高中物理第2章波和粒子2.2涅盘凤凰再飞翔学案沪科版选修35
18学年高中物理波和粒子2.2涅盘凤凰再飞翔学案沪科版3_51803215138
2．2 涅槃凤凰再飞翔[学习目标] 1.了解光电效应及其实验规律，以及光电效应与电磁理论的矛盾.2.知道爱因斯坦光电效应方程及应用.3.了解康普顿效应及其意义，了解光子的动量．一、光电效应及其实验规律图1[导学探究] 如图1所示，取一块锌板，用砂纸将其一面擦一遍，去掉表面的氧化层，连接在验电器上(弧光灯发射紫外线)．(1)用弧光灯照射锌板，看到的现象为___________________________________________，说明________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________.(2)在弧光灯和锌板之间插入一块普通玻璃板，再用弧光灯照射，看到的现象为________________________________________________________________________，说明________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________. (3)撤去弧光灯，换用白炽灯发出的强光照射锌板，并且照射较长时间，看到的现象为________________________________________________________________________，说明________________________________________________________________________．答案(1)验电器指针偏角张开锌板带电了．弧光灯发出的紫外线照射到锌板上，在锌板表面发射出光电子，从而使锌板带上了正电(2)指针偏角明显减小锌板产生光电效应是光中紫外线照射的结果而不是可见光(3)观察不到指针的偏转可见光不能使锌板发生光电效应[知识梳理]1．光电效应在光的照射下物体发射电子的现象叫做光电效应．发射出来的电子叫光电子．2．光电效应的实验规律(1)对于各种金属都存在着一个极限频率，当入射光的频率高于这个极限频率时，才能产生光电效应；(2)光电子的最大动能随着入射光频率的增加而增加，与入射光的强度无关；(3)当产生光电效应时，单位时间内从金属表面逸出的电子数与入射光的强度有关；(4)入射光射到金属表面时，光电子的产生几乎是瞬时的，不超过1×10－9_s.[即学即用] 判断下列说法的正误．(1)光电效应中“光”指的是可见光．( ×)(2)能否发生光电效应，取决于光的强度．( ×)(3)光电子不是光子．( √)二、爱因斯坦的光子说[导学探究] 用如图2所示的装置研究光电效应现象．所用光子能量为2.75 eV的光图2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动触头，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.(1)光电子的最大动能是多少？遏止电压为多少？(2)光电管阴极的逸出功又是多少？(3)当滑动触头向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？答案(1)1.7 eV 1.7 V(2)W0＝hν－E km＝2.75 eV－1.7 eV＝1.05 eV(3)变大(4)变大变大[知识梳理]1．光子说：光在空间传播时是不连续的，而是一份一份的，一份叫做一个光量子，简称光子．光子的能量E＝hν.2．逸出功使电子脱离某种金属所做功的最小值，用W表示，不同金属的逸出功不同．3．最大动能：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．遏止电压与极限频率(1)遏止电压：使光电流减小到零的反向电压U.(2)极限频率：能使某种金属发生光电效应的最小频率叫做该种金属的极限频率．不同的金属对应着不同的极限频率．5．光电效应方程(1)表达式：h ν＝E km ＋W 或E km ＝h ν－W .(2)物理意义：金属中电子吸收一个光子获得的能量是h ν，这些能量一部分用于克服金属的逸出功W ，剩下的表现为逸出后电子的最大动能．(3)光电效应方程说明了产生光电效应的条件若有光电子逸出，则光电子的最大动能必须大于零，即E km ＝h ν－W >0，亦即h ν>W ，ν>W h ＝ν0，而ν0＝W h恰好是光电效应的截止频率．6．E km －ν曲线如图3所示是光电子最大动能E km 随入射光频率ν的变化曲线．这里，横轴上的截距是极限频率；纵轴上的截距是逸出功的负值；斜率为普朗克常量．图3[即学即用] 判断下列说法的正误．(1)从金属表面出来的光电子的最大动能越大，这种金属的逸出功越小．( × )(2)光电子的最大动能与入射光的频率成正比．( × )(3)入射光若能使某金属发生光电效应，则入射光的强度越大，照射出的光电子越多．( √ )(4)遏止电压的大小与入射光的频率有关，与入射光的光强无关．( √ )三、康普顿效应[导学探究] 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？ 答案 在地球上存在着大气，太阳光经大气中微粒散射后传向各个方向，而在太空中的真空环境下光不再散射只向前传播．[知识梳理]1．康普顿效应美国物理学家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，除了与入线射波长相同的成分外，还有波长大于入射线波长的成分，这个现象称为康普顿效应．2．康普顿效应的意义：康普顿效应表明光子除了具有能量之外，还具有动量，进一步为光的粒子性提供了证据．3．光子的动量表达式：p＝hλ.[即学即用] 判断以下说法的正误．(1)光子的动量与波长成反比．( √)(2)光子发生散射后，其动量大小发生变化，但光子的频率不发生变化．( ×)(3)有些光子发生散射后，其波长变大．( √)一、光电效应现象及其实验规律1．光电效应的实质：光现象转化为,电现象．2．光电效应中的光包括不可见光和可见光．3．光电子：光电效应中发射出来的电子，其本质还是电子．4．能不能发生光电效应由入射光的频率决定，与入射光的强度无关．5．发生光电效应时，产生的光电子数与入射光的频率无关，与入射光的强度有关．6．光电效应与光的电磁理论的矛盾按光的电磁理论，应有：(1)光越强，光电子的初动能越大，遏止电压与光的强弱有关．(2)不存在极限频率，任何频率的光都能产生光电效应．(3)在光很弱时，放出电子的时间应远大于10－9 s.例1一验电器与锌板相连(如图4所示)，用一紫外线灯照射锌板，关灯后，验电器指针保持一定偏角．图4(1)现用一带负电的金属小球与锌板接触，则验电器指针偏角将________(填“增大”“减小”或“不变”)．(2)使验电器指针回到零，再用相同强度的钠灯发出的黄光照射锌板，验电器指针无偏转．那么，若改用强度更大的红外线灯照射锌板，可观察到验电器指针________(填“有”或“无”)偏转．答案(1)减小(2)无解析(1)当用紫外线灯照射锌板时，锌板发生光电效应，锌板放出光电子而带上正电，此时与锌板连在一起的验电器也带上了正电，故指针发生了偏转．当带负电的金属小球与锌板接触后，中和了一部分正电荷，从而使验电器的指针偏角减小．(2)使验电器指针回到零，用钠灯发出的黄光照射锌板，验电器指针无偏转，说明钠灯发出的黄光的频率小于锌的极限频率，而红外线比黄光的频率还要低，更不可能使锌板发生光电效应．能否发生光电效应与入射光的强弱无关．例2(多选)用如图5所示的光电管研究光电效应的实验中，用某种频率的单色光a照射光电管阴极K，电流计G的指针发生偏转．而用另一频率的单色光b照射光电管阴极K时，电流计G的指针不发生偏转，那么( )图5A．a光的频率一定大于b光的频率B．增加b光的强度可能使电流计G的指针发生偏转C．用a光照射光电管阴极K时通过电流计G的电流是由d到cD．只增加a光的强度可使通过电流计G的电流增大答案AD解析单色光b照射光电管阴极K时，电流计G的指针不发生偏转，说明没发生光电效应，故b光的频率较小，故A正确；发生光电效应只由频率决定，与光强无关，故B错误；发生光电效应时，电子从阴极K逸出向阳极A运动，电流方向应由c到d，故C错误；增加a光的强度，单位时间入射的光子数增加，因此单位时间逸出的光电子数增加，故D正确．针对训练(多选)如图6所示，电路中所有元件完好，光照射到光电管上，灵敏电流计中没有电流通过．其原因可能是( )图6A．入射光太弱B．入射光波长太长C．光照时间太短D．电源正、负极接反答案BD解析金属存在极限频率，超过极限频率的光照射金属时才会有光电子射出．射出的光电子的动能随频率的增大而增大，动能小时不能克服反向电压，也不会有光电流．入射光的频率低于极限频率，不能产生光电效应，与光照强弱无关，选项B正确，A错误；电路中电源正、负极接反，对光电管加了反向电压，若该电压超过了遏止电压，也没有光电流产生，D 正确；光电效应的产生与光照时间无关，C 错误．二、光电效应方程的理解与应用1．光电效应方程实质上是能量守恒方程．(1)能量为ε＝h ν的光子被电子所吸收，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)如果克服吸引力做功最少为W ，则电子离开金属表面时动能最大为E km ，根据能量守恒定律可知：E km ＝h ν－W .2．光电效应规律中的两条线索、两个关系：(1)两条线索：(2)两个关系：光强→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→产生光电子的最大动能大．例3 在光电效应实验中，某金属的极限频率相应的波长为λ0，该金属的逸出功为______．若用波长为λ(λ<λ0)的单色光做该实验，则其遏止电压为______．已知电子的电荷量、真空中的光速和普朗克常量分别为e 、c 和h .答案 hcλ0hc (λ0－λ)e λ0λ解析 由光电效应方程知，光电子的最大动能E km ＝h ν－W ，其中金属的逸出功W ＝h ν0，又由c ＝λν知W ＝hc λ0，用波长为λ的单色光照射时，其E km ＝hc λ－hc λ0＝hc λ0－λλ0λ.又因为eU ＝E km ，所以遏止电压U ＝E km e ＝hc (λ0－λ)e λ0λ. 例4 (多选)一单色光照到某金属表面时，有光电子从金属表面逸出，下列说法中正确的是( )A ．只增大入射光的频率，金属逸出功将减小B ．只延长入射光照射时间，光电子的最大动能将不变C ．只增大入射光的频率，光电子的最大动能将增大D ．只增大入射光的频率，光电子逸出所经历的时间将缩短答案 BC解析金属的逸出功由金属本身的构成决定，与入射光的频率无关，选项A错误；根据爱因斯坦光电效应方程E km＝hν－W可知，当金属的极限频率确定时，光电子的最大动能取决于入射光的频率，与光照强度、照射时间、光子数目无关，选项B、C正确，光电效应的产生是瞬时的，与入射光的频率无关，D错误．1．逸出功W对应着某一极限频率ν0，即W＝hν0，只有入射光的频率ν≥ν0时才有光电子逸出，即才能发生光电效应．2．对于某一金属(ν0一定)，入射光的频率决定着能否产生光电效应及光电子的最大动能，而与入射光的强度无关．3．逸出功和极限频率均由金属本身决定，与其他因素无关．1．(多选)如图7所示，用弧光灯照射擦得很亮的锌板，验电器指针张开一个角度，则下列说法中正确的是( )图7A．用紫外线照射锌板，验电器指针会发生偏转B．用红光照射锌板，验电器指针会发生偏转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答案AD解析将擦得很亮的锌板与验电器连接，用弧光灯照射锌板(弧光灯发出紫外线)，验电器指针张开一个角度，说明锌板带了电，进一步研究表明锌板带正电．这说明在紫外线的照射下，锌板中有一部分自由电子从表面飞出，锌板带正电，选项A、D正确．红光不能使锌板发生光电效应．2．利用光电管研究光电效应实验如图8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( )图8A ．用紫外线照射，电流表不一定有电流通过B ．用红光照射，电流表一定无电流通过C ．用频率为ν的可见光照射K ，当滑动变阻器的滑动触头移到A 端时，电流表中一定无电流通过D ．用频率为ν的可见光照射K ，当滑动变阻器的滑动触头向B 端滑动时，电流表示数可能不变答案 D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 错误．