还剩11页未读，
继续阅读
所属成套资源：人教版高中物理新教材同步讲义选修第三册 （含解析）
成套系列资料，整套一键下载
高中物理人教版 (2019)选择性必修 第三册2 光电效应优秀第1课时随堂练习题
展开
这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第三册2 光电效应优秀第1课时随堂练习题，共10页。
[学习目标] 1.知道光电效应现象，了解光电效应的实验规律.2.知道光电效应与电磁理论的矛盾.3.理解爱因斯坦光子说及对光电效应的解释，会用光电效应方程解决一些简单问题．
一、光电效应的实验规律
1．光电效应：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．
2．光电子：光电效应中发射出来的电子．
3．光电效应的实验规律
(1)存在截止频率：当入射光的频率低于截止频率时不(填“能”或“不”)发生光电效应．
(2)存在饱和电流：在光的频率不变的情况下，入射光越强，饱和电流越大．
(3)存在遏止电压：使光电流减小到0的反向电压Uc，且满足eq \f(1,2)mevc2＝eUc.
(4)光电效应具有瞬时性：光电效应几乎是瞬时发生的．
二、光电效应经典解释中的疑难
1．逸出功：使电子脱离某种金属，外界对它做功的最小值，用W0表示．不同种类的金属，其逸出功的大小不相同(填“相同”或“不相同”)．
2．光电效应经典解释
(1)不应存在截止频率．
(2)遏止电压Uc应该与光的强弱有关．
(3)电子获得逸出表面所需的能量需要的时间远远大于实验中产生光电流的时间．
三、爱因斯坦的光电效应理论
1．光子：光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，频率为ν的光的能量子为hν，其中h为普朗克常量．这些能量子后来称为光子．
2．爱因斯坦光电效应方程
(1)表达式：hν＝Ek＋W0或Ek＝hν－W0.
(2)物理意义：金属中电子吸收一个光子获得的能量是hν，在这些能量中，一部分大小为W0的能量被电子用来脱离金属，剩下的是逸出后电子的初动能．
(3)Uc与ν、W0的关系
①表达式：Uc＝eq \f(h,e)ν－eq \f(W0,e).
②图像：Uc－ν图像是一条斜率为eq \f(h,e)的直线．
1．判断下列说法的正误．
(1)任何频率的光照射到金属表面都可以发生光电效应．( × )
(2)光照射金属表面是否发生光电效应与入射光的强弱有关．( × )
(3)“光子”就是“光电子”的简称．( × )
(4)逸出功的大小与入射光无关．( √ )
(5)光电子的最大初动能与入射光的频率成正比．( × )
2．某金属的逸出功为W0，则这种金属的截止频率νc＝ ，用波长为λ的光照射该金属的表面，光电子的最大初动能Ek＝ .(已知普朗克常量为h，光速为c)
答案 eq \f(W0,h) heq \f(c,λ)－W0
一、光电效应的实验规律 经典解释中的疑难
导学探究
如图是研究光电效应的电路图．
(1)闭合开关后，当电压表的示数为0时，电流表的示数不是0，说明了什么？
(2)闭合开关，将滑动变阻器的滑片向右移动，会观察到什么现象？说明了什么？
(3)若将电源的正负极对调，闭合开关，滑动变阻器的滑片向右移动时，又会观察到什么现象？说明了什么？
(4)对于现象(3)，同一频率的入射光强弱不同时，观察到什么现象？用不同频率的光做实验，观察到什么现象？
答案 (1)说明发生了光电效应现象．
(2)电压表、电流表的示数均增大，当电流增大到一定值后，滑动变阻器的滑片再向右移动，电流也不再增大．说明存在饱和电流．
(3)电压表示数增大，电流表示数减小，最后电流表的示数可能减小到0.说明存在遏止电压．
(4)同一频率的光遏止电压相同；不同频率的光，遏止电压不同．
知识深化
1．光电效应的实验规律
(1)任何一种金属都有一个截止频率，入射光的频率必须大于或等于这个截止频率才能发生光电效应，低于这个截止频率则不能发生光电效应．
(2)发生光电效应时，光电子的最大初动能与入射光的强度无关，随入射光频率的增大而增大．
(3)大于截止频率的光照射金属时，光电流(反映单位时间内发射出的光电子数的多少)与入射光强度成正比．
(4)光电效应的发生几乎是瞬时的，产生电流的时间不超过10－9 s.
2．光电效应实验相关概念的理解
(1)光电子：光电效应中发射出来的电子，其本质还是电子．
(2)饱和电流
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，这个饱和值是饱和电流，在一定条件下，饱和电流与所加电压大小无关，只与入射光的强度有关．入射光越强，饱和电流越大．即：入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多．
(3)遏止电压、截止频率与逸出功
①遏止电压：使光电流减小到零的反向电压，用符号Uc表示．
计算方法：－eUc＝0－Ek
遏止电压与入射光的频率有关．入射光的频率不变，遏止电压不变，入射光的频率改变，遏止电压改变．这表明对于同一种金属光电子的能量只与入射光的频率有关．
②截止频率：能使某种金属发生光电效应的入射光的最小频率叫作该种金属的截止频率(又叫极限频率)．不同的金属对应着不同的截止频率．
③逸出功：电子从金属中挣脱出来，要克服金属表面层的一种力做功，电子脱离某种金属所需做功的最小值叫作这种金属的逸出功．不同金属的逸出功不同．
3．光电效应与经典电磁理论的矛盾
按光的电磁理论，应有：
(1)不存在截止频率，任何频率的光都能使金属产生光电效应．
(2)光越强，光电子的初动能越大，遏止电压与光的强弱有关．
(3)在光很弱时，放出光电子的时间应远大于10－9 s.
