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2.2 涅槃鳳凰再飛翔
[學(xué)習(xí)目標(biāo)] 1.了解光電效應(yīng)及其實(shí)驗(yàn)規(guī)律,以及光電效應(yīng)與電磁理論的矛盾.2.知道愛因斯坦光電效應(yīng)方程及應(yīng)用.3.了解康普頓效應(yīng)及其意義,了解光子的動(dòng)量.
一、光電效應(yīng)及其實(shí)驗(yàn)規(guī)律
[導(dǎo)學(xué)探究]
1.探究光電效應(yīng)產(chǎn)生的條件
如圖1所示,取一塊鋅板,用砂紙將其一面擦一遍,去掉表面的氧化層,連接在驗(yàn)電器上(弧光燈發(fā)射紫外線).
圖1
(1)用弧光燈照射鋅板,看到的現(xiàn)象為_______________________________________________,
說明___________________________________________________________________________
________________________________________________________________________.
(2)在弧光燈和鋅板之間插入一塊普通玻璃板,再用弧光燈照射,看到的現(xiàn)象為__________
____________________________________________,說明____________________________
________________________________________________________________________.
(3)撤去弧光燈,換用白熾燈發(fā)出的強(qiáng)光照射鋅板,并且照射較長(zhǎng)時(shí)間,看到的現(xiàn)象為________________________________________________________________________,
說明________________________________________________________________________.
答案 (1)驗(yàn)電器箔片張開 鋅板帶電了.弧光燈發(fā)出的紫外線照射到鋅板上,在鋅板表面發(fā)射出光電子,從而使鋅板帶上了正電
(2)箔片張角明顯減小 鋅板產(chǎn)生光電效應(yīng)是光中紫外線照射的結(jié)果而不是可見光
(3)觀察不到箔片張開 可見光不能使鋅板發(fā)生光電效應(yīng)
2.研究光電效應(yīng)的規(guī)律
如圖2甲是研究光電效應(yīng)現(xiàn)象的裝置圖,圖乙是研究光電效應(yīng)的電路圖,請(qǐng)結(jié)合裝置圖及產(chǎn)生的現(xiàn)象回答下列問題:
圖2
(1)在甲圖中發(fā)現(xiàn),利用紫外線照射鋅板無論光的強(qiáng)度如何變化,驗(yàn)電器都有張角,而用紅光照射鋅板,無論光的強(qiáng)度如何變化,驗(yàn)電器總無張角,這說明了什么?
(2)在乙圖中光電管兩端加正向電壓,用一定強(qiáng)度的光照射時(shí),若增加電壓,電流表示數(shù)不變,而光強(qiáng)增加時(shí),同樣電壓,電流表示數(shù)會(huì)增大,這說明了什么?
(3)在乙圖中若加反向電壓,當(dāng)光強(qiáng)增大時(shí),遏止電壓不變,而入射光的頻率增加時(shí),遏止電壓卻增加,這一現(xiàn)象說明了什么?
(4)光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)表明,發(fā)射電子的能量與入射光的強(qiáng)度無關(guān),而與光的頻率有關(guān),試用光子說分析原因.
答案 (1)金屬能否發(fā)生光電效應(yīng),決定于入射光的頻率,與入射光的強(qiáng)度無關(guān).
(2)保持入射光頻率不變,當(dāng)發(fā)生光電效應(yīng)時(shí),飛出的光電子個(gè)數(shù)只與光的強(qiáng)度有關(guān).
(3)光電子的能量與入射光頻率有關(guān),與光的強(qiáng)度無關(guān).
(4)由于光的能量是一份一份的,那么金屬中的電子也只能一份一份地吸收光子的能量.而且這個(gè)傳遞能量的過程只能是一個(gè)光子對(duì)應(yīng)一個(gè)電子的行為.如果光的頻率低于極限頻率,則光子提供給電子的能量不足以克服原來的束縛,就不能發(fā)生光電效應(yīng).而當(dāng)光的頻率高于極限頻率時(shí),能量傳遞給電子以后,電子擺脫束縛要消耗一部分能量,剩余的能量以光電子的動(dòng)能形式存在.
[知識(shí)梳理]
1.光電效應(yīng)
在光的照射下物體發(fā)射電子的現(xiàn)象叫做光電效應(yīng).發(fā)射出來的電子叫光電子.
