专题突破与题型专练 光电效应的几个典型问题Word文档下载推荐.docx
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(2)存在着遏止电压和截止频率;
(3)光电效应具有瞬时性.
【针对训练1】(2018·
合肥月考)在光电效应的实验结果中,与光的波动理论不矛盾的是( C )
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
光具有波粒二象性,既具有波动性又具有粒子性,光电效应证实了光的粒子性.因为光子的能量是一份一份的,不能积累,所以光电效应具有瞬时性,这与光的波动性矛盾,A项错误;
同理,因为光子的能量不能积累,所以只有当光子的频率大于金属的极限频率时,才会发生光电效应,B项错误;
光强增大时,光子数量增多,所以光电流会增大,这与波动性无关,C项正确;
一个光电子只能吸收一个光子,所以入射光的频率增大,光电子吸收的能量变大,所以最大初动能变大,但波动理论中能量大小与频率无关,而与光强有关,D项错误.
题型二:
光电效应图线的理解和应用
最大初动能与入射光频率的关系
本图像对应的函数式:
Ek=hν-W0,从图像可以看出图线与横轴的交点坐标值等于极限频率,图像是平行的是因为图线的斜率表示普朗克常量h
反向遏止电压与入射光频率的关系
图像是对应函数式:
Uc=
所以从图像可以直接读出金属的极限频率,根据斜率可以算出普朗克常量,根据纵轴截距可以计算出金属的逸出功.
光电流与电压的关系图像
从图像①③可以看出同种光照射同种金属板对应的反向遏止电压相同,而饱和光电流强度随入射光强度增大而增大,从图像①②可以看出对于同种金属入射光的频率越高,反向遏止电压越大
【例2】(2018·
长沙检测)(多选)用如图(甲)所示的装置研究光电效应现象.闭合开关S,用频率为ν的光照射光电管时发生了光电效应.图(乙)是该光电管发生光电效应时光电子的最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图像,图线与横轴的交点坐标为(a,0),与纵轴的交点坐标为(0,-b),下列说法中正确的是( )
A.普朗克常量为h=
B.断开开关S后,电流表G的示数不为零
C.仅增加照射光的强度,光电子的最大初动能将增大
D.保持照射光强度不变,仅提高照射光频率,电流表G的示数保持不变
〚思路探究〛
(1)从Ek
ν图像我们能得到哪些有用的信息?
①斜率为普朗克常量h;
②与横轴的交点为金属的极限频率;
③与纵轴的截距为逸出功.
(2)光电子的最大初动能与光强有关吗?
与入射光的频率成正比吗?
光电子的最大初动能与光强无关,和入射光的频率不成正比,是一次函数关系.
由公式Ek=hν-W0,可知图线的斜率为普朗克常量,即h=
故A正确;
断开开关S后,初动能大的光电子,也可能到达阳极,所以电流表G的示数不为零,故B正确;
只有增大入射光的频率,才能增大光电子的最大初动能,与光的强度无关,故C错误;
保持照射光强度不变,仅提高照射光频率,单个光子的能量增大,而光的强度不变,那么光子数一定减少,发出的光电子数也减少,电流表G的示数要减小,故D错误.
AB
求解光电效应图像问题的思路
求解Ek
ν图像、Uc
ν图像、I
U图像问题,关键掌握图像的斜率和截距的含义.
【针对训练2】(2018·
天津月考)(多选)如表是按照密立根的方法进行光电效应实验时得到的某金属的遏止电压Uc和入射光的频率的几组数据.
Uc/V
0.541
0.637
0.714
0.809
0.878
ν/(×
1014Hz)
5.644
5.888
6.098
6.303
6.501
由以上数据应用Excel描点连线,可得直线方程,如图所示.
则这种金属的截止频率约为( B )
A.3.5×
1014HzB.4.3×
1014Hz
C.5.5×
1014HzD.6.0×
遏止电压为零时,入射光的频率等于截止频率,根据方程Uc=0.3973
-1.7024,当Uc=0解得ν=4.3×
1014Hz,B正确.
