(浙江專版)2018年高中物理 第十七章 波粒二象性 第1、2節(jié) 能量量子化 光的粒子性學(xué)案 新人教版選修3-5
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1、 第1、2節(jié) 能量量子化__光的粒子性 [目標(biāo)早知道] 浙江選考·學(xué)習(xí)要求 知識(shí)內(nèi)容 考試要求 1.能量量子化 加試b 2.光的粒子性 加試c 3.粒子的波動(dòng)性 加試c 4.概率波 加試b 5.不確定性關(guān)系 加試b 黑體與黑體輻射、能量子 [探新知·基礎(chǔ)練] 1.黑體輻射 (1)熱輻射:一切物體都在輻射電磁波,這種輻射與物體的溫度有關(guān)。 (2)黑體:能夠完全吸收入射的各種波長(zhǎng)的電磁波而不發(fā)生反射的物體。 (3)一般材料物體的輻射規(guī)律:輻射電磁波的情況除與溫度有關(guān)外,還與材料的種類及表面狀況有關(guān)。 (4)黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律:黑體輻射電磁波的
2、強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布只與黑體的溫度有關(guān),如圖所示。 ①隨著溫度的升高,各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都增加; ②隨著溫度的升高,輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較短的方向移動(dòng)。 2.能量子 (1)定義:普朗克認(rèn)為,振動(dòng)著的帶電微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整數(shù)倍,當(dāng)帶電微粒輻射或吸收能量時(shí),也是以這個(gè)最小能量值為單位一份一份地輻射或吸收的,這個(gè)不可再分的最小能量值ε叫做能量子。 (2)能量子大小:ε=hν,其中ν是電磁波的頻率,h稱為普朗克常量。h=6.626×10-34 J·s(一般取h=6.63×10-34 J·s)。 (3)能量的量子化:在微觀世界中能量是量子化的,或者說微觀粒子的能量是分立的。
3、 [辨是非](對(duì)的劃“√”,錯(cuò)的劃“×”) 1.在自然界中能量都是量子化的。(×) 2.黑體是一種理想模型,自然界不存在。(√) [釋疑難·對(duì)點(diǎn)練] 1.對(duì)黑體的理解 (1)黑體實(shí)際上是不存在的,只是一種理想情況,但如果做一個(gè)閉合的空腔,在空腔表面開一個(gè)小孔,小孔就可以模擬一個(gè)黑體,如圖所示。這是因?yàn)閺耐饷嫔鋪淼碾姶挪?,?jīng)小孔射入空腔,要在腔壁上經(jīng)過多次反射,在多次反射過程中,外面射來的電磁波幾乎全部被腔壁吸收,最終不能從空腔射出。 (2)黑體不一定是黑的,只有當(dāng)自身輻射的可見光非常微弱時(shí)看上去才是黑的;有些可看做黑體的物體由于有較強(qiáng)的輻射,看起來還會(huì)很明亮,如煉鋼爐口上的小孔。一
4、些發(fā)光的物體(如太陽、白熾燈燈絲)也被當(dāng)做黑體來處理。 (3)黑體同其他物體一樣也在輻射電磁波,黑體的輻射規(guī)律最為簡(jiǎn)單,黑體輻射強(qiáng)度只與溫度有關(guān)。 (4)一般物體和黑體的熱輻射、反射、吸收的特點(diǎn) 熱輻射不一定需要高溫,任何溫度都能發(fā)生熱輻射,只是溫度低時(shí)輻射弱,溫度高時(shí)輻射強(qiáng)。在一定溫度下,不同物體所輻射的光譜的成分有顯著不同。 熱輻射特點(diǎn) 吸收、反射的特點(diǎn) 一般物體 輻射電磁波的情況與溫度有關(guān),與材料的種類、表面狀況有關(guān) 既吸收又反射,其能力與材料的種類及入射波的波長(zhǎng)等因素有關(guān) 黑體 輻射電磁波的強(qiáng)弱按波長(zhǎng)的分布只與黑體的溫度有關(guān) 完全吸收各種入射電磁波,不反射