因不知阴极K 的极限频率，所以用红光照射时，不一定发生光电效应，所以选项B 错误．即使U AK ＝0，电流表中也可能有电流通过，所以选项C 错误．当滑动触头向B 端滑动时，U AK 增大，阳极A 吸收光电子的能力增强，光电流会增大，当所有光电子都到达阳极A 时，电流达到最大，即饱和电流．若在滑动前，电流已经达到饱和电流，那么即使增大U AK ，光电流也不会增大，所以选项D 正确．3．几种金属的逸出功W 见下表：用一束可见光照射上述金属的表面，请通过计算说明哪些能发生光电效应．已知该可见光的波长范围为4.0×10－7～7.6×10－7 m ，普朗克常量h ＝6.63×10－34 J·s. 答案 钠、钾、铷能发生光电效应解析 光子的能量E ＝hc λ，取λ＝4.0×10－7 m ，则E ≈5.0×10－19 J ，根据E ＞W 判断，钠、钾、铷能发生光电效应．一、选择题(1～8题为单选题，9～10题为多选题)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解析当用一束紫外线照射锌板时，产生了光电效应，有电子从锌板逸出，锌板带正电，选项C正确，A、B、D错误．2．某单色光照射某金属时不能产生光电效应，则下述措施中可能使该金属产生光电效应的是( )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答案 C解析光照射金属时能否产生光电效应，取决于入射光的频率是否大于等于金属的极限频率，与入射光的强度和照射时间无关，故选项A、B、D均错误；又因ν＝cλ，所以选项C 正确．图13．如图1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单色光照射光电管时不发生光电效应，则( ) A．A光的强度大于B光的强度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的电流方向是由a流向bD．用A光照射光电管时流过电流表G的电流方向是由b流向a答案 C解析根据产生光电效应的条件可知选项A、B均错误；电流的方向与正电荷定向移动的方向相同，与负电荷定向移动的方向相反，故选项C正确，D错误．4．某金属的逸出功为2.3 eV，这意味着( )A．这种金属内部的电子克服原子核引力做2.3 eV的功即可脱离表面B ．这种金属表层的电子克服原子核引力做2.3 eV 的功即可脱离表面C ．要使这种金属有电子逸出，入射光子的能量可能小于2.3 eVD ．这种金属受到光照时若有电子逸出，则电子离开金属表面时的动能至少等于2.3 eV 答案 B解析 逸出功指原子的最外层电子脱离原子核克服引力做的功，选项B 正确．5．如图2所示是光电效应中光电子的最大动能E km 与入射光频率ν的关系图像．从图中可知( )图2A ．E km 与ν成正比B ．入射光频率必须小于极限频率ν0时，才能产生光电效应C ．对同一种金属而言，E km 仅与ν有关D ．E km 与入射光强度成正比答案 C6．分别用波长为λ和23λ的单色光照射同一金属板，发出的光电子的最大初动能之比为1∶2，以h 表示普朗克常量，c 表示真空中的光速，则此金属板的逸出功为( ) A.hc 2λ B.3hc 2λ C.3hc 4λ D.2h λc答案 A解析 根据光电效应方程得E k1＝h c λ－W ① E k2＝h c23λ－W ②又E k2＝2E k1③联立①②③得W ＝hc2λ，A 正确． 7．研究光电效应的电路如图3所示．用频率相同、强度不同的光分别照射密封真空管的钠极板(阴极K)，钠极板发射出的光电子被阳极A 吸收，在电路中形成光电流．下列光电流I 与A 、K 之间的电压U AK 的关系图像中，正确的是( )图3答案 C解析用频率相同的光照射同一金属时，发射出的光电子的最大动能相同，所以遏止电压相同；饱和光电流与光的强度有关，光的强度越大，饱和光电流越大，故选项C正确．8．实验得到金属钙的光电子的最大动能E km与入射光频率ν的关系如图4所示．下表中列出了几种金属的极限频率和逸出功，参照下表可以确定的是( )图4A.如用金属钨做实验得到的E km－ν图线也是一条直线，其斜率比图中直线的斜率大B．如用金属钠做实验得到的E km－ν图线也是一条直线，其斜率比图中直线的斜率大C．如用金属钠做实验得到的E km－ν图线也是一条直线，设其延长线与纵轴交点的坐标为(0，－E k2)，则E k2＜E k1D．如用金属钨做实验，当入射光的频率ν＜ν1时，可能会有光电子逸出答案 C解析由光电效应方程E km＝hν－W可知E km－ν图线是直线，且斜率相同，A、B项错；由表中所列的极限频率和逸出功数据可知C项正确，D项错误．9．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，饱和光电流变大B．入射光的频率变高，饱和光电流变大C．入射光的频率变高，光电子的最大动能变大D．保持入射光的光强不变，不断减小入射光的频率，始终有光电流产生答案AC解析在发生光电效应时，饱和光电流大小由光照强度来决定，与频率无关，光照强度越大饱和光电流越大，因此A正确，B错误；根据E km＝hν－W可知，对于同一光电管，逸出功W 不变，当频率变高时，最大动能E km变大，因此C正确；由光电效应规律可知，当频率低于极限频率时无论光照强度多大，都不会有光电流产生，因此D错误．10．图5为一真空光电管的应用电路，其阴极金属材料的极限频率为4.5×1014Hz，则以下判断正确的是( )图5A．发生光电效应时，电路中光电流的饱和值取决于入射光的频率B．发生光电效应时，电路中光电流的饱和值取决于入射光的强度C．用λ＝0.5 μm的光照射光电管时，电路中有光电流产生D．光照射时间越长，电路中的电流越大答案BC解析在光电管中若发生了光电效应，单位时间内发射光电子的数目只与入射光的强度有关，光电流的饱和值只与单位时间内发射光电子的数目有关．据此可判断A、D错误，B正确．波长λ＝0.5 μm的光子的频率ν＝cλ＝3×1080.5×10－6Hz＝6×1014 Hz＞4.5×1014 Hz，可发生光电效应，所以C正确．二、非选择题11．在某次光电效应实验中，得到的遏止电压U与入射光的频率ν的关系如图6所示．若该直线的斜率和纵截距分别为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________．图6答案 ek －eb解析 光电效应中，入射光子能量h ν，克服逸出功W 0后多余的能量转换为电子动能，eU ＝h ν－W ，整理得U ＝h e ν－W e ，斜率即h e＝k ，所以普朗克常量h ＝ek ，纵截距为b ，即eb ＝－W ，所以逸出功W ＝－eb .12．小明用金属铷为阴极的光电管观测光电效应现象，实验装置示意图如图7甲所示．已知普朗克常量h ＝6.63×10－34J·s.图7(1)图甲中电极A 为光电管的____________(选填“阴极”或“阳极”)；(2)实验中测得铷的遏止电压U 与入射光频率ν之间的关系如图乙所示，则铷的极限频率ν0＝________Hz ，逸出功W ＝________J ；(3)如果实验中入射光的频率ν＝7.00×1014Hz ，则产生的光电子的最大动能E k ＝________J. 答案 (1)阳极(2)5.15×10143.41×10－19(3)1.23×10－19解析 (1)在光电效应中，电子向A 极运动，故电极A 为光电管的阳极．(2)由题图可知，铷的极限频率ν0为5.15×1014Hz ，逸出功W ＝h ν0＝6.63×10－34×5.15×1014 J≈3.41×10－19J ．(3)当入射光的频率为ν＝7.00×1014Hz 时，由E k ＝h ν－h ν0得，光电子的最大动能为E k ＝6.63×10－34×(7.00－5.15)×1014 J≈1.23×10－19J.。
沪科版高中物理选修(35)2.2《涅般凤凰再飞翔》word教学设计
【课题】 2.2 涅槃凤凰再翱翔【教课目的】（一）知识与技术（1）理解光电效应现象及其规律；（2）理解爱因斯坦的光子说以及爱因斯坦对光电效应现象的解说．（3）认识康普顿效应现象，理解康普顿利用光子说对康普顿效应现象所作的解说。
（二）过程与方法（1）经过对实验现象的察看和理解，剖析推测现象产生的体制，培育学生的逻辑推理能力．（2）经过对光电效应现象和康普顿效应现象的学习，进而对光的粒子性有一个新的认识．（三）感情、态度与价值观经过这节课的学习让学生体验在科学研究中，人类对于自然现象的认识是螺旋式上涨的，科学理论是在不停发现新的现象、研究新的规律中发展和完美的．人类认识事物规律的道路是波折复杂的，对事物的认识是逐渐提升完美的。
使学生体验科学研究应有的科学态度：尊敬客观事实，勇于创新和实践。
【教课要点】（1）理解光电效应、康普顿效应的现象及其规律；（2）理解运用爱因斯坦的光子说对以上两种现象的规律所作的解说．【教课难点】（1）爱因斯坦光子说的内容以及的“两种效应”的解说；（2）经过这两种现象的学习和认识，对光的粒子性形成新的认识。
【教课过程】新课的引入19世纪 60年月，光的颠簸理论学说固然获得了很大的成功，在“颠簸说”与“粒子说”之争中取的了成功。
19世纪 80年月，就在赫兹用实考证明麦克斯韦电磁理论的同时，他还发现了一种新的现象——光电效应，当时利用光的颠簸说也没法解说。
下边我们来学习察看光电效应现象．一、光电效应1．念书认识光电效应现象：P.29,认识什么是光电效应现象：1887年，赫兹的发现：汤姆生和勒纳的发现：光电效应：光电子：2.实验研究：研究光电效应产生的条件（1）依据教材 P.29~30 页的实验步骤进行演示，组织学生察看：,,,,,,,,,（2）结论：要发生光电效应，照耀锌板的光的频次要足够高。
3．实验研究：研究光电效应的规律老师介绍实验电路及实验原理，如右图:实验步骤： 1. 2. 3. 4.（略赐教材）有条件可演示实验，组织学生记录数据，而后剖析办理数据，将结果填入表2；若无条件可组织学生阅读实验步骤，理解剖析教材供给的实验数据表（略赐教材P.30 表 1）,,,,,,,,,对教材表 1中的数据进行剖析办理，结果以下表：表 2光的颜色波长频次制止电压最大动能λ/nm ν/Hz U /V E km /eV绿546 ×1014蓝480 ×10 14紫（强度较410 ×1014低）紫（强度较410 ×1014高）详细结论以下：（1）不一样频次的光照耀同种金属，频次越高，光电子的最大初动能越大；（2）光电子的最大初动能与入射光强没关；4.光电效应的规律总结（介绍科学家勒纳等人总结的结论）（1）对于各样金属都存在一个极限频次，当入射光频次一定高于这个极限频次时，才能产生光电效应；假如入射光频次低于这个极限频次，不论光多么强，照耀时间多么长，都不会产生光电效应。
高中物理 2.12.2 拨开黑体辐射的疑云 涅盘凤凰再飞翔课件 沪科版选修35
B．用红光照射锌板，验电器指针会发生偏转 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
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解析 将擦得很亮的锌板与验电器连接，用弧光灯照射锌板(弧光灯发 出(fāchū)紫外线)，验电器指针张开一个角度，说明锌板带了电，进一 步研究表明锌板带正电．这说明在紫外线的照射下，锌板中有一部分 自由电子从表面飞出来，锌板中由于缺少电子，于是带正电，选项A 、D正确．红光不能使锌板发生光电效应． 答案 AD
答案(dá àn) BD
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针对训练 当用绿光照射光电管阴极K时，可以发生光电效应，则 下列说法正确的是( ) A．增大绿光照射强度，光电子的最大动能(dòngnéng)增大 B．增大绿光照射强度，电路中光电流增大 C．改用比绿光波长大的光照射光电管阴极K时，电路中一定有
光电流 D．改用比绿光频率大的光照射光电管阴极K时，电路中一定有
第2章 波和粒子 (lìzǐ)
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2.1-2.2 拨开黑体辐射(fúshè)的疑云 涅槃凤凰再飞翔
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学习(xuéxí)目 标定位 1.了解黑体与黑体辐射，知道辐射本领与波长的关系；
了解能量子的概念及提出的过程.
2.知道光电效应现象及其实验规律.
3.掌握(zhǎngwò)爱因斯坦光电效应方程及其意义.
