2020年高考物理一輪復(fù)習(xí) 第13章 近代物理初步 第59講 光電效應(yīng) 波粒二象性學(xué)案（含解析）

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1、第59講 光電效應(yīng) 波粒二象性 [研讀考綱明方向] [重讀教材定方法] (對(duì)應(yīng)人教版選修3－5的頁(yè)碼及相關(guān)問(wèn)題) 1．P31結(jié)合圖17.2－2閱讀“光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律”一段。從圖17.2－3中各圖線能得出什么規(guī)律？ 提示：由圖可知，隨著正向電壓增大，光電流趨于飽和值，且光的顏色一定時(shí)(黃光)，光越強(qiáng)飽和光電流越大；加反向電壓時(shí)，光電流逐漸減小到零，即存在遏止電壓，且遏止電壓與光的頻率有關(guān)，與光的強(qiáng)度無(wú)關(guān)，頻率越大，遏止電壓越大。 2．P33[思考與討論]推導(dǎo)Uc與ν、W0的關(guān)系。 提示：由mev＝eUc，Ek＝hν－W0，Ek＝mev，聯(lián)立得eUc＝hν－W0。 3．P

2、34[例題]體會(huì)由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)畫(huà)出圖象的方法，圖17.2－4中圖象的斜率、截距分別有什么物理意義？ 提示：由Ek＝hν－W0，Ek＝eUc得Uc＝ν－，故Uc－ν 圖象的斜率為，令Uc＝0，得橫截距νc＝，即截止頻率，縱截距即ν＝5.5×1014 Hz時(shí)的遏止電壓。 4．P37閱讀教材：哪些現(xiàn)象說(shuō)明光具有粒子性？哪些現(xiàn)象說(shuō)明光具有波動(dòng)性？ 提示：粒子性：光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)；波動(dòng)性：光的干涉、衍射、偏振。 5．P58圖18.4－2思考：一群氫原子處于量子數(shù)為3的激發(fā)態(tài)時(shí)，可發(fā)出幾種頻率的光子？ 提示：3種 6．P69[問(wèn)題與練習(xí)]T6，Cu里有多少質(zhì)子？多少中子？ 提示：29個(gè)質(zhì)子，

3、37個(gè)中子。 7．P71閱讀教材：β衰變中出現(xiàn)的電子來(lái)源于哪里？ 提示：核內(nèi)中子轉(zhuǎn)化為一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)電子。 8．P73[問(wèn)題與練習(xí)]T6，鉍210的半衰期是5天，經(jīng)過(guò)多少天后，20 g鉍還剩1.25 g? 提示：m＝m0·，代入數(shù)據(jù)得t＝20天。 9．P82圖19.5－3思考：重核裂變時(shí)比結(jié)合能變大還是變小？輕核聚變時(shí)呢？ 提示：都變大。 第59講　光電效應(yīng)　波粒二象性 考點(diǎn)一　光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律和光電效應(yīng)方程 1．光電效應(yīng)現(xiàn)象 在光的照射下金屬中的電子從金屬表面逸出的現(xiàn)象，叫做光電效應(yīng)，發(fā)射出來(lái)的電子叫做光電子。 2．光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律 (1)存在著飽和光

4、電流：即光照條件不變時(shí)，隨著電壓增大，光電流趨于一個(gè)飽和值。對(duì)于一定顏色(頻率)的光，入射光越強(qiáng)，飽和光電流越大，即單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)越多。 (2)存在著遏止電壓Uc：即存在使光電流減小到零的反向電壓。這說(shuō)明光電子有初速度且初速度的最大值vc滿足mev＝eUc。遏止電壓只與光的頻率有關(guān)，與光的強(qiáng)弱無(wú)關(guān)，這表明光電子的能量只與入射光的頻率有關(guān)。 (3)存在截止頻率νc：當(dāng)入射光的頻率小于截止頻率νc(又叫極限頻率)時(shí)，不發(fā)生光電效應(yīng)。不同金屬的截止頻率不同。 (4)光電效應(yīng)具有瞬時(shí)性：光照射到金屬表面時(shí)，產(chǎn)生光電流的時(shí)間不超過(guò)10－9 s，即光電效應(yīng)的發(fā)生幾乎是瞬時(shí)的。 3．愛(ài)因斯

