2022年高中物理同步講義（人教版選修性必修第3冊）：第15講 光電效應（解析版）

第15講光電效應目標導航目標導航課程標準課標解讀1.通過實驗，了解光電效應現(xiàn)象。2.知道愛因斯坦光電效應方程及其意義。3.能根據(jù)實驗結(jié)論說明光的波粒二象性。1.知道光電效應現(xiàn)象，了解光電效應的實驗規(guī)律。2.知道光電效應與電磁理論的矛盾。3.理解愛因斯坦光子說及對光電效應的解釋，會用光電效應方程解決一些簡單問題。4.了解康普頓效應及其意義。5.了解光的波粒二象性。知識精講知識精講知識點01光電效應（一）光電效應的實驗規(guī)律1．光電效應：照射到金屬表面的光，能使金屬中的電子從表面逸出的現(xiàn)象。2．光電子：光電效應中發(fā)射出來的電子。3光電效應的實驗規(guī)律(1)存在截止頻率：當入射光的頻率低于截止頻率時不(填“能”或“不”)發(fā)生光電效應；(2)存在飽和電流：在光的頻率不變的情況下，入射光越強，飽和電流越大；(3)存在遏止電壓：使光電流減小到0的反向電壓Uc，且滿足eq\f(1,2)mevc2＝eUc；(4)光電效應具有瞬時性：光電效應幾乎是瞬時發(fā)生的。（二）光電效應經(jīng)典解釋中的疑難1．逸出功：使電子脫離某種金屬，外界對它做功的最小值，用W0表示。不同種類的金屬，其逸出功的大小不相同(填“相同”或“不相同”)。2．光電效應經(jīng)典解釋(1)不應存在截止頻率；(2)遏止電壓Uc應該與光的強弱有關(guān)；(3)電子獲得逸出表面所需的能量需要的時間遠遠大于實驗中產(chǎn)生光電流的時間；（三）愛因斯坦的光電效應理論1．光子：光本身就是由一個個不可分割的能量子組成的，頻率為ν的光的能量子為hν，其中h為普朗克常量，這些能量子后來稱為光子。2．愛因斯坦光電效應方程(1)表達式：hν＝Ek＋W0或Ek＝hν－W0，(2)物理意義：金屬中電子吸收一個光子獲得的能量是hν，在這些能量中，一部分大小為W0的能量被電子用來脫離金屬，剩下的是逸出后電子的初動能Ek。(3)Uc與ν、W0的關(guān)系①表達式：Uc＝eq\f(h,e)ν－eq\f(W0,e)；②圖像：Uc－ν圖像是一條斜率為eq\f(h,e)的直線。【知識拓展】1．光電效應的實驗規(guī)律(1)任何一種金屬都有一個截止頻率，入射光的頻率必須大于等于這個截止頻率才能發(fā)生光電效應，低于這個截止頻率則不能發(fā)生光電效應。(2)發(fā)生光電效應時，光電子的最大初動能與入射光的強度無關(guān)，隨入射光頻率的增大而增大。(3)大于截止頻率的光照射金屬時，光電流(反映單位時間內(nèi)發(fā)射出的光電子數(shù)的多少)與入射光強度成正比。(4)光電效應的發(fā)生幾乎是瞬時的，產(chǎn)生電流的時間不超過10－9s。2．光電效應實驗相關(guān)概念的理解(1)光電子：光電效應中發(fā)射出來的電子，其本質(zhì)還是電子。(2)飽和電流金屬板飛出的光電子到達陽極，回路中便產(chǎn)生光電流，隨著所加正向電壓的增大，光電流趨于一個飽和值，這個飽和值是飽和電流，在一定條件下，飽和電流與所加電壓大小無關(guān)，只與入射光的強度有關(guān)。入射光越強，飽和電流越大。即：入射光越強，單位時間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)越多。(3)遏止電壓截止頻率逸出功①遏止電壓：使光電流減小到零的反向電壓．用符號Uc表示．計算方法：－eUc＝0－Ek遏止電壓與入射光的頻率有關(guān)．入射光的頻率不變，遏止電壓不變，入射光的頻率改變，遏止電壓改變．這表明光電子的能量只與入射光的頻率有關(guān)。②截止頻率：能使某種金屬發(fā)生光電效應的入射光的最小頻率叫作該種金屬的截止頻率(又叫極限頻率)．不同的金屬對應著不同的截止頻率。③逸出功：電子從金屬中掙脫出來，要克服金屬表面層的一種力做功，電子脫離某種金屬所需做功的最小值叫作這種金屬的逸出功，不同金屬的逸出功不同。3．光電效應與經(jīng)典電磁理論的矛盾按光的電磁理論，應有：(1)不存在截止頻率，任何頻率的光都能產(chǎn)生光電效應；(2)光越強，光電子的初動能越大，遏止電壓與光的強弱有關(guān)；(3)在光很弱時，放出電子的時間應遠大于10－9s；顯然這三條與光電效應的實驗規(guī)律相矛盾。二、愛因斯坦的光電效應理論1．光子說：光子說的提出說明了光是由光子組成的，光子的能量ε＝hν，決定于光的頻率，光的強度與光子的數(shù)目有關(guān)，在頻率一定的情況下，光越強，單位時間內(nèi)單位面積上的光子數(shù)越多。2．