1．光电效应方程实质上是能量守恒方程．
能量为E＝hν的光子被电子所吸收，电子把这些(zhèxiē)能量的
一部分用来克服金属表面对它的吸引力，另一部分就是电子离
开金属表面时的动能．如果克服吸引力做功最少为W，则电子
离开金属表面时最动大能
为Ekm，根据能量守恒定律可知：
Ehkνm－＝W
高中物理 第2章 波和粒子 2.2 涅盘凤凰再飞翔学案 沪科版选修35
2．2 涅槃凤凰再飞翔[学习目标] 1.了解光电效应及其实验规律，以及光电效应与电磁理论的矛盾.2.知道爱因斯坦光电效应方程及应用.3.了解康普顿效应及其意义，了解光子的动量．一、光电效应及其实验规律图1[导学探究] 如图1所示，取一块锌板，用砂纸将其一面擦一遍，去掉表面的氧化层，连接在验电器上(弧光灯发射紫外线)．(1)用弧光灯照射锌板，看到的现象为___________________________________________，说明________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________.(2)在弧光灯和锌板之间插入一块普通玻璃板，再用弧光灯照射，看到的现象为________________________________________________________________________，说明________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________. (3)撤去弧光灯，换用白炽灯发出的强光照射锌板，并且照射较长时间，看到的现象为________________________________________________________________________，说明________________________________________________________________________．答案(1)验电器指针偏角张开锌板带电了．弧光灯发出的紫外线照射到锌板上，在锌板表面发射出光电子，从而使锌板带上了正电(2)指针偏角明显减小锌板产生光电效应是光中紫外线照射的结果而不是可见光(3)观察不到指针的偏转可见光不能使锌板发生光电效应[知识梳理]1．光电效应在光的照射下物体发射电子的现象叫做光电效应．发射出来的电子叫光电子．2．光电效应的实验规律(1)对于各种金属都存在着一个极限频率，当入射光的频率高于这个极限频率时，才能产生光电效应；(2)光电子的最大动能随着入射光频率的增加而增加，与入射光的强度无关；(3)当产生光电效应时，单位时间内从金属表面逸出的电子数与入射光的强度有关；(4)入射光射到金属表面时，光电子的产生几乎是瞬时的，不超过1×10－9_s.[即学即用] 判断下列说法的正误．(1)光电效应中“光”指的是可见光．( ×)(2)能否发生光电效应，取决于光的强度．( ×)(3)光电子不是光子．( √)二、爱因斯坦的光子说[导学探究] 用如图2所示的装置研究光电效应现象．所用光子能量为2.75 eV的光图2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动触头，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.(1)光电子的最大动能是多少？遏止电压为多少？(2)光电管阴极的逸出功又是多少？(3)当滑动触头向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？答案(1)1.7 eV 1.7 V(2)W0＝hν－E km＝2.75 eV－1.7 eV＝1.05 eV(3)变大(4)变大变大[知识梳理]1．光子说：光在空间传播时是不连续的，而是一份一份的，一份叫做一个光量子，简称光子．光子的能量E＝hν.2．逸出功使电子脱离某种金属所做功的最小值，用W表示，不同金属的逸出功不同．3．最大动能：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．遏止电压与极限频率(1)遏止电压：使光电流减小到零的反向电压U.(2)极限频率：能使某种金属发生光电效应的最小频率叫做该种金属的极限频率．不同的金属对应着不同的极限频率．5．光电效应方程(1)表达式：h ν＝E km ＋W 或E km ＝h ν－W .(2)物理意义：金属中电子吸收一个光子获得的能量是h ν，这些能量一部分用于克服金属的逸出功W ，剩下的表现为逸出后电子的最大动能．(3)光电效应方程说明了产生光电效应的条件若有光电子逸出，则光电子的最大动能必须大于零，即E km ＝h ν－W >0，亦即h ν>W ，ν>W h ＝ν0，而ν0＝W h恰好是光电效应的截止频率．6．E km －ν曲线如图3所示是光电子最大动能E km 随入射光频率ν的变化曲线．这里，横轴上的截距是极限频率；纵轴上的截距是逸出功的负值；斜率为普朗克常量．图3[即学即用] 判断下列说法的正误．(1)从金属表面出来的光电子的最大动能越大，这种金属的逸出功越小．( × )(2)光电子的最大动能与入射光的频率成正比．( × )(3)入射光若能使某金属发生光电效应，则入射光的强度越大，照射出的光电子越多．( √ )(4)遏止电压的大小与入射光的频率有关，与入射光的光强无关．( √ )三、康普顿效应[导学探究] 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？ 答案 在地球上存在着大气，太阳光经大气中微粒散射后传向各个方向，而在太空中的真空环境下光不再散射只向前传播．[知识梳理]1．康普顿效应美国物理学家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，除了与入线射波长相同的成分外，还有波长大于入射线波长的成分，这个现象称为康普顿效应．2．康普顿效应的意义：康普顿效应表明光子除了具有能量之外，还具有动量，进一步为光的粒子性提供了证据．3．光子的动量表达式：p＝hλ.[即学即用] 判断以下说法的正误．(1)光子的动量与波长成反比．( √)(2)光子发生散射后，其动量大小发生变化，但光子的频率不发生变化．( ×)(3)有些光子发生散射后，其波长变大．( √)一、光电效应现象及其实验规律1．光电效应的实质：光现象转化为,电现象．2．光电效应中的光包括不可见光和可见光．3．光电子：光电效应中发射出来的电子，其本质还是电子．4．能不能发生光电效应由入射光的频率决定，与入射光的强度无关．5．发生光电效应时，产生的光电子数与入射光的频率无关，与入射光的强度有关．6．光电效应与光的电磁理论的矛盾按光的电磁理论，应有：(1)光越强，光电子的初动能越大，遏止电压与光的强弱有关．(2)不存在极限频率，任何频率的光都能产生光电效应．(3)在光很弱时，放出电子的时间应远大于10－9 s.例1一验电器与锌板相连(如图4所示)，用一紫外线灯照射锌板，关灯后，验电器指针保持一定偏角．图4(1)现用一带负电的金属小球与锌板接触，则验电器指针偏角将________(填“增大”“减小”或“不变”)．(2)使验电器指针回到零，再用相同强度的钠灯发出的黄光照射锌板，验电器指针无偏转．那么，若改用强度更大的红外线灯照射锌板，可观察到验电器指针________(填“有”或“无”)偏转．答案(1)减小(2)无解析(1)当用紫外线灯照射锌板时，锌板发生光电效应，锌板放出光电子而带上正电，此时与锌板连在一起的验电器也带上了正电，故指针发生了偏转．当带负电的金属小球与锌板接触后，中和了一部分正电荷，从而使验电器的指针偏角减小．(2)使验电器指针回到零，用钠灯发出的黄光照射锌板，验电器指针无偏转，说明钠灯发出的黄光的频率小于锌的极限频率，而红外线比黄光的频率还要低，更不可能使锌板发生光电效应．能否发生光电效应与入射光的强弱无关．例2(多选)用如图5所示的光电管研究光电效应的实验中，用某种频率的单色光a照射光电管阴极K，电流计G的指针发生偏转．而用另一频率的单色光b照射光电管阴极K时，电流计G的指针不发生偏转，那么( )图5A．a光的频率一定大于b光的频率B．增加b光的强度可能使电流计G的指针发生偏转C．用a光照射光电管阴极K时通过电流计G的电流是由d到cD．只增加a光的强度可使通过电流计G的电流增大答案AD解析单色光b照射光电管阴极K时，电流计G的指针不发生偏转，说明没发生光电效应，故b光的频率较小，故A正确；发生光电效应只由频率决定，与光强无关，故B错误；发生光电效应时，电子从阴极K逸出向阳极A运动，电流方向应由c到d，故C错误；增加a光的强度，单位时间入射的光子数增加，因此单位时间逸出的光电子数增加，故D正确．针对训练(多选)如图6所示，电路中所有元件完好，光照射到光电管上，灵敏电流计中没有电流通过．其原因可能是( )图6A．入射光太弱B．入射光波长太长C．光照时间太短D．电源正、负极接反答案BD解析金属存在极限频率，超过极限频率的光照射金属时才会有光电子射出．射出的光电子的动能随频率的增大而增大，动能小时不能克服反向电压，也不会有光电流．入射光的频率低于极限频率，不能产生光电效应，与光照强弱无关，选项B正确，A错误；电路中电源正、负极接反，对光电管加了反向电压，若该电压超过了遏止电压，也没有光电流产生，D 正确；光电效应的产生与光照时间无关，C 错误．二、光电效应方程的理解与应用1．光电效应方程实质上是能量守恒方程．(1)能量为ε＝h ν的光子被电子所吸收，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)如果克服吸引力做功最少为W ，则电子离开金属表面时动能最大为E km ，根据能量守恒定律可知：E km ＝h ν－W .2．光电效应规律中的两条线索、两个关系：(1)两条线索：(2)两个关系：光强→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→产生光电子的最大动能大．例3 在光电效应实验中，某金属的极限频率相应的波长为λ0，该金属的逸出功为______．若用波长为λ(λ<λ0)的单色光做该实验，则其遏止电压为______．已知电子的电荷量、真空中的光速和普朗克常量分别为e 、c 和h .答案 hcλ0hc (λ0－λ)e λ0λ解析 由光电效应方程知，光电子的最大动能E km ＝h ν－W ，其中金属的逸出功W ＝h ν0，又由c ＝λν知W ＝hc λ0，用波长为λ的单色光照射时，其E km ＝hc λ－hc λ0＝hc λ0－λλ0λ.又因为eU ＝E km ，所以遏止电压U ＝E km e ＝hc (λ0－λ)e λ0λ. 例4 (多选)一单色光照到某金属表面时，有光电子从金属表面逸出，下列说法中正确的是( )A ．只增大入射光的频率，金属逸出功将减小B ．只延长入射光照射时间，光电子的最大动能将不变C ．只增大入射光的频率，光电子的最大动能将增大D ．只增大入射光的频率，光电子逸出所经历的时间将缩短答案 BC解析金属的逸出功由金属本身的构成决定，与入射光的频率无关，选项A错误；根据爱因斯坦光电效应方程E km＝hν－W可知，当金属的极限频率确定时，光电子的最大动能取决于入射光的频率，与光照强度、照射时间、光子数目无关，选项B、C正确，光电效应的产生是瞬时的，与入射光的频率无关，D错误．1．逸出功W对应着某一极限频率ν0，即W＝hν0，只有入射光的频率ν≥ν0时才有光电子逸出，即才能发生光电效应．2．对于某一金属(ν0一定)，入射光的频率决定着能否产生光电效应及光电子的最大动能，而与入射光的强度无关．3．逸出功和极限频率均由金属本身决定，与其他因素无关．1．(多选)如图7所示，用弧光灯照射擦得很亮的锌板，验电器指针张开一个角度，则下列说法中正确的是( )图7A．用紫外线照射锌板，验电器指针会发生偏转B．用红光照射锌板，验电器指针会发生偏转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答案AD解析将擦得很亮的锌板与验电器连接，用弧光灯照射锌板(弧光灯发出紫外线)，验电器指针张开一个角度，说明锌板带了电，进一步研究表明锌板带正电．这说明在紫外线的照射下，锌板中有一部分自由电子从表面飞出，锌板带正电，选项A、D正确．红光不能使锌板发生光电效应．2．利用光电管研究光电效应实验如图8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( )图8A ．用紫外线照射，电流表不一定有电流通过B ．用红光照射，电流表一定无电流通过C ．用频率为ν的可见光照射K ，当滑动变阻器的滑动触头移到A 端时，电流表中一定无电流通过D ．