高三物理復(fù)習(xí)光電效應(yīng)

1、近代物理初步15.1 光電效應(yīng) 光子 光的波粒二象性一、考點(diǎn)聚焦光電效應(yīng)、光子、愛因斯坦光電效應(yīng)方程II級(jí)要求光的波粒二象性、物質(zhì)波I級(jí)要求激光的特性及應(yīng)用 二、知識(shí)掃描1、光電效應(yīng)的規(guī)律(1)任何一種金屬都有發(fā)生光電效應(yīng)的 極限頻率,入射光的頻率必須 大于這個(gè) 頻率才能產(chǎn)生光電效應(yīng)。(2)光電子的最大初動(dòng)能 與入射光的強(qiáng)度 無關(guān),隨入射光的頻率增大 而增大。(3)光電效應(yīng)的產(chǎn)生 幾乎是瞬時(shí)的，一般不超過10-9s。(4)當(dāng)入射光的頻率 大于金屬極限頻率時(shí)，光電流強(qiáng)度與入射光的強(qiáng)度成正比。2、光子說在空間傳播的光不是 連續(xù)的,而是一份一份的，每一份稱為 一個(gè)光子,光子 的能量與其頻率成正比，即

2、E=h n3、光電效應(yīng)方程：Ek= h y W4、光的波粒二象性：光既具有波動(dòng)性,又有粒子性。(1)大量光子產(chǎn)生的效果顯示出 波動(dòng)性、個(gè)別光子產(chǎn)生的效果顯示出 粒子性.(2)光子和電子、質(zhì)子等實(shí)物粒子一樣，具有能量和動(dòng)量.與其它物質(zhì)相互作用 時(shí)，粒子性起主導(dǎo)作用;在光的傳播過程中，光子在空間各點(diǎn)出現(xiàn)的可能性 的多少(概率)，由波動(dòng)性起主導(dǎo)作用(3)對不同頻率的光，頻率低、波長長的光， 波動(dòng)性特征顯著;而頻率高、 波長短的光，粒子性特征顯著.5.物質(zhì)波任何運(yùn)動(dòng)物體都有一種波與它對應(yīng)，波長是Z=-P三、好題精析例1、關(guān)于光電效應(yīng)，下列幾種敘述正確的是A.金屬電子的逸出功與入射光的頻率成正比B.光電

3、流的強(qiáng)度與入射光的強(qiáng)度無關(guān)C.用不可見光照射金屬一定比用可見光照射同種金屬產(chǎn)生的光電子的初動(dòng) 能要大D.對于任何一種金屬都存在一個(gè)“最大波長”，入射光的波長必須小于這個(gè) 波長，才能產(chǎn)生光電效應(yīng)解析 金屬的逸出功由該金屬?zèng)Q定，與入射光源頻率無關(guān)，光電流的強(qiáng) 度與入射光強(qiáng)度成正比，選項(xiàng) A、B錯(cuò)誤。不可見光包括能量大的紫外線、X射 線、射線，也包括能量比可見光小的紅外線、無線電波，選項(xiàng) C錯(cuò)誤。正確 選項(xiàng)為Do點(diǎn)評(píng)正確理解金屬的逸出功的概念，知道極限頻率 (或最大波長)存在的 原因是解決光電效應(yīng)問題的關(guān)鍵；光電效應(yīng)是金屬中的自由電子吸收了光子的 能量后，其動(dòng)能大到足以克服金屬離子的引力而逃逸出金屬

4、表面，成為光電 子.對一定的金屬來說，逸出功是一定的.照射光的頻率越大，光子的能量越 大，從金屬中逸出的光電子的初動(dòng)能就越大.如果入射光子的頻率較低，它的 能量小于金屬的逸出功，就不能產(chǎn)生光電效應(yīng)，這就是存在極限頻率的原因.光 電效應(yīng)規(guī)律中“光電流的強(qiáng)度”指的是光電流的飽和值（對應(yīng)從陰極發(fā)射出的電子 全部被拉向陽極的狀態(tài)）.因?yàn)楣怆娏魑催_(dá)到飽和值之前，其大小不僅與入射光 的強(qiáng)度有關(guān)，還與光電管兩極間的電壓有關(guān).只有在光電流達(dá)到飽和值以后才 和入射光的強(qiáng)度成正比.例2、如圖15-1-1所示，與鋅板相連的驗(yàn)電器的鋁箔原來是張開的，現(xiàn)在讓弧 光燈發(fā)出的光經(jīng)一狹縫后照射到鋅板，發(fā)現(xiàn)在鋅板上形成明暗相間