2.光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律
(1)對(duì)于各種金屬都存在著一個(gè)極限頻率,當(dāng)入射光的頻率高于這個(gè)極限頻率時(shí),才能產(chǎn)生光電效應(yīng);
(2)光電子的最大動(dòng)能隨著入射光頻率的增加而增加,與入射光的強(qiáng)度無關(guān);
(3)保持入射光頻率不變,當(dāng)產(chǎn)生光電效應(yīng)時(shí),單位時(shí)間內(nèi)從金屬表面逸出的電子數(shù)與入射光的強(qiáng)度有關(guān);
(4)入射光射到金屬表面時(shí),光電子的產(chǎn)生幾乎是瞬時(shí)的,不超過110-9s.
[即學(xué)即用] 判斷下列說法的正誤.
(1)任何頻率的光照射到金屬表面都可以發(fā)生光電效應(yīng).( )
(2)金屬表面是否發(fā)生光電效應(yīng)與入射光的強(qiáng)弱有關(guān).( )
(3)“光子”就是“光電子”的簡(jiǎn)稱.( )
二、愛因斯坦的光子說
[導(dǎo)學(xué)探究] 用如圖3所示的裝置研究光電效應(yīng)現(xiàn)象.用光子能量為2.75eV的光照射到光電管上時(shí)發(fā)生了光電效應(yīng),電流表的示數(shù)不為零;移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭,發(fā)現(xiàn)當(dāng)電壓表的示數(shù)大于或等于1.7V時(shí),電流表示數(shù)為0.
圖3
(1)光電子的最大動(dòng)能是多少?遏止電壓為多少?
(2)光電管陰極的逸出功又是多少?
(3)當(dāng)滑動(dòng)觸頭向a端滑動(dòng)時(shí),光電流變大還是變?。?
(4)當(dāng)入射光的頻率增大時(shí),光電子最大動(dòng)能如何變化?遏止電壓呢?
答案 (1)1.7eV 1.7V
(2)W=hν-Ekm=2.75eV-1.7eV=1.05eV
(3)變大 (4)變大 變大
[知識(shí)梳理]
1.光子說:光在空間傳播時(shí)是不連續(xù)的,而是一份一份的,一份叫做一個(gè)光量子,簡(jiǎn)稱光子.光子的能量E=hν.
2.逸出功
使電子脫離某種金屬所做功的最小值,用W表示,不同金屬的逸出功不同.
3.最大動(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)所具有的動(dòng)能的最大值.
4.遏止電壓與極限頻率
(1)遏止電壓:使光電流減小到零的反向電壓.
(2)極限頻率:能使某種金屬發(fā)生光電效應(yīng)的最小頻率叫做該種金屬的極限頻率.不同的金屬對(duì)應(yīng)著不同的極限頻率.
5.光電效應(yīng)方程
(1)表達(dá)式:hν=Ekm+W或Ekm=hν-W.
(2)物理意義:金屬中電子吸收一個(gè)光子獲得的能量是hν,這些能量一部分用于克服金屬的逸出功W,剩下的表現(xiàn)為逸出后電子的最大動(dòng)能.
(3)光電效應(yīng)方程說明了產(chǎn)生光電效應(yīng)的條件
若有光電子逸出,則光電子的最大動(dòng)能必須大于零,即Ekm=hν-W>0,亦即hν>W,ν>,而ν0=恰好是光電效應(yīng)的極限頻率.
[即學(xué)即用] 判斷下列說法的正誤.
(1)從金屬表面出來的光電子的最大動(dòng)能越大,這種金屬的逸出功越小.( )
(2)光電子的最大動(dòng)能與入射光的頻率成正比.( )
(3)入射光若能使某金屬發(fā)生光電效應(yīng),則該入射光的強(qiáng)度越大,照射出的光電子越多.( √ )
(4)遏止電壓的大小與入射光的頻率有關(guān),與入射光的光強(qiáng)無關(guān).( √ )
三、康普頓效應(yīng)
[導(dǎo)學(xué)探究] 太陽光從小孔射入室內(nèi)時(shí),我們從側(cè)面可以看到這束光;白天的天空各處都是亮的;宇航員在太空中
會(huì)發(fā)現(xiàn)盡管太陽光耀眼刺目,其他方向的天空卻是黑的,為什么?