5、2.普朗克理論 (1)借助于能量子的假說,普朗克得出了黑體輻射的強(qiáng)度按波長(zhǎng)分布的公式,與實(shí)驗(yàn)符合之好令人擊掌叫絕。 (2)普朗克在1900年把能量子列入物理學(xué),正確地破除了“能量連續(xù)變化”的傳統(tǒng)觀念,成為新物理學(xué)思想的基石之一。 [試身手] 1.氦氖激光器發(fā)射波長(zhǎng)為6 328 ?的單色光,試計(jì)算這種光的一個(gè)光子的能量為多少?若該激光器的發(fā)光功率為18 mW,則每秒發(fā)射多少個(gè)光子? 解析:根據(jù)愛因斯坦光子學(xué)說,光子能量ε=hν, 而λν=c,所以: ε== J≈3.14×10-19 J。 因?yàn)榘l(fā)光功率已知,所以1 s內(nèi)發(fā)射的光子數(shù)為: n== 個(gè)≈5.73×1016個(gè)。 答案
6、:3.14×10-19 J 5.73×1016個(gè) 光電效應(yīng) [探新知·基礎(chǔ)練] 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)射出來的電子。 3.光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律 (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。這表明對(duì)于一定顏色的光,入射光越強(qiáng),單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)越多。 (2)存在著遏止電壓和截止頻率:光電子的最大初動(dòng)能與入射光的頻率有關(guān),而與入射光的強(qiáng)弱無關(guān),當(dāng)入射光的頻率低于截止頻率時(shí)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)幾乎是瞬時(shí)發(fā)生的,從光照射到產(chǎn)生光電流的時(shí)間不超
7、過10-9 s。 4.逸出功 使電子脫離某種金屬所做功的最小值叫做這種金屬的逸出功。 [辨是非](對(duì)的劃“√”,錯(cuò)的劃“×”) 1.光電子就是光子。(×) 2.只要光強(qiáng)度足夠強(qiáng),任何金屬都能發(fā)生光電效應(yīng)。(×) 3.極限頻率越大的金屬材料逸出功越大。(√) [釋疑難·對(duì)點(diǎn)練] 正確理解光電效應(yīng)中的五組概念 1.光子與光電子 光子指光在空間傳播時(shí)的每一份能量,光子不帶電,光電子是金屬表面受到光照射時(shí)發(fā)射出來的電子,其本質(zhì)是電子,光子是光電效應(yīng)的因,光電子是果。 2.光電子的動(dòng)能與光電子的最大初動(dòng)能 光照射到金屬表面時(shí),光子的能量全部被電子吸收,電子吸收了光子的能量,可
8、能向各個(gè)方向運(yùn)動(dòng),需克服原子核和其他原子的阻礙而損失一部分能量,剩余部分為光電子的初動(dòng)能;只有金屬表面的電子直接向外飛出時(shí),只需克服原子核的引力做功,才具有最大初動(dòng)能。光電子的初動(dòng)能小于或等于其最大初動(dòng)能。 3.光子的能量與入射光的強(qiáng)度 光子的能量即每個(gè)光子的能量,其值為ε=hν(ν為光子的頻率),其大小由光的頻率決定。入射光的強(qiáng)度指單位時(shí)間內(nèi)照射到金屬表面單位面積上的總能量,入射光的強(qiáng)度等于單位時(shí)間內(nèi)光子能量與入射光子數(shù)的乘積。 4.光電流與飽和光電流 金屬板飛出的光電子到達(dá)陽極,回路中便產(chǎn)生光電流,隨著所加正向電壓的增大,光電流趨于一個(gè)飽和值,這個(gè)飽和值是飽和光電流,在一定的光照條