显然这三条与光电效应的实验规律相矛盾．
例1 (2022·洛阳市月考)如图所示，在演示光电效应的实验中，某同学分别用a、b两种单色光照射锌板．发现用a光照射时与锌板连接的验电器的指针张开一定角度；用b光照射时与锌板连接的验电器的指针不动．下列说法正确的是( )
A．增大b光的照射强度，验电器的指针有可能张开一定角度
B．增大a光的照射强度，光电子的最大初动能增加
C．a光的频率大于b光的频率
D．若用b光照射另一种金属能发生光电效应，则用a光照射该金属时可能不会发生光电效应
答案 C
解析 入射光频率低于截止频率时无法产生光电效应，增大b光的照射强度，仍不会发生光电效应；增大a光的照射强度，光电子的最大初动能保持不变，故A、B错误；根据a光照射锌板能够发生光电效应可知，a光的频率大于锌板的极限频率，根据b光照射锌板不能发生光电效应可知，b光的频率小于锌板的极限频率，则a光的频率大于b光的频率，故C正确；根据光电效应实验规律可知，若用b光照射另一种金属能发生光电效应，则用a光照射该金属时一定能发生光电效应，故D错误．
例2 用如图所示的装置研究光电效应现象，当用某种频率的光照射到光电管上时，电流表的读数为I.则( )
A．将开关S断开，也会有电流通过电流表
B．将滑动变阻器的触点c向a移动，光电子到达阳极时的速度必将变小
C．如果减小入射光的光强，光电管中可能不会有光电子产生
D．如果将电池极性反转，光电管中可能不会有光电子产生
答案 A
解析 开关S断开，由于仍能发生光电效应，光电子仍能到达阳极，故也会有电流通过电流表，故A正确；将滑动变阻器的触点c向a移动，所加正向电压增大，则光电子到达阳极时的速度必将变大，故B错误；只要光的频率不变，就能发生光电效应，即光电管中有光电子产生，故C错误；将电池极性反转，光电管中仍然有光电子产生，只是电流表读数可能为零，故D错误．
二、爱因斯坦的光电效应理论
1．光子说：光子说的提出说明了光是由光子组成的．光子的能量ε＝hν，决定于光的频率．光的强度与光子的数目有关，在频率一定的情况下，光越强，单位时间内单位面积上的光子数越多．
2．光电效应方程：Ek＝hν－W0
(1)式中的Ek是光电子的最大初动能，就某个光电子而言，其离开金属时剩余动能大小可以是0～Ek范围内的任何数值．
(2)光电效应方程实质上是能量守恒方程．
①能量为ε＝hν的光子被电子吸收，电子把这些能量的一部分用来克服金属表面对它的吸引，另一部分就是电子离开金属表面时的初动能．
②如果克服吸引力做功最少为W0，则电子离开金属表面时动能最大为Ek，根据能量守恒定律可知：Ek＝hν－W0.
3．光子说对光电效应的解释
(1)饱和电流与光照强度的关系：同种频率的光，光照强度越大，包含的光子数越多，照射金属时产生的光电子越多，因而饱和电流越大．
(2)存在截止频率和遏止电压：
①由爱因斯坦光电效应方程知，光电子的最大初动能与入射光频率有关，与光照强度无关，所以遏止电压由入射光频率决定，与光照强度无关．
②若发生光电效应，则光电子的最大初动能必大于零，即Ek＝hν－W0>0，亦即hν>W0，ν>eq \f(W0,h)＝νc，而νc＝eq \f(W0,h)恰好是光电效应的截止频率．
例3 (2022·江苏响水中学高二期中)用如图所示的装置研究光电效应现象，当用光子能量为3.6 eV的光照射到光电管上时，电流表G有读数．移动滑动变阻器的触点c，当电压表的示数大于或等于0.9 V时，电流表读数为0，则以下说法正确的是( )
A．光电子的初动能可能为0.8 eV
B．光电管阴极的逸出功为0.9 eV
C．开关S断开后，电流表G示数为0
D．改用能量为2 eV的光子照射，电流表G有电流，但电流较小
答案 A
解析 当电压表的示数大于或等于0.9 V时，电流表的示数为0，可知遏止电压为0.9 V，根据eUc＝Ekm，则光电子的最大初动能为0.9 eV，则光电子的初动能可能为0.8 eV，A正确；根据光电效应方程Ekm＝hν－W0，则逸出功为W0＝hν－Ekm＝3.6 eV－0.9 eV＝2.7 eV，B错误；光电管接的是反向电压，当开关断开后，光电管两端的电压为0，逸出的光电子能够到达另一端，则仍然有电流流过电流表G，C错误；改用能量为2 eV的光子照射，因光子能量小于逸出功，则不会发生光电效应，D错误．
针对训练 (多选)在光电效应实验中，分别用频率为νa、νb的单色光a、b分别照射到同种金属上，测得相应的遏止电压分别为Ua和Ub、光电子的最大初动能分别为Eka和Ekb.h为普朗克常量．下列说法正确的是( )
A．若νa＞νb，则一定有Ua＜Ub
B．若νa＞νb，则一定有Eka＞Ekb
C．若Ua＜Ub，则一定有Eka＜Ekb
D．若νa＞νb，则一定有hνa－Eka＞hνb－Ekb
答案 BC
解析 由爱因斯坦光电效应方程得，Ek＝hν－W0，由动能定理得，Ek＝eU，用a、b单色光分别照射同种金属时，逸出功W0相同．当νa＞νb时，一定有Eka＞Ekb，Ua＞Ub，故选项A错误，B正确；若Ua＜Ub，则一定有Eka＜Ekb，故选项C正确；因逸出功相同，有W0＝hνa－Eka＝hνb－Ekb，故选项D错误．
例4 (2021·安徽师大附中期中)A、B两种光子的能量之比为2∶1，它们都能使某种金属发生光电效应，且所产生的光电子的最大初动能分别为EkA、EkB，普朗克常量为h，则下列说法正确的是( )
A．A、B两种光子的频率之比为1∶2
B．所产生光电子的最大初动能之比为2∶1
C．该金属的逸出功W0＝EkA－2EkB
D．该金属的截止频率νc＝eq \f(EkA－EkB,h)
答案 C
解析 由ε＝hν 知，光子的能量与频率成正比，则A、B两种光子的频率之比为2∶1，故A错误；EkA＝hνA－W0，EkB＝hνB－W0，解得eq \f(EkA,EkB)＝eq \f(hνA－W0,hνB－W0)≠eq \f(2,1)，W0＝EkA－2EkB，故B错误，C正确；该金属的截止频率为νc＝eq \f(W0,h)＝eq \f(EkA－2EkB,h)，故D错误．
考点一 光电效应现象及实验规律
1.不带电的锌板和验电器用导线相连．若用甲灯照射锌板，验电器的金属箔片不张开；若用乙灯照射锌板，验电器的金属箔片张开，如图所示，则与甲灯相比，乙灯发出的光( )
A．频率更高 B．波长更大
C．光照强度更强 D．速度更大
答案 A
解析 由题意可知，甲灯没有使锌板产生光电效应，但乙灯使锌板发生了光电效应，故乙灯发出的光频率更高，波长更短，光电效应发生与否与光照强度无关，同种介质中光的传播速度相同，故A正确，B、C、D错误．
2．(2021·吉林江城中学高二期中)某单色光照射某金属时不能产生光电效应，则下述措施中，可能使该金属产生光电效应的是( )
A．延长光照时间
B．增大光的强度
C．换用频率更高的光照射
D．换用波长更长的光照射
答案 C
解析 某单色光照射某金属时不能产生光电效应，说明该单色光的频率较低，光子能量较小；通过延长光照时间、增大光的强度，都不能产生光电效应；只有换用频率更高(或者波长更短)的光照射，才有可能使该金属产生光电效应．故选C.
