高三物理复习光电效应

1、近代物理初步15.1 光电效应 光子 光的波粒二象性一、考点聚焦光电效应、光子、爱因斯坦光电效应方程II级要求光的波粒二象性、物质波I级要求激光的特性及应用 二、知识扫描1、光电效应的规律(1)任何一种金属都有发生光电效应的 极限频率,入射光的频率必须 大于这个 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,随入射光的频率增大 而增大。(3)光电效应的产生 几乎是瞬时的，一般不超过10-9s。(4)当入射光的频率 大于金属极限频率时，光电流强度与入射光的强度成正比。2、光子说在空间传播的光不是 连续的,而是一份一份的，每一份称为 一个光子,光子 的能量与其频率成正比，即

2、E=h n3、光电效应方程：Ek= h y W4、光的波粒二象性：光既具有波动性,又有粒子性。(1)大量光子产生的效果显示出 波动性、个别光子产生的效果显示出 粒子性.(2)光子和电子、质子等实物粒子一样，具有能量和动量.与其它物质相互作用 时，粒子性起主导作用;在光的传播过程中，光子在空间各点出现的可能性 的多少(概率)，由波动性起主导作用(3)对不同频率的光，频率低、波长长的光， 波动性特征显著;而频率高、 波长短的光，粒子性特征显著.5.物质波任何运动物体都有一种波与它对应，波长是Z=-P三、好题精析例1、关于光电效应，下列几种叙述正确的是A.金属电子的逸出功与入射光的频率成正比B.光电

3、流的强度与入射光的强度无关C.用不可见光照射金属一定比用可见光照射同种金属产生的光电子的初动 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，才能产生光电效应解析 金属的逸出功由该金属决定，与入射光源频率无关，光电流的强 度与入射光强度成正比，选项 A、B错误。不可见光包括能量大的紫外线、X射 线、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。正确 选项为Do点评正确理解金属的逸出功的概念，知道极限频率 (或最大波长)存在的 原因是解决光电效应问题的关键；光电效应是金属中的自由电子吸收了光子的 能量后，其动能大到足以克服金属离子的引力而逃逸出金属

4、表面，成为光电 子.对一定的金属来说，逸出功是一定的.照射光的频率越大，光子的能量越 大，从金属中逸出的光电子的初动能就越大.如果入射光子的频率较低，它的 能量小于金属的逸出功，就不能产生光电效应，这就是存在极限频率的原因.光 电效应规律中“光电流的强度”指的是光电流的饱和值（对应从阴极发射出的电子 全部被拉向阳极的状态）.因为光电流未达到饱和值之前，其大小不仅与入射光 的强度有关，还与光电管两极间的电压有关.只有在光电流达到饱和值以后才 和入射光的强度成正比.例2、如图15-1-1所示，与锌板相连的验电器的铝箔原来是张开的，现在让弧 光灯发出的光经一狭缝后照射到锌板，发现在锌板上形成明暗相间

5、产咚学弧光灯 时与锌板相连的验电器的铝箔张角变大，以上实验事实说明： （III A.光具有波粒二象性15-1-1B.验电器的铝箔原来带负电C.锌板上亮条纹是平行等宽度的D.若改用激光器发出的红光照射锌板，观察到验电器的铝箔张角则一定会变得更大解析:当弧光灯发出的紫外线经过狭缝照在锌板上，锌板上形成明暗相间的条 纹，发生衍射现象，中心条纹宽度最宽，说明光有波动性；同时与锌板相连的 验电器的铝箔张角变大，发生了光电效应，电子飞出，锌板原带正电，说明光 有粒子性。所以A正确，B、C错误。红光的频率小于锌板的极限频率，不发生光电效应，D错误。点评这道题要求学生掌握光的衍射图象的特点与光电效“应的实质。

6、例3.在做光电效应实验中，某金属被光照射发生了光电效 二/八应，实验测出了光电子的最大初动能 Ek与入射光的频率 的15-1-2关系如图15-1-2所示，由实验图像可求出（A）该金属的逸出功（B）该金属的极限频率（C）单位时间内逸出的光电子数（D）普朗克恒量解析根据爱因斯坦光电效应方程 EK=h_-W,任何一种金属的逸出功 W一定, 说明Ek随的变化而变化，且是线性关系（与y=ax+b类似），直线的斜率等于普 朗克恒量，直线与横轴的截距 oA表示Ek=0时的频率_o,即为金属的极限频率， 由波速公式c= 0 0。求该金属发生光电效应照射光的极限波长.EK=h -W, Ek=0时有h -W =0

7、,0 W , 又由波速公式，得c二 , 电 h 一 W故选 （A）、（B）、（D）与横纵轴截距的物理意义.注意将有关的物理知识和数学 的图线联系起来，培养用数学知识点评 处理此类问题，一定要先确定横、纵两轴分别代表什么，然后再确定图 线斜率及图线解决物理问题的能力.-例4、如图15-1-3是研究光电效应的实验电路.现-用等离子态的氢气（电离态）跃迁时所发出的光照射光电管的阴极K,测得微安表的示数是40g，电压15-1-3表的示数是20V.已知光电管阴极材料的逸出功是15-1-33.6eV.求：（1）氢气发光的最短波长；（2）光电管阴极材料的极限波长；（3）光电 子到达阳极A的最大动能.解析:（

