光电效应典型习题

光电效应典型习题第一页，编辑于星期六：十二点二十六分。第1页，共48页。一.光电效应现象二.光电效应规律三.光子说四.爱因斯坦光电效应方程五、光的波粒二象性例题例1、例2、例3、例4、例5、例6

例7、例8、例9、例10、例11、高考题选

95年

96年上海

97年上海7

92年

98年全国8

03年江苏2

04年广东6

00年天津00年广东6

04年天津

04年广西6

04年北京18

04年浙江192005年天津卷17光电效应

第二页，编辑于星期六：十二点二十六分。第2页，共48页。一.光电效应现象二.光电效应规律1.每种金属都有发生光电效应的极限频率2.光电效应的产生几乎是瞬时的3.光电子的最大初动能Ekm和入射光强度无关,

只随入射光频率γ的增大而增大4.

单位时间打出的光电子与入射光强度成正比三.光子说：在空间传播的光不是连续的，而是一份一份的,每一份叫光子,光子的能量跟频率成正比

E=hγh=6.63×10–34J.s——普朗克恒量返回第三页，编辑于星期六：十二点二十六分。第3页，共48页。四.爱因斯坦光电效应方程爱因斯坦光电效应方程的图象Ekαν0-Wν0爱因斯坦光电效应方程是能量守恒定律在光电效应现象中的表现形式逸出功和极限频率的关系极限波长和极限频率的关系由v=λf得返回第四页，编辑于星期六：十二点二十六分。第4页，共48页。五、光的波粒二象性光的干涉和衍射表明光确实是一种波，光电效应和康普顿效应无可辩驳地证明了光是一种粒子，因此说：光是一种波，同时光也是一种粒子，光具有波粒二象性•单个光子表现为粒子性•大量光子的运动表现为波动性•波长较长、频率较低的光，波动性较显著•波长较短、频率较高的光，粒子性较显著•光是一种概率波•一切微观粒子都有波粒二象性返回第五页，编辑于星期六：十二点二十六分。第5页，共48页。例在研究光电效应的实验中，根据测得的数据绘出光电子最大初动能Ek跟照射光频率ν的关系图象如图所示.图线的斜率tgα＝

，横轴上的截距表示该金属发生光电效应的

，纵轴上的截距的绝对值表示该金属的

的大小.若换用其他金属做同样的实验，测绘得到的图线与此图的图线相比较

相同，

不同.h极限频率逸出功斜率纵横截距返回Ekαν0第六页，编辑于星期六：十二点二十六分。第6页，共48页。光电效应的规律是：任何一种金属都有一个________频率,入射光的频率必须________这个频率,才能产生光电效应;(2)光电子的最大初动能与

无关,只随着

的增大而增大;(3)入射光照射到金属上时,光电子的发射几乎是________,一般不超过________;(4)产生光电效应时,光电流的强度与

成正比.极限大于入射光的强度入射光频率瞬时的10-9秒入射光的强度例1返回第七页，编辑于星期六：十二点二十六分。第7页，共48页。4、在演示光电效应的实验中，原来不带电的一块锌板与灵敏验电器相连．用弧光灯照射锌板时，验电器的指针就张开一个角度，这时

()A．锌板带正电，指针带负电B．锌板带正电，指针带正电C．锌板带负电，指针带正电D．锌板带负电，指针带负电B95年全国高考返回第八页，编辑于星期六：十二点二十六分。第8页，共48页。96年上海高考当某种单色光照射到金属表面时，金属表面有光电子逸出．如果光的强度减弱，频率不变，则：()A．光的强度减弱到某一最低数值时，就没有光电子逸出B．单位时间内逸出的光电子数减少C．逸出光电子的最大初动能减小D．单位时间内逸出的光电子数和光电子的最大初动能都要减小B6、红、橙、黄、绿四种单色光中，光子能量最小的是：（96年全国高考题）()A．红光B．橙光C．黄光D．绿光A返回第九页，编辑于星期六：十二点二十六分。第9页，共48页。97年上海高考

7、关于光的本性，早期有牛顿的微粒说和惠更斯的

，后来又有麦克斯韦的电磁说．本世纪初，为解释

现象，爱因斯坦提出了光子说．波动说光电效应97年上海高考如图所示，一静电计与锌板相连，在A处用一紫外灯照射锌板，关灯后，指针保持一定偏角．（1）现用一带负电的金属小球与锌板接触，则静电计指针偏角将______（填增大、减小或不变）；（2）使静电计指针回到零，再用相同强度的钠灯发出的黄光照射锌板，静电计指针无偏转．那么，若改用强度更大的红外线灯照射锌板，可观察到静电计指针______（填有或无）偏转．减小无返回第十页，编辑于星期六：十二点二十六分。第10页，共48页。