5、產(chǎn)咚學(xué)弧光燈 時(shí)與鋅板相連的驗(yàn)電器的鋁箔張角變大，以上實(shí)驗(yàn)事實(shí)說明： （III A.光具有波粒二象性15-1-1B.驗(yàn)電器的鋁箔原來帶負(fù)電C.鋅板上亮條紋是平行等寬度的D.若改用激光器發(fā)出的紅光照射鋅板，觀察到驗(yàn)電器的鋁箔張角則一定會(huì)變得更大解析:當(dāng)弧光燈發(fā)出的紫外線經(jīng)過狹縫照在鋅板上，鋅板上形成明暗相間的條 紋，發(fā)生衍射現(xiàn)象，中心條紋寬度最寬，說明光有波動(dòng)性；同時(shí)與鋅板相連的 驗(yàn)電器的鋁箔張角變大，發(fā)生了光電效應(yīng)，電子飛出，鋅板原帶正電，說明光 有粒子性。所以A正確，B、C錯(cuò)誤。紅光的頻率小于鋅板的極限頻率，不發(fā)生光電效應(yīng)，D錯(cuò)誤。點(diǎn)評(píng)這道題要求學(xué)生掌握光的衍射圖象的特點(diǎn)與光電效“應(yīng)的實(shí)質(zhì)。

6、例3.在做光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，某金屬被光照射發(fā)生了光電效 二/八應(yīng)，實(shí)驗(yàn)測出了光電子的最大初動(dòng)能 Ek與入射光的頻率 的15-1-2關(guān)系如圖15-1-2所示，由實(shí)驗(yàn)圖像可求出（A）該金屬的逸出功（B）該金屬的極限頻率（C）單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子數(shù)（D）普朗克恒量解析根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程 EK=h_-W,任何一種金屬的逸出功 W一定, 說明Ek隨的變化而變化，且是線性關(guān)系（與y=ax+b類似），直線的斜率等于普 朗克恒量，直線與橫軸的截距 oA表示Ek=0時(shí)的頻率_o,即為金屬的極限頻率， 由波速公式c= 0 0。求該金屬發(fā)生光電效應(yīng)照射光的極限波長.EK=h -W, Ek=0時(shí)有h -W =0

7、,0 W , 又由波速公式，得c二 , 電 h 一 W故選 （A）、（B）、（D）與橫縱軸截距的物理意義.注意將有關(guān)的物理知識(shí)和數(shù)學(xué) 的圖線聯(lián)系起來，培養(yǎng)用數(shù)學(xué)知識(shí)點(diǎn)評(píng) 處理此類問題，一定要先確定橫、縱兩軸分別代表什么，然后再確定圖 線斜率及圖線解決物理問題的能力.-例4、如圖15-1-3是研究光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)電路.現(xiàn)-用等離子態(tài)的氫氣（電離態(tài)）躍遷時(shí)所發(fā)出的光照射光電管的陰極K,測得微安表的示數(shù)是40g，電壓15-1-3表的示數(shù)是20V.已知光電管陰極材料的逸出功是15-1-33.6eV.求：（1）氫氣發(fā)光的最短波長；（2）光電管陰極材料的極限波長；（3）光電 子到達(dá)陽極A的最大動(dòng)能.解析:（

8、1） h Vmin= hc/?max =13.6 X1.6X10-19=2.2 X10-18 JLax=6.63 X10-34X108 /2.2X10-18 =9.1X10-8 mh w =hc/ ?=w=3.6 X1.6X10-19 =5.76 X10-19J加=6.63 X10-34 MM08 /5.76 X10-19 =3.5 M0-7mEka -Ekk = e U , EKK=h “wEKA=eU+ Ekk =eU+h ”w=20+13.6-3.6=30eV點(diǎn)評(píng):這題學(xué)生容易混淆第1問和第2問，主要是沒有弄清氫氣發(fā)光的最短波 長的含義。例5 :黑光燈是利用物理方法滅蛾殺蟲的一種環(huán)保持型

9、設(shè)備，它發(fā)出的紫色光能夠引誘害蟲飛近黑光燈，,然后被黑光燈周圍的交流高壓電網(wǎng)“擊斃”(1) 一只功率為P的黑光燈正常工作時(shí)，約有5%的電能轉(zhuǎn)化為光能，光能中約有50%的是頻率為 的紫光，求黑光燈每秒鐘向外輻射多少個(gè)該頻率的紫光光子(已知普朗克恒量為h)(2)如圖15-1-4是高壓電網(wǎng)的工作電路示意圖，理想變壓器將有效值為220V的交流電壓變成高壓，輸送到高壓電網(wǎng)，電網(wǎng)相鄰兩電極間距離為0.5cm,空n2應(yīng)滿足什么條件?氣在常溫常壓下被擊穿的臨界電場強(qiáng)度為6220V/cmn2應(yīng)滿足什么條件?穿而造成短路，變壓器的次、初級(jí)線圈匝數(shù)比解析(1) Pt 5% 50%= nhP n =400h(2)空氣

10、被擊穿時(shí)，兩電極間的電壓U2m=6220 0.5=3110V6=2200VUi=220V.nL 匕n2 U 2. ni 2201-n2220010點(diǎn)評(píng):本題求解關(guān)鍵要明確：一是運(yùn)用能量守恒，求得可見光的光子數(shù)；二是 擊穿電壓是最大值。四、變式遷移1、如圖15-1-5所示，N為鴇板，M為金屬網(wǎng)，它們分別和電池兩極相連， 各電池的電動(dòng)勢E和極性已在圖中標(biāo)出，鴇的逸出功為4.5 eV.現(xiàn)分別用能量不 同的光子照射鴇板（各光子的能量也已在圖上標(biāo)出）.那么下列圖中能有電子到達(dá) 金屬網(wǎng)的是,JW2、有一個(gè)功率為500W,JW2、有一個(gè)功率為500W的紅外線取暖如果它輻射的紅外線的頻率為/ ”3. 0X2m

