光電效應例題匯總

1、光電效應：光照射金屬板時，可以使金屬板發(fā)射電子的現(xiàn)象。右圖中，鋅板帶正電，驗電器也帶正電。光電效應中，金屬板發(fā)射出來的電子叫光電子，光電子的定向移動可以形成光電流。相關(guān)知識：電磁波按照頻率依次增大（波長依次減?。┑捻樞蚺帕校簾o線電波紅外線可見光紫外線x射線射線可見光又分為7中顏色：紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫。光的頻率和顏色是對應關(guān)系，一個頻率對應一種光的顏色。單色光就是單一頻率的光。光照強度：單位時間內(nèi)照射到單位面積上的光的能量。（光線和接收面垂直時）通俗講，光照強度大就是光線密集的意思。房間里開一盞燈時沒有開兩盞燈光照強度大。光電效應的規(guī)律：（右圖為研究光電效應的電路圖）1 光電管中存在飽和

2、電流。當光照強度、光的顏色一定時，光電流隨著AK極之間的電壓增大而增大，但是當電壓增大到一定程度以后，光電流就不再增大了，光電流能達到的最大值叫飽和電流?？刂乒獾念伾?，飽和電流與光照強度有關(guān)，光照越強則飽和電流越大。2 光電管兩端存在著遏止電壓。當A、K極之間電壓為零時，光電流并不為零。當在A、K極加反向電壓時，即A極為負極板，K極為正極板時，光電子在兩極之間減速運動。反向電壓越大，光電流越小，當反向電壓達到某一值時，光電流消失，能夠使光電流消失的反向電壓叫遏止電壓，用UC表示。遏止電壓與光照強度無關(guān)，只與入射光的頻率有關(guān)，頻率越大則遏止電壓越大。右圖中，甲乙丙三種光的頻率大小關(guān)系？1、 乙的

3、光照強度大小關(guān)系？2、3 金屬能否發(fā)生光電效應取決于入射光的頻率，與光照強度和光照時間無關(guān)。當入射光的頻率低于某一值時，無論光照多強，時間多長都不會發(fā)生光電效應。而這一值叫做截止頻率，又叫極限頻率，用c表示。4 如果入射光的頻率超過了截止頻率，無論光照強度多么弱，發(fā)生光電效應僅需10-9s。愛因斯坦為了解釋光電效應，提出了光子說：1 在空間傳播的光是不連續(xù)的，而是一份一份的，每一份叫做一個光子，光子的能量E=h。指光的頻率。2 金屬中的自由電子吸收光子能量時，必須是一次只能吸收一個光子，而且不能累計吸收。3 光子不能再分，自由電子吸收光子時要么是全部吸收，要么不吸收。4 自由電子吸收光子僅需1

4、0-9s。光子說對光電效應的解釋：1 當光照顏色一定時，光照越強，則單位時間內(nèi)照射到金屬上的光子數(shù)越多，光子數(shù)越多則發(fā)射出來的光電子數(shù)越多。所以光電流就越大。當A、K極間的電壓大到一定程度后，所有的光電子都能從K極到達A極，出現(xiàn)了飽和電流。光照越強，光子數(shù)、光電子數(shù)相應越多，則飽和電流增大。2 自由電子吸收了光子能量后，能夠從金屬內(nèi)部逃逸出來。自由電子從金屬中逃逸出來的過程中，要克服原子核對它的引力做功。自由電子從金屬中逃逸出來的過程中所要克服引力所做功的最小值，叫金屬的逸出功，用W0表示。逸出功是由金屬本身決定的，不同的金屬有不同的逸出功。若要自由電子能夠從金屬中逃逸出來，則自由電子吸收的光

