用强度相同的甲、丙光照射该光电管，则单位时间逸出的光电子数相等D．对于不同种金属，若照射光频率不变，则逸出光电子的最大初动能与金属的逸出功为线性关系【自主思考】(1)在题图乙中，U c1和U c2的意义是什么？由此能否得出，甲、乙、丙三种光的频率关系？[提示]U c表示光电流为零时的反向电压，也就是遏止电压．此时eU c＝12mev2c，又因12mev2c＝hν－W.由以上两式得U c大的光的ν大，所以甲、乙、丙三种光的频率关系为ν丙>ν甲＝ν乙(2)光强相同的两种色光，如何比较单位时间照射到单位面积上的光子数的多少？[提示]频率大的光子能量大，在光强相同时，单位时间照射到单位面积上的光子数就少．D[当光照射到K极时，如果入射光的频率足够大(大于K极金属的极限频率)，就会从K极发出光电子．当反向电压增加到某一值时，电流表A中电流就会变为零，此时12mev2c＝eU c，式中v c表示光电子的最大初速度，e为电子的电荷量，U c为遏止电压，根据爱因斯坦光电效应方程可知丙光的最大初动能较大，故丙光的频率较大，但丙光照射光电管发出光电子的初动能不一定比甲光照射光电管发出光电子的初动能大，所以A错误．对于甲、乙两束频率相同的光来说，入射光越强，单位时间发射的光电子数越多，所以B 错误．对甲、丙两束不同频率的光来说，光强相同是单位时间照射到光电管单位面积上的光子的总能量相等，由于丙光的光子频率较高，每个光子的能量较大，所以单位时间照射到光电管单位面积上的光子数就较少，所以单位时间发出的光电子数就较少，因此C错误．对于不同金属，若照射光频率不变，根据爱因斯坦光电效应方程E k＝hν－W，知E k与金属的逸出功为线性关系，D正确．]例6. 研究光电效应规律的实验装置如图所示，用频率为ν的光照射光电管阴极K时，有光电子产生．由于光电管K、A间加的是反向电压，光电子从阴极K发射后将向阳极A做减速运动．光电流i由图中电流计G测出，反向电压U由电压表V测出．当电流计的示数恰好为零时，电压表的示数称为反向截止电压U c，在下列表示光电效应实验规律的图象中，错误的是( )B [由光电效应规律可知，光电流的强度与光强成正比，光射到金属上时，光电子的发射是瞬时的，不需要时间积累，故A 、D 图象正确；从金属中发出的光电子，在反向电压作用下做减速运动，随着反向电压的增大，到达阳极的光电子数减少，故C 图象正确；由光电效应方程可知：h ν＝h ν0＋E km ，而eU c ＝E km ，所以有h ν＝h ν0＋eU c ，由此可知，B 图象错误．][反思总结] 光电效应问题中的五个决定关系 1逸出功W 0一定时，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发射出来的光电子数. 3爱因斯坦光电效应方程：E k ＝h ν－W 0. 4最大初动能与遏止电压的关系：E k ＝eU c .5逸出功与极限频率、极限波长的关系：W 0＝h νc ＝h.例7. (2017·抚州模拟)人们发现光电效应具有瞬时性和对各种金属都存在极限频率的规律．请问谁提出了何种学说很好地解释了上述规律？已知锌的逸出功为3.34 eV ，用某单色紫外线照射锌板时，逸出光电子的最大速度为106 m/s ，求该紫外线的波长λ.(电子质量M e ＝9.11×10－31kg ，普朗克常量h ＝6.63×10－34 J ·s,1 eV ＝1.60×10－19 J)[解析] 爱因斯坦提出的光子说很好地解释了光电效应现象． 由爱因斯坦光电效应方程：E k ＝h ν－W 0 ①光速、波长、频率之间关系：c ＝λν② 联立①②得紫外线的波长为λ＝hc W 0＋12mv 2m＝ 6.63×10－34×3×1083.34×1.6×10－19＋12×9.11×10－31×1012m≈2.009×10－7 m.[答案] 爱因斯坦的光子说很好地解释了光电效应 2．009×10－7 m例8. (多选)(2017·模拟)如图是某金属在光的照射下产生的光电子的最大初动能E k 与入射光频率ν的关系图象．由图象可知( )A ．该金属的逸出功等于EB ．该金属的逸出功等于h ν0C ．入射光的频率为2ν0时，产生的光电子的最大初动能为ED ．入射光的频率为ν02时，产生的光电子的最大初动能为E2ABC [由爱因斯坦的光电效应方程：E k ＝h ν－W 0，对应图线可得，该金属的逸出功W 0＝E ＝h ν0，A 、B 均正确；若入射光的频率为2ν0，则产生的光电子的最大初动能E k ＝2h ν0－W 0＝h ν0＝E ，故C 正确；入射光的频率为ν02时，该金属不发生光电效应，D 错误．]例9. 某光电管的阴极是用金属钾制成的，它的逸出功为2.21 eV ，用波长为2.5×10－7 m 的紫外线照射阴极．已知真空中光速为3.0×108 m/s ，元电荷为1.6×10－19 C ，普朗克常量为 6.63×10－34J ·s ，求得钾的极限频率和该光电管发射的光电子的最大初动能应分别是( )A ．5.3×1014 Hz,2.2 JB ．5.3×1014 Hz,4.4×10－19 JC ．3.3×1033 Hz,2.2 JD ．3.3×1033 Hz,4.4×10－19 J B [由W ＝h ν0得极限频率ν0＝W 0h ＝2.21×1.6×10－196.63×10－34Hz ＝5.3×1014Hz 由光电效应方程h ν＝W 0＋E km 得E km ＝h ν－W 0＝h cλ－W 0＝⎝ ⎛⎭⎪⎫6.63×10－34×3.0×1082.5×10－7－2.21×1.6×10－19 J ＝4.4×10－19 J]三、对波粒二象性的理解1．对光的波动性和粒子性的进一步理解2.(1)大量光子易显示出波动性，而少量光子易显示出粒子性． (2)波长长(频率低)的光波动性强，而波长短(频率高)的光粒子性强． (3)光子说并未否定波动说，E ＝h ν＝hc λ中，ν和λ就是波的概念． (4)波和粒子在宏观世界是不能统一的，而在微观世界却是统一的．例10．(2018·模拟)关于波粒二象性，下列说法中正确的是( )甲乙丙丁A ．图甲中紫光照射到锌板上可以发生光电效应，则其他可见光照射到锌板上也一定可以发生光电效应B ．图乙中入射光的强度越大，则在阴极板上产生的光电子的最大初动能越大C ．图丙说明光子既有粒子性也有波动性D ．戴维和汤姆利用图丁证明了电子具有波动性D [在可见光中，紫光的频率最大，故紫光光子的能量最大，紫光照射到锌板上可以发生光电效应，但其他可见光照射到锌板上不一定发生光电效应，A 错误；入射光的强度只能改变单位时间逸出光电子的数量，但不能增大逸出光电子的最大初动能，B 错误；光的散射揭示了光的粒子性，没有揭示光的波动性，C 错误；衍射是波特有的现象，故电子束衍射实验证明了电子具有波动性，D 正确．]例11．(2017·高考)2017年年初，我国研制的“光源”——极紫外自由电子激光装置，发出了波长在100 nm(1 nm ＝10－9 m)附近连续可调的世界上最强的极紫外激光脉冲，“光源”因其光子的能量大、密度高，可在能源利用、光刻技术、雾霾治理等领域的研究中发挥重要作用．一个处于极紫外波段的光子所具有的能量可以电离一个分子，但又不会把分子打碎．据此判断，能够电离一个分子的能量约为(取普朗克常量h ＝6.6×10－34 J ·s ，真空光速c ＝3×108 m/s)( )A ．10－21 JB ．10－18 JC ．10－15 JD ．10－12 JB [一个处于极紫外波段的光子所具有的能量E ＝h ν＝h c λ＝6.6×10－34×3×10810－7J ≈10－18J ，选项B 正确．]四、氢原子能级和能级跃迁1．两类能级跃迁(1)自发跃迁：高能级→低能级，释放能量，发出光子．光子的频率ν＝ΔE h ＝E 高－E 低h. (2)受激跃迁：低能级→高能级，吸收能量．①光照(吸收光子)：光子的能量必须恰等于能级差h ν＝ΔE .②碰撞、加热等：只要入射粒子能量大于或等于能级差即可，E 外≥ΔE .③大于电离能的光子被吸收，将原子电离．2．电离电离态与电离能电离态：n ＝∞，E ＝0基态→电离态：E 吸＝0－(－13.6 eV)＝13.6 eV 电离能．n ＝2→电离态：E 吸＝0－E 2＝3.4 eV如吸收能量足够大，克服电离能后，获得自由的电子还携带动能．3．谱线条数的确定方法(1)一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为(n－1)．(2)一群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数的两种求解方法．①用数学中的组合知识求解：.②利用能级图求解：在氢原子能级图中将氢原子跃迁的各种可能情况一一画出，然后相加．例12．(多选)氢原子光谱在可见光部分只有四条谱线，它们分别是从n为3、4、5、6的能级直接向n＝2能级跃迁时产生的．四条谱线中，一条红色、一条蓝色、两条紫色，则下列说确的是( )A．红色光谱是氢原子从n＝3能级向n＝2能级跃迁时产生的B．蓝色光谱是氢原子从n＝6能级或n＝5能级直接向n＝2能级跃迁时产生的C．若氢原子从n＝6能级直接向n＝1能级跃迁，则能够产生红外线D．若氢原子从n＝6能级直接向n＝3能级跃迁时辐射的光子不能使某金属发生光电效应，则氢原子从n＝6能级直接向n＝2能级跃迁时辐射的光子将可能使该金属发生光电效应AD[从n为3、4、5、6的能级直接向n＝2能级跃迁时，从n＝3跃迁到n＝2能级辐射的光子频率最小，波长最大，可知为红色光谱，A正确；蓝光光子频率大于红光光子频率，小于紫光光子频率，可知是从n＝4跃迁到n＝2能级辐射的光子，B错误；氢原子从n＝6能级直接向n＝1能级跃迁，辐射的光子频率大于从n＝6跃迁到n＝2能级时辐射的紫光光子频率，即产生紫外线，C错误；从n＝6跃迁到n＝2能级辐射的光子频率大于从n＝6跃迁到n＝3能级辐射的光子频率，由氢原子从n＝6能级直接向n＝3能级跃迁时辐射的光子不能使某金属发生光电效应，但从n＝6跃迁到n＝2能级跃迁时辐射的光子可能使该金属发生光电效应，D正确．]例13. (2018·模拟)如图所示为氢原子能级图，氢原子中的电子从n＝4能级跃迁到n＝1能级可产生a光；从n＝3能级跃迁到n＝1能级可产生b光，a光和b光的波长分别为λa和λ，a、b两光照射逸出功为4.5 eV的金属钨表面均可产生光电效应，遏止电压分别为U a b和U b，则( )A．