2017-2018學(xué)年高中物理 第17章 波粒二象性 2 光的粒子性學(xué)案 新人教版選修3-5
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1、 2 光的粒子性 [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(ài)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] 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_(kāi)____________________________________________, 說(shuō)明____________________________________________________________
2、____________. (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_(kāi)_______________________________________________________________________, 說(shuō)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_(kāi)_________________________________________________________
3、______________, 說(shuō)明________________________________________________________________________. 答案 (1)驗(yàn)電器指針偏角張開(kāi) 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)指針偏角明顯減小 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(jiàn)光 (3)觀察不到指針的偏轉(zhuǎn) 可見(jiàn)光不能使鋅板發(fā)生光電效應(yīng) [知識(shí)梳理] 1.光電效應(yīng):照射到金屬表面的光,能使金屬中的電子從表面逸出的現(xiàn)象. 2.光電子:光電效應(yīng)中發(fā)射出來(lái)的電子. 3.光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律
4、 (1)存在著飽和電流:在光的顏色不變的情況下,入射光越強(qiáng),飽和電流越大. (2)存在著遏止電壓和截止頻率:入射光的頻率低于截止頻率時(shí)不能(填“能”或“不能”)發(fā)生光電效應(yīng). (3)光電效應(yīng)具有瞬時(shí)性:光電效應(yīng)中產(chǎn)生電流的時(shí)間不超過(guò)10-9s. 4.逸出功:使電子脫離某種金屬所做功的最小值,用W0表示,不同金屬的逸出功不同. [即學(xué)即用] 判斷下列說(shuō)法的正誤. (1)光電效應(yīng)中“光”指的是可見(jiàn)光.( × ) (2)能否發(fā)生光電效應(yīng),取決于光的強(qiáng)度.( × ) (3)光電子不是光子.( √ ) (4)逸出功的大小與入射光無(wú)關(guān).( √ ) 二、愛(ài)因斯坦的光電效應(yīng)方程 [導(dǎo)學(xué)探
5、究] 用如圖2所示的裝置研究光電效應(yīng)現(xiàn)象.所用光子能量為2.75 eV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1.7 V時(shí),電流表示數(shù)為0. 圖2 (1)光電子的最大初動(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),光電流變大還是變小? (4)當(dāng)入射光的頻率增大時(shí),光電子最大初動(dòng)能如何變化?遏止電壓呢? 答案 (1)1.7 eV 1.7 V (2)W0=hν-Ekm=2.75 eV-1.7 eV=1.05 eV (3)變大 (4)變大 變大 [知識(shí)梳理]
6、 1.光子說(shuō):在空間傳播的光是不連續(xù)的,而是一份一份的,每一份叫做一個(gè)光的能量子,簡(jiǎn)稱(chēng)光子,光子的能量ε=hν.其中h=6.63×10-34 J·s,稱(chēng)為普朗克常量. 2.最大初動(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. 3.遏止電壓與截止頻率 (1)遏止電壓:使光電流減小到零的反向電壓Uc. (2)截止頻率: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截止頻率(又叫極限頻率).不同的金屬對(duì)應(yīng)著不同的極限頻率. 4.光電效應(yīng)方程 (1)表達(dá)式:hν=Ek+W0或Ek=hν-W0. (2)物理意義:金屬中電子吸收一個(gè)光子獲得的能
