近代物理——光电效应、波粒二象性(学案)-2023年新高考物理二轮复习专题讲义

光电效应、波粒二象性
光电效应规律的理解及其应用
（2022重庆模拟）如图所示，在研究光电效应的实验中，保持P的位置不变，用单色光a照射阴极K，电流计G的指针不发生偏转；改用另一频率的单色光b照射K，电流计的指针发生偏转，那么（　　）
A．增加a的强度一定能使电流计的指针发生偏转
B．用b照射时通过电流计的电流由d到c
C．只增加b的强度一定能使通过电流计的电流增大
D．a的波长一定小于b的波长
关键信息：用单色光a照射阴极K，电流计G的指针不发生偏转 → a光的频率小于阴极K的截止频率 → 增加a的强度无法使电流计的指针发生偏转
改用另一频率的单色光b照射K，电流计的指针发生偏转 → b光的频率大于阴极K的截止频率 → 增加b的强度，可以使光电流增大
解题思路：本题主要明确光电效应现象产生的条件是入射光的频率大于或等于金属的截止频率，来进行相关的判断。明确在光的颜色（频率）不变的情况下，入射光越强，饱和电流越大。
A．用单色光a照射阴极K，电流计G的指针不发生偏转，说明a光的频率小于阴极K的截止频率，增加a的强度也无法使电流计的指针发生偏转，A错误；
B．电子运动方向从d到c，电流方向从c到d，B错误；
C．只增加b的强度可以使光电流增大，使通过电流计的电流增大，C正确；
D．b光能使阴极K发生光电效应，b光的频率大于阴极K的截止频率也就大于a光的频率，由λ＝可知b的波长一定小于a的波长，D错误。
故选C。
（2022安徽月考）从1907年起，美国物理学家密立根用如图所示的实验装置测量光电效应中几个重要的物理量。在这个实验中，若先后用频率为ν1、ν2的单色光照射阴极K均可产生光电流。调节滑片P，当电压表示数分别为U1、U2时，ν1、ν2的光电流恰减小到零。已知U1＞U2，电子电荷量为e，下列说法正确的是（ ）
A．两种单色光光子的动量p1＜p2 B．光电子的最大初动能Ek1＜Ek2
C．普朗克常量为 D．逸出功为
AB．根据公式：eU＝hν－W0＝－W0
因为：U1＞U2，阴极K的逸出功W0相同，所以：λ1＜λ2
光子动量：p＝，故：p1＞p2
光子最大初动能：Ek＝eU，故：Ek1＞Ek2
故AB错误；
CD．根据光电效应方程得：eU1＝hν1－W0，eU2＝hν2－W0
解得：h＝，W0＝
故C正确，D错误。
故选：C。
1．四点提醒：
（1）能否发生光电效应，不取决于光的强度而取决于光的频率。
（2）光电效应中的“光”不是特指可见光，也包括不可见光。
（3）逸出功的大小由金属本身决定，与入射光无关。
（4）光电子不是光子，而是电子。
2．两条对应关系：
（1）光强大 → 光子数目多 → 发射光电子多 → 光电流饱和值大。
（2）光子频率高 → 光子能量大 → 光电子的最大初动能大。
3．三个关系式：
（1）爱因斯坦光电效应方程：Ek＝hν－W0
（2）最大初动能与遏止电压的关系：Ek＝eUc
（3）逸出功与极限频率的关系W0＝hνc
光电效应图像的理解和应用
（2022河北历年真题）如图是密立根于1916年发表的钠金属光电效应的遏止电压Ｕc与入射光频率v的实验曲线，该实验直接证明了爱因斯坦光电效应方程，并且第一次利用光电效应实验测定了普朗克常量h。由图像可知（ ）
A．钠的逸出功为hνc B．钠的截止频率为8.5×1014 Hz
C．图中直线的斜率为普朗克常量h D．遏止电压Uc与入射光频率ν成正比
关键信息：遏止电压Uc与入射光频率ν的实验曲线 → eUc＝hν－W0 → Uc＝ → 结合函数分析图像相关物理量的意义
解题思路：本题关键在于明确光电效应的遏止电压Uc与入射光频率ν的函数关系，结合函数关系分析图像斜率、截距等相关物理量的意义。
A．根据遏止电压与最大初动能的关系有：eUc＝Ek
根据爱因斯坦光电效应方程有：Ek＝hν－W0
当结合图像可知，当Uc为0时，解得：W0＝hνc，A正确；
B．钠的截止频率为νc，根据图像可知，截止频率小于8.5×1014 Hz，B错误；
C．结合遏止电压与光电效应方程可解得：Uc＝，可知，图中直线的斜率表示，C错误；
D．根据遏止电压与入射光的频率关系式可知，遏止电压Uc与入射光频率ν成线性关系，不是成正比，D错误。
故选A。
（智学精选）如图甲所示为研究光电效应的实验装置，电源和电表的正负极可以对调，某同学选用a、b、c三束不同的单色光分别照射同一光电管，发现光电流与电压的关系图像如图乙所示，下列说法正确的是（　　）
A．三束光的频率关系为νa＞νb＞νc
B．单位时间内产生的光电子数的关系为na＞nb＞nc
C．用a、b、c三束光照射时，逸出光电子的最大初动能的关系为Ekb＞Eka＞Ekc
D．用a、b、c三束光照射时，逸出光电子的动能大小一定为Ekb＞Ekc＞Eka
ACD．由eU＝Ek＝hν－W0，可知遏止电压Uc越大，则光的频率越大。结合图乙可知，三束光的频率关系为νb＞νc＞νa；因为逸出功不变，所以光电子逸出时最大初动能的关系为Ekb＞Ekc＞Eka，在某种光的照射下逸出的光电子的动能介于0与最大初动能之间，故A、C、D错误；
B．饱和光电流越大，说明单位时间内产生的光电子数越多，即na＞nb＞nc，故B正确．
故选B。
图像名称 图线形状 由图线直接（间接）得到的物理量
最大初动能Ek与入射光频率ν的关系 Ek＝hv－W0 ①斜率表示普朗克常量h ②纵截距的绝对值表示逸出功|－E|＝W0 ③横截距表示极限频率νc
遏止电压Uc与入射光频率ν的关系 eUc＝hv－W0 Uc＝ ①斜率k＝，则h＝ke（普朗克常量等于图线的斜率与电子电荷量的乘积） ②纵截距的绝对值为，则逸出功W0＝eUm ③横截距表示极限频率νc
颜色不同时，光电流与电压的关系 ①横截距表示遏止电压Uc1、Uc2 ②最大值表示饱和光电流 ③最大初动能Ek1＝eUc1，Ek2＝eUc2
颜色相同、强度不同的光，光电流与电压的关系 ①横截距表示遏止电压Uc ②最大值表示饱和光电流 ③最大初动能Ek＝eUc相等
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