答案 在地球上存在著大氣,太陽光經(jīng)大氣中微粒散射后傳向各個(gè)方向,而在太空中的真空環(huán)境下光不再散射只向前傳播.
[知識(shí)梳理]
1.康普頓效應(yīng)
美國(guó)物理學(xué)家康普頓在研究石墨對(duì)X射線的散射時(shí),發(fā)現(xiàn)在散射的X射線中,除了與入線射波長(zhǎng)相同的成分外,還有波長(zhǎng)大于入射線波長(zhǎng)的成分,這個(gè)現(xiàn)象稱為康普頓效應(yīng).
2.康普頓效應(yīng)的意義:康普頓效應(yīng)表明光子除了具有能量之外,還具有動(dòng)量,進(jìn)一步為光的粒子性提供了證據(jù).
3.光子的動(dòng)量
表達(dá)式:p=.
[即學(xué)即用] 判斷以下說法的正誤.
(1)光子的動(dòng)量與波長(zhǎng)成反比.( √ )
(2)光子發(fā)生散射后,其動(dòng)量大小發(fā)生變化,但光子的頻率不發(fā)生變化.( )
(3)有些光子發(fā)生散射后,其波長(zhǎng)變大.( √ )
一、光電效應(yīng)現(xiàn)象及其實(shí)驗(yàn)規(guī)律
1.光電效應(yīng)的實(shí)質(zhì):光現(xiàn)象電現(xiàn)象.
2.光電效應(yīng)中的光包括不可見光和可見光.
3.光電子:光電效應(yīng)中發(fā)射出來的電子,其本質(zhì)還是電子.
4.能不能發(fā)生光電效應(yīng)由入射光的頻率決定,與入射光的強(qiáng)度無關(guān).
5.發(fā)生光電效應(yīng)時(shí),在光的顏色不變的情況下,入射光越強(qiáng),單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)越多.
6.光的強(qiáng)度與飽和光電流:飽和光電流與光強(qiáng)有關(guān),與所加的正向電壓大小無關(guān).且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.
例1 (多選)現(xiàn)用某一光電管進(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
答案 AC
解析 保持入射光的頻率不變,入射光的光強(qiáng)變大,單位時(shí)間內(nèi)光電子變多,飽和光電流變大,A對(duì);根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ekm=hν-W可知,入射光的頻率變高,光電子的最大動(dòng)能變大,飽和光電流不變,B錯(cuò),C對(duì);當(dāng)hν
0,亦即hν>W,ν>=ν0,而ν0=恰好是光電效應(yīng)的極限頻率.
2.光電效應(yīng)規(guī)律中的兩條線索、兩個(gè)關(guān)系:
(1)兩條線索:
(2)兩個(gè)關(guān)系:
光照強(qiáng)度越強(qiáng)→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→產(chǎn)生光電子的最大動(dòng)能大.
例2 如圖5所示,當(dāng)開關(guān)K斷開時(shí),用光子能量為2.5eV的一束光照射陰極P,發(fā)現(xiàn)電流表讀數(shù)不為零.合上開關(guān),調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器,發(fā)現(xiàn)當(dāng)電壓表讀數(shù)小于0.6V時(shí),電流表讀數(shù)仍不為零.當(dāng)電壓表讀數(shù)大于或等于0.6V時(shí),電流表讀數(shù)為零.由此可知陰極材料的逸出功為( )
圖5
A.1.9eVB.0.6eVC.2.5eVD.3.1eV
答案 A
解析 由題意知光電子的最大動(dòng)能為
Ekm=eU0=0.6eV
所以根據(jù)光電效應(yīng)方程Ekm=hν-W可得
W=hν-Ekm=(2.5-0.6) eV=1.9eV.
例3 在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中,飛飛同學(xué)用同一光電管在不同實(shí)驗(yàn)條件下得到了三條光電流與電壓之間的關(guān)系曲線(甲光、乙光、丙光),如圖6所示,則可判斷出( )
圖6
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.乙光的頻率大于丙光的頻率
D.甲光對(duì)應(yīng)的光電子最大動(dòng)能大于丙光對(duì)應(yīng)的光電子最大動(dòng)能
答案 B
解析 當(dāng)光電管兩端加上遏止電壓光電流為零時(shí),有Ekm=eU0,對(duì)同一光電管(逸出功W相同)使用不同頻率的光照射,有hν-W=Ekm,兩式聯(lián)立可得hν-W=eU0,丙光的遏止電壓最大,則丙光的頻率最大,甲光的頻率等于乙光的頻率,A、C錯(cuò)誤;由λ=可見λ丙<λ乙,B正確;又由hν-W=Ekm或由Ekm-0=eU0可知丙光對(duì)應(yīng)的最大動(dòng)能最大,D錯(cuò)誤.