λa>λbB．U a<U bC．a光的光子能量为12.55 eVD．b光照射金属钨产生的光电子的最大初动能E k b＝7.59 eVD[氢原子中的电子从n＝4能级跃迁到n＝1能级产生a光，a光的光子能量hνa＝E a ＝E4－E1＝12.75 eV，氢原子中的电子从n＝3能级跃迁到n＝1能级产生b光，b光的光子能量hνb＝E b＝E3－E1＝12.09 eV，a光的光子能量高，则a光的频率大，波长小，即λa<λb，A、C项错误；由光电效应方程E k＝hν－W0和E k＝eU c可知，频率越大，对应遏止电压U c越大，即U a>U b，B项错误；E k b＝hνb－W0＝7.59 eV，D项正确．][反思总结] 1一个区别一个氢原子和一群氢原子能级跃迁的可能性.2两点提醒①原子能级之间跃迁时吸收或放出的光子能量一定等于两能级之间的差值.②要使氢原子发生电离，原子吸收的能量可以是大于原子该能级值的任意值.例14：氢原子跃迁时，由n＝3的激发态跃迁到基态所释放的光子可以使某金属刚好发生光电效应，则下列说确的是( )A．氢原子由n＝3的激发态跃迁到基态时，电子的动能减少B．氢原子由n＝3的激发态跃迁到基态时，原子的能量增加C．增加由n＝3的激发态跃迁到基态的氢原子的数量，从该金属表面逸出的光电子的最大初动能不变D．氢原子由n＝2的激发态跃迁到基态所释放的光子照射该金属足够长时间，该金属也会发生光电效应C[氢原子由激发态跃迁到基态时，释放光子，原子的能量减少，电子的动能增加，A、B错；增加跃迁氢原子的数量，不能改变释放出的光子的频率，从该金属表面逸出的光电子的最大初动能不变，C对；从n＝2的激发态跃迁到基态的氢原子，其释放的光子的频率较小，不能使该金属发生光电效应，D错．]3.小练：考查点：光的波粒二象性1．(多选)下列说法中正确的是( )A．光的波粒二象性学说彻底推翻了麦克斯韦的光的电磁说B．在光的双缝干涉实验中，暗条纹的地方是光子永远不能到达的地方C．光的双缝干涉实验中，大量光子打在光屏上的落点是有规律的，暗纹处落下光子的概率小D．单个光子具有粒子性，大量光子具有波动性[答案]CD考查点：光电效应规律2．(多选)在光电效应实验中，用频率为ν的光照射光电管阴极，发生了光电效应，下列说确的是( ) A．增大入射光的强度，光电流增大B．减小入射光的强度，光电效应现象消失C．改用频率小于ν的光照射，一定不发生光电效应D．改用频率大于ν的光照射，光电子的最大初动能变大[答案]AD考查点：玻尔理论3．氢原子由n＝1的状态激发到n＝4的状态，在它回到n＝1的状态的过程中，有以下说法：①可能激发的能量不同的光子只有3种②可能发出6种不同频率的光子③可能发出的光子的最大能量为12.75 eV④可能发出光子的最小能量为0.85 eV其中正确的说法是( )A．①③B．②④C．①④D．②③[答案]D考查点：α粒子散射实验4．(多选)在α粒子散射实验中，如果两个具有相同能量的α粒子以不同的角度散射出来，则散射角度大的这个α粒子( )A．更接近原子核B．更远离原子核C．受到一个以上的原子核作用D．受到原子核较大的冲量作用[答案]AD4.巩固提升：光子说 光电效应现象1．2016年8月16日01时40分，由我国研制的世界首颗量子科学试验卫星“墨子号”在卫星发射中心用长征二号丁运载火箭成功发射升空．它的成功发射和在轨运行，不仅将有助于我国广域量子通信网络的构建，服务于国家信息安全，它将开展对量子力学基本问题的空间尺度试验检验，加深人类对量子力学自身的理解，关于量子和量子化，下列说法错误的是( )A ．玻尔在研究原子结构中引进了量子化的概念B ．普朗克把能量子引入物理学，破除了“能量连续变化”的传统观念C ．光子的概念是爱因斯坦提出的D ．光电效应实验中的光电子，也就是光子D [由玻尔理论可知，在研究原子结构时，引进了量子化的概念，故A 正确；普朗克在1900年把能量子引入物理学，破除了“能量连续变化”的传统观念，提出量子化理论，故B 正确；为解释光电效应现象，爱因斯坦提出了光子说，引入了光子的概念，故C 正确；光电子就是在光电效应中产生的电子，本质是金属板的电子，故D 错误．]2．用一束紫外线照射某金属时不能产生光电效应，可能使该金属发生光电效应的措施是( )A ．改用频率更小的紫外线照射B ．改用X 射线照射C ．改用强度更大的原紫外线照射D ．延长原紫外线的照射时间选B 某种金属能否发生光电效应取决于入射光的频率，与入射光的强度和照射时间无关。
高中物理-专题 光电效应(非选择题)(解析版)
2021年高考物理100考点最新模拟题千题精练（选修3-5）第六部分 原子物理 专题6.5 光电效应（非选择题）非选择题1.（北京市海淀区2019届高三查缺补漏物理试题）在玻尔的原子结构理论中，氢原子由高能态向低能态跃迁时能发出一系列不同频率的光，波长可以用巴耳末—里德伯公式22111()R k n λ=-来计算，式中λ为波长，R 为里德伯常量，n 、k 分别表示氢原子跃迁前和跃迁后所处状态的量子数，对于每一个k ，有n =k +1、k +2、k +3….其中，赖曼系谱线是电子由n >1的轨道跃迁到k =1的轨道时向外辐射光子形成的，巴耳末系谱线是电子由n >2的轨道跃迁到k =2的轨道时向外辐射光子形成的.（1）如图所示的装置中，K 为一金属板，A 为金属电极，都密封在真空的玻璃管中，S 为石英片封盖的窗口，单色光可通过石英片射到金属板K 上.实验中：当滑动变阻器的滑片位于最左端，用某种频率的单色光照射K 时，电流计G 指针发生偏转；向右滑动滑片，当A 比K 的电势低到某一值U c （遏止电压）时，电流计G 指针恰好指向零.现用氢原子发出的光照射某种金属进行光电效应实验.若用赖曼系中波长最长的光照射时，遏止电压的大小为U 1；若用巴耳末系中n =4的光照射金属时，遏止电压的大小为U 2.金属表面层内存在一种力，阻碍电子的逃逸.电子要从金属中挣脱出来，必须克服这种阻碍做功.使电子脱离某种金属所做功的最小值，叫做这种金属的逸出功.已知电子电荷量的大小为e ，真空中的光速为c ，里德伯常量为R .试求： a ．赖曼系中波长最长的光对应的频率ν1； b ．普朗克常量h 和该金属的逸出功W 0.（2）光子除了有能量，还有动量，动量的表达式为p =λh（h 为普朗克常量）.+ 电源ASa ．请你推导光子动量的表达式p =λh；b ．处于n =2激发态的某氢原子以速度v 0运动，当它向k =1的基态跃迁时，沿与v 0相反的方向辐射一个光子.辐射光子前后，可认为氢原子的质量为M 不变.求辐射光子后氢原子的速度v （用h 、R 、M 和v 0表示）. 【名师解析】（1）a ．在赖曼系中，氢原子由n =2跃迁到k =1，对应光的波长最长，波长为1λ.则有 221111()12R λ=- 所以 143Rλ=所以 1134c cR νλ==b ．在巴耳末系中，氢原子由n =4跃迁到k =2，对应光的波长为2λ，频率为2ν.则有222111()24R λ=-, 22cνλ= 设1λ、2λ对应的最大初动能分别为E km1、E km2.根据光电效应方程有 km110E h W ν=-,km220E h W ν=-根据动能定理有 1km10eU E -=-,2km20eU E -=- 联立解得1216()9e U U h cR -=，0121(4)3W e U U =-.（2）a ．根据质能方程有2E mc = 又因为 hcE h νλ== ,p mc =,所以hp λ=.b ．光子的动量34h hRp λ==根据动量守恒定律有0M M p =-v v 解得034hRM =+v v .2.（2019·北京西城区4月模拟）可利用如图l 所示的电路研究光电效应中电子的发射情况与光照的强弱、光的频率等物理量间的关系.K 、A 是密封在真空玻璃管中的两个电极，K 受到光照时能够发射电子.K 与A 之间的电压大小可以调整，电源的正、负极也可以对调.（1）a ．电源按图1所示的方式连接，且将滑动变阻器中的滑片置于中央位置附近.试判断：光电管中从K 发射出的电子由K 向A 的运动是加速运动还是减速运动?b ．现有一电子从K 极板逸出，初动能忽略不计，已知电子的电量为e ，电子经电压U 加速后到达A 极板. 求电子到达A 极板时的动能E k .(2)在图l 装置中，通过改变电源的正、负极，以及移动变阻器的滑片，可以获得电流表示数与电压表示数U 之间的关系，如图2所示，图中U c 叫遏止电压.实验表明，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.请写出爱因斯坦光电效应方程，并对“一定频率的光，无论光的强弱如何，遏止电压都是一样的”做出解释.(3)美国物理学家密立根为了检验爱因斯坦光电效应方程的正确性，设计实验并测量了某金属的遏止电压U c 与入射光的频率. 根据他的方法获得的实验数据绘制成如图 3所示的图线.已知电子的电量e=1.6xl0-19C ，求普朗克常量h.（将运算结果保留l 位有效数字.）【思路点拨】解决此题的关键有两点：准确理解爱因斯坦光电效应方程的规律及其应用，第二要通过ν~cU 图像找到ν~cU的关系函数.【解析】(1)a.由于A 为电源正极，K 为电源负极，故光电子在A 、K 间做加速运动. b.由动能定理得E k =eU.(2)爱因斯坦光电效应方程0W h E k -=ν遏止电压对应为具有最大初动能的光电子由K 极板运动到A 极板时动能减为0的电压,根据动能定理有: E k =eU c联立解得U c =eW e h-ν 可见,对于确定的金属来说,一定频率的光,无论光的强弱如何,遏止电压都是一样的. (3)由U c =eW e h 0-ν，可知斜率为普朗克常量与元电荷之比 由图像求得斜率k =4×10-15 V·s故普朗克常量h =ke=4×10-15×1.6×10-19 J·s=6×10-34 J·s.【核心素养解读】本题从光电效应的本质属性、内在规律及相互关系的认识上建构理想的功能关系模型，通过综合分析、推理论证等进行科学思维方法的内化；“科学思维”主要包括模型建构、科学推理、科学论证、质疑创新等要素，体现了学科核心素养.3．如果一个中子和一个质量为10 g 的子弹都以103 m/s 的速度运动，则它们的德布罗意波的波长分别是多少？(中子的质量为1.67×10－27kg)【名师解析】 中子的动量p 1＝m 1v ， 子弹的动量为p 2＝m 2v ，由公式λ＝hp 知，中子和子弹的德布罗意波长分别为λ中＝h p 1和λ子＝h p 2，因此可得到λ中＝h m 1v ，λ子＝hm 2v ，代入数据得：λ中＝4.0×10－10m λ子＝6.63×10－35m 。