光電效應方程：Ek＝hν－W0(1)式中的Ek是光電子的最大初動能，就某個光電子而言，其離開金屬時剩余動能大小可以是0～Ek范圍內(nèi)的任何數(shù)值；(2)光電效應方程實質(zhì)上是能量守恒方程；①能量為ε＝hν的光子被電子吸收，電子把這些能量的一部分用來克服金屬表面對它的吸引，另一部分就是電子離開金屬表面時的初動能；②如要克服吸引力做功最少為W0，則電子離開金屬表面時動能最大為Ek，根據(jù)能量守恒定律可知：Ek＝hν－W0；3．光子說對光電效應的解釋(1)飽和電流與光照強度的關(guān)系：同種頻率的光，光照強度越大，包含的光子數(shù)越多，照射金屬時產(chǎn)生的光電子越多，因而飽和電流越大；(2)存在截止頻率和遏止電壓：①由愛因斯坦光電效應方程知，光電子的最大初動能與入射光頻率有關(guān)，與光強無關(guān)，所以遏止電壓由入射光頻率決定，與光強無關(guān)；②若發(fā)生光電效應，則光電子的最大初動能必須大于零，即Ek＝hν－W0>0，亦即hν>W0，ν>eq\f(W0,h)＝νc，而νc＝eq\f(W0,h)恰好是光電效應的截止頻率；【即學即練1】如圖所示，分別用1、2兩種材料作K極進行光電效應探究，顏色相同的a、b兩束光分別照射1、2兩種材料，光電流I隨電壓U變化關(guān)系如圖所示，則下列說法正確的是（）A．a(chǎn)、b光的頻率 B．a(chǎn)、b兩光的光照強度相同C．光電子的最大初動能 D．材料1、2的截止頻率【答案】D【解析】A．a(chǎn)、b兩束光顏色相同，所以頻率相同，故A錯誤；B．飽和光電流越大，光照強度越大，所以a光的光照強度比b光的大，故B錯誤；C．光電子的最大初動能為由圖可知所以故C錯誤；D．根據(jù)愛因斯坦光電效應方程可得所以故D正確。故選D?！炯磳W即練2】關(guān)于能量，下列說法不正確的是（）A．普朗克提出“振動者的帶電微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整數(shù)倍”，從而建立了“能量量子化”觀點B．我們周圍的一切物體都在以電磁波的形式向外輻射能量，這種輻射與溫度無關(guān)C．愛因斯坦指出“光不僅在發(fā)射和吸收時能量是一份一份的，而且光本身就是由一個不可分割的能量子組成的”D．能量耗散是指耗散在環(huán)境中的內(nèi)能很難被人類利用，并不違背能量守恒定律【答案】B【解析】A．根據(jù)“黑體輻射”以及對黑體輻射的研究普朗克提出“振動者的帶電微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整數(shù)倍”，從而建立了“能量量子化”觀點，A正確；B．我們周圍的一切物體都在輻射電磁波，這種輻射與溫度有關(guān)，B錯誤；C．愛因斯坦提出了光子的概念，指出“光不僅在發(fā)射和吸收時能量是一份一份的，而且光本身就是由一個不可分割的能量子組成的”，C正確；D．能量耗散是能量在轉(zhuǎn)化過程中有一部分以內(nèi)能的形式被周圍環(huán)境吸收，遵守能量守恒定律，但使得能量品質(zhì)降低，D正確。本題選不正確的，故選B。知識點02康普頓效應光的波粒二象性（一）康普頓效應和光子的動量1．康普頓效應：在研究石墨對X射線的散射時，發(fā)現(xiàn)在散射的X射線中，除了與入射波長λ0相同的成分外，還有波長大于λ0的成分，這個現(xiàn)象稱為康普頓效應。2．光子的動量(1)表達式：p＝eq\f(h,λ).(2)說明：在康普頓效應中，當入射的光子與晶體中的電子碰撞時，要把一部分動量轉(zhuǎn)移給電子，光子的動量可能變?。虼耍行┕庾由⑸浜蟛ㄩL變大。（二）光的波粒二象性光的干涉、衍射、偏振現(xiàn)象表明光具有波動性，光電效應和康普頓效應表明光具有粒子性，光既具有波動性，又具有粒子性，即光具有波粒二象性?！局R拓展】（一）康普頓效應的意義：康普頓效應進一步揭示了光的粒子性，也再次證明了愛因斯坦光子說的正確性。（二）光的波粒二象性1．光的波動性實驗基礎(chǔ)：光的干涉和衍射。2．光的粒子性(1)實驗基礎(chǔ)：光電效應、康普頓效應；(2)表現(xiàn)：①當光同物質(zhì)發(fā)生作用時，這種作用是“一份一份”進行的，表現(xiàn)出粒子的性質(zhì)；②少量或個別光子容易顯示出光的粒子性?！炯磳W即練3】下列說法正確的是（）A．平均速度、瞬時速度和加速度等描述運動所需的概念是伽利略首先建立的B．牛頓在前人研究的基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律，并“稱”出了地球的質(zhì)量C．光電效應現(xiàn)象由愛因斯坦發(fā)現(xiàn)，并對其做出了正確的解釋D．