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第1講　光電效應(yīng) 　　 【基礎(chǔ)梳理】 一、光電效應(yīng) 1．定義：在光的照射下從物體發(fā)射出電子的現(xiàn)象(發(fā)射出的電子稱為光電子)． 2．產(chǎn)生條件：入射光的頻率大于極限頻率． 3．光電效應(yīng)規(guī)律 (1)存在著飽和電流：對(duì)于一定顏色的光，入射光越強(qiáng)，單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)越多． (2)存在著遏止電壓和截止頻率：光電子的能量只與入射光的頻率有關(guān)，而與入射光的強(qiáng)弱無關(guān)．當(dāng)入射光的頻率低于截止頻率時(shí)不發(fā)生光電效應(yīng)． (3)光電效應(yīng)具有瞬時(shí)性：當(dāng)頻率超過截止頻率時(shí)，無論入射光怎樣微弱，幾乎在照到金屬時(shí)立即產(chǎn)生光電流，時(shí)間不超過10－9 s. 二、光電效應(yīng)方程 1．基本物理量 (1)光子的能量ε＝hν，其中h＝6.62610－34 Js(稱為普朗克常量)． (2)逸出功：使電子脫離某種金屬所做功的最小值． (3)最大初動(dòng)能：發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)，金屬表面上的電子吸收光子后克服原子核的引力逸出時(shí)所具有動(dòng)能的最大值． 2．光電效應(yīng)方程：Ek＝hν－W0． 三、光的波粒二象性與物質(zhì)波 1．光的波粒二象性 (1)光的干涉、衍射、偏振現(xiàn)象證明光具有波動(dòng)性． (2)光電效應(yīng)說明光具有粒子性． (3)光既具有波動(dòng)性，又具有粒子性，稱為光的波粒二象性． 2．物質(zhì)波 (1)概率波：光的干涉現(xiàn)象是大量光子的運(yùn)動(dòng)遵守波動(dòng)規(guī)律的表現(xiàn)，亮條紋是光子到達(dá)概率大的地方，暗條紋是光子到達(dá)概率小的地方，因此光波又叫概率波． (2)物質(zhì)波：任何一個(gè)運(yùn)動(dòng)著的物體，小到微觀粒子大到宏觀物體都有一種波與它對(duì)應(yīng)，其波長(zhǎng)λ＝，p為運(yùn)動(dòng)物體的動(dòng)量，h為普朗克常量． 【自我診斷】 判一判 (1)只要光照射的時(shí)間足夠長(zhǎng)，任何金屬都能發(fā)生光電效應(yīng)．(　　) (2)光電子就是光子．(　　) (3)極限頻率越大的金屬材料逸出功越大．(　　) (4)從金屬表面出來的光電子的最大初動(dòng)能越大，這種金屬的逸出功越?。?　　) (5)入射光的頻率越大，逸出功越大．(　　) 提示：(1)　(2)　(3)√　(4)　(5) 做一做 (多選)(高考廣東卷)在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，用頻率為ν的光照射光電管陰極，發(fā)生了光電效應(yīng)，下列說法正確的是(　　) A．增大入射光的強(qiáng)度，光電流增大 B．減小入射光的強(qiáng)度，光電效應(yīng)現(xiàn)象消失 C．改用頻率小于ν的光照射，一定不發(fā)生光電效應(yīng) D．改用頻率大于ν的光照射，光電子的最大初動(dòng)能變大 提示：選AD.增大入射光強(qiáng)度，單位時(shí)間內(nèi)照射到單位面積的光電子數(shù)增加，則光電流將增大，故選項(xiàng)A正確；光電效應(yīng)是否發(fā)生取決于照射光的頻率，而與照射強(qiáng)度無關(guān)，故選項(xiàng)B錯(cuò)誤．用頻率為ν的光照射光電管陰極，發(fā)生光電效應(yīng)，用頻率較小的光照射時(shí)，若光的頻率仍大于極限頻率，則仍會(huì)發(fā)生光電效應(yīng)，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；根據(jù)hν－W逸＝mv2可知，增加照射光頻率，光電子的最大初動(dòng)能也增大，故選項(xiàng)D正確． 　對(duì)光電效應(yīng)現(xiàn)象的理解[學(xué)生用書P230] 【知識(shí)提煉】 1．與光電效應(yīng)有關(guān)的五組概念對(duì)比 (1)光子與光電子：光子指光在空間傳播時(shí)的每一份能量，光子不帶電；光電子是金屬表面受到光照射時(shí)發(fā)射出來的電子，其本質(zhì)是電子．光子是光電效應(yīng)的因，光電子是果． (2)光電子的初動(dòng)能與光電子的最大初動(dòng)能：光照射到金屬表面時(shí)，電子吸收光子的全部能量，可能向各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，需克服原子核和其他原子的阻礙而損失一部分能量，剩余部分為光電子的初動(dòng)能；只有金屬表面的電子直接向外飛出時(shí)，只需克服原子核的引力做功的情況，才具有最大初動(dòng)能．