关于光电效应的几个问题

专题：光电效应几个问题 -------历年高考题中对光电效应中的几个概念和规律的考查作系统的总结“光电效应”是光的粒子性的一个重要体现,也是光的本性中一个高考热点.因此在复习过程中,第一，要澄清一些易混淆的概念和规律,如“光子”、“光电子”、“光子的能量”、“光电子的最大初动能”、“ 光电子数”、“光电流”、“饱和光电流”、“入射光的强度”、“勉出功”、“遏止电压” 、“截止频率”、“光电效应方程”等;第二，对知识点的总结和梳理,这对理解光电效应的规律具有重要意义.一．光电效应总结：1.二个典型实验：一个光电效应的演示实验，另一个是研究光电效应规律装置2.二条主线：（1）光的频率ν：光子ν高→E 大→光电子最大初动能E k 大（2）光的强度I ：在能产生光电效应的情况下，光的频率一定时，光的强度大→光子数目多→产生光电子多→光电流大照射光（光子） 频率——决定着每个光子的能量光电子光电子逸出后的最大初动能3.三个典型图线（E m ---ν，Uc —ν图线和I —U 图线）（1）最大初动能与入射光频率的关系 （2）反向遏止电压与入射光频率的关系（3）光电流与电压的关系图象二．典型例题 1.对光子说和产生光电效应条件的考查：例题1.（2010年˙上海） 根据爱因斯坦光子说，光子能量E 等于（h 为普朗克常量，c 、λ为真空中的光速和波长）（ ）A .hc λB .h λcC .h λD .h λ 【答案】A【解析】由于E h ch νλ==,选项A 正确。

例题2.（2001年˙上海）光电效应实验的装置如图所示，则下面说法中正确的是（ ）A ．用紫外光照射锌板，验电器指针会发生偏转B ．用红色光照射锌板，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】对金属锌而言，只有频率大于或等于紫外线光照射，才能产生光电效，所以A 对；光电效应时从金属锌中打出的是电子，多余的是正电荷，所以D 对。

例题3.(2013年˙北京)以往我们认识的光电效应是单光子光电效应，即一个电子在极短时间内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应的认识，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应，这已被实验证实。

光电效应实验装置示意如图。

用频率为v 的普通光源照射阴极k ，没有发生光电效应，换用同样频率为v 的强激光照射阴极k ，则发生了光电效应；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=-B. U=-C.U=2hv-WD. U=-【答案】 B【解析】 根据题目信息，普通光源没法吸收一个光子而成为自由电子，但激光可以，因此I U 强光（黄） 弱光（黄）蓝光 U 2 U 1 O ① ② ③ 说明：从图象①③可以看出同种光照射同种金属板对应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，从图象①②对于同种金属入射光的频率越高，反向遏止电压知识点仍然适用。

即设一个电子吸收了n 个光子，即k nh W E υ-=，当自由电子遇到遏止电压，即k E eU =，代入则答案为U nh W e υ-=，n 为正整数，即答案为B 。

(2)0ch λ ()00hc e λλλλ- (3)B (4)AC (5)C2．对光电效应规律的理解例题4.（2011年˙广东） 光电效应实验中，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【答案】：C D【解析】：光电流的大小与入射光的强度有关，A 错误；产生光电效应的条件是：入射光的频率大于或等于被照射材料的极限频率，入射光的频率达不到极限频率，增加照射光的强度是不能产生光电流的，所以B 错误，C 、D 正确。

例题 5.( )用红光照射某一光电管发生光电效应时，测得光电子的最大初动能为E 1，光电流强度为I 1；若改用光强与上述红光相同强度的紫光照射该光电管时，测得光电子的最大初动能为E 2，光电流强度为I 2，则（ ）A.E 2＞E 1，I 2＜I 1B.E 2＞E 1，I 2＝I 1C.E 2＞E 1，I 2＞I 1D.E 2＜E 1，I 2＝I 1【答案】A【解析】光强是指单位时间内发射的光子数，每一个光子的能量是hν，红光的光子数多，对应打出光电子数也多，光电流大，即I 2〈I 1 ；光电子的最大初动能同光强无关，随入射光的频率增大而增大， 即E 2＞E 1，所以A 对。