11、遠(yuǎn)處，垂直于紅夕A.方2m遠(yuǎn)處，垂直于紅夕A.方 瓦 W1 W2B. 2 k, W1 W215-1-6C.k W2D.九?2, Wi W215-1-63、用如圖15-1-6所示的裝置研究光電效應(yīng)現(xiàn)象，當(dāng)用光子能量為2.5eV的光照射到光電管上時(shí),電流表G的讀數(shù)為0.2mA.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 0.7V時(shí)，電流表讀數(shù)為0.則A.光電管陰極的逸出功為1.8eVB.電鍵k斷開后，有電流流過電流表GC.光電子的最大初動(dòng)能為0.7eVD.改用能量為1.5eV的光子照射，電流表G也有電流，但電流較?。ǎ?、如圖15-1-7所示電路中兩個(gè)光電管的陰極是由同種金屬材料制成的，現(xiàn)用強(qiáng)度

12、相同的兩束光分別照射兩個(gè)光電管的陰極，紫光照在甲電路的光電管上，綠光照 在乙電路的光電管上，若都能產(chǎn)生光電效應(yīng)，則下列判斷中正確的是（）A .從兩個(gè)極板射出的光電子的最大初動(dòng)能相同15-1-7B .甲光電管中打到陽極上的光電子的最大動(dòng)能一定大于乙光電管中打到陽極上的光電子的最大動(dòng)能C.單位時(shí)間內(nèi)由兩光電管產(chǎn)生的光電子的數(shù)量相同D.單位時(shí)間內(nèi)由乙光電管產(chǎn)生的光電子的數(shù)量比甲光電管產(chǎn)生的光電子的數(shù)量多.某種金屬材料在綠光照射下恰能產(chǎn)生光電效應(yīng)，則下列說法中錯(cuò)誤的是A.改用黃光照射，不能產(chǎn)生光電效應(yīng)B.增加綠光強(qiáng)度，光電子最大初動(dòng)能增加C.減弱綠光強(qiáng)度，光電管中的光電流減小D.改用紫光照射，光電子最

13、大初動(dòng)能增加.下列關(guān)于光的波粒二象性的論述中，正確的是 ()A.光子說完全否定了光的電磁說B.光的波粒二象性說的是光與機(jī)械波和物質(zhì)波粒子很相似C.大量光子的行為顯示波動(dòng)性，個(gè)別光子的行為顯示粒子性D.隨著電磁波頻率的增大其波動(dòng)性越不顯著，粒子性越顯著.某激光源的發(fā)光功率為P,發(fā)射激光的波長為人.當(dāng)該激光照射到折射率為n 的介質(zhì)中時(shí)，由于反射其能量減小了 10%,介質(zhì)中激光束的直徑為 d,那么在 介質(zhì)中單位時(shí)間內(nèi)通過與激光束垂直的截面上單位面積的光子數(shù)：A、3. 6P入 / ：2hc B、3. 6P入 / 72nhc C、0.9P 入/h(D、3. 6P入 /hc.愛因斯坦由光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律，

14、猜測光具有粒子性，從而提 出光子說。從科學(xué)研究的方法來說，這屬于()A.等效替代B.控制變量C.科學(xué)假說D.數(shù)學(xué)歸納.如圖15-1-8所示，當(dāng)電源的右端為正極時(shí)，為使微安表偏轉(zhuǎn)， 照射光的頻率至少為 5. 3 1014Hz.當(dāng)電源的左端為正極時(shí)，改用另一頻率的光照射，調(diào)節(jié)滑動(dòng)頭C使V表中示數(shù)為0. 93V,微安表中的電流恰好消失.求: (1)光電管陰極材料的逸出功；(2)后來所加光的頻率.已知每秒從太陽射到地球的垂直于太陽光的每平方米截面積上的輻射能為1.4X10 3J,其中可見光部分約占45%.假如認(rèn)為可見光的波長均為 0.55g,太陽向各個(gè)方向的輻射是均勻的，日地間距離R=1.5X10 11m,普朗克常量h=6.63M0 -34 J/s,由此可估算(1)出太陽每秒輻射出的可見光的光子數(shù)約為多 少？(2)若已知地千的半徑R = 6. 4X10 6m,估算地球接受的太陽光的總功率.參考答案 ：15 1知識(shí)變遷：1、BC2、2.5X1021 3.0 1017能力突破：1、 AB2、 D3、 ABC4、 D5、 B6、 CD7、 A8、 C9、 .3.5 10 19J 7.5 1014 Hz 10. 4.9X10 44個(gè) 1 8X10 11(kW)1010 * * * 14 Hz，試求它每秒將發(fā)射出多少個(gè)光子？在