用频率为ν的可见光照射K ，当滑动变阻器的滑动触头向B 端滑动时，电流表示数可能不变答案 D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 错误．因不知阴极K 的极限频率，所以用红光照射时，不一定发生光电效应，所以选项B 错误．即使U AK ＝0，电流表中也可能有电流通过，所以选项C 错误．当滑动触头向B 端滑动时，U AK 增大，阳极A 吸收光电子的能力增强，光电流会增大，当所有光电子都到达阳极A 时，电流达到最大，即饱和电流．若在滑动前，电流已经达到饱和电流，那么即使增大U AK ，光电流也不会增大，所以选项D 正确．3．几种金属的逸出功W 见下表：用一束可见光照射上述金属的表面，请通过计算说明哪些能发生光电效应．已知该可见光的波长范围为4.0×10－7～7.6×10－7 m ，普朗克常量h ＝6.63×10－34 J·s. 答案 钠、钾、铷能发生光电效应解析 光子的能量E ＝hc λ，取λ＝4.0×10－7 m ，则E ≈5.0×10－19 J ，根据E ＞W 判断，钠、钾、铷能发生光电效应．一、选择题(1～8题为单选题，9～10题为多选题)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解析当用一束紫外线照射锌板时，产生了光电效应，有电子从锌板逸出，锌板带正电，选项C正确，A、B、D错误．2．某单色光照射某金属时不能产生光电效应，则下述措施中可能使该金属产生光电效应的是( )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答案 C解析光照射金属时能否产生光电效应，取决于入射光的频率是否大于等于金属的极限频率，与入射光的强度和照射时间无关，故选项A、B、D均错误；又因ν＝cλ，所以选项C 正确．图13．如图1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单色光照射光电管时不发生光电效应，则( ) A．A光的强度大于B光的强度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的电流方向是由a流向bD．用A光照射光电管时流过电流表G的电流方向是由b流向a答案 C解析根据产生光电效应的条件可知选项A、B均错误；电流的方向与正电荷定向移动的方向相同，与负电荷定向移动的方向相反，故选项C正确，D错误．4．某金属的逸出功为2.3 eV，这意味着( )A．这种金属内部的电子克服原子核引力做2.3 eV的功即可脱离表面B ．这种金属表层的电子克服原子核引力做2.3 eV 的功即可脱离表面C ．要使这种金属有电子逸出，入射光子的能量可能小于2.3 eVD ．这种金属受到光照时若有电子逸出，则电子离开金属表面时的动能至少等于2.3 eV 答案 B解析 逸出功指原子的最外层电子脱离原子核克服引力做的功，选项B 正确．5．如图2所示是光电效应中光电子的最大动能E km 与入射光频率ν的关系图像．从图中可知( )图2A ．E km 与ν成正比B ．入射光频率必须小于极限频率ν0时，才能产生光电效应C ．对同一种金属而言，E km 仅与ν有关D ．E km 与入射光强度成正比答案 C6．分别用波长为λ和23λ的单色光照射同一金属板，发出的光电子的最大初动能之比为1∶2，以h 表示普朗克常量，c 表示真空中的光速，则此金属板的逸出功为( ) A.hc 2λ B.3hc 2λ C.3hc 4λ D.2h λc答案 A解析 根据光电效应方程得E k1＝h c λ－W ① E k2＝h c23λ－W ②又E k2＝2E k1③联立①②③得W ＝hc 2λ，A 正确． 7．研究光电效应的电路如图3所示．用频率相同、强度不同的光分别照射密封真空管的钠极板(阴极K)，钠极板发射出的光电子被阳极A 吸收，在电路中形成光电流．下列光电流I 与A 、K 之间的电压U AK 的关系图像中，正确的是( )图3答案 C解析用频率相同的光照射同一金属时，发射出的光电子的最大动能相同，所以遏止电压相同；饱和光电流与光的强度有关，光的强度越大，饱和光电流越大，故选项C正确．8．实验得到金属钙的光电子的最大动能E km与入射光频率ν的关系如图4所示．下表中列出了几种金属的极限频率和逸出功，参照下表可以确定的是( )图4A.如用金属钨做实验得到的E km－ν图线也是一条直线，其斜率比图中直线的斜率大B．如用金属钠做实验得到的E km－ν图线也是一条直线，其斜率比图中直线的斜率大C．如用金属钠做实验得到的E km－ν图线也是一条直线，设其延长线与纵轴交点的坐标为(0，－E k2)，则E k2＜E k1D．如用金属钨做实验，当入射光的频率ν＜ν1时，可能会有光电子逸出答案 C解析由光电效应方程E km＝hν－W可知E km－ν图线是直线，且斜率相同，A、B项错；由表中所列的极限频率和逸出功数据可知C项正确，D项错误．9．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，饱和光电流变大B．入射光的频率变高，饱和光电流变大C．入射光的频率变高，光电子的最大动能变大D．保持入射光的光强不变，不断减小入射光的频率，始终有光电流产生答案AC解析在发生光电效应时，饱和光电流大小由光照强度来决定，与频率无关，光照强度越大饱和光电流越大，因此A正确，B错误；根据E km＝hν－W可知，对于同一光电管，逸出功W 不变，当频率变高时，最大动能E km变大，因此C正确；由光电效应规律可知，当频率低于极限频率时无论光照强度多大，都不会有光电流产生，因此D错误．10．图5为一真空光电管的应用电路，其阴极金属材料的极限频率为4.5×1014Hz，则以下判断正确的是( )图5A．发生光电效应时，电路中光电流的饱和值取决于入射光的频率B．发生光电效应时，电路中光电流的饱和值取决于入射光的强度C．用λ＝0.5 μm的光照射光电管时，电路中有光电流产生D．光照射时间越长，电路中的电流越大答案BC解析在光电管中若发生了光电效应，单位时间内发射光电子的数目只与入射光的强度有关，光电流的饱和值只与单位时间内发射光电子的数目有关．据此可判断A、D错误，B正确．波长λ＝0.5 μm的光子的频率ν＝cλ＝3×1080.5×10－6Hz＝6×1014 Hz＞4.5×1014 Hz，可发生光电效应，所以C正确．二、非选择题11．在某次光电效应实验中，得到的遏止电压U与入射光的频率ν的关系如图6所示．若该直线的斜率和纵截距分别为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________．图6答案 ek －eb解析 光电效应中，入射光子能量h ν，克服逸出功W 0后多余的能量转换为电子动能，eU ＝h ν－W ，整理得U ＝h e ν－W e ，斜率即h e＝k ，所以普朗克常量h ＝ek ，纵截距为b ，即eb ＝－W ，所以逸出功W ＝－eb .12．小明用金属铷为阴极的光电管观测光电效应现象，实验装置示意图如图7甲所示．已知普朗克常量h ＝6.63×10－34J·s.图7(1)图甲中电极A 为光电管的____________(选填“阴极”或“阳极”)；(2)实验中测得铷的遏止电压U 与入射光频率ν之间的关系如图乙所示，则铷的极限频率ν0＝________Hz ，逸出功W ＝________J ；(3)如果实验中入射光的频率ν＝7.00×1014Hz ，则产生的光电子的最大动能E k ＝________J. 答案 (1)阳极(2)5.15×10143.41×10－19(3)1.23×10－19解析 (1)在光电效应中，电子向A 极运动，故电极A 为光电管的阳极．(2)由题图可知，铷的极限频率ν0为5.15×1014Hz ，逸出功W ＝h ν0＝6.63×10－34×5.15×1014 J≈3.41×10－19J ．(3)当入射光的频率为ν＝7.00×1014Hz 时，由E k ＝h ν－h ν0得，光电子的最大动能为E k ＝6.63×10－34×(7.00－5.15)×1014 J≈1.23×10－19J.。
高中物理第2章波和粒子学案沪科版选修3-5
第2章 波和粒子一、光子能量的计算1．一个光子的能量E ＝hν，其中h 是普朗克常量，ν是光的频率． 2．一束光的能量E ＝nhν，n 为光子数目． 3．频率与波长的关系：ν＝c λ. 例1 激光器是一个特殊的光源，它发出的光便是激光，红宝石激光器发射的激光是不连续的一道一道的闪光，每道闪光称为一个光脉冲，现有一红宝石激光器，发射功率为1.0×1010W ，所发射的每个光脉冲持续的时间Δt 为1.0×10－11s ，波长为793.4 nm.问每列光脉冲的长度l 是多少？其中含有的光子数n 是多少？解析 以Δt 、l 和c 分别表示光脉冲的持续时间、长度和光在真空中的传播速度，由题意可知l ＝c Δt ①以P 和E 表示红宝石激光器发射的功率和光脉冲的能量，则有：E ＝P Δt ② 以λ和ν表示红宝石激光的波长和频率，则有ν＝cλ，因此就得到每个红宝石激光光子的能量hν＝hc λ③由②③式得到该列光脉冲含有的光子数n ＝E hν＝λP Δt hc④将数据代入①④式，就得到该列光脉冲的长度，含有的光子数分别为l＝3.0×10－3 m＝3.0 mm，n＝4.0×1017个．答案 3.0 mm 4.0×1017个二、光电效应规律及光电效应方程1．产生条件：入射光频率大于被照射金属的极限频率．2．入射光频率→决定每个光子的能量E＝hν→决定光电子逸出后的最大动能．3．入射光强度→决定每秒钟逸出的光电子数→决定光电流的大小．4．爱因斯坦光电效应方程E km＝hν－W.W表示金属的逸出功，又ν0表示金属的极限频率，则W＝hν0.例2关于光电效应，下列说法正确的是( )A．极限频率越大的金属材料逸出功越大B．只要光照射的时间足够长，任何金属都能产生光电效应C．从金属表面出来的光电子的最大动能越大，这种金属的逸出功越小D．入射光的光强一定时，频率越高，单位时间内逸出的光电子数就越多解析由爱因斯坦光电效应方程可知E km＝hν－W，所以极限频率越大，逸出功越大，A正确．低于极限频率的光，无论强度多大，照射时间多长，都不可能产生光电效应，B错误．光电子的最大动能还与入射光光子的频率有关，C错误．光强I＝nhν，光强一定时，当频率变大时，光子数反而变少，光电子数变少，D错误．答案 A例3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的最大动能是4.7×10－19 J．由此可知，钨的极限频率是(普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，光速c＝3.0×108 m/s，结果取两位有效数字)( )A．5.5×1014 Hz B．7.9×1014 HzC．9.8×1014 Hz D．1.2×1015 Hz解析由爱因斯坦光电效应方程得h cλ＝E km＋W，而金属的逸出功W＝hν0，由以上两式得，钨的极限频率为：ν0＝cλ－E kmh＝7.9×1014 Hz，B项正确．答案 B三、图像在光电效应规律中的应用1．E km－ν图像根据爱因斯坦光电效应方程E km ＝hν－W ，光电子的最大初动能E km 是入射光频率ν的一次函数，图像如图1所示．图1其横轴截距为金属的极限频率ν0，纵轴截距是金属的逸出功的负值；斜率为普朗克常量h . 2．I －U 图像光电流强度I 随光电管两极间电压U 的变化图像．图2中I m 为饱和光电流，U 0为遏止电压．利用12m e v 2m ＝eU 0可得光电子的最大动能．图2例4 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，可得到光电子的最大动能E km 随入射光频率ν变化的E km —ν图像．已知钨的逸出功是3.28 eV ，锌的逸出功是3.34 eV ，若将二者的图线画在同一个坐标图中，以实线表示钨，虚线表示锌，如图所示，则正确反映这一过程的图像是( )解析 根据E km ＝hν－W 知，图像斜率代表普朗克常量h ，所以两条线应平行；横轴截距代表了极限频率ν0，ν0＝W h，因此锌的ν0大些． 答案 A例5 在光电效应实验中，飞飞同学用同一光电管在不同实验条件下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线(甲光、乙光、丙光)，如图3所示．则可判断出( )图3A．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．乙光对应的极限频率大于丙光的极限频率D．