9、件下,飽和光電流與所加電壓大小無關(guān)。 5.光的強(qiáng)度與飽和光電流 飽和光電流與入射光強(qiáng)度成正比的規(guī)律是對(duì)頻率相同的光照射金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)而言的,對(duì)于不同頻率的光,由于每個(gè)光子的能量不同,飽和光電流與入射光強(qiáng)度之間沒有簡(jiǎn)單的正比關(guān)系。 [試身手] 2.(多選)光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)的裝置如圖所示,用弧光燈照射鋅板,驗(yàn)電器指針張開一個(gè)角度,則下列說法中正確的是( ) A.用紫外線照射鋅板,驗(yàn)電器指針會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn) B.用綠色光照射鋅板,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 解析:選AD 將鋅板連接驗(yàn)電器,用弧光燈照射鋅板(弧光燈發(fā)出紫外線),驗(yàn)電器指針
10、張開一個(gè)角度,說明鋅板帶了電。進(jìn)一步研究表明鋅板帶正電,這說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來,鋅板中缺少電子,于是帶正電,綠光不一定能使鋅板發(fā)生光電效應(yīng)。只有A、D正確。 愛因斯坦光電效應(yīng)方程 [探新知·基礎(chǔ)練] 1.光子說 光不僅在發(fā)射和吸收時(shí)能量是一份一份的,而且光本身就是由一個(gè)個(gè)不可分割的能量子組成的,這些能量子被稱為光子,頻率為ν的光的能量子為hν。 2.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)
11、能。 [辨是非](對(duì)的劃“√”,錯(cuò)的劃“×”) 1.愛因斯坦提出了光子說:光發(fā)射和吸收時(shí)能量是一份一份的。(√) 2.光電子的最大初動(dòng)能與入射光頻率成正比。(×) 3.極限頻率越大的金屬越容易發(fā)生光電效應(yīng)。(×) [釋疑難·對(duì)點(diǎn)練] 對(duì)光電效應(yīng)方程Ek=hν-W0的理解 (1)式中的Ek是光電子的最大初動(dòng)能,就某個(gè)光電子而言,其離開金屬時(shí)剩余動(dòng)能大小可以是0~Ek范圍內(nèi)的任何數(shù)值。 (2)光電效應(yīng)方程實(shí)質(zhì)上是能量守恒方程: 能量為E=hν的光子被電子所吸收,電子把這些能量的一部分用來克服金屬表面對(duì)它的吸引,另一部分就是電子離開金屬表面時(shí)的動(dòng)能。如果克服吸引力做功最少為W
12、0,則電子離開金屬表面時(shí)動(dòng)能最大為Ek,根據(jù)能量守恒定律可知:Ek=hν-W0。 (3)光電效應(yīng)方程包含了產(chǎn)生光電效應(yīng)的條件: 若發(fā)生光電效應(yīng),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。 (4)Ekm-ν曲線: 如圖所示是光電子最大初動(dòng)能Ekm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。 [試身手] 3.(多選)如圖所示是某金屬在光的照射下,光電子最大初動(dòng)能Ek與入射光頻率ν的關(guān)系圖象,由圖象可知( ) A.該金屬的逸出功等于E
13、B.該金屬的逸出功等于hν0 C.入射光的頻率為ν0時(shí),產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能為E D.入射光的頻率為2ν0時(shí),產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能為2E 解析:選AB 題中圖象反映了光電子的最大初動(dòng)能Ek與入射光頻率ν的關(guān)系,根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek=hν-W0,知當(dāng)入射光的頻率恰為該金屬的截止頻率ν0時(shí),光電子的最大初動(dòng)能Ek=0,此時(shí)有hν0=W0,即該金屬的逸出功等于hν0,選項(xiàng)B正確;根據(jù)圖線的物理意義,有W0=E,故選項(xiàng)A正確,而選項(xiàng)C、D錯(cuò)誤。 康普頓效應(yīng) [探新知·基礎(chǔ)練] 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)生改變的現(xiàn)象。 2.康普頓效應(yīng)