8.已知铯的极限频率为4.545×1014赫，钠的极限频率为6.000×1014赫，银的为1.153/1015赫，铂的为1.529×1015赫。当用波长为0.375微米的光照射它们时，可发生光电效应的是

______。f=c/λ=3×108/0.375×10–6=8×1014Hz铯、钠92年全国高考题返回第十一页，编辑于星期六：十二点二十六分。第11页，共48页。98年全国高考题8、一细束平行光经玻璃三棱镜折射后分解为互相分离的三束光，分别照射到相同的金属板a，b，c上，如图所示．已知金属板b有光电子放出，则可知

()A．板a一定不放出光电子B．板a一定放出光电子C．板c一定不放出光电子D．板c一定放出光电子Dacb返回第十二页，编辑于星期六：十二点二十六分。第12页，共48页。2．用某种单色光照射某种金属表面，发生光电效应，现将该单色光的光强减弱，则（） A．光电子的最大初动能不变 B．光电子的最大初动能减少 C．单位时间内产生的光电子数减少 D．可能不发生光电效应AC03年江苏高考2返回第十三页，编辑于星期六：十二点二十六分。第13页，共48页。某种金属在单色光照射下发射出光电子，这光电子的最大初动能()A．随照射光强度的增大而增大B．随照射光频率的增大而增大C．随照射光波长的增大而增大D．与照射光的照射时间无关答案：BD第十四页，编辑于星期六：十二点二十六分。第14页，共48页。2004年广东高考6分别用波长为λ和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． B．

C． D．B返回第十五页，编辑于星期六：十二点二十六分。第15页，共48页。已知金属铯的逸出功为1.9eV，在光电效应实验中，要使铯表面发出的光电子的最大动能为1.0eV，入射光的波长应为

m。解：根据爱因斯坦光电效应方程E=hﬠ-W4.3×10-7m2000年天津、江西高考试题返回第十六页，编辑于星期六：十二点二十六分。第16页，共48页。

20．人眼对绿光最为敏感。正常人的眼睛接收到波长为530nm的绿光时，只要每秒有6个绿光的光子射入瞳孔，眼睛就能察觉。普朗克常量为6.63×10-34J·S，光速为3×108m/s，则人眼能察觉到绿光时所接收到的最小功率是 （）A．2.3×10－18WB．3.8×10－19W C．7×10－48W D．1.2×10－48W2004年天津20A返回第十七页，编辑于星期六：十二点二十六分。第17页，共48页。2004年广西高考6、氦—氖激光器发出波长为633nm的激光，当激光器的输出功率为1mW时，每秒发出的光子数为（）

A．2.2×1015 B．3.2×1015

C．2.2×1014 D．3.2×1014解：每个光子的能量为E1=hc/λ=6.63×10-34×3×108／633×10-9

=3.14×10-19J由题意nE1=Pt∴n=Pt/E1=10-3/3.14×10-19=3.2×1015

B04年上海9、在光电效应实验中,如果实验仪器及线路完好,当光照射到光电管上时,灵敏电流计中没有电流通过,可能的原因是：

。入射光波长太大（或反向电压太大）返回第十八页，编辑于星期六：十二点二十六分。第18页，共48页。已知一束可见光a是由m、n、p三种单色光组成的。检测发现三种单色光中，n、p两种色光的频率都大于m色光；n色光能使某金属发生光电效应，而p色光不能使该金属发生光电效应。那么，光束a通过三棱镜的情况是 （）2004年北京18AanmpampnapmnamnpA.B.C.D.返回第十九页，编辑于星期六：十二点二十六分。第19页，共48页。19．下表给出了一些金属材料的逸出功。

现用波长为400nm的单色光照射上述材料，能产生光电效应的材料最多有几种？（）(普朗克常量h=6.6×10-34J·s，光速c=3.00×108m/s) A．2种B．3种C．4种D．5种2004年浙江19解：照射光的能量为hc/λ=4.95×10-19J当照射光的能量大于逸出功即能产生光电效应。A返回第二十页，编辑于星期六：十二点二十六分。第20页，共48页。光电效应方程的应用[例2]紫光的波长为4000A，金属钠的逸出功为3.5×1019J，求：(1)每个紫光光子的能量为多大？(2)若用该紫光照射金属钠时，产生的光电子的最大初动能是多大？(1A＝10－10m)第二十一页，编辑于星期六：十二点二十六分。第21页，共48页。[答案]