甲光对应的光电子最大动能大于丙光的光电子最大动能解析由题图可知，甲、乙两光对应的反向截止电压均为U02，由爱因斯坦光电效应方程E km ＝hν－W及－eU02＝0－E km可知甲、乙两光频率相同，且均小于丙光频率，选项A、C均错；甲光频率小，则甲光对应的光电子最大动能小于丙光的光电子最大动能，选项D错误；乙光频率小于丙光频率，故乙光的波长大于丙光的波长，选项B正确．答案 B1．下列有关光的说法中正确的是( )A．光电效应表明在一定条件下，光子可以转化为电子B．大量光子易表现出波动性，少量光子易表现出粒子性C．光有时是波，有时是粒子D．康普顿效应表明光子和电子、质子等实物粒子一样也具有能量和动量答案BD2．能引起人的眼睛视觉效应的最小能量为10－18 J，已知可见光的平均波长约为0.6 μm，普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，则进入人眼的能量子数至少为( )A．1个 B．3个 C．30个 D．300个答案 B解析可见光的平均频率ν＝cλ，能量子的平均能量为E＝hν，引起视觉效应时E n＝nE，联立可得n＝3，B正确．3．根据不确定关系Δx·Δp x≥h4π，判断下列说法正确的是( ) A．采取办法提高测量Δx精度时，Δp x的精度下降B．采取办法提高测量Δx精度时，Δp x的精度上升C．Δx与Δp x测量精度与测量仪器及测量方法是否完备有关D．Δx与Δp x测量精度与测量仪器及测量方法是否完备无关答案AD解析不确定关系表明无论采用什么方法试图确定坐标和相应动量中的一个，必然引起另一个较大的不确定性，这样的结果与测量仪器及测量方法是否完备无关，无论怎样改善测量仪器和测量方法，都不可能逾越不确定关系所给出的限度．故A、D正确．图44.利用光电管研究光电效应实验如图4所示，用极限频率为ν0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，电流表中不一定有电流通过B．用紫外线照射，电流表中一定有电流通过C．用频率为ν0的可见光照射K，当滑动变阻器的滑动触头移到C端，电流表中一定无电流通过D．用频率为ν0的可见光照射K，当滑动变阻器的滑动触头向B端滑动时，电流表示数可能不变答案BD解析紫外线的频率大于可见光的频率，故一定能产生光电效应．故A错，B对；尽管P滑到C端但仍有少量电子能从金属板逸出到达阳极A，即有微弱电流，故C错．当光电流强度达到饱和时，既使增加正向电压光电流也不再增大，D对．5．已知金属钠产生光电效应的极限频率是6.00×1014 Hz(1)求金属钠的电子逸出功；(2)如果用某种单色光照射金属钠，发射的光电子的最大初动能是 1.14 eV，求这种单色光的波长．答案(1)2.49 eV (2)3.42×10－7 m解析(1)W＝hν0＝6.63×10－34×6.00×1014 J＝3.98×10－19 J＝2.49 eV.(2)由爱因斯坦光电效应方程hν－W＝E km，得h cλ＝W＋E km＝(2.49＋1.14) eV＝3.63 eV，所以λ＝hcE km＋W＝6.63×10－34×3×1083.63×1.6×10－19m＝3.42×10－7 m.。
物理选修35第二章第二节涅盘凤凰再飞翔第一课时标准版文档
4.从光电效应方程中，当初(dāngchū)动能为 可得极极限频率：
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由于光电效应 在电路中构成的电 流叫光电流。
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二、光电效应(ɡuānɡ diàn xiào yìng)
1的.规产律生：(chǎnshēng)光电效应的条件： 任何一种金属，都存在极限频率ν0，只需当 入射光频率ν>ν0时，才干发生光电效应.
2.光电子的最大初动能： 光电子的最大初动能Ekm与入射光强度无关， 只随入射光频率的增大而增大 .
3.光电流强度的决议要素:
单位时间内发射的光电子数目跟入射光的强度 成正比
4.光电效应的发生时间：几乎是瞬时发生的．
第三页，共6页。
三、爱因斯坦的光子(guāngzǐ)说：
普朗克的量子(liàngzǐ)假说：
在微观世界里，物理量的取值很多时候是不 延续的，只能(zhī nénɡ)取一些分立的值，这称 为量子化景象。
第二章 波和粒子(lìzǐ)
第二节 涅槃凤凰(fènghuáng)再 飞翔
第一课时
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一、光电效应(ɡuānɡ diàn xiào yìng) 与光物电体流在：光的照射下发射电子
(diànzǐ)的景象叫光电效应，发射 出来的电子(diànzǐ)叫光电子 (diànzǐ)。
光电管 就是利用光电效应制成的 一种光学元件，它的作用是把光信号 (xìnhào)转变为电信号(xìnhào)，
爱因斯坦的光子假说：
在空间传播的光不是延续的，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E 跟光的频率ν成正比。
光子的能量 E＝hν 其中h是一个常量，叫普朗克常量： h=6.63×10－34J.s
选修35第二章波和粒子2.2涅盘凤凰再飞翔
选修35第二章波和粒子2.2涅槃凤凰再飞翔测试题2019.91,一光电管的阴极用极限波长λ0=5.0×10-7m的钠制成。
用波长λ=3.0×10-7m的紫外线照射阴极，光电管阳极A和阴极K之间的电势差U =2.1V，光电流的饱和值I =0.56mA。
(l)求每秒内由K极发射的电子数。
(2)求电子到达A极时的最大动能。
(3)如果电势差U不变，而照射光的强度增到原值的3倍，此时电子到达A 极时的最大动能是多少？(普朗克恒量h=6.63×10-34J·s，电子的电量e=1.6×10-19C)。
2,(1)一颗质量为5.0kg的炮弹：以200m/s的速度运动时，它的德布罗意波长多大?假设它以光速运动，它的德布罗意波长多大?若要使它的德布罗意波长与波长是400nm的紫光波长相等，则它必须以多大的速度运动?（2）阴极射线管中电子的速度为2×107m/s,请计算它的德布罗意波波长．3,小灯泡的功率P=1W，设其发光向四周均匀辐射，平均波长λ=10-6cm，求在距离d =1.0×104m处，每秒钟落在垂直于光线方向上面 S =1cm2上的光电子数是多少？( h = 6.63 ×10-34J·S)4,一束向上射出的激光束功率为100W，截面积为1mm2，射向一个水平放置的铝箔，设铝箔的面积也为1mm2，铝的密度为2.7×103kg/m3，光线全部被铝箔吸收，求最多能托起的铝箔厚度？5,现用电子显微镜观测线度为d的某生物大分子的结构，为满足测量要求，将显微镜工作时电子的德布罗意波长设定为d/n，其中n＞1，已知普朗克恒量为h，电子质量m，电子电荷量e，电子的初速度不计，则显微镜工作时电子的加速电压应为多少？6,如图所示是利用光电效应现象测定金属极限频率的实验原理图，其中电源电动势为E，内阻为r，R0的总电阻为4r，两块平行金属板相距为d，当N受频率为υ的紫外线照射后，将发射沿不同方向运动的光电子，形成电流，从而引起电流计的指针偏转，若闭合开关S，调节R0逐渐增大极板间电压，可以发现电流逐渐减小．当电压表示数为U时，电流恰好为零．（已知普朗克常量h、电子电荷量e、电子质量m、光速为c）则⑴金属板N的极限频率为多大？⑵这时R pb为多大？⑶切断开关S，在MN间加垂直于纸面的匀强磁场，逐渐增大磁感应强度，也能使电流为零，当磁感应强度B为多大时，电流恰好为零？7,关于运动和力的关系，正确的是 ( )A．物体所受的合外力为零时，它的速度可能很大.B．力作用在物体上，只能使物体运动加快C．物体受力后做加速运动，如果这个力减小了，物体的速度也随着减小D．物体受力才能运动，力越大，物体的速度也越大，力停止后，运动物体也要停下来8,下面哪一组单位属于国际单位制的基本单位（）A. m.N.kgB. kg.m/s2.sC. m.kg.sD. m/s2.kg.N9,木块在粗糙水平面上以初速度V0自由运动时加速度大小为a，当用大小为F的水平拉力沿运动方向拉木块，木块加速度大小仍是a，若水平拉力F与运动方向相反，木块的加速度的大小是（）A．a B．3a C．2a D．a/210,某实验小组的同学在电梯的天花板上固定一根弹簧秤，使其测量挂钩向下，并在钩上悬挂一个重为10N的钩码．弹簧秤弹力随时间变化的规律可通过一传感器直接得出，如图所示．则下列分析正确的是（）A ．从时刻t 1到t 2，钩码处于超重状态B ．从时刻t 3到t 4，钩码处于失重状态C ．电梯可能开始在15 楼，先加速向下，接着匀速向下，再减速向下，最后停在1 楼D ．电梯可能开始在1 楼，先加速向上，接着匀速向上，再减速向上，最后停在15 楼测试题答案1, (1)每秒内由K 极发射的电子数：12105.3/⨯==e It n 个(2)由爱因斯坦光电效应方程得：)100.51100.31(1031063.6)11(7783400---⨯-⨯⨯⨯⨯⨯=-=-=λλνhc W h E k J=2.65×10-19J再由动能定理，有： k km E E eU -=到达A 极时的最大动能为:1.2106.11065.21919⨯⨯+⨯=+=--eU E E k km (J)=6.01×10-19J(3)当光强度增到原值三倍时，电子到达A 极时的最大动能不变。
高中物理 第2章 波和粒子 2.2 涅盘凤凰再飞翔学案 沪
2.2 涅槃凤凰再飞翔一、光电效应1．光电效应现象：在光的照射下物体发射电子的现象，发射出来的电子叫光电子。
2．光电效应的实验规律（1）入射光越强，饱和光电流越大，即入射光的强度越大，单位时间内产生逸出的光电子数目越多。
（2）当入射光的频率低于某频率时，不论光多强，照射时间多长，光电效应都不能发生。
这个引起光电效应的最低频率叫做截止频率或极限频率。
不同金属的截止频率不同。
（3）在入射光的频率大于金属的极限频率情况下，光电子的能量与入射光的强度无关，而随入射光频率的增加而增加。
（4）在入射光的频率大于金属的极限频率情况下，光射到金属上几乎立即产生光电效应，时间不超过10－9 s 。
预习交流1做光电效应实验时，为什么要事先给锌板带上负电？ 答案：事先给锌板带上负电，验电器锡箔张开一定角 度，当锌板发生光电效应时，锌板因失去电子带上正电，使验电器锡箔张开的夹角变小，这样便于观察光电效应现象。
二、爱因斯坦光子说爱因斯坦提出光在空间传播时不是连续的，而是一份一份的，一份叫做一个光量子，简称光子。
光子的能量E ＝hν。
预习交流2描述波的物理量及波动特有的现象是什么？粒子具有哪些特性？答案：描述波的物理量有波长、频率和波速，波动特有的现象是干涉和衍射。
粒子具有质量、能量和动量，还具有与其他物质碰撞、入射、贯穿、结合等作用。
三、光子说的又一明证——康普顿效应1．康普顿效应：在散射线中，除了有与入射线波长相同的射线外，还有波长比入射线波长更长的射线，人们把这种波长变化的现象叫康普顿效应。
2．光子的动量：爱因斯坦指出，光子不仅具有能量，还和实物粒子一样具有动量，其大小为p ＝hνc ＝h λ，其方向为光的传播方向。
预习交流3太阳光从窗口射入室内时，我们从侧面可以看到这束光，白天天空都是亮的。
宇航员在太空中时，尽管太阳光耀眼刺目，但其他方向的天空却是黑的，为什么？答案：地球表面存在大气，太阳光经大气微粒的散射后传向各个方向，所以白天天空都是亮的。
沪科版高中物理选修(3-5)2.1-2.2《拨开黑体辐射的疑云 涅盘凤凰再飞翔》ppt课件
答案
A
C
BD
1
2
3
4
4 ． (2014· 广东 · 18) 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，下列说法正确的是( )
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
表面时的动能．如果克服吸引力做功最少为W，则电子离开金
属表面时动能 . hν－W 最大 为Ekm，根据能量守恒定律可知：Ekm＝
2．光电效应方程说明了产生光电效应的条件．
若发生光电效应，则光电子的最大动能必须大于零，即Ekm＝
hν－W>0，亦即hν> ， ν> W
效应的极限频率．
W ＝ν0，而ν0＝ W h h
答案
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二、光电效应的实验规律
问题设计
如图3所示，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．电源加在