导学案：4_2 光电效应(解析版)
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1.光电效应中的几组概念的理解两组对比概念说明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，光电子是果光电子的初动能光电子的最大初动能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；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光子的能量入射光的强度光子的能量即每个光子的能量，其值为ε=hν(ν为光子的频率)，其大小由光的频率决定。
入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流饱和电流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，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强度饱和电流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2.光电效应的实验规律（1）发生光电效应时，入射光越强，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）νc，入射光的频率必须大于νc 才能发生光电效应。
频率低于νc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。
光电效应练习题(含详解)
光电效应练习题(含详解)题目1一束波长为400 nm的光照射到金属表面，下列说法中正确的是：A. 金属中的自由电子所受的引力将电子束反射回光源B. 电子从金属中逸出所需的能量与光束的频率无关C. 光电效应是指金属在光照射下产生的电磁波D. 光电效应的实验证明了光是由微粒组成的正确答案：B解析：根据光电效应的基本原理，光照射到金属表面时，能量传递给金属中的电子，使其逸出金属，形成光电流。
根据爱因斯坦的光电效应理论，逸出金属所需的最小能量与光的频率有关，而与光的强度无关。
因此，选项B是正确的。
题目2以下哪一项是光电效应的应用之一？A. 太阳能电池B. 望远镜C. 激光器D. X射线机正确答案：A解析：太阳能电池是利用光电效应将光能转化为电能的装置，因此是光电效应的一种应用。
选项B的望远镜和选项C的激光器并没有直接与光电效应相关，而选项D的X射线机是利用X射线的特性进行成像和诊断的，与光电效应不同。
题目3下列哪个物理学家对光电效应做出了重要贡献？A. 牛顿B. 爱因斯坦C. 麦克斯韦D. 狄布罗意正确答案：B解析：爱因斯坦是对光电效应做出了重要贡献的物理学家。
他提出了能量子概念，并根据实验观测结果提出了光电效应的理论解释，被称为光电效应的创立者。
选项A的牛顿是光的色散等问题的研究者，与光电效应不直接相关；选项C的麦克斯韦是电磁学方程的发现者，与光电效应不直接相关；选项D的狄布罗意是波粒二象性理论的提出者，对光电效应的研究没有直接的贡献。
题目4光电效应中，光子的能量与下列哪个物理量成正比？A. 光的波长B. 光的频率C. 光的强度D. 光的速度正确答案：B解析：根据光电效应的基本原理，光子的能量与光的频率成正比，与光的波长无关。
光的频率越大，光子的能量越大，逸出金属所需的能量也越大。
因此，选项B是正确的。
光电效应解析光线照射物质产生的电子截止电压
光电效应的应 用不仅在科学 技术领域有重 要意义，也在 日常生活中有 着广泛的应用， 如太阳能电池、 光电鼠标等。
光源：能够发 射紫外线的光
源
光电转换器： 能够将光能转 换为电能的设
备
实验环境：暗 室或低光照环
境
实验材料：金 属、玻璃等不 同材料作为光 电效应的研究
对象
准备实验器材：包括光电管、光源、电源等 调整光源：确保光源的波长在光电管的响应范围内 连接电路：将光电管接入电源，并确保电路连接正确 开始实验：逐渐增加光源的亮度，观察光电管输出的变化
1887年赫兹在实验中首先发现光电效应 1905年爱因斯坦提出光量子理论解释光电效应 光电效应在真空中的研究发现 光电效应在各种物质中的研究情况
金属表面光电效应：光子将电子从金属表面激发出来，形成光电流 半导体表面光电效应：光子将电子从半导体表面激发出来，形成光电流 内部光电效应：光子将电子从半导体内部激发出来，形成光电流 反向光电效应：光子将电子从负极板激发出来，形成光电流
实例：光谱仪、质谱仪、 红外光谱仪等
高速摄影技术 利用光电效应， 将高速运动的 过程记录下来， 为科学研究、 安全防护等领 域提供重要依
据。
光电子成像技 术利用光电效 应，将光信号 转换为电信号， 进而形成图像， 广泛应用于医 疗、军事、安
保等领域。
光电效应的应 用还包括光电 传感器、光电 倍增管等，这 些器件在测量、 控制、通信等 领域发挥着重
光子与物质相互作用过程中，物质 的温度、压强等因素也会影响光电 效应的发生。
电子跃迁：光子能量转化为电子动能 能量转换：光子能量被吸收后转换为电子动能 跃迁条件：光子能量大于或等于能级差 光电效应：光子能量使电子从束缚态跃迁至自由态
4.2.1光电效应(原卷版+解析)
4.2.1光电效应同步练习一、单选题1．（2022·河南·焦作市第一中学高二期中）像增强器是能够把亮度很低的光学图像变为足够亮度图像的真空光电管。
像增强器的简化原理如下：光照射光电管阴极时，由于光电效应而产生光电子，光电子经过相同电压加速，最后到达荧光屏上，引起荧光材料发光（电子能量越大，材料发光越强），形成图像。
根据以上信息和所学知识判断下列说法正确的是（）A．照射光的波长越小，荧光材料发出的光越亮B．热成像夜视仪也利用了光电效应的原理C．同一种光使阴极发生光电效应后，光电子到达荧光屏时的动能相等D．射到光电管阴极的任何光都能使阴极金属发生光电效应2．（2022·广东·模拟预测）分别使用光束a b c、、做研究光电效应规律的实验，得到光电流随光电管两端电压的变化关系如图所示。
正确的分析是（）A．b与c光的频率相同B．a比b光的遏止电压大C．b与c光的强度相同D．a与c光照射阴极产生的光电子最大初动能相同3．（2022·广东广州·二模）如图，电路中所有元件完好。
当光照射光电管时，灵敏电流计指针没有偏转，其原因是（）A．电源的电压太大B．光照的时间太短C．入射光的强度太强D．入射光的频率太低4．（2022·安徽省桐城中学高三阶段练习）如图所示是研究光电效应的电路图，对于某金属用某一频率的黄光照射时，电流表指针发生偏转。
则以下说法正确的是光束（）A．通过电流表电流的方向是从下往上B．将变阻器滑片向右移动，电流表的示数一定增大C．将电源的正负极调换，变阻器滑片向右移动一些，电流表的读数可能不为零D．若照射光采用频率较小的红光，经过长时间的照射，也一定会发生光电效应5．（2021·广东·肇庆市实验中学高二期中）如图所示，把一块不带电的锌板用导线连接在验电器上，当用某频率的紫外线照射锌板时，发现验电器指针偏转一定角度，下列说法正确的是（）A．锌板带正电，验电器带正电B．锌板带负电，验电器带负电C．若改用红光照射锌板，验电器的指针一定也会偏转D．若改用频率更低的紫外线照射锌板，验电器的指针一定会偏转6．（2022·湖北武汉·高三阶段练习）在研究光电效应的实验中，用a、b两束光分别照射同一光电管的阴极，得到两条光电流随电压变化的关系图线，如图所示a、b两光比较（）A．a光的频率大B．a光照射时阴极的逸出功大C．a光照射时产生的饱和光电流大D．a光照射时产生的光电子最大初动能大7．（2022·山西·长治市第一中学校高二期中）研究光电效应现象的实验装置如图（a）所示，用光强相同的黄光和蓝光照射光电管阴极K时测得相应的遏止电压分别为U1和U2，产生的光电流随光电管两端电压U的变化规律如图（b）所示。
第一讲光电效应波粒二象性(原卷版+解析)
第一讲 光电效应 波粒二象性➢ 知识梳理一、光电效应及其规律 1．光电效应现象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称为光电效应，发射出来的电子叫光电子。
2．光电效应的产生条件入射光的频率大于或等于金属的截止(极限)频率。
3．光电效应规律(1)每种金属都有一个截止频率，入射光的频率必须大于或等于这个截止频率才能产生光电效应。
(2)光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光频率的增大而增大。
(3)光电效应的发生几乎是瞬时的，一般不超过10－9 s 。
(4)当入射光的频率大于截止频率时，饱和光电流的大小与入射光的强度成正比。
二、爱因斯坦光电效应方程1．光子说：在空间传播的光不是连续的，而是一份一份的，每一份叫作一个光子，光子的能量ε＝hν。
2．逸出功W 0：电子从金属中逸出所需做功的最小值。
3．最大初动能：发生光电效应时，金属表面上的电子吸收光子后克服原子核的引力逸出时所具有的动能的最大值。
4．光电效应方程(1)表达式：hν＝E k ＋W 0或E k ＝hν－W 0。
(2)物理意义：金属表面的电子吸收一个光子获得的能量是hν，这些能量的一部分用来克服金属的逸出功W 0，剩下的表现为逸出后电子的最大初动能。
三、光的波粒二象性1．光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有波动性。
2．光电效应、康普顿效应说明光具有粒子性。
3．光既具有波动性，又具有粒子性，称为光的波粒二象性。
四、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λ＝hp ，p 为运动物体的动量，h 为普朗克常量。
