【2021年高考一轮课程】物理 全国通用版 第35讲 光电效应 波粒二象性 教案

2021年高考一轮复习
光电效应
波粒二象性
教材版本
全国通用
课时说明
120分钟
知识点
1.
光电效应的实验规律
2.
波粒二象性
复习目标
1.
知道什么是光电效应，理解光电效应的实验规律.
2.
会利用光电效应方程计算逸出功、截止频率、最大初动能等物理量
3.
知道光的波粒二象性，知道物质波的概念．
复习重点
1.
光电效应的实验规律及图像
2.
波粒二象性
复习难点
光电效应的实验规律及图像
一、自我诊断
知己知彼
1．（多选）在光电效应实验中，用频率为ν的光照射光电管阴极，发生了光电效应，下列说法正确的是(　　)
A．增大入射光的强度，光电流增大
B．减小入射光的强度，光电效应现象消失
C．改用频率小于ν的光照射，一定不发生光电效应
D．改用频率大于ν的光照射，光电子的最大初动能变大
【答案】D
【解析】　增大入射光强度，单位时间内照射到单位面积的光子数增加，则光电流将增大，故选项A正确；光电效应是否发生取决于入射光频率，而与入射光强度无关，故选项B错误．用频率为ν的光照射光电管阴极，发生光电效应，用频率较小的光照射时，若光的频率仍大于极限频率，则仍会发生光电效应，选项C错误；根据hν－W逸＝mv2可知，增加入射光频率，光电子的最大初动能也增大，故选项D正确．
2.
(多选)对光电效应的解释正确的是(　　)
A．金属钠的每个电子可以吸收一个或一个以上的光子，当它积累的动能足够大时，就能逸出金属
B．如果入射光子的能量小于金属表面的电子克服原子核的引力而逸出时所需做的最小功，便不能发生光电效应
C．发生光电效应时，入射光越强，光子的能量就越大，光电子的最大初动能就越大
D．由于不同金属的逸出功是不相同的，因此使不同金属发生光电效应入射光的最低频率也不同
【答案】BD
【解析】按照爱因斯坦的光子说，光的能量是由光的频率决定的，与光强无关，入射光的频率越大，发生光电效应时产生的光电子的最大初动能越大．但要使电子离开金属须使电子具有足够的动能，而电子增加的动能只能来源于照射光的光子能量，但电子只能吸收一个光子，不能吸收多个光子，否则即使光的频率低，只要照射时间足够长，也会发生光电效应．电子从金属逸出时只有从金属表面向外逸出的电子克服原子核的引力所做的功最小．
3.
某同学采用如图所示的实验装置来研究光电效应现象．当用某单色光照射光电管的阴极K时，会发生光电效应现象．闭合开关S，在阳极A和阴极K之间加上反向电压，通过调节滑动变阻器的滑片逐渐增大电压，直至电流计中的电流恰好为零，此时电压表的电压值U称为反向截止电压，根据反向截止电压可以计算出光电子的最大初动能Ekm.现分别用频率为ν1和ν2的单色光照射阴极K，测量到反向截止电压分别为U1和U2，设电子的质量为m，带电荷量为e，则下列关系式中不正确的是(　　)
A．频率为ν1的光照射时光电子的最大初速度v＝
B．阴极K金属的逸出功W0＝hν1－eU1
C．阴极K金属的极限频率ν0＝
D．普朗克常量h＝
【答案】C
【解析】分别用频率为ν1和ν2的单色光照射阴极，由光电效应方程，有Ekm＝hν－W0，逸出光电子的最大初动能分别为Ekm1＝hν1－W0、Ekm2＝hν2－W0；光电子在光电管内减速，由动能定理，有－eU1＝－Ekm1和－eU2＝－Ekm2，联立以上各式解得W0＝hν0＝hν1－eU1＝hν2－eU2；频率为ν1的光照射时光电子的最大初速度为
，普朗克常量h＝，极限频率ν0＝，选项C符合题意．
4．用如图所示的装置研究光电效应现象，用光子能量为2.5
eV的某种光照射到光电管上时，电流表G示数不为零；移动滑动变阻器的触点c，当电压表的示数大于或等于0.7
V时，电流表示数为零．以下说法正确的是(　　)
A．光电管阴极的逸出功为0.7
eV
B．光电管阴极的逸出功为1.8
eV
C．光电子的最大初动能与入射光的频率成正比
D．当电压表示数大于0.7
V时，如果把入射光的强度增大到一定程度，电流表可能会有示数
【答案】B
【解析】本题考查光电效应现象．根据Ek＝eUc和光电效应方程Ek＝hν－W0可知，eUc＝hν－W0，故W0＝hν－eUc＝1.8
eV，A错误，B正确；根据光电效应方程Ek＝hν－W0可知光电子的最大初动能与入射光的频率呈线性关系，但不是正比关系，C错误；当电压表示数大于0.7
V时，电流表示数为零，说明此电压为遏止电压，此时增大入射光的强度并不能增大光电子的最大初动能，遏止电压不变，逸出的光电子仍不能到达