题型三:
光电效应实验装置(光电管)的应用
测饱和光电流电路
用光照射光电管,调节滑动变阻器的滑动头,电流表指针示数增大,当调到一定位置后,再调节滑动触头,电流表示数不变,此时的电流表示数即为饱和光电流.用IB表示
测反向遏止电压电路
用光照射光电管,调节滑动变阻器的滑动头,电流表指针示数减小,当调到一定位置后,电流表示数为零,此时的电压表示数即为反向遏止电压,用Uc表示
【例3】(2018·
湖南师大附中)(多选)2009年诺贝尔物理学奖得主威拉德·
博伊尔和乔治·
史密斯的主要成就是发明了电荷耦合器件(CCD)图像传感器.他们的发明利用了爱因斯坦的光电效应原理.如图所示电路可研究光电效应规律.图中标有A和K的为光电管,其中K为阴极,A为阳极.理想电流计可检测通过光电管的电流,理想电压表用来指示光电管两端的电压.现接通电源,用光子能量为10.5eV的光照射阴极K,电流计中有示数,若将滑动变阻器的滑片P缓慢向右滑动,电流计的读数逐渐减小,当滑至某一位置时电流计的读数恰好为零,读出此时电压表的示数为6.0V;
现保持滑片P位置不变,以下判断正确的是( )
A.光电管阴极材料的逸出功为4.5eV
B.若增大入射光的强度,电流计的读数不为零
C.若用光子能量为12eV的光照射阴极K,光电子的最大初动能一定变大
D.若用光子能量为9.5eV的光照射阴极K,同时把滑片P向左移动少许,电流计的读数一定不为零
〚思路探究〛
(1)将滑片P滑至某一位置时电流计的读数恰好为零,说明了什么?
说明此时光电管两极间的电压恰好为遏止电压.
(2)遏止电压与入射光的频率有怎样的关系?
遏止电压随入射光的频率的增加而增大.
由电路图可知图中所加电压为反向减速电压,根据题意可知遏止电压为6V,由Ek=hν-W0=eUc得W0=4.5eV,选项A正确;
当电压达到遏止电压时,所有电子都不能到达A极,无论光强如何变化,电流计示数仍为零,选项B错;
若光子能量增大,根据光电效应方程,光电子的最大初动能一定变大,选项C正确;
若用光子能量为9.5eV的光照射阴极K,则遏止电压为5V,滑片P向左移动少许,电流计的读数仍可能为零,选项D错.
AC
解决光电管问题应注意的问题
(1)用好三个关系式:
①Ek=hν-W0;
②Ek=eUc;
③W0=hνc.
(2)看清光电管两极间接的是正向电压,还是反向电压.
【针对训练3】(2018·
安徽铜陵检测)如图所示是光电管的原理图,已知当有波长为λ0的光照到阴极K上时,电路中有光电流,则( D )
A.若增加电路中电源电压,电路中光电流一定增大
B.若将电源极性反接,电路中一定没有光电流产生
C.若换用波长为λ1(λ1>
λ0)的光照射阴极K时,电路中一定没有光电流
D.若换用波长为λ2(λ2<
λ0)的光照射阴极K时,电路中一定有光电流
光电流的强度与入射光的强度有关,当光越强时,光电子数目会增多,初始时电压增加光电流可能会增加,当达到饱和光电流后,再增大电压,光电流也不会增大了,故A错误;
将电路中电源的极性反接,电子受到电场阻力,到达A极的数目会减小,则电路中电流会减小,甚至没有电流,故B错误;
若换用波长为λ1(λ1>
λ0)的光,其频率有可能大于极限频率,电路中可能有光电流,故C错误;
若换用波长为λ2(λ2<
λ0)的光,则其频率一定大于极限频率,电路中一定有光电流,故D正确.
1.(2018·
河北辛集月考)现用某一光电管进行光电效应实验,当用频率为ν的光照射时,有光电流产生.下列说法正确的是( D )
A.光照时间越长,光电流就越大
B.减小入射光的强度,光电流消失
C.用频率小于ν的光照射,光电效应现象消失
D.用频率为2ν的光照射,光电子的初动能变大
发生光电效应的条件是入射光的频率大于金属的极限频率,根据光电效应方程知,光子频率越大,光电子的最大初动能越大,光强度会影响单位时间内逸出的光电子数目.光电流的大小与入射光的时间无关,入射光的强度越大,饱和光电流越大,故A错误;
发生光电效应时,能否发生光电效应与入射光的强度无关,减小入射光的强度,光电流不能消失,故B错误;
用频率为ν的光照射时,有光电流产生,用频率小于ν的光照射,光电效应现象不一定消失,还要看入射光的频率是否小于极限频率,故C错误;
根据光电效应方程可知,光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大,故D正确.