光電子的初動(dòng)能小于等于光電子的最大初動(dòng)能． (3)光電流和飽和光電流：金屬板飛出的光電子到達(dá)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(gè)飽和值，這個(gè)飽和值是飽和光電流，在一定的光照條件下，飽和光電流與所加電壓大小無關(guān)． (4)入射光強(qiáng)度與光子能量：入射光強(qiáng)度指單位時(shí)間內(nèi)照射到金屬表面單位面積上的總能量． (5)光的強(qiáng)度與飽和光電流：飽和光電流與入射光強(qiáng)度成正比的規(guī)律是對(duì)頻率相同的光照射金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)而言的，對(duì)于不同頻率的光，由于每個(gè)光子的能量不同，飽和光電流與入射光強(qiáng)度之間沒有簡(jiǎn)單的正比關(guān)系． 2．光電效應(yīng)的研究思路 (1)兩條線索： (2)兩條對(duì)應(yīng)關(guān)系：光強(qiáng)大→光子數(shù)目多→發(fā)射光電子多→光電流大； 光子頻率高→光子能量大→光電子的最大初動(dòng)能大． 【典題例析】 　(多選)(2016高考全國(guó)卷Ⅰ改編)現(xiàn)用一光電管進(jìn)行光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)，當(dāng)用某一頻率的光入射時(shí)，有光電流產(chǎn)生．下列說法正確的是(　　) A．保持入射光的頻率不變，入射光的光強(qiáng)變大，飽和光電流變大 B．入射光的頻率變高，飽和光電流變大 C．入射光的頻率變高，光電子的最大初動(dòng)能變大 D．保持入射光的光強(qiáng)不變，不斷減小入射光的頻率，始終有光電流產(chǎn)生 [解析]　根據(jù)光電效應(yīng)規(guī)律，保持入射光的頻率不變，入射光的光強(qiáng)變大，則飽和光電流變大，選項(xiàng)A正確．由愛因斯坦光電效應(yīng)方程知，入射光的頻率變高，產(chǎn)生的光電子最大初動(dòng)能變大，而飽和光電流與入射光的頻率和光強(qiáng)都有關(guān)，選項(xiàng)B錯(cuò)誤，C正確．保持入射光的光強(qiáng)不變，不斷減小入射光的頻率，當(dāng)入射光的頻率小于極限頻率時(shí)，就不能發(fā)生光電效應(yīng)，沒有光電流產(chǎn)生，選項(xiàng)D錯(cuò)誤． [答案]　AC 　(多選)1905年是愛因斯坦的“奇跡”之年，這一年他先后發(fā)表了三篇具有劃時(shí)代意義的論文，其中關(guān)于光量子的理論成功的解釋了光電效應(yīng)現(xiàn)象．關(guān)于光電效應(yīng)，下列說法正確的是 (　　) A．當(dāng)入射光的頻率低于極限頻率時(shí)，不能發(fā)生光電效應(yīng) B．光電子的最大初動(dòng)能與入射光的頻率成正比 C．光電子的最大初動(dòng)能與入射光的強(qiáng)度成正比 D．某單色光照射一金屬時(shí)不發(fā)生光電效應(yīng)，改用波長(zhǎng)較短的光照射該金屬可能發(fā)生光電效應(yīng) 解析：選AD.根據(jù)光電效應(yīng)現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)規(guī)律，只有入射光頻率大于極限頻率才能發(fā)生光電效應(yīng)，故A、D正確．根據(jù)光電效應(yīng)方程，最大初動(dòng)能與入射光頻率為線性關(guān)系，但非正比關(guān)系，B錯(cuò)誤；根據(jù)光電效應(yīng)現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)規(guī)律，光電子的最大初動(dòng)能與入射光強(qiáng)度無關(guān)，C錯(cuò)誤． 　光電效應(yīng)方程[學(xué)生用書P230] 【知識(shí)提煉】 1．三個(gè)關(guān)系 (1)愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0. (2)光電子的最大初動(dòng)能Ek可以利用光電管用實(shí)驗(yàn)的方法測(cè)得，即Ek＝eUc，其中Uc是遏止電壓． (3)光電效應(yīng)方程中的W0為逸出功，它與極限頻率νc的關(guān)系是W0＝hνc. 2．