3.(2021·钟楼区校级期中)如图所示，某种单色光照射到光电管的阴极上时，电流表有示数，则下列说法不正确的是( )
A．入射的单色光的频率大于阴极材料的截止频率
B．增大单色光的强度，电流表的示数将增大
C．滑片P向左移，电流表示数将增大
D．滑片P向左移，电流表示数将减小，甚至为零
答案 C
解析 单色光照射到光电管的阴极上时，电流表有示数，说明发生了光电效应，因此入射的单色光的频率一定大于阴极材料的截止频率，选项A正确；增大单色光的强度，则产生的光电流增大，电流表的示数增大，选项B正确；当滑片P向左移时，K极的电势比A极高，光电管上加的是反向电压，故滑片左移的过程中，电流表示数将减小，甚至为零，故选项C错误，D正确．
4.利用光电管研究光电效应的实验电路如图所示，用频率为ν的可见光照射阴极K，电流表中有电流通过，则( )
A．用紫外线照射，电流表不一定有电流通过
B．用红外线照射，电流表一定无电流通过
C．用频率为ν的可见光照射阴极K，当滑动变阻器的滑动触头P移到A端时，电流表中一定无电流通过
D．用频率为ν的可见光照射阴极K，当滑动变阻器的滑动触头P向B端滑动时，电流表示数可能不变
答案 D
解析 因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，选项A错误；因不知阴极K的截止频率，所以用红外线照射时，也可能发生光电效应，电流表中可能有电流通过，选项B错误；即使UAK＝0，电流表中也会有电流通过，选项C错误；当滑动触头P向B端滑动时，UAK增大，光电流会增大，当所有光电子都能到达阳极A时，光电流达到最大，即达到饱和电流；若在滑动前，光电流已经达到饱和电流，那么即使增大UAK，光电流也不会增大，选项D正确．
考点二 爱因斯坦的光电效应理论
5．在光电效应实验中，用某一频率的光照射光电管阴极，发生了光电效应，下列方法可使光电子的最大初动能变大的是( )
A．仅增大入射光的强度
B．仅延长照射时间
C．仅增大入射光的频率
D．仅增大入射光的波长
答案 C
解析 当发生光电效应时，增大入射光的强度，则入射光的光子数目增大，根据Ek＝hν－W0，光电子的最大初动能不会变大，故A错误；根据光电效应方程Ek＝hν－W0知，仅延长照射时间光电子的最大初动能不会变大，故B错误；
在光电效应中，根据光电效应方程Ek＝hν－W0知，改用频率更大的光照射，光电子的最大初动能变大，故C正确；根据ν＝eq \f(c,λ)，增大入射光的波长，频率变小，光电子的最大初动能变小，故D错误．
6．(多选)(2021·佛山市高二期中)若光电管中的金属材料受到蓝光照射，发生光电效应，光电子定向移动形成光电流，对此现象，下列说法正确的是( )
A．改用紫光照射，光电子的最大初动能变大
B．其他条件不变，增大光照强度，光电流变大
C．被蓝光照射后，金属材料带负电
D．改用紫光照射，遏止电压减小
答案 AB
解析 根据爱因斯坦的光电效应方程Ek＝hν－W0，同种金属材料的W0一定，入射光从蓝光改为紫光，则入射光的频率ν增大，则光电子的最大初动能Ek变大，故A正确；其他条件不变，增大光照强度，即光子数增多，光电效应产生的光电子数增多，则光电流变大，故B正确；被蓝光照射后，金属材料失去电子后带正电，故C错误；光电管加反向电压，达到遏止电压时初动能最大的光电子到达阳极时速度刚好减为零，光电流为零，有
－eUc＝0－Ek，Ek＝hν－W0可得Uc＝eq \f(hν－W0,e)
若改用紫光照射，入射光的频率ν增大，则遏止电压增大，故D错误．
7．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3.0×108 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 设单色光的最低频率为ν0，由光电效应方程知Ek＝hν1－W0,0＝hν0－W0，又知ν1＝eq \f(c,λ)
整理得ν0＝eq \f(c,λ)－eq \f(Ek,h)，解得ν0≈8×1014 Hz.故选B.
8．(2021·江苏常熟中学高二月考)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0.6 V时，电流表读数仍不为零，当电压表读数大于或等于0.6 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，逸出功及电子到达阳极时的最大动能为( )
A．0.6 eV 1.9 eV B．1.7 eV 1.9 eV
C．1.9 eV 2.6 eV D．3.1 eV 4.5 eV
答案 C
解析 题图甲中所加的电压为反向电压，根据题意可知，遏止电压为0.6 V，根据Ek＝eUc知，
光电子的最大初动能Ek＝0.60 eV
根据光电效应方程Ek＝hν－W0
逸出功W0＝hν－Ek＝2.5 eV－0.60 eV＝1.9 eV
题图乙中所加的电压为正向电压，根据动能定理得eU＝Ek′－Ek
解得电子到达阳极的最大动能Ek′＝eU＋Ek＝2 eV＋0.6 eV＝2.6 eV，故选C.
