第一节 光电效应
第二节 光子
[学习目标] 1.知道什么是光电效应现象.2.知道光电流、极限频率、遏止电压的概念，掌握光电效应的实验规律．(重点)3.理解经典电磁理论在解释光电效应时的困难.4.知道普朗克提出的能量量子假说.5.理解爱因斯坦的光子说．(重点、难点)6.会用光电效应方程解释光电效应．(重点、难点)
一、光电效应、光电流及其变化
1．光电效应：金属在光的照射下发射电子的现象称为光电效应，发射出来的电子称为光电子．
2．光电管：光电管是由密封在玻璃壳内的阴极和阳极组成．阴极表面涂有碱金属，容易在光的照射下发射电子．
3．光电流：阴极发出的光电子被阳极收集，在回路中会形成电流，称为光电流．
4．发生光电效应时，入射光的强度增大，则光电流随之增大．
二、极限频率和遏止电压
1．极限频率
对于每一种金属，只有当入射光的频率大于某一频率ν0时，才会产生光电流，ν0称为极限频率(也叫截止频率)．
2．遏止电压
在强度和频率一定的光照射下，当反向电压达到某一数值时，光电流将会减小到零，我们把这时的电压称为遏止电压．用符号U0表示．
3．遏止电压与光电子最大初动能的关系
mv＝eU0.
4．经典电磁理论解释的局限性
按照光的电磁理论，只要光足够强，任何频率的光都应该能够产生光电子，出射电子的动能也应该由入射光的能量即光强决定．但是实验结果却表明，每种金属都对应有一个不同的极限频率，而且遏止电压与光的频率有关，与光的强度无关．
三、能量量子假说与光子假说
1．能量量子假说：物体热辐射所发出的电磁波的能量是不连续的，只能是hν的整数倍，hν称为一个能量量子，其中ν是辐射频率，h称为普朗克常量．
2．普朗克常量：h＝6.63×10－34 J·s.
3．光子假说：光的能量不是连续的，而是一份一份的，每一份叫作一个光子．一个光子的能量为ε＝hν.
4．黑体：(1)能够全部吸收所有频率的电磁辐射的理想物体．绝对的黑体实际上是不存在的．
(2)普朗克利用能量量子化的思想和热力学理论，才完美地解释了黑体辐射谱．
四、光电效应方程及其解释
1．逸出功：电子能脱离离子的束缚而逸出金属表面时所需做的最小功．用W0表示．
2．光电效应方程：hν＝mv＋W0.
式中hν表示入射光子的能量，ν为入射光的频率．
3．光电效应的条件：光子的能量ε＝hν必须大于或等于逸出功W0.即ν≥.
4．遏止电压对应着光电子的最大初动能，它们的关系为eU0＝mv.