5、坦光電效應(yīng)方程 (1)光子說(shuō)：空間傳播的光是不連續(xù)的，而是一份一份的，每一份叫做一個(gè)光子。光子的能量為ε＝hν，其中h是普朗克常量，其值為6.63×10－34 J·s。 (2)光電效應(yīng)方程：Ek＝hν－W0。 其中hν為入射光的能量，Ek為光電子的最大初動(dòng)能，即逸出光電子初動(dòng)能的最大值；W0是金屬的逸出功即電子從金屬中逸出所需做功的最小值。 4．愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程對(duì)實(shí)驗(yàn)規(guī)律的解釋 (1)愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程表明光電子的最大初動(dòng)能Ek與入射光的頻率ν有關(guān)，而與光的強(qiáng)弱無(wú)關(guān)，即規(guī)律(2)。 (2)只有當(dāng)hν>W0時(shí)，才有Ek>0，從而有光電子逸出，νc＝就是光電效應(yīng)的截止頻率，即規(guī)律

6、(3)。 (3)頻率ν一定的光，光較強(qiáng)時(shí)，單位時(shí)間照射的光子數(shù)較多，產(chǎn)生的光電子數(shù)較多，因而飽和光電流較大，即規(guī)律(1)。 (4)電子一次性吸收光子的全部能量，不需要積累能量的時(shí)間，即光電流幾乎是瞬時(shí)產(chǎn)生的，即規(guī)律(4)。 5．幾組重要概念的理解 (1)光子與光電子：光子指光在空間傳播時(shí)的每一份能量，光子不帶電；光電子是金屬表面受到光照射時(shí)發(fā)射出來(lái)的電子，其本質(zhì)是電子。 (2)光電子的動(dòng)能與光電子的最大初動(dòng)能：光照射到金屬表面時(shí)，電子吸收光子的全部能量，可能向各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，需克服原子核和其他原子的阻礙作用而損失一部分能量，剩余部分為光電子的初動(dòng)能；只有金屬表面的電子直接向外飛出時(shí)，只

7、需克服原子核的引力做功，才具有最大初動(dòng)能。光電子的初動(dòng)能小于或等于光電子的最大初動(dòng)能。 (3)光電流與飽和光電流：金屬板飛出的光電子到達(dá)陽(yáng)極，回路中便產(chǎn)生光電流，隨著所加正向電壓的增大，光電流趨于一個(gè)飽和值，這個(gè)飽和值是飽和光電流，在一定的光照條件下，飽和光電流與所加電壓大小無(wú)關(guān)。 (4)入射光強(qiáng)度與光子能量：入射光強(qiáng)度指單位時(shí)間內(nèi)照射到金屬表面單位面積上的總能量。所以光的強(qiáng)度I＝nhν，n是單位時(shí)間內(nèi)照射到單位面積上的光子數(shù)。從此式可以看出飽和光電流正比于n，所以只有當(dāng)光的頻率一定時(shí)，飽和光電流與入射光強(qiáng)度成正比；對(duì)于不同頻率的光，由于每個(gè)光子的能量不同，飽和光電流與入射光強(qiáng)度之間沒(méi)有簡(jiǎn)

8、單的正比關(guān)系。 1．(多選)如圖所示，用導(dǎo)線把驗(yàn)電器與鋅板相連接，當(dāng)用紫外線照射鋅板時(shí)，發(fā)生的現(xiàn)象是(　　) A．有光子從鋅板逸出 B．有電子從鋅板逸出 C．驗(yàn)電器指針張開(kāi)一個(gè)角度 D．鋅板帶負(fù)電 答案　BC 解析　由于光電效應(yīng)，在光的照射下鋅板中的電子從鋅板表面逸出，A錯(cuò)誤，B正確；驗(yàn)電器與鋅板相連，鋅板因失去電子帶正電，驗(yàn)電器指針張開(kāi)一個(gè)角度，C正確，D錯(cuò)誤。 2．[教材母題]　(人教版選修3－5 P36·T4)鋁的逸出功是4.2 eV，現(xiàn)在將波長(zhǎng)200 nm的光照射鋁的表面。 (1)求光電子的最大初動(dòng)能。 (2)求遏止電壓。 (3)求鋁的截止頻率。 [變式

