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高中物理人教版选择性必修三教案
第四章 原子结构和波粒二象性
第4.2节 光电效应
学习目标
1.了解光电效应现象及其实验规律。
2.知道光电效应与电磁理论的矛盾。
3.理解爱因斯坦光子说及对光电效应的解释,会用光电效应方程解决一些简单的问题。
4.了解康普顿效应及其意义。
课前导学
基础知识导学
光电效应的实验规律
[科学探究] 如图甲是研究光电效应现象的装置图,图乙是研究光电效应的电路图.请结合装置图和电路图及产生的现象回答下列问题:
(1)在甲图中发现,利用紫外线照射锌板,无论光的强度如何变化,验电器指针都有张角,而用红光照射锌板,无论光的强度如何变化,验电器指针总无张角,这说明了金属能否发生光电效应,取决于入射光的 ,与入射光的 无关.
(2)在乙图中光电管两端加正向电压,用一定强度的光照射时,若增大电压,电流表示数不变,而光强增大时,电压不变,电流表示数会增大,这说明了保持入射光频率不变,发生光电效应时飞出的光电子个数只与 有关.
(3)在乙图中若加反向电压,当光强增大时,遏止电压不变,而入射光的频率增大时,遏止电压却增大,这一现象说明了光电子的能量与 有关,与 无关.
请看课本第71~72页“光电效应的实验规律”相关内容,完成下列填空:
(1)光电效应:照射到金属表面的光,能使金属中的 从表面逸出的现象.
(2)光电子:光电效应中发射出来的 .光电子不是光子,而是电子.
(3)光电效应的实验规律
①存在截止频率:当入射光的频率低于截止频率时, 发生光电效应.
②存在饱和电流:光电效应实验中,在光照条件不变的情况下,随着所加电压的增大,光电流趋于一个 .在光的频率不变的情况下,入射光越强,饱和电流越大,说明入射光越强,单位时间内发射的光电子数目越多.
③存在 电压:使光电流减小到零的反向电压Uc.且满足me=eUc.
④光电效应具有 :光电效应几乎是瞬时发生的.
例1 (多选)现用某一光电管进行光电效应实验,当用某一频率的光照射时,有光电流产生.下列说法正确的是 ( )
A.保持入射光的频率不变,入射光的强度变大,饱和电流变大
B.入射光的频率变高,饱和电流变大
C.入射光的频率变高,光电子的最大初动能变大
D.保持入射光的光强不变,不断减小入射光的频率,始终有光电流产生
变式 研究光电效应的电路如图所示. 用频率相同、强度不同的光分别照射密封真空管的钠极板(阴极K),钠极板发射出的光电子被阳极A吸收,在电路中形成光电流.在图中,光电流I与A、K之间的电压UAK的关系图像中,正确的是 ( )
光电效应经典解释中的疑难
1．逸出功
使电子________某种金属所做功的________，叫作这种金属的逸出功，用W0表示，不同金属的逸出功________．
2．光电效应经典解释
(1)不应存在________频率．
(2)遏止电压Uc应该与光的强弱________关．
(3)电子获得逸出表面所需的能量需要的时间远远________实验中产生光电流的时间．
爱因斯坦的光电效应理论
1．光子说：光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的.这些能量子后来称为光子．
每个光子的能量为=__________
逸出功：使电子脱离某种金属，外界对它做功的______，叫做逸出功用W0表示；
不同种类的金属，其逸出功的大小_________（填“相同”或“不相同”)．
3、光照射金属板：光子将能量传递给电子，一 个光子传递给一个电子的能量为_____
4．爱因斯坦光电效应方程
满足能量守恒：_____________或Ek＝____________=______________
康普顿效应和光子的动量
1．光的散射：光在介质中与____________相互作用，因而传播方向____________，这种现象叫做光的散射。
2．康普顿效应
在散射线中，除有与入射波长______________的射线外，还有波长比入射波长_______的射线，人们把这种波长变化的现象叫做康普顿效应。
知识点探究
知识点一 光电效应的实验规律及经典解释中的疑难
如图所示,紫外线照射锌板后,验电器指针张开说明了什么
1.光电效应现象
(1)光电效应:照射到金属表面的光,能使金属中的电子从表面逸出的现象。
(2)光电子:光电效应中逸出的电子。
2.光电效应的实验规律
(1)存在截止频率:当入射光的频率减小到某一数值νc时,光电流消失,νc称为截止频率或极限频率。当入射光的频率低于截止频率时不发生光电效应。
实验表明,不同金属的截止频率不同。换句话说,截止频率与金属自身的性质有关。
(2)存在饱和电流:在光照条件不变的情况下,随着所加电压的增大,光电流趋于一个饱和值。光的频率不变时,入射光越强,饱和电流越大。
这表明对于一定频率(颜色)的光,入射光越强,单位时间内发射的光电子数越多。
(3)存在遏止电压:使光电流减小到0的反向电压Uc称为遏止电压,且满足me=eUc。遏止电压的存在意味着光电子具有一定的初速度。
用同一频率的光照射同一种金属时,无论光的强弱如何,遏止电压都是一样的。光的频率改变时,遏止电压也会改变。这意味着,对于同一种金属,光电子的能量只与入射光的频率有关,而与入射光的强弱无关。
(4)光电效应具有瞬时性:当频率超过截止频率νc时,无论入射光怎样微弱,照到金属时会立即产生光电流。
3.光电效应经典解释中的疑难
(1)逸出功:使电子脱离某种金属,外界对它做功的最小值,用W0表示。不同种类的金属,其逸出功的大小不相同。
(2)光电效应用经典电磁理论无法解释
①不应存在截止频率。
②遏止电压Uc应该与光的强弱有关。
③电子获得逸出表面所需的能量的时间远远大于实验中产生光电流的时间。
【思考】
如图所示研究光电效应的电路中,用紫光照射光电管,灵敏电流计G指针未发生偏转,回答下列问题。
(1)用紫外线照射,灵敏电流计指针会发生偏转吗
(2)光电效应中的光电子就是光子吗