5、子能量E=h必須大于金屬的逸出功W0 。因此金屬存在著截止頻率，hc= W0 。當光子能量h W0 時，才能發(fā)生光電效應。電子從金屬中逃逸出來后剩余的動能，由能量守恒定律可知：EK=h-W，其中W指自由電子逃逸過程中克服引力做的功，當W最小時，電子剩余的動能則越大，所以，電子的最大初動能EKm=h-W0。3 在光電管中，當在、K極加反向電壓時，電場力對電子做負功，當反向電壓達到遏止電壓UC時，光電子恰好不能到達A極。如右圖，A極接電源負極。則遏止電壓UC滿足：-eUC=0-EKm= h-W0 ，所以，遏止電壓只與入射光的頻率有關(guān)，與光照強度和光照時間無關(guān)。玻爾氫原子理論：產(chǎn)生背景：原子的發(fā)光光

6、譜是線狀譜，即，原子發(fā)出的光的頻率（或波長）只能是一些不連續(xù)的特定值。每一種原子都有自己獨特的線狀譜，就好像每一個人都有屬于自己獨特的指紋一樣。玻爾為了解釋原子光譜的規(guī)律，提出了玻爾氫原子理論。1軌道量子化假設：原子核外的電子只能在一些不連續(xù)的、特定的軌道上繞核勻速圓周運動。好像這些軌道是由上帝安排好的一樣。2定態(tài)假設：電子在那些特定軌道上運動時，不會向外輻射電磁波，整個原子的能量不會減少，原子處于相對穩(wěn)定狀態(tài)，簡稱定態(tài)。第1軌道第2軌道軌道3能量量子化假設：電子在那些特定軌道上運動時，原子的能量也有一些不連續(xù)的特定值與之對應。原子的能量也只能是一些不連續(xù)的特定值。電子的軌道不同，原子的能量也

7、不同。原子的能量指：電子的動能和電子與原子核系統(tǒng)的電勢能。玻爾認為，電子繞原子核的運動規(guī)律與衛(wèi)星繞地球的運動規(guī)律相似。軌道半徑越大，則電子的動能越小，而電勢能越大，因為從低軌道到高軌道時引力做負功。由微積分計算可知，軌道半徑增大的過程中，勢能增加的多而動能減小的少，所以軌道半徑越大時，原子的能量越大。玻爾以軌道為電勢能的零點，電子在軌道時，動能也是零，所以在時原子的能量為零。以軌道為電勢的零點，玻爾還計算出電子在第一軌道時，原子的能量為-13.6ev。電子在第n軌道時，原子的能量為，其中n是軌道數(shù)，也叫量子數(shù)。4 能級與躍遷：原子的每一個能量值，叫做原子的能級。電子在低軌道時，原子的能量值較小

8、，叫低能級狀態(tài)。電子在高軌道時，原子的能量值較大，叫高能級狀態(tài)。高與低都是相對的。電子只能在那些特定的軌道上，所以電子從一個軌道到另一軌道時，好像沒有中間過程，叫軌道躍遷。5基態(tài)與激發(fā)態(tài)：電子在第1軌道上時，原子處于第1能級狀態(tài)，此時原子最穩(wěn)定，不會向外輻射能量，叫基態(tài)。電子處在2、3軌道上時，原子處在相對較高的能級狀態(tài)，叫激發(fā)態(tài)。6原子從外界吸收能量時，電子會從低軌道向高軌道躍遷，原子就從低能級躍遷到了高能級。而處于高能級的原子會自發(fā)地向低能級躍遷。當原子從高能級向低能級躍遷時，原子的能級會減小，而減小的能量就以光子的形式輻射出去。躍遷一次就會發(fā)出一個光子。根據(jù)能量守恒可知，原子輻射的光子能

9、量E=h=兩個能級的差值。氫原子的能級是一些特定值，所以能級差也是一些不連續(xù)的特定值，所以原子發(fā)光的光譜是線狀譜。玻爾計算的氫原子的光譜與實際試驗觀察完全吻合，玻爾因此獲得諾貝爾獎。原子吸收光子的能量時，也是選擇一定頻率的，不是任意能量的光子都可以吸收。經(jīng)典例題： 1已知能使某金屬產(chǎn)生光電效應的極限頻率為0，則( )A當用頻率為20的單色光照射該金屬時，一定能產(chǎn)生光電子B當用頻率為20的單色光照射該金屬時，所產(chǎn)生的光電子的最大初動能為h0C當照射光的頻率大于0時，若增大，則逸出功增大D當照射光的頻率大于0時，若增大一倍，則光電子的最大初動能也增大一倍2 如圖所示，當電鍵K斷開時，用光子能量為2