9．(2021·江苏金陵中学高二期中)如图所示，用某一频率的光照射光电管的阴极，阴极材料的逸出功为W，光电子的最大初动能为Ek.将开关S闭合，并从滑动变阻器的最左端缓慢向右移动滑片至滑动变阻器的最右端，发现电流表示数逐渐增大．已知h为普朗克常量，下列说法中正确的是( )
A．A端接的是电源的负极
B．滑片移至滑动变阻器的最右端时，电流表中的电流一定为饱和光电流
C．入射光的频率可能为eq \f(W＋Ek,2h)
D．若将电源极性颠倒，从滑动变阻器的最左端缓慢向右移动滑片，当电流表示数刚好为零时，电压表示数为U＝eq \f(Ek,e)
答案 D
解析 向右移动滑片，电流表示数逐渐增大，说明电子从阴极向左做加速运动，所以极板间电场方向从左向右，与光电子的初速度方向相反，故A端接电源的正极，故A错误；
向右移动滑片到最右端，电流逐渐增大，但不能确定最大的电流是否为饱和光电流，故B错误；
根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W，得ν＝eq \f(Ek＋W,h)，故C错误；
若将电源极性颠倒，光电子在极板间做减速运动，则有Ue＝Ek，解得U＝eq \f(Ek,e)，故D正确．
10．光电管是一种利用光照射产生电流的装置，当入射光照在管中金属板上时，可能形成光电流．表中给出了6次实验的结果．
由表中数据得出的论断中不正确的是( )
A．两组实验采用了不同频率的入射光
B．两组实验所用的金属板材质不同
C．若入射光子的能量为5.0 eV，逸出光电子的最大初动能为1.9 eV
D．若入射光子的能量为5.0 eV，相对光照强度越强，光电流越大
答案 B
解析 光子的能量E＝hν，由于入射光子的能量不同，故入射光子的频率不同，A项正确；由爱因斯坦光电效应方程可得hν＝W0＋Ek，可求出两组实验的逸出功均为3.1 eV，故两组实验所用的金属板材质相同，B项错误；由hν＝W0＋Ek，逸出功W0＝3.1 eV可知，若入射光子能量为5.0 eV，则逸出光电子的最大初动能为1.9 eV，C项正确；相对光照强度越强，单位时间内射出的光子数越多，单位时间内逸出的光电子数越多，形成的光电流越大，故D项正确．
11．(2021·扬州市高二期末)在光电效应实验中，某实验小组用同种频率的单色光，先后照射锌和银的表面，都能产生光电效应．对这两个过程，下列四个物理量中，可能相同的是( )
A．饱和光电流 B．遏止电压
C．光电子的最大初动能 D．逸出功
答案 A
解析 饱和光电流与光的强度有关，这个实验可以通过控制光的强度来实现饱和光电流相同，A正确；
不同的金属其逸出功是不同的，根据光电效应方程：Ek＝hν－W0
用同种频率的单色光，光子能量hν相同，光电子的最大初动能Ek不同，C、D错误；
根据遏止电压和最大初动能关系：Uc＝eq \f(Ek,e)
可知光电子的最大初动能不同，遏止电压也不同，B错误．
12.(2021·淮安市高二期末)我国中微子探测实验利用光电管把光信号转换为电信号．如图所示，A和K分别是光电管的阳极和阴极，加在A、K之间的电压为U.现用发光功率为P的激光器发出波长为λ的光全部照射在K上，回路中形成电流，若将电源的正负极对调，回路中电流恰好为0.已知光速为c，普朗克常量为h，电子电荷量为e，电源内阻不计．求：
(1)每秒钟到达K极的光子数量n；
(2)阴极K材料的逸出功W0；
(3)电源正负极不对调时，光电子到达A的最大动能Ekm.
答案 (1)eq \f(Pλ,ch) (2)eq \f(hc,λ)－Ue (3)2Ue
解析 (1)每秒钟到达K极的光子数量为n，则nhν＝Pt，又ν＝eq \f(c,λ)，联立解得n＝eq \f(Pλ,ch)
(2)根据光电效应方程可知hν－W0＝Ek0
得Ek0＝eq \f(hc,λ)－W0＝Ue
解得W0＝eq \f(hc,λ)－Ue
(3)逸出的电子在电场中加速向A运动，根据动能定理得Ue＝Ekm－Ek0
联立解得Ekm＝2Ue.
13．(2021·江苏外国语学校高二期中)如图所示，电源的电动势均为E，内阻不计，光电管的阴极K用极限波长为λ0的材料制成．将开关S拨向1，将波长为λ的光射向阴极，改变光电管A和阴极K之间的电压，可测得光电流的饱和值为Im，已知普朗克常量为h，电子电荷量为e.
(1)求t时间内由K极发射的光电子数N；
(2)当阳极A和阴极K之间的电压为U1时，求电子到达A极时的最大动能Ekm；
(3)将开关S拨向2，为能测出对应的遏止电压，求入射光频率的最大值νm.
答案 (1)eq \f(Imt,e) (2)U1e＋hceq \f(λ0－λ,λλ0) (3)eq \f(Ee,h)＋eq \f(c,λ0)
解析 (1)根据公式Imt＝Ne
解得t时间内由K极发射的光电子数为N＝eq \f(Imt,e)
(2)根据爱因斯坦光电效应方程得
Ek＝hν－hν0＝heq \f(c,λ)－heq \f(c,λ0)
所以当阳极A和阴极K之间的电压为U1时，设电子到达A极时的最大动能为Ekm，U1e＝Ekm－Ek
解得：Ekm＝U1e＋hceq \f(λ0－λ,λλ0)
(3)将开关S拨向2时，遏止电压最大值为E，当遏止电压最大时对应的入射光频率最大，则Ee＝Ek＝heq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(νm－\f(c,λ0)))，解得νm＝eq \f(Ee,h)＋eq \f(c,λ0).
14．某学校科技活动小组设计了一个光电烟雾探测器(如图甲)，当有烟雾进入探测器时(如图乙)，来自光源S的光会被烟雾散射进入光电管C，当光射到光电管中的钠表面时会产生光电流，当光电流大于10－8 A时，便会触发报警系统报警．已知钠的截止频率为6.0×1014 Hz，普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，光速c＝3.0×108 m/s，则下列说法正确的是( )
A．要使该探测器正常工作，光源S发出的光的波长不能小于5×10－7 m
B．若光电管发生光电效应，那么光源的光变强时，并不能改变光电烟雾探测器的灵敏度
C．光电管C中能发生光电效应是因为光发生了全反射现象
D．当报警器报警时，钠表面每秒释放出的光电子最少数目是N＝6.25×1010个
答案 D
解析 根据光电效应方程有
Ek＝hν－W0＝heq \f(c,λ)－hνc
则光源S发出的光波最大波长
λmax＝eq \f(c,νc)＝eq \f(3.0×108,6.0×1014) m＝5×10－7 m，
即要使该探测器正常工作，光源S发出的光的波长不能大于5×10－7 m，选项A错误；光源S发出的光能使光电管发生光电效应，那么光源越强，被烟雾散射进入光电管C的光子数越多，越容易探测到烟雾，即光电烟雾探测器灵敏度越高，选项B错误；光电管C中能发生光电效应是因为光被烟雾散射，照射光电管的光束能量大于其逸出功而使其发射出电子，选项C错误；光电流等于10－8 A时，每秒产生的光电子的个数N＝eq \f(It,e)＝eq \f(10－8×1,1.6×10－19)个＝6.25×1010个，选项D正确．组
次
入射光子的
能量/eV
相对光照强度
光电流大小/mA
逸出光电子的最大初动能/eV
第一组
1
2
3
4.0
4．0
4．0
弱
中
强
29
43
60
0.9
0．9
0．9
第二组
4
5
6
6.0
6．0
6．0
弱
中
强
27
40
55
2.9
2．9
2．9
[学习目标] 1.知道光电效应现象，了解光电效应的实验规律.2.知道光电效应与电磁理论的矛盾.3.理解爱因斯坦光子说及对光电效应的解释，会用光电效应方程解决一些简单问题．
一、光电效应的实验规律
1．光电效应：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．
2．光电子：光电效应中发射出来的电子．
3．光电效应的实验规律
(1)存在截止频率：当入射光的频率低于截止频率时不(填“能”或“不”)发生光电效应．
(2)存在饱和电流：在光的频率不变的情况下，入射光越强，饱和电流越大．
(3)存在遏止电压：使光电流减小到0的反向电压Uc，且满足eq \f(1,2)mevc2＝eUc.