光電效應揭示了光的粒子性，證明了光子除了能量之外還具有動量【答案】A【解析】A．平均速度、瞬時速度和加速度等描述運動所需的概念是伽利略首先建立的。故A正確；B．牛頓在前人研究的基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律，卡文迪什用試驗的方法測量出萬有引力常量，第一個“稱”出了地球的質(zhì)量。故B錯誤；C．光電效應現(xiàn)象由赫茲發(fā)現(xiàn)，愛因斯坦對其做出了正確的解釋。故C錯誤；D．光電效應揭示了光的粒子性，康普頓效應證明了光子除了能量之外還具有動量。故D錯誤。故選A?！炯磳W即練4】光子打在處于靜止狀態(tài)的電子上，光子將偏離原來的方向而發(fā)生散射，康普頓對散射的解釋為（）A．雖然改變原來的運動方向，但頻率保持不變B．由于電子受碰撞后得到動量，散射后的光子頻率低于入射光的頻率C．入射光引起物質(zhì)內(nèi)電子做受迫振動，而從入射光中吸收能量后再釋放，釋放出的散射光頻率不變D．光子從電子處獲得能量，因而頻率增大【答案】B【解析】ABD．光子與電子碰撞將部分動量、能量轉(zhuǎn)移給電子，動量減小，能量減小，根據(jù)則頻率減小，故AD錯誤，B正確；C．從入射光中吸收能量后再釋放，處于激發(fā)態(tài)電子釋放出的散射光頻率與不同軌道之間能量差有關(guān)，故頻率可能不同，故C錯誤。故選B。能力拓展能力拓展考法01光子能量的公式【典例1】某氦氖激光器發(fā)光的功率為P，發(fā)射頻率為的單色光，真空中光速為c，下列說法正確的是（）A．激光器每秒發(fā)射的光子數(shù)為B．每個光子的能量為C．該單色光在真空中的波長為D．單色光從空氣進入水中后波長變大【答案】A【解析】A．經(jīng)時間發(fā)出的光子能量為則激光器每秒發(fā)射的光子數(shù)為故A正確；B．根據(jù)愛因斯坦的光子說可知，一個光子的能量為故B錯誤；C．該單色光在真空中的波長為故C錯誤；D．單色光從空氣進入水中后，頻率不變，而波速減小，由知波長變小，故D錯誤；故選A?？挤?2愛因斯坦光電效應方程【典例2】如圖甲，合上開關(guān)，用光子能量為2.5eV的一束光照射陰極K，發(fā)現(xiàn)電流表讀數(shù)不為零。調(diào)節(jié)滑動變阻器，發(fā)現(xiàn)當電壓表讀數(shù)小于0.60V時，電流表讀數(shù)仍不為零，當電壓表讀數(shù)大于或等于0.60V時，電流表讀數(shù)為零。把電路改為圖乙，當電壓表讀數(shù)為1.5V時，逸出功W及電子到達陽極時的最大動能Ek為（）A．W=3.1eVEk=4.5eV B．W=1.9eVEk=2.leVC．W=1.7eVEk=1.9eV D．W=1.5eVEk=0.6eV【答案】B【解析】甲圖中所加的電壓為反向電壓，根據(jù)題意可知，遏止電壓為0.60eV，根據(jù)可知，光電子的最大初動能為0.60eV，根據(jù)光電效應方程解得逸出功乙圖中所加的電壓為正向電壓，根據(jù)動能定理解得電子到達陽極的最大動能為故選B。分層提分分層提分題組A基礎(chǔ)過關(guān)練1．2021年6月23日，中共中央總書記、國家主席、中央軍委主席習近平來到北京航天飛行控制中心，同正在天和核心艙執(zhí)行任務的神舟十二號航天員聶海勝、劉伯明、湯洪波親切通話。相距萬里的通話是利用了電磁波的傳輸。關(guān)于電磁波，下列說法正確的是（）A．電磁場由發(fā)生區(qū)域向遠處的傳播就形成電磁波B．電場或磁場隨時間變化時一定會產(chǎn)生電磁波C．麥克斯韋第一次用實驗證實了電磁波的存在D．X射線光子的能量大于γ射線光子的能量【答案】A【解析】AB．周期性變化的電場和磁場交替向遠處的傳播形成電磁波，故A正確B錯誤；C．麥克斯韋語言了電磁波的存在，赫茲首次用實驗證實了電磁波，故C錯誤；D．X射線的頻率小于射線的頻率，由得X射線光子的能量小于射線光子的能量，故D錯誤。故選A。2．在人類歷史的進程中，物理學的發(fā)展促進了科學技術(shù)的不斷進步，推動了人類文明的發(fā)展。下列物理學中的觀點，正確的是（）A．變化的電場一定產(chǎn)生變化的磁場B．永久性磁體的磁場是分子電流產(chǎn)生的C．奧斯特發(fā)現(xiàn)了電磁感應的規(guī)律D．普朗克提出了“光子說”，并很好的解釋了黑體輻射的規(guī)律【答案】B【解析】A．均勻變化的電場產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場，故A錯誤；B．永久性磁體的磁場是分子電流產(chǎn)生的，故B正確；C．