(3)增大紫光的光照强度可以使灵敏电流计指针发生偏转吗
(4)当用紫外线照射有光电子射出金属时,不断增大电压,灵敏电流计的指针偏角会持续增大吗
例1 在演示光电效应实验中,原来不带电的一块锌板与灵敏验电器相连,用紫外线灯照射锌板时,验电器的指针张开一个角度,如图所示,下列说法正确的是( )
A.验电器带正电,锌板带负电
B.验电器带负电,锌板也带负电
C.若改用红光照射锌板,验电器的指针一定也会偏转
D.若改用同等强度、频率更高的紫外线照射锌板,验电器的指针也会偏转
训练1 利用如图所示的电路研究光电效应现象,滑片P的位置在O点的正上方。已知入射光的频率大于阴极K的截止频率,且光的强度较大,则( )
A.减弱入射光的强度,遏止电压变小
B.P不移动时,微安表的示数为零
C.P向a端移动,微安表的示数增大
D.P向b端移动,光电子到达阳极A的最大动能增大
知识点二 爱因斯坦的光电效应理论
1.光子:光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的,频率为ν的光的能量子为hν,其中h为普朗克常量。这些能量子后来称为光子。
2.爱因斯坦光电效应方程
(1)表达式:hν=Ek+W0或Ek=hν-W0。式中Ek为光电子的最大初动能,Ek=me。
(2)物理意义:金属中电子吸收一个光子获得的能量是hν,在这些能量中,一部分大小为W0的能量被电子用来脱离金属,剩下的是逸出后电子的初动能。
3.光电效应方程对光电效应实验现象的解释
(1) 只有当hν>W0时,光电子才可以从金属中逸出,νc=就是光电效应的截止频率,如图所示。
(2)光电子的最大初动能Ek与入射光的频率ν有关,而与光的强弱无关。这就解释了遏止电压和光强无关。
(3)电子一次性吸收光子的全部能量,不需要积累能量的时间,光电流自然几乎是瞬时产生的。
(4)对于同种频率的光,光较强时,单位时间内照射到金属表面的光子数较多,照射金属时产生的光电子较多,因而饱和电流较大。
4.光电效应的几类图像
图像名称 图线形状 读取信息
最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图像 ①截止频率(极限频率):横轴截距 ②逸出功:纵轴截距的绝对值W0=|-E|=E ③普朗克常量:图线的斜率k=h
遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图像 ①截止频率νc:横轴截距 ②遏止电压Uc:随入射光频率的增大而增大 ③普朗克常量h:等于图线的斜率与电子电荷量的乘积,即h=ke
颜色相同、强度不同的光,光电流与电压的关系 ①遏止电压Uc:横轴截距 ②饱和电流Im:电流的最大值 ③最大初动能:Ek=eUc
颜色不同时,光电流与电压的关系 ①遏止电压Uc1、Uc2 ②饱和电流 ③最大初动能Ek1=eUc1,Ek2=eUc2
【思考判断】
(1)“光子”就是“光电子”的简称。(×)
(2)逸出功的大小与入射光无关。(√)
(3)光电子的最大初动能与入射光的频率成正比。(×)
(4)光电子的最大初动能与入射光的强度成正比。(×)
(5)逸出功与截止频率成正比。(√)
例2 (多选)用如图所示的装置研究光电效应现象。当用光子能量为2.75 eV的光照射到光电管上时发生了光电效应,电流表G的示数不为零;移动滑动变阻器的滑片P,发现当电压表的示数大于或等于1.7 V时,电流表示数为0,则下列说法正确的是( )
A.光电子的最大初动能始终为1.05 eV
B.光电管阴极的逸出功为1.05 eV
C.当滑片向a端滑动时,反向电压增大,电流增大
D.改用能量为2.5 eV的光子照射,移动滑动变阻器的滑片P,电流表G中也可能有电流
例3 (2025·山东东营高二期末)用不同频率的光照射某种金属时,逸出光电子的最大初动能随入射光频率变化的图线如图所示,图线的反向延长线与纵轴交点纵坐标为-a(a>0 ),与横轴交点横坐标为b,电子的电荷量大小为e,则由图像获取的信息正确的是( )
A.该金属的截止频率为a
B.该金属的逸出功为b
C.普朗克常量为
D.入射光的频率为2b时,遏止电压为
1.光电效应规律中的两条线索、两个关系
(1)两条线索
(2)两个关系:光的强度大→光子数目多→发射光电子多→光电流大;
光的频率高→光子能量大→产生光电子的最大初动能大。
2.光电效应的三个关系式
(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。
训练2 (2025·广东深圳市高二月考)如图所示,甲图为演示光电效应的实验装置;乙图为在a、b、c三种光照射下得到的三条电流表与电压表读数之间的关系曲线。下列说法正确的是( )
A.a、b、c三种光的频率各不相同
B.b、c两种光的光强可能相同
C.若b光为绿光,a光可能是紫光
D.图甲中的滑动变阻器的滑片向右滑动,电流表的读数可能增大
知识点三 康普顿效应和光子的动量 光的波粒二象性
曾有一位记者向物理学家诺贝尔奖获得者布拉格请教:光是波还是粒子 布拉格幽默地答道:“星期一、三、五它是一个波,星期二、四、六它是一个粒子,星期天物理学家休息。”那么前面学习过的哪些现象可以说明光具有粒子性,哪些现象又能说明光具有波动性呢
1.康普顿效应
(1)光的散射
光可以被介质中的物质微粒散射而改变传播方向。
(2)康普顿效应
美国物理学家康普顿在研究石墨对X射线的散射时,发现在散射的X射线中,除了与入射波长λ0相同的成分外,还有波长大于λ0的成分,这个现象称为康普顿效应。
(3)康普顿效应的意义
康普顿效应表明光子除了具有能量之外,还具有动量,深入揭示了光的粒子性的一面。
(4)光子的动量
①表达式:p=。
②说明:在康普顿效应中,当入射的光子与晶体中的电子碰撞时,把一部分动量转移给电子,光子的动量变小,因此,这些光子散射后波长变大。
2.光的波粒二象性
(1)光的干涉和衍射现象说明光具有波动性,光电效应和康普顿效应说明光具有粒子性。