14、 在光的散射中,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。 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 表達(dá)式:p=。 [辨是非](對(duì)的劃“√”,錯(cuò)的劃“×”) 1.康普頓效應(yīng)說明光具有粒子性。(√) 2.康普頓效應(yīng)證明了愛因斯坦的光子說的正確性。(√) [釋疑難·對(duì)點(diǎn)練] 利用光子說解釋康普頓效應(yīng) (1)假定X射線光子與電子發(fā)生彈性碰撞,這種碰撞跟臺(tái)球比賽中的兩球碰撞很相似。按照愛因斯坦的光子說,一個(gè)X射線光子不僅具有能量E=hν,而且還有動(dòng)量。如圖所示。這個(gè)光子與靜止的電子發(fā)生彈性斜碰
15、,光子把部分能量轉(zhuǎn)移給了電子,能量由hν減小為hν′,因此頻率減小,波長(zhǎng)增大。同時(shí),光子還使電子獲得一定的動(dòng)量。這樣就圓滿地解釋了康普頓效應(yīng)。 (2)康普頓效應(yīng)進(jìn)一步揭示了光的粒子性,也再次證明了愛因斯坦光子說的正確性。 [試身手] 4.白天的天空各處都是亮的,是大氣分子對(duì)太陽光散射的結(jié)果。美國物理學(xué)家康普頓由于在這方面的研究而榮獲了1927年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。假設(shè)一個(gè)運(yùn)動(dòng)的光子和一個(gè)靜止的自由電子碰撞以后,電子向某一個(gè)方向運(yùn)動(dòng),光子沿另一方向散射出去,則這個(gè)散射光子跟原來的光子相比( ) A.頻率變大 B.動(dòng)量變大 C.光子能量變大 D.波長(zhǎng)變長(zhǎng) 解析:選D
16、光子與電子碰撞時(shí),遵守動(dòng)量守恒定律和能量守恒定律,自由電子被碰前靜止,被碰后動(dòng)量、能量增加,所以光子的動(dòng)量、能量減小。故選項(xiàng)D正確。 對(duì)光電效應(yīng)的理解 誤區(qū)1:誤認(rèn)為光電效應(yīng)中,只要光強(qiáng)足夠大,就能發(fā)生光電效應(yīng) 產(chǎn)生該誤區(qū)的原因是對(duì)產(chǎn)生光電效應(yīng)的條件認(rèn)識(shí)不清,實(shí)際上能不能發(fā)生光電效應(yīng)由入射光的頻率決定,與入射光的強(qiáng)度無關(guān)。 誤區(qū)2:誤認(rèn)為光電流的強(qiáng)度與入射光的強(qiáng)度一定成正比 出現(xiàn)該誤區(qū)是由于混淆了光電流和飽和光電流。實(shí)際上,光電流未達(dá)到飽和值之前其大小不僅與入射光的強(qiáng)度有關(guān),還與光電管兩極間的電壓有關(guān),只有飽和光電流的強(qiáng)度才與入射光的強(qiáng)度成正比。 誤區(qū)3:誤認(rèn)為入射光越強(qiáng),
17、產(chǎn)生的光電子數(shù)一定越多 這是對(duì)光強(qiáng)的概念理解不全面造成的,實(shí)際上,入射光強(qiáng)度指的是單位時(shí)間內(nèi)入射到金屬單位面積上的光子的總能量,是由入射的光子數(shù)和入射光子的頻率決定的,可用E=nhν 表示,其中n為單位時(shí)間內(nèi)的光子數(shù)。在入射光頻率不變的情況下,光強(qiáng)度與光子數(shù)成正比。換用不同頻率的光,即使光強(qiáng)度相同,光子數(shù)目也不同,因而逸出的光電子數(shù)目也不同。 [典例1] (多選)一束綠光照射某金屬發(fā)生了光電效應(yīng),則下列說法正確的是( ) A.若增加綠光的照射強(qiáng)度,則逸出的光電子數(shù)增加 B.若增加綠光的照射強(qiáng)度,則逸出的光電子的最大初動(dòng)能增加 C.若改用紫光照射,則可能不會(huì)發(fā)生光電效應(yīng) D.若改用