法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感應的規(guī)律，故C錯誤；D．愛因斯坦提出了“光子說”，故D錯誤。故選B3．據(jù)《自然》雜志2021年5月17日報道，中國科學家在稻城“拉索”基地（如圖所示）探測到迄今為止最高能量的γ射線，其能量值。已知普朗克常量，真空中光速，則該γ射線的波長為（）A． B． C． D．【答案】C【解析】γ射線的頻率為則γ射線的波長為故選C。4．下列說法不正確的是（）A．在空間傳播的光是不連續(xù)的，而是一份一份的，每一份叫一個光子，其能量為ε=hvB．黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體溫度有關(guān)C．通電直導線中電流的方向總是與其周圍產(chǎn)生的磁場的方向垂直D．電磁波譜排列順序無線電波、紫外線、可見光、紅外線、X射線、γ射線【答案】D【解析】A．根據(jù)愛因斯坦的光子說，可知在空間傳播的光是不連續(xù)的，而是一份一份的，每一份叫一個光子，其能量為ε=hv故A正確，與題意不符；B．根據(jù)黑體輻射實驗研究得出：黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體溫度有關(guān)。故B正確，與題意不符；C．根據(jù)右手螺旋定則可知，通電直導線中電流的方向總是與其周圍產(chǎn)生的磁場的方向垂直。故C正確，與題意不符；D．電磁波譜按照波長從長到短排列順序為無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、γ射線。故D錯誤，與題意相符。故選D。5．氫原子能級如圖甲所示，一群處于n=4能級的氫原子向低能級躍遷，產(chǎn)生的光照射到圖乙所示的真空管。陰極K材料為鈉，其逸出功為2.29eV，發(fā)射出的光電子被陽極A吸收，在電路中形成光電流，則（）A．躍遷產(chǎn)生的光中，由n=4能級躍遷到n=3能級產(chǎn)生的光子頻率最大B．躍遷產(chǎn)生的光中，只有一種頻率的光可以使陰極K發(fā)生光電效應C．當滑片P調(diào)至最左端時，電流表的示數(shù)不為0D．當電源a端為負極，無論滑片P調(diào)至何位置，電流表的示數(shù)均為0【答案】C【解析】A．躍遷產(chǎn)生的光中，根據(jù)玻爾的躍遷假設，有可知n=4能級躍遷到n=3能級產(chǎn)生的光子能量最小，頻率最小，故A錯誤；B．躍遷產(chǎn)生的光中，能量大于鈉逸出功的有三種光子，分別為n=4能級躍遷到n=2能級、n=4能級躍遷到n=1能級和n=3能級躍遷到n=1能級，則有三種頻率的光可以使陰極K發(fā)生光電效應，故B錯誤；C．當滑片P調(diào)至最左端時，雖然光電管兩端電壓為零，但由于有光電子逸出，電路中有光電流，故電流表的示數(shù)不為0，故C正確；D．當電源a端為負極，只要反向電壓不超過遏止電壓，電路中就有光電流，電流表示數(shù)就不為0，故D錯誤。故選C。6．關(guān)于物理學史，下列敘述中符合事實的是（）A．伽利略通過“理想斜面實驗”歸納、總結(jié)出了牛頓第一定律B．麥克斯韋在研究電磁波的實驗中，最早發(fā)現(xiàn)了光電效應C．法國學者安培提出了著名的分子電流假說D．卡文迪許發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律，還測出了引力常量的數(shù)值【答案】C【解析】A．伽利略通過“理想斜面實驗”得出了力不是維持物體運動的原因這一結(jié)論，從而推翻了亞里士多德的錯誤觀點，后來牛頓在伽利略和笛卡兒工作的基礎(chǔ)上，提出了牛頓第一定律，故A錯誤；B．麥克斯韋系統(tǒng)地總結(jié)了人類直至19世紀中葉對電磁規(guī)律的研究成果，最終建立了電磁場理論；赫茲在研究電磁波的實驗中偶爾發(fā)現(xiàn)，接收電路的間隙如果受到光照，就更容易產(chǎn)生電火花，這就是最早發(fā)現(xiàn)的光電效應，故B錯誤；C．法國學者安培提出了著名的分子電流假說，故C正確；D．牛頓發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律，卡文迪許測出了引力常量的數(shù)值，故D錯誤。故選C。7．如圖甲所示為研究光電效應的實驗裝置，用頻率為的單色光照射光電管的陰極，得到光電流與光電管兩端電壓的關(guān)系圖線如圖乙所示，已知電子電荷量的絕對值為，普朗克常量為，則（）A．極材料的逸出功為B．只增大光的頻率時，圖乙中飽和電流的值會增大C．時，，意味著光電子具有一定的初速度D．