(2)光既具有波动性,又具有粒子性,即光具有波粒二象性。
【思考】
光子与静止的电子碰撞,碰撞后电子的运动方向如图所示。
(1)碰后光子可能沿哪个方向运动
(2)碰后光子的波长怎样变化
例4 美国物理学家康普顿在研究石墨对X射线的散射时,用X光对静止的电子进行照射,照射后电子获得速度的同时,X光光子的运动方向也会发生相应的改变。下列说法正确的是( )
A.当入射光子与晶体中的电子碰撞时,把部分动量转移给电子,因此光子散射后频率变大
B.康普顿效应揭示了光的粒子性,表明光子除了具有能量之外还具有动量
C.X光散射后与散射前相比,速度变小
D.散射后的光子虽然改变原来的运动方向,但频率保持不变
例5 (多选)对光的认识,下列说法正确的是( )
A.少量光子的行为易表现出粒子性,大量光子的行为易表现出波动性
B.光的波动性是光子本身的一种属性,不是光子之间的相互作用引起的
C.光表现出波动性时,就不具有粒子性了;光表现出粒子性时,就不具有波动性了
D.光的波粒二象性可以理解为在某些场合光的波动性表现明显,在另外一些场合,光的粒子性表现明显
对光的波粒二象性的理解
实验基础 表现 说明
光的波 动性 干涉和 衍射 (1)光子在空间各点出现的可能性大小可用波动规律来描述 (2)足够能量的光在传播时,表现出波的性质 (1)光的波动性是光子本身的一种属性,不是光子之间相互作用产生的 (2)光的波动性不同于宏观观念的波
光的粒 子性 光电效应、康普顿效应 (1)当光同物质发生作用时,这种作用是“一份一份”进行的,表现出粒子的性质 (2)少量或个别光子容易显示出光的粒子性 (1)粒子的含义是“不连续”“一份一份”的 (2)光子不同于宏观观念的粒子
随堂对点自测
1.(光电效应的实验规律)(多选)如图所示是研究光电效应的电路图,下列叙述中正确的是( )
A.保持光照条件不变,滑片P向右滑动的过程中,电流表示数将一直增大
B.只调换电源的极性,移动滑片P,当电流表示数为零时,电压表示数为遏止电压Uc的数值
C.阴极K需要预热,光束照射后需要一定的时间才会有光电流
D.不改变光束颜色和电路,增大入射光束强度,电流表示数会增大
2.(爱因斯坦的光电效应理论)(多选)如图所示是用光照射某种金属时逸出的光电子的最大初动能随入射光频率变化的图线(直线与横轴的交点横坐标值为4.27,与纵轴的交点纵坐标值为0.5)。由图可知( )
A.该金属的截止频率为4.27×1014 Hz
B.该金属的截止频率为5.5×1014 Hz
C.该图线的斜率表示普朗克常量
D.该金属的逸出功为0.5 eV
3.(康普顿效应和光的波粒二象性)科学研究证明,光子有能量也有动量,当光子与电子碰撞时,光子的一些能量转移给了电子。假设光子与电子碰撞前的波长为λ,碰撞后的波长为λ',则碰撞过程中( )
A.能量守恒,动量守恒,且λ=λ'
B.能量不守恒,动量不守恒,且λ=λ'
C.能量守恒,动量守恒,且λ<λ'
D.能量守恒,动量守恒,且λ>λ'
课后巩固训练
对点题组练
题组一 光电效应的实验规律及经典解释中的疑难
1.(多选)现用某一光电管进行光电效应实验,当用某一频率的光入射时,有光电流产生。下列说法正确的是( )
A.保持入射光的频率不变,入射光的光强变大,饱和电流变大
B.入射光的频率变高,饱和电流变大
C.入射光的频率变高,光电子的最大初动能变大
D.保持入射光的光强不变,不断减小入射光的频率,始终有光电流产生
2.用如图所示的装置研究光电效应现象,当用某种频率的光照射到光电管上时,电流表的读数为I。则( )
A.将开关S断开,也会有电流流过电流表
B.将滑动变阻器的滑片P向a移动,光电子到达阳极时的速度必将变小
C.如果减小入射光的光强,光电管中可能不会有光电子产生
D.如果将电池极性反转,光电管中可能不会有光电子产生
题组二 爱因斯坦的光电效应理论
3.(多选)(2025·河北保定市高二期末)用波长为λ和3λ的光照射同一种金属,分别产生的速度最大的光电子速度之比为3∶1,普朗克常量和真空中光速分别用h和c表示,那么下列说法正确的有( )
A.该种金属的逸出功为
B.该种金属的逸出功为
C.波长超过4λ的光都不能使该金属发生光电效应
D.波长超过3λ的光都不能使该金属发生光电效应
4.运用光子说对下列光电效应现象进行解释,可以得出的正确结论是( )
A.当光照时间增大为原来的2倍时,光电流的大小也增大为原来的2倍
B.当入射光频率增大为原来的2倍时,光电子的最大初动能也增大为原来的2倍
C.当入射光波长增大为原来的2倍时,光电子的最大初动能也增大为原来的2倍
D.当入射光强度增大为原来的2倍时,单位时间内产生的光电子数目也增大为原来的2倍
5.(多选)利用如图所示的电路研究光电效应现象,其中电极K由金属钾制成,其逸出功为2.25 eV。用某一频率的光照射时,逸出光电子的最大初动能为1.50 eV,电流表的示数为I。已知普朗克常量约为6.63×10-34 J·s。下列说法中正确的是( )
A.金属钾发生光电效应的极限频率约为5.43×1014 Hz
B.若入射光频率加倍,光电子的最大初动能变为3.00 eV
C.若入射光频率加倍,电流表的示数变为2I
D.若入射光频率加倍,遏止电压的大小将变为5.25 V
6.(多选)(2025·贵州贵阳高二下期末)用如图甲所示的实验装置研究光电效应,电路中电源的正负极可以对调,用一定强度、频率为ν的激光照射阴极K时,得到的光电子遏止电压为U0,饱和电流为Im,如图乙所示。已知光电子的质量为m,所带的电荷量为e,普朗克常量为h,下列说法正确的是( )
A.阴极K的逸出功为-eU0
B.光电子的最大初速度为
C.阴极K的截止频率为ν+
D.阴极K单位时间内射出的光电子数为
题组三 康普顿效应和光子的动量 光的波粒二象性
7.(2025·河南新乡高二下期末)物理学家康普顿在研究石墨对X射线的散射时,发现在散射的X射线中,部分波长发生改变,这个现象称为康普顿效应,我国物理学家吴有训进一步证实了该效应的普遍性。如图所示,一个光子和一个静止的电子相互碰撞后,电子向某一个方向运动,光子沿另一个方向散射出去,下列说法正确的是( )
