模块光电效应的应用

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1、光电效应的几个典型问题分析一、典型概念1、光电子与光子2、极限频率3、逸出功4、最大初动能5、饱和光电流强度6、反向遏止电压二、典型规律三、典型电路1测饱和光电流强度电路说明：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强度。用Ib表示。2测反向遏止电压电路说明：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。四、典型图象1光电流与电压的关系图象说明：从图象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

2、，而饱和光电流强度随入射光 强度增大而增大，从图象对于同种金属入射光的频率越高，反向遏止电压越大。2反向遏止电压与入射光频率的关系说明：图象是对应函数式：UC -一W0，所以从图象可以直接读出金属的极限频率，根据斜率可以算e出普朗克恒量，根据纵轴截距可以推算出金属的逸出功。3最大初动能与入射光频率的关系说明：本图象对应的函数式：Ek hW0 ,从图象可以看出极限频率一一图线与横轴的交点坐标，图象是平行的是因为图线的斜率就是普朗克恒量h五、光电效应与原子能级跃迁区别和联系光电效应同步练习班级姓名学号1用光照射金属表面，没有发射光电子，这可能是()(A )入射光强度太小(B)照射的时间太短(C)光

3、的波长太短(D)光的频率太低2. 光照射到某金属表面，金属表面有光电子逸出，则()(A )若入射光的频率增加，光的强度减弱，那么逸出电子的最大初动能可能不变(B) 若入射光的频率不变，光的强度减弱，那么单位时间内逸出电子数目减少(C) 若入射光的频率不变，光的强度减弱到不为零的某一数值时，可能不再有电子逸出(D) 若入射光的频率增加，而强度不变，那么单位时间内逸出电子数目不变，而光电子的最大初动能增 大3用导线把验电器与锌板相连接，当用紫外线照射锌板时，发生的现象是()(A )有电了从锌板飞出(B)有光子从锌板飞出(C)验电器内的金属箔带正电(D)验电器内的金属箔带负电4. 某介质中光子的能量

4、是E,波长是入，则此介质的折射率是()(A )入 E/h( B)入 E/ch(C) ch/入 E(D) h/ 入 E)增大入射光的频率 增大入射光的强度 滑片P向右移动 滑片P向左移动5. 如图所示，用一束光照射光电管时，电流表 A中有一定读数，下列措施中有可能使电流表的示数增大 的是(A)(B)(C)(D)a、6如图所示，a、b是两束频率不同的单色光，当它们从真空中以相同的入射角射入玻璃中，发生了如图 所示的折射，则下面说法中正确的是()(A) 玻璃对光束a的折射率大(B) 若光从玻璃射向空气，光束 a的临界角比光束b的临界角大(C) 光束a中的光子的能量较小(D) 在玻璃中光束a的波长较长

5、t甲t乙，那么这两种单8 .某单色光源的输出功率1W ,单色光的波长为0.6m ,该光源每秒钟发射的光子数约为 个。(保留两位有效数字)9. 甲、乙两种单色光分别垂直进入同一块玻璃砖，已知它们在玻璃中通过的时间色光光子在玻璃中的能量 E甲、E乙的大小关系是 ,这两种单色光子在真空中能量E甲、E乙的大小关系是。10试分析第5题的情况中，共他条件都不变，只改变电源的极性，电路中是否还存在光电流？ 11钠在紫光照射下，产生光电效应并形成光电流，若减小紫光的强度，则随之减小的物理量是( )(A )光电流强度(B)光电子的最大初动能(C)紫光光子的能量(D)钠的极限频率12用绿光照射一光电管的阴极时，产

6、生光电效应，欲使光子从阴极逸出时的最大初动能增大，应采取的 措施是()(A )改用红光照射(B)改用紫光照射(C)增大绿光的强度(D )增大加在光电管上的正向电压13 某金属在一束绿光照射下，刚好能产生光电效应，如多用一束绿光照射，则逸出的光电子数;如改用一束强度相同的紫光照射，逸出的电子的最用甲光照射时能产生光电效应，用乙光照射时不能产生光电效应,将，逸出电子的最大初动能将大初动能将。14甲、乙两种单色光分别照射某金属， 则（）（A ）甲光的强度大于乙光的强度（C）甲光的波长大于乙光的波长（B）甲光的频度大于乙光的频率 （D ）甲光的照射时间大于乙光的照射时间15 关于光子的能量，下述说法中

