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5.5×1014Hz
B ．若入射光频率加倍，光电子的最大初动能变为3.00eV
C ．若入射光频率加倍，电流表的示数变为2I
D ．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。

(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(直线与横轴的交点为4.27，与纵轴交点为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 Hz
C ．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
【解析】由光电效应方程E k ＝hν－W 0可知，图中横轴的截距为该金属的截止频率，选项A 正确，B 错误；图线的斜率表示普朗克常量h ，C 正确；该金属的逸出功W 0＝hνc ＝6.63×10－34×4.27×1014 J≈1.77 eV 或W 0＝hν－E k ＝6.63×10－34×5.5×1014 J －0.5 eV≈1.78 eV ，选项D 错误．
【答案】AC
【2017·新课标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 b
C ．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，又由动能定理有，当时，，，A 错误，B 正确；若，则有，C 正确；同种金属的逸出功不变，则不变，D 错误。

(2018·江西南昌月考)如图所示，1887年德国物理学家赫兹利用紫外线照射锌板后，发现与锌板连接的验电器箔片张开。

关于这一现象，下列说法中正确的是 ( C )
A ．验电器箔片张开，是因为箔片带负电
B ．验电器箔片张开，是因为锌板得到了正电荷
C ．紫外线灯功率增大，箔片张角也增大
D ．换用红外线灯照射锌板，箔片也一定张开
[解析] 用紫外线照射锌板，可以从锌板上打出电子，锌板带正电，验电器的箔片张开，是因为箔片带正电，A 、B 错误；紫外线灯功率增大，即入射光的强度增大，则箔片上的带电荷量增大，箔片的张角也增大，C 正确；换用红外线灯照射锌板，不一定会使锌板发生光电效应，即箔片不一定会张开，D 错误。

研究光电效应的电路如图所示.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A 、K 之间的电压U AK 的关系图象中，正确的是( )
m k E h W ν=-m k E eU =a b νν>k k a b E E >a b U U >a b U U <k k a b E E <km W h E ν=
-
【解析】由于光的频率相同，所以对应的反向遏止电压相同，选项A、B错误；发生光电效应时，在同样的加速电压下，光强度越大，逸出的光电子数目越多，形成的光电流越大，所以C正确，D错误.
【答案】C
【山东省泰安市2017届高三第一轮复习质量检测】如图所示是光电管的原理图，已知当有波长为的光照到阴极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. 若换用波长为的光照射阴极K时，电路中一定有光电流
【答案】D
(2013·北京·20)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图如图.用频率为ν的普通光源照射阴极K，没有发生光电效应．换用同样频率ν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K、A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为电子电荷量)()
A ．U ＝hνe －W e
B ．U ＝2hνe －W e
C ．U ＝2hν－W
D ．U ＝5hν2e －W e
【解析】由光电效应方程可知：
nhν＝W ＋12
mv 2(n ＝2,3,4…)① 在减速电场中由动能定理得－eU ＝0－12
mv 2② 联立①②得：U ＝nhνe －W e
(n ＝2,3,4…)，选项B 正确． 【答案】B
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9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
【解析】由于是同一光电管，因而不论对哪种光，极限频率和金属的逸出功相同，对于甲、乙两种光，反向遏止电压相同，因而频率相同，A 错误；丙光对应的反向遏止电压较大，因而丙光的频率较高，波长较短，对应的光电子的最大初动能较大，故C 、D 均错，B 正确．
【答案】B
(2018·湖北省孝感市八校高三上学期期末)在研究光电效应的实验中，两个实验小组用相同频率的单色光，分别照射锌和银的表面，结果都能发生光电效应，则下列判断正确的是 ( C )
A ．光电子的最大初动能相同
B ．饱和光电流一定不同
C ．因为材料不同逸出功不同，所以遏止电压U c 不同
D ．分别用不同频率的光照射之后绘制Uc －ν图像的斜率可能不同
[解析] 锌和银的逸出功不同，根据光电效应方程E km ＝hν－W 0得，相同的频率，不同的逸出功，则光电子的最大初动能也不同。

故A 错误；虽然光的频率相同，但光强不确定，所以单位时间逸出的光电子数可能相同，则饱和光电流可能相同。

故B 错误；根据光电效应
方程有E km ＝hν－W 0，根据能量守恒定律得：eU C ＝E Km ，联立得：eU C ＝hν－W 0，即U C ＝hν－W 0e
，可知，入射光的频率相同，逸出功W 0不同，则遏止电压U C 也不同。