1．正误判断(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)光电子是光照射下发射出来的电子，因此光电子仍然是电子． (√)
(2)入射光的频率较高时，会发生光电效应现象，光电流随着光照强度的增强而增大． (√)
(3)遏止电压与入射光的强弱无关，与入射光的频率有关． (√)
(4)同一频率的光照射不同的金属表面，光电子的最大初动能可能相同．
(×)
(5)对于某种金属，也就是逸出功W0一定的情况下，出射光电子的最大初动能只与入射光频率有关，与光的强弱无关． (√)
2．下列描绘两种温度下黑体辐射强度与波长关系的图中，符合黑体辐射实验规律的是( )
A B
C D
A [黑体辐射以电磁辐射的形式向外辐射能量，温度越高，辐射越强越大，黑体辐射的波长分布情况也随温度而变化，温度越高，辐射的电磁波的波长越短，A选项正确．]
3．用一束紫外线照射某金属时没有产生光电效应，下列措施中可能产生光电效应的是( )
A．换用强度更大的紫外线照射
B．换用红外线照射
C．换用极限频率较大的金属
D．换用极限波长较大的金属
D [发生光电效应的条件是入射光的频率大于金属的极限频率，红外线的频率小于紫外线的频率，紫外线照射不能发生光电效应，换用红外线不能发生光电效应，故A、B选项错误；换用极限频率较大的金属，不能发生光电效应，故C选项错误；根据频率和波长的关系ν＝可知，换用极限波长较大的金属，可以发生光电效应，故D选项正确．]
对黑体及黑体辐射的理解
1．黑体实际上是不存在的，只是一种理想情况，但如果做一个闭合的空腔，在空腔表面开一个小孔，小孔就可以模拟一个黑体，如图所示．这是因为从外面射来的电磁波，经小孔射入空腔，要在腔壁上经过多次反射，在多次反射过程中，外面射来的电磁波几乎全部被腔壁吸收，最终不能从空腔射出．
2．黑体不一定是黑的，只有当自身辐射的可见光非常微弱时看上去才是黑的；有些可看作黑体的物体由于有较强的辐射，看起来还会很明亮，如炼钢炉口上的小孔．一些发光的物体(如太阳、白炽灯灯丝)也被当作黑体来处理．
3．黑体同其他物体一样也在辐射电磁波，黑体的辐射规律最为简单，黑体辐射强度只与温度有关．
4．一般物体和黑体的热辐射、反射、吸收的特点
热辐射不一定需要高温，任何温度都能发生热辐射，只是温度低时辐射弱，温度高时辐射强．在一定温度下，不同物体所辐射的光谱的成分有显著不同．
热辐射特点
吸收、反射的特点
一般
物体
辐射电磁波的情况与温度有关，与材料的种类、表面状况有关
既吸收又反射，其能力与材料的种类及入射波的波长等因素有关
黑体
辐射电磁波的强弱按波长的分布只与黑体的温度有关
完全吸收各种入射电磁波，不反射
【例1】 (多选)对黑体的认识，下列说法正确的是( )
A．黑体只吸收电磁波，不辐射电磁波
B．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温度有关，与材料的种类及其表面状况无关
C．如果在一个空腔壁上开一个很小的孔，射入小孔的电磁波在空腔内表面经多次反射和吸收，最终不能从小孔射出，这个空腔就成了一个黑体
D．黑体是一种理想化模型，实际物体没有绝对黑体
BD [黑体不仅吸收电磁波，而且也向外辐射电磁波，A错误；黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关，与材料的种类及其表面状况无关，B正确；小孔只吸收电磁波，不反射电磁波，因此小孔成了一个黑体，而空腔不是黑体，C错误；任何物体都会反射电磁波，只吸收不反射电磁波的物体实际是不存在的，故黑体是一种理想化的模型，D正确．]
1．(多选)黑体辐射的实验规律如图所示，由图可知 ( )
A．随温度升高，各种波长的辐射强度都增加
B．随温度降低，各种波长的辐射强度都增加
C．随温度升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动
D．随温度降低，辐射强度的极大值向波长较长的方向移动
ACD [由题图可知，随温度升高，各种波长的辐射强度都增加，且辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，当温度降低时，上述变化都将反过来，故A、C、D正确，B错误．]
光电效应的实验规律
1.实验装置及电路，如图所示
2．几个概念
(1)饱和光电流：在光照条件不变时，电流随电压升高而增大到的最大值(Im)．
(2)遏止电压：使光电流减小到0时的反向电压(UC)．
(3)截止频率：使某种金属发生光电效应的最小频率．又叫极限频率(νc)．不同金属截止频率不同．
3．光电效应的实验规律
(1)任何一种金属都有一个极限频率，入射光的频率必须大于或等于这个极限频率才能产生光电效应．低于极限频率时，无论光照强度多强，都不会发生光电效应现象．
(2)光电子最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光频率的增大而增大．
(3)入射光照射到金属上时，光电效应的发生几乎是瞬时的，一般不超过10－9 s.