測量區(qū)間的光電流時，極應該與電源的負極相連【答案】C【解析】A．根據(jù)光電效應方程可知，極材料的逸出功為，故A錯誤；B．只增大光的頻率時，圖乙中飽和電流的值會減小，故B錯誤；C．即使加速電壓等于0，只要光電子具有一定的初速度，就會有光電子從極跑到極，形成光電流，故C正確；D．測量區(qū)間的光電流時，極應該與電源的正極相連，故D錯誤。故選C。8．已知普朗克常量為，元電荷，如圖所示為金屬鈣的遏止電壓Uc隨入射光頻率v變化的圖像，圖像中v0的數(shù)值約為（）A． B． C． D．【答案】A【解析】根據(jù)當時解得當時故選A。9．某半導體激光器發(fā)射波長為的連續(xù)激光，發(fā)光功率為。已知可見光波長的數(shù)量級為，普朗克常量。下列說法正確的是（）A．該激光屬于紫外線B．該激光的頻率為C．該激光器發(fā)出的光子能量為D．該激光器每秒發(fā)出的光子數(shù)約為個【答案】C【解析】A．該激光的波長比可見光的波長長，屬于紅外線，故A錯誤；B．該激光的頻率故B錯誤；C．光子能量故C正確；D．每秒發(fā)出的光子數(shù)個個故D錯誤。故選C。10．科學研究證明，光子有能量也有動量，當光子與電子碰撞時，光子的一些能量轉(zhuǎn)移給了電子。假設光子與電子碰撞前的頻率為ν，碰撞后的頻率為ν′，則碰撞過程中（）A．能量守恒，動量守恒，且ν＝ν′ B．能量不守恒，動量不守恒，且ν＝ν′C．能量守恒，動量守恒，且ν＜ν′ D．能量守恒，動量守恒，且ν＞ν′【答案】D【解析】光子與電子的碰撞過程中，系統(tǒng)不受外力，也沒有能量損失，故系統(tǒng)動量守恒，系統(tǒng)能量也守恒，光子與電子碰撞后，電子能量增加，故光子能量減小，根據(jù)E=hv，光子的頻率減小，則有ν＞ν′，故選D。題組B能力提升練1．2021年12月9日，神舟十三號乘組航天員翟志剛、王亞平、葉光富在中國空間站進行太空授課。若本次直播通信使用電磁波的波長范圍為，則該電磁波中能量子最大值為（）A． B． C． D．【答案】C【解析】根據(jù)電磁波能量子公式可知，波長越短，能量越大，所以該電磁波中能量子最大值為故選C。2．下列說法不正確的是（）A．奧斯特發(fā)現(xiàn)電流的磁效應B．法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應現(xiàn)象C．摩擦生電，說明摩擦能創(chuàng)造電荷D．當光照射在金屬上時，有時會有電子從金屬表面逸出，這是光電效應現(xiàn)象【答案】C【解析】A．丹麥物理學家奧斯發(fā)現(xiàn)電流可以使周圍的小磁針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，證明電流周圍存在磁場，故A正確，不符合題意；B．1831年英國科學家法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應現(xiàn)象，故B正確，不符合題意；C．摩擦起電的實質(zhì)是電子從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體，即說明了電荷可以從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體，并沒有產(chǎn)生電荷，故C錯誤，符合題意；D．當光照射在金屬上時，有時會有電子從金屬表面逸出，這是光電效應現(xiàn)象，故D正確，不符合題意。故選C。3．在光電效應實驗中，用單色光照射光電管陰極，發(fā)生了光電效應，要使光電管中的電流增大，下列做法正確的是（）A．保持入射光的頻率不變，增加照射時間B．保持入射光的頻率不變，增大光的強度C．保持入射光的強度不變，增加照射時間D．保持入射光的強度不變，增大光的頻率【答案】B【解析】A．保持入射光的頻率不變，增加照射時間只能增加產(chǎn)生光電效應的時間，與飽和光電流無關(guān)，故A錯誤；B．保持入射光的頻率不變，光照強度增大，單位時間內(nèi)照射到金屬表面的光子數(shù)目增大，因此單位時間內(nèi)產(chǎn)生的光電子數(shù)目增大，即飽和電流增大，故B正確；C．結(jié)合B的方向可知，保持入射光的強度不變，不能判斷出是否增大飽和光電流，故C錯誤；D．保持入射光的強度不變，增大光的頻率，則單個的光子的能量增大，所以單位時間內(nèi)入射的光子的數(shù)目減少，所以單位時間內(nèi)產(chǎn)生的光電子減少，所以飽和光電流減小，故D錯誤；故選B。4．如圖甲所示，把一平行玻璃板壓在另一個平行玻璃板上，一端用薄片墊起，構(gòu)成空氣劈尖，讓單色光a、b分別從上方垂直下玻璃板入射。