光電效應(yīng)圖線的理解和應(yīng)用
1.Ekm-ν圖線:如圖7甲所示是光電子最大動(dòng)能Ekm隨入射光頻率ν的變化圖線.這里,橫軸上的截距是陰極金屬的極限頻率;縱軸上的截距是陰極金屬的逸出功的負(fù)值;斜率為普朗克常量(Ekm=hν-W,Ekm是ν的一次函數(shù),不是正比例函數(shù)).
圖7
2.I-U曲線:如圖乙所示是光電流I隨光電管兩極板間電壓U的變化曲線,圖中Im為飽和光電流,U0為遏止電壓.
說明:①由Ekm=eU和Ekm=hν-W知,同一色光,遏止電壓相同,與入射光強(qiáng)度無關(guān);頻率越大,遏止電壓越大;
②在入射光頻率一定時(shí),飽和光電流隨入射光強(qiáng)度的增大而增大.
針對(duì)訓(xùn)練2 在某次光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中,得到的遏止電壓U0與入射光的頻率ν的關(guān)系如圖8所示.若該直線的斜率和縱截距分別為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________.
圖8
答案 ek -eb
1.(光電效應(yīng)現(xiàn)象的理解)(多選)如圖9所示,用弧光燈照射擦得很亮的鋅板,驗(yàn)電器箔片張開一個(gè)角度,則下列說法中正確的是( )
圖9
A.用紫外線照射鋅板,驗(yàn)電器箔片會(huì)張開
B.用紅光照射鋅板,驗(yàn)電器箔片一定會(huì)張開
C.鋅板帶的是負(fù)電荷
D.使驗(yàn)電器箔片張開的是正電荷
答案 AD
2.(光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律)利用光電管研究光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)如圖10所示,用頻率為ν的可見光照射陰極K,電流表中有電流通過,則( )
圖10
A.用紫外線照射,電流表不一定有電流通過
B.用紅光照射,電流表一定無電流通過
C.用頻率為ν的可見光照射K,當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭移到A端時(shí),電流表中一定無電流通過
D.用頻率為ν的可見光照射K,當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭向B端滑動(dòng)時(shí),電流表示數(shù)可能不變
答案 D
解析 因紫外線的頻率比可見光的頻率高,所以用紫外線照射時(shí),電流表中一定有電流通過,選項(xiàng)A錯(cuò)誤.因不知陰極K的截止頻率,所以用紅光照射時(shí),不一定發(fā)生光電效應(yīng),所以選項(xiàng)B錯(cuò)誤.即使UAK=0,電流表中也可能
有電流通過,所以選項(xiàng)C錯(cuò)誤.當(dāng)滑動(dòng)觸頭向B端滑動(dòng)時(shí),UAK增大,陽極A吸收光電子的能力增強(qiáng),光電流會(huì)增大,直至達(dá)到飽和電流.若在滑動(dòng)前,電流已經(jīng)達(dá)到飽和電流,那么即使增大UAK,光電流也不會(huì)增大,所以選項(xiàng)D正確.
3.(光電效應(yīng)中的圖像問題)如圖11所示是光電效應(yīng)中光電子的最大動(dòng)能Ekm與入射光頻率ν的關(guān)系圖像.從圖中可知( )
圖11
A.Ekm與ν成正比
B.入射光頻率必須小于極限頻率νc時(shí),才能產(chǎn)生光電效應(yīng)
C.對(duì)同一種金屬而言,Ekm僅與ν有關(guān)
D.Ekm與入射光強(qiáng)度成正比
答案 C
解析 由Ekm=hν-W知C正確,A、B、D錯(cuò)誤.
4.(光電效應(yīng)方程的應(yīng)用)在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中,某金屬的極限頻率相應(yīng)的波長(zhǎng)為λ0,該金屬的逸出功為______.若用波長(zhǎng)為λ(λ<λ0)的單色光做該實(shí)驗(yàn),則其遏止電壓為________.已知電子的電荷量、真空中的光速和普朗克常量分別為e、c和h.