7、正确的是（A ）光子的能量跟它在真空中的波长成正比（B）光子的能量跟它在真空中的波长成反比（C）光子的能量跟光子的速度成正比（D）光子的能量跟光子的速度的平方成正比16 在利用光电管做光电效应的实验中， 决定，光电流强度的最大值由决定。能否产生光电效应应由17如图所示，一静电计与锌板连接，用一紫外线灯照射锌板，关灯后，指针保持一定角度，（1） 一带负电的金属小球与锌板接触，则静电计指针偏角将 。（2）使静电计指针回到零，再用相同强度的钠灯发出的黄光照射锌板，静电计指针无偏转，那么，若改用强度更大的红外线照射锌板，可观察到的静电 计指针 （填“有”或“无”）偏转。18 “神光n “装置是我国规模

8、最大、国际上为数不多的高功率固体激光系统，利用它每秒钟可获得能量为2400J、波长为0.35 m的紫外激光。已知普朗克常数h=6.63 X 10-34j s,每秒钟紫外激光所含光子数为个。（取两位有效数字）高考真题4. 2009年高考上海单科卷光电效应的实验结论是：对于某种金属（）A 无论光强多强，只要光的频率小于极限频率就不能产生光电效应B 无论光的频率多低，只要光照时间足够长就能产生光电效应C 超过极限频率的入射光强度越弱，所产生的光电子的最大初动能就越小D .超过极限频率的入射光频率越高，所产生的光电子的最大初动能就越大4 答案：A、D5 2010年高考四川理综卷用波长为2.0X 107

9、 m的紫外线照射钨的表面，释放出来的光电子中最大 的动能是4.7X1019 J。由此可知，钨的极限频率是（普朗克常量h = 6.63X1034Js,光速c= 3.0X108m/s,结果取两位有效数字）（）A 5.5X 1014 HzB 7.9X 1014 HzC 9.8X 1014 HzD 1.2X 1015 Hz5 答案：B研究光电效应的电路如图Z1所示。用频率相同、强度不同的光分别照A吸收，在电路中形成光电流。下列光电8. 2010年高考江苏单科卷射密封真空管的钠极板（阴极K），钠极板发射出的光电子被阳极正确的是8.答案：C解析：虽然入射光强度不同，但光的频率相同，所以截止电压相同；又因当

10、入射光强时，单位时间逸出的光电子多，饱和光电流大，所以选C。11.(5分)2010年高考江苏单科卷钠金属中的电子吸收光子的能量，从金属表面逸出，这就是光电子。光电子从金属表面逸出的过程中，其动量的大小 (选填“增大”、“减小”或“不变”)，原因是11. (5分)答案：减小 光电子受到金属表面层中力的阻碍作用(或需要克服逸出功)18. (7分)研究光电效应规律的实验装置如图Z 5所示，光电管的阴极材料为金属钾，其逸出功为Wo= 2.25 eV，现用光子能量为10.75 eV的紫外线照射光电管，调节变阻器滑片位置， 使光电流刚好为零。求：(1) 电压表的示数是多少？若照射光的强度不变，紫外线的频率

11、增大一倍，阴极K每秒内逸出的光电子数如何变化？至U达阳极的光电子动能为多大？(3)若将电源的正负极对调，到达阳极的光电子动能为多大？18. (7 分)解析：(1)由光电效应方程 Ek= h Wo得光电子最大初动能Ek = 8.50 eV光电管两端加有反向电压，光电子由K向A减速运动。由动能定理一eU= EkA EkEk因 EkA = 0，贝U U = = 8.50 V。e(2) 设光的强度为nh v光强不变，频率增大一倍，则每秒入射的光子数n减为原来的一半，阴极K每秒内逸出的光电子数也减为原来的一半，由光电效应方程得光电子的最大初动能E k= h V W0= 2hb W0= 19.25 eV电