(4)当入射光的频率高于极限频率时，饱和光电流的大小与入射光的强度成正比．
4．电磁理论解释光电效应的三个困难
电磁理论认为：光的能量是由光的强度决定，而光的强度又是由光波的振幅所决定的，跟频率无关．
电磁理论
光电效应实验结果
困难1
按照光的波动理论，不论入射光的频率是多少，只要光强足够大，总可以使电子获得足够的能量从而发生光电效应
如果光的频率小于金属的极限频率，无论光强多大，都不能发生光电效应
困难2
光强越大，电子可获得更多的能量，光电子的最大初动能也应该越大，遏止电压也越大．即出射电子的动能应该由入射光的能量即光强来决定
遏止电压与光强无关，与频率有关
困难3
光强大时，电子能量积累的时间就短，光强小时，能量积累的时间就长
当入射光照射到光电管的阴极时，无论光强怎样微弱，几乎瞬时就产生了光电子
【例2】 利用光电管研究光电效应实验，如图所示，用频率为ν1的可见光照射阴极K，电流表中有电流通过，则( )
A．用紫外线照射，电流表中不一定有电流通过
B．用红外线照射，电流表中一定无电流通过
C．用频率为ν1的可见光照射阴极K，当滑动变阻器的滑片移到a端，电流表中一定无电流通过
D．用频率为ν1的可见光照射阴极K，当滑动变阻器的滑片向b端滑动时，电流表示数可能不变
D [因为紫外线的频率比可见光的频率高，所以用紫外线照射时，电流表中一定有电流通过，A错误．因为不知道阴极K的截止频率，所以用红外线照射时，不一定发生光电效应，B错误．即使UAK＝0，电流表中也有电流，C错误．当滑片向b端滑动时UAK增大，阳极A吸收光电子的能力增强，光电流会增大，当射出的所有光电子都能达到阳极A时，光电流达到最大，即饱和电流，若在滑动前，光电流已经达到饱和电流，那么再增大UAK，光电流也不会增大，D正确．故正确答案为D.]
关于光电效应的三点提醒
1．发生光电效应时需满足：照射光的频率大于金属的极限频率，即ν＞ν0.
2．光电子的最大初动能与照射光的频率及金属有关，而与照射光的强弱无关，强度大小决定了逸出光电子的数目多少．
3．在一定的光照条件下，饱和光电流与所加电压大小无关．
2．光电效应实验中，下列表述正确的是( )
A．光照时间越长光电流越大
B．入射光足够强就可以有光电流
C．遏止电压与入射光的频率无关
D．入射光频率大于极限频率才能产生光电子
D [在光电效应中，若照射光的频率小于极限频率，无论光照时间多长，光照强度多大，都无光电流，当照射光的频率大于极限频率时，立刻有光电子产生，时间间隔很小，故A、B错误，D正确．遏止电压与入射光频率ν有关，即C错误．]
光电效应方程的理解及应用
1.光电效应方程的理解
(1)光电效应方程Ek＝hν－W0中，Ek为光电子的最大初动能，就某个光电子而言，其离开金属时的动能大小可以是零到最大值范围内的任何数值．
(2)光电效应方程表明，光电子的最大初动能与入射光的频率ν呈线性关系(注意不是正比关系)，与光强无关．
(3)光电效应方程包含了产生光电效应的条件，即Ek＝hν－W0>0，亦即hν>W0，ν>＝νc，而νc＝就是金属的极限频率．
(4)光电效应方程实质上是能量守恒方程．
(5)逸出功W0：电子从金属中逸出所需要克服原子核的束缚而消耗的能量的最小值，叫做金属的逸出功．光电效应中，从金属表面逸出的电子消耗能量最少．
2．光子说对光电效应的解释
(1)由于光的能量是一份一份的，那么金属中的电子也只能一份一份地吸收光子的能量，而且这个传递能量的过程只能是一个光子对一个电子的行为．如果光的频率低于极限频率，则光子提供给电子的能量不足以克服原子的束缚，就不能发生光电效应．