(4)光电效应具有瞬时性：光电效应几乎是瞬时发生的．
二、光电效应经典解释中的疑难
1．逸出功：使电子脱离某种金属，外界对它做功的最小值，用W0表示．不同种类的金属，其逸出功的大小不相同(填“相同”或“不相同”)．
2．光电效应经典解释
(1)不应存在截止频率．
(2)遏止电压Uc应该与光的强弱有关．
(3)电子获得逸出表面所需的能量需要的时间远远大于实验中产生光电流的时间．
三、爱因斯坦的光电效应理论
1．光子：光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，频率为ν的光的能量子为hν，其中h为普朗克常量．这些能量子后来称为光子．
2．爱因斯坦光电效应方程
(1)表达式：hν＝Ek＋W0或Ek＝hν－W0.
(2)物理意义：金属中电子吸收一个光子获得的能量是hν，在这些能量中，一部分大小为W0的能量被电子用来脱离金属，剩下的是逸出后电子的初动能．
(3)Uc与ν、W0的关系
①表达式：Uc＝eq \f(h,e)ν－eq \f(W0,e).
②图像：Uc－ν图像是一条斜率为eq \f(h,e)的直线．
1．判断下列说法的正误．
(1)任何频率的光照射到金属表面都可以发生光电效应．( × )
(2)光照射金属表面是否发生光电效应与入射光的强弱有关．( × )
(3)“光子”就是“光电子”的简称．( × )
(4)逸出功的大小与入射光无关．( √ )
(5)光电子的最大初动能与入射光的频率成正比．( × )
2．某金属的逸出功为W0，则这种金属的截止频率νc＝ ，用波长为λ的光照射该金属的表面，光电子的最大初动能Ek＝ .(已知普朗克常量为h，光速为c)
答案 eq \f(W0,h) heq \f(c,λ)－W0
一、光电效应的实验规律 经典解释中的疑难
导学探究
如图是研究光电效应的电路图．
(1)闭合开关后，当电压表的示数为0时，电流表的示数不是0，说明了什么？
(2)闭合开关，将滑动变阻器的滑片向右移动，会观察到什么现象？说明了什么？
(3)若将电源的正负极对调，闭合开关，滑动变阻器的滑片向右移动时，又会观察到什么现象？说明了什么？
(4)对于现象(3)，同一频率的入射光强弱不同时，观察到什么现象？用不同频率的光做实验，观察到什么现象？
答案 (1)说明发生了光电效应现象．
(2)电压表、电流表的示数均增大，当电流增大到一定值后，滑动变阻器的滑片再向右移动，电流也不再增大．说明存在饱和电流．
(3)电压表示数增大，电流表示数减小，最后电流表的示数可能减小到0.说明存在遏止电压．
(4)同一频率的光遏止电压相同；不同频率的光，遏止电压不同．
知识深化
1．光电效应的实验规律
(1)任何一种金属都有一个截止频率，入射光的频率必须大于或等于这个截止频率才能发生光电效应，低于这个截止频率则不能发生光电效应．
(2)发生光电效应时，光电子的最大初动能与入射光的强度无关，随入射光频率的增大而增大．
(3)大于截止频率的光照射金属时，光电流(反映单位时间内发射出的光电子数的多少)与入射光强度成正比．
(4)光电效应的发生几乎是瞬时的，产生电流的时间不超过10－9 s.
2．光电效应实验相关概念的理解
(1)光电子：光电效应中发射出来的电子，其本质还是电子．
(2)饱和电流
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，这个饱和值是饱和电流，在一定条件下，饱和电流与所加电压大小无关，只与入射光的强度有关．入射光越强，饱和电流越大．即：入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多．
(3)遏止电压、截止频率与逸出功
①遏止电压：使光电流减小到零的反向电压，用符号Uc表示．
计算方法：－eUc＝0－Ek
遏止电压与入射光的频率有关．入射光的频率不变，遏止电压不变，入射光的频率改变，遏止电压改变．这表明对于同一种金属光电子的能量只与入射光的频率有关．
②截止频率：能使某种金属发生光电效应的入射光的最小频率叫作该种金属的截止频率(又叫极限频率)．不同的金属对应着不同的截止频率．
③逸出功：电子从金属中挣脱出来，要克服金属表面层的一种力做功，电子脱离某种金属所需做功的最小值叫作这种金属的逸出功．不同金属的逸出功不同．
3．光电效应与经典电磁理论的矛盾
按光的电磁理论，应有：
(1)不存在截止频率，任何频率的光都能使金属产生光电效应．
(2)光越强，光电子的初动能越大，遏止电压与光的强弱有关．
(3)在光很弱时，放出光电子的时间应远大于10－9 s.