12、子由阴极向阳极做减速运动。由动能定理eU= E kA E k，得 EkA = 10.75 eV(3) 若将电源的正负极对调，光电管上加有正向电压，光电子从阴极向阳极做加速运动，由动能定理eU=E kA Ek ,得 EkA = 17.00 eV。答案：(1)8.50 V (2)减半 10.75 eV (3)17.00 eV1在演示光电效应的实验中，原来不带电的一块锌板与灵敏验电器相连，用弧光灯照 射锌板时，验电器的指针张开一个角度，如图15 1 5所示，这时锌板带电，指针带电.解析：在光电效应实验中，锌板因逸出电子带正电，验电器由于与锌板接触也带正电，其指针也带正电.答案：正正2 .已知金属铯的

13、逸出功为1.9 eV，在光电效应实验中，要使铯表面发出的光电子的最大初动能为1.0 eV，求入射光的波长应为多少？,、，、Ek + Wd解析：根据光电效应方程 Ek= h Wo可得入射光的频率为=-h由C= v可得入射光的波长为hc6.63X 1034X 3X 108=dQ mEk + W01.0+ 1.9 X 1.6X 10 194.3X 10-7 m.答案：4.3X 107 m&已知某金属表面接受波长为入和2入的单色光照射时，释放出光电子的最大初动能分别为30 eV和10 eV，求能使此种金属表面产生光电效应的入射光的极限波长为多 少？(入为未知量)解析：设此种金属的逸出功为Wo,极限波长

14、为 力.由爱因斯坦光电效应方程:ch; Wo= Eki ,ch Wo = Ek2 ,2入可得：1.24 X 10 7 m.答案：1.24 X 10 7 m14、一个手电筒灯泡在 3V电压下，通过0.25A的电流，灯泡所发生的光经聚光后形成一个面积为10cm2的平行光束。如果灯泡消耗的能量有1%转化为波长为0.6 m的可见光，问：(1) 沿光的传播方向上1m长的光束内有多少个光子？(2) 在光束垂直照射的物体表面上，平均1s钟内，每cm2上接收到多少个光子?- |r|i|3、如图所示，光电管的阴极 K的用极限波长为=5OOOA0的钠制成。现用波长为3000 A0的紫外照射阴极。光电管阳极A和阴极

15、K之间的电势差为 2.1V时，测得饱和电流的值为Im=0.56 A，求：(1) 每秒钟由阴极 K发射的电子数；(2) 光电子达到阳极的最大动能；(3) 如果电势差不变而照射光强度电源9如图15-1-8所示，当电源的右端为正极时，为使微安表偏转，照射光的频率至少为5. 3 1014Hz.当电源的左端为正极时，改用另一频率的光照射，调节滑动头C使V表中示数为0. 93V，微安表中的电流恰好消失.求：(1)光电管阴极材料的逸出功；(2)后来所加光的频率.9、.3.510 19 J 7.51014Hz15-1-810. 已知每秒从太阳射到地球的垂直于太阳光的每平方米截面积上的辐射能为1.4 X 10

16、3J,其中可见光部分约占 45% .假如认为可见光的波长均为 0.55卩m,太阳向各个方向的辐射是均匀的，日地 间距离R=1.5 X 10 11m,普朗克常量h=6.63 X 10 -34 J/s,由此可估算(1)出太阳每秒辐射出的可见光的光子6数约为多少?(2)若已知地球的半径R= 6 . 4X 10 m,估算地球接受的太阳光的总功率.10. 4.9X10个.1. 8X10 11(kW).能量量子化光的波粒二象性物质波考纲预览1普朗克能量子假说黑体和黑体辐射I德布罗意关系式的定量计算 不作要求2光电效应I3光的波粒二象性物质波I知识整理、普朗克能量子假说黑体和黑体辐射1 普朗克认为，振动着的