5．(多选)现用某一光电管进行光电效应的实验，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，饱和光电流变大
B．入射光的频率变高，饱和光电流变大
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
E．遏止电压的大小与入射光的频率有关，与入射光的光强无关
【答案】ACE
【解析】本题考查光电效应及其相关的知识点，意在考查考生对光电效应知识的理解能力．根据光电效应规律，保持入射光的频率不变，入射光的光强变大，则饱和光电流变大，选项A正确；由爱因斯坦光电效应方程知，入射光的频率变高，产生的光电子最大初动能变大，而饱和光电流与入射光的频率和光强都有关，选项B错误，C正确；保持入射光的光强不变，不断减小入射光的频率，当入射光的频率小于极限频率时，就不能产生光电效应，没有光电流产生，选项D错误；遏止电压与产生的光电子的最大初动能有关，光电子的最大初动能与入射光的频率有关，与入射光的光强无关，选项E正确．
6．(多选)某金属在光的照射下产生光电效应，其遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图象如图所示．则由图象可知(　　)
A．该金属的逸出功等于hν0
B．遏止电压是确定的，与入射光的频率无关
C．入射光的频率为2ν0时，产生的光电子的最大初动能为hν0
D．入射光的频率为3ν0时，产生的光电子的最大初动能为hν0
【答案】AC
【解析】当遏止电压为零时，最大初动能为零，则入射光的能量等于逸出功，所以W0＝hν0，故选项A正确；根据光电效应方程Ekm＝hν－W0和－eUc＝0－Ekm得，Uc＝ν－，可知当入射光的频率大于极限频率时，遏止电压与入射光的频率成线性关系，故选项B错误；从图象上可知，逸出功W0＝hν0．根据光电效应方程Ekm＝h·2ν0－W0＝hν0，故选项C正确；Ekm＝h·3ν0－W0＝2hν0，故选项D错误．
7．如图所示是光电管的工作原理电路图，一束波长为λ1的单色光照射到光电管的阴极，电路中产生了光电流，下列判断正确的是(　　)
A．若电路中电源的正、负极反接后，电路中仍可能有光电流
B．单色光照射一段时间后，才能观察到电流表指针转动
C．若另一束波长为λ2的单色光(λ2>λ1)照射到光电管的阴极时，电路中也可能产生光电流但光电流肯定比前次小
D．入射光的强度一定时，电路中光电流的大小随电压的增大而持续增大
【答案】A
【解析】将电路中电源的电极反接，光电子做减速运动，有可能到达阳极，所以还可能有光电流，A正确．光电效应具有瞬时性，若能产生光电流，则不需要等待时间，B错误．换用波长为λ2(λ2>λ1)的光照射阴极时，光的频率变小，仍可能发生光电效应，但光电流的大小与光的强度有关，与光的频率无关，C错误．增加电路中电源的路端电压，光电流达到饱和电流时，不再增大，D错误．
二、温故知新
夯实基础
三、典例剖析
考点1
对光电效应的理解
与光电效应有关的五组概念对比
1．光子与光电子：光子指光在空间传播时的每一份能量，光子不带电；光电子是金属表面受到光照射时发射出来的电子，其本质是电子．光子是光电效应的因，光电子是果．
2．光电子的初动能与光电子的最大初动能：光照射到金属表面时，电子吸收光子的全部能量，可能向各个方向运动，需克服原子核和其他原子的阻碍而损失一部分能量，剩余部分为光电子的初动能；只有金属表面的电子直接向外飞出时，只需克服原子核的引力做功的情况，才具有最大初动能．光电子的初动能小于等于光电子的最大初动能．
3．光电流和饱和光电流：金属板飞出的光电子到达阳极，回路中便产生光电流，随着所加正向电压的增大，光电流趋于一个饱和值，这个饱和值是饱和光电流，在一定的光照条件下，饱和光电流与所加电压大小无关．
4．入射光强度与光子能量：入射光强度指单位时间内照射到金属表面单位面积上的总能量．
5．光的强度与饱和光电流：饱和光电流与入射光强度成正比的规律是对频率相同的光照射金属产生光电效应而言的，对于不同频率的光，由于每个光子的能量不同，饱和光电流与入射光强度之间没有简单的正比关系．
(一)典例剖析
例1．(多选)现用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，饱和光电流变大
B．入射光的频率变高，饱和光电流变大