(2)当光的频率高于极限频率时，能量传递给电子以后，电子摆脱束缚要消耗一部分能量，剩余的能量以光电子的动能形式存在，这样光电子的最大初动能Ek＝mv＝hν－W0，其中W0为金属的逸出功，可见光的频率越高，电子的最大初动能越大．而遏止电压U0对应着光电子的最大初动能，即eU0＝mv.所以当W0一定时，U0只与入射光的频率ν有关，与光照强弱无关．
(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，所以光电效应的发生几乎是瞬时的．
(4)发生光电效应时，单位时间内逸出的光电子数与光强度成正比，光强度越大意味着单位时间内打在金属上的光子数越多，那么逸出的光电子数目也就越多，光电流也就越大．
【例3】 紫光在真空中的波长为4.5×10－7m，问：
(1)紫光光子的能量是多少？
(2)用它照射极限频率为ν0＝4.62×1014 Hz的金属钾时能否产生光电效应？
(3)若能产生，则光电子的最大初动能为多少？
(h＝6.63×10－34 J·s)
[解析] (1)紫光光子的能量
E＝hν＝h＝4.42×10－19 J.
(2)紫光频率ν＝＝6.67×1014 Hz
因为ν>ν0，所以能产生光电效应．
(3)光电子的最大初动能为
Ekm＝hν－W＝h(ν－ν0)
＝1.36×10－19 J.
[答案] (1)4.42×10－19 J (2)能 (3)1.36×10－19 J
1．极限频率为ν0的光照射金属对应逸出电子的最大初动能为零，逸出功W＝hν0.
2．某种金属的逸出功是一定值，随入射光频率的增大，光电子的最大初动能增大，但光电子的最大初动能与入射光的频率不成正比．
训练角度1：光电效应中的图象问题
3．(多选)在做光电效应的实验时，某金属被光照射发生了光电效应，实验测得光电子的最大初动能Ek与入射光的频率ν的关系如图所示，由实验图线可求出( )
A．该金属的极限频率和极限波长
B．普朗克常量
C．该金属的逸出功
D．单位时间内逸出的光电子数
ABC [依据光电效应方程Ek＝hν－W0可知，当Ek＝0时，ν＝ν0，即图象中横坐标的截距在数值上等于金属的极限频率．
图线的斜率k＝.可见图线的斜率在数值上等于普朗克常量．
根据图象，假设图线的延长线与Ek轴的交点为C，其截距大小为W0，有k＝.
而k＝h，所以，W0＝hν0.
即图象中纵坐标轴的截距在数值上等于金属的逸出功．]
训练角度2：光电效应方程的应用
4．如图所示装置，阴极K用极限波长为λ0＝0.66 μm的金属制成．若闭合开关S，用波长为λ＝0.50 μm的绿光照射阴极，调整两个极板间的电压，使电流表的示数最大为0.64 μA.
(1)求阴极每秒发射的光电子数和光电子飞出阴极时的最大初动能；
(2)如果将照射阴极的绿光的光强增大为原来的2倍，求阴极每秒发射的光电子数和光电子飞出阴极时的最大初动能．
[解析] (1)当阴极发射的光电子全部到达阳极时，光电流达到饱和．由电流可知每秒到达阳极的电子数，即阴极每秒发射的光电子个数
n＝＝ 个＝4.0×1012 个
根据光电效应方程，光电子的最大初动能为
Ek＝hν－W0＝h－h
代入数据可得Ek＝9.6×10－20 J.
(2)如果照射光的频率不变，光强加倍，则每秒发射的光电子数加倍，饱和光电流增大为原来的2倍．根据光电效应实验规律可得阴极每秒发射的光电子为
n′＝2n＝8.0×1012 个
光电子的最大初动能仍然为Ek＝hν－W0＝9.6×10－20 J.