A.散射光子的速度变小
B.散射光子的速度可能变大
C.散射光子的频率变小
D.散射光子的波长变短
8.(多选)关于光的波粒二象性,下列理解正确的是( )
A.高频光是粒子,低频光是波
B.大量的光子往往表现出波动性,个别光子往往表现出粒子性
C.波粒二象性是光的属性,只是有时它的波动性显著,有时它的粒子性显著
D.光在传播时是波,而与物质发生相互作用时转变成粒子
综合提升练
9.(多选)图中四幅图涉及光的粒子性和波动性,其中说法正确的是( )
A.图甲的光电效应实验说明光具有波粒二象性
B.图乙说明,在光电效应中,同一单色入射光越强,饱和电流越大
C.图丙的“泊松亮斑”说明光具有波动性,是光通过小圆孔时发生衍射形成的
D.图丁的康普顿效应表明光子具有动量,揭示了光的粒子性的一面
10.(2025·山东青岛高二月考)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
B.光电子的最大初动能Ek1C.普朗克常量为
D.逸出功为
培优加强练
11.如图甲所示是研究光电效应规律的光电管。用波长λ=0.50 μm的绿光照射阴极K,实验测得流过G表的电流I与A、K之间的电势差UAK满足如图乙所示规律,取h=6.63×10-34 J·s,光速c=3×108 m/s。结合图像,求(以下所求结果均保留2位有效数字):
(1)每秒钟阴极发射的光电子数;
(2)光电子飞出阴极K时的最大动能;
(3)该阴极材料的极限频率。
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第四章 原子结构和波粒二象性
第4.2节 光电效应
学习目标
1.了解光电效应现象及其实验规律。
2.知道光电效应与电磁理论的矛盾。
3.理解爱因斯坦光子说及对光电效应的解释,会用光电效应方程解决一些简单的问题。
4.了解康普顿效应及其意义。
课前导学
基础知识导学
光电效应的实验规律
[科学探究] 如图甲是研究光电效应现象的装置图,图乙是研究光电效应的电路图.请结合装置图和电路图及产生的现象回答下列问题:
(1)在甲图中发现,利用紫外线照射锌板,无论光的强度如何变化,验电器指针都有张角,而用红光照射锌板,无论光的强度如何变化,验电器指针总无张角,这说明了金属能否发生光电效应,取决于入射光的 ,与入射光的 无关.
(2)在乙图中光电管两端加正向电压,用一定强度的光照射时,若增大电压,电流表示数不变,而光强增大时,电压不变,电流表示数会增大,这说明了保持入射光频率不变,发生光电效应时飞出的光电子个数只与 有关.
(3)在乙图中若加反向电压,当光强增大时,遏止电压不变,而入射光的频率增大时,遏止电压却增大,这一现象说明了光电子的能量与 有关,与 无关.
请看课本第71~72页“光电效应的实验规律”相关内容,完成下列填空:
(1)光电效应:照射到金属表面的光,能使金属中的 从表面逸出的现象.
(2)光电子:光电效应中发射出来的 .光电子不是光子,而是电子.
(3)光电效应的实验规律
①存在截止频率:当入射光的频率低于截止频率时, 发生光电效应.
②存在饱和电流:光电效应实验中,在光照条件不变的情况下,随着所加电压的增大,光电流趋于一个 .在光的频率不变的情况下,入射光越强,饱和电流越大,说明入射光越强,单位时间内发射的光电子数目越多.
③存在 电压:使光电流减小到零的反向电压Uc.且满足me=eUc.
④光电效应具有 :光电效应几乎是瞬时发生的.
例1 (多选)现用某一光电管进行光电效应实验,当用某一频率的光照射时,有光电流产生.下列说法正确的是 ( )
A.保持入射光的频率不变,入射光的强度变大,饱和电流变大
B.入射光的频率变高,饱和电流变大
C.入射光的频率变高,光电子的最大初动能变大
D.保持入射光的光强不变,不断减小入射光的频率,始终有光电流产生
变式 研究光电效应的电路如图所示. 用频率相同、强度不同的光分别照射密封真空管的钠极板(阴极K),钠极板发射出的光电子被阳极A吸收,在电路中形成光电流.在图中,光电流I与A、K之间的电压UAK的关系图像中,正确的是 ( )
光电效应经典解释中的疑难
1．逸出功
使电子________某种金属所做功的________，叫作这种金属的逸出功，用W0表示，不同金属的逸出功________．
2．光电效应经典解释
(1)不应存在________频率．
(2)遏止电压Uc应该与光的强弱________关．
(3)电子获得逸出表面所需的能量需要的时间远远________实验中产生光电流的时间．
爱因斯坦的光电效应理论
1．光子说：光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的.这些能量子后来称为光子．
每个光子的能量为=__________
逸出功：使电子脱离某种金属，外界对它做功的______，叫做逸出功用W0表示；
不同种类的金属，其逸出功的大小_________（填“相同”或“不相同”)．
3、光照射金属板：光子将能量传递给电子，一 个光子传递给一个电子的能量为_____
4．爱因斯坦光电效应方程
满足能量守恒：_____________或Ek＝____________=______________
康普顿效应和光子的动量
1．光的散射：光在介质中与____________相互作用，因而传播方向____________，这种现象叫做光的散射。
2．康普顿效应
在散射线中，除有与入射波长______________的射线外，还有波长比入射波长_______的射线，人们把这种波长变化的现象叫做康普顿效应。
知识点探究
知识点一 光电效应的实验规律及经典解释中的疑难
如图所示,紫外线照射锌板后,验电器指针张开说明了什么
提示 紫外线照射锌板后,锌板表面逸出电子,使验电器带电,指针张开。
1.光电效应现象
