专题47 光电效应光子说高考物理一轮复习专题详解解析版.docx

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专题47光电效应光子说高考物理一轮复习专题详解解析版

知识回顾

1．光电效应的规律

（1）任何一种金属，都有一种极限频率，只有当入射光的频率大于或等于极限频率时才会发生光电效应．

（2）光电子的最大初动能Ekm＝

mv

跟入射光的强度无关，只随入射光的频率的增大而增大．

（3）从光开始照射到释放出光电子，整个过程所需时间小于10－9s.

（4）产生光电效应时，单位时间内逸出的电子数与光的强度有关，光的强度越大，单位时间内逸出的电子数越多．

2．光电效应中的两条对应关系

（1）光照强度大→光子数目多→发射光电子多→光电流大．

（2）光子频率高→光子能量大→产生光电子的最大初动能大．

3．光电效应方程：

Ekm＝hν－W0.

4．用图象表示光电效应方程

（1）极限频率：

图线与ν轴交点的横坐标ν0.

（2）逸出功：

图线与Ek轴交点的纵坐标的绝对值W0＝E0.

（3）普朗克常量：

图线的斜率

k＝h＝

.

规律方法

解决光电效应类问题应注意的三个方面

（1）决定光电子初动能大小的是入射光的频率，决定光电流大小的是入射光光强的大小．

（2）由光电效应发射出的光电子由一极到达另一极，是电路中产生光电流的条件．

（3）明确加在光电管两极间的电压对光电子起到了加速作用还是减速作用．

求解光电效应问题的五个决定关系

（1）逸出功W0一定时，入射光的频率决定着能否产生光电效应以及光电子的最大初动能．

（2）入射光的频率一定时，入射光的强度决定着单位时间内发射出来的光电子数．

（3）爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0.

（4）光电子的最大初动能Ek可以利用光电管用实验的方法测得，即Ek＝eUc，其中Uc是遏止电压．

（5）光电效应方程中的W0为逸出功，它与极限频率νc的关系是W0＝hνc.学科*网

例题分析

【例1】　（多选）（2017年广州二模）如图所示是光控继电器的示意图，K是光电管的阴极．下列说法正确的是（　　）

A．图中a端应是电源的正极

B．只要有光照射K，衔铁就被电磁铁吸引

C．只要照射K的光强度足够大，衔铁就被电磁铁吸引

D．只有照射K的光频率足够大，衔铁才被电磁铁吸引

【答案】　AD

【例2】　（多选）用图甲同一实验装置研究光电效应现象，分别用A、B、C三束光照射光电管阴极，得到光电管两端电压与相应的光电流的关系如图乙所示，其中A、C两束光照射时对应的遏止电压相同，均为Uc1，根据你所学的相关理论判断下列论述正确的是（　　）

A．B光束光子的动量最大

B．A、C两束光的波长相同，要比B的波长长

C．三个光束中B光束照射时单位时间内产生的光电子数量最多

D．三个光束中A光束照射时光电管发出的光电子最大初动能最大

E．若B光是氢原子由第2能级向基态跃迁时产生的，则A光一定不是氢原子由高能级跃迁到基态产生的

【答案】　ABE

专题练习

1．（多选）（2017年哈尔滨模拟）某种金属在光的照射下发生光电效应，其遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图象如图所示，则由图象可知（　　）

A．任何频率的入射光都能发生光电效应

B．该金属的逸出功等于hν0

C．入射光的频率发生变化时，遏止电压不变

D．若已知电子电荷量e，就可以求出普朗克常量h

【答案】：

BD

2．（多选）（2017年益阳四月调研）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（直线与横轴的交点的横坐标为4.27，与纵轴的交点的纵坐标为0.5），图乙是氢原子的能级图，下列说法正确的是（　　）

A．该金属的极限频率为4.27×1014Hz

B．根据该图线能求出普朗克常量

C．该金属的逸出功为0.5eV

D．用n＝3能级的氢原子跃迁到n＝2能级时所辐射的光照射该金属能使该金属发生光电效应

E．用频率ν＝5.5×1014Hz的光照射该金属时，该金属发出的光电子去激发处于n＝2能级的氢原子，可能使氢原子跃迁到n＝3能级

【答案】：

ABD

3．（多选）用绿光照射一光电管，能产生光电效应．现在用如图所示的电路测遏止电压，则（　　）

A．改用红光照射，遏止电压会增大

B．改用紫光照射，遏止电压会增大

C．延长绿光照射时间，遏止电压会增大

D．增加绿光照射强度，遏止电压不变

【答案】：

BD

【解析】：

根据光电效应方程Ekm＝hν－W0和eUc＝Ekm，得：

Uc＝

－

，当入射光的频率大于极限频率时，遏止电压与入射光的频率成线性关系，与光的强度无关，故A、C错误，B、D正确．

4．（2017年河南六市调研）用频率均为ν但强度不同的甲、乙两束光做光电效应实验，发现光电流与电压的关系如图所示，由图可知，________（选填“甲”或“乙”）光的强度大，已知普朗克常量为h，被照射金属的逸出功为W0，则光电子的最大初动能为________．

【答案】：

甲　hν－W0

【解析】：

根据光的强度与电流成正比，由图就可知道：

甲光的强度大；由爱因斯坦的光电效应方程可得：

hν＝Em＋W0→Em＝hν－W0.