10、.5 eV的一束光照射陰極P，發(fā)現(xiàn)電流表讀數(shù)不為零。合上電鍵K，調(diào)節(jié)滑線變阻器，發(fā)現(xiàn)當電壓表讀數(shù)小于0.60 V時，電流表讀數(shù)仍不為零；當電壓表讀數(shù)大于或等于0.60 V時，電流表讀數(shù)為零。由此可知陰極材料的逸出功為（ ）A1.9 eV B0.6 eV C2.5 eV D3.1 eV3在光電效應實驗中，飛飛同學用同一光電管在不同實驗條件下得到了三條光電流與電壓之間的關(guān)系曲線(甲光、乙光、丙光)，如圖所示。則可判斷出（ ）A甲光的頻率大于乙光的頻率 B乙光的波長大于丙光的波長C乙光對應的截止頻率大于丙光的截止頻率D甲光對應的光電子最大初動能大于丙光的光電子最大初動能4以往我們認識的光電效應是單光

11、子光電效應，即一個電子只能短時間內(nèi)能吸收到一個光子而從金屬表面逸出。強激光的出現(xiàn)豐富了人們對于光電效應的認識，用強激光照射金屬，由于其光子密度極大，一個電子在短時間內(nèi)吸收多個光子成為可能，從而形成多光子電效應，這已被實驗證實。光電效應實驗裝置示意如圖。用頻率為v的普通光源照射陰極k，沒有發(fā)生光電效應，換同樣頻率為v的強激光照射陰極k，則發(fā)生了光電效應；此時，若加上反向電壓U，即將陰極k接電源正極，陽極A接電源負極，在kA之間就形成了使光電子減速的電場，逐漸增大U，光電流會逐漸減??；當光電流恰好減小到零時，所加反向電壓U可能是下列的（其中W為逸出功，h為普朗克常量，e為電子電量）（ ）A.U=

12、B U= C. U= D. U=5已知金屬甲發(fā)生光電效應時產(chǎn)生光電子的最大初動能跟入射光的頻率關(guān)系如直線1所示?，F(xiàn)用某單色光照射金屬甲的表面，產(chǎn)生光電子的最大初動能為E1，若用同樣的單色光照射金屬乙表面，產(chǎn)生的光電子的最大初動能E2，如圖所示。則金屬乙發(fā)生光電效應時產(chǎn)生光電子的最大初動能跟入射光的頻率關(guān)系圖線應是（ ）A a Bb Cc D上述三條圖線都有可能6下列關(guān)于光電效應的陳述中，正確的是( )A金屬的逸出功與入射光的頻率成正比 B光電流強度與入射光強度無關(guān)C用不可見光照射金屬一定比用可見光照同種金屬產(chǎn)生的光電子最大初動能大D對任何一種金屬，都有一個“最大波長”，入射光的波長必須小于這個

13、波長才能產(chǎn)生光電效應7 氫原子能級圖的一部分如圖所示，a、b、c分別表示在不同能級之間的三種躍遷途徑，設在a、b、c三種躍遷過程中，放出光子的能量和波長分別是和，則（ ）A. B. C. D. 8 用能量為12eV的光子照射處于基態(tài)的氫原子時，則下列說法中正確的是（ ）A. 使基態(tài)電子電離 B. 使電子躍遷到n3的能級 C. 使電子躍遷到n4的能級 D. 電子仍處于基態(tài)9用總能量為13eV的一個自由電子與處于基態(tài)的氫原子發(fā)生碰撞（不計氫原子的動量變化），則電子可能剩余的能量（碰撞中無能量損失）是（ ）A. 10.2eVB. 2.8eV C. 0.91eVD. 12.75eV10氫原子的核外電子