答案
解析 由光電效應(yīng)方程知,光電子的最大動(dòng)能Ekm=hν-W,其中金屬的逸出功W=hν0,又由c=λν知W=,用波長(zhǎng)為λ的單色光照射時(shí),其Ekm=-=hc.又因?yàn)閑U0=Ekm,所以遏止電壓U0==.
一、選擇題
考點(diǎn)一 光電效應(yīng)現(xiàn)象及規(guī)律
1.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.只要光照射的時(shí)間足夠長(zhǎng),任何金屬都能產(chǎn)生光電效應(yīng)
C.光電效應(yīng)現(xiàn)象中存在極限頻率,導(dǎo)致含有光電管的電路存在飽和電流
D.入射光的光強(qiáng)一定時(shí),頻率越高,單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子數(shù)就越多
答案 A
2.入射光照射到某金屬表面上發(fā)生光電效應(yīng),若入射光的強(qiáng)度減弱,而頻率保持不變,那么( )
A.從光照至金屬表面上到發(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動(dòng)能將減小
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)
答案 C
解析 發(fā)生光電效應(yīng)幾乎是瞬時(shí)的,選項(xiàng)A錯(cuò)誤.入射光的強(qiáng)度減弱,說明單位時(shí)間內(nèi)的入射光子數(shù)目減少;頻率不變,說明光子能量不變,逸出的光電子的最大動(dòng)能也就不變,選項(xiàng)B錯(cuò)誤.入射光子的數(shù)目減少,逸出的光電子數(shù)目也就減少,故選項(xiàng)C正確.入射光照射到某金屬上發(fā)生光電效應(yīng),說明入射光頻率不低于這種金屬的極限頻率,入射光的強(qiáng)度減弱而頻率不變,同樣能發(fā)生光電效應(yīng),故選項(xiàng)D錯(cuò)誤.
3.關(guān)于光電效應(yīng)現(xiàn)象,下列說法中正確的是( )
A.只有入射光的波長(zhǎng)大于該金屬的極限波長(zhǎng),光電效應(yīng)才能發(fā)生
B.光電子的最大動(dòng)能跟入射光的強(qiáng)度成正比
C.發(fā)生光電效應(yīng)的時(shí)間一般都大于10-7s
D.發(fā)生光電效應(yīng)時(shí),當(dāng)入射光頻率一定時(shí),單位時(shí)間內(nèi)從金屬內(nèi)逸出的光電子數(shù)與入射光的強(qiáng)度有關(guān)
答案 D
解析 由ε=hν=h知,當(dāng)入射光波長(zhǎng)大于極限波長(zhǎng)時(shí),不能發(fā)生光電效應(yīng),A錯(cuò);由Ekm=hν-W0知,最大動(dòng)能與入射光頻率有關(guān),與入射光的強(qiáng)度無關(guān),B錯(cuò);發(fā)生光電效應(yīng)的時(shí)間一般不超過10-9s,C錯(cuò).
4.如圖1,用一定頻率的單色光照射光電管時(shí),電流表指針會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn),則( )
圖1
A.電源右端應(yīng)為正極
B.流過電流表G的電流大小取決于入射光的頻率
C.流過電流表G的電流方向是a流向b
D.普朗克解釋了光電效應(yīng)并提出光子能量ε=hν
答案 C
解析 發(fā)生光電效應(yīng)時(shí),電子從光電管右端運(yùn)動(dòng)到左端,電流的方向與電子定向移動(dòng)的方向相反,所以流過電流表G的電流方向是a流向b,故C正確;光電管兩端可能是正向電壓也可能是反向電壓,所以電源右端可能為正極,也可能為負(fù)極,故A錯(cuò)誤;流過電流表G的電流大小取決于入射光的強(qiáng)度,與入射光的頻率無關(guān),故B錯(cuò)誤;愛因斯坦解釋了光電效應(yīng)并提出光子能量ε=hν,故D錯(cuò)誤.