K和A之间的电压大小可以调整，正负极也
可以对调． (1)加在光电管两极间电压为零时，用紫光照射阴极K，回路中有 图3 电流吗？改变入射光强度，光电流大小如何变化？
答案
有．光越强，光电流越大．
新知呈现
3．(2)完全 绝对黑体 (3) ①增大 ②较短
4．(1)整数倍 nhν hν 频率 普朗克常量
(2)不能连续变化 分立值
知识储备区
5．(1)电子 光电子 (2) ①高于这个极限频率 ②入射光频率 无关 ③入射光的强度 ④瞬时 1×10－9 s 6．(1)不连续 一份一份 hν (2)最小值 逸出功 7．(1)更长 (2)动量 (3) h
高中物理 第二章 波和粒子 2.2 涅盘凤凰再飞翔教案 沪科版选修35
2.2 涅槃凤凰再飞翔一、教学目标（一）知识与技能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。
（二）过程与方法经历科学探究过程，认识科学探究的意义，尝试应用科学探究的方法研究物理问题，验证物理规律。
（三）情感、态度与价值观领略自然界的奇妙与和谐，发展对科学的好奇心与求知欲，乐于探究自然界的奥秘，能体验探索自然规律的艰辛与喜悦。
二、教学重点难点重点：光电效应的实验规律难点：爱因斯坦光电效应方程以及意义三、教学过程（一）导入新课【教师讲解】光究竟是什么？让我们再次回顾历史上对光的本性之争。
最初，牛顿认为光是一种微粒，惠更斯认为是一种波，二者都各自能解释一些现象，由于牛顿在学术界的地位，而波动说又缺少有力的实验事实，人们倾向于光是一种粒子的看法。
直到发现了光的干涉、衍射这一波特有的现象之后，人们才开始从波的角度研究光。
麦克斯韦提出光是一种电磁波，并建立了完善的电磁场理论，光的波动理论似乎很完美了。
既然如此，为什么本节又要谈论“光的粒子性”呢？让我们先做一个实验。
实验演示：（参见教材图17.2-1）教师介绍实验器材，并说明由于实验室没有锌板，用光电管代替，然后演示，引导学生观察电流表的指针偏转情况。
（课件辅助讲述）用弧光灯照射擦得很亮的锌板，(注意用导线与不带电的验电器相连），使验电器张角增大到约为 30度时，再用与丝绸磨擦过的玻璃棒去靠近锌板，则验电器的指针张角会变大。
学生：认真观察实验。
启发猜想：为什么用紫外线照射锌板会引发验电器的指针偏转？（学生会提出多种猜想）引导分析：锌板本身是电中性的，现在它带了正电，说明在紫外线的照射下锌板中的自由电子跑了。
【教师提问】为什么在紫外线的照射下锌板中的自由电子会跑出来呢？引导分析：让学生结合以前的知识回想电子在核外运动的运动情况；光波是一种电磁波，它要形成电场，电子处在电场中要受到电场力的作用。
启发猜想：改用其他的光（比如红光）来照射会不会照射出电子？或用其他的材料做实验会不会照射出电子？学生根据已有的知识，猜想一定会发生与刚才相同的现象，然而这是做实验却没有电子跑出来。
高中物理 第2章 波和粒子 2 涅盘再飞翔精练沪教沪教高二物理试题
点囤市安抚阳光实验学校2．2 涅槃再飞翔1.通过了解光电效的规律．2.知道爱因斯坦光电效方程及其意义．(＋难点)3．了解康普顿效，了解光子的动量．[学生用书P24]一、光电效1．义：在光的照射下物体发射电子的现象叫光电效，发射出来的电子叫光电子．2．光电效规律(1)对于各种金属都存在着一个极限频率，当入射光的频率高于这个极限频率时，才能产生光电效；如果入射光的频率低于这个极限频率，无论光多么强，照射时间多长，都不会产生光电效．(2)光电子的最大动能随着入射光频率的增加而增加，与入射光的强度无关．(3)当产生光电效时，单位时间内从金属表面逸出的电子数与入射光的强度有关，光的强度越大，单位时间内逸出的电子数越多．(4)入射光射到金属表面时，光电子的产生几乎是瞬时的，不超过1×10－9s.1．光电子是光子吗？提示：不是．光子是指光在空间传播时的每一份能量，光子不带电，是微观领域中的一种粒子；而光电子是金属表面受到光照射发射出来的电子，因此其本质就是电子．二、爱因斯坦的光子说1．爱因斯坦的光子说：光在空间传播时是不连续的，而是一份一份的，一份叫做一个光量子，简称光子．频率为ν的光子能量为hν，这就是爱因斯坦的光子说．2．逸出功：在产生光电效时，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．3．光电效方程(1)表达式：hν＝E km＋W或E km＝hν－W．(2)物理意义：金属中电子吸收一个光子获得的能量是hν，这些能量一用于克服金属的逸出功W，剩下的表现为逸出后电子的动能E k．2．光电子的最大初动能是否与入射光子的能量成正比？提示：不是．由hν＝W＋E km得，E km＝hν－W，所以光电子的最大初动能与入射光子的能量是一次函数关系，而不是正比关系．三、光子说的又一明证——康普顿效1．康普顿效：光在介质中与物质微粒相互作用，因而传播方向发生改变，这种现象叫做光的散射．物理学家康普顿在研究石墨射线的散射时发现，在散射射线中，除了有与入射线波长相同的射线外，还有波长比入射线波长更长的射线．人们把这种波长变化的现象称为康普顿效．2．光子的动量：表达式：p ＝hνc ＝hλ．在康普顿效中，当入射光子与晶体中的电子碰撞时，要把一动量转移给电子，因此有些光子散射后波长变大．3．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再散射只向前传播．光电效的理解及用[学生用书P24]1．光电效的规律(1)每种金属都有一的极限频率，当入射光的频率低于极限频率时不管入射光的强度多大、照射时间多长都不会产生光电子，一旦入射光的频率超过极限频率，则不管光有多么弱都会产生光电效，发出光电子．(2)光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只与入射光的频率有关．(3)光电效的发生具有瞬时性，从光照到金属表面到产生光电子的时间大约为10－9秒．(4)当入射光的频率大于极限频率时，单位时间内发射出的光电子数与入射光的强度成正比．2．对光电效的理解(1)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光子的总能量，是由入射光子数和入射光子的频率决的．可用P ＝nhν表示，其中n 为单位时间内的光子数．(2)在入射光频率不变的情况下，光的强度与单位时间内照射到金属表面上单位面积的光子数成正比．(3)对于不同频率的入射光，即使光的强度相，在单位时间内照射到金属单位面积的光子数也不相同，从金属表面逸出的光电子数不同，形成的光电流不同．(4)饱和光电流：指光电流的最大值(即饱和值)，在光电流未达到最大值之前，因光电子尚未形成光电流，所以光电流的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，电压越大，被吸引变成光电流的光电子越多．(5)饱和光电流与入射光的强度成正比：在入射光频率不变的情况下，光电流的最大值与入射光的强度成正比．原因是在高电压下光电子个数决了光电流大小，而电子个数决于入射光强度．“频率高，光子能量大，光就强，产生的光电流也强”“光电子的初动能大，电子跑得快，光电流就强”说法均是错误的．总之，在理解光电效规律时特别注意以下几个关系： 照射光频率――→决着⎩⎪⎨⎪⎧是否产生光电效发生光电效时光电子的最大初 动能 照射光强度――→决着单位时间内发射出来的电子数(1)只有入射光的频率大于使该金属发生光电效的极限频率，才能发生光电效现象．(2)极限频率只与发生光电效的金属有关，而遏止电压只与入射光的频率有关，饱和电流只与入射光的强度有关．3．与光电效有关的图像问题在理解光电效方程的基础上，把其数学关系式与数学函数图像结合起来，经分析、推导得出图像的斜率及在图像横、纵坐标轴上的截距所对的物理量，从而理解它们的物理意义，有效提高自身用数学解决物理问题的能力．(1)最大初动能与入射光频率的关系该图像对的函数式E k ＝hν－W 0，图像与横轴的交点坐标为极限频率，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对的反向遏止电压相同．而饱和光电流强度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，反向遏止电压越大．(3)反向遏止电压与入射光频率的关系该图像的对函数式为U c ＝hν－W 0e，故从图像可以直接读出金属的极限频率，由极限频率可算出普朗克常量，由纵轴截距可推算出金属的逸出功．入射光照到某金属表面发生光电效，若入射光的强度减弱，而频率保持不变，则下列说法中正确的是( )A ．从光照射到金属表面上到金属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[思路] 用光电效的规律进行分析．[解析] 发生光电效几乎是瞬时的，跟入射光的强度无关．故A 错误．能否发生光电效，与入射光的强度无关，只要入射光的频率大于极限频率即可．故D 错误．光电子的最大初动能跟入射光的频率有关，跟入射光的强度无关，所以B 错误．入射光强度减弱，即入射光子数减少，入射光子与逸出光电子是一对一关系，因而逸出的光电子数亦减少，故C 正确．[答案] C(多选)在做光电效的时，某金属被光照射发生了光电效，测得光电子的最大初动能E k与入射光的频率ν的关系如图所示，由图线可求出( ) A．该金属的极限频率和极限波长B．普朗克常量C．该金属的逸出功D．单位时间内逸出的光电子数[解析] 依据光电效方程E k＝hν－W0可知，当E k＝0时，ν＝ν0，即图像中横坐标的截距在数值上于金属的极限频率．图线的斜率k＝E kν－ν0.可见图线的斜率在数值上于普朗克常量．根据图像，假设图线的线与E k轴的交点为C，其截距大小为W0，有k＝W0ν0.而k＝h，所以，W0＝hν0.即图像中纵坐标轴的截距在数值上于金属的逸出功．[答案] ABC(多选)光电效中，下列表述正确的是( ) A．光照时间越长光电流越大B．入射光足够强就可以有光电流C．遏止电压与入射光的频率有关D．入射光频率大于极限频率才能产生光电子解析：选CD.要产生光电效入射光的频率必须大于一个最小频率，即极限频率，当入射光的频率小于极限频率时，不管光的强度多大都不会产生光电效，与光照时间无关，故D正确，A、B错误；对同一种金属，入射光的频率越大，光电子的最大初动能越大，需要的遏止电压越大，C正确．爱因斯坦光电效方程[学生用书P26]1．光子说：爱因斯坦于19提出，在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光子，光子的能量跟它的频率成正比，即E＝hν，式中h为普朗克常量．(h＝6.63×10－34 J·s)．2．光电效方程：E km＝hν－W.其中E km＝12m e v2m为光电子的最大初动能，W为金属的逸出功．注意要正确理解光电效方程．(1)式中E km是光电子的最大初动能，就某个光电子而言，其离开金属时的动能大小可以是0～E km范围内的任何数值．(2)光电效方程表明，光电子的最大初动能与入射光的频率ν呈线性关系(注意不是正比关系)，与光强无关．(3)光电效方程包含了产生光电效的条件，即E km＝hν－W>0，亦即hν>W，ν>W h ＝ν0，而ν0＝Wh就是金属的极限频率．(4)光电效方程实质上是能量守恒方程．(5)逸出功W ：电子从金属中逸出所需要的克服束缚而消耗的能量的最小值，叫做金属的逸出功．光电效中，从金属表面逸出的电子消耗能量最少．(1)由爱因斯坦光电效方程求得的是光电子的最大初动能，即从金属表面逸出的电子的动能．(2)逸出功的大小由金属本身决，与其他因素无关．铝的逸出功是 4.2 eV ，现在将波长200 nm 的光照射铝的表面． (1)求光电子的最大初动能． (2)求遏止电压． (3)求铝的截止频率．[思路] 根据爱因斯坦光电效方程 hν＝E km ＋W 可得E km ＝hcλ－W ，可求得最大初动能．由 E km ＝eU 可求得遏止电压．铝的截止频率由ν0＝Wh可求．[解析] (1)根据光电效方程E km ＝hν－W ，可得E km ＝hcλ－W ＝6.63×10－34×3.0×108200×10－9J －4.2×1.6×10－19 J ＝3.225×10－19J. (2)由E km ＝eU ，可得U ＝E km e ＝3.225×10－191.6×10－19 V ≈2.016 V.(3)由hν0＝W 知，ν0＝W h ＝4.2×1.6×10－196.63×10－34Hz ≈1.014×1015Hz. [答案] (1)3.225×10－19J (2)2.016 V(3)1.014×1015Hz错误!