四類圖象 圖象名稱 圖象形狀 由圖象直接(間接)得到的物理量 最大初動(dòng)能Ek與入射光頻率ν的關(guān)系圖象 (1)極限頻率：圖象與ν軸交點(diǎn)的橫坐標(biāo)νc (2)逸出功：圖象與Ek軸交點(diǎn)的縱坐標(biāo)的絕對(duì)值W0＝|－E|＝E (3)普朗克常量：圖象的斜率k＝h 顏色相同、強(qiáng)度不同的光，光電流與電壓的關(guān)系 (1)遏止電壓Uc：圖象與橫軸的交點(diǎn)的橫坐標(biāo)的絕對(duì)值 (2)飽和光電流Im：電流的最大值是強(qiáng)光大于弱光 (3)最大初動(dòng)能：Ekm＝eUc 顏色不同時(shí)，光電流與電壓的關(guān)系 (1)遏止電壓Uc1、Uc2 (2)最大初動(dòng)能：Ek1＝eUc1、Ek2＝eUc2 遏止電壓Uc與入射光頻率ν的關(guān)系圖線 (1)截止頻率νc：圖線與橫軸的交點(diǎn)的橫坐標(biāo)； (2)遏止電壓Uc：隨入射光頻率的增大而增大； (3)普朗克常量h：等于圖線的斜率與電子電量的乘積，即h＝ke(注：此時(shí)兩極之間接反向電壓) 【典題例析】 　(多選)(2017高考全國(guó)卷Ⅲ)在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，分別用頻率為νa、νb的單色光a、b照射到同種金屬上，測(cè)得相應(yīng)的遏止電壓分別為Ua和Ub、光電子的最大初動(dòng)能分別為Eka和Ekb.h為普朗克常量．下列說法正確的是(　　) A．若νa＞νb，則一定有Ua＜Ub B．若νa＞νb，則一定有Eka＞Ekb C．若Ua＜Ub，則一定有Eka＜Ekb D．若νa＞νb，則一定有hνa－Eka＞hνb－Ekb [解析]　設(shè)該金屬的逸出功為W，根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程有Ek＝hν－W，同種金屬的W不變，則逸出光電子的最大初動(dòng)能隨ν的增大而增大，B項(xiàng)正確；又Ek＝eU，則最大初動(dòng)能與遏止電壓成正比，C項(xiàng)正確；根據(jù)上述有eU＝hν－W，遏止電壓U隨ν增大而增大，A項(xiàng)錯(cuò)誤；又有hν－Ek＝W，W相同，則D項(xiàng)錯(cuò)誤． [答案]　BC 1．應(yīng)用光電效應(yīng)方程時(shí)的注意事項(xiàng) (1)每種金屬都有一個(gè)截止頻率，光頻率大于這個(gè)截止頻率才能發(fā)生光電效應(yīng)． (2)截止頻率是發(fā)生光電效應(yīng)的最小頻率，對(duì)應(yīng)著光的極限波長(zhǎng)和金屬的逸出功，即hν0＝h＝W0. (3)應(yīng)用光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0時(shí)，注意能量單位電子伏和焦耳的換算(1 eV＝1.610－19 J)． (4)作為能量守恒的一種表達(dá)式可以定性理解方程hν＝W0＋mv2的意義：即入射光子的能量一部分相當(dāng)于轉(zhuǎn)換在金屬的逸出功上，剩余部分轉(zhuǎn)化為光電子的動(dòng)能．對(duì)某種金屬來說W0為定值，因而光子頻率ν決定了能否發(fā)生光電效應(yīng)及光電子的初動(dòng)能大?。總€(gè)光子的一份能量hν與一個(gè)光電子的動(dòng)能mv2對(duì)應(yīng)． 2．光電效應(yīng)中有關(guān)圖象問題的解題方法 (1)明確圖象中縱坐標(biāo)和橫坐標(biāo)所表示的物理量． (2)明確圖象所表示的物理意義及所對(duì)應(yīng)的函數(shù)關(guān)系，同時(shí)還要知道截距、交點(diǎn)等特殊點(diǎn)的意義．例如， ①Ekm－ν圖象，表示了光電子的最大初動(dòng)能Ekm隨入射光頻率ν的變化曲線，圖甲中橫軸上的截距是陰極金屬的極限頻率，縱軸上的截距表示了陰極金屬的逸出功負(fù)值，直線的斜率為普朗克常量，圖象的函數(shù)式：Ek＝hν－W0.　 ②光電效應(yīng)中的I－U圖象，是光電流強(qiáng)度I隨兩極板間電壓U的變化曲線，圖乙中的Im是飽和光電流，Uc為遏止電壓． 【遷移題組】 遷移1　對(duì)Ek－ν圖象的理解 1．(多選)如圖所示是用光照射某種金屬時(shí)逸出的光電子的最大初動(dòng)能隨入射光頻率的變化圖線(直線與橫軸的交點(diǎn)坐標(biāo)4.27，與縱軸交點(diǎn)坐標(biāo)0.5)．由圖可知(　　) A．該金屬的截止頻率為4.271014 Hz B．該金屬的截止頻率為5.51014 Hz C．該圖線的斜率表示普朗克常量 D．該金屬的逸出功為0.5 eV 解析：選AC.圖線在橫軸上的截距為截止頻率，A正確、B錯(cuò)誤；由光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0，可知圖線的斜率為普朗克常量，C正確；金屬的逸出功為：W0＝hν0＝ eV≈1.77 eV，D錯(cuò)誤． 遷移2　對(duì)I－U圖象的理解 2．