考点一、光电效应规律的理解 1．对光电效应规律的解释对应规律对规律的解释存在截止频率νc电子从金属表面逸出，必须克服金属的逸出功W 0，则入射光子的能量不能小于W 0，对应的频率必须不小于νc ＝W 0h，即截止频率光电子的最大初动能随着入射光频率的增大而增大，与入射光的强度无关电子吸收光子能量后，一部分用来克服金属的逸出功，剩余部分表现为光电子的初动能，只有直接从金属表面飞出的光电子才具有最大初动能。
量子理论中的光电效应解析
量子理论中的光电效应解析引言：光电效应是指当光照射到金属表面时，金属会发射出电子的现象。
这一现象的解释和理解在量子理论中起着重要的作用。
本文将对光电效应的基本原理、量子解释以及其在实际应用中的意义进行分析和讨论。
一、光电效应的基本原理光电效应的基本原理可以通过经典物理学的观点进行解释。
根据经典电磁理论，光是由一系列电磁波组成的。
当光照射到金属表面时，金属内部的电子受到电场力的作用，被激发并获得足够的能量以克服金属表面的束缚力，从而逃离金属表面。
这样就产生了光电子。
二、光电效应的量子解释然而，经典物理学无法解释光电效应中的一些实验事实，比如光电子的动能与光的强度无关，而与光的频率有关。
为了解释这一现象，爱因斯坦在1905年提出了光子假设。
根据光子假设，光被看作是由一系列能量量子组成的，每个能量量子被称为光子。
当光照射到金属表面时，光子与金属内部的电子相互作用，将能量传递给电子。
只有当光子的能量大于金属的逸出功时，电子才能逃离金属表面。
三、光电效应的实验验证为了验证光电效应的量子解释，科学家进行了一系列的实验。
其中最具代表性的是普朗克实验。
普朗克使用了金属阴极和阳极，通过改变光的频率和强度，测量了光电子的动能。
实验结果表明，光电子的动能与光的频率成正比，与光的强度无关。
这一实验结果与量子理论的预测相符，进一步证明了光电效应的量子解释的正确性。
四、光电效应的应用光电效应在现代科学和技术中有着广泛的应用。
首先，光电效应被应用于太阳能电池。
太阳能电池通过光电效应将太阳能转化为电能，为人类提供了清洁、可再生的能源。
其次，光电效应在光电子学领域也有着重要的应用。
例如，光电二极管和光电倍增管等器件利用光电效应来检测和放大光信号，广泛应用于通信、成像和光谱分析等领域。
五、光电效应的未来发展随着量子理论的深入研究和技术的不断进步，光电效应的研究也在不断深化和拓展。
例如，科学家们正在研究如何利用光电效应来实现更高效的光电转换和能量传输。
高三物理光电效应试题答案及解析
高三物理光电效应试题答案及解析1.某次光电效应实验中，测得某金属的入射光的频率（和反向遏制电压Uc的值如下表所示。
（已知电子的电量为e =1.6×10-19C）根据表格中的数据，作出了Uc-（图像，如图所示，则根据图像求出：①这种金属的截止频率为Hz；（保留三位有效数字）②普朗克常量Js。
（保留两位有效数字）【答案】①4.27±0.01×1014Hz②h=6.3±0.1×10-34Js【解析】①由图像读得：4.27±0.01×1014Hz；（2分）②由图线斜率，解得：h=6.3±0.1×10-34Js（2分）【考点】考查了光电效应2.已知钙和钾的截止频率分别为7.73×1014Hz和5.44×1011Hz，在某种单色光的照射下两种金属均发生光电效应，比较它们表面逸出的具有最大初动能的光电子，钙逸出的光电子具有较大的。
A．波长B．频率C．能量D．动量【答案】 A【解析】设入射光的频率为υ，根据爱因斯坦光电效应方程可知Ek ＝hυ－W，W＝hυ，由题意可知，钙的截止频率比钾的大，因此钙表面逸出的光电子的最大初动能比钾的小，其动量也小，故选项C、D错误；根据德布罗意波长公式可知：λ＝，又有：c＝λf，故选项A正确；选项B错误。
【考点】本题主要考查了对爱因斯坦光电效应方程、德布罗意波长公式的理解与应用问题，属于中档偏低题。
3.以下有关近代物理内容的若干叙述正确的是（填正确答案标号。
选对1个得3分，选对2个得4分，选对3个得6分。
每选错1个扣3分，最低得分为0分）（）A．卢瑟福用实验得出原子核具有复杂的结构B．比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定C．重核的裂变过程质量增大，轻核的聚变过程有质量亏损D．自然界中含有少量的14C,14C具有放射性，能够自发地进行β衰变，因此在考古中可利用14C 测定年代E．光电效应实验中，遏止电压与入射光的频率有关【答案】BDE【解析】卢瑟福用实验得出原子的核式结构理论，选项A 错误；比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定，选项B正确；重核的裂变过程和轻核的聚变过程都有质量亏损选项C 错误；自然界中含有少量的14C,14C具有放射性，能够自发地进行β衰变，因此在考古中可利用14C测定年代，选项D 正确；光电效应实验中，遏止电压与入射光的频率有关；入射光的频率越大，则射出的光电子的最大初动能越大，根据可知，遏止电压越大，选项E 正确。
光电效应规律理解与分析
光电效应规律理解与分析【核心考点提示】1.光电效应现象在光的照射下金属中的电子从金属表面逸出的现象，叫做光电效应，发射出来的电子叫做光电子.2.实验规律(1)每种金属都有一个极限频率.(2)光子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光的频率增大而增大.(3)光照射到金属表面时，光电子的发射几乎是瞬时的.(4)光电流的强度与入射光的强度成正比.3.爱因斯坦光电效应方程(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，这些能量子称为光子，频率为ν的光的能量子为hν.(2)爱因斯坦光电效应方程①表达式：hν＝E k＋W0或E k＝hν－W0.②物理意义：金属中电子吸收一个光子获得的能量是hν，这些能量一部分用于克服金属的逸出功，剩下的表现为逸出后电子的初动能E k.【微专题训练】(2018·山东省潍坊市高三上学期期末试题)关于光电效应，下列说法正确的是(B) A．只要入射光的强度足够强，就可以使金属发生光电效应B．光子的能量大于金属的逸出功就可以使金属发生光电效应C．照射时间越长光电子的最大初动能越大D．光电子的最大初动能与入射光子的频率成正比[解析]根据光电效应规律，只要入射光的频率足够大，就可以使金属发生光电效应，选项A错误；光子的能量大于金属的逸出功就可以使金属发生光电效应，选项B正确；光电子的最大初动能与照射时间无关，选项C错误；光电子的最大初动能随入射光子的频率增大而增大，并不是成正比，选项D错误；故选B。
(2018·湖南长沙高三上学期期末)利用如图所示的电路研究光电效应现象，其中电极K由金属钾制成，其逸出功为2.25eV。
用某一频率的光照射时，逸出光电子的最大初动能为1.50eV，电流表的示数为I.已知普朗克常数约为6.6×10－34J·s，下列说法正确的是(AD)A ．金属钾发生光电效应的极限频率约为5.5×1014HzB ．若入射光频率加倍，光电子的最大初动能变为3.00eVC ．若入射光频率加倍，电流表的示数变为2ID ．若入射光频率加倍，遏止电压的大小将变为5.25V[解析] 根据hνC ＝W 0得：金属钾发生光电效应的极限频率νC ＝2.25×1.6×10－196.6×10－34＝5.5×1014Hz ，故A 正确；由光电效应方程E k ＝hν﹣W 0可知，入射光频率加倍，光电子的最大初动能大于原来的两倍，即大于3.00eV ，故B 错误；入射光频率加倍后，光电流增大，但不是2倍的关系，故C 错误；频率加倍前，入射光的能量hν＝E k ＋W 0＝3.75eV ，频率加倍后，入射光能量为2hν＝7.5eV ，最大初动能为E k ′＝2hν－W 0＝5.25eV ，根据Ue ＝E k ′可知，遏止电压的大小为U ＝5.25V ，故D 正确。
高中物理高考 专题31 光电效应(解析版)
2020届高考物理一轮复习热点题型归纳与变式演练专题31 光电效应【专题导航】目录热点题型一光电效应现象和光电效应方程的应用 (1)热点题型二光电效应的图象问题 (3)（一）对E k－ν图象的理解 (4)（二）对I－U图象的理解 (5)（三）对Uc－ν图象的理解 (7)热点题型三对光的波粒二象性的理解 (8)【题型演练】 (9)【题型归纳】热点题型一光电效应现象和光电效应方程的应用1．对光电效应的四点提醒(1)能否发生光电效应，不取决于光的强度而取决于光的频率．(2)光电效应中的“光”不是特指可见光，也包括不可见光．(3)逸出功的大小由金属本身决定，与入射光无关．(4)光电子不是光子，而是电子．2．两条对应关系(1)光强大→光子数目多→发射光电子多→光电流大；(2)光子频率高→光子能量大→光电子的最大初动能大．3．定量分析时应抓住三个关系式(1)爱因斯坦光电效应方程：E k＝hν－W0.(2)最大初动能与遏止电压的关系：E k＝eU c.(3)逸出功与极限频率的关系：W0＝hνc.4．区分光电效应中的四组概念(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；光电子是金属表面受到光照射时发射出来的电子，其本质是电子．(2)光电子的动能与光电子的最大初动能：电子吸收光子能量后，一部分克服阻碍作用做功，剩余部分转化为光电子的初动能，只有直接从金属表面飞出的光电子才具有最大初动能．(3)光电流和饱和光电流：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量：入射光强度指单位时间内照射到金属表面单位面积上的总能量．【例1】(2018·高考全国卷Ⅱ)用波长为300 nm 的光照射锌板，电子逸出锌板表面的最大初动能为1.28×10－19 J ．已知普朗克常量为6.63×10－34J·s ，真空中的光速为3.00×108 m·s －1.能使锌产生光电效应的单色光的最低频率约为( ) A ．1×1014 Hz B ．8×1014 Hz C ．2×1015 Hz D ．8×1015 Hz【答案】B【解析】设单色光的最低频率为v 0，由E k ＝hv －W 0知E k ＝hv 1－W 0,0＝hv 0－W 0，又知v 1＝c λ，整理得v 0＝c λ－E kh，代入数据解得v 0≈8×1014 Hz. 【变式1】．(2019·山东泰安检测)如图所示是光电管的原理图，已知当有波长为λ0的光照到阴极K 上时，电 路中有光电流，则( )A ．