(1)光电效应:照射到金属表面的光,能使金属中的电子从表面逸出的现象。
(2)光电子:光电效应中逸出的电子。
2.光电效应的实验规律
(1)存在截止频率:当入射光的频率减小到某一数值νc时,光电流消失,νc称为截止频率或极限频率。当入射光的频率低于截止频率时不发生光电效应。
实验表明,不同金属的截止频率不同。换句话说,截止频率与金属自身的性质有关。
(2)存在饱和电流:在光照条件不变的情况下,随着所加电压的增大,光电流趋于一个饱和值。光的频率不变时,入射光越强,饱和电流越大。
这表明对于一定频率(颜色)的光,入射光越强,单位时间内发射的光电子数越多。
(3)存在遏止电压:使光电流减小到0的反向电压Uc称为遏止电压,且满足me=eUc。遏止电压的存在意味着光电子具有一定的初速度。
用同一频率的光照射同一种金属时,无论光的强弱如何,遏止电压都是一样的。光的频率改变时,遏止电压也会改变。这意味着,对于同一种金属,光电子的能量只与入射光的频率有关,而与入射光的强弱无关。
(4)光电效应具有瞬时性:当频率超过截止频率νc时,无论入射光怎样微弱,照到金属时会立即产生光电流。
3.光电效应经典解释中的疑难
(1)逸出功:使电子脱离某种金属,外界对它做功的最小值,用W0表示。不同种类的金属,其逸出功的大小不相同。
(2)光电效应用经典电磁理论无法解释
①不应存在截止频率。
②遏止电压Uc应该与光的强弱有关。
③电子获得逸出表面所需的能量的时间远远大于实验中产生光电流的时间。
【思考】
如图所示研究光电效应的电路中,用紫光照射光电管,灵敏电流计G指针未发生偏转,回答下列问题。
(1)用紫外线照射,灵敏电流计指针会发生偏转吗
(2)光电效应中的光电子就是光子吗
(3)增大紫光的光照强度可以使灵敏电流计指针发生偏转吗
(4)当用紫外线照射有光电子射出金属时,不断增大电压,灵敏电流计的指针偏角会持续增大吗
提示 (1)会。
(2)不是,光电子是电子。
(3)不可以。
(4)当电压增大到一定值后光电流不会持续增加,达到饱和光电流,因此灵敏电流计的指针偏角不会持续增大。
例1 在演示光电效应实验中,原来不带电的一块锌板与灵敏验电器相连,用紫外线灯照射锌板时,验电器的指针张开一个角度,如图所示,下列说法正确的是( )
A.验电器带正电,锌板带负电
B.验电器带负电,锌板也带负电
C.若改用红光照射锌板,验电器的指针一定也会偏转
D.若改用同等强度、频率更高的紫外线照射锌板,验电器的指针也会偏转
答案 D
解析 用紫外线照射锌板,锌板失去电子带正电,验电器与锌板连接,则验电器带正电,A、B错误;根据产生光电效应的条件可知,若改用红光照射锌板,不一定能发生光电效应,所以验电器的指针不一定会发生偏转,C错误;根据产生光电效应的条件可知,发生光电效应与光的频率有关,若改用同等强度、频率更高的紫外线照射锌板,验电器的指针也会偏转,D正确。
训练1 利用如图所示的电路研究光电效应现象,滑片P的位置在O点的正上方。已知入射光的频率大于阴极K的截止频率,且光的强度较大,则( )
A.减弱入射光的强度,遏止电压变小
B.P不移动时,微安表的示数为零
C.P向a端移动,微安表的示数增大
D.P向b端移动,光电子到达阳极A的最大动能增大
答案 D
解析 遏止电压仅与入射光频率有关,与强度无关,故A错误;滑片P不移动时,在O点正上方,光电管两端电压为零,由于入射光的频率大于阴极K的截止频率,则会发生光电效应,微安表有示数,故B错误;P向a端移动,则光电管两端所加电压为负向电压,阻碍电子向阳极A运动,则光电流变小,微安表的示数变小,故C错误;P向b端移动,则光电管两端所加电压为正向电压,由eUAK=EkA-Ek初,可知光电子到达阳极A的最大动能增大,故D正确。
知识点二 爱因斯坦的光电效应理论
1.光子:光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的,频率为ν的光的能量子为hν,其中h为普朗克常量。这些能量子后来称为光子。
2.爱因斯坦光电效应方程
(1)表达式:hν=Ek+W0或Ek=hν-W0。式中Ek为光电子的最大初动能,Ek=me。
(2)物理意义:金属中电子吸收一个光子获得的能量是hν,在这些能量中,一部分大小为W0的能量被电子用来脱离金属,剩下的是逸出后电子的初动能。
3.光电效应方程对光电效应实验现象的解释
(1) 只有当hν>W0时,光电子才可以从金属中逸出,νc=就是光电效应的截止频率,如图所示。
(2)光电子的最大初动能Ek与入射光的频率ν有关,而与光的强弱无关。这就解释了遏止电压和光强无关。
(3)电子一次性吸收光子的全部能量,不需要积累能量的时间,光电流自然几乎是瞬时产生的。
(4)对于同种频率的光,光较强时,单位时间内照射到金属表面的光子数较多,照射金属时产生的光电子较多,因而饱和电流较大。
4.光电效应的几类图像
图像名称 图线形状 读取信息
最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图像 ①截止频率(极限频率):横轴截距 ②逸出功:纵轴截距的绝对值W0=|-E|=E ③普朗克常量:图线的斜率k=h
遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图像 ①截止频率νc:横轴截距 ②遏止电压Uc:随入射光频率的增大而增大 ③普朗克常量h:等于图线的斜率与电子电荷量的乘积,即h=ke
颜色相同、强度不同的光,光电流与电压的关系 ①遏止电压Uc:横轴截距 ②饱和电流Im:电流的最大值 ③最大初动能:Ek=eUc
颜色不同时,光电流与电压的关系 ①遏止电压Uc1、Uc2 ②饱和电流 ③最大初动能Ek1=eUc1,Ek2=eUc2
【思考判断】
(1)“光子”就是“光电子”的简称。(×)
(2)逸出功的大小与入射光无关。(√)
(3)光电子的最大初动能与入射光的频率成正比。(×)
(4)光电子的最大初动能与入射光的强度成正比。(×)
(5)逸出功与截止频率成正比。(√)