故C 正确。

由U C ＝h e
ν－W 0e ，可知，U c －ν图象的斜率k ＝h e
＝常数，所以两个光电管的U c －ν图象的斜率一定相同，故D 错误．故选C 。

【2017年南平市普通高中毕业班适应性检测】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 =
B. 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，变形得，可知图线的斜率为普朗克常量，即，故A 错误；断开电键S 后，初动能大的光电子，也可能达到对阴极，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；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，发出的光电数也减少，电流表G 的示数要减小，故D 错误。

所以B 正确，ACD 错误。

(2018·湖南长沙月考)有人设想在探测遥远的宇宙时，给探测器安上面积极大、反射率极高(可认为100%)的薄膜，并让它正对太阳，用光压为动力推动探测器加速。

已知探测器在某轨道
上运行时，每秒每平方米面积获得的太阳光能为E ＝1.5×104J ，薄膜面积为S ＝6.0×102m 2，若探测器总质量为M ＝60kg ，光速c ＝3.0×108m/s ，那么探测器得到的加速度大小最接近(根
据量子理论，光子不但有能量，而且有动量，光子动量的计算式为p ＝h λ
，其中h 是普朗克常量，λ是光子的波长) ( A )
A ．1.0×10－3m/s 2
B ．1.0×10－
2m/s 2 C ．1.0×10－1m/s 2 D ．1.0m/s 2 [解析] 设探测器每秒每平方米薄膜面积上有n 个光子被反射，则有nh c λ
＝E ，设面积为S 的薄膜受到光子的压力为F ，由动量定理可知Ft ＝2Np ＝2N h λ
，其中总光子数N ＝nS ，t ＝1.0s ，加速度为a ＝F M ，由以上各式可得a ＝2ES cMt
＝1.0×10－3m/s 2，选项A 正确． 如图所示是研究光电效应的电路，阴极K 和阳极A 是密封在真空玻璃管中的两个电极，K 在受到光照射时能够发射光电子。

阳极A 吸收阴极K 发出的光电子在电路中形成光电流。

如果用单色光a 照射阴极K ，电流表的指针发生偏转；用单色光b 照射光电管阴极K 时，电流表的指针不发生偏转。

下列说法正确的是( )
A ．a 光的波长一定小于b 光的波长
B ．只增加a 光的强度可能使通过电流表的电流增大
C ．只增加a 光的强度可使逸出的光电子最大初动能变大
D ．阴极材料的逸出功与入射光的频率有关
【解析】用a 光照射，探测到了光电流，说明发生了光电效应，而用b 光照射，未探测到光电流，说明没有发生光电效应，所以νa >νb ，即λa <λb ，A 正确；增加a 光的强度，会使单位时间内逸出的光电子数量增大，引起光电流增大，即电流表示数增大，B 正确；光的强度与光的频率无关，所以只增加a 光的强度，不能增大光电子的最大初动能，C 错误；逸出功由金属的原子结构决定，与入射光无关，D 错误。

【答案】AB
(多选)图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4.5×1014 Hz ，则以下判断中正确的是( )
A ．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
【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＝c λ＝3×108
0.5×10
－6 Hz ＝6×1014 Hz ＞4.5×1014 Hz ，可发生光电效应，所以C 正确．
【答案】BC
(多选)甲、乙两种金属发生光电效应时，光电子的最大初动能与入射光频率间的关系分别如图中的a 、b 所示．下列判断正确的是( )
A ．图线a 与b 不一定平行
B ．图线a 与b 的斜率是定值，与入射光和金属材料均无关系
C ．乙金属的极限频率大于甲金属的极限频率
D ．甲、乙两种金属发生光电效应时，若光电子的最大初动能相同，甲金属的入射光频率大
【解析】根据光电效应方程E k ＝hν－W 0＝hν－hνc 知，图线的斜率表示普朗克常量，因此甲与乙一定平行，且两斜率是固定值，与入射光和金属材料皆无关系，故A 错误，B 正确；横轴截距表示最大初动能为零时的入射光频率，此时的频率等于金属的极限频率，由图可知乙金属的极限频率大于甲金属的极限频率，故C 正确；当ν＝0时，此时图线与纵轴的截距的绝对值就是逸出功的数值，乙金属的逸出功大于甲金属的逸出功，由光电效应方程E k ＝hν－W 0知，发生光电效应时，若光电子的最大初动能相同，则甲金属的入射光频率小，故D 错误．
【答案】BC
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0.6 V 时，电流表读数仍不为零；当电压表读数大于或等于0.6 V 时，电流表读数为零，由此可知阴极材料的逸出功为
( )
A．1.9 eV B．0.6 eV C．2.5 eV D．3.1 eV
【解析】根据题意，光电子的最大初动能为E k＝eU c＝0.6 eV，根据爱因斯坦光电效应方程有：W0＝hν－E k＝2.5 eV－0.6 eV＝1.9 eV，故B、C、D错误，A正确．
【答案】A。