7、量是hν,這些能量一部分用于克服金屬的逸出功W0,剩下的表現(xiàn)為逸出后電子的最大初動(dòng)能. (3)光電效應(yīng)方程說(shuō)明了產(chǎn)生光電效應(yīng)的條件 若有光電子逸出,則光電子的最大初動(dòng)能必須大于零,即Ek=hν-W0>0,亦即hν>W0,ν>=νc,而νc=恰好是光電效應(yīng)的截止頻率. 5.Ek-ν曲線 如圖3所示是光電子最大初動(dòng)能Ek隨入射光頻率ν的變化曲線.這里,橫軸上的截距是截止頻率(或極限頻率);縱軸上的截距是逸出功的負(fù)值;斜率為普朗克常量. 圖3 [即學(xué)即用] 判斷下列說(shuō)法的正誤. (1)從金屬表面出來(lái)的光電子的最大初動(dòng)能越大,這種金屬的逸出功越?。? × ) (2)光電子的最大初動(dòng)
8、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(wú)關(guān).( √ ) 三、康普頓效應(yīng) [導(dǎo)學(xué)探究] 太陽(yáng)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(yáng)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(yáng)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.光的散射 光在介質(zhì)中與物質(zhì)微粒相互作用,因而傳播方向發(fā)生改變,這種現(xiàn)象叫做光的散
9、射. 2.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,除了與入射波長(zhǎng)λ0相同的成分外,還有波長(zhǎng)大于λ0的成分,這個(gè)現(xiàn)象稱(chēng)為康普頓效應(yīng). 3.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,深入揭示了光的粒子性的一面. 4.光子的動(dòng)量 (1)表達(dá)式:p=. (2)說(shuō)明:在康普頓效應(yīng)中,入射光子與晶體中電子碰撞時(shí),把一部分動(dòng)量轉(zhuǎn)移給電子,光子的動(dòng)量變小.因此,有些光子散射后波長(zhǎng)變大. [即學(xué)即用] 判斷以下說(shuō)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
10、.( × ) (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)象轉(zhuǎn)化為,電現(xiàn)象. 2.光電效應(yīng)中的光包括不可見(jiàn)光和可見(jiàn)光. 3.光電子:光電效應(yīng)中發(fā)射出來(lái)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(wú)關(guān). 5.發(fā)生光電效應(yīng)時(shí),產(chǎn)生的光電子數(shù)與入射光的頻率無(wú)關(guān),與入射光的強(qiáng)度有關(guān). 6.光電效應(yīng)與光的電磁理論的矛盾 按光的電磁理論,應(yīng)有: (1)光越強(qiáng),光電子的初動(dòng)能越大,遏止電壓與光的強(qiáng)弱有關(guān). (2)不存在截止頻率,任何頻率的光都能產(chǎn)生光電效應(yīng). (3)在光很弱時(shí),放出電
11、子的時(shí)間應(yīng)遠(yuǎn)大于10-9 s. 例1 一驗(yàn)電器與鋅板相連(如圖4所示),用一紫外線燈照射鋅板,關(guān)燈后,驗(yàn)電器指針保持一定偏角. 圖4 (1)現(xiàn)用一帶負(fù)電的金屬小球與鋅板接觸,則驗(yàn)電器指針偏角將________(填“增大”“減小”或“不變”). (2)使驗(yàn)電器指針回到零,再用相同強(qiáng)度的鈉燈發(fā)出的黃光照射鋅板,驗(yàn)電器指針無(wú)偏轉(zhuǎn).那么,若改用強(qiáng)度更大的紅外線燈照射鋅板,可觀察到驗(yàn)電器指針________(填“有”或“無(wú)”)偏轉(zhuǎn). 答案 (1)減小 (2)無(wú) 解析 (1)當(dāng)用紫外線燈照射鋅板時(shí),鋅板發(fā)生光電效應(yīng),鋅板放出光電子而帶上正電,此時(shí)與鋅板連在一起的驗(yàn)電器也帶上了正電,故指針發(fā)