18、紫光照射,則逸出的光電子的最大初動(dòng)能增加 [解析]選AD 光電效應(yīng)的規(guī)律表明:入射光的頻率決定是否發(fā)生光電效應(yīng)以及發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)逸出的光電子的最大初動(dòng)能的大小。當(dāng)入射光的頻率增加后,逸出的光電子的最大初動(dòng)能也增加,又紫光的頻率高于綠光的頻率,增加光的照射強(qiáng)度,會(huì)使單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子數(shù)增加。故正確選項(xiàng)為A、D。 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。 [典例2] 已知金屬銫的逸出功為1.9 eV,在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中,要使銫表面發(fā)出光電子的最大初動(dòng)能為
19、1.0 eV,入射光的波長(zhǎng)應(yīng)為____________ m。 [思路點(diǎn)撥] 在進(jìn)行光電效應(yīng)問題的計(jì)算中,運(yùn)用光電效應(yīng)方程及其變形進(jìn)行分析、計(jì)算,還需注意統(tǒng)一各物理量的單位。 [解析] 由愛因斯坦光電效應(yīng)方程mvm2=hν-W0得,hν=mvm2+W0=1.9 eV+1.0 eV=2.9 eV,又E=hν,c=λν,所以λ== m≈4.3×10-7 m。 [答案] 4.3×10-7 [課堂對(duì)點(diǎn)鞏固] 1.下列敘述錯(cuò)誤的是( ) A.一切物體都在輻射電磁波 B.一般物體輻射電磁波的情況只與溫度有關(guān) C.黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布只與黑體的溫度有關(guān) D.黑體能夠完全吸收
20、入射的各種波長(zhǎng)的電磁波 解析:選B 根據(jù)熱輻射的定義,A正確;根據(jù)熱輻射和黑體輻射的特點(diǎn)知一般物體輻射電磁波的情況除與溫度有關(guān)外,還與材料種類和表面狀況有關(guān),而黑體輻射只與黑體的溫度有關(guān),B錯(cuò)誤,C正確;根據(jù)黑體的定義知,D正確。 2.(多選)以下宏觀概念中,哪些是“量子化”的( ) A.物體的帶電荷量 B.物體的質(zhì)量 C.物體的動(dòng)量 D.學(xué)生的個(gè)數(shù) 解析:選AD 所謂“量子化”應(yīng)該是不連續(xù)的,而是一份一份的,故選A、D。 3.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.從光照到金屬表面發(fā)射出光電子之間的時(shí)間間隔
21、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) 解析:選C 根據(jù)光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律知,從光照到金屬上產(chǎn)生光電效應(yīng)時(shí)間間隔極短,與光強(qiáng)度無關(guān),A錯(cuò)誤;逸出光電子的最大初動(dòng)能與入射光頻率有關(guān),而光電流大小與入射光的強(qiáng)度成正比,故B、D錯(cuò)誤,C正確。 4.(多選)已知能使某金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)的截止頻率為ν0,則( ) A.當(dāng)用頻率為2ν0的單色光照射該金屬時(shí),一定能產(chǎn)生光電子 B.當(dāng)用頻率為2ν0的單色光照射該金屬時(shí),所產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能為hν0 C.當(dāng)照射光的頻率ν大于ν0時(shí),若ν增大,則逸出功增大