若增加电路中电源电压，电路中光电流一定增大B ．若将电源极性反接，电路中一定没有光电流产生C ．若换用波长为λ1(λ1>λ0)的光照射阴极K 时，电路中一定没有光电流D ．若换用波长为λ2(λ2<λ0)的光照射阴极K 时，电路中一定有光电流 【答案】D【解析】光电流的强度与入射光的强度有关，当光越强时，光电子数目会增多，初始时电压增加光电流可能会增加，当达到饱和光电流后，再增大电压，光电流不会增大，故A 错误；将电路中电源的极性反接，电子受到电场阻力，到达A极的数目会减小，则电路中电流会减小，甚至没有电流，故B错误；波长为λ1(λ1>λ0)的光的频率有可能大于极限频率，电路中可能有光电流，故C错误；波长为λ2(λ2<λ0)的光的频率一定大于极限频率，电路中一定有光电流，故D正确．【变式2】(2017·高考全国卷Ⅱ)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U a和U b、光电子的最大初动能分别为E k a和E k b.h为普朗克常量．下列说法正确的是()A．若νa>νb，则一定有U a<U b B．若νa>νb，则一定有E k a>E k bC．若U a<U b，则一定有E k a<E k b D．若νa>νb，则一定有hνa－E k a>hνb－E k b【答案】BC【解析】由爱因斯坦光电效应方程E km＝hν－W0，又由动能定理有E km＝eU c，当νa>νb时，E k a>E k b，U a>U b，A错误，B正确；若U a<U b，则有E k a<E k b，C正确；同种金属的逸出功不变，则W0＝hν－E km不变，D错误．热点题型二光电效应的图象问题（一）对E k－ν图象的理解由E k－ν图象可以得到的信息(1)极限频率：图线与ν轴交点的横坐标νc.(2)逸出功：图线与E k轴交点的纵坐标的绝对值E＝W0.(3)普朗克常量：图线的斜率k＝h.【例2】．(2019·南平市检测)用如图甲所示的装置研究光电效应现象．闭合电键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E k与入射光频率ν的关系图象，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＝abB．断开电键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．保持照射光强度不变，仅提高照射光频率，电流表G的示数保持不变【答案】B【解析】由hν＝W0＋E k，变形得E k＝hν－W0，可知图线的斜率为普朗克常量，即h＝ba，故A错误；断开电键S后，仍有光电子产生，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；保持照射光强度不变，仅提高照射光频率，单个光子的能量增大，而光的强度不变，那么光子数一定减少，发出的光子数也减少，电流表G的示数要减小，故D错误．【变式1】(多选)如图所示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4.27，与纵轴交点坐标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 HzC．该图线的斜率表示普朗克常量D．该金属的逸出功为0.5 eV【答案】AC【解析】图线在横轴上的截距为截止频率，A正确、B错误；由光电效应方程E k＝hν－W0，可知图线的斜率为普朗克常量，C正确；金属的逸出功为：W0＝hν0＝6.63×10－34×4.27×10141.6×10－19eV≈1.77 eV，D错误．【变式2】.(多选)(2019·山东天成大联考)某种金属发生光电效应时，光电子的最大初动能E k与入射光频率ν的关系如图所示，E、ν0为已知量，由图线信息可知()A．逸出功W0＝E B．图象的斜率表示普朗克常量的倒数C．图中E与ν0的值与入射光的强度、频率均无关D．若入射光频率为3ν0，则光电子的最大初动能为3E 【答案】AC【解析】根据光电效应方程有E k＝hν－W0，根据数学函数知图象与纵坐标的交点表示逸出功，所以逸出功W0＝E，图象的斜率表示普朗克常量，故A正确，故B错误；逸出功和极限频率的大小与入射光的强度、频率均无关，由金属本身决定，故C正确；根据光电效应方程：E k＝hν－W0，当入射光频率为3ν0，则光电子的最大初动能为2E，故D错误．（二）对I－U图象的理解由I－U图象可以得到的信息(1)遏止电压U c ：图线与横轴的交点的绝对值． (2)饱和光电流I m ：电流的最大值． (3)最大初动能：E km ＝eU c .【例2】(2019·河南新乡模拟)如图甲所示，用频率为ν0的光照射某种金属发生光电效应，测出光电流i 随电 压U 的变化图象如图乙所示，已知普朗克常量为h ，光电子带电荷量为e .下列说法中正确的是 ( )A. 入射光越强，光电子的能量越高 B ．光电子的最大初动能为hν0C ．该金属的逸出功为hν0—eU 0D ．用频率为eU 0h 的光照射该金属时不可能发生光电效应【答案】C【解析】根据光电效应的规律可知，入射光的频率越大，则逸出光电子的能量越大，与光强无关，选项A 错误；根据光电效应的规律，光电子的最大初动能为E km ＝hν0－W 逸出功，选项B 错误；由图象可知E km ＝ eU 0，则该金属的逸出功为hν0－eU 0，选项C 正确；频率为eU 0h 的光的能量为hν＝ eU 0，当大于金属的逸出功(hν0－eU 0)时，同样可发生光电效应，选项D 错误；故选C.【变式】．在光电效应实验中，某同学用同一光电管在不同实验条件下得到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 ．甲光的频率大于乙光的频率B ．乙光的波长大于丙光的波长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对应的光电子最大初动能 【答案】B【解析】由图象知，甲、乙光对应的遏止电压相等，由eU c ＝E k 和hν＝W 0＋E k 得甲、乙光频率相等，A 错误；丙光的频率大于乙光的频率，则丙光的波长小于乙光的波长，B 正确；由hνc ＝W 0得甲、乙、丙光对应的截止频率相同，C 错误；由光电效应方程知，甲光对应的光电子最大初动能小于丙光对应的光电子最大初动能，D 错误．（三）对Uc －ν图象的理解 由U c －ν图象可以得到的信息(1)截止频率νc ：图线与横轴的交点．(2)遏止电压U c ：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) 【例4】．(多选)(2019·重庆万州月考)某金属在光的照射下产生光电效应，其遏止电压U c 与入射光频率ν的关系图象如图所示．则由图象可知 ( )A ．该金属的逸出功等于hν0B ．遏止电压是确定的，与入射光的频率无关C ．入射光的频率为2ν0时，产生的光电子的最大初动能为hν0D ．入射光的频率为3ν0时，产生的光电子的最大初动能为hν0 【答案】AC【解析】当遏止电压为零时，最大初动能为零，则入射光的能量等于逸出功，所以W 0＝hν0，故选项A 正确；根据光电效应方程E km ＝hν－W 0和－eU c ＝0－E km 得，U c ＝h e ν－W 0e ，可知当入射光的频率大于极限频率时，遏止电压与入射光的频率成线性关系，故选项B 错误；从图象上可知， 逸出功W 0＝hν0.根据光电效应方程E km ＝h ·2ν0－W 0＝hν0，故选项C 正确；E km ＝h ·3ν0－W 0＝2hν0，故选项D 错误．【变式】. 在某次光电效应实验中，得到的遏止电压U c 与入射光的频率ν的关系如图所示．若该直线的斜率和纵轴截距分别为k 和b ，电子电荷量的绝对值为e ，则普朗克常量可表示为________，所用材料的逸出功可表示为________．【答案】ek －eb【解析】根据光电效应方程E km ＝hν－W 0及E km ＝eU c 得U c ＝hνe －W 0e ，故h e ＝k ，b ＝－W 0e ，得h ＝ek ，W 0＝－eb .热点题型三 对光的波粒二象性的理解 对波粒二象性的理解【例5】1927年戴维逊和革末完成了电子衍射实验，该实验是荣获诺贝尔奖的重大近代物理实验之一．如图所示的是该实验装置的简化图，下列说法正确的是( )A ．亮条纹是电子到达概率大的地方B ．该实验说明物质波理论是正确的C ．该实验再次说明光子具有波动性D ．该实验说明实物粒子具有波动性 【答案】ABD.【解析】电子属于实物粒子，电子衍射实验说明电子具有波动性，说明物质波理论是正确的，与光的波动性无关，B 、D 正确，C 错误；物质波也是概率波，亮条纹是电子到达概率大的地方，A 正确． 【变式1】实物粒子和光都具有波粒二象性．下列事实中突出体现波动性的是( )A ．电子束通过双缝实验装置后可以形成干涉图样B ．β射线在云室中穿过会留下清晰的径迹C ．人们利用慢中子衍射来研究晶体的结构D ．人们利用电子显微镜观测物质的微观结构 【答案】 ACD【解析】 电子束通过双缝产生干涉图样，体现的是波动性，A 正确；β射线在云室中留下清晰的径迹，不能体现波动性，B 错误；衍射体现的是波动性，C 正确；电子显微镜利用了电子束波长短的特性，D 正确． 【变式2】关于物质的波粒二象性，下列说法正确的是 ( )A ．光的波长越短，光子的能量越大，光的粒子性越明显B ．不仅光子具有波粒二象性，一切运动的微粒都具有波粒二象性C ．光电效应现象揭示了光的粒子性D ．实物的运动有特定的轨道，所以实物不具有波粒二象性 【答案】ABC【解析】据ν＝cλ可知光的波长越短则频率越大，据E ＝hν可知光能量越大，A 正确；波粒二象性是微观世界特有的规律，一切运动的微粒都具有波粒二象性，B 正确；光电效应现象说明光具有粒子性，C 正确；由德布罗意理论知，宏观物体的德布罗意波的波长太小，实际很难观察到波动性，但仍具有波粒二象性，D 错误． 【题型演练】1．用很弱的光做双缝干涉实验，把入射光减弱到可以认为光源和感光胶片之间不可能同时有两个光子存在， 如图所示是不同数量的光子照射到感光胶片上得到的照片．这些照片说明( )A ．光只有粒子性没有波动性B ．