在相同條件下，從上往下看到的干涉條紋分別如圖乙所示，下列說法正確的是（）A．在玻璃中傳播時，單色光a比單色光b的傳播速度小B．單色光a的光子能量比單色光b的光子能量大C．薄片的厚度若增加一些，干涉條紋的間距會變寬D．遇同一個障礙物，a光比b光更易發(fā)生衍射【答案】D【解析】AB．干涉條紋間距寬的，波長長，頻率低，光子能量小，折射率小，根據(jù)可知，在玻璃中的傳播速度較大，即單色光a比單色光b的傳播速度大，選項AB錯誤；C．從空氣膜的上下表面分別反射的兩列光是相干光，發(fā)生干涉現(xiàn)象，出現(xiàn)條紋，其光程差為空氣層厚度的2倍，薄片的厚度減小一些，干涉條紋的間距會變寬，故C錯誤。D．單色光a的波長較長，則遇同一個障礙物，a光比b光更易發(fā)生衍射，選項D正確。故選D。5．某種金屬板M受到一束紫外線照射時會不停地發(fā)射電子，射出的電子具有不同的運動方向，速度大小也不相同。如圖所示，在M旁放置一個金屬網(wǎng)N，在M、N之間加電壓U，調(diào)節(jié)電壓U的大小觀察電流表中的電流大小，則下列說法正確的是（）A．U增大，電流表的讀數(shù)也增大B．加上某一電壓U0時電流表的讀數(shù)可能為零C．所有電子從M板到金屬網(wǎng)N均做勻減速直線運動D．將電源的正負極反向時電流表的讀數(shù)可能為零【答案】B【解析】ABC．由于電子受靜電力方

向水平向左，與電子速度方向間的夾角為鈍角(當電子的速度方向沿金屬板M板面方向時，靜電力方向與電子速度方向間的夾角為直角，該方向射出的電子是不會在兩板間運動)，故電子在兩板間均做減速運動，但不是勻減速直線運動，故C錯誤；根據(jù)動能定理U增大，到達N極板電子數(shù)減少，電流表的讀數(shù)減小，故A錯誤；當時電流表中就沒有電流，即電子到達N板的速度恰好為0，故B正確；D．將電源的正負極反向時，使光電子加速，電流表的讀數(shù)不可能為零，故D錯誤。故選B。6．下列說法不正確的是（）A．普朗克的假設認為微觀粒子的能量是量子化的 B．愛因斯坦認為電磁場本身是連續(xù)的C．奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應 D．法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感應現(xiàn)象【答案】B【解析】A，普朗克的假設認為微觀粒子的能量不是連續(xù)性的，是一份一份的，是量子化的，A正確；B．愛因斯坦根據(jù)普朗克的能量子假說提出的光子說，也就是電磁場是不連續(xù)的，B錯誤；C．奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應，C正確；D．法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感應現(xiàn)象，D正確。本題選錯誤的，故選B。7．圖甲是光電效應的實驗裝置圖，圖乙是光電流與加在陰極K和陽極上的電壓的關(guān)系圖像，下列說法正確的是（）A．由圖線①、②、③可知對某種確定的金屬來說，飽和光電流的大小與入射光強度無關(guān)B．由圖線①、②、③可知其遏止電壓只由入射光的頻率決定C．只要增大電壓，光電流就會一直增大D．不論哪種顏色的入射光，只要光足夠強，就能發(fā)生光電效應【答案】B【解析】A．由圖線①、②、③可知對某種確定的金屬來說，飽和光電流的大小與入射光強度有關(guān)，入射光強度越大，飽和光電流越大，A錯誤；B．由光電效應方程可知因此對某種確定的金屬來說，入射光的頻率越大，遏止電壓越大，可知其遏止電壓只由入射光的頻率決定，B正確；C．當光電流達到飽和值時，再增大電壓光電流也不會再增大，C錯誤；D．不論哪種顏色的入射光，只有入射光的頻率大于金屬的截止頻率，才能發(fā)生光電效應，D錯誤。故選B。8．關(guān)于光電效應，下列說法正確的是（）A．極限頻率越大的金屬材料逸出功越大B．只要光照射的時間足夠長，任何金屬都能產(chǎn)生光電效應C．入射光的波長越長，從金屬表面逸出的光電子的最大初動能越大D．入射光的光強一定時，頻率越高，單位時間內(nèi)逸出的光電子數(shù)就越多【答案】A【解析】A．根據(jù)可知，極限頻率越大的金屬材料逸出功越大，選項A正確；B．能否發(fā)生光電效應與照射的時間無關(guān)，只與入射光的頻率有關(guān)，選項B錯誤；C．根據(jù)則入射光的波長越長，從金屬表面逸出的光電子的最大初動能越小，選項C錯誤；D．在光電效應中，光電子數(shù)目與光強有關(guān)，入射光的光強一定時，當頻率越高，則入射光單位時間射出的光子個數(shù)少，單位時間內(nèi)逸出的光電子數(shù)就越少，故D錯誤；故選A。