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】根据光电效应规律，保持入射光的频率不变，入射光的光强变大，则饱和光电流变大，A正确；由爱因斯坦光电效应方程知，入射光的频率变高，产生的光电子最大初动能变大，而饱和光电流与入射光的频率无关，B错误，C正确；保持入射光的光强不变，不断减小入射光的频率，当入射光的频率小于极限频率时，就不能发生光电效应，没有光电流产生，D错误．
例2．如图所示，当一束一定强度某一频率的黄光照射到光电管阴极K上时，此时滑片P处于A、B中点，电流表中有电流通过，则(　　)
A．若将滑动触头P向B端移动时，电流表读数有可能不变
B．若将滑动触头P向A端移动时，电流表读数一定增大
C．若用红外线照射阴极K时，电流表中一定没有电流通过
D．若用一束强度相同的紫外线照射阴极K时，电流表读数不变
【答案】A
【解析】所加的电压使光电子到达阳极，电流表中有电流通过，且可能处于饱和电流，当滑片向B端移动时，电流表读数有可能不变，当滑片向A端移动时，所加电压减小，则光电流可能减小，也可能不变，A正确，B错误；若用红外线照射阴极K，红外线频率小于黄光的频率，但是不一定不能发生光电效应，电流表中不一定没有电流通过，C错误；若用一束强度相同的紫外线照射阴极K时，紫外线的频率大于黄光的频率，则单位时间内逸出的光电子数目减小，电流表读数减小，D错误．
(二)举一反三
1．（多选）如图所示，用导线把验电器与锌板相连接，当用紫外线照射锌板时，发生的现象是(　　)
A．有光子从锌板逸出
B．有电子从锌板逸出
C．验电器指针张开一个角度
D．锌板带负电
【答案】BC
【解析】用紫外线照射锌板是能够发生光电效应的，锌板上的电子吸收紫外线的能量从锌板表面逸出，称之为光电子，故A错误，B正确；锌板与验电器相连，带有相同电性的电荷，锌板失去电子应该带正电，且失去电子越多，带正电的电荷量越多，验电器指针张角越大，故C正确，D错误．
2．用一束紫外线照射某金属时不能产生光电效应，可能使该金属发生光电效应的措施是(　　)
A．改用频率更小的紫外线照射
B．改用X射线照射
C．改用强度更大的原紫外线照射
D．延长原紫外线的照射时间
【答案】B
【解析】某种金属能否发生光电效应取决于入射光的频率，与入射光的强度和照射时间无关，不能发生光电效应，说明入射光的频率小于金属的极限频率，所以要使金属发生光电效应，应增大入射光的频率，X射线的频率比紫外线频率高，所以本题答案为B.
考点2
光电效应方程
1．四类图象
图象名称
图象形状
由图象直接(间接)得到的物理量
最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图象
(1)极限频率：图象与ν轴交点的横坐标νc
(2)逸出功：图象与Ek轴交点的纵坐标的绝对值W0＝|－E|＝E
(3)普朗克常量：图象的斜率k＝h
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：图象与横轴的交点的横坐标的绝对值
(2)饱和光电流Im：电流的最大值，强光大于弱光
(3)最大初动能：Ekm＝eUc
颜色不同时，光电流与电压的关系
(1)遏止电压Uc1、Uc2
(2)最大初动能：Ek1＝eUc1、Ek2＝eUc2
遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图线
(1)截止频率νc：图线与横轴的交点的横坐标
(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(注：此时两极之间接反向电压)
2．三个关系
(1)爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0.
(2)光电子的最大初动能Ek可以利用光电管用实验的方法测得，即Ek＝eUc，其中Uc是遏止电压．
(3)光电效应方程中的W0为逸出功，它与极限频率νc的关系是W0＝hνc.
(一)典例剖析
例1.
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．下列光电流I与A、K之间的电压UAK的关系图象中，正确的是(　　)
A　　B
C　　D
【答案】C
【解析】虽然入射光强度不同，但光的频率相同，所以遏止电压相同；又因当入射光强时，单位时间逸出的光电子多，饱和电流大，所以选C.
