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光电效应光电效应一一. 光电效应现象光电效应现象二二.光电效应规律光电效应规律三三.光子说光子说四四. 爱因斯坦光电效应方程爱因斯坦光电效应方程五五、光的波粒二象性、光的波粒二象性例题例题 例例1、 例例2、 例例3、 例例4、 例例5、 例例6 例例7、 例例8、 例例9、 例例10、 例例11、高考题选高考题选 95年年 96年上海年上海 97年上海年上海7 92年年 98年全国年全国8 03年江苏年江苏2 04年广东年广东6 00年天津年天津 00年广东年广东6 04年天津年天津 04年广西年广西6 04年北京年北京18 04年浙江年浙江192005年天津卷年天津卷17光电效应光电效应 一一. 光电效应现象光电效应现象二二. .光电效应规律光电效应规律1. 每种金属都有发生光电效应的极限频率每种金属都有发生光电效应的极限频率2.光电效应的产生几乎是瞬时的光电效应的产生几乎是瞬时的3.光电子的最大初动能光电子的最大初动能Ekm和入射光强度无关和入射光强度无关, 只随入射光频率只随入射光频率的增大而增大的增大而增大4.4. 单位时间打出的光电子与入射光强度成正比单位时间打出的光电子与入射光强度成正比三三.光子说：在空间传播的光不是连续的，而是一份光子说：在空间传播的光不是连续的，而是一份一份的一份的, 每一份叫每一份叫光子光子, 光子的能量跟频率成正比光子的能量跟频率成正比 E=h h=6.6310 34 J.s普朗克恒量普朗克恒量返回返回四四. . 爱因斯坦光电效应方程爱因斯坦光电效应方程WhEWhmvKm或221爱因斯坦光电效应方程的爱因斯坦光电效应方程的图象图象Ek0-W0爱因斯坦光电效应方程是能量守恒定律在爱因斯坦光电效应方程是能量守恒定律在 光电效应现象中的表现形式光电效应现象中的表现形式逸出功和极限频率的关系逸出功和极限频率的关系0hW 极限波长和极限频率的关系极限波长和极限频率的关系由由 v= f 得得 00c返回返回五、光的波粒二象性五、光的波粒二象性光的干涉和衍射表明光确实是一种波，光电光的干涉和衍射表明光确实是一种波，光电 效应和康普顿效应无可辩驳地证明了光是效应和康普顿效应无可辩驳地证明了光是 一种粒子，因此说：光是一种波，同时光一种粒子，因此说：光是一种波，同时光 也是一种粒子，光具有波粒二象性也是一种粒子，光具有波粒二象性 单个光子表现为粒子性单个光子表现为粒子性 大量光子的运动表现为波动性大量光子的运动表现为波动性 波长较长、频率较低的光，波动性较显著波长较长、频率较低的光，波动性较显著 波长较短、频率较高的光，粒子性较显著波长较短、频率较高的光，粒子性较显著 光是一种概率波光是一种概率波 一切微观粒子都有波粒二象性一切微观粒子都有波粒二象性 返回返回 例例在研究光电效应的实验中，根据测得的数据绘在研究光电效应的实验中，根据测得的数据绘出光电子最大初动能出光电子最大初动能Ek跟照射光频率跟照射光频率的关系图象如的关系图象如图所示图所示.图线的斜率图线的斜率tg ，横轴上的截距表示，横轴上的截距表示该金属发生光电效应的该金属发生光电效应的 ，纵轴上的截距，纵轴上的截距的绝对值表示该金属的的绝对值表示该金属的 的大小的大小.若换用其他若换用其他金属做同样的实验，测绘得到的图线与此图的图线金属做同样的实验，测绘得到的图线与此图的图线相比较相比较 相同，相同， 不同不同. h极限频率极限频率逸出功逸出功斜率斜率纵横截距纵横截距返回返回Ek0 光电效应的规律是：光电效应的规律是： (1)任何一种金属都有一个任何一种金属都有一个_频率频率, 入射光的入射光的频率必须频率必须_这个频率这个频率, 才能产生光电效应才能产生光电效应; (2) 光电子的最大初动能与光电子的最大初动能与 无关无关, 只只随着随着 的增大而增大的增大而增大; (3) 入射光照射到金属上时入射光照射到金属上时, 光电子的发射几乎是光电子的发射几乎是_, 一般不超过一般不超过_; (4) 产生光电效应时产生光电效应时, 光电流的强度与光电流的强度与 成成正比正比. 