9．用如圖甲所示的裝置研究光電效應現(xiàn)象，閉合開關(guān)S，用頻率為v的光照射光電管時發(fā)生了光電效應。圖乙是該光電管發(fā)生光電效應時光電子的最大初動能Ek與入射光頻率的關(guān)系圖像，圖線與橫軸的交點坐標為（a，0），與縱軸的交點坐標為（0，-b），下列說法中正確的是（）A．普朗克常量為B．斷開開關(guān)S后，電流表G的示數(shù)為零C．僅增加照射光的強度，光電子的最大初動能將增大D．保持照射光強度不變，僅提高照射光頻率，電流表G的示數(shù)減小【答案】D【解析】A．根據(jù)得，縱軸截距的絕對值等于金屬的逸出功，即當最大初動能為零時，入射光的頻率等于截止頻率，所以金屬的截止頻率為那么普朗克常量為故A錯誤；B．電鍵S斷開后，因光電效應現(xiàn)象中，光電子存在最大初動能，因此電流表G的示數(shù)不為零，故B錯誤；C．根據(jù)光電效應方程可知，入射光的頻率與最大初動能有關(guān)，與光的強度無關(guān)，故C錯誤；D．保持照射光強度不變，僅提高照射光的頻率，單個光子的能量將會增大，而光的強度不變，那么光子數(shù)一定會減少，發(fā)出的光電子數(shù)也會減少，電流表G的示數(shù)就會變小，故D正確。故選D。10．一紫外線光電管如圖所示，其中A為陽極，K為陰極。已知地表附近太陽光中紫外線光子能量介于3.1eV～3.9eV之間，紫外線燈中的紫外線光子能量介于4.4eV～6.2eV之間。若光電管陰極材料K選用逸出功為4.21eV的金屬鋁，則下列說法正確的是（）A．太陽光照射時可能會逸出光電子B．紫外線燈照射時產(chǎn)生光電子的最大初動能可能為1.99eVC．紫外線波長越長，產(chǎn)生的光電子的最大初動能越大D．紫外線頻率越高，產(chǎn)生的光電子的最大初動能越小【答案】B【解析】A．太陽光包含可見光和紫外線，能量高的紫外線光子能量介于3.1eV～3.9eV之間，小于材料K的逸出功為4.21eV，則太陽光照射時不可能逸出光電子，故A錯誤；B．紫外線燈中的紫外線光子能量介于4.4eV～6.2eV之間，根據(jù)愛因斯坦的光電效應方程有可得紫外線燈照射時產(chǎn)生光電子的最大初動能的取值范圍為0.19eV~1.99eV最大初動能可能為1.99eV，故B正確；C．紫外線波長越長即頻率越小，由可知產(chǎn)生的光電子的最大初動能越小，故C錯誤；D．紫外線頻率越高，由可知產(chǎn)生的光電子的最大初動能越大，故D錯誤；故選B。題組C培優(yōu)拔尖練1．全飛秒激光是國際上最先進的角膜屈光手術(shù)模式之一，目前僅德國蔡司的“VisuMax”全飛秒激光系統(tǒng)可以應用于“全飛秒”近視矯正手術(shù)中。經(jīng)查閱資料得知，飛秒激光是一種波長1053nm的激光，已知普朗克常數(shù)為6.631034Js則下列說法正確的是（）A．飛秒激光的傳播速度有可能超過3108m/sB．飛秒激光光子的能量是不連續(xù)的C．飛秒激光的頻率為1.053106HzD．飛秒激光的光子能量約為1.2eV【答案】BD【解析】A．根據(jù)愛因斯坦的相對論觀點，飛秒激光的速度不可能超過光在真空中的速度，故A錯誤；B．根據(jù)愛因斯坦光子說，可知飛秒激光的能量的變化是不連續(xù)的，故B正確；C．飛秒激光的頻率為故C錯誤；D．飛秒激光的光子能量約為故D正確。故選BD。2．1905年，愛因斯坦把普朗克的量子化概念進一步推廣，成功地解釋了光電效應現(xiàn)象，提出了光子說。在給出與光電效應有關(guān)的四個圖像中，下列說法正確的是（）A．圖1中，當紫外線照射鋅板時，發(fā)現(xiàn)驗電器指針發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，說明鋅板帶正電，驗電器帶負電B．圖2中，從光電流與電壓的關(guān)系圖像中可以看出，電壓相同時，光照越強，光電流越大，說明遏止電壓和光的強度有關(guān)C．圖3中，若電子電荷量用表示，、、已知，由圖像可求得普朗克常量的表達式為D．圖4中，由光電子最大初動能與入射光頻率的關(guān)系圖像可知該金屬的逸出功為或【答案】CD【解析】A．圖1中，當紫外線照射鋅板時，鋅板失去電子而帶正電，驗電器與鋅板相連，所以也帶正電，故A錯誤；B．圖2中，從光電流與電壓的關(guān)系圖像中可以看出，電壓相同時，光照越強，光電流越大，只能說明光電流與光強的關(guān)系，而遏止電壓和光的強度無關(guān)，和入射光的頻率有關(guān)，故B錯誤；C．光電子的最大初動能為解得故C正確；D．根據(jù)愛因斯坦光電效應方程有當時，有當時，有故D正確。