(二)举一反三
1．(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的变化图线(直线与横轴的交点坐标4.27，与纵轴交点坐标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】图线在横轴上的截距为截止频率，A正确，B错误；由光电效应方程Ek＝hν－W0，可知图线的斜率为普朗克常量，C正确；金属的逸出功为：W0＝hν0＝
eV≈1.77
eV，D错误．
2．在光电效应实验中，某同学用同一光电管在不同实验条件下得到三条光电流与电压之间的关系曲线(甲光、乙光、丙光)，如图所示．则可判断出(　　)
A．甲光的频率大于乙光的频率
B．乙光的波长大于丙光的波长
C．乙光对应的截止频率大于丙光的截止频率
D．甲光对应的光电子最大初动能大于丙光对应的光电子最大初动能
【答案】B
【解析】由图象知，甲、乙光对应的遏止电压相等，由eUc＝Ek和hν＝W0＋Ek得甲、乙光频率相等，A错误；丙光的频率大于乙光的频率，则丙光的波长小于乙光的波长，B正确；由hνc＝W0得甲、乙、丙光对应的截止频率相同，C错误；由光电效应方程知，甲光对应的光电子最大初动能小于丙光对应的光电子最大初动能，D错误．
3．在某次光电效应实验中，得到的遏止电压Uc与入射光的频率ν的关系如图所示．若该直线的斜率和纵轴截距分别为k和b，电子电荷量的绝对值为e，则普朗克常量可表示为________，所用材料的逸出功可表示为________．
【答案】　ek　－eb
【解析】
根据光电效应方程Ekm＝hν－W0及Ekm＝eUc得Uc＝－，故＝k，b＝－，得h＝ek，W0＝－eb.
4．已知钙和钾的截止频率分别为7.73×1014Hz和5.44×1014Hz，在某种单色光的照射下两种金属均发生光电效应，比较它们表面逸出的具有最大初动能的光电子，钙逸出的光电子具有较大的(　　)
A．波长　　B．频率　　　C．能量　　
D．动量
【答案】　A
【解析】由爱因斯坦光电效应方程hν＝W0＋mv，又由W0＝hν0，可得光电子的最大初动能mv＝hν－hν0，由于钙的截止频率大于钾的截止频率，所以钙逸出的光电子的最大初动能较小，因此它具有较小的能量、频率和动量，选项B、C、D错误；又由c＝λν可知光电子频率较小时，波长较大，A正确．
规律小结
1．由Ek－ν图象可以得到的信息
(1)极限频率：图线与ν轴交点的横坐标νc.
(2)逸出功：图线与Ek轴交点的纵坐标的绝对值E＝W0.
(3)普朗克常量：图线的斜率k＝h.
2．由I－U图象可以得到的信息
(1)遏止电压Uc：图线与横轴的交点的绝对值．
(2)饱和光电流Im：电流的最大值．
(3)最大初动能：Ekm＝eUc.
3．由Uc－ν图象可以得到的信息
(1)截止频率νc：图线与横轴的交点．
(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.(注：此时两极之间接反向电压)　
考点3
光的波粒二象性　物质波
1．对光的波动性和粒子性的进一步理解
项目
实验基础
表现
说明
光的
波动性
干涉和
衍射
①光是一种概率波，即光子在空间各点出现的可能性大小(概率)可用波动规律来描述
②大量的光子在传播时，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当光与物质发生作用时，这种作用是“一份一份”进行的，表现出粒子的性质
②少量或个别光子清楚地显示出光的粒子性
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
波动性
和粒子
性的
对立、
统一
——
①大量光子易显示出波动性，而少量光子易显示出粒子性
②波长长(频率低)的光波动性强，而波长短(频率高)的光粒子性强
①光子说并未否定波动说，E＝hν＝h中，ν和λ就是波的概念
②波和粒子在宏观世界是不能统一的，而在微观世界却是统一的
2．物质波
(1)定义：任何运动着的物体都有一种波与之对应，这种波叫做物质波，也叫德布罗意波．
(2)物质波的波长：λ＝＝，h是普朗克常量．
(3)德布罗意波也是概率波，衍射图样中的亮圆是电子落点概率大的地方，但概率的大小受波动规律的支配．
(一)典例剖析
例1．(多选)实物粒子和光都具有波粒二象性．下列事实中突出体现波动性的是(　　)
A．电子束通过双缝实验装置后可以形成干涉图样
B．β射线在云室中穿过会留下清晰的径迹
C．人们利用慢中子衍射来研究晶体的结构
D．光电效应实验中，光电子的最大初动能与入射光的频率有关，与入射光的强度无关
【答案】AC
【解析】电子束具有波动性，通过双缝实验装置后可以形成干涉图样，A正确；β射线在云室中高速运动时，径迹又细又直，表现出粒子性，B错误；人们利用慢中子衍射来研究晶体的结构，体现出波动性，C正确；光电效应实验，体现的是波的粒子性，D错误．
例2．(多选)1927年戴维逊和革末完成了电子衍射实验，该实验是荣获诺贝尔奖的重大近代物理实验之一．如图所示的是该实验装置的简化图，下列说法正确的是(　　)
A．亮条纹是电子到达概率大的地方
B．该实验说明物质波理论是正确的
C．该实验再次说明光子具有波动性
D．该实验说明实物粒子具有波动性
【答案】ABD
【解析】电子属于实物粒子，电子衍射实验说明电子具有波动性，说明物质波理论是正确的，与光的波动性无关，B、D正确，C错误；物质波也是概率波，亮条纹是电子到达概率大的地方，A正确．
(二)举一反三
1．(多选)关于物质的波粒二象性，下列说法中正确的是(　　)
A．不仅光子具有波粒二象性，一切运动的微粒都具有波粒二象性
B．运动的微观粒子与光子一样，当它们通过一个小孔时，都没有特定的运动轨道
C．波动性和粒子性在宏观现象中是矛盾的、对立的，但在微观高速运动的现象中是统一的
D．实物的运动有特定的轨道，所以实物不具有波粒二象性
【答案】ABC
【解析】光具有波粒二象性是微观世界具有的特殊规律，大量光子运动的规律表现出光的波动性，而单个光子的运动表现出光的粒子性．光的波长越长，波动性越明显，光的频率越高，粒子性越明显．宏观物体的德布罗意波的波长太小，很难观察到波动性，并不是不具有波粒二象性．
2.