5．（2018太原质检）关于物质的波粒二象性，下列说法中不正确的是（　　）

A．不仅光子具有波粒二象性，一切运动的微粒都具有波粒二象性

B．运动的微观粒子与光子一样，当它们通过一个小孔时，都没有特定的运动轨道

C．波动性和粒子性，在宏观现象中是矛盾的、对立的，但在微观高速运动的现象中是统一的

D．实物的运动有特定的轨道，所以实物不具有波粒二象性

【答案】D

6．频率为ν的光照射某金属时，产生光电子的最大初动能为Ekm.改为频率为2ν的光照射同一金属，所产生光电子的最大初动能为（h为普朗克常量）（　　）

A．Ekm－hν　　　　　　　B．2Ekm

C．Ekm＋hνD．Ekm＋2hν

【答案】：

C

【解析】

则

，故选C。

7．下列说法正确的是（　　）

A．康普顿效应说明光具有粒子性，电子的衍射实验说明粒子具有波动性

B．爱因斯坦发现了光电效应现象，并且提出光子说，成功解释了光电效应现象

C．爱因斯坦的光电效应方程能够说明光子具有动量

D．康普顿效应表明光子只具有能量

【答案】A

【解析】康普顿效应说明光具有粒子性，电子的衍射实验说明粒子具有波动性，选项A正确；赫兹在研究电磁波时发现了光电效应现象，爱因斯坦提出光子说，成功解释了光电效应现象，选项B错误；爱因斯坦的光电效应方程不能够说明光子具有动量，选项C错误；康普顿效应表明光子除了具有能量外还有动量，选项D错误．

8．如图所示是某金属在光的照射下，光电子的最大初动能Ek与入射光的波长的倒数（1/λ）的关系图象，由图象可知（　　）

A．图象中的λ0是产生光电效应的最小波长

B．普朗克常量和光速的乘积hc＝Eλ0

C．该金属的逸出功等于－E

D．若入射光的波长为λ0/3，产生的光电子的最大初动能为4E

【答案】B

9．（多选）可以用甲图的电路研究光电效应中电子发射的情况与照射光的强弱、光的频率等物理量间的关系．某次用甲装置，分别用a、b、c三束光照射同一个光电管阴极．分别得到三条光电流与电压关系的图线如图乙所示．根据你所学的相关理论，下列论述正确的是（　　）

A．由乙图可知a、c的饱和光电流不同，所以a、c入射光的频率不同

B．由乙图可知a、c的遏止电压相同，所以a、c光照射产生的光电子最大初动能相同

C．由乙图可知a、b的遏止电压不同，可以判断b光的频率比a光的频率高

D．由乙图可知a、b的饱和光电流不同，可以判断a的光强比c的光强大

【答案】BCD

【解析】　a、c遏止电压相同，则a、c频率相同，光电子最大初动能相同；因为a的饱和光电流大，所以a的光强大于c的光强；b的遏止电压大于a的遏止电压，所以b的频率高于a、c的频率，b能使某金属发生光电效应时，a、c不一定能．

10．（多选）用极微弱的可见光做双缝干涉实验，随着时间的增加，在照相底片上先后出现如图甲、乙、丙所示的图象，则（　　）

A．图象甲表明光具有粒子性

B．图象乙表明光具有波动性

C．用紫外线观察不到类似的图象

D．实验表明光是一种概率波

【答案】ABD　

【解析】图象甲曝光时间短，通过光子数很少，呈现粒子性．图象乙曝光时间长，通过了大量光子，呈现波动性，故A、B正确；同时也表明光波是一种概率波，故D也正确；紫外线本质和可见光本质相同，也可以发生上述现象，故C错误．学科*网

11．（多选）在光电效应实验中，用同一种单色光，先后照射锌和银的表面．都能发生光电效应．对于这两个过程，下列四个物理量中，一定不同的是（　　）

A．遏止电压

B．饱和光电流

C．光电子的最大初动能

D．逸出功

【答案】ACD

12．如图所示，N为铝板，M为金属网，它们分别和电池两极相连，各电池的极性和电动势在图中标出，铝的逸出功为4.2eV.现分别用能量不同的光子照射铝板（各光子的能量在图上标出），那么，下列图中有光电子到达金属网的是（　　）

A．①②③B．②③

C．③④D．①②

【答案】B

13．（多选）在做光电效应实验时，某金属被光照射产生了光电效应，实验测得光电子的最大初动能Ek与入射光的频率ν的关系如图所示，C、ν0为已知量．由图线可知（　　）

A．普朗克常量的数值

B．该金属的逸出功

C．该金属的极限频率

D．入射光的频率增大，金属的极限频率随之增大

【答案】ABC

【解析】　根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0，Ekν图象的斜率等于普朗克常量，A正确，Ekν图象在纵轴上的截距的绝对值表示逸出功，B正确；当Ek＝0时，ν＝ν0，极限频率为ν0，C正确；金属的极限频率是常量，D错误．

14．紫光在真空中的波长为4.5×10－7m，问：

（1）紫光光子的能量是多少？

（2）用它照射极限频率为ν0＝4.62×1014Hz的金属钾能否产生光电效应？

若能产生，则光电子的最大初动能为多少？

（h＝6.63×10－34J·s）

【答案】：

（1）4.42×10－19J　

（2）能　1.36×10－19J

【解析】

（1）E＝hν＝h

＝4.42×10－19J.

（2）ν＝

＝6.67×1014Hz，因为ν>ν0，所以能产生光电效应．光电子的最大初动能为

Ekm＝hν－W0＝h（ν－ν0）≈1.36×10－19J.

15．如图所示，当开关S断开时，用光子能量为2.5eV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0.60V时，电流表读数仍不为零；当电压表读数大于或等于0.60V时，电流表读数为零．

（1）求此时光电子的最大初动能的大小；

（2）求该阴极材料的逸出功．

【答案】

（1）0.6eV　

（2）1.9eV