高考物理一轮复习 第13章 近代物理初步 第47课时 光电效应、波粒二象性学案

第47课时 光电效应、波粒二象性

考点1 光电效应规律的理解和应用

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．光电效应规律

(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)当发生光电效应时，饱和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)光子说：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。

(2)光电效应方程：□

10E k ＝hν－W 0。 其中hν为入射光的能量，E k 为光电子的最大初动能，W 0是金属的逸出功。 4．遏止电压与截止频率

(1)遏止电压：使光电流减小到零的□

11反向电压U c 。 (2)截止频率：能使某种金属发生光电效应的□12最小频率叫做该种金属的截止频率(又叫□

13极限频率)，用νc 表示。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□14最小值，叫做该金属的逸出功。用□15W 0表示逸出功，W 0＝□

16hνc 。

1．(人教版选修3－5 P30演示实验改编)(多选)如图所示，用导线把验电器与锌板相连接，当用紫外线照射锌板时，发生的现象是( )

A ．有光子从锌板逸出

B ．有电子从锌板逸出

C ．验电器指针张开一个角度

D ．锌板带负电 答案 BC

解析 光电效应是在光的照射下锌板中的电子从锌板表面逸出，A 错误、B 正确；验电器与锌板相连，锌板因失去电子带正电，验电器指针张开一个角度，C 正确、D 错误。

2．(人教版选修3－5 P36·T2改编)(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 答案 AD

解析 增大入射光强度，单位时间内照射到单位面积上的光子数增加，逸出的光电子数也增加，则光电流将增大，A 正确；光电效应是否发生取决于入射光的频率，而与入射光强度无关，B 错误；用频率为ν的光照射光电管阴极，发生光电效应，用频率较小的光照射时，若光的频率仍大于极限频率，则仍会发生光电效应，C 错误；根据hν－W 0＝12mv 2

可知，

增大入射光频率，光电子的最大初动能也增大，D 正确。

3．(2017·全国卷Ⅲ)(多选)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

B ．若νa >νb ，则一定有E k a >E k b

C ．若U a

D．若νa>νb，则一定有hνa－E k a>hνb－E k b

答案BC

解析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

考点2 光电效应的图象问题

1．E k­ν图象(如图所示)

由E k＝hν－W0可知：

(1)图线与ν轴交点的横坐标νc，表示极限频率。

(2)图线与E k轴交点的纵坐标的绝对值，表示逸出功W0。

(3)图线的斜率k表示普朗克常_量h。

2．I­U图象(如图所示)

(1)图线与横轴的交点的绝对值表示遏止电压。

(2)饱和光电流I m：电流的最大值。

(3)最大初动能：E km＝eU c。

3．U c ­ν图象(如图所示)

由E k ＝hν－W 0＝eU c 可得：

U c ＝h e ν－W 0

e

，则：

(1)图线与横轴的交点，表示

截止频率νc 。

(2)遏止电压U c 随入射光频率的增大而增大。 (3)图线的斜率k ＝

h

e

。(注：此时两极之间接反向电压)

[例] (2017·福建南平模拟)用如图甲所示的装置研究光电效应现象。闭合开关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 ＝a b

B ．断开开关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 ．仅增加照射光的强度，电流表G 的示数保持不变

解析 由E k ＝hν－W 0，可知图线的斜率为普朗克常量，即h ＝b a

，故A 错误；断开开关S 后，光电子匀速运动到阳极，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；仅提高照射光强度，单位时间内发出的光电子增多，电流表G 的示数增大，故D 错误。

答案 B

光电效应的实质和发生条件

(1)光电效应的实质是金属中的电子获得能量后逸出金属表面，以使金属带正电。 (2)能否发生光电效应不取决于入射光的光照强度，而取决于入射光的频率，只要入射光频率大于该金属的极限频率，无论光照强弱，均能发生光电效应。

(3)定性分析光电效应问题 ①光电效应实验装置及研究电路

甲图是光电管正常工作的电路，光电流有最大值，未达到最大值之前其大小与光强、电压有关，达到最大值后，光电流与光强成正比。

乙图是光电管加上反向电压，可以研究光电管的遏止电压。 ②研究光电效应的两条线索