在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)用同一光電管在不同實(shí)驗(yàn)條件下得到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(zhǎng)大于丙光的波長(zhǎng) C．乙光對(duì)應(yīng)的截止頻率大于丙光的截止頻率 D．甲光對(duì)應(yīng)的光電子最大初動(dòng)能大于丙光對(duì)應(yīng)的光電子最大初動(dòng)能 解析：選B.由圖象知，甲、乙光對(duì)應(yīng)的遏止電壓相等，由eUc＝Ek和hν＝W0＋Ek得甲、乙光頻率相等，A錯(cuò)誤；丙光的頻率大于乙光的頻率，則丙光的波長(zhǎng)小于乙光的波長(zhǎng)，B正確；由hνc＝W0得甲、乙、丙光對(duì)應(yīng)的截止頻率相同，C錯(cuò)誤；由光電效應(yīng)方程知，甲光對(duì)應(yīng)的光電子最大初動(dòng)能小于丙光對(duì)應(yīng)的光電子最大初動(dòng)能，D錯(cuò)誤． 遷移3　對(duì)Uc－ν圖象的理解 3．(2015高考全國(guó)卷Ⅰ)在某次光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，得到的遏止電壓Uc與入射光的頻率ν的關(guān)系如圖所示．若該直線的斜率和截距分別為k和b，電子電荷量的絕對(duì)值為e，則普朗克常量可表示為________，所用材料的逸出功可表示為________． 解析：根據(jù)光電效應(yīng)方程Ekm＝hν－W0及Ekm＝eUc得Uc＝－，故＝k，b＝－，得h＝ek，W0＝－eb. 答案：ek　－eb 　光的波粒二象性　物質(zhì)波[學(xué)生用書P232] 【知識(shí)提煉】 光既具有波動(dòng)性，又具有粒子性，兩者不是孤立的，而是有機(jī)的統(tǒng)一體，其表現(xiàn)規(guī)律為： 1．從數(shù)量上看：個(gè)別光子的作用效果往往表現(xiàn)為粒子性；大量光子的作用效果往往表現(xiàn)為波動(dòng)性． 2．從頻率上看：頻率越低波動(dòng)性越顯著，越容易看到光的干涉和衍射現(xiàn)象；頻率越高粒子性越顯著，越不容易看到光的干涉和衍射現(xiàn)象，貫穿本領(lǐng)越強(qiáng)． 3．從傳播與作用上看：光在傳播過程中往往表現(xiàn)為波動(dòng)性；在與物質(zhì)發(fā)生作用時(shí)往往表現(xiàn)為粒子性． 4．波動(dòng)性與粒子性的統(tǒng)一：由光子的能量E＝hν，光子的動(dòng)量p＝表達(dá)式也可以看出，光的波動(dòng)性和粒子性并不矛盾：表示粒子性的粒子能量和動(dòng)量的計(jì)算式中都含有表示波的特征的物理量——頻率ν和波長(zhǎng)λ. 5．理解光的波粒二象性時(shí)不可把光當(dāng)成宏觀概念中的波，也不可把光當(dāng)成宏觀概念中的粒子． 【跟進(jìn)題組】 1．(多選)(2015高考全國(guó)卷Ⅱ改編)實(shí)物粒子和光都具有波粒二象性．下列事實(shí)中突出體現(xiàn)波動(dòng)性的是(　　) A．電子束通過雙縫實(shí)驗(yàn)裝置后可以形成干涉圖樣 B．β射線在云室中穿過會(huì)留下清晰的徑跡 C．人們利用慢中子衍射來研究晶體的結(jié)構(gòu) D．光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，光電子的最大初動(dòng)能與入射光的頻率有關(guān)，與入射光的強(qiáng)度無關(guān) 解析：選AC.電子束具有波動(dòng)性，通過雙縫實(shí)驗(yàn)裝置后可以形成干涉圖樣，選項(xiàng)A正確；β射線在云室中高速運(yùn)動(dòng)時(shí)，徑跡又細(xì)又直，表現(xiàn)出粒子性，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；人們利用慢中子衍射來研究晶體的結(jié)構(gòu)，體現(xiàn)出波動(dòng)性，選項(xiàng)C正確；光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)，體現(xiàn)的是波的粒子性，選項(xiàng)D錯(cuò)誤． 2．德布羅意認(rèn)為，任何一個(gè)運(yùn)動(dòng)著的物體，都有一種波與它對(duì)應(yīng)，波長(zhǎng)是λ＝，式中p是運(yùn)動(dòng)物體的動(dòng)量，h是普朗克常量．已知某種紫光的波長(zhǎng)是440 nm，若將電子加速，使它的德布羅意波長(zhǎng)是這種紫光波長(zhǎng)的110－4倍．求： (1)電子的動(dòng)量大?。? (2)試推導(dǎo)加速電壓跟德布羅意波長(zhǎng)的關(guān)系，并計(jì)算加速電壓的大?。?