9、子題]　(多選)用如圖所示的裝置研究光電效應(yīng)現(xiàn)象，當(dāng)用光子能量為3.2 eV的光照射到光電管上時(shí)，電流表G的讀數(shù)為0.2 mA。移動(dòng)變阻器的觸點(diǎn)c，當(dāng)電壓表的示數(shù)大于或等于0.8 V時(shí)，電流表讀數(shù)為0，則(　　) A．光電管陰極的逸出功為2.4 eV B．開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)后，電流表G示數(shù)不為0 C．光電子的最大初動(dòng)能為0.8 eV D．改用能量為2 eV的光子照射，電流表G也有電流，但電流較小 答案　ABC 解析　該裝置所加的電壓為反向電壓，發(fā)現(xiàn)當(dāng)電壓表的示數(shù)大于或等于0.8 V時(shí)，電流表示數(shù)為0，則光電子的最大初動(dòng)能為0.8 eV，根據(jù)光電效應(yīng)方程Ekm＝hν－W0，W0＝3.2

10、eV－0.8 eV＝2.4 eV，故A、C項(xiàng)正確；用光子能量為3.2 eV的光照射到光電管上時(shí)發(fā)生了光電效 應(yīng)，有光電子逸出，開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)后，沒(méi)有反向電壓，則有電流流過(guò)電流表，故B項(xiàng)正確；改用能量為2 eV的光子照射，由于光子的能量小于逸出功，不能發(fā)生光電效應(yīng)，無(wú)光電流，故D項(xiàng)錯(cuò)誤。 3．(2017·全國(guó)卷Ⅲ)(多選)在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，分別用頻率為νa、νb的單色光a、b照射到同種金屬上，測(cè)得相應(yīng)的遏止電壓分別為Ua和Ub、光電子的最大初動(dòng)能分別為Eka和Ekb。h為普朗克常量。下列說(shuō)法正確的是(　　) A．若νa>νb，則一定有Uaνb，則一定有Eka>Ekb C

11、．若Uaνb，則一定有hνa－Eka>hνb－Ekb 答案　BC 解析　光電效應(yīng)中遏止電壓與最大初動(dòng)能之間的關(guān)系為eU＝Ek，根據(jù)光電效應(yīng)方程可知Ek＝hν－W0，若νa>νb，則Eka>Ekb，Ua>Ub，選項(xiàng)A錯(cuò)誤，選項(xiàng)B正確；若Ua

12、)。 (2)乙圖是光電管加反向電壓的電路圖，可以研究光電管的遏止電壓。 2．四類圖象 (2018·南寧模擬)某同學(xué)采用如圖甲所示的裝置研究光電效應(yīng)現(xiàn)象，分別用a、b、c三束單色光照射圖甲中的光電管的陰極，得到光電管兩端的電壓與相應(yīng)的光電流的關(guān)系如圖乙所示，其中a、c兩束光照射時(shí)對(duì)應(yīng)的遏止電壓相同，均為Ua，則下列論述正確的是(　　) A．a(chǎn)、c兩束光的光強(qiáng)相同 B．a(chǎn)、c兩束光的頻率相同 C．b光束光子的能量最小 D．b光束的波長(zhǎng)最長(zhǎng)，遏止電壓最大 解析　由圖可知，a、c兩束光的遏止電壓相同，則頻率相同，a的飽和電流較大，因此a光束照射時(shí)單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)

13、生的光電子數(shù)量較大，光強(qiáng)較大，故A項(xiàng)錯(cuò)誤，B項(xiàng)正確；根據(jù)eU＝hν－W，入射光的頻率越高，對(duì)應(yīng)的遏止電壓U越大，所以b光的頻率最大，能量最大，且對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)最短，故C、D項(xiàng)錯(cuò)誤。 答案　B 方法感悟 研究光電效應(yīng)的兩條線索 1．愛(ài)因斯坦因提出了光量子概念并成功地解釋了光電效應(yīng)的規(guī)律而獲得1921年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。某種金屬逸出光電子的最大初動(dòng)能Ekm與入射光頻率ν的關(guān)系如圖所示，其中νc為極限頻率。從圖中可以確定的是(　　) A．逸出功與ν有關(guān) B．Ekm與入射光強(qiáng)度成正比 C．當(dāng)ν<νc時(shí)，會(huì)逸出光電子 D．圖中直線的斜率與普朗克常量有關(guān) 答案　D 解