[答案] (1)4.0×1012个 9.6×10－20 J
(2)8.0×1012个 9.6×10－20 J
课 堂 小 结
知 识 脉 络
1.能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射，这种物体就是绝对黑体，简称黑体．黑体辐射电磁波的强度只与黑体的温度有关．
2．能量子：不可再分的最小能量值ε，ε＝hν.
3．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，叫光电效应．爱因斯坦光电效应方程：
Ek＝hν－W0.
4．光电效应现象说明光具有粒子性.
1．关于黑体辐射和能量子的说法中不正确的是( )
A．黑体辐射随温度的升高，各种波长的辐射强度都增加
B．黑体辐射随温度的升高，辐射强度的极大值向波长较长的方向移动
C．能量子是最小的能量值
D．能量子具有粒子性
B [根据黑体辐射原理可知，温度升高，各种波长的辐射强度都增强，同时辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，故A选项正确，B选项错误；根据普朗克的能量子假说可知，能量不是连续的，是一份一份的，每一份叫作一个能量子，它是最小的能量值，说明能量子具有粒子性，故C、D选项正确．]
2．(多选)如图所示，用弧光灯照射锌板，验电器指针张开一个角度，则下列说法中正确的是 ( )
A．用紫外线照射锌板，验电器指针会发生偏转
B．用红光照射锌板，验电器指针会发生偏转
C．锌板带的是负电荷
D．锌板带的是正电荷
AD [将擦得很亮的锌板与验电器连接，用弧光灯照射锌板(弧光灯发出紫外线)，验电器指针张开一个角度，说明锌板带了电，进一步研究表明锌板带正电．这说明在紫外线的照射下，锌板中有一部分自由电子从表面飞出，锌板带正电，选项A、D正确，C错误．红光不能使锌板发生光电效应，故B错误．]
3．用不同频率的紫外线分别照射钨板和锌板而产生光电效应，可得到光电子的最大初动能Ek随入射光的频率ν变化的Ek-ν图象，已知钨元素的逸出功为3.28 eV，锌元素的逸出功为3.34 eV，若将两者的图象分别用实线与虚线画在同一个Ek-ν图上．则下图中正确的是( )
A [根据光电效应方程Ek＝hν－W0可知Ek-ν图象的斜率为普朗克常量h，因此图中两图线应平行，C、D错；横轴的截距表示恰能发生光电效应(光电子最大初动能为零)时的入射光的频率，即截止频率．由光电效应方程可知，逸出功越大的金属对应的截止频率越大，则知能使金属锌发生光电效应的截止频率较大，A对，B错．]
4．用波长为300 nm的光照射锌板，电子逸出锌板表面的最大初动能为1.28×10－19 J，已知普朗克常量为6.63×10－34 J·s，真空中的光速为3.00×108 m·s－1，求能使锌产生光电效应的单色光的最低频率．(保留1位小数)
[解析] 入射光照射到锌板上，发生光电效应，根据光电效应方程Ekm＝hν－W0，其中ν＝，代入数据可知，逸出功W0＝5.35×10－19 J，能使锌产生光电效应的单色光的最低频率ν0＝≈8.1×1014 Hz.
[答案] 8.1×1014 Hz
课件67张PPT。第二章 波粒二象性第一节 光电效应
第二节 光子电子增大．阳极阴极电子．阴极阳极阴极电子大于反向电压光强无关．有关极限频率不连续连续辐射频率整数倍全部黑体辐射谱．不存在理想离子频率．能量表面大于或等于 √√√×√点击右图进入…Thank you for watching !课时分层作业(五)
(时间：45分钟 分值：100分)
[基础达标练]
一、选择题(本题共6小题，每小题6分．)
1．(多选)以下宏观概念中，哪些是“量子化”的( )
A．物体的带电荷量 B．物体的质量
C．物体的动量 D．学生的个数
AD [所谓“量子化”应该是不连续的，是一份一份的，故选A、D.]