显然这三条与光电效应的实验规律相矛盾．
例1 (2022·洛阳市月考)如图所示，在演示光电效应的实验中，某同学分别用a、b两种单色光照射锌板．发现用a光照射时与锌板连接的验电器的指针张开一定角度；用b光照射时与锌板连接的验电器的指针不动．下列说法正确的是( )
A．增大b光的照射强度，验电器的指针有可能张开一定角度
B．增大a光的照射强度，光电子的最大初动能增加
C．a光的频率大于b光的频率
D．若用b光照射另一种金属能发生光电效应，则用a光照射该金属时可能不会发生光电效应
答案 C
解析 入射光频率低于截止频率时无法产生光电效应，增大b光的照射强度，仍不会发生光电效应；增大a光的照射强度，光电子的最大初动能保持不变，故A、B错误；根据a光照射锌板能够发生光电效应可知，a光的频率大于锌板的极限频率，根据b光照射锌板不能发生光电效应可知，b光的频率小于锌板的极限频率，则a光的频率大于b光的频率，故C正确；根据光电效应实验规律可知，若用b光照射另一种金属能发生光电效应，则用a光照射该金属时一定能发生光电效应，故D错误．
例2 用如图所示的装置研究光电效应现象，当用某种频率的光照射到光电管上时，电流表的读数为I.则( )
A．将开关S断开，也会有电流通过电流表
B．将滑动变阻器的触点c向a移动，光电子到达阳极时的速度必将变小
C．如果减小入射光的光强，光电管中可能不会有光电子产生
D．如果将电池极性反转，光电管中可能不会有光电子产生
答案 A
解析 开关S断开，由于仍能发生光电效应，光电子仍能到达阳极，故也会有电流通过电流表，故A正确；将滑动变阻器的触点c向a移动，所加正向电压增大，则光电子到达阳极时的速度必将变大，故B错误；只要光的频率不变，就能发生光电效应，即光电管中有光电子产生，故C错误；将电池极性反转，光电管中仍然有光电子产生，只是电流表读数可能为零，故D错误．
二、爱因斯坦的光电效应理论
1．光子说：光子说的提出说明了光是由光子组成的．光子的能量ε＝hν，决定于光的频率．光的强度与光子的数目有关，在频率一定的情况下，光越强，单位时间内单位面积上的光子数越多．
2．光电效应方程：Ek＝hν－W0
(1)式中的Ek是光电子的最大初动能，就某个光电子而言，其离开金属时剩余动能大小可以是0～Ek范围内的任何数值．
(2)光电效应方程实质上是能量守恒方程．
①能量为ε＝hν的光子被电子吸收，电子把这些能量的一部分用来克服金属表面对它的吸引，另一部分就是电子离开金属表面时的初动能．
②如果克服吸引力做功最少为W0，则电子离开金属表面时动能最大为Ek，根据能量守恒定律可知：Ek＝hν－W0.
3．光子说对光电效应的解释
(1)饱和电流与光照强度的关系：同种频率的光，光照强度越大，包含的光子数越多，照射金属时产生的光电子越多，因而饱和电流越大．
(2)存在截止频率和遏止电压：
①由爱因斯坦光电效应方程知，光电子的最大初动能与入射光频率有关，与光照强度无关，所以遏止电压由入射光频率决定，与光照强度无关．
②若发生光电效应，则光电子的最大初动能必大于零，即Ek＝hν－W0>0，亦即hν>W0，ν>eq \f(W0,h)＝νc，而νc＝eq \f(W0,h)恰好是光电效应的截止频率．
例3 (2022·江苏响水中学高二期中)用如图所示的装置研究光电效应现象，当用光子能量为3.6 eV的光照射到光电管上时，电流表G有读数．移动滑动变阻器的触点c，当电压表的示数大于或等于0.9 V时，电流表读数为0，则以下说法正确的是( )
A．光电子的初动能可能为0.8 eV
B．光电管阴极的逸出功为0.9 eV
C．开关S断开后，电流表G示数为0
D．改用能量为2 eV的光子照射，电流表G有电流，但电流较小
答案 A
解析 当电压表的示数大于或等于0.9 V时，电流表的示数为0，可知遏止电压为0.9 V，根据eUc＝Ekm，则光电子的最大初动能为0.9 eV，则光电子的初动能可能为0.8 eV，A正确；根据光电效应方程Ekm＝hν－W0，则逸出功为W0＝hν－Ekm＝3.6 eV－0.9 eV＝2.7 eV，B错误；光电管接的是反向电压，当开关断开后，光电管两端的电压为0，逸出的光电子能够到达另一端，则仍然有电流流过电流表G，C错误；改用能量为2 eV的光子照射，因光子能量小于逸出功，则不会发生光电效应，D错误．
针对训练 (多选)在光电效应实验中，分别用频率为νa、νb的单色光a、b分别照射到同种金属上，测得相应的遏止电压分别为Ua和Ub、光电子的最大初动能分别为Eka和Ekb.h为普朗克常量．下列说法正确的是( )
A．若νa＞νb，则一定有Ua＜Ub
B．若νa＞νb，则一定有Eka＞Ekb
C．若Ua＜Ub，则一定有Eka＜Ekb
D．若νa＞νb，则一定有hνa－Eka＞hνb－Ekb
答案 BC
解析 由爱因斯坦光电效应方程得，Ek＝hν－W0，由动能定理得，Ek＝eU，用a、b单色光分别照射同种金属时，逸出功W0相同．当νa＞νb时，一定有Eka＞Ekb，Ua＞Ub，故选项A错误，B正确；若Ua＜Ub，则一定有Eka＜Ekb，故选项C正确；因逸出功相同，有W0＝hνa－Eka＝hνb－Ekb，故选项D错误．
例4 (2021·安徽师大附中期中)A、B两种光子的能量之比为2∶1，它们都能使某种金属发生光电效应，且所产生的光电子的最大初动能分别为EkA、EkB，普朗克常量为h，则下列说法正确的是( )
A．A、B两种光子的频率之比为1∶2
B．所产生光电子的最大初动能之比为2∶1
C．该金属的逸出功W0＝EkA－2EkB
D．该金属的截止频率νc＝eq \f(EkA－EkB,h)
答案 C
解析 由ε＝hν 知，光子的能量与频率成正比，则A、B两种光子的频率之比为2∶1，故A错误；EkA＝hνA－W0，EkB＝hνB－W0，解得eq \f(EkA,EkB)＝eq \f(hνA－W0,hνB－W0)≠eq \f(2,1)，W0＝EkA－2EkB，故B错误，C正确；该金属的截止频率为νc＝eq \f(W0,h)＝eq \f(EkA－2EkB,h)，故D错误．
考点一 光电效应现象及实验规律
1.不带电的锌板和验电器用导线相连．若用甲灯照射锌板，验电器的金属箔片不张开；若用乙灯照射锌板，验电器的金属箔片张开，如图所示，则与甲灯相比，乙灯发出的光( )
A．频率更高 B．波长更大
C．光照强度更强 D．速度更大
答案 A
解析 由题意可知，甲灯没有使锌板产生光电效应，但乙灯使锌板发生了光电效应，故乙灯发出的光频率更高，波长更短，光电效应发生与否与光照强度无关，同种介质中光的传播速度相同，故A正确，B、C、D错误．
2．(2021·吉林江城中学高二期中)某单色光照射某金属时不能产生光电效应，则下述措施中，可能使该金属产生光电效应的是( )
A．延长光照时间
B．增大光的强度
C．换用频率更高的光照射
D．换用波长更长的光照射
答案 C
解析 某单色光照射某金属时不能产生光电效应，说明该单色光的频率较低，光子能量较小；通过延长光照时间、增大光的强度，都不能产生光电效应；只有换用频率更高(或者波长更短)的光照射，才有可能使该金属产生光电效应．故选C.