例2 (多选)用如图所示的装置研究光电效应现象。当用光子能量为2.75 eV的光照射到光电管上时发生了光电效应,电流表G的示数不为零;移动滑动变阻器的滑片P,发现当电压表的示数大于或等于1.7 V时,电流表示数为0,则下列说法正确的是( )
A.光电子的最大初动能始终为1.05 eV
B.光电管阴极的逸出功为1.05 eV
C.当滑片向a端滑动时,反向电压增大,电流增大
D.改用能量为2.5 eV的光子照射,移动滑动变阻器的滑片P,电流表G中也可能有电流
答案 BD
解析 由爱因斯坦光电效应方程Ek=hν-W0可知,同种金属的逸出功相同,所以光电子逸出后的最大初动能取决于获得的能量,A错误;当电压表示数大于或等于1.7 V时,电流表无示数,说明遏止电压Uc=1.7 V,由eUc=Ek,Ek=hν-W0,可得光电管的逸出功W0=1.05 eV,B正确;若光的频率不变,反向电压大于遏止电压后电路中就不再有电流,C错误;当入射光频率超过截止频率,且反向电压小于遏止电压时,电路中就会有电流,D正确。
例3 (2025·山东东营高二期末)用不同频率的光照射某种金属时,逸出光电子的最大初动能随入射光频率变化的图线如图所示,图线的反向延长线与纵轴交点纵坐标为-a(a>0 ),与横轴交点横坐标为b,电子的电荷量大小为e,则由图像获取的信息正确的是( )
A.该金属的截止频率为a
B.该金属的逸出功为b
C.普朗克常量为
D.入射光的频率为2b时,遏止电压为
答案 D
解析 根据爱因斯坦光电效应方程有Ek=hν-hνc,结合图像,当Ek=0时,b=νc,即该金属的截止频率为b;当ν=0时,Ek=-hνc=-a,即该金属的逸出功为a;普朗克常量为h=k=,故A、B、C错误;根据爱因斯坦光电效应方程可得,当入射光的频率为2b时,光电子最大初动能为Ek=hν'-hνc=·2b-a=a,由动能定理得eUc=Ek,则Uc=,故D正确。
1.光电效应规律中的两条线索、两个关系
(1)两条线索
(2)两个关系:光的强度大→光子数目多→发射光电子多→光电流大;
光的频率高→光子能量大→产生光电子的最大初动能大。
2.光电效应的三个关系式
(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。
训练2 (2025·广东深圳市高二月考)如图所示,甲图为演示光电效应的实验装置;乙图为在a、b、c三种光照射下得到的三条电流表与电压表读数之间的关系曲线。下列说法正确的是( )
A.a、b、c三种光的频率各不相同
B.b、c两种光的光强可能相同
C.若b光为绿光,a光可能是紫光
D.图甲中的滑动变阻器的滑片向右滑动,电流表的读数可能增大
答案 D
解析 由光电效应方程及遏止电压与光的频率间的关系可得eUc=Ek=hν-W0,b、c两种光的遏止电压相同,故频率相同,a光的遏止电压较小,频率较低,A错误;光的频率不变时,光强越大,饱和电流越大,结合题图乙可知,b光的光强大于c光的光强,B错误;由以上分析可知,a光频率较低,若b光为绿光,则a光不可能是紫光,C错误;题图甲中的滑动变阻器的滑片向右滑动,光电管两端电压增大,且为正向电压,电流表的读数可能增大,但不会超过饱和电流,D正确。
知识点三 康普顿效应和光子的动量 光的波粒二象性
曾有一位记者向物理学家诺贝尔奖获得者布拉格请教:光是波还是粒子 布拉格幽默地答道:“星期一、三、五它是一个波,星期二、四、六它是一个粒子,星期天物理学家休息。”那么前面学习过的哪些现象可以说明光具有粒子性,哪些现象又能说明光具有波动性呢
提示 光电效应能够说明光具有粒子性,光的干涉和衍射说明光具有波动性。
1.康普顿效应
(1)光的散射
光可以被介质中的物质微粒散射而改变传播方向。
(2)康普顿效应
美国物理学家康普顿在研究石墨对X射线的散射时,发现在散射的X射线中,除了与入射波长λ0相同的成分外,还有波长大于λ0的成分,这个现象称为康普顿效应。
(3)康普顿效应的意义
康普顿效应表明光子除了具有能量之外,还具有动量,深入揭示了光的粒子性的一面。
(4)光子的动量
①表达式:p=。
②说明:在康普顿效应中,当入射的光子与晶体中的电子碰撞时,把一部分动量转移给电子,光子的动量变小,因此,这些光子散射后波长变大。
2.光的波粒二象性
(1)光的干涉和衍射现象说明光具有波动性,光电效应和康普顿效应说明光具有粒子性。
(2)光既具有波动性,又具有粒子性,即光具有波粒二象性。
【思考】
光子与静止的电子碰撞,碰撞后电子的运动方向如图所示。
(1)碰后光子可能沿哪个方向运动
(2)碰后光子的波长怎样变化
提示 (1)碰撞前后总动量应保持一致的方向,故碰后光子只可能沿1的方向。
(2)通过碰撞,光子的一部分动量转移给电子,光子动量减少,根据p=,波长变大。
例4 美国物理学家康普顿在研究石墨对X射线的散射时,用X光对静止的电子进行照射,照射后电子获得速度的同时,X光光子的运动方向也会发生相应的改变。下列说法正确的是( )
A.当入射光子与晶体中的电子碰撞时,把部分动量转移给电子,因此光子散射后频率变大
B.康普顿效应揭示了光的粒子性,表明光子除了具有能量之外还具有动量
C.X光散射后与散射前相比,速度变小
D.散射后的光子虽然改变原来的运动方向,但频率保持不变
答案 B
解析 在康普顿效应中,当入射光子与晶体中的电子碰撞时,把部分动量转移给电子,则光子动量减小,但速度仍为光速c,根据p=,知光子频率减小,康普顿效应说明光不但具有能量而且具有动量,揭示了光的粒子性,故A、C、D错误,B正确。
例5 (多选)对光的认识,下列说法正确的是( )
A.少量光子的行为易表现出粒子性,大量光子的行为易表现出波动性
B.光的波动性是光子本身的一种属性,不是光子之间的相互作用引起的
C.光表现出波动性时,就不具有粒子性了;光表现出粒子性时,就不具有波动性了
D.光的波粒二象性可以理解为在某些场合光的波动性表现明显,在另外一些场合,光的粒子性表现明显
答案 ABD