14、析　逸出功是由金屬自身決定的，與ν無(wú)關(guān)，A錯(cuò)誤。Ekm隨入射光頻率的增大而增大，但不是正比關(guān)系，與入射光強(qiáng)度無(wú)關(guān)，B錯(cuò)誤。當(dāng)ν<νc時(shí)，無(wú)光電子逸出，C錯(cuò)誤。由Ek＝hν－W0知，Ek-ν圖象的斜率為h，D正確。 2．小明用金屬銣為陰極的光電管，觀測(cè)光電效應(yīng)現(xiàn)象，實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示。已知普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s。 (1)圖甲中電極A為光電管的________(填“陰極”或“陽(yáng)極”)； (2)實(shí)驗(yàn)中測(cè)得銣的遏止電壓Uc與入射光頻率ν之間的關(guān)系如圖乙所示，則銣的截止頻率νc＝________ Hz，逸出功W0＝________ J； (3)如果實(shí)驗(yàn)中入射光的頻率ν＝7

15、.00×1014 Hz，則產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能Ek＝________ J。 答案　(1)陽(yáng)極 (2)(5.12～5.18)×1014'(3.39～3.43)×10－19 (3)(1.21～1.25)×10－19 解析　(1)由光電管的結(jié)構(gòu)知，A為陽(yáng)極。 (2)Uc-ν圖象中橫軸的截距表示截止頻率νc， 逸出功W0＝hνc＝6.63×10－34×5.12×1014 J≈3.39×10－19 J。 (3)由愛(ài)因斯坦的光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0，可求結(jié)果Ek＝6.63×10－34×7.00×1014 J－3.39×10－19 J≈1.25×10－19 J。 考點(diǎn)三　光的波粒二象

16、性 1．光的波粒二象性 2．物質(zhì)波(德布羅意波) 由光的波粒二象性的思想推廣到微觀粒子和任何運(yùn)動(dòng)著的物體上去，得出物質(zhì)波(德布羅意波)的概念：任何一個(gè)運(yùn)動(dòng)著的物體都有一種波與它對(duì)應(yīng)，該波的波長(zhǎng)λ＝。 1．下列有關(guān)光的波粒二象性的說(shuō)法中，正確的是(　　) A．有的光是波，有的光是粒子 B．光子與電子是同樣的一種粒子 C．光的波長(zhǎng)越長(zhǎng)，其波動(dòng)性越顯著；波長(zhǎng)越短，其粒子性越顯著 D．大量光子的行為往往顯示出粒子性 答案　C 解析　光具有波粒二象性，故A錯(cuò)誤；電子是組成原子的基本粒子，有確定的靜止質(zhì)量，是一種物質(zhì)實(shí)體，光子代表著一份能量，沒(méi)有靜止質(zhì)量，故B錯(cuò)誤；

17、光的波長(zhǎng)越長(zhǎng)，其波動(dòng)性越顯著，波長(zhǎng)越短，其粒子性越顯著，故C正確；大量光子運(yùn)動(dòng)的規(guī)律表現(xiàn)出光的波動(dòng)性，故D錯(cuò)誤。 2．光具有波粒二象性，那么能夠證明光具有波粒二象性的現(xiàn)象是(　　) A．光的反射及小孔成像 B．光的干涉、光的衍射、光的色散 C．光的折射及透鏡成像 D．光的干涉、光的衍射和光電效應(yīng) 答案　D 解析　表明光具有波動(dòng)性的典型現(xiàn)象是光的干涉和衍射現(xiàn)象，表明光具有粒子性的典型現(xiàn)象是光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)。故選D。 3．2002年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)中的一項(xiàng)是獎(jiǎng)勵(lì)美國(guó)科學(xué)家賈科尼和日本科學(xué)家小柴昌俊發(fā)現(xiàn)了宇宙X射線源。X射線是一種高頻電磁波，若X射線在真空中的波長(zhǎng)為λ，以h表示普朗

18、克常量，c表示真空中的光速，以E和p分別表示X射線每個(gè)光子的能量和動(dòng)量，則(　　) A．E＝，p＝0 B．E＝，p＝ C．E＝，p＝0 D．E＝，p＝ 答案　D 解析　根據(jù)E＝hν，且λ＝，c＝λν可得X射線每個(gè)光子的能量為E＝，每個(gè)光子的動(dòng)量為p＝。故選D。 課后作業(yè) [鞏固強(qiáng)化練] 1．(多選)用綠光照射一個(gè)光電管，能產(chǎn)生光電效應(yīng)，欲使光電子從陰極逸出時(shí)最大初動(dòng)能增大，可以(　　) A．改用紅光照射 B．改用紫光照射 C．改用藍(lán)光照射 D．增加綠光照射時(shí)間 答案　BC 解析　光電子的最大初動(dòng)能和照射時(shí)間和照射強(qiáng)度無(wú)關(guān)，D錯(cuò)誤；根據(jù)光電效應(yīng)方程Ekm＝hν－W

