光电效应专题.doc

§15.1 光电效应
【考点提示】1、理解光电效应，光子的概念，能用爱因斯坦光子说解释光电效应。
2、能用爱因斯坦光电方程计算有关问题。
【知识要点】
一、光电效应现象
1、现象：在光的照射下，使物体发射电子的现象，发出的电子叫光电子。
2、规律：
①任何一种金属存在极限频率，要产生光电效应入射光的频率要大于极限频率。
②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光电流强度与入射光的强度成正比。
④从光照到产生光电流时间极短，几乎是瞬间的。
二、光子说
1、光不是连续的而是一份一份的，每一份叫一个光子。
2、光子的能量与频率成正比。
3、对光电效应的解释：
①对于第一条：由于光子的能量与频率有关，频率小则能量小，当光子被电子吸收后不足以克服原子核束缚，所以存在极限频率。
②对于第二条：吸收了光子的电子可能向各个方向运动，经过的路程各不相同，途中损失的能量也不同，只有金属表面上的电子只要克服原子核的引力做功（逸出功），就能从金属中逸出如果入射光子的能量小于逸出功，则不能产生光电效应。不同金属有不同的逸出功,极限频率也不同，而最大初动能由爱因斯坦光电方程来计算，可见光电子的最大初动能与入射光的强度（单位时间内入射的光子数目）无关，随入射光频率的增大而增大。
③对于第三条：在能产生光电效应的前提下，入射光强度越大，单位时间内的光子数目越多，产生的光电子越多，电流就越强。
④对于第四条：当光子照射到金属上时，它的能量可以被某个电子全部吸收，使电子的动能立刻增大，不需要积累能量的过程，所以时间极短。

【例题分析】
【例1】、1905年，爱因斯坦先后发表了五篇关于光量子，布朗运动和狭义相对论等具有划时代意义的论文，为纪念这位二十世纪最伟大的物理学家，联合国教科文组织大会于2005年1月13——15日在巴黎总部正式宣布“2005——国际物理年”开始。以下关于光子说和光电效应现象的说法中正确的是 （ ）
A在不同介质中，同种色光的光子能量是不同的
B任何介质中蓝光光子的频率要比红光光子频率大。
C入射光子的频率小于某种金属的极限频率时，若延长该光的光照时间，可使金属板上有电子逸出。
D入射光的波长小于某种金属的极限波长时，电子逸出金属板后有剩余动能。

【例2】、[2006全国卷II.19] 已知能使某金属产生光电效应的极限频率为ν0， （ ）
A．当用频率为2ν0的单色光照射该金属时，一定能产生光电子
B．当用频率为2ν0的单色光照射该金属时，所产生的光电子的最大初动能为hν0
C．当照射光的频率大于ν0时，若ν增大，则逸出功
D．当照射光的频率ν大于ν0时，若ν增大一倍，则光电子的最大初动能也增大一倍

【例3】、爱因斯坦为了解释光电效应，提出了光子说。光电管是根据光电效应现象而制作的光学元件，如图所示为光电管的使用原理图，已知当波长为λ0的入射光照射到阴极K上时，电路中有光电流，图中O为滑动变阻器的固定连接点，则 （ ）
A．若用波长为λ1（λ1＜λ0的光照射阴极K时，电路中一定没有光电流
B．滑动触片P从O点移向B端过程中电流表示数将先增大后不变
C．滑动触片P从O点移向A端过程中电流表示数将逐渐减小至零
D．将电池组极性反接，滑片P停在O点，电流表仍有示数

【例4】、已知金属锌发生光电效应时产生的光电子的最大初动能EK跟入射光的频率的关系图象如图中的直线1所示。某种单色光照射到金属锌的表面时，产生的光电子的最大初动能为E1。若该单色光照射到另一金属表面时产生的光电子的最大初动能E2，E2<E1，关于这种金属的最大初动能EK跟入射光的频率ν的关系图象应如图中的（ ）

A. a B. b
C. c D. 上述三条图线都不正确

光
A
电子
K
V
G
光电管
【例5】、[2006江苏卷.6] 研究光电效应规律的实验装置如图所示，以频率为ν的光照射光电管阴极K时，有光电子产生。由于光电管K、A间加的是反向电压，光电子从阴极 K发射后将向阳极A作减速运动。光电流i由图中电流计G测出，反向电压U由电压表V测出。当电流计示数恰好为零时，电压表的示数称为反向截止电压U0。在下列表示光电效应实验规律的图象中，错误的是 （ ）

光强I和频率ν一定时，光电流i反向电压U的关系
i
U
O
(C)
I
光强I和频率ν一定时，光电流i与产生光电子的时间的关系
t
O
(D)
10-9
反向电压和频率ν一定时，光电流I与光强I的关系
i
I
O
(A)
截止电压U0与频率ν的
关系
U0
ν
O
(B)

【例6】 用波长为λ的单色光照射某金属逸出光电子的最大初动能为用波长为2λ的单色光照射该金属逸出电子的最大初动能的n倍,则能使该金属发生光电效应的最大波长是多少?