解析 少量光子的行为易表现出粒子性,大量光子的行为易表现出波动性;光与物质相互作用,表现为粒子性,光传播时表现为波动性;光的波动性与粒子性都是光的本质属性,因为波动性表现为粒子分布概率,光的粒子性表现明显时仍具有波动性,故A、B、D正确。
对光的波粒二象性的理解
实验基础 表现 说明
光的波 动性 干涉和 衍射 (1)光子在空间各点出现的可能性大小可用波动规律来描述 (2)足够能量的光在传播时,表现出波的性质 (1)光的波动性是光子本身的一种属性,不是光子之间相互作用产生的 (2)光的波动性不同于宏观观念的波
光的粒 子性 光电效应、康普顿效应 (1)当光同物质发生作用时,这种作用是“一份一份”进行的,表现出粒子的性质 (2)少量或个别光子容易显示出光的粒子性 (1)粒子的含义是“不连续”“一份一份”的 (2)光子不同于宏观观念的粒子
随堂对点自测
1.(光电效应的实验规律)(多选)如图所示是研究光电效应的电路图,下列叙述中正确的是( )
A.保持光照条件不变,滑片P向右滑动的过程中,电流表示数将一直增大
B.只调换电源的极性,移动滑片P,当电流表示数为零时,电压表示数为遏止电压Uc的数值
C.阴极K需要预热,光束照射后需要一定的时间才会有光电流
D.不改变光束颜色和电路,增大入射光束强度,电流表示数会增大
答案 BD
解析 保持光照条件不变,滑片P向右滑动的过程中,若未达到饱和电流,则电流表示数会增大,若电流达到饱和电流,则电流表示数不再继续增大,故A错误;只调换电源的极性,移动滑片P,电场力对电子做负功,当电流表示数为零时,则有eUc=me,那么电压表示数为遏止电压Uc的数值,故B正确;光电效应的发生是瞬时的,阴极K不需要预热,故C错误;只增大入射光束强度时,单位时间内产生的光电子数变多,电流表示数变大,故D正确。
2.(爱因斯坦的光电效应理论)(多选)如图所示是用光照射某种金属时逸出的光电子的最大初动能随入射光频率变化的图线(直线与横轴的交点横坐标值为4.27,与纵轴的交点纵坐标值为0.5)。由图可知( )
A.该金属的截止频率为4.27×1014 Hz
B.该金属的截止频率为5.5×1014 Hz
C.该图线的斜率表示普朗克常量
D.该金属的逸出功为0.5 eV
答案 AC
解析 根据爱因斯坦光电效应方程Ek=hν-W0可知,图线的斜率表示普朗克常量,故C正确;图线与ν轴的交点对应的频率表示截止频率,为4.27×1014 Hz,故A正确,B错误;Ek-ν图像中ν=0时对应的Ek的值表示逸出功的负值,易知该金属的逸出功不等于0.5 eV,故D错误。
3.(康普顿效应和光的波粒二象性)科学研究证明,光子有能量也有动量,当光子与电子碰撞时,光子的一些能量转移给了电子。假设光子与电子碰撞前的波长为λ,碰撞后的波长为λ',则碰撞过程中( )
A.能量守恒,动量守恒,且λ=λ'
B.能量不守恒,动量不守恒,且λ=λ'
C.能量守恒,动量守恒,且λ<λ'
D.能量守恒,动量守恒,且λ>λ'
答案 C
解析 光子与电子碰撞过程中,能量守恒,动量也守恒,因光子撞击电子的过程中光子将一部分能量传递给电子,光子的能量减少,由ε=可知,光子的波长变长,即λ'>λ,故C正确。
课后巩固训练
对点题组练
题组一 光电效应的实验规律及经典解释中的疑难
1.(多选)现用某一光电管进行光电效应实验,当用某一频率的光入射时,有光电流产生。下列说法正确的是( )
A.保持入射光的频率不变,入射光的光强变大,饱和电流变大
B.入射光的频率变高,饱和电流变大
C.入射光的频率变高,光电子的最大初动能变大
D.保持入射光的光强不变,不断减小入射光的频率,始终有光电流产生
答案 AC
解析 产生光电效应时,光的强度越大,单位时间内逸出的光电子数越多,饱和电流越大,选项A正确;饱和电流大小与入射光的频率无关,选项B错误;光电子的最大初动能随入射光频率的增加而增加,与入射光的强度无关,选项C正确;减小入射光的频率,若低于极限频率,则不能发生光电效应,没有光电流产生,选项D错误。
2.用如图所示的装置研究光电效应现象,当用某种频率的光照射到光电管上时,电流表的读数为I。则( )
A.将开关S断开,也会有电流流过电流表
B.将滑动变阻器的滑片P向a移动,光电子到达阳极时的速度必将变小
C.如果减小入射光的光强,光电管中可能不会有光电子产生
D.如果将电池极性反转,光电管中可能不会有光电子产生
答案 A
解析 开关S断开,由于仍能发生光电效应,光电子仍能到达阳极,也会有电流流过电流表,故A正确;将滑动变阻器的滑片P向a移动,所加正向电压增大,则光电子到达阳极时的速度必将变大,故B错误;只要光的频率不变,就能发生光电效应,即光电管中有光电子产生,故C错误;将电池极性反转,光电管中仍然有光电子产生,只是电流表读数可能为零,故D错误。
题组二 爱因斯坦的光电效应理论
3.(多选)(2025·河北保定市高二期末)用波长为λ和3λ的光照射同一种金属,分别产生的速度最大的光电子速度之比为3∶1,普朗克常量和真空中光速分别用h和c表示,那么下列说法正确的有( )
A.该种金属的逸出功为
B.该种金属的逸出功为
C.波长超过4λ的光都不能使该金属发生光电效应
D.波长超过3λ的光都不能使该金属发生光电效应
答案 BC
解析 根据光电效应方程可知me=-W0,me=-W0,其中vm1∶vm2=3∶1,解得W0=,故A错误,B正确;因为波长为4λ的光恰能使该金属发生光电效应,则波长超过4λ的光都不能使该金属发生光电效应,故C正确,D错误。
4.运用光子说对下列光电效应现象进行解释,可以得出的正确结论是( )
A.当光照时间增大为原来的2倍时,光电流的大小也增大为原来的2倍
B.当入射光频率增大为原来的2倍时,光电子的最大初动能也增大为原来的2倍
C.当入射光波长增大为原来的2倍时,光电子的最大初动能也增大为原来的2倍
D.当入射光强度增大为原来的2倍时,单位时间内产生的光电子数目也增大为原来的2倍
答案 D