(多选)实物粒子和光都具有波粒二象性．下列事实中突出体现波动性的是(　　)
A．电子束通过双缝实验装置后可以形成干涉图样
B．β射线在云室中穿过会留下清晰的径迹
C．人们利用慢中子衍射来研究晶体的结构
D．人们利用电子显微镜观测物质的微观结构
【答案】ACD
【解析】电子束通过双缝实验装置后可以形成干涉图样，说明电子是一种波，故A正确；β射线在云室中穿过会留下清晰的径迹，可以说明β射线是一种粒子，故B错误；人们利用慢中子衍射来研究晶体的结构，中子衍射说明中子是一种波，故C正确；人们利用电子显微镜观测物质的微观结构，利用了电子束的衍射现象，说明电子束是一种波，故D正确．
3.　下列各组现象能说明光具有波粒二象性的是(　　)
A．光的色散和光的干涉
B．光的干涉和光的衍射
C．光的衍射和光电效应
D．光的反射和光电效应
【答案】C
【解析】光的色散现象，说明太阳光是复色光；光的衍射和干涉是波特有的现象，说明光具有波动性，光电效应说明光具有粒子性，光的反射说明光具有粒子性，故C正确．
4.　(多选)波粒二象性是微观世界的基本特征，以下说法正确的有(　　)
A．黑体辐射规律可用光的波动性解释
B．光电效应现象揭示了光的粒子性
C．电子束射到晶体上产生衍射图样说明电子具有波动性
D．动能相等的质子和电子，它们的德布罗意波长也相等
【答案】BC
【解析】黑体辐射的实验规律可用量子理论来解释，但不能用光的波动性解释，A错误；光电效应表明光具有一定的能量，能说明光具有粒子性，B正确；电子束射到晶体上产生的衍射图样说明中子具有波动性，C正确；动能相等的质子和电子，它们的动量：?，质子与电子的质量不同，所以动能相等的电子与质子的动量是不同的，根据德布罗意波波长公式可知它们的德布罗意波长不相等，故D错误．
5.