5.研究光電效應(yīng)的電路如圖2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)系圖像中,正確的是( )
圖2
答案 C
解析 用頻率相同的光照射同一金屬時(shí),發(fā)射出的光電子的最大動(dòng)能相同,所以遏止電壓相同;飽和光電流與光的強(qiáng)度有關(guān),光的強(qiáng)度越大,飽和光電流越大,故選項(xiàng)C正確.
考點(diǎn)二 光電效應(yīng)方程的應(yīng)用
6.分別用波長(zhǎng)為λ和λ的單色光照射同一金屬板,發(fā)出的光電子的最大動(dòng)能之比為1∶2,以h表示普朗克常量,c表示真空中的光速,則此金屬板的逸出功為( )
A.B.C.D.
答案 A
解析 根據(jù)光電效應(yīng)方程得
Ekm1=h-W①
Ekm2=h-W②
又Ekm2=2Ekm1③
聯(lián)立①②③得W=,A正確.
7.(多選)已知能使某金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)的極限頻率為ν0,則( )
A.當(dāng)用頻率為2ν0的單色光照射該金屬時(shí),一定能產(chǎn)生光電子
B.當(dāng)用頻率為2ν0的單色光照射該金屬時(shí),所產(chǎn)生的光電子的最大動(dòng)能為hν0
C.當(dāng)入射光的頻率ν大于ν0時(shí),若ν增大,則逸出功增大
D.當(dāng)入射光的頻率ν大于ν0時(shí),若ν增大一倍,則光電子的最大動(dòng)能也增大一倍
答案 AB
解析 因入射光的頻率大于或等于極限頻率時(shí)會(huì)產(chǎn)生光電效應(yīng),所以A正確;因?yàn)榻饘俚臉O限頻率為νc,所以逸出功W0=hν0,再由Ekm=hν-W得,Ekm=2hν0-h(huán)ν0=hν0,B正確;因?yàn)橐莩龉κ枪怆娮忧『靡莩鰰r(shí)需要做的功,對(duì)于同種金屬是恒定的,故C錯(cuò)誤;由Ekm=hν-W=hν-h(huán)ν0=h(ν-ν0)可得,當(dāng)ν增大一倍時(shí):=≠2,故D錯(cuò)誤.
8.(多選)如圖3所示,兩平行金屬板A、B間電壓恒為U,一束波長(zhǎng)為λ的入射光射到金屬板B上,使B板發(fā)生了光電效應(yīng),已知該金屬板的逸出功為W,電子的質(zhì)量為m,電荷量的絕對(duì)值為e,普朗克常量為h,真空中光速為c,下列說法中正確的是( )
圖3
A.入射光子的能量為h
B.到達(dá)A板的光電子的最大動(dòng)能為h-W+eU
C.若增大兩板間電壓,B板沒有光電子逸出
D.若減小入射光的波長(zhǎng)一定會(huì)有光電子逸出
答案 ABD
解析 根據(jù)ε=hν,而ν=,則光子的能量為h,故A正確;逸出的光電子的最大動(dòng)能Ekm=h-W,根據(jù)動(dòng)能定理,Ekm′-Ekm=eU,則到達(dá)A板的光電子的最大動(dòng)能為Ekm′=h-W+eU,故B正確;若增大兩板間電壓,不會(huì)影響光電效應(yīng)現(xiàn)象,仍有光電子逸出,故C錯(cuò)誤;若減小入射光的波長(zhǎng),那么頻率增大,一定會(huì)有光電子逸出,故D正確.
考點(diǎn)三 光電效應(yīng)圖像問題
9.(多選)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4所示,若該直線的斜率和縱截距分別為k和-b,電子電荷量的絕對(duì)值為e,則( )
圖4
A.普朗克常量可表示為
B.若更換材料再實(shí)驗(yàn),得到的圖線的k不改變,b改變
C.所用材料的逸出功可表示為eb
D.b由入射光決定,與所用材料無關(guān)
答案 BC
解析 根據(jù)光電效應(yīng)方程Ekm=hν-W,以及Ekm=eU0得:U0=-,圖線的斜率k=,解得普朗克常量h=ke,故A錯(cuò)誤;縱軸截距的絕對(duì)值b=,解得逸出功W=eb,故C正確;b等于逸出功與電子電荷量的比值,而逸出功與材料有關(guān),則b與材料有關(guān),故D錯(cuò)誤;更換材料再實(shí)驗(yàn),由于逸出功變化,可知圖線的斜率不變,縱軸截距改變,故B正確.