電子質(zhì)量m＝9.110－31 kg，電子電荷量e＝1.610－19 C，普朗克常量h＝6.610－34 Js，加速電壓的計(jì)算結(jié)果取一位有效數(shù)字) 解析：(1)由λ＝得p＝＝ kgm/s ＝1.510－23 kgm/s. (2)eU＝Ek＝，又λ＝ 聯(lián)立解得U＝，代入數(shù)據(jù)解得U＝8102 V. 答案：(1)1.510－23 kgm/s　(2)U＝　8102 V 　[學(xué)生用書P232] 1．(2017高考北京卷)2017年年初，我國(guó)研制的“大連光源”——極紫外自由電子激光裝置，發(fā)出了波長(zhǎng)在100 nm(1 nm＝10－9 m)附近連續(xù)可調(diào)的世界上最強(qiáng)的極紫外激光脈沖．大連光源因其光子的能量大、密度高，可在能源利用、光刻技術(shù)、霧霾治理等領(lǐng)域的研究中發(fā)揮重要作用． 一個(gè)處于極紫外波段的光子所具有的能量可以電離一個(gè)分子，但又不會(huì)把分子打碎．據(jù)此判斷，能夠電離一個(gè)分子的能量約為(取普朗克常量h＝6.610－34 Js，真空光速c＝3108 m/s) (　　) A．10－21 J　　　　　　　　 B．10－18 J C．10－15 J D．10－12 J 解析：選B.由題意知，電離一個(gè)分子的能量等于照射分子的光子能量，E＝hν＝h≈210－18 J，故選項(xiàng)B正確． 2．(高考江蘇卷)已知鈣和鉀的截止頻率分別為 7.73 1014 Hz 和5.441014 Hz，在某種單色光的照射下兩種金屬均發(fā)生光電效應(yīng)，比較它們表面逸出的具有最大初動(dòng)能的光電子，鈣逸出的光電子具有較大的(　　) A．波長(zhǎng) B．頻率 C．能量 D．動(dòng)量 解析：選A.根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程mv＝hν－W.由題知W鈣>W鉀，所以鈣逸出的光電子的最大初動(dòng)能較?。鶕?jù)p＝及p＝和c＝λν知，鈣逸出的光電子的特點(diǎn)是：動(dòng)量較小、波長(zhǎng)較長(zhǎng)、頻率較小．選項(xiàng)A正確，選項(xiàng)B、C、D錯(cuò)誤． 3．(多選) (2018河北保定模擬)如圖所示，這是一個(gè)研究光電效應(yīng)的電路圖，下列敘述中正確的是(　　) A．只調(diào)換電源的極性，移動(dòng)滑片P，當(dāng)電流表示數(shù)為零時(shí)，電壓表示數(shù)為遏止電壓U0的數(shù)值 B．保持光照條件不變，滑片P向右滑動(dòng)的過程中，電流表示數(shù)將一直增大 C．不改變光束顏色和電路，增大入射光束強(qiáng)度，電流表示數(shù)會(huì)增大 D．陰極K需要預(yù)熱，光束照射后需要一定的時(shí)間才會(huì)有光電流 解析：選AC.只調(diào)換電源的極性，移動(dòng)滑片P，電場(chǎng)力對(duì)電子做負(fù)功，當(dāng)電流表示數(shù)為零時(shí)，則有eU＝mv，那么電壓表示數(shù)為遏止電壓U0的數(shù)值，故A項(xiàng)正確；當(dāng)其他條件不變，P向右滑動(dòng)，加在光電管兩端的電壓增加，光電子運(yùn)動(dòng)更快，由I＝得電流表讀數(shù)變大，若電流達(dá)到飽和電流，則電流表示數(shù)不會(huì)增大，B項(xiàng)錯(cuò)誤；只增大入射光束強(qiáng)度時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)光電子數(shù)變多，電流表示數(shù)變大，C項(xiàng)正確；因?yàn)楣怆娦?yīng)的發(fā)生是瞬間的，陰極K不需要預(yù)熱，所以D項(xiàng)錯(cuò)誤． 4．小明用金屬銣為陰極的光電管，觀測(cè)光電效應(yīng)現(xiàn)象，實(shí)驗(yàn)裝置示意圖如圖甲所示．已知普朗克常量h＝6.6310－34 Js. (1)圖甲中電極A為光電管的________(選填“陰極”或“陽極”)； (2)實(shí)驗(yàn)中測(cè)得銣的遏止電壓Uc與入射光頻率ν之間的關(guān)系如圖乙所示，則銣的截止頻率νc＝________Hz，逸出功W0＝________J； (3)如果實(shí)驗(yàn)中入射光的頻率ν＝7.001014Hz，則產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能Ek＝________J. 解析：(1)在光電效應(yīng)中，電子向A極運(yùn)動(dòng)，故電極A為光電管的陽極． (2)由題圖可知，銣的截止頻率νc為5.151014 Hz，逸出功W0＝hνc＝6.6310－345.151014 J≈3.4110－19 J. (3)當(dāng)入射光的頻率為ν＝7.001014Hz時(shí)，由Ek＝hν－h(huán)νc得，光電子的最大初動(dòng)能為 Ek＝6.6310－34(7.00－5.15)1014 J≈1.2310－19 J. 