解答此类问题，除了注意对爱因斯坦光电效方程的理解，还要注意hν＝E km ＋W 、ν＝cλ、W ＝hν0和E km ＝eU 的综合用．在某次光电效中，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________．解析：根据光电效方程E km ＝hν－W 0及E km ＝eU c 得U c ＝hνe －W 0e ，故he ＝k ，b＝－W 0e，得h ＝ek ，W 0＝－eb .答案：ek －eb对康普顿效的理解[学生用书P26]1．康普顿效：物理学家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．2．光子说对康普顿效的解释假X 射线光子与电子发生弹性碰撞．(1)光子和电子相碰撞时，光子有一能量传给电子，散射光子的能量减少，于是散射光的波长大于入射光的波长．(2)因为碰撞中交换的能量与碰撞的角度有关，所以波长改变与散射角有关．3．光子的动量：由质量方程E ＝mc 2和光子的能量hν，得光子的质量m ＝hνc 2.根据动量的义式p ＝mc ＝hνc 2·c ＝hνc ，又由λ＝cν，所以光子的动量为p ＝h λ. 康普顿效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．光电效用于电子吸收光子的问题；而康普顿效讨论光子与电子碰撞且没有被电子吸收的问题．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( )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′[思路] 熟练运用E ＝hν和ν＝cλ是解此题的关键．[解析] 能量守恒和动量守恒是自然界的普遍规律，适用于宏观也适用于微观．光子与电子碰撞时遵循这两个守恒规律．光子与电子碰撞前光子的能量E ＝hν＝h cλ，当光子与电子碰撞时，光子的一些能量转移给了电子，光子的能量E ′＝hν′＝h cλ′，由E >E ′，可知λ<λ′，选项C 正确．[答案] C错误!从本题讨论可知，不论光子和电子碰撞后是否处于一条直线上，碰撞后光子的波长总是大于碰撞前的波长，即碰后光子的能量、动量均小于碰前光子的能量、动量．[随堂检测][学生用书P27]1．一束绿光照射某金属发生了光电效，则下列选项中正确的是( ) 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，则逸出的光电子将具有更大的动能C．若改用紫光照射，则逸出的光电子将具有更大的动能D．若改用紫光照射，则单位时间内逸出的光电子数目增加解析：选C.在光电效中，入射光的频率决能否发生光电效，在能产生光电效时，入射光的强度影响单位时间内逸出的光电子数目，入射光的频率影响逸出光电子的初动能的大小．选项C正确．2．利用光子说对光电效进行解释，下列正确的是( )A．金属表面的一个电子只能吸收一个光子B．电子吸收光子后一能从金属表面逸出，成为光电子C．金属表面的一个电子吸收若干个光子，积累了足够的能量才能从金属表面逸出D．无论光子能量大小如何，电子吸收光子并累积能量后，总能逸出成为光电子解析：选A.根据光子说，金属中的一个电子一次只能吸收一个光子，若所吸收的光子频率大于金属的极限频率，电子才能逃离金属表面，成为光电子，且光子的吸收是瞬时的，不需时间的积累，故A选项正确．3．(多选)光电效的装置如图所示，则下面说法中正确的是( )A．用紫外线照射锌板，验电器指针会发生偏转B．用红外线照射锌板，验电器指针会发生偏转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解析：选AD.用紫外线照射连接灵敏验电器的锌板，验电器的指针就张开一个角度，进一步验证知道锌板带的是正电．这是由于在紫外线照射下，锌板中有一自由电子从表面飞出去，锌板缺少电子，于是带正电．验电器与锌板相连，验电器也带正电．所以选项A、D正确．4．光子有能量，也有动量，动量p＝hλ，它也遵守有关动量的规律．如图所示，真空中，有一“∞”字形装置可绕通过横杆中点的竖直轴OO′在水平面内灵活地转动，其中左边是圆形黑纸片(吸收光子)，右边是和左边大小、质量相同的圆形白纸片(反射光子)．当用平行白光垂直照射这两个圆面时，关于装置开始转动情况(俯视)的下列说法中正确的是( )A．顺时针方向转动B．逆时针方向转动C．都有可能D．不会转动解析：选B.设入射光子的动量为p，由于黑纸片吸收光子，光子的动量变化量的大小Δp1＝p，白纸片反射光子，光子的动量变化量的大小Δp2＝2p，根据动量理可知，光子对白纸片的冲击力大些．5．从19起，物理学家密立根开始以精湛的技术测量光电效中几个重要的物理量．他通过如图甲所示的装置测量某金属的遏止电压U c与入射光频率ν作出U c－ν的图像，由此算出普朗克常量h，并与普朗克根据黑体辐射测出的h相比较以检验爱因斯坦光电效方程的正确性．图乙中频率ν1、ν2、遏止电压U c1、U c2及电子的电荷量e 均为已知，求：(1)普朗克常量h ；(2)该金属的截止频率ν0.解析：根据爱因斯坦光电效方程E k ＝hν－W 0及动能理eU c ＝E k 得U c ＝he ν－heν0 结合题图乙有k ＝h e ＝U c2－U c1ν2－ν1＝U c1ν1－ν0解得普朗克常量h ＝e （U c2－U c1）ν2－ν1，ν0＝U c2ν1－U c1ν2U c2－U c1.答案：(1)e （U c2－U c1）ν2－ν1 (2)U c2ν1－U c1ν2U c2－U c1[课时作业][学生用书P90(单独成册)]一、单项选择题1．关于光电效，下列几种表述正确的是( ) A ．金属的极限频率与入射光的频率成正比 B ．光电流的强度与入射光的强度无关C ．用不可见光照射金属一比用可见光照射同种金属产生的光电子的最大初动能要大D ．对于任何一种金属都存在一个“最大波长”，入射光的波长必须小于这个波长，才能产生光电效解析：选D.金属的极限频率由该金属决，与入射光的频率无关，光电流的大小随入射光强度增大而增大，选项A 、B 错误；不可见光包括能量比可见光大的紫外线、X 射线、γ射线，也包括能量比可见光小的红外线、无线电波，选项C 错误；任何一种金属都存在一个“最大波长”，入射光波长小于这个波长，才能产生光电效，故正确选项为D.2．某种单色光的频率为ν，用它照射某种金属时，在逸出的光电子中动能最大值为E k ，则这种金属的逸出功和极限频率分别是( )A ．h ν－E k ，ν－E k hB ．E k －hν，ν＋E khC ．h ν＋E k ，ν－hE kD ．E k ＋hν，ν＋hE k解析：选A.根据光电效方程得，W ＝hν－E k .根据W ＝hν0知极限频率ν0＝W h ＝ν－E kh. 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，可得到光电子最大初动能E k 随入射光频率ν变化的E k －ν图像，已知钨的逸出功是3.28 eV ，锌的逸出功是3.34 eV ，若将两者的图像分别用实线与虚线画在同一个E k －ν图上，则下图中正确的是( )解析：选A.根据光电效方程E k＝hν－W0可知E k－ν图像的斜率为普朗克常量h，因此图中两线平行，知C、D错；图线与横轴的交点表示恰能发生光电效(光电子动能为零)时的入射光频率即极限频率．由光电效方程可知，逸出功越大的金属对的入射光的频率越高，所以能使金属锌发生光电效的极限频率较高，所以A对，B错．4．白天的天空各处都是亮的，是大气分子对太阳光散射的结果．物理学家康普顿由于在这方面的研究而荣获了1927年的诺贝尔物理学奖．假设一个运动的光子和一个静止的自由电子碰撞以后，电子向某一个方向运动，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．波长变长解析：选D.光子与电子碰撞时，遵守动量守恒律和能量守恒律，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、能量减小．故选项D 正确．5．以往我们认识的光电效是单光子光电效，即一个电子在极短时间内只能吸收到一个光子而从金属表面逸出．强激光的出现丰富了人们对于光电效的认识，用强激光照射金属，由于其光子密度极大，一个电子在极短时间内吸收多个光子成为可能，从而形成多光子光电效，这已被证实．光电效装置示意图如图所示．用频率为ν的光源照射阴极K，没有发生光电效，换用同样频率ν的强激光照射阴极K，则发生了光电效；此时，若加上反向电压U，即将阴极K 接电源正极，阳极A接电源负极，在KA之间就形成了使光电子减速的电场．逐渐增大U，光电流会逐渐减小；当光电流恰好减小到零时，所加反向电压U可能是下列的(其中W为逸出功，h为普朗克常量，e为电子电量)( ) A．U＝hνe－WeB．U＝2hνe－WeC．U＝2hν－W D．U＝5hν2e－We解析：选B.以从阴极K逸出的且具有最大初动能的光电子为研究对象，由动能理得：－Ue＝0－12mv2m①由光电效方程得：nhν＝12mv2m＋W(n＝2，3，4…) ②由①②式解得：U＝nhνe－We(n＝2，3，4…)故选项B正确．6．在光电效中，飞飞同学用同一光电管在不同条件下得到了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，则可判断出正确的是( ) 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．乙光对的截止频率大于丙光的截止频率D ．甲光对的光电子最大初动能大于丙光的光电子最大初动能解析：选B.当光电管两端加上反向截止电压光电流为零时，则由动能理得12mv 2－0＝eU c ，对同一光电管逸出功W 0相同，使用不同频率的光照射，有hν－W 0＝12mv 2，两式联立可得，h ν－W 0＝eU c .丙光的反向截止电压最大，则丙光的频率最大，选项A 、C 错误；又λ＝cν可知，λ丙<λ乙，选项B 正确；又hν－W 0＝12mv 2－0＝eU c 可知，丙光对的光电子最大初动能最大，选项D 错误． 二、多项选择题7．已知能使某金属产生光电效的极限频率为ν0，下列说法正确的是( )A ．当用频率为2ν0的单色光照射该金属时，一能产生光电子B ．当用频率为2ν0的单色光照射该金属时，所产生的光电子的最大初动能为hν0C ．当照射光的频率ν大于ν0时，若ν增大，则逸出功增大D ．当照射光的频率ν大于ν0时，若ν增大一倍，则光电子的最大初动能也增大一倍解析：选AB.因照射光的频率大于极限频率产生光电效，所以A 正确；因为极限频率为ν0，所以W ＝hν0，再E k ＝hν－W 得，E k ＝2hν0－hν0＝hν0，B正确；因为逸出功是光电子恰好逸出时需要的功，对于同种金属是恒的，故C项错误；由E k ＝hν－W ＝hν－hν0＝h (ν－ν0)，当ν加倍时，E k ′E k ＝2ν－ν0ν－ν0≠2，故D 项错误．8．在光电效中，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 ，则一有U a ＜U bB ．若νa ＞νb ，则一有E k a ＞E k bC ．若U a ＜U b ，则一有E k a ＜E k bD ．若νa ＞νb ，则一有hνa －E k a ＞hνb －E k b解析：选BC.设该金属的逸出功为W ，根据爱因斯坦光电效方程有E k ＝hν－W ，同种金属的W 不变，则逸出光电子的最大初动能随ν的增大而增大，B项正确；又E k ＝eU ，则最大初动能与遏止电压成正比，C 项正确；根据上述有eU ＝hν－W ，遏止电压U 随ν增大而增大，A 项错误；又有hν－E k ＝W ，W 相同，则D 项错误．9．物理学家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．关于康普顿效，以下说法正确的是( )A．康普顿效现象说具有波动性B．康普顿效现象说具有粒子性C．当光子与晶体中的电子碰撞后，其能量增加D．当光子与晶体中的电子碰撞后，其能量减少解析：选BD.康普顿效说具有粒子性，A项错误，B项正确；光子与晶体中的电子碰撞时满足动量守恒和能量守恒，故二者碰撞后，光子要把能量转移给电子，光子的能量会减少，C项错误，D项正确．10．如图所示是某金属在光的照射下，光电子最大初动能E k与入射光频率ν的关系图像，由图像可知( )A．该金属的逸出功于EB．该金属的逸出功于hν0C．入射光的频率为ν0时，产生的光电子的最大初动能为ED．入射光的频率为2ν0时，产生的光电子的最大初动能为2E解析：选AB.题像反映了光电子的最大初动能E k与入射光频率ν的关系，根据爱因斯坦光电效方程E k＝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E k＝0，此时有hν0＝W0，即该金属的逸出功于hν0，选项B正确；根据图线的物理意义，有W0＝E，故选项A正确，而选项C、D错误．三、非选择题11．氦氖激光器发射波长为6 328 A。