19、0知，光的頻率越大，光電子的最大初動(dòng)能越大，藍(lán)光、紫光的頻率比綠光的大，故改用藍(lán)光、紫光照射，則光電子從陰極逸出時(shí)最大初動(dòng)能增大，A錯(cuò)誤，B、C正確。 2．(多選)下列說(shuō)法正確的是(　　) A．動(dòng)量相同的電子和質(zhì)子，其德布羅意波長(zhǎng)相同 B．光電效應(yīng)現(xiàn)象說(shuō)明光具有粒子性，光子具有能量 C．康普頓效應(yīng)說(shuō)明光具有粒子性，光子具有動(dòng)量 D．黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律說(shuō)明在宏觀世界里能量是連續(xù)的 答案　ABC 解析　根據(jù)物質(zhì)波波長(zhǎng)公式λ＝可知，當(dāng)質(zhì)子和電子動(dòng)量相同時(shí)，其德布羅意波長(zhǎng)相同，A正確；光電效應(yīng)現(xiàn)象說(shuō)明光具有粒子性，光子具有能量，B正確；康普頓效應(yīng)說(shuō)明光具有粒子性，光子具有動(dòng)量，C正確；黑

20、體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律說(shuō)明在微觀世界里能量是分立的，D錯(cuò)誤。 3．已知鈣和鉀的截止頻率分別為7.73×1014 Hz和5.44×1014 Hz，在某種單色光的照射下兩種金屬均發(fā)生光電效應(yīng)，比較它們表面逸出的具有最大初動(dòng)能的光電子，鈣逸出的光電子具有較大的(　　) A．波長(zhǎng) B．頻率 C．能量 D．動(dòng)量 答案　A 解析　根據(jù)愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程：Ekm＝hν－h(huán)ν0，因?yàn)殁}的ν0大，所以從鈣表面逸出的光電子的最大初動(dòng)能Ekm較小，由p＝知，該光電子的動(dòng)量較小，根據(jù)λ＝可知波長(zhǎng)較大，根據(jù)E＝hν可知頻率較小，B、C、D錯(cuò)誤，A正確。 4．有a、b、c三束單色光，其波長(zhǎng)關(guān)系為λa∶λb∶λ

21、c＝1∶2∶3，當(dāng)用a光束照射某種金屬板時(shí)能發(fā)生光電效應(yīng)，飛出的光電子最大動(dòng)能為Ek，若改用b光束照射該金屬板，飛出的光電子最大動(dòng)能為Ek，當(dāng)改用c光束照射該金屬板時(shí)(　　) A．能發(fā)生光電效應(yīng)，飛出的光電子最大動(dòng)能為Ek B．能發(fā)生光電效應(yīng)，飛出的光電子最大動(dòng)能為Ek C．能發(fā)生光電效應(yīng)，飛出的光電子最大動(dòng)能為Ek D．由于c光束光子能量較小，該金屬板不會(huì)發(fā)生光電效應(yīng) 答案　B 解析　a、b、c三束單色光，其波長(zhǎng)關(guān)系為λa∶λb∶λc＝1∶2∶3，因?yàn)楣庾宇l率ν＝，知光子頻率之比為6∶3∶2；設(shè)a光的頻率為6a，根據(jù)光電效應(yīng)方程Ekm＝hν－W0得，Ek＝h·6a－W0，Ek＝h

22、·3a－W0，聯(lián)立兩式計(jì)算得出逸出功W0＝ha，Ek＝ha，c光的光子頻率為2a>a，能發(fā)生光電效應(yīng)，最大初動(dòng)能Ekm′＝h·2a－W0＝ha＝Ek，故B正確，A、C、D錯(cuò)誤。 5．(多選)用某單色光照射金屬鈦表面，發(fā)生光電效應(yīng)，從鈦表面放出光電子的最大初動(dòng)能與入射光頻率的關(guān)系如圖，則下列說(shuō)法正確的是(　　) A．鈦的逸出功為6.67×10－19 J B．鈦的極限頻率為1.0×1015 Hz C．光電子的最大初動(dòng)能為1.0×10－18 J D．由圖線可求得普朗克常量為6.67×10－34 J·s E．光電子的最大初動(dòng)能與入射光的頻率成正比 答案　ABD 解析　根據(jù)光電效應(yīng)方