答案：(1)陽極 (2)5.151014[(5.12～5.18)1014均視為正確]　3.4110－19[(3.39～3.43)10－19均視為正確] (3)1.2310－19[(1.21～1.25)10－19均視為正確] 　[學(xué)生用書P353(單獨(dú)成冊(cè))] (建議用時(shí)：60分鐘) 一、單項(xiàng)選擇題 1．入射光照到某金屬表面發(fā)生光電效應(yīng)，若入射光的強(qiáng)度減弱，而頻率保持不變，則下列說法中正確的是(　　) A．從光照射到金屬表面上到金屬發(fā)射出光電子之間的時(shí)間間隔將明顯增加 B．逸出的光電子的最大初動(dòng)能減小 C．單位時(shí)間內(nèi)從金屬表面逸出的光電子數(shù)目將減少 D．有可能不發(fā)生光電效應(yīng) 解析：選C.光電效應(yīng)瞬時(shí)(10－9 s)發(fā)生，與光強(qiáng)無關(guān)，A錯(cuò)誤；光電子的最大初動(dòng)能只與入射光的頻率有關(guān)，入射光的頻率越大，最大初動(dòng)能越大，B錯(cuò)誤；光電子數(shù)目多少與入射光的強(qiáng)度有關(guān)，光強(qiáng)減弱，單位時(shí)間內(nèi)從金屬表面逸出的光電子數(shù)目減少，C正確；能否發(fā)生光電效應(yīng)，只取決于入射光的頻率是否大于極限頻率，與光強(qiáng)無關(guān)，D錯(cuò)誤． 2．(2018太原質(zhì)檢)關(guān)于物質(zhì)的波粒二象性，下列說法中不正確的是(　　) A．不僅光子具有波粒二象性，一切運(yùn)動(dòng)的微粒都具有波粒二象性 B．運(yùn)動(dòng)的微觀粒子與光子一樣，當(dāng)它們通過一個(gè)小孔時(shí)，都沒有特定的運(yùn)動(dòng)軌道 C．波動(dòng)性和粒子性，在宏觀現(xiàn)象中是矛盾的、對(duì)立的，但在微觀高速運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象中是統(tǒng)一的 D．實(shí)物的運(yùn)動(dòng)有特定的軌道，所以實(shí)物不具有波粒二象性 解析：選D.光具有波粒二象性是微觀世界具有的特殊規(guī)律，大量光子運(yùn)動(dòng)的規(guī)律表現(xiàn)出光的波動(dòng)性，而單個(gè)光子的運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)出光的粒子性．光的波長(zhǎng)越長(zhǎng)，波動(dòng)性越明顯，光的頻率越高，粒子性越明顯．而宏觀物體的德布羅意波的波長(zhǎng)太小，實(shí)際很難觀察到波動(dòng)性，不是不具有波粒二象性，D項(xiàng)錯(cuò)誤． 3．在光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果中，與光的波動(dòng)理論不矛盾的是(　　) A．光電效應(yīng)是瞬時(shí)發(fā)生的 B．所有金屬都存在極限頻率 C．光電流隨著入射光增強(qiáng)而變大 D．入射光頻率越大，光電子最大初動(dòng)能越大 解析：選C.按照光的波動(dòng)理論，電子吸收光子的能量需要時(shí)間，因此光電效應(yīng)不可能瞬時(shí)發(fā)生，這與光電效應(yīng)具有瞬時(shí)性矛盾；按照光的波動(dòng)理論，只要有足夠長(zhǎng)的時(shí)間，電子會(huì)吸收足夠的能量，克服原子的束縛成為光電子，因此所有金屬均可以發(fā)生光電效應(yīng)，這與光電效應(yīng)有極限頻率矛盾；按照光的波動(dòng)理論，照射光越強(qiáng)，電子獲得的能量越大，打出的光電子的最大初動(dòng)能越大，這與光電效應(yīng)中打出的光子的最大初動(dòng)能與光強(qiáng)無關(guān)，而與照射光的頻率有關(guān)矛盾；按照光的波動(dòng)理論也可以得到光越強(qiáng)打出的光電子越多，光電流越大，因此C項(xiàng)正確． 4．研究光電效應(yīng)電路如圖所示，用頻率相同、強(qiáng)度不同的光分別照射密封真空管的鈉極板(陰極K)，鈉極板發(fā)射出的光電子被陽極A吸收，在電路中形成光電流．下列光電流I與A、K之間的電壓UAK的關(guān)系圖象中，正確的是(　　) 解析：選C.由于是強(qiáng)度不同的光照射同種鈉極板，則遏止電壓相同，強(qiáng)度不同，飽和光電流不同．選項(xiàng)C正確． 5．(2017高考上海卷)光子的能量與其(　　) A．頻率成正比　　　　　 B．波長(zhǎng)成正比 C．速度成正比 D．速度平方成正比 解析：選A.由E＝hν＝h，可見光子的能量與其頻率成正比、與其波長(zhǎng)成反比，A正確，B錯(cuò)誤；由于任意能量的光子在真空中傳播的速度都是相同的，故C、D皆錯(cuò)誤． 