极限极限大于大于入射光的强度入射光的强度入射光频率入射光频率瞬时的瞬时的10-9秒秒入射光的强度入射光的强度例例1返回返回例例2、在、在X射线管中，由阴极发射的电子被加速后打射线管中，由阴极发射的电子被加速后打到阳极，会产生包括到阳极，会产生包括X光在内的各种能量的光子，其光在内的各种能量的光子，其中光子能量的最大值等于电子的动能。若伦琴射线中光子能量的最大值等于电子的动能。若伦琴射线管阳极与阴极间所加电压为管阳极与阴极间所加电压为3.00104V, 求伦琴射线求伦琴射线管所发出的管所发出的X射线的最短波长是多少射线的最短波长是多少?解解：电子被加速后具有的能量：电子被加速后具有的能量 EK=eU电子撞击阳极发出电子撞击阳极发出X射线，当电子的动能全部变射线，当电子的动能全部变 为光子的能量为光子的能量h时，时， X射线的波长最短射线的波长最短 EK= h eU=hc= hc/ eU=4.1410 -11 m返回返回 例例3、从太阳到达地球的光流强度，在垂直于光的、从太阳到达地球的光流强度，在垂直于光的传播方向上是传播方向上是1.4103 W/m2 ，如果把太阳光看成是，如果把太阳光看成是平均频率为平均频率为5 1014 Hz的单色光，在垂直于太阳光的的单色光，在垂直于太阳光的地球表面的地球表面的 1 cm2 的面积上，每秒接收到的光子数有的面积上，每秒接收到的光子数有多少个？多少个？解解：每秒钟太阳光照到地球上：每秒钟太阳光照到地球上1 cm2的能量为的能量为E= 1.4103 110-4= 0.14 J 每个光子的能量为每个光子的能量为E 1=h=6.63 10-34 5 1014 =3.3 10 -19 J n=E/ E 1 = 0.14 / 3.3 10 -19 =4.2 10 17个个返回返回例例4、 有一小灯泡的规格为有一小灯泡的规格为“6V、0.3A”，正常工作时大约有正常工作时大约有6%的电能转变为可见光，的电能转变为可见光，试估算每一秒钟释放出来的可见光的光子数。试估算每一秒钟释放出来的可见光的光子数。解：解：一秒钟消耗电能一秒钟消耗电能 W=Pt=UIt=1.8J 一秒钟转变成的可见光能一秒钟转变成的可见光能 E=0.06 1.8= 0.108J 每个光子的能量为每个光子的能量为 E1=h E= n h 可见光的频率粗略取可见光的频率粗略取 =510 14Hzn=Eh =0.108(6.6310 34 51014) = 310 17返回返回例例5在绿色植物光合作用下，每放出在绿色植物光合作用下，每放出1mol 的的O2，植，植物储存物储存451.5kJ 能量，绿色植物能量转化效率（即植能量，绿色植物能量转化效率（即植物储存的能量与植物吸收光的能量之比）约物储存的能量与植物吸收光的能量之比）约50%，则绿色植物每放出则绿色植物每放出1个氧分子要吸收个氧分子要吸收 个波长为个波长为 的光子，的光子， （普朗克常量（普朗克常量 ），）， 阿伏加德罗常量阿伏加德罗常量m106.637sJ106.63h34123mo106.02Nl解：解：每放出每放出1个氧分子储存能量为个氧分子储存能量为451.5103/N (J)每放出每放出1个氧分子要吸收能量为个氧分子要吸收能量为E=2451.5103/N (J）=1.5 10-18 J一个光子的能量为一个光子的能量为 