如何提高高考物理光電效應解題能力

如何提高高考物理光電效應解題能力光電效應是物理學中的一個重要現(xiàn)象，它是指當光照射到金屬表面時，金屬會發(fā)射出電子。這一現(xiàn)象在高考物理中占有一席之地，因此，掌握光電效應的相關知識，提高光電效應的解題能力對高考考生來說至關重要。1.光電效應的基本原理（1）光電效應的條件要發(fā)生光電效應，必須滿足兩個條件：光的頻率必須大于金屬的極限頻率，即ν>光的強度必須足夠大，才能使電子從金屬表面逸出。（2）光電效應方程光電效應方程是描述光電效應的基本方程，為：E_k=h-W_0其中，Ek是光電子的動能，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，每一份叫做一個光子。光子的能量與光的頻率成正比，即E=2.光電效應的實驗現(xiàn)象（1）光電流的產(chǎn)生當光照射到金屬表面時，如果光的頻率滿足光電效應的條件，就會從金屬表面逸出電子。這些電子在電場的作用下，會形成光電流。（2）光電效應的飽和現(xiàn)象當入射光的強度一定時，光電流的大小與入射光的頻率有關。當入射光的頻率達到一定的值時，光電流達到最大值，不再隨入射光的強度增加而增加。這就是光電效應的飽和現(xiàn)象。（3）光電效應的瞬時性光電效應具有瞬時性，即光電子的發(fā)射幾乎是瞬間發(fā)生的，與入射光的強度無關。3.提高光電效應解題能力的方法（1）理解并掌握光電效應的基本原理要解決光電效應的問題，首先必須理解并掌握光電效應的基本原理，包括光電效應的條件、光電效應方程和愛因斯坦的光量子假說。（2）熟悉光電效應的實驗現(xiàn)象了解光電效應的實驗現(xiàn)象，如光電流的產(chǎn)生、光電效應的飽和現(xiàn)象和瞬時性，有助于解決實際問題。（3）加強練習提高光電效應的解題能力，離不開大量的練習。通過解決各種類型的題目，掌握光電效應的應用。（4）學會分析題目解決光電效應的問題時，要學會分析題目，找出問題的關鍵所在，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)語掌握光電效應的知識，提高光電效應的解題能力，對高考考生來說具有重要意義。通過理解光電效應的基本原理，熟悉光電效應的實驗現(xiàn)象，加強練習，學會分析題目，善于總結(jié)，相信同學們在光電效應的問題上一定能取得好成績。##例題1：判斷是否會發(fā)生光電效應【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，光的強度隨時間變化如圖所示。已知光強度的最大值為I0【解題方法】光電效應的飽和現(xiàn)象說明，當入射光的頻率一定時，光電流的大小與入射光的強度有關，且光電流的最大值與光強度的最大值相等。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，光電子的動能分布如圖所示。已知光電子的最大初動能為Ek【解題方法】根據(jù)動能定理，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，已知光電子的動能隨光照射時間的變化如圖所示。判斷光電流的方向?！窘忸}方法】光電效應的瞬時性說明，光電子的發(fā)射幾乎是瞬間發(fā)生的，與入射光的強度無關。因此，光電流的方向與入射光的極性有關。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，光電子的最大初動能為Ekma【解題方法】根據(jù)光電效應方程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，以下將提供幾個經(jīng)典光電效應習題的解答，并對其進行優(yōu)化。例題7：（2019年全國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。已知光子能量為E。假設每個金屬原子發(fā)射一個光電子，忽略光電子的重力。（1）證明：在時間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：考慮一個半徑為R的球面包圍著金屬板。在時間t內(nèi)，從金屬板表面逸出的光電子到達球面上的位置是隨機的，并且每個金屬原子發(fā)射一個光電子。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。每個金屬原子發(fā)射一個光電子，因此每個金屬原子提供的能量為E。在時間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是入射光的強度。光電子在金屬板表面的橫向速度為v，則在時間t內(nèi)，光電子能到達的最大半徑R為例題8：（2018年全國III卷）一個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。當光照射到陰極時，光電子從陰極逸出，并從陰極飛向陽極。已知光電子的動能分布遵從麥克斯韋-玻爾茲曼分布。（1）求：光電子到達陽極的最大速率vm（2）求：單位時間