2.(2018·
吉林二中检测)某种单色光照射到金属表面上发生光电效应,如果入射光的强度减弱,频率不变,那么( C )
A.从光照到金属表面上到逸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将减小
C.单位时间内逸出的光电子数将减少
D.有可能不发生光电效应
若能发生光电效应,发生光电效应的时间与光的强度无关,故A错误;
入射光照射到某金属表面上发生光电效应,若入射光的强度减弱,频率保持不变,则仍然可以发生光电效应,根据光电效应方程Ek=hν-W0知,光电子的最大初动能不变,故B,D错误;
入射光的强度减弱,则入射光的光子的数目减少,单位时间内从金属表面逸出的光电子数将减少,故C正确.
3.(2018·
广东佛山月考)现用某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 )
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小
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
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,因为饱和光电流与入射光的强度成正比,故A正确;
饱和光电流与入射光的频率无关,故B错误;
根据光电效应的规律,光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大,所以入射光的频率变高,光电子的最大初动能变大,故C错误;
如果入射光的频率小于极限频率将不会发生光电效应,不会有光电流产生,故D错误.
4.(2018·
陕西师大附中检测)(多选)如图所示,在验电器上安装一个铜网,使其带电,验电器金属箔张开一定角度.用紫外线照射铜网,验电器金属箔的张角保持不变.再将一块锌板放置在该铜网后面一定距离处,用同一紫外线照射锌板时,发现金属箔张开角度减小.下列相关说法中正确的是( BC )
A.増加紫外线的强度照射铜网,金属箔张角将变大
B.紫外线的频率大于金属锌的截止频率
C.铜网带正电
D.改用紫光照射锌板,验电器的金属箔张角也一定减小
用紫外线照射铜网,验电器金属箔的张角保持不变;
再将一块锌板放置在该铜网后面一定距离处,用同一紫外线照射锌板时,发现金属箔张开角度减小,说明逸出的光电子跑到铜网上,导致其电量减小,当増加紫外线的强度照射铜网,金属箔张角将变更小,由此可知,铜网带正电,故A错误,C正确;
只有紫外线的频率大于金属锌的截止频率,才会发生光电效应,故B正确;
根据光电效应产生条件,当用紫光照射,而紫光频率小于紫外线,因此可能不发生光电效应现象,则验电器金属箔不一定张开,故D错误.
5.(2018·
福建龙岩月考)(多选)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,下列说法正确的是( AB )
A.钙的逸出功大于钾的逸出功
B.钙逸出的电子的最大初动能小于钾逸出的光电子的最大初动能
C.比较它们表面逸出的具有最大初动能的光电子,钾逸出的光电子具有较大的波长
D.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动量
金属的逸出功与截止频率的关系W=hν0,由于钙和钾的截止频率分别为7.73×
1014Hz,钙的截止频率大,所以钙的逸出功大,故A正确;
根据光电效应方程Ek=hν-W0=hν-hν0,钙的截止频率大,所以钙逸出的光电子的最大初动能小于钾逸出的光电子的最大初动能,故B正确;
钙逸出的光电子的最大初动能小于钾逸出的光电子的最大初动能,根据p=
可知钾逸出的光电子具有较大的动量.根据德布罗意波公式λ=
可知钙逸出的光电子具有较大的波长.故C,D错误.
扬州模拟)某金属在光的照射下发生光电效应,光电子的最大初动能Ek与入射光频率ν的关系如图所示,当入射光的频率为3νc时,产生的光电子的最大初动能Ek′为( C )
A.EB.3EC.2ED.无法确定
由光电效应方程Ek=hν-W0,结合图像可知金属的逸出功W0=E,而极限频率为νc,所以hνc-W0=0,
解得h=
;
由光电效应方程Ek′=h×
3νc-W0=2E;
因此C正确,A,B,D错误.