E1=hc/=310 -19 Jn=E/E1=5 (个）个）5返回返回 例例6、某金属用频率为、某金属用频率为v2 的光照射时产生的光电的光照射时产生的光电子的最大初动能是用频率为子的最大初动能是用频率为v1的光照射产生的光的光照射产生的光电子的最大初动能的电子的最大初动能的2倍，则这种金属的逸出功倍，则这种金属的逸出功W 解：解：WhE1K1WhE2K2W)2(hWh12)2h(W21)2h(21返回返回例例7、 已知某金属表面接受波长为已知某金属表面接受波长为和和2的单色光照的单色光照射时射时, 释放出的光电子的最大初动能分别为释放出的光电子的最大初动能分别为30eV和和10eV, 则能使此金属表面产生光电效应的入射光的极则能使此金属表面产生光电效应的入射光的极限波长是限波长是 .解：由光电效应方程解：由光电效应方程 EK1 = hc /- W=30eV （1）EK2 = hc /2- W= 10eV （2）由极限波长的定义由极限波长的定义0= hc/0- W （3）解得解得 W=10eV hc /=40 eV 0 = 44返回返回 例例8、 用光子能量为用光子能量为4.5eV的光照射某金属的光照射某金属, 从该金从该金属表面逸出的电子最大初动能为属表面逸出的电子最大初动能为2.0eV. 这种金属的这种金属的电子逸出功为电子逸出功为_, 能使这种金属产生光电效应能使这种金属产生光电效应的光的极限频率为的光的极限频率为 _ . 如果以光子能如果以光子能量量8.0eV的光照射该金属的光照射该金属, 则逸出的电子的最大初动则逸出的电子的最大初动能是能是_.解：解：W=h- EK= 4.5 - 2.0 =2.5 eV0=W/h=2.5 1.6 10-19 / 6.6310-34= 61014HzEK1= h1- W = 8 - 2.5 = 5.5 eV2.5eV61014Hz5.5eV返回返回 例例9、已知每秒钟从太阳已知每秒钟从太阳射到地球上垂直于太阳光的每平射到地球上垂直于太阳光的每平方米截面上的辐射能为方米截面上的辐射能为1.410 3 J，其中可见光约占，其中可见光约占45%。设可见光的波长均为。设可见光的波长均为0.55m，太阳向各个方向的辐射，太阳向各个方向的辐射是均匀的，太阳与地球间距离为是均匀的，太阳与地球间距离为1.510 11 m，则太阳每，则太阳每 秒辐射出的可见光的光子数大约为秒辐射出的可见光的光子数大约为 。（只要求二位有效数字）（只要求二位有效数字）解解：太阳每秒辐射出来的能量太阳每秒辐射出来的能量 E=4R2 1.410 3 J = 4 3.14 (1.5 1011) 2 1.4 103 = 410 26 J 根据题意有，根据题意有，E 45%=n hc/ n= E 45% / hc =410 26 0.45 0.55 10 - 66.6 10-34 3 108 = 4.910 44 4.910 44返回返回返回返回例例10、 在光电效应实验中，当用光子能量在光电效应实验中，当用光子能量E3.1eV的单色光照射阴极的单色光照射阴极K时，时，(如图如图)，产生少量电流，产生少量电流.若若K极接正，极接正，A极接负，当两极间电压为极接负，当两极间电压为0.9V时，光电流时，光电流恰好截止恰好截止.那么当那么当A极接正，极接正，K极接负，电压仍为极接负，电压仍为0.9V的时光电子到达的时光电子到达A极的最大动能极的最大动能Ek2 eV，此，此金属的逸出功金属的逸出功W eV.