22、D.當(dāng)照射光的頻率ν大于ν0時(shí),若ν增大一倍,則光電子的最大初動(dòng)能也增大一倍 解析:選AB 根據(jù)截止頻率跟逸出功的關(guān)系:W0=hν0,光電效應(yīng)方程mvm2=hν-W0,可得A、B正確。 [課堂小結(jié)]- - - - - - - - - - - - - - - [課時(shí)跟蹤檢測(cè)六] 一、單項(xiàng)選擇題 1.關(guān)于對(duì)熱輻射的認(rèn)識(shí),下列說法中正確的是( ) A.熱的物體向外輻射電磁波,冷的物體只吸收電磁波 B.溫度越高,物體輻射的電磁波越強(qiáng) C.輻射強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布情況只與物體的溫度有關(guān),與材料種類及表面狀況無關(guān) D.常溫下我們看到的物體的顏色就是物體輻射電磁波的顏色 解析:選B
23、 一切物體都不停地向外輻射電磁波,且溫度越高,輻射的電磁波越強(qiáng),選項(xiàng)A錯(cuò)誤,選項(xiàng)B正確;選項(xiàng)C描述的是黑體輻射的特性,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;常溫下看到的物體的顏色是反射光的顏色,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。 2.人眼對(duì)綠光最為敏感,正常人的眼睛接收到波長(zhǎng)為 530 nm 的綠光時(shí),只要每秒有6個(gè)綠光的能量子射入瞳孔,眼睛就能察覺。普朗克常量取6.63×10-34 J·s,光速為3.0×108 m/s,則人眼能察覺到綠光時(shí)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 解析:選A 因只要每秒有6個(gè)綠光的能量子射入
24、瞳孔,眼睛就能察覺,所以察覺到綠光所接收的最小功率P=,式中E=6ε,又ε=hν=h,可解得P=6× W≈2.3×10-18 W。A正確。 3.下列利用光子說對(duì)光電效應(yīng)的解釋正確的是( ) A.金屬表面的一個(gè)電子只能吸收一個(gè)光子 B.電子吸收光子后一定能從金屬表面逸出,成為光電子 C.金屬表面的一個(gè)電子吸收若干個(gè)光子,積累了足夠的能量才能從金屬表面逸出 D.無論光子能量大小如何,電子吸收光子并積累能量后,總能逸出成為光電子 解析:選A 根據(jù)光子說,金屬中的一個(gè)電子一次只能吸收一個(gè)光子,只有所吸收的光子頻率大于金屬的截止頻率,電子才能逃離金屬表面,成為光電子,且光子的吸收是瞬時(shí)的,
25、不需時(shí)間的積累,故只有選項(xiàng)A正確。 4.頻率為ν的光照射某金屬時(shí),產(chǎn)生光電子的最大初動(dòng)能為Ekm。改為頻率為2ν的光照射同一金屬,所產(chǎn)生光電子的最大初動(dòng)能為(h為普朗克常量)( ) A.Ekm-h(huán)ν B.2Ekm C.Ekm+hν D.Ekm+2hν 解析:選C 根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程得Ekm=hν-W0,若入射光頻率變?yōu)?ν,則Ekm′=h·2ν-W0=2hν-(hν-Ekm)=hν+Ekm,故選C。 5.在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中,飛飛同學(xué)用同一光電管在不同實(shí)驗(yàn)條件下得到了三條光電流與電壓之間的關(guān)系曲線(甲光、乙光、丙光),如圖所示。則可判斷出( ) A.甲光的頻率大于乙光
