备考2024届高考物理一轮复习讲义第十六章近代物理第1讲原子结构和波粒二象性考点2光电效应

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1.光电效应
（1）照射到金属表面的光，能使金属中的[11] 电子 从表面逸出，这个现象称为光电效应，这种电子常称为[12] 光电子 .
（2）产生条件：入射光的频率[13] 大于或等于 金属的截止频率.
2.探究光电效应现象的实验
（1）实验电路
（2）实验原理与方案
电路中的电流表用于检测单位时间到达阳极的光电子数的有无或多少；电压表的示数等于逸出后阴极的光电子在电场中运动过程的电压大小，正向电压（场）能促进光电子到达阳极A，反向电压（场）会阻碍光电子到达阳极A；实验中可以通过改变入射光的强度、频率（光的种类）及光照时间作探究.
（3）光电效应的四个实验规律
①每种金属都有一个截止频率νc，入射光的频率必须[14] 大于或等于 这个截止频率才能产生光电效应.
②光电子的最大初动能与入射光的强度[15] 无关 ，只随入射光[16] 频率 的增大而增大.
③光电效应的发生几乎是瞬时的.
④当入射光的频率大于或等于截止频率时，在光的频率（颜色）不变的情况下，入射光越强，饱和电流越大，逸出的光电子数越[17] 多 ，逸出光电子的数目与入射光的强度成正比，饱和电流的大小与入射光的强度成[18] 正比 .
3.光子说
在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫作一个光子，光子的能量ε＝[19] hν .
4.爱因斯坦光电效应方程
（1）表达式：Ek＝hν－[20] W0 .
（2）物理意义：金属中的电子吸收一个光子获得的能量是hν，这些能量的一部分用来克服金属的逸出功W0，逸出后光电子的最大初动能Ek＝[21] 12mevc2 .
（3）各量的意义：
①ν表示照射光的频率；
②W0为逸出功，指使电子脱离某种金属所做功的最小值；
③Ek为光电子的最大初动能，指发生光电效应时，金属表面上的[22] 电子 吸收光子后克服原子核的引力逸出时，所具有的动能的最大值.
（4）Ek－ν图像如图所示.
用同一束单色光，在同一条件下先后照射锌板和银板，都能产生光电效应.在以上两次实验中，对于下列四个物理量，哪些是一定相同的？哪些是可能相同的？哪些是一定不同的？
（1）光子的能量；
（2）光电子的逸出功；
（3）光电子的动能；
（4）光电子的最大动能.
答案 一定相同的是（1）；可能相同的是（3）；一定不同的是（2）和（4）.
解析 光子的能量由光的频率决定，同一束单色光频率相同，因此光子的能量也一定相同；光电子的逸出功等于电子脱离某种金属外界对它做功的最小值，不同的金属，逸出功一定不同；根据题意和爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0，可知光电子的最大初动能一定不同，但是光电子的动能可能相同.
如图为密立根研究某金属的遏止电压Uc和入射光频率ν的关系图像，据此分析图像斜率的意义和金属的逸出功.
答案 斜率k＝he 1.6eV
解析 根据光电效应方程Ek＝hν－W0及Ek＝eUc，解得Uc＝hνe－W0e，可知图线的斜率k＝he，则逸出功W0＝hν0＝keν0＝0.51.3×1014×4.2×1014 eV＝1.6 eV.
研透高考 明确方向
命题点1 光电效应规律的理解
3.[多选]用如图所示的光电管研究光电效应的实验中，用某种频率的单色光a照射光电管阴极K，电流计G的指针发生偏转.而用另一频率的单色光b照射光电管阴极K时，电流计G的指针不发生偏转，那么（ AB ）
A.a光的频率一定大于b光的频率
B.只增加a光的强度可使通过电流计G的电流增大
C.增加b光的强度可能使电流计G的指针发生偏转
D.用a光照射光电管阴极K时通过电流计G的电流方向是由d到c
解析 由于用单色光a照射光电管阴极K，电流计G的指针发生偏转，说明发生了光电效应，而用另一频率的单色光b照射光电管阴极K时，电流计G的指针不发生偏转，说明b光不能使光电管发生光电效应，即a光的频率一定大于b光的频率；增加a光的强度可使单位时间内逸出光电子的数量增加，则通过电流计G的电流增大；因为b光不能使光电管发生光电效应，所以即使增加b光的强度也不可能使电流计G的指针发生偏转；用a光照射光电管阴极K时通过电流计G的电子运动的方向是由d到c，所以电流方向是由c到d.A、B正确.