故選CD。3．用如圖所示的電路研究光電效應現(xiàn)象，移動滑動變阻器滑片可以改變K與A之間電壓的大小當滑片處于圖示位置，某單色光束照到光電管上時，電流表的示數(shù)不為0，下列說法正確的是（）A．光電管兩極間的電場使光電子加速B．滑片在最左端時，電流表的示數(shù)為0C．僅增大入射光強度，電流表示數(shù)一定增大D．僅增大入射光頻率，電流表示數(shù)一定增大【答案】AC【解析】A．由圖知，光電管兩極間所加電壓為正向電壓，所以光電子飛出后兩極間的電場將使光電子繼續(xù)加速，故A正確；B．滑片在最左端時，加在光電管兩極間的電壓為零，但由于光電子飛出時具有一定的初動能，所以光電子可以到達A極板，電流表的示數(shù)將不為0，故B錯誤；C．僅增大入射光強度，則單位時間發(fā)射的光電子數(shù)目增多，所以光電流會增大，電流表示數(shù)會增大，故C正確；D．電流表有示數(shù)，說明入射光的頻率大于極限頻率，僅增大入射光頻率，而沒有增大入射光的強度，則不能增加光子數(shù)，不能產(chǎn)生更多的光電子，則電流表示數(shù)不會增大，故D錯誤。故選AC。4．1887年，赫茲在研究電磁波的實驗中偶爾發(fā)現(xiàn)，接收電路的間隙如果受到光照，就更容易產(chǎn)生電火花，這就是最早發(fā)現(xiàn)的光電效應，在用同一光電管研究光電效應的實驗規(guī)律的表述中，下列說法正確的是（）A．入射光足夠強就可以有光電流B．遏止電壓只與入射光的顏色有關(guān)C．光電子的最大初動能與入射光的頻率成正比D．入射光頻率大于極限頻率時一定能產(chǎn)生光電子【答案】BD【解析】A．產(chǎn)生光電流與入射光的頻率有關(guān)系，與入射光強度無光，A錯誤；B．根據(jù)動能定理再根據(jù)光電效應方程知所以，增大入射光的頻率，遏止電壓也增大，故遏止電壓只與入射光的顏色有關(guān)，B正確；C．根據(jù)光電效應方程知，光電子的最大初動能與入射光的頻率不成正比，C錯誤；D．由發(fā)生光電效應的條件可知，入射光頻率大于極限頻率時一定能產(chǎn)生光電子，D正確。故選BD。5．額溫槍是新冠病毒防控的重要裝備之一，其原理為：人體輻射的紅外線照射到溫度傳感器，發(fā)生光電效應、將光信號轉(zhuǎn)化為電信號，從面顯示出人體的溫度。已知人的體溫正常時能輻射被長約為的紅外線，如圖甲所示，用該紅外線照射光電管的陰極K時，電路中有光電流產(chǎn)生，光電流隨電壓變化的圖像如圖乙所示，已知，，．則（）A．波長的紅外線在真空中的頻率為B．將圖甲中的電源正負極反接，一定不會產(chǎn)生電信號C．由圖乙可知，產(chǎn)生的光電子最大初動能為2eVD．由圖乙可知，該光電管的陰極金屬逸出功約為【答案】AD【解析】A．波長的紅外線在真空中的頻率為故A正確；B．由圖乙知，遏止電壓為0.02V，將圖甲中的電源正負極反接，若所加反向電壓小于遏止電壓，仍然有光電子到達A板，還會產(chǎn)生電信號，故B錯誤；C．由圖乙可知，遏止電壓為所以根據(jù)愛因斯坦光電效應方程，可得產(chǎn)生的光電子最大初動能為故C錯誤；D．根據(jù)愛因斯坦光電效應方程可得又由圖乙可知，該光電管的陰極金屬逸出功約為故D正確。故選AD。6．現(xiàn)讓一束單色光照射大量處于基態(tài)（量子數(shù)）的氫原子，受激的氫原子能自發(fā)地發(fā)出3種可見光（已知可見光光子的能量范圍為）。氫原子的能級圖如圖所示，下列表述正確的是（）A．照射氫原子的單色光的光子能量為B．基態(tài)的氫原子吸收單色光光子能量后，核外電子會向離核更遠的軌道躍遷C．除了這3種可見光，受激氫原子還發(fā)出了3種不可見光D．已知鋅板的逸出功為，若用受激氫原子發(fā)出的光去照射鋅板，則從鋅板表面逸出的光電子的動能可能為【答案】ABD【解析】A．受激的氫原子要能自發(fā)地發(fā)出3種可見光，從基態(tài)應躍遷到n=5能級，向低能級躍遷時，輻射出的光子能量分別為：0.31eV，0.66eV，1.89eV，10.2eV，0.97eV，12.09eV，2.86eV，13.06eV，12.75eV，2.55eV，共10種，其中處于可見光能量范圍的有1.89eV，2.55eV，2.86eV三種，要從基態(tài)躍遷到n=5能級，吸收的光子能量為，A正確；B．基態(tài)的氫原子吸收單色光光子能量后，核外電子會向離核更遠的軌道躍遷，B正確；C．除了這3種可見光，受激氫原子還發(fā)出了7種不可見光，C錯誤；D．已知鋅板的逸出功為，從鋅板表面逸出的光電子的最大初動能為當用能量為12.09eV的光去照射鋅板，逸出的光電子的最大初動能為，D正確。故選ABD。