下列说法正确的是(　　)
A．铀核发生α衰变时，释放出α粒子和一定的能量，目前核电站就是利用铀核发生α衰变时释放的能量
B．如果利用紫光照射某种金属可以发生光电效应，改用红光一定不能发生光电效应
C．氢原子由较高能级跃迁到较低能级时，会吸收一定频率的光子
D．机械波和电磁波都具有干涉、衍射的特性
【答案】D
【解析】α
衰变时放出的能量比较小，目前核电站利用的是铀核发生裂变时释放的能量，故A错误；用紫光照射某种金属可以发生光电效应，可知紫光的频率大于金属的极限频率，红光的频率小于紫光的频率，但红光的频率不一定小于金属的极限频率，则用红光照射可能产生光电效应，故B错误；氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时，能量减小，要释放一定频率的光子，故C错误；干涉与衍射都是波特有的性质，机械波和电磁波都具有干涉、衍射的特性，故D正确．
四、分层训练
能力进阶
【基础】
1．(2018·高考全国卷Ⅱ)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.能使锌产生光电效应的单色光的最低频率约为(　　)
A．1×1014
Hz　　　　　　　
B．8×1014
Hz
C．2×1015
Hz
D．8×1015
Hz
【答案】B
【解析】根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0＝h－hν0，代入数据解得ν0≈8×1014
Hz，B正确．
2．(多选)美国物理学家密立根利用如图甲所示的电路研究金属的遏止电压Uc与入射光频率ν的关系，描绘出图乙中的图象，由此算出普朗克常量h，电子电荷量用e表示，下列说法正确的是(　　)
A．入射光的频率增大，测遏止电压时，应使滑动变阻器的滑片P向M端移动
B．增大入射光的强度，光电子的最大初动能也增大
C．由Uc－ν图象可知，这种金属截止频率为νc
D．由Uc－ν图象可求普朗克常量表达式为h＝
【答案】CD
【解析】入射光的频率增大，光电子的最大初动能增大，遏止电压增大，根据光电效应方程得出Uc－ν的关系式，通过关系式得出斜率、截距表示的含义．入射光的频率增大，光电子的最大初动能增大，则遏止电压增大，测遏止电压时，应使滑动变阻器的滑片P向N端移动，A错误；根据光电效应方程Ekm＝hν－W0知，光电子的最大初动能与入射光的强度无关，B错误；根据Ekm＝hν－W0＝eUc，解得Uc＝－，图线的斜率k＝＝，则h＝，当遏止电压为零时，ν＝νc，C、D正确．
3．关于光电效应有如下几种陈述，其中正确的是(　　)
A．金属的逸出功与入射光的频率成正比
B．光电流强度与入射光强度无关
C．用不可见光照射金属一定比可见光照射金属产生的光电子的最大初动能要大
D．对任何一种金属都存在一个“最大波长”，入射光的波长必须小于这个波长，才能产生光电效应
【答案】D
【解析】根据W0＝hν0知，金属的逸出功由金属的极限频率决定，与入射光的频率无关，A错误；光的强度影响单位时间内发出光电子的数目，即影响光电流的大小，B错误；不可见光的频率不一定比可见光的频率大，根据光电效应方程知，产生的光电子的最大初动能不一定大，C错误；对任何一种金属，都有一个极限频率，也就是能发生光电效应的最小频率，则对应一个“最大波长”，入射光的波长必须小于这个波长才能产生光电效应，D正确．
4．入射光照到某金属表面发生光电效应，若入射光的强度减弱，而频率保持不变，则下列说法中正确的是(　　)
A．从光照射到金属表面上到金属发射出光电子之间的时间间隔将明显增加
B．逸出的光电子的最大初动能减小
C．单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将减少
D．有可能不发生光电效应
【答案】C
【解析】光电效应瞬时(10－9
s)发生，与光强无关，A错误；光电子的最大初动能只与入射光的频率有关，入射光的频率越大，最大初动能越大，B错误；光电子数目多少与入射光的强度有关，光强减弱，单位时间内从金属表面逸出的光电子数目减少，C正确；能否发生光电效应，只取决于入射光的频率是否大于极限频率，与光强无关，D错误．
5．用波长为2.0×10－7
m的紫外线照射钨的表面，释放出来的光电子中最大的动能是4.7×10－19
J．由此可知，钨的极限频率是(普朗克常量h＝6.63×10－34
J·s，光速c＝3.0×108
m/s，结果取2位有效数字)(　　)
A．5.5×1014Hz
B．7.9×1014Hz
C．9.8×1014Hz
D．1.2×1015Hz
【答案】B
【解析】本题考查光电效应方程，意在考查考生对光电效应方程Ek＝hν－W逸的理解，并能应用光电效应方程求解极限频率．由光电效应方程Ek＝hν－W逸，而W逸＝hν0，ν＝，所以钨的极限频率ν0＝－＝7.9×1014Hz，B正确．
6．在光电效应的实验结果中，与光的波动理论不矛盾的是(　　)
A．光电效应是瞬时发生的
B．所有金属都存在极限频率
C．光电流随着入射光增强而变大
D．入射光频率越大，光电子最大初动能越大