23、程Ek＝hν－W0知，圖線的斜率等于普朗克常量，則h＝ J·s≈6.67×10－34 J·s，故D正確；當(dāng)光電子最大初動(dòng)能為零時(shí)，入射光的頻率等于金屬的極限頻率，則ν0＝1.0×1015 Hz，可知逸出功W0＝hν0＝6.67×10－34×1×1015 J＝6.67×10－19 J，故A、B正確；入射光的頻率越大，光電子的最大初動(dòng)能越大，根據(jù)該圖無(wú)法得出光電子的最大初動(dòng)能，故C錯(cuò)誤；由圖可知，光電子的最大初動(dòng)能與入射光的頻率成一次函數(shù)關(guān)系，不是正比關(guān)系，故E錯(cuò)誤。 6．如圖甲所示是研究光電效應(yīng)規(guī)律的光電管。用波長(zhǎng)λ＝0.50 μm的綠光照射陰極K，實(shí)驗(yàn)測(cè)得流過(guò)表的電流I與AK之間的電勢(shì)差UA

24、K滿足如圖乙所示規(guī)律，取h＝6.63×10－34 J·s。結(jié)合圖象，求：(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字) (1)每秒鐘陰極發(fā)射的光電子數(shù)和光電子飛出陰極K時(shí)的最大動(dòng)能； (2)該陰極材料的極限波長(zhǎng)。 答案　(1)4.0×1012 個(gè)　9.6×10－20 J　(2)0.66 μm 解析　(1)光電流達(dá)到飽和時(shí)，陰極發(fā)射的光電子全部到達(dá)陽(yáng)極A，陰極每秒鐘發(fā)射的光電子的個(gè)數(shù)： n＝＝(個(gè))＝4.0×1012(個(gè))。 光電子的最大初動(dòng)能為： Ekm＝eUc＝1.6×10－19×0.6 J＝9.6×10－20 J。 (2)設(shè)陰極材料的極限波長(zhǎng)為λ0，根據(jù)愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程：Ekm＝hν－W

25、0＝h－h(huán)， 代入數(shù)據(jù)得λ0≈0.66 μm。 [真題模擬練] 7．(2018·全國(guó)卷Ⅱ)用波長(zhǎng)為300 nm的光照射鋅板，電子逸出鋅板表面的最大初動(dòng)能為1.28×10－19 J。已知普朗克常量為6.63×10－34 J·s，真空中的光速為3.00×108 m·s－1，能使鋅產(chǎn)生光電效應(yīng)的單色光的最低頻率約為(　　) A．1×1014 Hz B．8×1014 Hz C．2×1015 Hz D．8×1015 Hz 答案　B 解析　由光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0，得W0＝hν－Ek＝h－Ek。剛好發(fā)生光電效應(yīng)的臨界條件是最大初動(dòng)能Ek＝0時(shí)，入射光的頻率為ν0，則W0＝hν0，代

26、入數(shù)據(jù)可得：ν0＝8×1014 Hz，故B正確。 8．(2016·全國(guó)卷Ⅰ)(多選)現(xiàn)用某一光電管進(jìn)行光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)，當(dāng)用某一頻率的光入射時(shí)，有光電流產(chǎn)生。下列說(shuō)法正確的是(　　) A．保持入射光的頻率不變，入射光的光強(qiáng)變大，飽和光電流變大 B．入射光的頻率變高，飽和光電流變大 C．入射光的頻率變高，光電子的最大初動(dòng)能變大 D．保持入射光的光強(qiáng)不變，不斷減小入射光的頻率，始終有光電流產(chǎn)生 E．遏止電壓的大小與入射光的頻率有關(guān)，與入射光的光強(qiáng)無(wú)關(guān) 答案　ACE 解析　保持入射光的頻率不變，入射光的光強(qiáng)變大，單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子個(gè)數(shù)增加，則飽和光電流變大，故A正確；飽和光電流的大小