解析 根据爱因斯坦光电效应方程Ek=hν-W0可知,当入射光频率增大为原来的2倍时,产生光电子的最大初动能大于原来的两倍;当入射光波长增大为原来的2倍,即频率减小为原来的时,光电子的最大初动能减小,光电流的大小与光照时间无关,故A、B、C错误;当入射光强度增大为原来的2倍时,单位时间内照射到金属表面的光子数增大为原来的2倍,所以单位时间内产生的光电子数目也增大为原来的2倍,故D正确。
5.(多选)利用如图所示的电路研究光电效应现象,其中电极K由金属钾制成,其逸出功为2.25 eV。用某一频率的光照射时,逸出光电子的最大初动能为1.50 eV,电流表的示数为I。已知普朗克常量约为6.63×10-34 J·s。下列说法中正确的是( )
A.金属钾发生光电效应的极限频率约为5.43×1014 Hz
B.若入射光频率加倍,光电子的最大初动能变为3.00 eV
C.若入射光频率加倍,电流表的示数变为2I
D.若入射光频率加倍,遏止电压的大小将变为5.25 V
答案 AD
解析 由W0=hνc可知νc=5.43×1014 Hz,故A正确;由爱因斯坦光电效应方程Ek=hν-W0,可知入射光频率加倍,光电子的最大初动能大于3.00 eV,故B错误;饱和电流的大小由单位时间内照射在阴极K的光子数决定,入射光频率加倍,单位时间内照射在阴极K的光子数不一定加倍,电流变化情况不确定,故C错误;入射光频率加倍,有Ek1=2hν-W0,又Ek1=eUc,解得Uc=5.25 V,故D正确。
6.(多选)(2025·贵州贵阳高二下期末)用如图甲所示的实验装置研究光电效应,电路中电源的正负极可以对调,用一定强度、频率为ν的激光照射阴极K时,得到的光电子遏止电压为U0,饱和电流为Im,如图乙所示。已知光电子的质量为m,所带的电荷量为e,普朗克常量为h,下列说法正确的是( )
A.阴极K的逸出功为-eU0
B.光电子的最大初速度为
C.阴极K的截止频率为ν+
D.阴极K单位时间内射出的光电子数为
答案 BD
解析 根据爱因斯坦光电效应方程得Ek=hν-W0,由动能定理得eU0=Ek=m,解得阴极K的逸出功与光电子的最大初速度分别为W0=hν-eU0,vm=,故A错误,B正确;逸出功与截止频率的关系为W0=hνc,解得阴极K的截止频率为νc==ν-,故C错误;光电效应的产生是瞬时的,设单位时间内射出的光电子数为n,根据电流的定义得Im=ne,解得阴极K单位时间内射出的光电子数为n=,故D正确。
题组三 康普顿效应和光子的动量 光的波粒二象性
7.(2025·河南新乡高二下期末)物理学家康普顿在研究石墨对X射线的散射时,发现在散射的X射线中,部分波长发生改变,这个现象称为康普顿效应,我国物理学家吴有训进一步证实了该效应的普遍性。如图所示,一个光子和一个静止的电子相互碰撞后,电子向某一个方向运动,光子沿另一个方向散射出去,下列说法正确的是( )
A.散射光子的速度变小
B.散射光子的速度可能变大
C.散射光子的频率变小
D.散射光子的波长变短
答案 C
解析 散射后的光子速度不变,但能量减少,根据ε=hν可知光子的频率变小,根据c=λν可知光子的波长变长,故C正确。
8.(多选)关于光的波粒二象性,下列理解正确的是( )
A.高频光是粒子,低频光是波
B.大量的光子往往表现出波动性,个别光子往往表现出粒子性
C.波粒二象性是光的属性,只是有时它的波动性显著,有时它的粒子性显著
D.光在传播时是波,而与物质发生相互作用时转变成粒子
答案 BC
解析 波粒二象性是光所具有的性质,在不同的情况下有不同的表现:大量的光子往往表现出波动性,个别光子往往表现出粒子性;光在传播过程中通常表现为波动性,在与物质发生相互作用时通常表现为粒子性,故B、C正确,A、D错误。
综合提升练
9.(多选)图中四幅图涉及光的粒子性和波动性,其中说法正确的是( )
A.图甲的光电效应实验说明光具有波粒二象性
B.图乙说明,在光电效应中,同一单色入射光越强,饱和电流越大
C.图丙的“泊松亮斑”说明光具有波动性,是光通过小圆孔时发生衍射形成的
D.图丁的康普顿效应表明光子具有动量,揭示了光的粒子性的一面
答案 BD
解析 题图甲的光电效应实验说明光具有粒子性,选项A错误;题图乙中,黄光的强度越大,饱和电流越大,即说明在光电效应中,同一单色入射光越强,饱和电流越大,选项B正确;题图丙的泊松亮斑说明光具有波动性,是光通过小圆板时发生衍射形成的,选项C错误;题图丁的康普顿效应表明光子具有动量,揭示了光的粒子性的一面,选项D正确。
10.(2025·山东青岛高二月考)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p1B.光电子的最大初动能Ek1C.普朗克常量为
D.逸出功为
答案 C
解析 根据公式eU=hν-W0=h-W0,因为U1>U2,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A、B错误;根据光电效应方程得hν1=eU1+W0,hν2=eU2+W0,解得h=, W0=,故C正确,D错误。
培优加强练
11.如图甲所示是研究光电效应规律的光电管。用波长λ=0.50 μm的绿光照射阴极K,实验测得流过G表的电流I与A、K之间的电势差UAK满足如图乙所示规律,取h=6.63×10-34 J·s,光速c=3×108 m/s。结合图像,求(以下所求结果均保留2位有效数字):
(1)每秒钟阴极发射的光电子数;
(2)光电子飞出阴极K时的最大动能;
(3)该阴极材料的极限频率。
答案 (1)4.0×1012个 (2)9.6×10-20 J (3)4.6×1014 Hz
解析 (1)每秒发射的光电子个数
n==个=4.0×1012个。
(2)光电子飞出阴极K时的最大初动能
Ek=eUc=0.6 eV=9.6×10-20 J。
(3)由光电效应方程可得Ek=h-hν0
代入数据可得该阴极材料的极限频率ν0=4.6 ×1014Hz。
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