12、生了偏轉(zhuǎn).當(dāng)帶負(fù)電的金屬小球與鋅板接觸后,中和了一部分正電荷,從而使驗(yàn)電器的指針偏角減?。?2)使驗(yàn)電器指針回到零,用鈉燈發(fā)出的黃光照射鋅板,驗(yàn)電器指針無(wú)偏轉(zhuǎn),說(shuō)明鈉燈發(fā)出的黃光的頻率小于鋅的極限頻率,而紅外線比黃光的頻率還要低,更不可能使鋅板發(fā)生光電效應(yīng).能否發(fā)生光電效應(yīng)與入射光的強(qiáng)弱無(wú)關(guān). 例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初動(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
13、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(shuō)明單位時(shí)間內(nèi)的入射光子數(shù)目減少;頻率不變,說(shuō)明光子能量不變,逸出的光電子的最大初動(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(shuō)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. 針對(duì)訓(xùn)練1 (多選)如圖5所示,電路中所有元件完好,光照射到光電管上,靈敏電流計(jì)中沒(méi)有電流通過(guò).其原因可能是( ) 圖5 A.入射光太弱 B.入射光波長(zhǎng)太長(zhǎng) C.光照時(shí)間太短 D.電源正、負(fù)極接反 答案 BD 解析 金屬存在截
14、止頻率,超過(guò)截止頻率的光照射金屬時(shí)才會(huì)有光電子射出.射出的光電子的動(dòng)能隨頻率的增大而增大,動(dòng)能小時(shí)不能克服反向電壓,也不會(huì)有光電流.入射光的頻率低于截止頻率,不能產(chǎn)生光電效應(yīng),與光照強(qiáng)弱無(wú)關(guān),選項(xiàng)B正確,A錯(cuò)誤;電路中電源正、負(fù)極接反,對(duì)光電管加了反向電壓,若該電壓超過(guò)了遏止電壓,也沒(méi)有光電流產(chǎn)生,D正確;光電效應(yīng)的產(chǎn)生與光照時(shí)間無(wú)關(guān),C錯(cuò)誤. 二、光電效應(yīng)方程的理解與應(yīng)用 1.光電效應(yīng)方程實(shí)質(zhì)上是能量守恒方程. (1)能量為ε=hν的光子被電子所吸收,電子把這些能量的一部分用來(lái)克服金屬表面對(duì)它的吸引,另一部分就是電子離開(kāi)金屬表面時(shí)的動(dòng)能. (2)如果克服吸引力做功最少為W0,則電子離
15、開(kāi)金屬表面時(shí)動(dòng)能最大為Ek,根據(jù)能量守恒定律可知:Ek=hν-W0. 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)生光電子的最大初動(dòng)能大. 例3 在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中,某金屬的截止頻率相應(yīng)的波長(zhǎng)為λ0,該金屬的逸出功為_(kāi)_____.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_(kāi)_____.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,光電子的最大初動(dòng)能Ek=hν-W0,其中金屬的逸出功W0=hν0,又由c=λν知W
16、0=,用波長(zhǎng)為λ的單色光照射時(shí),其Ek=-=hc.又因?yàn)閑U=Ek,所以遏止電壓U==. 例4 如圖6所示,當(dāng)開(kāi)關(guān)K斷開(kāi)時(shí),用光子能量為2.5 eV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(kāi)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0.6 V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0.6 V時(shí),電流表讀數(shù)為零.由此可知陰極材料的逸出功為( ) 圖6 A.1.9 eV B.0.6 eV C.2.5 eV D.3.1 eV 答案 A 解析 由題意知光電子的最大初動(dòng)能為 Ek=eUc=0.6 eV 所以根據(jù)光電效應(yīng)方程Ek=hν-W0可得 W0=hν-Ek=