14、由一個軌道躍遷到另一軌道時，可能發(fā)生的情況有（ ）A. 放出光子，電子動能減少，原子勢能增加，且動能減少量小于勢能的增加量B. 放出光子，電子動能增加，原子勢能減少，且動能增加量與勢能減少量相等C. 吸收光子，電子動能減少，原子勢能增加，且動能減少量小于勢能的增加量D. 吸收光子，電子動能增加，原子勢能減少，且動能增加量等于勢能的減少量10.光子能量為E的一束單色光照射到容器中的氫氣上，氫原子吸收光子能量后處于激發(fā)態(tài)，并能發(fā)射光子現(xiàn)測得該氫氣發(fā)射的光子共有3種，其頻率分別為、 ，且，那么入射光光子的能量值是（設普朗克常量為）（ ）A、 B、 C、 D、課堂練習：1 當用具有1.87eV能量的光

15、子照射n3激發(fā)態(tài)的氫原子時，氫原子（ ）A. 不會吸收這個光子 B. 吸收該光子后被電離，電離后的動能為0.36eVC. 吸收該光子后被電離，電離后電子的動能為零 D. 吸收該光子后不會被電離2氫原子在某三個相鄰能級之間躍遷時，可發(fā)出三種不同波長的輻射光。已知其中的兩個波長分別為，且，則另一個波長可能是（ ） A. B. C. D. 3氫原子的能級如圖所示，已知可見的光的光子能量范圍約為1.62eV3.11eV下列說法錯誤的是（ ）A處于n=3能級的氫原子可以吸收任意頻率的紫外線，并發(fā)生電離B大量氫原子從高能級向n=3能級躍遷時，發(fā)出的光具有顯著的熱效應C大量處于n=4能級的氫原子向低能級躍遷

16、時，可能發(fā)出6種不同頻率的光D大量處于n=4是能級的氫原子向低能級躍遷時，可能發(fā)出3種不同頻率的可見光4欲使處于基態(tài)的氫原子激發(fā),下列措施可行的是( )A.用10.2eV的光子照射 B.用11eV的光子照射C.用14eV的光子照射 D.用11eV的電子碰撞5對玻爾理論的評論和議論，正確的是（ ）A玻爾理論的成功，說明經(jīng)典電磁理論不適用于原子系統(tǒng)，也說明了電磁理論不適用于電子運動B玻爾理論成功地解釋了氫原子光譜的規(guī)律，為量子力學的建立奠定了基礎C玻爾理論的成功之處是引入量子觀念D玻爾理論的成功之處，是它保留了經(jīng)典理論中的一些觀點，如電子軌道的概念6子與氫原子核（質(zhì)子）構(gòu)成的原子稱為氫原子（hyd

17、rogen muon atom），它在原子核物理的研究中有重要作用。圖為氫原子的能級示意圖。假定光子能量為E的一束光照射容器中大量處于n=2能級的氫原子，氫原子吸收光子后，發(fā)出頻率為v1、v2、v3、v4、v5和v6的光，且頻率依次增大，則E等于( )Ah（v3-v1 ） Bh（v5+v6） Chv3 Dhv47頻率為的光照射某金屬時，產(chǎn)生光電子的最大初動能為Ekm.改用頻率為2的光照射同一金屬，所產(chǎn)生光電子的最大初動能為(h為普朗克常量)( )AEkmh B2Ekm C. Ekmh D. Ekm2h8用一束綠光照射某金屬，恰能產(chǎn)生光電效應，現(xiàn)在把入射光的條件改變，再照射這種金屬下列說法正確的是（ ）A把這束綠光遮住一半，則可能不產(chǎn)生光電效應 B把這束綠光遮住一半，則逸出的光電子數(shù)將減少C若改用一束黃