(1)5.0×10－19J(2)1.5×10－19J第二十二页，编辑于星期六：十二点二十六分。第22页，共48页。1．如图2是某金属在光的照射下产生的光电子的最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图象．由图象可知()图2第二十三页，编辑于星期六：十二点二十六分。第23页，共48页。答案：ABC第二十四页，编辑于星期六：十二点二十六分。第24页，共48页。3．研究光电效应规律的实验装置如图3所示，用频率为ν的光照射光电管阴极K时，有光电子产生．由于光电管K、A间加的是反向电压，光电子从阴极K发射后将向阳极A做减速运动．光电流i由图中电流计G测出，反向电压U由电压表V测出．当电流计的示数恰好为零时，电压表的示数称为反向截止电压U0，在下列表示光电效应实验规律的图象中，错误的是()图3第二十五页，编辑于星期六：十二点二十六分。第25页，共48页。第二十六页，编辑于星期六：十二点二十六分。第26页，共48页。第二十七页，编辑于星期六：十二点二十六分。第27页，共48页。解析：由光电效应规律可知，光电流的强度与光强成正比，光照射到金属上时，光电子的发射是瞬时的，不需要时间积累，故A、D图象正确；从金属中打出的光电子，在反向电压作用下做减速运动，随着反向电压的增大，到达阳极的光电子数减少，故C图象正确；由光电效应方程可知：hν＝hν0＋Ek，而eU0＝Ek，所以有hν＝hν0＋eU0，由此可知，B图象错误．答案：B第二十八页，编辑于星期六：十二点二十六分。第28页，共48页。17．某光电管的阴极是用金属钾制成的，它的逸出功为2.21eV，用波长为2.5×10-7m的紫外线照射阴极，已知真空中光速为3.0×108m/s，元电荷为1.6×10-19C，普朗克常量为6.63×10-34Js，求得钾的极限频率和该光电管发射的光电子的最大动能应分别是（）A．5.3×1014HZ，2.2JB．5.3×1014HZ，4.4×10-19JC．3.3×1033HZ，2.2JD．3.3×1033HZ，4.4×10-19J2005年天津卷17.B解：W=2.21×1.6×10-19=3.54×10-19J=hν0

ν0=W/h=3.54×10-19/6.63×10-34=5.3×1014HZhc/λ=6.63×10-34×3.0×108/2.5×10-7=7.96×10-19JEKm=hc/λ–W=7.96×10-19-3.54×10-19=4.42×10-19J返回第二十九页，编辑于星期六：十二点二十六分。第29页，共48页。

例3、从太阳到达地球的光流强度，在垂直于光的传播方向上是1.4×103W/m2，如果把太阳光看成是平均频率为5×1014Hz的单色光，在垂直于太阳光的地球表面的1cm2的面积上，每秒接收到的光子数有多少个？解：每秒钟太阳光照到地球上1cm2的能量为E=1.4×103×1×10-4=0.14J每个光子的能量为E1=hγ=6.63×10-34×5×1014

=3.3×10-19J∴n=E/E1=0.14/3.3×10-19=4.2×1017个返回第三十页，编辑于星期六：十二点二十六分。第30页，共48页。例4、有一小灯泡的规格为“6V、0.3A”，正常工作时大约有6%的电能转变为可见光，试估算每一秒钟释放出来的可见光的光子数。解：一秒钟消耗电能W=Pt=UIt=1.8J一秒钟转变成的可见光能E=0.06×1.8=0.108J每个光子的能量为E1=hγE=nhγ可见光的频率粗略取γ=5×1014Hzn=E／hγ

=0.108／(6.63×10–34×5×1014)

=3×1017返回第三十一页，编辑于星期六：十二点二十六分。第31页，共48页。例5在绿色植物光合作用下，每放出1mol的O2，植物储存451.5kJ能量，绿色植物能量转化效率（即植物储存的能量与植物吸收光的能量之比）约50%，则绿色植物每放出1mol的O2要吸收

个波长为的光子，（普朗克常量），阿伏加德罗常量解：每放出1mol的O2储存能量为451.5×103/N(J)每放出1mol的O2要吸收能量为E=2×451.5×103/N(J）=1.5×10-18J一个光子的能量为E1=hc/λ=3×10-19Jn=E/E1=5(个）5返回第三十二页，编辑于星期六：十二点二十六分。第32页，共48页。