17、(2.5-0.6) eV=1.9 eV. 針對(duì)訓(xùn)練2 (多選)一單色光照到某金屬表面時(shí),有光電子從金屬表面逸出,下列說(shuō)法中正確的是( ) A.只增大入射光的頻率,金屬逸出功將減小 B.只延長(zhǎng)入射光照射時(shí)間,光電子的最大初動(dòng)能將不變 C.只增大入射光的頻率,光電子的最大初動(dòng)能將增大 D.只增大入射光的頻率,光電子逸出所經(jīng)歷的時(shí)間將縮短 答案 BC 解析 金屬的逸出功由金屬本身的構(gòu)成決定,與入射光的頻率無(wú)關(guān),選項(xiàng)A錯(cuò)誤;根據(jù)愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程Ek=hν-W0可知,當(dāng)金屬的極限頻率確定時(shí),光電子的最大初動(dòng)能取決于入射光的頻率,與光照強(qiáng)度、照射時(shí)間、光子數(shù)目無(wú)關(guān),選項(xiàng)B、C正確,D錯(cuò)
18、誤. 1.逸出功W0對(duì)應(yīng)著某一截止頻率νc,即W0=hνc,只有入射光的頻率ν≥νc時(shí)才有光電子逸出,即才能發(fā)生光電效應(yīng). 2.對(duì)于某一金屬(νc一定),入射光的頻率決定著能否產(chǎn)生光電效應(yīng)及光電子的最大初動(dòng)能,而與入射光的強(qiáng)度無(wú)關(guān). 3.逸出功和截止頻率均由金屬本身決定,與其他因素?zé)o關(guān). 1.(多選)如圖7所示,用弧光燈照射擦得很亮的鋅板,驗(yàn)電器指針張開(kāi)一個(gè)角度,則下列說(shuō)法中正確的是( ) 圖7 A.用紫外線照射鋅板,驗(yàn)電器指針會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn) B.用紅光照射鋅板,驗(yàn)電器指針會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn) C.鋅板帶的是負(fù)電荷 D.使驗(yàn)電器指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)的是正電荷 答案 AD 解析 將
19、擦得很亮的鋅板與驗(yàn)電器連接,用弧光燈照射鋅板(弧光燈發(fā)出紫外線),驗(yàn)電器指針張開(kāi)一個(gè)角度,說(shuō)明鋅板帶了電,進(jìn)一步研究表明鋅板帶正電.這說(shuō)明在紫外線的照射下,鋅板中有一部分自由電子從表面飛出,鋅板帶正電,選項(xiàng)A、D正確.紅光不能使鋅板發(fā)生光電效應(yīng). 2.(多選)下列對(duì)光子的認(rèn)識(shí),正確的是( ) A.光子說(shuō)中的光子就是牛頓在微粒說(shuō)中所說(shuō)的微粒 B.光子說(shuō)中的光子就是光電效應(yīng)的光電子 C.在空間傳播的光是不連續(xù)的,而是一份一份的,每一份叫做一個(gè)光量子,簡(jiǎn)稱(chēng)光子 D.光子的能量跟光的頻率成正比 答案 CD 解析 根據(jù)光子說(shuō),在空間傳播的光是不連續(xù)的,而是一份一份的,每一份叫做一個(gè)光量子
20、,簡(jiǎn)稱(chēng)光子.而牛頓的“微粒說(shuō)”中的微粒指宏觀世界的微小顆粒.光電效應(yīng)中,金屬內(nèi)的電子吸收光子后克服原子核的庫(kù)侖引力等束縛,逸出金屬表面,成為光電子,故A、B選項(xiàng)錯(cuò)誤,C選項(xiàng)正確;由E=hν知,光子能量E與其頻率ν成正比,故D選項(xiàng)正確. 3.利用光電管研究光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)如圖8所示,用頻率為ν的可見(jiàn)光照射陰極K,電流表中有電流通過(guò),則( ) 圖8 A.用紫外線照射,電流表不一定有電流通過(guò) B.用紅光照射,電流表一定無(wú)電流通過(guò) C.用頻率為ν的可見(jiàn)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(wú)電流通過(guò) D.用頻率為ν的可見(jiàn)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
21、表示數(shù)可能不變 答案 D 解析 因紫外線的頻率比可見(jiàn)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(guò),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(guò),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(yáng)極A吸收光電子的能力增強(qiáng),光電流會(huì)增大,當(dāng)所有光電子都到達(dá)陽(yáng)極A時(shí),電流達(dá)到最大,即飽和電流.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. 4.幾種金屬的逸出功W0見(jiàn)下表: 金屬 鎢 鈣 鈉 鉀 銣 W0(×10-19J) 7.26 5.