27、與入射光的頻率無(wú)直接關(guān)系，故B錯(cuò)誤；由Ek＝hν－W0，可知C正確；當(dāng)入射光的頻率小于金屬的極限頻率時(shí)，光電效應(yīng)不能發(fā)生，故D錯(cuò)誤；由eU＝mv2＝hν－W0得eU＝hν－W0，可見(jiàn)，遏止電壓U隨ν的增大而增大，與入射光的光強(qiáng)無(wú)關(guān)，故E正確。 9.(2018·湖北武漢聯(lián)考)(多選)在X射線管中，由陰極發(fā)射的電子(不計(jì)初速度)被加速后打到陽(yáng)極，會(huì)產(chǎn)生包括X光在內(nèi)的各種能量的光子，其中光子能量的最大值等于電子的動(dòng)能。已知陽(yáng)極與陰極之間的電勢(shì)差U、普朗克常量h、電子電荷量e和光速c，則可知該X射線管發(fā)出的X光的(　　) A．最短波長(zhǎng)為 B．最長(zhǎng)波長(zhǎng)為 C．最小頻率為 D．最大頻率為

28、答案　AD 解析　根據(jù)動(dòng)能定理知電子到達(dá)陽(yáng)極的動(dòng)能為eU，設(shè)X光的能量為E，依題意有eU≥E，再根據(jù)光速與波長(zhǎng)和頻率的關(guān)系公式c＝λν、光子能量E＝hν，則可得λ≥，ν≤，故A、D正確。 10．(2018·廣州市高中畢業(yè)綜合測(cè)試)已知普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s,1 eV＝1.6×10－19 J。在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，金屬鈀的逸出功為1.9 eV，要使鈀表面發(fā)出的光電子的最大初動(dòng)能為1.0 eV，入射光的頻率約為(　　) A．2.2×1014 Hz B．4.6×1014 Hz C．4.6×1015 Hz D．7.0×1014 Hz 答案　D 解析　根據(jù)光電效應(yīng)方程Ek

29、＝hν－W0，又Ek＝1.0 eV＝1.6×10－19 J，W0＝1.9 eV＝1.9×1.6×10－19 J＝3.04×10－19 J，代入已知量，注意都取國(guó)際單位，可得ν≈7.0×1014 Hz。故D正確。 11．(2018·銀川模擬)如圖甲所示是研究光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)規(guī)律的電路。當(dāng)用強(qiáng)度一定的黃光照射到光電管上時(shí)，測(cè)得電流表的示數(shù)隨電壓變化的圖象如圖乙所示。下列說(shuō)法正確的是(　　) A．若改用紅光照射光電管，一定不會(huì)發(fā)生光電效應(yīng) B．若照射的黃光越強(qiáng)，飽和光電流將越大 C．若用頻率更高的光照射光電管，則光電管中金屬的逸出功越大 D．若改用藍(lán)光照射光電管，圖象與橫軸交點(diǎn)在黃光照射時(shí)

30、的右側(cè) 答案　B 解析　根據(jù)光電效應(yīng)方程知，Ekm＝hν－W0，紅光的頻率小于黃光的頻率，紅光照射不一定發(fā)生光電效應(yīng)，但不是一定不會(huì)發(fā)生光電效應(yīng)，故A錯(cuò)誤；增加入射光的強(qiáng)度，則單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的光電子數(shù)目增加，飽和光電流將增大，故B正確；光電管中金屬的逸出功的大小是由材料本身決定的，與入射光的頻率無(wú)關(guān)，故C錯(cuò)誤；根據(jù)光電效應(yīng)方程知，Ekm＝hν－W0，藍(lán)光的頻率大于黃光的頻率，則光電子的最大初動(dòng)能增大，所以反向遏止電壓增大，圖象與橫軸交點(diǎn)在黃光照射時(shí)的左側(cè)，故D錯(cuò)誤。 12．(2018·衡水中學(xué)5月沖刺模擬考試)用圖甲所示的電路研究光電效應(yīng)中電子發(fā)射的情況與照射光的強(qiáng)弱、光的顏色(頻率)等