6．以往我們認(rèn)識(shí)的光電效應(yīng)是單光子光電效應(yīng)，即一個(gè)電子在極短時(shí)間內(nèi)只能吸收到一個(gè)光子而從金屬表面逸出．強(qiáng)激光的出現(xiàn)豐富了人們對(duì)于光電效應(yīng)的認(rèn)識(shí)，用強(qiáng)激光照射金屬，由于其光子密度極大，一個(gè)電子在極短時(shí)間內(nèi)吸收多個(gè)光子成為可能，從而形成多光子光電效應(yīng)，這已被實(shí)驗(yàn)證實(shí)．光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置示意圖如圖所示．用頻率為ν的普通光源照射陰極K，沒有發(fā)生光電效應(yīng)，換用同樣頻率為ν的強(qiáng)激光照射陰極K，則發(fā)生了光電效應(yīng)；此時(shí)，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(fù)極，在KA之間就形成了使光電子減速的電場(chǎng)．逐漸增大U，光電流會(huì)逐漸減?。划?dāng)光電流恰好減小到零時(shí)，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＝－ B．U＝－ C．U＝2hν－W D．U＝－ 解析：選B.以從陰極K逸出的且具有最大初動(dòng)能的光電子為研究對(duì)象，由動(dòng)能定理得： －Ue＝0－mv ① 由光電效應(yīng)方程得： nhν＝mv＋W(n＝2，3，4，…) ② 由①②式解得：U＝－(n＝2，3，4，…)， 故選項(xiàng)B正確． 二、多項(xiàng)選擇題 7．如圖所示，電路中所有元件完好，但光照射到光電管上，靈敏電流計(jì)中沒有電流通過，其原因可能是(　　) A．入射光太弱 B．入射光波長(zhǎng)太長(zhǎng) C．光照時(shí)間短 D．電源正、負(fù)極接反 解析：選BD.入射光波長(zhǎng)太長(zhǎng)，入射光的頻率低于截止頻率時(shí)，不能發(fā)生光電效應(yīng)，故選項(xiàng)B正確；電路中電源反接，對(duì)光電管加了反向電壓，若該電壓超過了遏止電壓，也沒有光電流產(chǎn)生，故選項(xiàng)D正確． 8．1927年戴維遜和革末完成了電子衍射實(shí)驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)是榮獲諾貝爾獎(jiǎng)的重大近代物理實(shí)驗(yàn)之一．如圖所示的是該實(shí)驗(yàn)裝置的簡(jiǎn)化圖，下列說法正確的是(　　) A．亮條紋是電子到達(dá)概率大的地方 B．該實(shí)驗(yàn)說明物質(zhì)波理論是正確的 C．該實(shí)驗(yàn)再次說明光子具有波動(dòng)性 D．該實(shí)驗(yàn)說明實(shí)物粒子具有波動(dòng)性 解析：選ABD.電子屬于實(shí)物粒子，電子衍射實(shí)驗(yàn)說明電子具有波動(dòng)性，說明物質(zhì)波理論是正確的，與光的波動(dòng)性無關(guān)，B、D正確，C錯(cuò)誤；物質(zhì)波也是概率波，亮條紋是電子到達(dá)概率大的地方，A正確． 9．用極微弱的可見光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，隨著時(shí)間的增加，在照相底片上先后出現(xiàn)如圖甲、乙、丙所示的圖象，則(　　) A．圖象甲表明光具有粒子性 B．圖象乙表明光具有波動(dòng)性 C．用紫外線觀察不到類似的圖象 D．實(shí)驗(yàn)表明光是一種概率波 解析：選ABD.圖象甲曝光時(shí)間短，通過光子數(shù)很少，呈現(xiàn)粒子性．圖象乙曝光時(shí)間長(zhǎng)，通過了大量光子，呈現(xiàn)波動(dòng)性，故A、B正確；同時(shí)也表明光波是一種概率波，故D也正確；紫外線本質(zhì)和可見光本質(zhì)相同，也可以發(fā)生上述現(xiàn)象，故C錯(cuò)誤． 10．(2015高考江蘇卷)波粒二象性是微觀世界的基本特征，以下說法正確的有(　　) A．光電效應(yīng)現(xiàn)象揭示了光的粒子性 B．熱中子束射到晶體上產(chǎn)生衍射圖樣說明中子具有波動(dòng)性 C．黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律可用光的波動(dòng)性解釋 D．動(dòng)能相等的質(zhì)子和電子，它們的德布羅意波長(zhǎng)也相等 解析：選AB.