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2.2 涅槃凤凰再飞翔[学习目标] 1.了解光电效应及其实验规律，以及光电效应与电磁理论的矛盾.2.知道爱因斯坦光电效应方程及应用.3.了解康普顿效应及其意义，了解光子的动量．一、光电效应及其实验规律[导学探究]1．探究光电效应产生的条件如图1所示，取一块锌板，用砂纸将其一面擦一遍，去掉表面的氧化层，连接在验电器上(弧光灯发射紫外线)．图1(1)用弧光灯照射锌板，看到的现象为_______________________________________________，说明___________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________.(2)在弧光灯和锌板之间插入一块普通玻璃板，再用弧光灯照射，看到的现象为__________ ____________________________________________，说明____________________________ ________________________________________________________________________.(3)撤去弧光灯，换用白炽灯发出的强光照射锌板，并且照射较长时间，看到的现象为________________________________________________________________________，说明________________________________________________________________________．答案(1)验电器箔片张开锌板带电了．弧光灯发出的紫外线照射到锌板上，在锌板表面发射出光电子，从而使锌板带上了正电(2)箔片张角明显减小锌板产生光电效应是光中紫外线照射的结果而不是可见光(3)观察不到箔片张开可见光不能使锌板发生光电效应2．研究光电效应的规律如图2甲是研究光电效应现象的装置图，图乙是研究光电效应的电路图，请结合装置图及产生的现象回答下列问题：图2(1)在甲图中发现，利用紫外线照射锌板无论光的强度如何变化，验电器都有张角，而用红光照射锌板，无论光的强度如何变化，验电器总无张角，这说明了什么？(2)在乙图中光电管两端加正向电压，用一定强度的光照射时，若增加电压，电流表示数不变，而光强增加时，同样电压，电流表示数会增大，这说明了什么？(3)在乙图中若加反向电压，当光强增大时，遏止电压不变，而入射光的频率增加时，遏止电压却增加，这一现象说明了什么？(4)光电效应实验表明，发射电子的能量与入射光的强度无关，而与光的频率有关，试用光子说分析原因．答案(1)金属能否发生光电效应，决定于入射光的频率，与入射光的强度无关．(2)保持入射光频率不变，当发生光电效应时，飞出的光电子个数只与光的强度有关．(3)光电子的能量与入射光频率有关，与光的强度无关．(4)由于光的能量是一份一份的，那么金属中的电子也只能一份一份地吸收光子的能量．而且这个传递能量的过程只能是一个光子对应一个电子的行为．如果光的频率低于极限频率，则光子提供给电子的能量不足以克服原来的束缚，就不能发生光电效应．而当光的频率高于极限频率时，能量传递给电子以后，电子摆脱束缚要消耗一部分能量，剩余的能量以光电子的动能形式存在．[知识梳理]1．光电效应在光的照射下物体发射电子的现象叫做光电效应．发射出来的电子叫光电子．2．光电效应的实验规律(1)对于各种金属都存在着一个极限频率，当入射光的频率高于这个极限频率时，才能产生光电效应；(2)光电子的最大动能随着入射光频率的增加而增加，与入射光的强度无关；(3)保持入射光频率不变，当产生光电效应时，单位时间内从金属表面逸出的电子数与入射光的强度有关；(4)入射光射到金属表面时，光电子的产生几乎是瞬时的，不超过1×10－9s.[即学即用] 判断下列说法的正误．(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)“光子”就是“光电子”的简称．( ×)二、爱因斯坦的光子说[导学探究] 用如图3所示的装置研究光电效应现象．用光子能量为2.75eV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动触头，发现当电压表的示数大于或等于1.7V时，电流表示数为0.图3(1)光电子的最大动能是多少？遏止电压为多少？(2)光电管阴极的逸出功又是多少？(3)当滑动触头向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，光电子最大动能如何变化？遏止电压呢？答案(1)1.7eV 1.7V(2)W＝hν－E km＝2.75eV－1.7eV＝1.05eV(3)变大(4)变大变大[知识梳理]1．光子说：光在空间传播时是不连续的，而是一份一份的，一份叫做一个光量子，简称光子．光子的能量E＝hν.2．逸出功使电子脱离某种金属所做功的最小值，用W表示，不同金属的逸出功不同．3．最大动能：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．遏止电压与极限频率(1)遏止电压：使光电流减小到零的反向电压．(2)极限频率：能使某种金属发生光电效应的最小频率叫做该种金属的极限频率．不同的金属对应着不同的极限频率．5．光电效应方程(1)表达式：hν＝E km＋W或E km＝hν－W.(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W，剩下的表现为逸出后电子的最大动能．(3)光电效应方程说明了产生光电效应的条件若有光电子逸出，则光电子的最大动能必须大于零，即E km ＝hν－W >0，亦即hν>W ，ν>W h ，而ν0＝W h 恰好是光电效应的极限频率．[即学即用] 判断下列说法的正误．(1)从金属表面出来的光电子的最大动能越大，这种金属的逸出功越小．( × )(2)光电子的最大动能与入射光的频率成正比．( × )(3)入射光若能使某金属发生光电效应，则该入射光的强度越大，照射出的光电子越多．( √ )(4)遏止电压的大小与入射光的频率有关，与入射光的光强无关．( √ )三、康普顿效应[导学探究] 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？答案 在地球上存在着大气，太阳光经大气中微粒散射后传向各个方向，而在太空中的真空环境下光不再散射只向前传播．[知识梳理]1．康普顿效应美国物理学家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，除了与入线射波长相同的成分外，还有波长大于入射线波长的成分，这个现象称为康普顿效应．2．康普顿效应的意义：康普顿效应表明光子除了具有能量之外，还具有动量，进一步为光的粒子性提供了证据．3．光子的动量表达式：p ＝h λ.[即学即用] 判断以下说法的正误．(1)光子的动量与波长成反比．( √ )(2)光子发生散射后，其动量大小发生变化，但光子的频率不发生变化．( × )(3)有些光子发生散射后，其波长变大．( √ )一、光电效应现象及其实验规律1．光电效应的实质：光现象―――→转化为电现象．2．光电效应中的光包括不可见光和可见光．3．光电子：光电效应中发射出来的电子，其本质还是电子．4．能不能发生光电效应由入射光的频率决定，与入射光的强度无关．5．发生光电效应时，在光的颜色不变的情况下，入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多．6．光的强度与饱和光电流：饱和光电流与光强有关，与所加的正向电压大小无关．且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，饱和光电流与入射光强度之间没有简单的正比关系．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，饱和光电流变大B．入射光的频率变高，饱和光电流变大C．入射光的频率变高，光电子的最大动能变大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，单位时间内光电子变多，饱和光电流变大，A对；根据爱因斯坦光电效应方程E km＝hν－W可知，入射光的频率变高，光电子的最大动能变大，饱和光电流不变，B错，C对；当hν<W时没有光电流产生，D错．针对训练1 (多选)如图4所示，电路中所有元件完好，光照射到光电管上，灵敏电流计中没有电流通过．其原因可能是( )图4A．入射光太弱B．入射光波长太长C．光照时间太短D．电源正、负极接反答案BD解析金属存在极限频率，超过极限频率的光照射金属时才会有光电子射出．射出的光电子的动能随频率的增大而增大，动能小时不能克服反向电压，也不会有光电流．入射光的频率低于极限频率，不能产生光电效应，与光照强弱无关，选项B正确，A错误；电路中电源正、负极接反，对光电管加了反向电压，若该电压超过了遏止电压，也没有光电流产生，D正确；光电效应的产生与光照时间无关，C 错误．二、光电效应方程的理解和应用1．光电效应方程E km ＝hν－W 的四点理解(1)式中的E km 是光电子的最大动能，就某个光电子而言，其离开金属时剩余动能大小可以是0～E km 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如要克服吸引力做功最少为W ，则电子离开金属表面时动能最大为E km ，根据能量守恒定律可知：E km ＝hν－W .(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，则光电子的最大动能必须大于零，即E km ＝hν－W >0，亦即hν>W ，ν>Wh＝ν0，而ν0＝W h恰好是光电效应的极限频率． 2．光电效应规律中的两条线索、两个关系：(1)两条线索：(2)两个关系：光照强度越强→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→产生光电子的最大动能大．例2 如图5所示，当开关K 断开时，用光子能量为2.5eV 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0.6V 时，电流表读数仍不为零．当电压表读数大于或等于0.6V 时，电流表读数为零．由此可知阴极材料的逸出功为( )图5A．1.9eVB．0.6eVC．2.5eVD．3.1eV答案 A解析由题意知光电子的最大动能为E km＝eU0＝0.6eV所以根据光电效应方程E km＝hν－W可得W＝hν－E km＝(2.5－0.6) eV＝1.9eV.例3在光电效应实验中，飞飞同学用同一光电管在不同实验条件下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线(甲光、乙光、丙光)，如图6所示，则可判断出( )图6A．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．乙光的频率大于丙光的频率D．甲光对应的光电子最大动能大于丙光对应的光电子最大动能答案 B解析当光电管两端加上遏止电压光电流为零时，有E km＝eU0，对同一光电管(逸出功W相同)使用不同频率的光照射，有hν－W＝E km，两式联立可得hν－W＝eU0，丙光的遏止电压最大，则丙光的频率最大，甲光的频率等于乙光的频率，A、C错误；由λ＝cν可见λ丙<λ乙，B 正确；又由hν－W＝E km或由E km－0＝eU0可知丙光对应的最大动能最大，D错误．光电效应图线的理解和应用1．E km－ν图线：如图7甲所示是光电子最大动能E km随入射光频率ν的变化图线．这里，横轴上的截距是阴极金属的极限频率；纵轴上的截距是阴极金属的逸出功的负值；斜率为普朗克常量(E km＝hν－W，E km是ν的一次函数，不是正比例函数)．图72．I－U曲线：如图乙所示是光电流I随光电管两极板间电压U的变化曲线，图中I m为饱和。