22、12 3.66 3.60 3.41 用一束可見(jiàn)光照射上述金屬的表面,請(qǐng)通過(guò)計(jì)算說(shuō)明哪些能發(fā)生光電效應(yīng).已知該可見(jiàn)光的波長(zhǎng)范圍為4.0×10-7~7.6×10-7 m,普朗克常量h=6.63×10-34 J·s. 答案 鈉、鉀、銣能發(fā)生光電效應(yīng) 解析 光子的能量E=,取λ=4.0×10-7 m,則E≈5.0×10-19J,根據(jù)E>W(wǎng)0判斷,鈉、鉀、銣能發(fā)生光電效應(yīng). 一、選擇題(1~8題為單選題,9~10題為多選題) 1.當(dāng)用一束紫外線照射鋅板時(shí),產(chǎn)生了光電效應(yīng),這時(shí)( ) A.鋅板帶負(fù)電 B.有正離子從鋅板逸出 C.有電子從鋅板逸出 D.鋅板會(huì)吸附空氣中的正離
23、子 答案 C 解析 當(dāng)用一束紫外線照射鋅板時(shí),產(chǎn)生了光電效應(yīng),有電子從鋅板逸出,鋅板帶正電,選項(xiàng)C正確,A、B、D錯(cuò)誤. 2.某單色光照射某金屬時(shí)不能產(chǎn)生光電效應(yīng),則下述措施中可能使該金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)的是( ) A.延長(zhǎng)光照時(shí)間 B.增大光的強(qiáng)度 C.換用波長(zhǎng)較短的光照射 D.換用頻率較低的光照射 答案 C 解析 光照射金屬時(shí)能否產(chǎn)生光電效應(yīng),取決于入射光的頻率是否大于等于金屬的極限頻率,與入射光的強(qiáng)度和照射時(shí)間無(wú)關(guān),故選項(xiàng)A、B、D均錯(cuò)誤;又因ν=,所以選項(xiàng)C正確. 3.如圖1所示,在研究光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中,發(fā)現(xiàn)用一定頻率的A單色光照射光電管時(shí),電流表指針會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn),而用
24、另一頻率的B單色光照射光電管時(shí)不發(fā)生光電效應(yīng),則( ) 圖1 A.A光的強(qiáng)度大于B光的強(qiáng)度 B.B光的頻率大于A光的頻率 C.用A光照射光電管時(shí)流過(guò)電流表G的電流方向是由a流向b D.用A光照射光電管時(shí)流過(guò)電流表G的電流方向是由b流向a 答案 C 解析 根據(jù)產(chǎn)生光電效應(yīng)的條件可知選項(xiàng)A、B均錯(cuò)誤;電流的方向與正電荷定向移動(dòng)的方向相同,與負(fù)電荷定向移動(dòng)的方向相反,故選項(xiàng)C正確,D錯(cuò)誤. 4.某金屬的逸出功為2.3 eV,這意味著( ) A.這種金屬內(nèi)部的電子克服原子核引力做2.3 eV的功即可脫離表面 B.這種金屬表層的電子克服原子核引力做2.3 eV的功即可脫離表面
25、 C.要使這種金屬有電子逸出,入射光子的能量可能小于2.3 eV D.這種金屬受到光照時(shí)若有電子逸出,則電子離開(kāi)金屬表面時(shí)的動(dòng)能至少等于2.3 eV 答案 B 解析 逸出功指原子的最外層電子脫離原子核克服引力做的功,選項(xiàng)B正確. 5.如圖2所示是光電效應(yīng)中光電子的最大初動(dòng)能Ek與入射光頻率ν的關(guān)系圖象.從圖中可知( ) 圖2 A.Ek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,Ek僅與ν有關(guān) D.Ek與入射光強(qiáng)度成正比 答案 C 解析 由Ek=hν-W0知C正確,A、B、D錯(cuò)誤. 6.分別用波長(zhǎng)為λ和λ的單色光照射同
26、一金屬板,發(fā)出的光電子的最大初動(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 Ek1=h-W0① Ek2=h-W0② 又Ek2=2Ek1③ 聯(lián)立①②③得W0=,A正確. 7.研究光電效應(yīng)的電路如圖3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(yáng)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)系圖象中,正確的是( ) 圖3 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
27、初動(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. 8.實(shí)驗(yàn)得到金屬鈣的光電子的最大初動(dòng)能Ekm與入射光頻率ν的關(guān)系如圖4所示.下表中列出了幾種金屬的截止頻率和逸出功,參照下表可以確定的是( ) 圖4 金屬 鎢 鈣 鈉 截止頻率ν0/1014Hz 10.95 7.73 5.53 逸出功W0/eV 4.54 3.20 2.29 A.如用金屬鎢做實(shí)驗(yàn)得到的Ekm-ν圖線也是一條直線,其斜率比圖中直線的斜率大 B.如用金屬鈉做實(shí)驗(yàn)得到的Ekm-ν圖線也是一條直線,其斜率比圖中直線的斜率大 C.如用金屬鈉做實(shí)