例6、某金属用频率为v2

的光照射时产生的光电子的最大初动能是用频率为v1的光照射产生的光电子的最大初动能的2倍，则这种金属的逸出功W＝

．解：返回第三十三页，编辑于星期六：十二点二十六分。第33页，共48页。例7、已知某金属表面接受波长为λ和2λ的单色光照射时,释放出的光电子的最大初动能分别为30eV和10eV,则能使此金属表面产生光电效应的入射光的极限波长是

λ.解：由光电效应方程EK1=hc/λ-W=30eV（1）EK2=hc/2λ-W=10eV（2）由极限波长的定义0=hc/λ0-W（3）解得W=10eVhc/λ=40eVλ0=4λ4返回第三十四页，编辑于星期六：十二点二十六分。第34页，共48页。

例8、用光子能量为4.5eV的光照射某金属,从该金属表面逸出的电子最大初动能为2.0eV.这种金属的电子逸出功为________,能使这种金属产生光电效应的光的极限频率为________.如果以光子能量8.0eV的光照射该金属,则逸出的电子的最大初动能是____________.解：W=hν-EK=4.5-2.0=2.5eVν0=W/h=2.5×1.6×10-19/6.63×10-34=6×1014HzEK1=hν1-W=8-2.5=5.5eV2.5eV6×1014Hz5.5eV返回第三十五页，编辑于星期六：十二点二十六分。第35页，共48页。例9、已知每秒钟从太阳射到地球上垂直于太阳光的每平方米截面上的辐射能为1.4×103J，其中可见光约占45%。设可见光的波长均为0.55μm，太阳向各个方向的辐射是均匀的，太阳与地球间距离为1.5×1011m，则太阳每秒辐射出的可见光的光子数大约为

。

（只要求二位有效数字）解：太阳每秒辐射出来的能量E=4πR2

×

1.4×103J=4×3.14×(1.5×1011)2×1.4×103=4×1026J根据题意有，E×45%=n×hc/λ∴n=E×45%×λ/hc=[4×1026×0.45×0.55×10-6]／6.6×10-34×3×108=4.9×10444.9×1044返回返回第三十六页，编辑于星期六：十二点二十六分。第36页，共48页。例10、在光电效应实验中，当用光子能量E＝3.1eV的单色光照射阴极K时，(如图)，产生少量电流.若K极接正，A极接负，当两极间电压为0.9V时，光电流恰好截止.那么当A极接正，K极接负，电压仍为0.9V的时光电子到达A极的最大动能Ek2＝

eV，此金属的逸出功W＝

eV.解：打出的光电子具有初动能，若A、K间加上反向电压时，电场力做负功，当EK=eU反光电流恰好截止.∴EK1=0.9eV由EK1=E-W∴逸出功W=E-EK1=2.2eV若A、K间加上正向电压时，电场力做正功，光电子到达A极的最大动能为：Ek2＝EK1+eU=0.9+0.9=1.8eV1.82.2返回第三十七页，编辑于星期六：十二点二十六分。第37页，共48页。例11、图(a)所示为光电效应实验电路图.在某一定强度，一定频率的色光照射下，调节电位器可得到不同电压与电流曲线如图(b)所示.若改变照射光频率ν可得到图(c)所示光电子最大初动能与照射光频率的关系曲线.当用波长为5×10-7m的光照射时，已知截止电压Uc＝-0.38V.试求：(1)光电子的最大初动能；(2)阴极材料的逸出功；(3)阴极材料的极限频率.(b)Ekαν00UIUC(c)解：入射光子的能量为hc/λ=6.63×10-34×3×108/5×10-7=3.98×10-19J=2.49eV(1)EK=-eUc=0.38eV=6.08×10-20J(2)W=hc/λ-EK=2.49-0.38=2.11eV(3)γ0=W/h=2.11×1.6×10-19/6.63×10-34

=5.1×1014Hz返回第三十八页，编辑于星期六：十二点二十六分。第38页，共48页。3．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Ekm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．Ekm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第三十九页，编辑于星期六：十二点二十六分。第39页，共48页。5．用波长为2.0×10－7m的紫外线照射钨的表面，释放出来的光电子中最大的动能是4.7×10－19J．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＝3.0×108m/s，结果取两位有效数字)()A．5.5×1014Hz B．7.9×1014HzC．9.8×1014Hz D．1.2×1015Hz第四十页，编辑于星期六：十二点二十六分。第40页，共48页。6．关于光电效应，下列说法正确的是()A．极