8、1） h Vmin= hc/?max =13.6 X1.6X10-19=2.2 X10-18 JLax=6.63 X10-34X108 /2.2X10-18 =9.1X10-8 mh w =hc/ ?=w=3.6 X1.6X10-19 =5.76 X10-19J加=6.63 X10-34 MM08 /5.76 X10-19 =3.5 M0-7mEka -Ekk = e U , EKK=h “wEKA=eU+ Ekk =eU+h ”w=20+13.6-3.6=30eV点评:这题学生容易混淆第1问和第2问，主要是没有弄清氢气发光的最短波 长的含义。例5 :黑光灯是利用物理方法灭蛾杀虫的一种环保持型

9、设备，它发出的紫色光能够引诱害虫飞近黑光灯，,然后被黑光灯周围的交流高压电网“击毙”(1) 一只功率为P的黑光灯正常工作时，约有5%的电能转化为光能，光能中约有50%的是频率为 的紫光，求黑光灯每秒钟向外辐射多少个该频率的紫光光子(已知普朗克恒量为h)(2)如图15-1-4是高压电网的工作电路示意图，理想变压器将有效值为220V的交流电压变成高压，输送到高压电网，电网相邻两电极间距离为0.5cm,空n2应满足什么条件?气在常温常压下被击穿的临界电场强度为6220V/cmn2应满足什么条件?穿而造成短路，变压器的次、初级线圈匝数比解析(1) Pt 5% 50%= nhP n =400h(2)空气

10、被击穿时，两电极间的电压U2m=6220 0.5=3110V6=2200VUi=220V.nL 匕n2 U 2. ni 2201-n2220010点评:本题求解关键要明确：一是运用能量守恒，求得可见光的光子数；二是 击穿电压是最大值。四、变式迁移1、如图15-1-5所示，N为鸨板，M为金属网，它们分别和电池两极相连， 各电池的电动势E和极性已在图中标出，鸨的逸出功为4.5 eV.现分别用能量不 同的光子照射鸨板（各光子的能量也已在图上标出）.那么下列图中能有电子到达 金属网的是,JW2、有一个功率为500W,JW2、有一个功率为500W的红外线取暖如果它辐射的红外线的频率为/ ”3. 0X2m

11、远处，垂直于红夕A.方2m远处，垂直于红夕A.方 瓦 W1 W2B. 2 k, W1 W215-1-6C.k W2D.九?2, Wi W215-1-63、用如图15-1-6所示的装置研究光电效应现象，当用光子能量为2.5eV的光照射到光电管上时,电流表G的读数为0.2mA.移动变阻器的触点c,当电压表的示数大于或等于 0.7V时，电流表读数为0.则A.光电管阴极的逸出功为1.8eVB.电键k断开后，有电流流过电流表GC.光电子的最大初动能为0.7eVD.改用能量为1.5eV的光子照射，电流表G也有电流，但电流较小（）4、如图15-1-7所示电路中两个光电管的阴极是由同种金属材料制成的，现用强度

12、相同的两束光分别照射两个光电管的阴极，紫光照在甲电路的光电管上，绿光照 在乙电路的光电管上，若都能产生光电效应，则下列判断中正确的是（）A .从两个极板射出的光电子的最大初动能相同15-1-7B .甲光电管中打到阳极上的光电子的最大动能一定大于乙光电管中打到阳极上的光电子的最大动能C.单位时间内由两光电管产生的光电子的数量相同D.单位时间内由乙光电管产生的光电子的数量比甲光电管产生的光电子的数量多.某种金属材料在绿光照射下恰能产生光电效应，则下列说法中错误的是A.改用黄光照射，不能产生光电效应B.增加绿光强度，光电子最大初动能增加C.减弱绿光强度，光电管中的光电流减小D.改用紫光照射，光电子最

13、大初动能增加.下列关于光的波粒二象性的论述中，正确的是 ()A.光子说完全否定了光的电磁说B.光的波粒二象性说的是光与机械波和物质波粒子很相似C.大量光子的行为显示波动性，个别光子的行为显示粒子性D.随着电磁波频率的增大其波动性越不显著，粒子性越显著.某激光源的发光功率为P,发射激光的波长为人.当该激光照射到折射率为n 的介质中时，由于反射其能量减小了 10%,介质中激光束的直径为 d,那么在 介质中单位时间内通过与激光束垂直的截面上单位面积的光子数：A、3. 6P入 / ：2hc B、3. 6P入 / 72nhc C、0.9P 入/h(D、3. 6P入 /hc.爱因斯坦由光电效应的实验规律，

14、猜测光具有粒子性，从而提 出光子说。从科学研究的方法来说，这属于()A.等效替代B.控制变量C.科学假说D.数学归纳.如图15-1-8所示，当电源的右端为正极时，为使微安表偏转， 照射光的频率至少为 5. 3 1014Hz.当电源的左端为正极时，改用另一频率的光照射，调节滑动头C使V表中示数为0. 93V,微安表中的电流恰好消失.求: (1)光电管阴极材料的逸出功；(2)后来所加光的频率.已知每秒从太阳射到地球的垂直于太阳光的每平方米截面积上的辐射能为1.4X10 3J,其中可见光部分约占45%.假如认为可见光的波长均为 0.55g,太阳向各个方向的辐射是均匀的，日地间距离R=1.5X10 11m,普朗克常量h=6.63M0 -34 J/s,由此可估算(1)出太阳每秒辐射出的可见光的光子数约为多 少？(2)若已知地千的半径R = 6. 4X10 6m,估算地球接受的太阳光的总功率.参考答案 ：15 1知识变迁：1、BC2、2.5X1021 3.0 1017能力突破：1、 AB2、 D3、 ABC4、 D5、 B6、 CD7、 A8、 C9、 .3.5 10 19J 7.5 1014 Hz 10. 4.9X10 44个 1 8X10 11(kW)1010 * * * 14 Hz，试求它每秒将发射出多少个光子？在