26、的頻率 B.乙光的波長(zhǎng)大于丙光的波長(zhǎng) C.乙光對(duì)應(yīng)的截止頻率大于丙光的截止頻率 D.甲光對(duì)應(yīng)的光電子最大初動(dòng)能大于丙光的光電子最大初動(dòng)能 解析:選B 由題圖說明丙光對(duì)應(yīng)的光電子的最大初動(dòng)能最大,即丙光的頻率最高(波長(zhǎng)最小),B項(xiàng)正確,D項(xiàng)錯(cuò)誤;甲光和乙光的頻率相同,A項(xiàng)錯(cuò)誤;由于是同一光電管,所以乙光、丙光對(duì)應(yīng)的截止頻率是一樣的,C項(xiàng)錯(cuò)誤。 二、多項(xiàng)選擇題 6.如圖所示,電路中所有元件完好,但光照射到光電管上,靈敏電流計(jì)中沒有電流通過,其原因可能是( ) A.入射光太弱 B.入射光波長(zhǎng)太長(zhǎng) C.光照時(shí)間短 D.電源正負(fù)極接反 解析:選BD 入射光的頻率低于截止頻率時(shí),不
27、能發(fā)生光電效應(yīng),故選項(xiàng)B正確;電路中電源反接,對(duì)光電管加了反向電壓,若該電壓超過了遏止電壓,也沒有光電流產(chǎn)生,故選項(xiàng)D正確。 7.下列說法中正確的是( ) A.光子射到金屬表面時(shí),可能有電子發(fā)出 B.光子射到金屬表面時(shí),一定有電子發(fā)出 C.電子轟擊金屬表面時(shí),可能有光子發(fā)出 D.電子轟擊金屬表面時(shí),一定沒有光子發(fā)出 解析:選AC 光的頻率需達(dá)到一定值時(shí),照射到金屬表面才會(huì)有電子發(fā)出;如果電子能量不夠大,轟擊金屬表面就不會(huì)有光子發(fā)出。因此,選A、C。 8.如圖所示是用光照射某種金屬時(shí)逸出的光電子的最大初動(dòng)能隨入射光頻率的變化圖線(直線與橫軸的交點(diǎn)坐標(biāo)4.27,與縱軸交點(diǎn)坐標(biāo)0.5
28、)。由圖可知( ) A.該金屬的截止頻率為4.27×1014 Hz B.該金屬的截止頻率為5.5×1014 Hz C.該圖線的斜率表示普朗克常量 D.該金屬的逸出功為0.5 eV 解析:選AC 由光電效應(yīng)方程Ek=hν-W0可知,題圖中橫軸的截距為該金屬的截止頻率,A對(duì),B錯(cuò);圖線的斜率表示普朗克常量h,C對(duì);該金屬的逸出功為當(dāng)ν=0時(shí)W0=-Ek,D錯(cuò)。 9.用同一頻率的光照射到甲、乙兩種不同的金屬上,它們釋放的光電子在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng),它們的軌道半徑之比為R甲∶R乙=3∶1,則下列說法中正確的是( ) A.兩種金屬的逸出功之比為3∶1 B.兩
29、種光電子的速度大小之比為3∶1 C.兩種金屬的逸出功之比為1∶3 D.兩種光電子的動(dòng)量大小之比為3∶1 解析:選BD 光電子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng),由evB=m得R=,動(dòng)量大小和速度大小均和環(huán)繞半徑成正比,選項(xiàng)B、D正確;光電子的最大初動(dòng)能之比為9∶1,由愛因斯坦光電效應(yīng)方程可得:金屬的逸出功W0=hν-mv2,所以兩種金屬的逸出功的比值不確定,選項(xiàng)A、C錯(cuò)誤。 三、非選擇題 10.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________。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________。已知電子的電荷量、真空中的光速和普朗克常量分
30、別為e、c和h。 解析:由金屬的逸出功W0=hν0=h,又eUc=Ek,且Ek=hν-W0,ν=,所以遏止電壓Uc=-。 答案:h?。? 11.用頻率為1.00×1015 Hz的紫外線照射鈉的表面,釋放出來的光電子的最大初動(dòng)能為1.86 eV,求鈉發(fā)生光電效應(yīng)的極限頻率。普朗克常量為6.63×10-34 J·s。 解析:根據(jù)光電效應(yīng)方程hν=Ek+W0 可得鈉的逸出功W0=hν-Ek =6.63×10-34×1.00×1015 J-1.86×1.6×10-19 J ≈3.65×10-19 J。 由W0=hνc可得鈉的極限頻率 νc== Hz≈5.51×1014 Hz。 答案:5.51×1014 Hz 12
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