光只有波动性没有粒子性C ．少量光子的运动显示波动性，大量光子的运动显示粒子性D ．少量光子的运动显示粒子性，大量光子的运动显示波动性 【答案】D【解析】光具有波粒二象性，这些照片说明少量光子的运动显示粒子性，大量光子的运动显示波动性，故D正确．2．用光照射某种金属，有光电子从金属表面逸出，如果光的频率不变，而减弱光的强度，则() A．逸出的光电子数减少，光电子的最大初动能不变B．逸出的光电子数减少，光电子的最大初动能减小C．逸出的光电子数不变，光电子的最大初动能减小D．光的强度减弱到某一数值，就没有光电子逸出了【答案】A【解析】光的频率不变，表示光子能量不变，光的强度减弱，仍会有光电子从该金属表面逸出，逸出的光电子的最大初动能也不变；而减弱光的强度，逸出的光电子数就会减少，选项A正确．3．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，都能发生光电效应．对于这两个过程，下列四个物理过程中，一定相同的是()A．遏止电压B．饱和光电流C．光电子的最大初动能D．逸出功【答案】B【解析】同一种单色光照射不同的金属，入射光的频率和光子能量一定相同，金属逸出功不同，根据光电效应方程E km＝hν－W0知，最大初动能不同，则遏止电压不同；同一种单色光照射，入射光的强度相同，所以饱和光电流相同．故选项B正确．4．(2019·西藏拉萨中学六次月考)关于光电效应的规律，下面说法正确的是()A．当某种色光照射金属表面时，能产生光电效应，入射光的频率越高，产生的光电子最大初动能也就越大B．当某种色光照射金属表面时，能产生光电效应，如果入射光的强度减弱，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C．对某金属来说，入射光波长必须大于一极限值才能产生光电效应D．同一频率的光照射不同的金属，如果都能产生光电效应，则所有金属产生的光电子的最大初动能一定相同【答案】A【解析】根据光电效应方程E km＝hν－W0，知入射光的频率越高，产生的光电子的最大初动能越大，故A 正确．光电效应具有瞬时性，入射光的强度不影响发出光电子的时间间隔，故B错误．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，即入射光的波长小于金属的极限波长，故C错误．不同的金属逸出功不同，根据光电效应方程E km＝hν－W0，知同一频率的光照射不同金属，如果都能产生光电效应，光电子的最大初动能不同，故D 错误．5.(2019·北京朝阳模拟)用绿光照射一个光电管，能产生光电效应．欲使光电子从阴极逸出时最大初动能增大，可以( )A ．改用红光照射B ．改用紫光照射C ．改用蓝光照射D ．增加绿光照射时间【答案】BC.【解析】光电子的最大初动能与照射时间或照射强度无关，而与入射光子的能量有关，入射光子的能量越大，光电子从阴极逸出时最大初动能越大，所以本题中可以改用比绿光光子能量更大的紫光、蓝光照射，以增大光电子从阴极逸出时的最大初动能．6. (2019·河北保定模拟)如图所示，这是一个研究光电效应的电路图，下列叙述中正确的是( )A ．只调换电源的极性，移动滑片P ，当电流表示数为零时，电压表示数为遏止电压U 0的数值B ．保持光照条件不变，滑片P 向右滑动的过程中，电流表示数将一直增大C ．不改变光束颜色和电路，增大入射光束强度，电流表示数会增大D ．阴极K 需要预热，光束照射后需要一定的时间才会有光电流【答案】AC.【解析】只调换电源的极性，移动滑片P ，电场力对电子做负功，当电流表示数为零时，则有eU ＝12mv 2m，那么电压表示数为遏止电压U 0的数值，故A 项正确；当其他条件不变，P 向右滑动，加在光电管两端的电压增加，光电子运动更快，由I ＝q t得电流表读数变大，若电流达到饱和电流，则电流表示数不会增大，B 项错误；只增大入射光束强度时，单位时间内光电子数变多，电流表示数变大，C 项正确；因为光电效应的发生是瞬间的，阴极K 不需要预热，所以D 项错误．7.(2019·哈尔滨六中二次模拟)某半导体激光器发射波长为1.5×10－6 m ，功率为5.0×10－3 W 的连续激光．已 知可见光波长的数量级为10－7 m ，普朗克常量h ＝6.63×10－34 J·s ，该激光器发出的 ( ) A ．是紫外线 B ．是红外线C ．光子能量约为1.3×10－13 JD ．光子数约为每秒3.8×1016个【答案】BD【解析】波长的大小大于可见光的波长，属于红外线，故A错误，B正确．光子能量E＝h cλ＝6.63×10－34×3×1081.5×10－6J＝1.326×10－19 J，故C错误．每秒钟发出的光子数n＝PtE≈3.8×1016，故D正确．9.(2019·辽宁鞍山一中模拟)按如图的方式连接电路，当用紫光照射阴极K时，电路中的微安表有示数．则下列正确的叙述是()A. 如果仅将紫光的光强减弱一些，则微安表可能没有示数B．仅将滑动变阻器的触头向右滑动一些，则微安表的示数一定增大C．仅将滑动变阻器的触头向左滑动一些，则微安表的示数可能不变D．仅将电源的正负极对调，则微安表仍可能有示数【答案】CD【解析】如果仅将紫光的光强减弱一些，则单位时间内逸出的光电子数减小，则微安表示数减小，选项A 错误；饱和光电流与入射光的强度有关，仅将滑动变阻器的触头向右滑动，不改变光的强度，则微安表的示数不一定增大；同理仅将滑动变阻器的触头向左滑动一些，则微安表的示数可能不变，故B错误，C正确．将电路中电源的极性反接后，即加上反向电压，若光电子的动能足够大，电路中还有光电流，微安表仍可能有示数，故D正确10. (2019·河北保定模拟)如图所示，这是一个研究光电效应的电路图，下列叙述中正确的是()A．只调换电源的极性，移动滑片P，当电流表示数为零时，电压表示数为遏止电压U0的数值B．保持光照条件不变，滑片P向右滑动的过程中，电流表示数将一直增大C．不改变光束颜色和电路，增大入射光束强度，电流表示数会增大D ．阴极K 需要预热，光束照射后需要一定的时间才会有光电流【答案】AC.【解析】只调换电源的极性，移动滑片P ，电场力对电子做负功，当电流表示数为零时，则有eU ＝12mv 2m，那么电压表示数为遏止电压U 0的数值，故A 项正确；当其他条件不变，P 向右滑动，加在光电管两端的电压增加，光电子运动更快，由I ＝q t得电流表读数变大，若电流达到饱和电流，则电流表示数不会增大，B 项错误；只增大入射光束强度时，单位时间内光电子数变多，电流表示数变大，C 项正确；因为光电效应的发生是瞬间的，阴极K 不需要预热，所以D 项错误．。
光电效应的物理学解释和应用
光电效应的物理学解释和应用光电效应是近代物理学中一个很重要的现象，其一方面为了实现以光控电，同时加速了量子物理学的研究和发展，它的应用也涉及到众多领域，如太阳能电池、信息技术等等。
本文就详细解析光电效应的物理学原理以及它的应用。
1. 光电效应的物理学解析光电效应的物理学解释是指光的波动性和粒子性结合起来的结果。
它指的是一个物质当受到光照，它的电子就能够被光子所激发并跃迁到导体中，产生自由电子和空穴。
这种现象观测的最早者是德国物理学家海因里希·赫兹，他发现紫外线能使电极放电，从而发现了光电效应。
据量子物理学原理，光是由许多固定能量的粒子（光子）构成的，而一个光子的能量由其频率决定。
因此光的强度与光子数成正比。
但是光子能否激发出自由电子却不是由光的强度来决定，而是由光的能量是否大于物质的电子或荷的束缚能来决定的。
如果光的能量小于物质的电子的束缚能，光子就不能使电子跃迁到导体中去，也就是光电效应不会发生。
如果光的能量足够高，光子就能够将电子从原子中释放出来，使它成为自由电子，并且选择外层电子最容易离子化，也就是离子化电势最低的层。
另外，关于光电效应的发现也证明了光子以及物质的电子是以粒子的形式存在的。
光子是电磁波的离散能量单位，而其他粒子如电子、质子、中子都是以波的形式存在的。
这种二者的对立统一，也充分说明了波粒二象性的统一性。
2. 光电效应的应用光电效应是光控制电子的方式，所以光电效应的应用十分广泛，其应用在信息技术、光电子、液晶显示器、摄像机以及太阳能电池等领域都扮演着重要的角色。
2.1 信息技术领域在信息技术领域，光电效应允许光在电路中得到精确控制，从而实现高效的通信。
光通信是一项利用光作为信号传输介质的技术。
由于光的传输速度快于电子，所以它可以实现更快、更安全的通信。
看得到的光是一个非常小的波段，但是在通信领域中，可以用频分复用的方式将不同的信息投射在不同的光分开，从而避免了大量的通信线路，减小通信误差，也提高了通信安全性。
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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率有关，而与入射光的强弱无关．当入射光的频率低于截止频率时不发生光电效应．使光电流减小到零的反向电压叫遏止电压．(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，几乎在照到金属时立即产生光电流，时间不超过10－9 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ε＝hν，其中h ＝6.63×10－34 J·s.3．光电效应方程(1)表达式：hν＝E k ＋W 0或E k ＝hν－W 0.(2)物理意义：金属中的电子吸收一个光子获得的能量是hν，这些能量的一部分用来克服金属的逸出功W 0，剩下的表现为逸出后电子的最大初动能E k ＝12m v 2. 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波动性．(2)粒子性：光电效应、康普顿效应说明光具有粒子性． (3)光既具有波动性，又具有粒子性，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大的地方，暗条纹是光子到达概率小的地方，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λ＝h p ，p 为运动物体的动量，h 为普朗克常量．易错判断(1)光子说中的光子，指的是光电子．(×)(2)只要光足够强，照射时间足够长，就一定能发生光电效应．