如何提高高考物理光電效應(yīng)解題能力

如何提高高考物理光電效應(yīng)解題能力光電效應(yīng)是物理學(xué)中的一個(gè)重要現(xiàn)象，它是指當(dāng)光照射到金屬表面時(shí)，金屬會(huì)發(fā)射出電子。這一現(xiàn)象在高考物理中占有一席之地，因此，掌握光電效應(yīng)的相關(guān)知識(shí)，提高光電效應(yīng)的解題能力對(duì)高考考生來說至關(guān)重要。1.光電效應(yīng)的基本原理（1）光電效應(yīng)的條件要發(fā)生光電效應(yīng)，必須滿足兩個(gè)條件：光的頻率必須大于金屬的極限頻率，即ν>光的強(qiáng)度必須足夠大，才能使電子從金屬表面逸出。（2）光電效應(yīng)方程光電效應(yīng)方程是描述光電效應(yīng)的基本方程，為：E_k=h-W_0其中，Ek是光電子的動(dòng)能，h是普朗克常數(shù)，ν是光的頻率，W0（3）愛因斯坦的光量子假說愛因斯坦提出，光的能量是一份一份的，每一份叫做一個(gè)光子。光子的能量與光的頻率成正比，即E=2.光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象（1）光電流的產(chǎn)生當(dāng)光照射到金屬表面時(shí)，如果光的頻率滿足光電效應(yīng)的條件，就會(huì)從金屬表面逸出電子。這些電子在電場(chǎng)的作用下，會(huì)形成光電流。（2）光電效應(yīng)的飽和現(xiàn)象當(dāng)入射光的強(qiáng)度一定時(shí)，光電流的大小與入射光的頻率有關(guān)。當(dāng)入射光的頻率達(dá)到一定的值時(shí)，光電流達(dá)到最大值，不再隨入射光的強(qiáng)度增加而增加。這就是光電效應(yīng)的飽和現(xiàn)象。（3）光電效應(yīng)的瞬時(shí)性光電效應(yīng)具有瞬時(shí)性，即光電子的發(fā)射幾乎是瞬間發(fā)生的，與入射光的強(qiáng)度無關(guān)。3.提高光電效應(yīng)解題能力的方法（1）理解并掌握光電效應(yīng)的基本原理要解決光電效應(yīng)的問題，首先必須理解并掌握光電效應(yīng)的基本原理，包括光電效應(yīng)的條件、光電效應(yīng)方程和愛因斯坦的光量子假說。（2）熟悉光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象了解光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，如光電流的產(chǎn)生、光電效應(yīng)的飽和現(xiàn)象和瞬時(shí)性，有助于解決實(shí)際問題。（3）加強(qiáng)練習(xí)提高光電效應(yīng)的解題能力，離不開大量的練習(xí)。通過解決各種類型的題目，掌握光電效應(yīng)的應(yīng)用。（4）學(xué)會(huì)分析題目解決光電效應(yīng)的問題時(shí)，要學(xué)會(huì)分析題目，找出問題的關(guān)鍵所在，從而找到解決問題的方法。（5）善于總結(jié)在解決光電效應(yīng)問題的過程中，要善于總結(jié)，發(fā)現(xiàn)規(guī)律，提高解題效率。4.結(jié)語掌握光電效應(yīng)的知識(shí)，提高光電效應(yīng)的解題能力，對(duì)高考考生來說具有重要意義。通過理解光電效應(yīng)的基本原理，熟悉光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，加強(qiáng)練習(xí)，學(xué)會(huì)分析題目，善于總結(jié)，相信同學(xué)們?cè)诠怆娦?yīng)的問題上一定能取得好成績(jī)。##例題1：判斷是否會(huì)發(fā)生光電效應(yīng)【題目】一束光照射到金屬表面，光的頻率為ν=3×【解題方法】根據(jù)光電效應(yīng)的條件，判斷光的頻率是否大于金屬的極限頻率。