10.(多選)美國(guó)物理學(xué)家密立根利用圖5甲所示的電路研究金屬的遏止電壓U0與入射光頻率ν的關(guān)系,描繪出圖乙中的圖像,由此算出普朗克常量h,電子電荷量的絕對(duì)值用e表示,下列說法正確的是( )
圖5
A.入射光的頻率增大,測(cè)遏止電壓時(shí),應(yīng)使滑動(dòng)變阻器的滑片P向M端移動(dòng)
B.增大入射光的強(qiáng)度,光電子的最大動(dòng)能也增大
C.由U0-ν圖像可知,這種金屬極限頻率為ν0
D.由U0-ν圖像可得普朗克常量的表達(dá)式為h=
答案 CD
解析 入射光的頻率增大,光電子的最大動(dòng)能增大,則遏止電壓增大,測(cè)遏止電壓時(shí),應(yīng)使滑動(dòng)變阻器的滑片P向N端移動(dòng),故A錯(cuò)誤;根據(jù)光電效應(yīng)方程Ekm=hν-W知,光電子的最大動(dòng)能與入射光的強(qiáng)度無關(guān),故B錯(cuò)誤;根據(jù)Ekm=hν-W=eU0,解得U0=-,圖線的斜率k==,則h=,當(dāng)遏止電壓為零時(shí),ν=ν0,故C、D正確.
二、非選擇題
11.(對(duì)光電管實(shí)驗(yàn)及圖像的考查)小明用陰極為金屬銣的光電管觀測(cè)光電效應(yīng)現(xiàn)象,實(shí)驗(yàn)裝置示意圖如圖6甲所示.已知普朗克常量h=6.6310-34Js.
圖6
(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U0與入射光頻率ν之間的關(guān)系如圖乙所示,則銣的極限頻率ν0=________Hz,逸出功W=________J;
(3)如果實(shí)驗(yàn)中入射光的頻率ν=7.001014Hz,則產(chǎn)生的光電子的最大動(dòng)能Ekm=________J.
答案 (1)陽極
(2)5.151014 3.4110-19 (3)1.2310-19
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)由題圖乙可知,銣的根限頻率ν0為5.151014 Hz,逸出功W=hν0=6.6310-345.151014 J≈3.4110-19J.(3)當(dāng)入射光的頻率為ν=7.001014Hz時(shí),由Ekm=hν-h(huán)ν0得,光電子的最大動(dòng)能為Ekm=6.6310-34(7.00-5.15)1014J≈1.2310-19J.
12.(光電效應(yīng)方程的應(yīng)用)如圖7所示,一光電管的陰極用極限波長(zhǎng)λ0=500nm的鈉制成.用波長(zhǎng)λ=300nm的紫外線照射陰極,光電管陽極A和陰極K之間的電勢(shì)差U=2.1V,飽和光電流的值(當(dāng)陰極K發(fā)射的電子全部到達(dá)陽極A時(shí),電路中的電流達(dá)到最大值,稱為飽和光電流)I=0.56μA.(普朗克常量h=6.6310-34Js,真空中光速c=3.0108m/s,電子電荷量e=1.610-19C,結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字)
圖7
(1)求每秒鐘內(nèi)由K極發(fā)射的光電子數(shù)目.
(2)求電子到達(dá)A極時(shí)的最大動(dòng)能.
(3)如果電勢(shì)差U不變,而照射光的強(qiáng)度增到原值的三倍,此時(shí)電子到達(dá)A極的最大動(dòng)能是多大?
答案 (1)3.51012個(gè) (2)6.010-19J (3)6.010-19J
解析 (1)設(shè)每秒內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)為n,則:n===3.51012(個(gè)).
(2)由光電效應(yīng)方程可知:
Ekm=hν-W=h-h(huán)=hc(-)
在A、K間加電壓U時(shí),電子到達(dá)陽極時(shí)的動(dòng)能為Ekm′,
Ekm′=Ekm+eU=hc(-)+eU.
代入數(shù)值得:Ekm′≈6.010-19J.
(3)根據(jù)光電效應(yīng)規(guī)律,光電子的最大動(dòng)能與入射光的強(qiáng)度無關(guān).如果電壓U不變,則電子到達(dá)A極的最大動(dòng)能不會(huì)變,仍為6.010-19J.
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