3.(2021·钟楼区校级期中)如图所示，某种单色光照射到光电管的阴极上时，电流表有示数，则下列说法不正确的是( )
A．入射的单色光的频率大于阴极材料的截止频率
B．增大单色光的强度，电流表的示数将增大
C．滑片P向左移，电流表示数将增大
D．滑片P向左移，电流表示数将减小，甚至为零
答案 C
解析 单色光照射到光电管的阴极上时，电流表有示数，说明发生了光电效应，因此入射的单色光的频率一定大于阴极材料的截止频率，选项A正确；增大单色光的强度，则产生的光电流增大，电流表的示数增大，选项B正确；当滑片P向左移时，K极的电势比A极高，光电管上加的是反向电压，故滑片左移的过程中，电流表示数将减小，甚至为零，故选项C错误，D正确．
4.利用光电管研究光电效应的实验电路如图所示，用频率为ν的可见光照射阴极K，电流表中有电流通过，则( )
A．用紫外线照射，电流表不一定有电流通过
B．用红外线照射，电流表一定无电流通过
C．用频率为ν的可见光照射阴极K，当滑动变阻器的滑动触头P移到A端时，电流表中一定无电流通过
D．用频率为ν的可见光照射阴极K，当滑动变阻器的滑动触头P向B端滑动时，电流表示数可能不变
答案 D
解析 因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，选项A错误；因不知阴极K的截止频率，所以用红外线照射时，也可能发生光电效应，电流表中可能有电流通过，选项B错误；即使UAK＝0，电流表中也会有电流通过，选项C错误；当滑动触头P向B端滑动时，UAK增大，光电流会增大，当所有光电子都能到达阳极A时，光电流达到最大，即达到饱和电流；若在滑动前，光电流已经达到饱和电流，那么即使增大UAK，光电流也不会增大，选项D正确．
考点二 爱因斯坦的光电效应理论
5．在光电效应实验中，用某一频率的光照射光电管阴极，发生了光电效应，下列方法可使光电子的最大初动能变大的是( )
A．仅增大入射光的强度
B．仅延长照射时间
C．仅增大入射光的频率
D．仅增大入射光的波长
答案 C
解析 当发生光电效应时，增大入射光的强度，则入射光的光子数目增大，根据Ek＝hν－W0，光电子的最大初动能不会变大，故A错误；根据光电效应方程Ek＝hν－W0知，仅延长照射时间光电子的最大初动能不会变大，故B错误；
在光电效应中，根据光电效应方程Ek＝hν－W0知，改用频率更大的光照射，光电子的最大初动能变大，故C正确；根据ν＝eq \f(c,λ)，增大入射光的波长，频率变小，光电子的最大初动能变小，故D错误．
6．(多选)(2021·佛山市高二期中)若光电管中的金属材料受到蓝光照射，发生光电效应，光电子定向移动形成光电流，对此现象，下列说法正确的是( )
A．改用紫光照射，光电子的最大初动能变大
B．其他条件不变，增大光照强度，光电流变大
C．被蓝光照射后，金属材料带负电
D．改用紫光照射，遏止电压减小
答案 AB
解析 根据爱因斯坦的光电效应方程Ek＝hν－W0，同种金属材料的W0一定，入射光从蓝光改为紫光，则入射光的频率ν增大，则光电子的最大初动能Ek变大，故A正确；其他条件不变，增大光照强度，即光子数增多，光电效应产生的光电子数增多，则光电流变大，故B正确；被蓝光照射后，金属材料失去电子后带正电，故C错误；光电管加反向电压，达到遏止电压时初动能最大的光电子到达阳极时速度刚好减为零，光电流为零，有
－eUc＝0－Ek，Ek＝hν－W0可得Uc＝eq \f(hν－W0,e)
若改用紫光照射，入射光的频率ν增大，则遏止电压增大，故D错误．
7．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3.0×108 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 设单色光的最低频率为ν0，由光电效应方程知Ek＝hν1－W0,0＝hν0－W0，又知ν1＝eq \f(c,λ)
整理得ν0＝eq \f(c,λ)－eq \f(Ek,h)，解得ν0≈8×1014 Hz.故选B.
8．(2021·江苏常熟中学高二月考)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0.6 V时，电流表读数仍不为零，当电压表读数大于或等于0.6 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，逸出功及电子到达阳极时的最大动能为( )
A．0.6 eV 1.9 eV B．1.7 eV 1.9 eV
C．1.9 eV 2.6 eV D．3.1 eV 4.5 eV
答案 C
解析 题图甲中所加的电压为反向电压，根据题意可知，遏止电压为0.6 V，根据Ek＝eUc知，
光电子的最大初动能Ek＝0.60 eV
根据光电效应方程Ek＝hν－W0
逸出功W0＝hν－Ek＝2.5 eV－0.60 eV＝1.9 eV
题图乙中所加的电压为正向电压，根据动能定理得eU＝Ek′－Ek
解得电子到达阳极的最大动能Ek′＝eU＋Ek＝2 eV＋0.6 eV＝2.6 eV，故选C.