17、带电微粒的能量只能是某一最小能量值&的，这个不可再分的最小能量值&叫做 ，能量子公式为 。当带电微粒辐射或吸收能量时，也是以这个最小能量为单位 辐射或吸收的。2.黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与.有关，如图所示。图1黑体辐射实验规律图2辐射强度与波长关系、光电效应1 .在光(包括不可见光)的照射下从物体发射出 的现象叫光电效应。发射出来的电子叫。这一现象是由 首先发现的。2 .规律(1) 存在电流。(2)存在禾廿mev； = eU(3) 光电子的最大初动能与入射光的 有关，而与入射光的强弱 (4) 效应具有 。光电效应的发生几乎是 的，一般不超过 二;3 .方程：4. Ek-v曲线(如图所

18、示),由Ek- v曲线可以得到的物理量：(1 ) :图线与v轴交点的横坐标。(2) :图线与Ek轴交点的纵坐标的绝对值。(3) :图线的斜率。三、光子说1内容光是地不连续传播的，每一份叫做一个 ，光子的能量跟它的 成正比，即 E=(h叫普朗克恒量，h=6.63氷0-34Js)。2意义(1) 解释了 现象；(2)说明了光具有 性。预习检测1 普朗克量子假说是为了解释(A .光电效应的实验规律而提出C .黑体辐射的实验规律而提出)B. X射线散射的实验规律而提出D.以上说法都不对2. (1)研究光电效应电路如图所示，用频率相同、强度不同的光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

19、被阳极 A吸收，在电路中形成光电流。下列光电流 I与AK之间的电压Uak的关系 图象中，正确的是()(2) 钠金属中的电子吸收光子的能量，从金属表面逸出，这就是光电子。光电子从金属表面逸出的过程中，其动量的大小 (选填“增大”、“减小”或“不变”)，原因是(3) 已知氢原子处在第一、第二激发态的能级分别为-3.4eV和-1.51eV,金属钠的截止频率为 5.53氷014Hz,普朗克常量h=6.63 X0-34J s请通过计算判断，氢原子从第二激发态跃迁到第一激发态过程 中发出的光照射金属钠板，能否发生光电效应。考点1光电效应冋题1.什么是光电效应？冋题2.光电效应有什么特点？【例1】入射光照射

20、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()A .从光照至金属表面上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将减小C .单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将减少D .有可能不发生光电效应【例2】如图所示，当开关 S断开时，用光子能量为 2.5 eV的一束光照射阴极 P,发现 电流表读数不为零。合上电键，调节滑动变阻器，发现当电压表读数小于 0.60 V时，电流表读数仍不为零；当电压表读数大于或等于0.60 V时，电流表读数为零。(1 )求此时光电子的最大初动能的大小。(2)求该阴极材料的逸出功。考点2光的波粒二象性问题1.怎么理解光的波粒

21、二象性？问题2.【例3】下列现象说明光具有波粒二象性的是（）A.光的直线传播和干涉B .光的衍射和干涉C .光的干涉和光电效应D .泊松亮斑和光电效应考点3物质波问题1什么是物质波？问题2.物质波有什么特点？【例4】关于德布罗意波，正确的解释是（）A .运动的物体都有一种波和它对应，这就是物质波B .微观粒子都有一种波和它对应，这就是物质波C 原子从高能级向低能级跃迁时，会辐射物质波D .宏观物体运动时，它的物质波长太短，很难观察到它的波动性当堂展示1关于光电效应，下列说法正确的是（）A .极限频率越大的金属材料逸出功越大B 只要光照射的时间足够长，任何金属都能产生光电效应C .从金属表面出来

22、的光电子的最大初动能越大，这种金属的逸出功越小D .入射光的光强一定时，频率越高，单位时间内逸出的光电子数就越多 2.下表给出了一些金属材料的逸出功。材料铯钙镁铍钛逸出功（10-19J）3.04.35.96.26.6现用波长为400 nm的单色光照射上述材料，能产生光电效应的材料最多有几种（普朗克常量h=6.63X10-34 J - s,光速 c=3.0 X 108 m/s）（）A . 2种B . 3种C. 4种D . 5种能量量子化光的波粒二象性物质波一、选择题1.在演示光电效应的实验中，原来不带电的一块锌板与验电器相连。用弧光灯照射锌板时，验电器 的指针张开一个角度，如下图所示，这时（）C