命题拓展
命题情境不变，设问拓展
题干不变，下列说法正确的是（ C ）
A.a光的波长一定大于b光的波长
B.用不同的光照射同一光电管，光电管金属板的逸出功不同
C.若入射光频率大于a光频率，则一定发生光电效应
解析 因为a光的频率大于b光的频率，所以a光的波长小于b光的波长，A错误；金属板的逸出功是由金属板本身决定的，用不同的光照射同一光电管，光电管金属板的逸出功不变，B错误；a光照射光电管阴极K发生光电效应，根据光电效应发生的条件，若入射光频率大于a光频率，则一定能发生光电效应，C正确.
方法点拨
光电效应的研究思路
命题点2 光电效应规律的研究
4.[多选]利用光电管研究光电效应的实验电路图如图所示，用频率为ν的可见光照射阴极K，电流表中有电流通过，则（ BD ）
A.改用紫外线照射阴极K，电流表中没有电流通过
B.只增加该可见光的强度，电流表中通过的电流将变大
C.若将滑动变阻器的滑片滑到A端，电流表中一定无电流通过
D.若将滑动变阻器的滑片向B端滑动，电流表示数可能不变
解析 由题意知，该可见光的频率大于或等于阴极材料的截止频率，紫外线的频率大于可见光的频率，故用紫外线照射阴极K，也一定能发生光电效应，电流表中有电流通过，A错误；只增加可见光的强度，单位时间内逸出金属表面的光电子数增多，电流表中通过的电流将变大，B正确；将滑动变阻器的滑片滑到A端，光电管两端的电压为零，但光电子有初动能，故电流表中仍可能有电流通过，C错误；将滑动变阻器的滑片向B端滑动时，若电流已达到饱和光电流，则电流表示数可能不变，D正确.
命题点3 光电效应规律的图像
5.[多选]图甲为某实验小组探究光电效应规律的实验装置，分别使用a、b、c三束单色光在同一光电管中实验，得到光电流与对应电压之间的关系图像如图乙所示，下列说法正确的是（ BD ）
A.a光频率最大，c光频率最小
B.a光与c光为同种色光，但a光强度大
C.a光波长小于b光波长
D.a光与c光照射同一金属，逸出光电子的最大初动能相等
解析 由题图乙可知a、c的遏止电压相同，小于b的遏止电压，由Uc·e＝Ek＝hν－W0可知，νa＝νc＜νb，所以λa＝λc＞λb，故A、C错误；由νa＝νc知a光与c光为同种色光，但a光比c光饱和光电流大，所以a光强度大，故B正确；a、c光照射同一金属，逸出光电子的最大初动能相等，故D正确.
命题点4 爱因斯坦光电效应方程的应用
6.[2022河北]如图是密立根于1916年发表的钠金属光电效应的遏止电压Uc与入射光频率ν的实验曲线，该实验直接证明了爱因斯坦光电效应方程，并且第一次利用光电效应实验测定了普朗克常量h.由图像可知（ A ）
A.钠的逸出功为hν1
B.钠的截止频率为8.5×1014Hz
C.图中直线的斜率为普朗克常量h
D.遏止电压Uc与入射光频率ν成正比
解析 结合图像可知钠的逸出功W0＝hν1，A项正确；由图像可知钠的截止频率约为5.5×1014Hz，B项错；由爱因斯坦光电效应方程有Ek＝hν－W0，光电子最大初动能Ek＝eUc，解得Uc＝heν－W0e，故图像的斜率为he，C、D项错.
一题多解
方法点拨
图像名称
最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图线
遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图线
频率相同、强度不同的光，光电流与电压的关系
频率不同、强度相同的光，光电流与电压的关系
图线形状
读取信息
①截止频率：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.
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.
①遏止电压Uc：横轴截距.
②饱和光电流Im1、Im2：电流的最大值.
③最大初动能：
Ek＝eUc.
①遏止电
压Uc1、Uc2.
②饱和光电流.
③最大初动能
Ek1＝eUc1，Ek2＝eUc2.