2．根据爱因斯坦的“光子说”可知 ( )
A．“光子说”本质就是牛顿的“微粒说”
B．光的波长越大，光子的能量越小
C．一束单色光的能量可以连续变化
D．只有光子数很多时，光才具有粒子性
B [爱因斯坦的“光子说”的内涵是光的传播不是连续的，是一份一份的，每一份叫作光子，牛顿的“微粒说”认为光是由实物微粒组成的，因此“光子说”本质上不同于牛顿的“微粒说”，故A选项错误；光子的能量E＝hν＝h，光的波长越大，光子的能量越小，故B选项正确；光的能量不是连续变化的，故C选项错误；光子数很多时，光表现出波动性，故D选项错误．]
3．(多选)对爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W，下面的理解正确的有( )
A．只要是用同种频率的光照射同一种金属，那么从金属中逸出的所有光电子都会具有同样的初动能Ek
B．式中的W表示每个光电子从金属中飞出过程中克服金属中正电荷引力所做的功
C．逸出功W和极限频率ν0之间应满足关系式W＝hν0
D．光电子的最大初动能和入射光的频率不是成正比
CD [同种频率的光照射同一种金属，从金属中逸出的光电子的最大初动能相同，并不是所有光电子都具有同样的初动能，A选项错误；W表示逸出功，是电子逸出金属克服阻力做功的最小值，B选项错误；根据光电效应方程Ek＝hν－W可知，当最大初动能为零时，W＝hν0，C选项正确；根据光电效应方程可知，最大初动能随入射光的频率增大而增加，不是正比关系，D选项正确．]
4．(多选)已知能使某金属产生光电效应的截止频率为ν0，则( )
A．当用频率为2ν0的单色光照射该金属时，一定能产生光电子
B．当用频率为2ν0的单色光照射该金属时，所产生的光电子的最大初动能为hν0
C．当照射光的频率ν大于ν0时，若ν增大，则逸出功增大
D．金属的逸出功与照射光的频率无关
ABD [根据截止频率跟逸出功的关系W0＝hν0，光电效应方程mv＝hν－W0，判断A、B、D正确．]
5．(多选)现有a、b、c三束单色光，其波长关系为λa＞λb＞λc，用b光束照射某种金属时，恰能发生光电效应．若分别用a光束和c光束照射该金属，则可以断定( )
A．a光束照射时，释放光电子数目最多
B．c光束照射时，释放光电子的最大初动能最小
C．a光束照射时，不能发生光电效应
D．c光束照射时，一定能发生光电效应
CD [光电效应的条件是入射先的频率大于极限频率，即ν＞ν0，a、b、c三束单色光，其波长关系为λa＞λb＞λc，则频率νa＜νb＜νc，b光束照射某种金属时，恰能发生光电效应，根据光电效应的条件，a光束照射不能发生光电效应，c光束照射能发生光电效应，A选项错误，C、D选项正确；根据光电效应方程Ekm＝h－W0，c光束照射时，释放出的光电子的最大初动能最大，B选项错误．]
6．人眼对绿光最为敏感，正常人的眼睛接收到波长为530 nm的绿光时，只要每秒有6个绿光的光子射入瞳孔，眼睛就能察觉．普朗克常量为6.63×10－34 J·s，光速为3.0×108 m/s，则人眼能察觉到绿光时所接收到的最小功率是( )
A．2.3×10－18 W B．3.8×10－19 W
C．7.0×10－10 W D．1.2×10－18 W
A [因每秒有6个绿光的光子射入瞳孔，眼睛就能察觉，所以察觉到绿光所接收的最小功率P＝，式中E＝6ε，t＝1 s，又ε＝hν＝h，可解得P＝ W＝2.3×10－18 W．]
二、非选择题(14分)
7．小明用金属铷为阴极的光电管，观测光电效应现象，实验装置示意图如图甲所示．已知普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s.