【答案】C
【解析】按照光的波动理论，电子吸收光子的能量需要时间，因此光电效应不可能瞬时发生，这与光电效应具有瞬时性矛盾；按照光的波动理论，只要有足够长的时间，电子会吸收足够的能量，克服原子的束缚成为光电子，因此所有金属均可以发生光电效应，这与光电效应有极限频率矛盾；按照光的波动理论，照射光越强，电子获得的能量越大，打出的光电子的最大初动能越大，这与光电效应中打出的光子的最大初动能与光强无关，而与照射光的频率有关矛盾；按照光的波动理论也可以得到光越强打出的光电子越多，光电流越大，C正确．
【巩固】
1．2017年年初，我国研制的“大连光源”——极紫外自由电子激光装置，发出了波长在100
nm(1
nm＝10－9
m)附近连续可调的世界上最强的极紫外激光脉冲．大连光源因其光子的能量大、密度高，可在能源利用、光刻技术、雾霾治理等领域的研究中发挥重要作用．一个处于极紫外波段的光子所具有的能量可以电离一个分子，但又不会把分子打碎．据此判断，能够电离一个分子的能量约为(取普朗克常量h＝6.6×10－34
J·s，真空光速c＝3×108
m/s)(　　)
A．10－21
J　　　　　　　　
B．10－18
J
C．10－15
J
D．10－12
J
【答案】B
【解析】由题意知，电离一个分子的能量等于照射分子的光子能量，E＝hν＝h≈2×10－18
J，故B正确．
2．关于光电效应，以下说法正确的是(　　)
A．金属内的每个电子可以吸收一个或一个以上的光子，当它积累的动能足够大时，就能从金属逸出
B．如果入射光子的能量小于金属表面的电子克服原子核的引力逸出时需要做的最小功，光电效应便不能发生了．但如换用波长更长的入射光子，则有可能发生光电效应
C．发生光电效应时，入射光越强，光子的能量就越大，光电子的最大初动能越大
D．由于不同金属的逸出功是不相同的，因此使不同金属产生光电效应的入射光的最低频率也不相同
【答案】D
【解析】发生光电效应时，金属中逸出的电子只能吸收一个光子的能量，A错误；当入射光子的能量小于金属表面的电子克服原子核的引力逸出时需要做的最小功，光电效应便不能发生了，但如换用波长更长的入射光子，频率更低，更不可能发生，B错误；入射光的强度越大，单位时间内发出光电子的数目越多，形成的光电流越大，与最大初动能无关，C错误；根据光电效应方程Ekm＝hν－W0知，不同金属的逸出功是不相同的，因此使不同金属产生光电效应的入射光的最低频率也不相同，D正确．
3．研究光电效应电路如图所示，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．下列光电流I与A、K之间的电压UAK的关系图象中，正确的是(　　)
【答案】C
【解析】由于是强度不同的光照射同种钠极板，则遏止电压相同，强度不同，饱和光电流不同，C正确．
4．以往我们认识的光电效应是单光子光电效应，即一个电子在极短时间内只能吸收到一个光子而从金属表面逸出．强激光的出现丰富了人们对于光电效应的认识，用强激光照射金属，由于其光子密度极大，一个电子在极短时间内吸收多个光子成为可能，从而形成多光子光电效应，这已被实验证实．光电效应实验装置示意图如图所示．用频率为ν的普通光源照射阴极K，没有发生光电效应，换用同样频率为ν的强激光照射阴极K，则发生了光电效应；此时，若加上反向电压U，即将阴极K接电源正极，阳极A接电源负极，在KA之间就形成了使光电子减速的电场．逐渐增大U，光电流会逐渐减小；当光电流恰好减小到零时，所加反向电压U可能是下列的(其中W为逸出功，h为普朗克常量，e为电子电荷量)(　　)
A．U＝－
B．U＝－
C．U＝2hν－W
D．U＝－
【答案】B
【解析】以从阴极K逸出的且具有最大初动能的光电子为研究对象，由动能定理得：－Ue＝0－mv，由光电效应方程得：nhν＝mv＋W(n＝2，3，4，…)，联立上式解得：U＝－(n＝2，3，4，…)，故B正确．
5．(多选)用绿光照射一个光电管，能产生光电效应．欲使光电子从阴极逸出时最大初动能增大，可以(　　)
A．改用红光照射
B．改用紫光照射
C．改用蓝光照射
D．增加绿光照射时间
【答案】BC
【解析】光电子的最大初动能与照射时间或照射强度无关，而与入射光子的能量有关，入射光子的能量越大，光电子从阴极逸出时最大初动能越大，所以本题中可以改用比绿光光子能量更大的紫光、蓝光照射，以增大光电子从阴极逸出时的最大初动能．
6．(多选)如图所示，电路中所有元件完好，但光照射到光电管上，灵敏电流计中没有电流通过，其原因可能是(　　)
A．入射光太弱
B．入射光波长太长
C．光照时间短
D．电源正、负极接反
【答案】BD
【解析】入射光波长太长，入射光的频率低于截止频率时，不能发生光电效应，故B正确；电路中电源反接，对光电管加了反向电压，若该电压超过了遏止电压，也没有光电流产生，故D正确．
【拔高】
1．(多选)对光的认识，下列说法正确的是(　　)
A．个别光子的行为表现出粒子性，大量光子的行为表现出波动性
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，就不再具有波动性了
