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§15.1光电效应【考点提示】1、理解光电效应,光子的概念,能用爱因斯坦光子说解释光电效应。2、能用爱因斯坦光电方程计算有关问题。【知识要点】一、光电效应现象1、现象:在光的照射下,使物体发射电子的现象,发出的电子叫光电子。2、规律:①任何一种金属存在极限频率,要产生光电效应入射光的频率要大于极限频率。②光电子的最大初动能与入射光的强度无关,随入射光频率的增大而增大。③光电流强度与入射光的强度成正比。④从光照到产生光电流时间极短,几乎是瞬间的。二、光子说1、光不是连续的而是一份一份的,每一份叫一个光子。2、光子的能量与频率成正比。hchE3、对光电效应的解释:①对于第一条:由于光子的能量与频率有关,频率小则能量小,当光子被电子吸收后不足以克服原子核束缚,所以存在极限频率。②对于第二条:吸收了光子的电子可能向各个方向运动,经过的路程各不相同,途中损失的能量也不同,只有金属表面上的电子只要克服原子核的引力做功(逸出功),就能从金属中逸出如果入射光子的能量小于逸出功,则不能产生光电效应。不同金属有不同的逸出功,极限频率也不同,而最大初动能由爱因斯坦光电方程WhEk来计算,可见光电子的最大初动能与入射光的强度(单位时间内入射的光子数目)无关,随入射光频率的增大而增大。③对于第三条:在能产生光电效应的前提下,入射光强度越大,单位时间内的光子数目越多,产生的光电子越多,电流就越强。④对于第四条:当光子照射到金属上时,它的能量可以被某个电子全部吸收,使电子的动能立刻增大,不需要积累能量的过程,所以时间极短。【例题分析】【例1】、1905年,爱因斯坦先后发表了五篇关于光量子,布朗运动和狭义相对论等具有划时代意义的论文,为纪念这位二十世纪最伟大的物理学家,联合国教科文组织大会于2005年1月13——15日在巴黎总部正式宣布“2005——国际物理年”开始。以下关于光子说和光电效应现象的说法中正确的是()A在不同介质中,同种色光的光子能量是不同的B任何介质中蓝光光子的频率要比红光光子频率大。C入射光子的频率小于某种金属的极限频率时,若延长该光的光照时间,可使金属板上有电子逸出。D入射光的波长小于某种金属的极限波长时,电子逸出金属板后有剩余动能。【例2】、[2006全国卷II.19]已知能使某金属产生光电效应的极限频率为ν0,()A.当用频率为2ν0的单色光照射该金属时,一定能产生光电子B.当用频率为2ν0的单色光照射该金属时,所产生的光电子的最大初动能为hν0C.当照射光的频率大于ν0时,若ν增大,则逸出功D.当照射光的频率ν大于ν0时,若ν增大一倍,则光电子的最大初动能也增大一倍【例3】、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零D.将电池组极性反接,滑片P停在O点,电流表仍有示数【例4】、已知金属锌发生光电效应时产生的光电子的最大初动能EK跟入射光的频率的关系图象如图中的直线1所示。某种单色光照射到金属锌的表面时,产生的光电子的最大初动能为E1。若该单色光照射到另一金属表面时产生的光电子的最大初动能E2,E2E1,关于这种金属的最大初动能EK跟入射光的频率ν的关系图象应如图中的()A.aB.bC.cD.上述三条图线都不正确【例5】、[2006江苏卷.6]研究光电效应规律的实验装置如图所示,以频率为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作减速运动。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()光A电子KVG光电管光强I和频率ν一定时,光电流i反向电压U的关系iUO(C)I光强I和频率ν一定时,光电流i与产生光电子的时间的关系tO(D)10-9反向电压和频率ν一定时,光电流I与光强I的关系iIO(A)截止电压U0与频率ν的关系U0νO(B)【例6】用波长为λ的单色光照射某金属逸出光电子的最大初动能为用波长为2λ的单色光照射该金属逸出电子的最大初动能的n倍,则能使该金属发生光电效应的最大波长是多少?光电效应(作业)1.用绿光照射一光电管,能产生光电效应,欲使光电子的最大初动能增大,则应()A.改用红光照射B.改用紫光照射C.增大绿光的强度D.