例题6.爱因斯坦为了解释光电效应，提出了光子说。

光电管是根据光电效应现象而制作的光学元件，如图所示为光电管的使用原理图，已知当波长为λ0的入射光照射到阴极K 上时，电路中有光电流，图中O 为滑动变阻器的固定连接点，则 （ ）A ．若用波长为λ1（λ1＜λ0）的光照射阴极K 时，电路中一定没有光电流B ．滑动触片P 从O 点移向B 端过程中电流表示数将先增大后可能不变C ．滑动触片P 从O 点移向A 端过程中电流表示数将逐渐减小至可能为零D ．将电池组极性反接，滑片P 停在O 点，电流表仍有示数【答案】BCD【解析】由题意，波长为λ0的入射光照射到阴极K 上时，电路中有光电流，当波长为λ1（λ1＜λ0）的光照射阴极K 时，波长小，频率大，能发生光电效应，所以A 错；滑动触片P 从O 点移向B 端过程中，正向电压增大，到达A 板的光子数增多，光电流增大，如果从K 板发出的光子都到达A ，如再增大电压，光电流不会再增加，所以B 对；滑动触片P 从O 点移向A 端过程中，反向电压增大，到达A 板的光电子数减少，光电流减小，如果没有光电子到达A 板，光电流为零，所以C 对；将电池组极性反接，滑片P 停在O 点，没有外电压加在光电管上，如果从K 板中打出的光电子能到达A,就有光电流，所以D 对。

2．对光电效应方程的理解①.E m ----ν或Uc--ν的图线的理解例题7.（2011年˙福建） 爱因斯坦因提出了光量子概念并成功地解释光电效应的规律 而获得1921年诺贝尔物理学奖．某种金属逸出光电子的最大初动能E m 与入射光频率ν的关系如图所示，其中ν0为极限频率．从图中可以确定的是（ ）A ．逸出功与ν有关B ．E km 与入射光强度成正比C ．当ν<ν0时，会逸出光电子D ．图中直线的斜率与普朗克常量有关【答案】D【解析】逸出功W =h ν0，与ν无关；E km =h ν－W ，与入射光强度无关；只有ν＞ν0时才会发生光电效应；因为E km 和ν的关系是：E km =h ν－W ，所以图线的斜率为h ，故选D 。

例题8. 采用图甲所示的装置研究某金属的光电效应，其中K 为某金属板，A 为金属电极，都密封在真空的玻璃管中，W 为由石英片封盖的窗口。

实验发现，当用某种频率的单色光照射K时，改变A 、K 两端的电压，可以使电流表的读数为零，此时A 、K 间的电压称为遏止电压，当改变照射光的频率v ，截止电压Uc 也将随之改变，多次实验，记录相关数据绘出Uc —ν关系如图乙所示，已知电子电量，则下列说法正确的是（ ）A ．可得该金属的极限频率B ．可求得该金属的逸出功c ．可求得普朗克常量 D ．可求得电子的质量【答案】ABC【解析】E km =h ν－W 和U C =E km 得：U C =h ν－W ，图线的斜率就是普朗克常量，当U C =0时的频率就是该金属的极限频率，由此可求得该金属的逸出功，所以ABC 对。

②．I —U 的图线的理解例题9.（2010年˙天津） 用同一光电管研究a 、b 两种单色光产生的光电效应，得到光电流I 与光电管两极间所加电压U 的关系如图。

则这两种光（ ）A ．照射该光电管时a 光使其逸出的光电子最大初动能大B ．从同种玻璃射入空气发生全反射时，a 光的临界角大C ．通过同一装置发生双缝干涉，a 光的相邻条纹间距大D ．通过同一玻璃三棱镜时，a 光的偏折程度大【答案】BC【解析】由光电效应方程2012m mv h W ν=-，由题图可得b 光照射光电管时使其逸出的光电子最大初动能大，b 光的频率大，波长小。

A 错误。

b 光的频率大，在玻璃中的折射率n b 大，由1arcsin C n =从同种玻璃射入空气发生全反射时，b 光的临界角小，a 光大，B 正确。

发生双缝干涉时，d x L λ∆=，b 光波长小，相邻条纹间距b 光小，a 光大，C 正确。

在玻璃中的折射率n b >n a ，b 光的偏折程度大，D 错误。

正确选项BC 。

例题10.（2010年˙浙江）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的 光电子最大初动能【答案】B【解析】光电管加正向电压情况： P 右移时，参与导电的光电子数增加； P 移到某一位置时，所有逸出的光电子都刚参与了导电，光电流恰达最大值；P 再右移时，光电流不能再增大。

光电管加反向电压情况： P 右移时，参与导电的光电子数减少； P 移到某一位置时，所有逸出的光电子都刚不参与了导电，光电流恰为零，此时光电管两端加的电压为截止电压，对应的光的频率为截止频率；P 再右移时，光电流始终为零。

212m eU mv h W ν==-截，入射光频率越高，对应的截止电压U 截越大。

从图象中看出，丙光对应的截止电压U 截最大，所以丙光的频率最高，丙光的波长最短，丙光对应的光电子最大初动能也最大。

选项B 正确例题11. （2010年˙江苏）（1）研究光电效应电路如图所示，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AK 之间的电压U AK 的关系图象中，正确的是（ ）U C1 U C2 U /I /A 甲乙丙a b P正向电压 a bP 反向电压（2）钠金属中的电子吸收光子的能量，从金属表面逸出，这就是光电子。

光电子从金属表面逸出的过程中，其动量的大小_______(选填“增大、“减小”或“不变”)， 原因是_______________________。