23、II 叶口A 锌板带正电，指针带负电B .锌板带正电，指针带正电C 锌板带负电，指针带正电D 锌板带负电，指针带负电2 .光电效应的实验结论是：对于某种金属（）A 无论光强多强，只要光的频率小于极限频率就不能产生光电效应B 无论光的频率多低，只要光照时间足够长就能产生光电效应C 超过极限频率的入射光强度越弱，所产生的光电子的最大初动能就越小D .超过极限频率的入射光频率越高，所产生的光电子的最大初动能就越大3 某激光器能发射波长为入的激光，发射功率为 P,真空中光速为c,普朗克常量为h,则该激光器每秒发射的光量子数为（）A.hPhee Ph4研究光电效应规律的实验装置如图所示光电子产生由于光电

24、管K、A间加的是反向电压，用频率为v的光照射光电管阴极 K时，有,光电子从阴极 K发射后将向阳极 A做减速运动光电流i由图中电流计 G测出，反向电压U由电压表V测出当电流计的示数恰好为零 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，错误的是反向电床v -建时.比电継i与 比强t的其栗敲止电，乐,与柯率- 的关察光戟/和黑半V 崔 时.光砸施与反 向1（!压匕酣Jt娱光an和強半一宅 时，朮电与严生光 盹了的时闻i的英系5如图所示，当电键 K断开时，用光子能量为 2.5eV的一束光照射阴极 P,发现电流表读数不为零。合上电键，调节滑线变阻器，发现当电压表读数小于0.

25、60V时，电流表读数仍不为零；当电压表读数大于或等于0.60V时，电流表读数为零，由此可知阴极材料的逸出功为（ ）A . 1.9eVB . 0.6eV C. 2.5eVD. 3.1eV6如图是某金属在光的照射下，光电子最大初动能 Ek与入射光频率v的关系，由图象可知（）A .该金属的逸出功等于EB .该金属的逸出功等于hvoC.入射光的频率为 V0/2时，产生的光电子的最大初动能为E/2D .增大入射光的频率，单位时间内产生的光电子的个数一定增多-7 用同一束单色光，在同一条件下先后照射锌片和银片，都能产生光电效应，在这两个过程中，对于下列四个量，一定相同的是，可能相同的是，一定不同的A 光子

26、的能量C 光电子动能B .光电子的逸出功D 光电子初动能能量量子化光的波粒二象性物质波参考答案知识整理:一、完全吸收、绝对黑体、黑体、理想模型、不一定、温度、频率、强度、材料的种类、表面状况、黑体的温度、整数倍、能量子、h v、一份一份地、黑体的温度二、 电子、光电子、赫兹、饱和、遏止电压、截止频率、频率、无关、瞬时性、瞬时、10-9、Ek=hvW0、 极限频率、逸出功、普朗克常量三、 一份一份、光子、频率、hv、光电效应、粒子四、 波动、粒子、波粒二象、大量光子、个别光子、频率越低（波长越长）、频率越高（波长越短）、传播 过程中、与物质发生作用时五. 大、小、P预习检测1、C(3)不能2、(1) C ( 2)减小；光电子受到金属表面层中力的阻碍作用(或需要克服逸出功)课中学习区例1、C例 2、(1)0.6 eV【即时训练1】(2)1.9 eV【解析】根据EnEm能量和频率依次增大的顺序是：b、c、a.所以波长依次增大的是a、c、b。【答案】2H1(2) 0(3)光子能量hv，动量cv 一，且，得，则 Pa : Pb 2:1A照射时,光电子的最大初动能EaA W。同理Eb解得 Wo EA 2EB例 3、CD例 4、AD当堂展示1、A2、A课后练习区1、B2、AD3、A6、AB7.A CD B