湖北检测)如图(甲)所示是研究光电效应规律的光电管,用波长λ=0.50μm的绿光照射阴极K,实验测得流过G表的电流I与AK之间的电势差UAK满足如图(乙)所示规律,取h=6.63×
10-34J·
s,结合图像.求出每秒钟阴极发射的光电子数和光电子飞出阴极K时的最大初动能分别为( A )
A.4.0×
1012个,0.60eVB.2.0×
1012个,0.60eV
C.4.0×
1010个,0.40eVD.2.0×
1012个,0.40eV
由图可知,最大光电流为0.64μA,则每秒钟阴极发射的光电子数n=
=
=4.0×
1012个;
由图可知,发生光电效应时的截止电压是0.6V,所以光电子的最大初动能Ek=e·
Uc=0.60eV,因此A正确,B,C,D错误.
湖南岳阳检测)(多选)如图(甲)所示,在光电效应实验中,某同学用相同频率的单色光,分别照射阴极材料为锌和铜的两个不同的光电管,结果都能发生光电效应.图(乙)为其中一个光电管的遏止电压Uc随入射光频率ν变化的函数关系图像.对于这两个光电管,下列判断正确的是( ABC )
A.因为材料不同逸出功不同,所以遏止电压Uc不同
B.光电子的最大初动能不同
C.因为光强不确定,所以单位时间逸出的光电子数可能相同,饱和光电流也可能相同
D.两个光电管的Uc
ν图像的斜率可能不同
根据光电效应方程有Ek=hν-W0根据能量守恒定律得eUc=Ek联立得eUc=hν-W0即Uc=
-
可知,入射光的频率相同,逸出功W0不同,则遏止电压Uc也不同,故A正确;
根据光电效应方程Ek=hν-W0得,相同的频率,不同的逸出功,则光电子的最大初动能也不同,故B正确;
虽然光的频率相同,但光强不确定,所以单位时间逸出的光电子数可能相同,而饱和光电流不一定相同,故C正确;
由Uc=
可知,Uc
ν图像的斜率k=
=常数,所以两个光电管的Uc
ν图像的斜率一定相同,故D错误.
厦门检测)(多选)在如图(甲)所示的装置中,K为一个金属板,A为一个金属电极,都密封在真空玻璃管中,单色光可通过玻璃壳照在K上,E为可调直流电源.实验发现,当用某种频率的单色光照射K时,K会发出电子(光电效应),这时,即使A,K间的电压等于零,回路中也有电流,当A的电势低于K时,电流仍不为零,A的电势比K低得越多,电流越小,当A比K的电势低到某一值U0(遏止电压)时,电流消失.当改变照射光的频率ν时,遏止电压U0也将随之改变.如果某次实验我们测出了画这条图线所需的一系列数据如图(乙)所示,若知道电子的电荷量e,则根据图像,下列说法正确的是( ABC )
A.该金属的截止频率为νc
B.该金属的逸出功W0为eU0
C.普朗克常量h为
D.普朗克常量h为
由图可知,当光的频率为ν0时,遏止电压为0,此时入射光的频率等于金属的极限频率,所以该金属的极限频率,即截止频率为νc,故A正确;
根据光电效应方程得,Ek=hν-W0,又Ek=eUc,联立两式得Uc=
.根据图线的斜率k=
截距为-U0;
则有-U0=-
解得,金属的逸出功W0=eU0,故B正确;
根据
解得,普朗克常量h=
.故C正确,D错误.
海南检测)(多选)如图(甲)是光电效应的实验装置图,图(乙)是光电流与加在阴极K和阳极A上的电压的关系图像,下列说法正确的是( ABD )
A.由图线①,③可知在光的颜色不变的情况下,入射光越强,饱和电流越大
B.由图线①,②,③可知对某种确定的金属来说,其遏止电压只由入射光的频率决定
C.只要增大电压,光电流就会一直增大
D.遏止电压越大,说明从该金属中逸出的光电子的最大初动能越大
由图线①,③可知在光的颜色不变的情况下,入射光越强,饱和电流越大,故A正确;
根据光电效应方程知,Ek=hν-W0=eUc,可知入射光频率越大,最大初动能越大,遏止电压越大,可知对于确定的金属,遏止电压与入射光的频率有关,故B正确;
增大电压,当电压增大到一定值时,电流达到饱和电流,将不再增大,故C错误;
根据Ek=eUc,遏止电压越大,说明从该金属中逸出的光电子的最大初动能越大,故D正确.