(1)图甲中电极A为光电管的________(选填“阴极”或“阳极”)．
(2)实验中测得铷的遏止电压Uc与入射光频率ν之间的关系如图乙所示，则铷的截止频率νc＝________Hz，逸出功W＝________J.
(3)如果实验中入射光的频率ν＝7.00×1014 Hz，则产生的光电子的最大初动能Ek＝________J.
[解析] (1)光电管中光束直接照射的K极为光电管的阴极，所以电极A为光电管的阳极．
(2)由Uc-ν图线可知，铷的截止频率νc＝5.15×1014 Hz，金属的逸出功
W＝hνc＝6.63×10－34×5.15×1014 J＝3.41×10－19J.
(3)由光电效应方程Ek＝hν－W可得产生的光电子的最大初动能
Ek＝6.63×10－34×7.00×1014 J－3.41×10－19 J＝1.23×10－19 J.
[答案] (1)阳极 (2)5.15×1014 3.41×10－19
(3)1.23×10－19
[能力提升练]
一、选择题(本题共4小题，每小题6分)
1．(多选)如图所示为研究光电效应规律的实验电路，电源的两个电极分别与接线柱c、d连接，用一定频率的单色光a照射光电管时，灵敏电流计G的指针会发生偏转，而且另一频率的单色光b照射该光电管时，灵敏电流计G的指针不偏转．下列说法正确的是( )
A．a光的频率一定大于b光的频率
B．电源正极可能与c接线柱连接
C．用b光照射光电管时，一定没有发生光电效应
D．若灵敏电流计的指针发生偏转，则电流方向一定是由e→G→f
ABD [用单色光a照射光电管时，灵敏电流计G的指针会发生偏转，而用单色光b照射时，电流计G的指针不偏转，说明单色光a的频率一定大于单色光b的频率，A对．单色光a照射时一定发生光电效应，单色光b照射时可能发生光电效应，但由于加反向电压，光电流为零，也可能没有发生光电效应，C错误，B对．若灵敏电流计的指针发生偏转，电流方向一定是与电子定向运动的方向相反，由e→G→f，D对．]
2．两束能量相同的色光，都垂直地照射到物体表面，第一束光在某段时间内打在物体上的光子数与第二束光在相同时间内打到物体表面的光子数之比为5∶4，则这两束光的光子能量和波长之比分别为( )
A．4∶5 4∶5 B．5∶4 4∶5
C．5∶4 5∶4 D．4∶5 5∶4
D [两束能量相同的色光，都垂直地照射到物体表面，在相同时间内打到物体表面的光子数之比为5∶4，则光子能量之比为4∶5，光子能量E0＝hν＝h，能量与波长成反比，光子波长之比为5∶4，D选项正确．]
3．(多选)2009年诺贝尔物理学奖得主威拉德·博伊尔和乔治·史密斯的主要成就是发明了电荷耦合器件(CCD)图象传感器．他们的发明利用了爱因斯坦的光电效应原理．如图所示电路可研究光电效应规律．图中标有A和K的为光电管，其中A为阳极，K为阴极．理想电流计可检测通过光电管的电流，理想电压表用来指示光电管两端的电压．现接通电源，用光子能量为10.5 eV的光照射阴极K，电流计中有示数，若将滑动变阻器的滑片P缓慢向右滑动，电流计的读数逐渐减小，当滑至某一位置时电流计的读数恰好为零，读出此时电压表的示数为6.0 V；现保持滑片P位置不变，以下判断正确的是 ( )
A．光电管阴极材料的逸出功为4.5 eV
B．若增大入射光的强度，电流计的读数为零
C．若用光子能量为12 eV的光照射阴极K，光电子的最大初动能一定变大
D．若用光子能量为9.5 eV的光照射阴极K，同时把滑片P向左移动少许，电流计的读数一定不为零