28、驗(yàn)得到的Ekm-ν圖線也是一條直線,設(shè)其延長(zhǎng)線與縱軸交點(diǎn)的坐標(biāo)為(0,-Ek2),則Ek2<Ek1 D.如用金屬鎢做實(shí)驗(yàn),當(dāng)入射光的頻率ν<ν1時(shí),可能會(huì)有光電子逸出 答案 C 解析 由光電效應(yīng)方程Ekm=hν-W0可知Ekm-ν圖線是直線,且斜率相同,A、B項(xiàng)錯(cuò);由表中所列的截止頻率和逸出功數(shù)據(jù)可知C項(xiàng)正確,D項(xiàng)錯(cuò)誤. 9.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(shuō)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,光電子的最大初動(dòng)能變大 D.保持入射光的
29、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 在發(fā)生光電效應(yīng)時(shí),飽和光電流大小由光照強(qiáng)度來(lái)決定,與頻率無(wú)關(guān),光照強(qiáng)度越大飽和光電流越大,因此A正確,B錯(cuò)誤;根據(jù)Ekm=hν-W0可知,對(duì)于同一光電管,逸出功W0不變,當(dāng)頻率變高時(shí),最大初動(dòng)能Ekm變大,因此C正確;由光電效應(yīng)規(guī)律可知,當(dāng)頻率低于截止頻率時(shí)無(wú)論光照強(qiáng)度多大,都不會(huì)有光電流產(chǎn)生,因此D錯(cuò)誤. 10.圖5為一真空光電管的應(yīng)用電路,其陰極金屬材料的極限頻率為4.5×1014 Hz,則以下判斷正確的是( ) 圖5 A.發(fā)生光電效應(yīng)時(shí),電路中光電流的飽和值取決于入射光的頻率 B.發(fā)生光電效應(yīng)時(shí),電路中
30、光電流的飽和值取決于入射光的強(qiáng)度 C.用λ=0.5 μm的光照射光電管時(shí),電路中有光電流產(chǎn)生 D.光照射時(shí)間越長(zhǎng),電路中的電流越大 答案 BC 解析 在光電管中若發(fā)生了光電效應(yīng),單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射光電子的數(shù)目只與入射光的強(qiáng)度有關(guān),光電流的飽和值只與單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射光電子的數(shù)目有關(guān).據(jù)此可判斷A、D錯(cuò)誤,B正確.波長(zhǎng)λ=0.5 μm的光子的頻率ν== Hz=6×1014 Hz>4.5×1014 Hz,可發(fā)生光電效應(yīng),所以C正確. 二、 非選擇題 11.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6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
31、克常量可表示為_(kāi)_______,所用材料的逸出功可表示為_(kāi)_______. 圖6 答案 ek?。璭b 解析 光電效應(yīng)中,入射光子能量hν,克服逸出功W0后多余的能量轉(zhuǎn)換為電子動(dòng)能,eUc=hν-W0,整理得Uc=ν-,斜率即=k,所以普朗克常量h=ek,縱截距為b,即eb=-W0,所以逸出功W0=-eb. 12.小明用金屬銣為陰極的光電管觀測(cè)光電效應(yīng)現(xiàn)象,實(shí)驗(yàn)裝置示意圖如圖7甲所示.已知普朗克常量h=6.63×10-34 J·s. 圖7 (1)圖甲中電極A為光電管的____________(選填“陰極”或“陽(yáng)極”); (2)實(shí)驗(yàn)中測(cè)得銣的遏止電壓Uc與入射光頻率ν之間
32、的關(guān)系如圖乙所示,則銣的截止頻率νc=________Hz,逸出功W0=________J; (3)如果實(shí)驗(yàn)中入射光的頻率ν=7.00×1014 Hz,則產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能Ek=________J. 答案 (1)陽(yáng)極 (2)5.15×1014 3.41×10-19 (3)1.23×10-19 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(yáng)極.(2)由題圖可知,銣的截止頻率νc為5.15×1014 Hz,逸出功W0=hνc=6.63×10-34×5.15×1014 J≈3.41×10-19 J.(3)當(dāng)入射光的頻率為ν=7.00×1014 Hz時(shí),由Ek=hν-h(huán)νc得,光電子的最大初動(dòng)能為Ek=6.63×10-34×(7.00-5.15)×1014 J≈1.23×10-19 J. 14
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