(×)(3)极限频率越大的金属材料逸出功越大．(√)知识点2 α粒子散射实验与核式结构模型1．实验现象绝大多数α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进，但少数α粒子发生了大角度偏转，极少数α粒子甚至被撞了回来．如图所示．α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几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．(×)(2)原子中绝大部分是空的，原子核很小．(√)(3)核式结构学说是卢瑟福在α粒子散射实验的基础上提出的．(√)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，获得光的波长(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1λ＝R ⎝⎛⎭⎫122－1n (n ＝3,4,5，…)，R 是里德伯常量，R ＝1.10×107 m －1，n 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hν＝E m －E n (h 是普朗克常量，h ＝6.63×10－34 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的，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E n＝1n2E1(n＝1,2,3，…)，其中E1为基态能量，其数值为E1＝－13.6_eV.(3)氢原子的半径公式r n＝n2r1(n＝1,2,3，…)，其中r1为基态半径，又称玻尔半径，其数值为r1＝0.53×10－10 m.易错判断(1)在玻尔模型中，原子的状态是不连续的．(√)(2)发射光谱可能是连续光谱，也可能是线状谱．(√)(3)玻尔理论成功地解释了氢原子光谱，也成功地解释了氦原子光谱．(×)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；光电子是金属表面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：只有金属表面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量：入射光强度指单位时间照射到金属表面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→光子数目多→发射光电子多→光电流大；光子频率高→光子能量大→光电子的最大初动能大．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hν＝W0＋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ν0，只有入射光子的频率大于极限频率ν0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E k＝hν－W0.(2)光电子的最大初动能E k可以利用光电管用实验的方法测得，即E k＝eU c，其中U c是遏止电压．(3)光电效应方程中的W0为逸出功，它与极限频率νc的关系是W0＝hνc.2．四类图象例3．(多选)(2017·全国Ⅲ卷)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U a和U b、光电子的最大初动能分别为E k a和E k b.h 为普朗克常量．下列说确的是()A．若νa>νb，则一定有U a＜U bB．若νa>νb，则一定有E k a＞E k bC．若U a＜U b，则一定有E k a＜E k bD．若νa>νb，则一定有hνa－E k a＞hνb－E k b[题眼点拨]①“照射同种金属”，说明两种情况下的逸出功相同；②用E k＝hν－W0分析E k的大小，用qU＝E k分析遏止电压的大小．BC[光电效应中遏止电压与最大初动能之间的关系为eU＝E k，根据光电效应方程可知E k＝hν－W0，若νa＞νb，则E k a＞E k b，U a＞U b，选项A错误，选项B正确；若U a＜U b，则E k a＜E k b，选项C正确；由光电效应方程可得W0＝hν－E k，则hνa－E k a＝hνb－E k b，选项D错误．]例4．(多选)在探究光电效应现象时，某小组的同学分别用波长为λ、2λ的单色光照射某金属，逸出的光电子最大速度之比为2∶1，普朗克常量用h表示，光在真空中的速度用c表示．则()A ．光电子的最大初动能之比为2∶1B ．该金属的截止频率为c 3λC ．该金属的截止频率为c λD ．用波长为52λ的单色光照射该金属时能发生光电效应BD [由于两种单色光照射下，逸出的光电子的最大速度之比为2∶1，由E k ＝12m v 2可知，光电子的最大初动能之比为4∶1，A 错误；又由hν＝W ＋E k 知，h c λ＝W ＋12m v 21，h c 2λ＝W ＋12m v 22，又v 1＝2v 2，解得W ＝h c 3λ，则该金属的截止频率为c 3λ，B 正确，C 错误；光的波长小于或等于3λ时才能发生光电效应，D 正确．][反思总结] 应用光电效应方程时的注意事项(1)每种金属都有一个截止频率，入射光频率大于这个截止频率时才能发生光电效应. (2)截止频率是发生光电效应的最小频率，对应着光的极限波长和金属的逸出功，即.(3)应用光电效应方程E k ＝hν－W 0时，注意能量单位电子伏和焦耳的换算(1 eV ＝1.6×10－19 J ). 考向2 与光电效应有关的图象问题例5．(2018·模拟)如图甲所示是研究光电效应的电路图．某同学利用该装置在不同实验条件下得到了三条光电流I 与A 、K 两极之间的电压U AK 的关系曲线(甲光、乙光、丙光)，如图乙所示．则下列说确的是( )甲乙A．甲光照射光电管发出光电子的初动能一定小于丙光照射光电管发出光电子的初动能B．单位时间甲光照射光电管发出光电子比乙光的少C．用强度相同的甲、丙光照射该光电管，则单位时间逸出的光电子数相等D．对于不同种金属，若照射光频率不变，则逸出光电子的最大初动能与金属的逸出功为线性关系【自主思考】(1)在题图乙中，U c1和U c2的意义是什么？由此能否得出，甲、乙、丙三种光的频率关系？[提示]U c表示光电流为零时的反向电压，也就是遏止电压．此时eU c＝12m e v2c，又因12m e v2c＝hν－W.由以上两式得U c大的光的ν大，所以甲、乙、丙三种光的频率关系为ν丙>ν甲＝ν乙(2)光强相同的两种色光，如何比较单位时间照射到单位面积上的光子数的多少？[提示]频率大的光子能量大，在光强相同时，单位时间照射到单位面积上的光子数就少．D[当光照射到K极时，如果入射光的频率足够大(大于K极金属的极限频率)，就会从K极发出光电子．当反向电压增加到某一值时，电流表A中电流就会变为零，此时12m e v2c＝eU c，式中v c表示光电子的最大初速度，e为电子的电荷量，U c为遏止电压，根据爱因斯坦光电效应方程可知丙光的最大初动能较大，故丙光的频率较大，但丙光照射光电管发出光电子的初动能不一定比甲光照射光电管发出光电子的初动能大，所以A错误．对于甲、乙两束频率相同的光来说，入射光越强，单位时间发射的光电子数越多，所以B错误．对甲、丙两束不同频率的光来说，光强相同是单位时间照射到光电管单位面积上的光子的总能量相等，由于丙光的光子频率较高，每个光子的能量较大，所以单位时间照射到光电管单位面积上的光子数就较少，所以单位时间发出的光电子数就较少，因此C错误．对于不同金属，若照射光频率不变，根据爱因斯坦光电效应方程E k ＝hν－W，知E k与金属的逸出功为线性关系，D正确．]例6. 研究光电效应规律的实验装置如图所示，用频率为ν的光照射光电管阴极K时，有光电子产生．由于光电管K、A间加的是反向电压，光电子从阴极K发射后将向阳极A做减速运动．光电流i由图中电流计G测出，反向电压U由电压表V测出．当电流计的示数恰好为零时，电压表的示数称为反向截止电压U c，在下列表示光电效应实验规律的图象中，错误的是()B[由光电效应规律可知，光电流的强度与光强成正比，光射到金属上时，光电子的发射是瞬时的，不需要时间积累，故A 、D 图象正确；从金属中发出的光电子，在反向电压作用下做减速运动，随着反向电压的增大，到达阳极的光电子数减少，故C 图象正确；由光电效应方程可知：hν＝hν0＋E km ，而eU c ＝E km ，所以有hν＝hν0＋eU c ，由此可知，B 图象错误．] [反思总结] 光电效应问题中的五个决定关系(1)逸出功W 0一定时，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发射出来的光电子数.(3)爱因斯坦光电效应方程：E k ＝hν－W 0.(4)最大初动能与遏止电压的关系：E k ＝eU c .(5)逸出功与极限频率、极限波长的关系：W 0＝hνc ＝h .例7. (2017·抚州模拟)人们发现光电效应具有瞬时性和对各种金属都存在极限频率的规律．请问谁提出了何种学说很好地解释了上述规律？已知锌的逸出功为3.34 eV ，用某单色紫外线照射锌板时，逸出光电子的最大速度为106 m/s ，求该紫外线的波长λ.(电子质量M e ＝9.11×10－31 kg ，普朗克常量h ＝6.63×10－34 J·s,1 eV ＝1.60×10－19 J)[解析] 爱因斯坦提出的光子说很好地解释了光电效应现象．由爱因斯坦光电效应方程：E k ＝hν－W 0 ①光速、波长、频率之间关系：c ＝λν②联立①②得紫外线的波长为λ＝hc W 0＋12m v 2m＝ 6.63×10－34×3×1083.34×1.6×10－19＋12×9.11×10－31×1012m ≈2.009×10－7 m.[答案] 爱因斯坦的光子说很好地解释了光电效应2．009×10－7 m例8. (多选)(2017·模拟)如图是某金属在光的照射下产生的光电子的最大初动能E k 与入射光频率ν的关系图象．由图象可知()A．该金属的逸出功等于EB．该金属的逸出功等于hν0C．