ABC [分析装置图可知，所加电压为反向电压，当电压表的示数大于或等于6.0 V时，电流表示数为零，根据动能定理可知，eUc＝Ek，即光电子的最大初动能为6.0 eV，根据光电效应方程可知，Ek＝hν－W0，代入数据联立解得W0＝4.5 eV，A选项正确；光电效应现象与入射光的强度无关，增大光的强度时，仍然发生光电效应，光电子的最大初动能不变，不会有电流流过电流计，B选项正确；若用光子能量为12 eV的光照射阴极K，入射光的频率增大，根据光电效应方程可知，光电子的最大初动能一定增大，C选项正确；改用能量为9.5 eV的光子照射，入射光的频率减小，根据光电效应方程可知，光电子的最大初动能一定减小，此时的遏止电压小于6 V，若把滑片P向左移动少许时，电子仍然可能不能到达K极，所以电流计的读数可能为零，D选项错误．]
4．在光电效应实验中，小明同学用同一实验装置，如图(a)所示，在甲、乙、丙三种光的照射下得到了三条电流表与电压表读数之间的关系曲线，如图(b)所示．则正确的是( )
A．乙光的频率大于甲光的频率
B．甲光的波长小于丙光的波长
C．丙光的光子能量小于甲光的光子能量
D．乙光对应的光电子最大初动能小于丙光的光电子最大初动能
A [由爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0及遏止电压的含义可知，hν－W0＝eUc，结合题意与图象可以判断，W0相同，U1>U2，则三种色光的频率为ν乙＝ν丙>ν甲，故丙光子能量大于甲光子能量，C错误；同时判断乙光对应光电子的最大初动能等于丙光对应光电子的最大初动能，A正确，D错误；由ν＝知，λ乙＝λ丙＜λ甲，B错误．]
二、非选择题(本题共2小题，共26分)
5．(12分)用频率为ν的光照射光电管阴极时，产生的光电流随阳极与阴极间所加电压的变化规律如图，Uc为遏止电压，已知电子电荷量为－e，普朗克常量为h，求：
(1)光电子的最大初动能Ekm；
(2)该光电管发生光电效应的极限频率ν0.
[解析] (1)遏止电压的作用是使具有最大初动能的光电子不能到达阳极，根据动能定理得，－eUc＝0－Ekm，最大初动能Ekm＝eUc.
(2)根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－hν0，得光电管的极限频率ν0＝ν－＝ν－.
[答案] (1)eUc (2)ν－
6．(14分)几种金属的逸出功W0见下表：
金属
钨
钙
钠
钾
铷
W0(×10－19 J)
7.26
5.12
3.66
3.60
3.41
用一束可见光照射上述金属的表面，已知该可见光的波长的范围为4.0×10－7～7.6×10－7 m，普朗克常数h＝6.63×10－34 J·s，光速c＝3×108 m·s－1.
(1)请通过计算说明哪些金属能发生光电效应？
(2)照射哪种金属时逸出的光电子最大初动能最大？最大值是多少？
[解析] (1)波长越小，光子频率越大，根据最小波长求出光子的最大能量．
E＝hν，ν＝
联立解得E＝h
将λ＝4.0×10－7m代入，解得E＝4.97×10－19 J.
根据光电效应规律可知，入射光的频率大于金属的极限频率可发生光电效应，则可见光能使钠、钾、铷发生光电效应．
(2)根据光电效应方程可知，Ekm＝E－W0，入射光的光子能量E越大，金属的逸出功W0越小，则逸出的光电子初动能越大．
照射金属铷时，逸出的光电子最大初动能最大．
将E＝4.97×10－19J和W0＝3.41×10－19J代入，解得Ekm＝1.56×10－19J.
[答案] (1)能使钠、钾、铷发生光电效应
(2)铷 1.56 ×10－19 J