D．光的波粒二象性应理解为：在某种情况下光的波动性表现得明显，在另外的某种情况下，光的粒子性表现得明显
【答案】ABD
【解析】光是一种概率波，少量光子的行为易显示出粒子性，而大量光子的行为往往显示出波动性，A正确；光的波动性不是由于光子之间的相互作用引起的，而是光的一种属性，这已被弱光照射双缝后在胶片上的感光实验所证实，B正确；粒子性和波动性是光同时具备的两种属性，C错误，D正确．
2．(多选)用极微弱的可见光做双缝干涉实验，随着时间的增加，在照相底片上先后出现如图甲、乙、丙所示的图象，则(　　)
A．图象甲表明光具有粒子性
B．图象乙表明光具有波动性
C．用紫外线观察不到类似的图象
D．实验表明光是一种概率波
【答案】ABD
【解析
图象甲曝光时间短，通过光子数很少，呈现粒子性．图象乙曝光时间长，通过了大量光子，呈现波动性，故A、B正确；同时也表明光是一种概率波，故D正确；紫外线本质和可见光本质相同，也可以发生上述现象，可以用感光胶片观察到，故C错误．
3．(多选)如图甲所示，合上开关，用光子能量为2.5
eV的一束光照射阴极K，发现电流表读数不为零．调节滑动变阻器，发现当电压表读数小于0.60
V时，电流表读数仍不为零，当电压表读数大于或等于0.60
V时，电流表读数为零．把电路改为图乙，当电压表读数为2
V时，则(　　)
A．逸出功为1.9
eV
B．逸出功为1.7
eV
C．电子到达阳极时的最大动能为2.6
eV
D．电子到达阳极时的最大动能为4.5
eV
【答案】AC
【解析】光子能量hν＝2.5
eV的光照射阴极，电流表读数不为零，则能发生光电效应，当电压表读数大于或等于0.6
V时，电流表读数为零，则电子不能到达阳极，由动能定理eU＝mv知，最大初动能Ekm＝eU＝0.6
eV，由光电效应方程hν＝Ekm＋W0知W0＝1.9
eV，对图乙，当电压表读数为2
V时，电子到达阳极的最大动能E′km＝Ekm＋eU′＝0.6
eV＋2
eV＝2.6
eV.故A、C正确．
4．(多选)如图所示，这是一个研究光电效应的电路图，下列叙述中正确的是(　　)
A．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U0的数值
B．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
C．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
D．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
【答案】AC
【解析】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eU＝mv，那么电压表示数为遏止电压U0的数值，A正确；当其他条件不变，P向右滑动，加在光电管两端的电压增加，光电子运动更快，由I＝得电流表读数变大，若电流达到饱和电流，则电流表示数不会增大，B错误；只增大入射光束强度时，单位时间内光电子数变多，电流表示数变大，C正确；因为光电效应的发生是瞬间的，阴极K不需要预热，D错误．
5．如图所示，有一束单色光入射到极限频率为ν0的金属板K上，具有最大初动能的某出射电子，沿垂直于平行板电容器极板的方向，从左侧极板上的小孔入射到两极板间的匀强电场后，到达右侧极板时速度刚好为零．已知电容器的电容为C，带电量为Q，极板间距为d，普朗克常量为h，电子电荷量的绝对值为e，不计电子的重力．关于电容器右侧极板的带电情况和入射光的频率ν，以下判断正确的是(　　)
A．带正电，ν0＋
B．带正电，ν0＋
C．带负电，ν0＋
D．带负电，ν0＋
【答案】C
【解析】以最大初动能入射至电容器的电子经板间电场到达右侧极板速度刚好为0，说明电场力做负功，电场强度方向向右，右侧极板所带电荷为负电荷，且－eU＝0－Ek0，其中由电容器电压与电荷量的关系知U＝，由最大初动能与单色光入射频率的关系知Ek0＝hν－hν0；代入化简可得ν＝ν0＋.
6．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，实验测得流过表的电流I与AK之间电势差UAK满足如图乙所示规律，取h＝6.63×10－34
J·s.结合图象，求：(结果均保留两位有效数字)
(1)每秒钟阴极发射的光电子数和光电子飞出阴极K时的最大动能．
(2)该阴极材料的极限波长．
【答案】(1)4.0×1012个　9.6×10－20J　(2)6.6×10－7
m
【解析】(1)光电流达到饱和时，阴极发射的光电子全部到达阳极A，阴极每秒钟发射的光电子的个数
n＝＝＝4.0×1012个
光电子的最大初动能为Ekm＝eUc＝1.6×10－19
C×0.6
V＝9.6×10－20
J
(2)设阴极材料的极限波长为λc，根据爱因斯坦光电效应方程：Ekm＝h－h，代入数据得λc≈6.6×10－7
m
(
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