31、物理量間的關(guān)系，電流計(jì)G測(cè)得的光電流I隨光電管兩端電壓U的變化如圖乙所示，則(　　) A．通過(guò)電流計(jì)G的電流方向由d到c B．電壓U增大，光電流I一定增大 C．用同頻率的光照射K極，光電子的最大初動(dòng)能與光的強(qiáng)弱無(wú)關(guān) D．光電管兩端電壓U為零時(shí)一定不發(fā)生光電效應(yīng) 答案　C 解析　電流方向與逃逸出來(lái)的光電子運(yùn)動(dòng)方向相反，所以通過(guò)電流計(jì)G的電流方向由c到d，故A錯(cuò)誤；在光照條件不變的情況下，隨著所加電壓U增大，光電流先增大，最后趨于飽和值不變，故B錯(cuò)誤；用同頻率的光照射K極，根據(jù)愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0，光電子的最大初動(dòng)能與光的頻率有關(guān)，與光的強(qiáng)弱無(wú)關(guān)，故C正確；光電管兩

32、端電壓U為零時(shí)，光電效應(yīng)照樣發(fā)生，故D錯(cuò)誤。 13.(2018·太原模擬)2009年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主威拉德·博伊爾和喬治·史密斯主要成就是發(fā)明了電荷耦合器件(CCD)圖像傳感器。他們的發(fā)明利用了愛(ài)因斯坦的光電效應(yīng)原理。如圖所示電路可研究光電效應(yīng)規(guī)律。圖中標(biāo)有A和K的為光電管，其中A為陽(yáng)極，K為陰極。理想電流計(jì)可檢測(cè)通過(guò)光電管的電流，理想電壓表用來(lái)指示光電管兩端的電壓。現(xiàn)接通電源，用光子能量為10.5 eV的光照射陰極K，電流計(jì)中有示數(shù)，若將滑動(dòng)變阻器的滑片P緩慢向右滑動(dòng)，電流計(jì)的讀數(shù)逐漸減小，當(dāng)滑至某一位置時(shí)電流計(jì)的讀數(shù)恰好為零，讀出此時(shí)電壓表的示數(shù)為6.0 V；現(xiàn)保持滑片P位置不變，以下

33、判斷錯(cuò)誤的是(　　) A．光電管陰極材料的逸出功為4.5 eV B．若增大入射光的強(qiáng)度，電流計(jì)的讀數(shù)為零 C．若用光子能量為12 eV的光照射陰極K，光電子的最大初動(dòng)能一定變大 D．若用光子能量為9.5 eV的光照射陰極K，同時(shí)把滑片P向左移動(dòng)少許，電流計(jì)的讀數(shù)一定不為零 答案　D 解析　該裝置所加的電壓為反向電壓，發(fā)現(xiàn)當(dāng)電壓表的示數(shù)等于6.0 V時(shí)，電流表示數(shù)恰為0，知道光電子的最大初動(dòng)能為6.0 eV，根據(jù)光電效應(yīng)方程Ekm＝hν－W0，W0＝10.5 eV－6.0 eV＝4.5 eV，故A正確；現(xiàn)保持滑片P位置不變，增大光的強(qiáng)度時(shí)仍然會(huì)發(fā)生光電效應(yīng)，但光電子的最大初動(dòng)能不

34、變，所以不會(huì)有電流流過(guò)電流表，故B正確；若用光子能量為12 eV的光照射陰極K，入射光的頻率增大，根據(jù)光電效應(yīng)方程可知，光電子的最大初動(dòng)能一定增大，故C正確；改用能量為9.5 eV的光子照射，入射光的頻率減小，根據(jù)光電效應(yīng)方程可知，光電子的最大初動(dòng)能一定減小，此時(shí)的遏止電壓小于6 V，若把滑片P向左移動(dòng)少許，電子仍然可能不能到達(dá)A極，所以電流計(jì)的讀數(shù)可能為零，故D錯(cuò)誤。 14．(2018·江蘇高考)光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，用波長(zhǎng)為λ0的單色光A照射某金屬板時(shí)，剛好有光電子從金屬表面逸出。當(dāng)波長(zhǎng)為的單色光B照射該金屬板時(shí)，光電子的最大初動(dòng)能為_(kāi)_______，A、B兩種光子的動(dòng)量之比為_(kāi)_______。(已知普朗克常量為h、光速為c) 答案　　1∶2 解析　根據(jù)光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0，又ν＝，所以有0＝－W0，Ek＝－W0，解得Ek＝；又光子動(dòng)量p＝，所以A、B兩種光子的動(dòng)量之比為1∶2。 19