6.(2018·
徐州模拟)研究光电效应电路如图(甲)所示.用频率都为ν、强度不同的两束光B,C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(带电荷量为e)被阳极A吸收,在电路中形成光电流.其光电流I与A,K之间的电压UAK的关系如图(乙)所示,可知B光的强度 (选填“大于”“等于”或“小于”)C光的强度,金属钠的逸出功为 .(已知普朗克常量为h)
由图像可知,B光的饱和光电流大于C光,所以B光的强度大于C光的强度;
反向遏止电压为U0,则光电子的最大初动能为eU0,由光电效应方程可知,金属钠的逸出功为W0=hν-Ek=hν-eU0.
大于 hν-eU0
1.(2017·
恩施市第一中学高三测试)(多选)用如图所示的装置演示光电效应现象.当用某种频率的光照射到光电管上时,电流表G的读数为i.若改用更高频率的光照射,此时( BC )
A.将电池正负极性反转,则光电管中没有光电子产生
B.将开关S断开,则有电流流过电流表G
C.将变阻器的触点c向b移动,光电子到达阳极时的速度可能变小
D.只要电源的电动势足够大,将变阻器的触点c向a端移动,电流表G的读数必将变大
电流表有示数说明发生了光电效应,有光电子产生,光电管左侧接正极,右侧接负极,电场线向右,产生的光电子受向左的电场力,逸出后做加速运动,将电池正负极性反转,光电子逸出后做减速运动,也可能到达左极板,选项A错误;
将开关S断开,产生的光电子匀速运动到左侧,有电流流过电流表G,选项B正确;
将变阻器的触点c向b移动,光电管两侧电压减小,光电子到达阳极时的速度可能变小,选项C正确;
当光强一定,光电流达到饱和时,即使再增大光电管两端的电压,光电流也不会再增加,故即使电源的电动势足够大,将变阻器的触点c向a端移动,电流表G的读数不一定变大,选项D错误.
泉州月考)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 )
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
将电路中电源的极性反接,光电子做减速运动,还可能到达阳极,所以还可能有光电流,故A正确;
发生光电效应的条件与照射的时间无关;
若能产生光电流,则不需要等待时间,故B错误;
换用波长为λ2(λ2>
λ1)的光照射阴极K时,由于频率变小,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,增加电路中电源的路端电压,当达到饱和电流,不再增大,故C,D错误.
烟台月考)在如图所示的光电效应的实验中,发现用一定频率的单色光A照射光电管时,电流表指针会发生偏转,而用另一频率的单色光B照射时不发生光电效应,则下列说法正确的是( C )
A.增大B光光强,电流表指针可能发生偏转
B.延长B光照时间,电流表指针可能发生偏转
C.用A光照射光电管时流过电流表G的电流方向是a流向b
D.用B光照射光电管时,增大电源电压电流表指针一定发生偏转
用B单色光照射时不发生光电效应,知νB<
ν0,能否产生光电效应,是看入射光的频率,与光的强度、照射的时间都无关,故A,B错误;
发生光电效应时,电子从光电管右端运动到左端,而电流的方向与电子定向移动的方向相反,所以流过电流表G的电流方向是a流向b,故C正确;
用B单色光照射时不发生光电效应,增大电源电压仍然不能发生光电效应,电路中不能出现电流,故D错误.
福州检测)(多选)如图所示,用某单色光照射光电管的阴板K,会发生光电效应.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加在光电管上的电压,直至电流表中电流恰为零,此时电压表的电压值U称为反向遏止电压.现分别用频率为ν1和ν2的单色光照射阴极,测得反向遏止电压分别为U1和U2,设电子的质量为m、电荷量为e,下列说法正确的是( ACD )
A.用频率为ν1的光照射时,光电子的最大初速度为
B.用频率为ν2的光照射时,光电子的最大初速度为
C.阴极K金属的逸出功为W0=
D.阴极K金属的极限频率是ν0=
在阳极A和阴极K之间加上反向电压,逸出的光电子在反向电场中做减速运动,根据动能定理可得-eU=0-
m
解得光电子的最大初速度为vm=
所以用频率为ν1的光照射时,光电子的最大初速度为
用频率为ν2的光照射时,光电子的最大初速度为
故A正确,B错误;
根据光电效应方程可得hν1=eU1+W0,hν2=eU2+W0,联立可得W0=
h=
阴极K金属的极限频率ν0
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