光電效應(yīng)現(xiàn)象、黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律都可以用光的粒子性解釋，選項(xiàng)A正確，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；熱中子束射到晶體上產(chǎn)生衍射圖樣說明中子具有波動(dòng)性，選項(xiàng)B正確；由德布羅意波長(zhǎng)公式λ＝和p2＝2mEk知?jiǎng)幽芟嗟鹊馁|(zhì)子和電子動(dòng)量不同，德布羅意波長(zhǎng)不相等，選項(xiàng)D錯(cuò)誤． 11．(2018北京朝陽模擬)用綠光照射一個(gè)光電管，能產(chǎn)生光電效應(yīng)．欲使光電子從陰極逸出時(shí)最大初動(dòng)能增大，可以(　　) A．改用紅光照射 B．改用紫光照射 C．改用藍(lán)光照射 D．增加綠光照射時(shí)間 解析：選BC.光電子的最大初動(dòng)能與照射時(shí)間或照射強(qiáng)度無關(guān)，而與入射光子的能量有關(guān)，入射光子的能量越大，光電子從陰極逸出時(shí)最大初動(dòng)能越大，所以本題中可以改用比綠光光子能量更大的紫光、藍(lán)光照射，以增大光電子從陰極逸出時(shí)的最大初動(dòng)能． 12. (2018濟(jì)南模擬)如圖是某金屬在光的照射下產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能Ek與入射光頻率ν的關(guān)系圖象．由圖象可知(　　) A．該金屬的逸出功等于E B．該金屬的逸出功等于hν0 C．入射光的頻率為2ν0時(shí)，產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能為E D．入射光的頻率為時(shí)，產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能為 解析：選ABC.由愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0知，當(dāng)ν＝0時(shí)－W0＝Ek，故W0＝E，A項(xiàng)正確；而Ek＝0時(shí)，hν＝W0即W0＝hν0，B項(xiàng)正確；入射光的頻率為2ν0時(shí)產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能Ekm＝2hν0－h(huán)ν0＝hν0＝E，C項(xiàng)正確；入射光的頻率為時(shí)，不會(huì)發(fā)生光電效應(yīng)，D錯(cuò)誤． 13．產(chǎn)生光電效應(yīng)時(shí)，關(guān)于逸出光電子的最大初動(dòng)能Ek，下列說法正確的是(　　) A．對(duì)于同種金屬，Ek與照射光的強(qiáng)度無關(guān) B．對(duì)于同種金屬，Ek與照射光的波長(zhǎng)成反比 C．對(duì)于同種金屬，Ek與照射光的時(shí)間成正比 D．對(duì)于同種金屬，Ek與照射光的頻率成線性關(guān)系 解析：選AD.發(fā)生光電效應(yīng)，一個(gè)電子獲得一個(gè)光子的能量，Ek＝hν－W0，所以Ek與照射光的強(qiáng)度無關(guān)，與光照射的時(shí)間無關(guān)，A正確，C錯(cuò)誤；由Ek＝hν－W0＝h－W0可知Ek與λ并非成反比關(guān)系，B錯(cuò)誤；由Ek＝hν－W0可知，Ek與照射光的頻率成線性關(guān)系，D正確． 14．(2018陜西師大附中檢測(cè))用a、b兩種不同頻率的光分別照射同一金屬板，發(fā)現(xiàn)當(dāng)a光照射時(shí)驗(yàn)電器的指針偏轉(zhuǎn)，b光照射時(shí)指針未偏轉(zhuǎn)，以下說法正確的是 (　　) A．增大a光的強(qiáng)度，驗(yàn)電器的指針偏角一定減小 B．a(chǎn)光照射金屬板時(shí)驗(yàn)電器的金屬小球帶負(fù)電 C．a(chǎn)光在真空中的波長(zhǎng)小于b光在真空中的波長(zhǎng) D．若a光是氫原子從n＝4的能級(jí)向n＝1的能級(jí)躍遷時(shí)產(chǎn)生的，則b光可能是氫原子從n＝5的能級(jí)向n＝2的能級(jí)躍遷時(shí)產(chǎn)生的 解析：選CD.增大a光的強(qiáng)度，從金屬板中打出的光電子數(shù)增多，驗(yàn)電器帶電荷量增大，指針偏角一定增大，A錯(cuò)誤；a光照射到金屬板時(shí)發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象，從金屬板中打出電子，金屬板帶正電，因此，驗(yàn)電器的金屬小球帶正電，B錯(cuò)誤；發(fā)生光電效應(yīng)的條件是入射光的頻率大于金屬的極限頻率，因此a光的頻率大于b光的頻率，a光在真空中的波長(zhǎng)小于b光在真空中的波長(zhǎng)，C正確；氫原子從n＝4的能級(jí)向n＝1的能級(jí)躍遷時(shí)產(chǎn)生的光子能量大于氫原子從n＝5的能級(jí)向n＝2的能級(jí)躍遷時(shí)產(chǎn)生的光子能量，D正確．