光电效应（作业）
1．用绿光照射一光电管，能产生光电效应，欲使光电子的最大初动能增大，则应 ( )
A．改用红光照射 B．改用紫光照射
C．增大绿光的强度 D．减小绿光的强度
2．A、B两束不同频率的光波均能使某金属发生光电效应，如果产生光电流的最大值分别是IA和IB，且IA<IB，则下述关系正确的是 ( )
A．照射光的波长λA<λB
B．照射光的光子能量EA<EB
C．单位时间里照射到金属板的光子数NA<NB
D．照射光的频率υA<υB
3．如图48-B-3，利用光电管研究光电效应实验，用频率为υ0的可见光照射阴极K，电流表中有电流通过，则 ( )
A．用紫外光照射，电流表中不一定有电流通过
B．用红外光照射，电流表中一定无 电流通过
C．用频率为υ0的可见光照射K，当滑动变阻器的滑动触头移到A端，电流表中一定无电流通过
D．用频率为υ0的可见光照射K，当滑动变阻器的滑动触头向B端滑动时，电流表示数可能不变
4．三种不同的入射光A、B、C分别射在三种不同的金属a、b、c的表面，均恰可使金属中逸出光电子，若三种入射光的波长λA>λB>λC，则 ( )
A．用入射光光A照射金属b或c，金属b、c均可发生光电效应
B．用入射光A与B同时照射金属c，金属c可发生光电效应
C．用入射光C照射金属a或b，金属a、b均可发生光电效应
D．用入射光B或C照射金属a，均可使金属a发生光电效应
5. 入射光照到某金属表面上发生光电效应，若入射光的强度减弱，而频率保持不变，那么以下说法正确的是 （ ）
A．从光照射到金属表面到发射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减小
C．单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将减少
D．有可能不再产生光电效应
6. 如图48-A-1所示为一真空光电管的应用电路，其阴极金属材料的极限频率为4.5×1014Hz，则以下判断正确的是 ( )
A．发生光电效应时，电路中光电流的饱和值取决于入射光的频率
B．发生光电效应时，电路中的光电流的饱和值取决于入射光的强度
C．用λ=0.5μm的光照射光电管时，电路中有光电流产生
D．光照射时间越长，电路中的光电流越大
7．在光电效应现象中，说法正确的是 ( )
A．当照射光的频率低于金属的极限频率时，金属中电子不吸收光子
B．金属内层电子成为光电子的逸出功较大
C．吸收光子的电子都能成为光电子
D．金属表面上的电子吸收光子后也不一定成为光电子
8．(1998年·全国高考)一束平行光被玻璃三棱镜折射后分解为互相分离的三束光，分别照射到相同的金属板a、b、c上，如图48-B-5所示，已知金属板b有光电子放出，则可知 ( )
A．板a一定放出光电子
B．板a一定不放出光电子
C．板c一定放出光电子
D．板c一定不放出光电子

9．如果用从红到紫的复色光照射某光电管，有光电效应发生，这时光电流为I，光电子的最大初动能为EK，那么 ( )
A．若用滤光片对复色光只滤去红光，则光电流I一定减小
B．若用滤光片对复色光只滤去红光，则光电流I有可能不变
C．若用滤光片只滤去黄色，则EK一定不变
D．若用滤光片只滤去紫光，则EK一定变小

10．(1)发生光电效应时，光电子的最大初动能由光的 和 决定。
(2)如图所示是测定光电效应产生的光电子比荷的简要实验原理图，两块平行板相距为d，其中N为金属板，受紫外线照射后，将发射沿不同方向运动的光电子，形成电流，从而引起电流计G的指针偏转，若调节R0逐渐增大极板间电压，可以发现电流逐渐减小，当电压表示数为U时，电流恰好为零。切断开关，在MN间加垂直于纸面的匀强磁场，逐渐增大磁感强度，也能使电流为零，当磁感强度为B时，电流恰为零。试求光电子的比荷e／m。

GA
V
P
E r
S
N
M
b
a
R0

11．(1981年高考题)一光电管的阴极用极限波长λ0=5000Å的钠制成。用波长λ=3000Å的紫外线照射阴极，光电管阳极A和阴极K之间的电势差U=2.1V，光电流的饱和值I=0.56mA。
(l)求每秒内由K极发射的电子数。
(2)求电子到达A极时的最大动能。
(3)如果电势差U不变，而照射光的强度增到原值的3倍，此时电子到达A极时的最大动能是多少？(普朗克恒量h=6.63×10-34J·s，电子的电量e=1.6×10-19C，1Å＝10－10m)。