减小绿光的强度2.A、B两束不同频率的光波均能使某金属发生光电效应,如果产生光电流的最大值分别是IA和IB,且IAIB,则下述关系正确的是()A.照射光的波长λAλBB.照射光的光子能量EAEBC.单位时间里照射到金属板的光子数NANBD.照射光的频率υAυB3.如图48-B-3,利用光电管研究光电效应实验,用频率为υ0的可见光照射阴极K,电流表中有电流通过,则()A.用紫外光照射,电流表中不一定有电流通过B.用红外光照射,电流表中一定无电流通过C.用频率为υ0的可见光照射K,当滑动变阻器的滑动触头移到A端,电流表中一定无电流通过D.用频率为υ0的可见光照射K,当滑动变阻器的滑动触头向B端滑动时,电流表示数可能不变4.三种不同的入射光A、B、C分别射在三种不同的金属a、b、c的表面,均恰可使金属中逸出光电子,若三种入射光的波长λAλBλC,则()A.用入射光光A照射金属b或c,金属b、c均可发生光电效应B.用入射光A与B同时照射金属c,金属c可发生光电效应C.用入射光C照射金属a或b,金属a、b均可发生光电效应D.用入射光B或C照射金属a,均可使金属a发生光电效应5.入射光照到某金属表面上发生光电效应,若入射光的强度减弱,而频率保持不变,那么以下说法正确的是()A.从光照射到金属表面到发射出光电子之间的时间间隔将明显增加B.逸出的光电子的最大初动能减小48图-B-5abcC.单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将减少D.有可能不再产生光电效应6.如图48-A-1所示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4.5×1014Hz,则以下判断正确的是()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,电路中的光电流的饱和值取决于入射光的强度C.用λ=0.5μm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,电路中的光电流越大7.在光电效应现象中,说法正确的是()A.当照射光的频率低于金属的极限频率时,金属中电子不吸收光子B.金属内层电子成为光电子的逸出功较大C.吸收光子的电子都能成为光电子D.金属表面上的电子吸收光子后也不一定成为光电子8.(1998年·全国高考)一束平行光被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48-B-5所示,已知金属板b有光电子放出,则可知()A.板a一定放出光电子B.板a一定不放出光电子C.板c一定放出光电子D.板c一定不放出光电子9.如果用从红到紫的复色光照射某光电管,有光电效应发生,这时光电流为I,光电子的最大初动能为EK,那么()A.若用滤光片对复色光只滤去红光,则光电流I一定减小B.若用滤光片对复色光只滤去红光,则光电流I有可能不变C.若用滤光片只滤去黄色,则EK一定不变D.若用滤光片只滤去紫光,则EK一定变小10.(1)发生光电效应时,光电子的最大初动能由光的和决定。(2)如图所示是测定光电效应产生的光电子比荷的简要实验原理图,两块平行板相距为d,其中N为金属板,受紫外线照射后,将发射沿不同方向运动的光电子,形成电流,从而引起电流计G的指针偏转,若调节R0逐渐增大极板间电压,可以发现电流逐渐减小,当电压表示数为U时,电流恰好为零。切断开关S,在MN间加垂直于纸面的匀强磁场,逐渐增大磁感强度,也能使电流为零,当磁感强度为B时,电流恰为零。试求光电子的比荷e/m。481A图GAVPErSNMbaR011.(1981年高考题)一光电管的阴极用极限波长λ0=5000Å的钠制成。用波长λ=3000Å的紫外线照射阴极,光电管阳极A和阴极K之间的电势差U=2.1V,光电流的饱和值I=0.56mA。(l)求每秒内由K极发射的电子数。(2)求电子到达A极时的最大动能。(3)如果电势差U不变,而照射光的强度增到原值的3倍,此时电子到达A极时的最大动能是多少?(普朗克恒量h=6.63×10-34J·s,电子的电量e=1.6×10-19C,1Å=10-10m)。
本文标题:光电效应专题
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