入射光的频率为2ν0时，产生的光电子的最大初动能为ED．入射光的频率为ν02时，产生的光电子的最大初动能为E2ABC[由爱因斯坦的光电效应方程：E k＝hν－W0，对应图线可得，该金属的逸出功W0＝E＝hν0，A、B均正确；若入射光的频率为2ν0，则产生的光电子的最大初动能E k＝2hν0－W0＝hν0＝E，故C正确；入射光的频率为ν02时，该金属不发生光电效应，D错误．]例9. 某光电管的阴极是用金属钾制成的，它的逸出功为2.21 eV，用波长为2.5×10－7 m的紫外线照射阴极．已知真空中光速为3.0×108 m/s，元电荷为1.6×10－19 C，普朗克常量为6.63×10－34J·s，求得钾的极限频率和该光电管发射的光电子的最大初动能应分别是() A．5.3×1014 Hz,2.2 JB．5.3×1014 Hz,4.4×10－19 JC．3.3×1033 Hz,2.2 JD．3.3×1033 Hz,4.4×10－19 JB[由W＝hν0得极限频率ν0＝W0h＝2.21×1.6×10－196.63×10－34Hz＝5.3×1014Hz由光电效应方程hν＝W0＋E km得E km ＝hν－W 0＝h c λ－W 0 ＝⎝ ⎛⎭⎪⎫6.63×10－34×3.0×1082.5×10－7－2.21×1.6×10－19 J ＝4.4×10－19 J]三、对波粒二象性的理解1．对光的波动性和粒子性的进一步理解2.(1)大量光子易显示出波动性，而少量光子易显示出粒子性．(2)波长长(频率低)的光波动性强，而波长短(频率高)的光粒子性强．(3)光子说并未否定波动说，E ＝hν＝hc λ中，ν和λ就是波的概念． (4)波和粒子在宏观世界是不能统一的，而在微观世界却是统一的．例10．(2018·模拟)关于波粒二象性，下列说法中正确的是( )甲乙丙丁A．图甲中紫光照射到锌板上可以发生光电效应，则其他可见光照射到锌板上也一定可以发生光电效应B．图乙中入射光的强度越大，则在阴极板上产生的光电子的最大初动能越大C．图丙说明光子既有粒子性也有波动性D．戴维和汤姆利用图丁证明了电子具有波动性D[在可见光中，紫光的频率最大，故紫光光子的能量最大，紫光照射到锌板上可以发生光电效应，但其他可见光照射到锌板上不一定发生光电效应，A错误；入射光的强度只能改变单位时间逸出光电子的数量，但不能增大逸出光电子的最大初动能，B错误；光的散射揭示了光的粒子性，没有揭示光的波动性，C错误；衍射是波特有的现象，故电子束衍射实验证明了电子具有波动性，D正确．]例11．(2017·高考)2017年年初，我国研制的“光源”——极紫外自由电子激光装置，发出了波长在100 nm(1 nm ＝10－9 m)附近连续可调的世界上最强的极紫外激光脉冲，“光源”因其光子的能量大、密度高，可在能源利用、光刻技术、雾霾治理等领域的研究中发挥重要作用．一个处于极紫外波段的光子所具有的能量可以电离一个分子，但又不会把分子打碎．据此判断，能够电离一个分子的能量约为(取普朗克常量h ＝6.6×10－34 J·s ，真空光速c ＝3×108 m/s)( )A ．10－21 JB ．10－18 JC ．10－15 JD ．10－12 JB [一个处于极紫外波段的光子所具有的能量E ＝hν＝h c λ＝6.6×10－34×3×10810－7 J ≈10－18 J ，选项B 正确．]四、氢原子能级和能级跃迁1．两类能级跃迁(1)自发跃迁：高能级→低能级，释放能量，发出光子．光子的频率ν＝ΔE h ＝E 高－E 低h. (2)受激跃迁：低能级→高能级，吸收能量．①光照(吸收光子)：光子的能量必须恰等于能级差hν＝ΔE .②碰撞、加热等：只要入射粒子能量大于或等于能级差即可，E 外≥ΔE .③大于电离能的光子被吸收，将原子电离．2．电离电离态与电离能电离态：n ＝∞，E ＝0基态→电离态：E 吸＝0－(－13.6 eV)＝13.6 eV 电离能．n ＝2→电离态：E 吸＝0－E 2＝3.4 eV如吸收能量足够大，克服电离能后，获得自由的电子还携带动能．3．谱线条数的确定方法(1)一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为(n －1)．(2)一群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数的两种求解方法．①用数学中的组合知识求解：.②利用能级图求解：在氢原子能级图中将氢原子跃迁的各种可能情况一一画出，然后相加．例12．(多选)氢原子光谱在可见光部分只有四条谱线，它们分别是从n 为3、4、5、6的能级直接向n＝2能级跃迁时产生的．四条谱线中，一条红色、一条蓝色、两条紫色，则下列说确的是()A．红色光谱是氢原子从n＝3能级向n＝2能级跃迁时产生的B．蓝色光谱是氢原子从n＝6能级或n＝5能级直接向n＝2能级跃迁时产生的C．若氢原子从n＝6能级直接向n＝1能级跃迁，则能够产生红外线D．若氢原子从n＝6能级直接向n＝3能级跃迁时辐射的光子不能使某金属发生光电效应，则氢原子从n＝6能级直接向n＝2能级跃迁时辐射的光子将可能使该金属发生光电效应AD[从n为3、4、5、6的能级直接向n＝2能级跃迁时，从n＝3跃迁到n＝2能级辐射的光子频率最小，波长最大，可知为红色光谱，A正确；蓝光光子频率大于红光光子频率，小于紫光光子频率，可知是从n＝4跃迁到n＝2能级辐射的光子，B错误；氢原子从n＝6能级直接向n＝1能级跃迁，辐射的光子频率大于从n＝6跃迁到n＝2能级时辐射的紫光光子频率，即产生紫外线，C错误；从n＝6跃迁到n＝2能级辐射的光子频率大于从n＝6跃迁到n＝3能级辐射的光子频率，由氢原子从n＝6能级直接向n＝3能级跃迁时辐射的光子不能使某金属发生光电效应，但从n＝6跃迁到n＝2能级跃迁时辐射的光子可能使该金属发生光电效应，D正确．]例13. (2018·模拟)如图所示为氢原子能级图，氢原子中的电子从n＝4能级跃迁到n＝1能级可产生a光；从n＝3能级跃迁到n＝1能级可产生b光，a光和b光的波长分别为λa和λb，a、b两光照射逸出功为4.5 eV的金属钨表面均可产生光电效应，遏止电压分别为U a和U b，则()A．λa>λbB．U a<U bC．a光的光子能量为12.55 eVD．b光照射金属钨产生的光电子的最大初动能E k b＝7.59 eVD[氢原子中的电子从n＝4能级跃迁到n＝1能级产生a光，a光的光子能量hνa＝E a ＝E4－E1＝12.75 eV，氢原子中的电子从n＝3能级跃迁到n＝1能级产生b光，b光的光子能量hνb＝E b＝E3－E1＝12.09 eV，a光的光子能量高，则a光的频率大，波长小，即λa<λb，A、C项错误；由光电效应方程E k＝hν－W0和E k＝eU c可知，频率越大，对应遏止电压U c越大，即U a>U b，B项错误；E k b＝hνb－W0＝7.59 eV，D项正确．][反思总结](1)一个区别例14：氢原子跃迁时，由n＝3的激发态跃迁到基态所释放的光子可以使某金属刚好发生光电效应，则下列说确的是()A．氢原子由n＝3的激发态跃迁到基态时，电子的动能减少B．氢原子由n＝3的激发态跃迁到基态时，原子的能量增加C．增加由n＝3的激发态跃迁到基态的氢原子的数量，从该金属表面逸出的光电子的最大初动能不变D．氢原子由n＝2的激发态跃迁到基态所释放的光子照射该金属足够长时间，该金属也会发生光电效应C[氢原子由激发态跃迁到基态时，释放光子，原子的能量减少，电子的动能增加，A、B错；增加跃迁氢原子的数量，不能改变释放出的光子的频率，从该金属表面逸出的光电子的最大初动能不变，C对；从n＝2的激发态跃迁到基态的氢原子，其释放的光子的频率较小，不能使该金属发生光电效应，D错．]3.小练：考查点：光的波粒二象性1．(多选)下列说法中正确的是()A．光的波粒二象性学说彻底推翻了麦克斯韦的光的电磁说B．在光的双缝干涉实验中，暗条纹的地方是光子永远不能到达的地方C．光的双缝干涉实验中，大量光子打在光屏上的落点是有规律的，暗纹处落下光子的概率小D．单个光子具有粒子性，大量光子具有波动性[答案]CD考查点：光电效应规律2．(多选)在光电效应实验中，用频率为ν的光照射光电管阴极，发生了光电效应，下列说确的是() A．增大入射光的强度，光电流增大B．减小入射光的强度，光电效应现象消失C．改用频率小于ν的光照射，一定不发生光电效应D．改用频率大于ν的光照射，光电子的最大初动能变大[答案]AD考查点：玻尔理论3．氢原子由n＝1的状态激发到n＝4的状态，在它回到n＝1的状态的过程中，有以下说法：①可能激发的能量不同的光子只有3种②可能发出6种不同频率的光子③可能发出的光子的最大能量为12.75 eV④可能发出光子的最小能量为0.85 eV其中正确的说法是()A．①③B．②④C．①④D．②③[答案]D考查点：α粒子散射实验4．(多选)在α粒子散射实验中，如果两个具有相同能量的α粒子以不同的角度散射出来，则散射角度大的这个α粒子()A．更接近原子核B．更远离原子核C．受到一个以上的原子核作用D．受到原子核较大的冲量作用[答案]AD4.巩固提升：光子说 光电效应现象1．2016年8月16日01时40分，由我国研制的世界首颗量子科学试验卫星“墨子号”在卫星发射中心用长征二号丁运载火箭成功发射升空．它的成功发射和在轨运行，不仅将有助于我国广域量子通信网络的构建，服务于国家信息安全，它将开展对量子力学基本问题的空间尺度试验检验，加深人类对量子力学自身的理解，关于量子和量子化，下列说法错误的是( )A ．玻尔在研究原子结构中引进了量子化的概念B ．普朗克把能量子引入物理学，破除了“能量连续变化”的传统观念C ．光子的概念是爱因斯坦提出的D ．光电效应实验中的光电子，也就是光子D [由玻尔理论可知，在研究原子结构时，引进了量子化的概念，故A 正确；普朗克在1900年把能量子引入物理学，破除了“能量连续变化”的传统观念，提出量子化理论，故B 正确；为解释光电效应现象，爱因斯坦提出了光子说，引入了光子的概念，故C 正确；光电子就是在光电效应中产生的电子，本质是金属板的电子，故D 错误．]2．用一束紫外线照射某金属时不能产生光电效应，可能使该金属发生光电效应的措施是( )A ．改用频率更小的紫外线照射B ．改用X 射线照射C ．改用强度更大的原紫外线照射D ．延长原紫外线的照射时间选B 某种金属能否发生光电效应取决于入射光的频率，与入射光的强度和照射时间无关。