9．(2021·江苏金陵中学高二期中)如图所示，用某一频率的光照射光电管的阴极，阴极材料的逸出功为W，光电子的最大初动能为Ek.将开关S闭合，并从滑动变阻器的最左端缓慢向右移动滑片至滑动变阻器的最右端，发现电流表示数逐渐增大．已知h为普朗克常量，下列说法中正确的是( )
A．A端接的是电源的负极
B．滑片移至滑动变阻器的最右端时，电流表中的电流一定为饱和光电流
C．入射光的频率可能为eq \f(W＋Ek,2h)
D．若将电源极性颠倒，从滑动变阻器的最左端缓慢向右移动滑片，当电流表示数刚好为零时，电压表示数为U＝eq \f(Ek,e)
答案 D
解析 向右移动滑片，电流表示数逐渐增大，说明电子从阴极向左做加速运动，所以极板间电场方向从左向右，与光电子的初速度方向相反，故A端接电源的正极，故A错误；
向右移动滑片到最右端，电流逐渐增大，但不能确定最大的电流是否为饱和光电流，故B错误；
根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W，得ν＝eq \f(Ek＋W,h)，故C错误；
若将电源极性颠倒，光电子在极板间做减速运动，则有Ue＝Ek，解得U＝eq \f(Ek,e)，故D正确．
10．光电管是一种利用光照射产生电流的装置，当入射光照在管中金属板上时，可能形成光电流．表中给出了6次实验的结果．
由表中数据得出的论断中不正确的是( )
A．两组实验采用了不同频率的入射光
B．两组实验所用的金属板材质不同
C．若入射光子的能量为5.0 eV，逸出光电子的最大初动能为1.9 eV
D．若入射光子的能量为5.0 eV，相对光照强度越强，光电流越大
答案 B
解析 光子的能量E＝hν，由于入射光子的能量不同，故入射光子的频率不同，A项正确；由爱因斯坦光电效应方程可得hν＝W0＋Ek，可求出两组实验的逸出功均为3.1 eV，故两组实验所用的金属板材质相同，B项错误；由hν＝W0＋Ek，逸出功W0＝3.1 eV可知，若入射光子能量为5.0 eV，则逸出光电子的最大初动能为1.9 eV，C项正确；相对光照强度越强，单位时间内射出的光子数越多，单位时间内逸出的光电子数越多，形成的光电流越大，故D项正确．
11．(2021·扬州市高二期末)在光电效应实验中，某实验小组用同种频率的单色光，先后照射锌和银的表面，都能产生光电效应．对这两个过程，下列四个物理量中，可能相同的是( )
A．饱和光电流 B．遏止电压
C．光电子的最大初动能 D．逸出功
答案 A
解析 饱和光电流与光的强度有关，这个实验可以通过控制光的强度来实现饱和光电流相同，A正确；
不同的金属其逸出功是不同的，根据光电效应方程：Ek＝hν－W0
用同种频率的单色光，光子能量hν相同，光电子的最大初动能Ek不同，C、D错误；
根据遏止电压和最大初动能关系：Uc＝eq \f(Ek,e)
可知光电子的最大初动能不同，遏止电压也不同，B错误．
12.(2021·淮安市高二期末)我国中微子探测实验利用光电管把光信号转换为电信号．如图所示，A和K分别是光电管的阳极和阴极，加在A、K之间的电压为U.现用发光功率为P的激光器发出波长为λ的光全部照射在K上，回路中形成电流，若将电源的正负极对调，回路中电流恰好为0.已知光速为c，普朗克常量为h，电子电荷量为e，电源内阻不计．求：
(1)每秒钟到达K极的光子数量n；
(2)阴极K材料的逸出功W0；
(3)电源正负极不对调时，光电子到达A的最大动能Ekm.
答案 (1)eq \f(Pλ,ch) (2)eq \f(hc,λ)－Ue (3)2Ue
解析 (1)每秒钟到达K极的光子数量为n，则nhν＝Pt，又ν＝eq \f(c,λ)，联立解得n＝eq \f(Pλ,ch)
(2)根据光电效应方程可知hν－W0＝Ek0
得Ek0＝eq \f(hc,λ)－W0＝Ue
解得W0＝eq \f(hc,λ)－Ue
(3)逸出的电子在电场中加速向A运动，根据动能定理得Ue＝Ekm－Ek0
联立解得Ekm＝2Ue.
13．(2021·江苏外国语学校高二期中)如图所示，电源的电动势均为E，内阻不计，光电管的阴极K用极限波长为λ0的材料制成．将开关S拨向1，将波长为λ的光射向阴极，改变光电管A和阴极K之间的电压，可测得光电流的饱和值为Im，已知普朗克常量为h，电子电荷量为e.
(1)求t时间内由K极发射的光电子数N；
(2)当阳极A和阴极K之间的电压为U1时，求电子到达A极时的最大动能Ekm；
(3)将开关S拨向2，为能测出对应的遏止电压，求入射光频率的最大值νm.
答案 (1)eq \f(Imt,e) (2)U1e＋hceq \f(λ0－λ,λλ0) (3)eq \f(Ee,h)＋eq \f(c,λ0)
解析 (1)根据公式Imt＝Ne
解得t时间内由K极发射的光电子数为N＝eq \f(Imt,e)
(2)根据爱因斯坦光电效应方程得
Ek＝hν－hν0＝heq \f(c,λ)－heq \f(c,λ0)
所以当阳极A和阴极K之间的电压为U1时，设电子到达A极时的最大动能为Ekm，U1e＝Ekm－Ek
解得：Ekm＝U1e＋hceq \f(λ0－λ,λλ0)
(3)将开关S拨向2时，遏止电压最大值为E，当遏止电压最大时对应的入射光频率最大，则Ee＝Ek＝heq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(νm－\f(c,λ0)))，解得νm＝eq \f(Ee,h)＋eq \f(c,λ0).
14．某学校科技活动小组设计了一个光电烟雾探测器(如图甲)，当有烟雾进入探测器时(如图乙)，来自光源S的光会被烟雾散射进入光电管C，当光射到光电管中的钠表面时会产生光电流，当光电流大于10－8 A时，便会触发报警系统报警．已知钠的截止频率为6.0×1014 Hz，普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，光速c＝3.0×108 m/s，则下列说法正确的是( )
A．要使该探测器正常工作，光源S发出的光的波长不能小于5×10－7 m
B．若光电管发生光电效应，那么光源的光变强时，并不能改变光电烟雾探测器的灵敏度
C．光电管C中能发生光电效应是因为光发生了全反射现象
D．当报警器报警时，钠表面每秒释放出的光电子最少数目是N＝6.25×1010个
答案 D
解析 根据光电效应方程有
Ek＝hν－W0＝heq \f(c,λ)－hνc
则光源S发出的光波最大波长
λmax＝eq \f(c,νc)＝eq \f(3.0×108,6.0×1014) m＝5×10－7 m，
即要使该探测器正常工作，光源S发出的光的波长不能大于5×10－7 m，选项A错误；光源S发出的光能使光电管发生光电效应，那么光源越强，被烟雾散射进入光电管C的光子数越多，越容易探测到烟雾，即光电烟雾探测器灵敏度越高，选项B错误；光电管C中能发生光电效应是因为光被烟雾散射，照射光电管的光束能量大于其逸出功而使其发射出电子，选项C错误；光电流等于10－8 A时，每秒产生的光电子的个数N＝eq \f(It,e)＝eq \f(10－8×1,1.6×10－19)个＝6.25×1010个，选项D正确．组
次
入射光子的
能量/eV
相对光照强度
光电流大小/mA
逸出光电子的最大初动能/eV
第一组
1
2
3
4.0
4．0
4．0
弱
中
强
29
43
60
0.9
0．9
0．9
第二组
4
5
6
6.0
6．0
6．0
弱
中
强
27
40
55
2.9
2．9
2．9
相关试卷
高中物理人教版 (2019)选择性必修 第三册2 放射性元素的衰变第1课时精练： 这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第三册2 放射性元素的衰变第1课时精练，共10页。
物理选择性必修 第三册2 气体的等温变化第1课时课后测评： 这是一份物理选择性必修 第三册2 气体的等温变化第1课时课后测评，共11页。
人教版 (2019)选择性必修 第三册1 分子动理论的基本内容第1课时测试题： 这是一份人教版 (2019)选择性必修 第三册1 分子动理论的基本内容第1课时测试题，共11页。