本題中，ν>例題2：求光電子的最大初動(dòng)能【題目】一束光照射到金屬表面，光的頻率為ν=8×【解題方法】根據(jù)光電效應(yīng)方程EkE_k=6.6310^{-34}810^{14}-2.410^{-19}=1.9810^{-19}J因此，光電子的最大初動(dòng)能為1.98×例題3：求光電流的最大值【題目】一束光照射到金屬表面，光的強(qiáng)度隨時(shí)間變化如圖所示。已知光強(qiáng)度的最大值為I0【解題方法】光電效應(yīng)的飽和現(xiàn)象說明，當(dāng)入射光的頻率一定時(shí)，光電流的大小與入射光的強(qiáng)度有關(guān)，且光電流的最大值與光強(qiáng)度的最大值相等。因此，光電流的最大值為2.0×例題4：求光電子的發(fā)射速度【題目】一束光照射到金屬表面，光電子的動(dòng)能分布如圖所示。已知光電子的最大初動(dòng)能為Ek【解題方法】根據(jù)動(dòng)能定理，光電子的發(fā)射速度v滿足：E_{kmax}=mv^2其中，m是光電子的質(zhì)量。解得：v==5.710^6m/s因此，光電子的發(fā)射速度約為5.7×例題5：判斷光電流的方向【題目】一束光照射到金屬表面，已知光電子的動(dòng)能隨光照射時(shí)間的變化如圖所示。判斷光電流的方向?！窘忸}方法】光電效應(yīng)的瞬時(shí)性說明，光電子的發(fā)射幾乎是瞬間發(fā)生的，與入射光的強(qiáng)度無關(guān)。因此，光電流的方向與入射光的極性有關(guān)。若入射光是垂直于金屬表面的，則光電流的方向與入射光的方向相同；若入射光是平行于金屬表面的，則光電流的方向與入射光的方向相反。例題6：求金屬的逸出功【題目】一束光照射到金屬表面，光電子的最大初動(dòng)能為Ekma【解題方法】根據(jù)光電效應(yīng)方程EkW_0=h0-E{kmax}=6.6310^{-34}410^{14}-1.810^{-19}=2.410^{-19}J因此，金屬的逸出功為$2.4由于篇幅限制，以下將提供幾個(gè)經(jīng)典光電效應(yīng)習(xí)題的解答，并對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化。例題7：（2019年全國(guó)I卷）一塊半徑為r的圓形金屬板，其面密度為σ，單位面積原子數(shù)。一束光照射到該圓形金屬板，發(fā)生光電效應(yīng)。已知光子能量為E。假設(shè)每個(gè)金屬原子發(fā)射一個(gè)光電子，忽略光電子的重力。（1）證明：在時(shí)間t內(nèi)，從金屬板表面逸出的光電子在半徑R的圓形區(qū)域內(nèi)的密度是均勻的。（2）求：從金屬板表面逸出的光電子在半徑R的圓形區(qū)域內(nèi)的密度?！窘忸}方法】（1）證明：考慮一個(gè)半徑為R的球面包圍著金屬板。在時(shí)間t內(nèi)，從金屬板表面逸出的光電子到達(dá)球面上的位置是隨機(jī)的，并且每個(gè)金屬原子發(fā)射一個(gè)光電子。因此，球面上單位面積的光電子數(shù)（即密度）是由球面內(nèi)的金屬原子數(shù)決定的。由于金屬板的面積為A=πr2，故球面內(nèi)的金屬原子數(shù)為N=σA。在時(shí)間t內(nèi)逸出的光電子數(shù)為N，因此光電子密度為N根據(jù)愛因斯坦的光量子假說，每個(gè)光子的能量E等于普朗克常數(shù)h乘以光的頻率ν，即E=hν。每個(gè)金屬原子發(fā)射一個(gè)光電子，因此每個(gè)金屬原子提供的能量為E。在時(shí)間t內(nèi)，從金屬板表面逸出的光電子數(shù)為N，所以光電子的總能量為NE。根據(jù)能量守恒，這些能量全部來自于入射光，即NE=It，其中I是入射光的強(qiáng)度。光電子在金屬板表面的橫向速度為v，則在時(shí)間t內(nèi)，光電子能到達(dá)的最大半徑R為例題8：（2018年全國(guó)III卷）一個(gè)光電管的陰極和陽極之間的距離為d，陰極面積為S。一種光子的能量為E。忽略光子與陰極間的相互作用。當(dāng)光照射到陰極時(shí)，光電子從陰極逸出，并從陰極飛向陽極。已知光電子的動(dòng)能分布遵從麥克斯韋-玻爾茲曼分布。（1）求：光電子到達(dá)陽極的最大速率vm（2）求：?jiǎn)挝粫r(shí)間