解解：打出的光电子具有初动能，若：打出的光电子具有初动能，若A、K间加上反向电间加上反向电压时，电场力做负功，当压时，电场力做负功，当E K=eU反反光电流恰好截止光电流恰好截止. E K1=0.9 eV由由 E K1=E-W 逸出功逸出功W=E- E K1 =2.2 eV 若若A、K间加上正向电压时，电场力做正功，光电子间加上正向电压时，电场力做正功，光电子 到达到达A极的最大动能为：极的最大动能为：Ek2E K1+ eU =0.9+0.9=1.8 eV1.82.2返回返回例例11、图、图(a)所示为光电效应实验电路图所示为光电效应实验电路图.在某一定强在某一定强度，一定频率的色光照射下，调节电位器可得到不度，一定频率的色光照射下，调节电位器可得到不同电压与电流曲线如图同电压与电流曲线如图(b)所示所示.若改变照射光频率若改变照射光频率可可得到图得到图(c)所示光电子最大初动能与照射光频率的关所示光电子最大初动能与照射光频率的关系曲线系曲线.当用波长为当用波长为510-7m的光照射时，已知截止的光照射时，已知截止电压电压Uc- 0.38V.试求：试求：(1)光电子的最大初动能；光电子的最大初动能；(2)阴极材料的逸出功；阴极材料的逸出功；(3)阴极材料的极限频率阴极材料的极限频率.(b)Ek00UIUC(c)解：解：入射光子的能量为入射光子的能量为hc/=6.6310-34 3108/ 510-7 =3.98 10-19J = 2.49eV(1) EK=-eUc=0.38eV= 6.0810-20J(2)W= hc/- EK=2.49-0.38=2.11eV(3)0=W/h=2.111.6 10-19 / 6.6310-34 = 5.11014Hz返回返回4、在演示光电效应的实验中，原来不带电的、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，验电器的指针就张开一个角度，这时板时，验电器的指针就张开一个角度，这时 ( )A锌板带正电，指针带负电锌板带正电，指针带负电B锌板带正电，指针带正电锌板带正电，指针带正电C锌板带负电，指针带正电锌板带负电，指针带正电D锌板带负电，指针带负电锌板带负电，指针带负电B返回返回当某种单色光照射到金属表面时，金属表面有光电子当某种单色光照射到金属表面时，金属表面有光电子逸出如果光的强度减弱，频率不变，则：逸出如果光的强度减弱，频率不变，则： ( )A光的强度减弱到某一最低数值时，就没有光电子光的强度减弱到某一最低数值时，就没有光电子逸出逸出B单位时间内逸出的光电子数减少单位时间内逸出的光电子数减少C逸出光电子的最大初动能减小逸出光电子的最大初动能减小D单位时间内逸出的光电子数和光电子的最大初动单位时间内逸出的光电子数和光电子的最大初动能都要减小能都要减小B6、红、橙、黄、绿四种单色光中，光子能量最小的、红、橙、黄、绿四种单色光中，光子能量最小的是：（是：（96年全国高考题年全国高考题） ( )A红光红光 B橙光橙光 C黄光黄光 D绿光绿光A返回返回 7、关于光的本性，早期有牛顿、关于光的本性，早期有牛顿的微粒说和惠更斯的的微粒说和惠更斯的 ，后来又有麦克斯韦，后来又有麦克斯韦的电磁说本世纪初，为解释的电磁说本世纪初，为解释 现象，爱现象，爱因斯坦提出了光子说因斯坦提出了光子说波动说波动说光电效应光电效应97年上海高考年上海高考如图所示，一静电计与锌板相连，在如图所示，一静电计与锌板相连，在A处处用一紫外灯照射锌板，关灯后，指针保持一定偏角用一紫外灯照射锌板，关灯后，指针保持一定偏角（1）现用一带负电的金属小球与锌板接触，则静电计）现用一带负电的金属小球与锌板接触，则静电计指针偏角将指针偏角将_（填增大、减小或不变）；（填增大、减小或不变）；（2）使静电计指针回到零，再用相同强度的钠灯发出）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灯照射锌板，可观察到静电计指针强度更大的红外线灯照射锌板，可观察到静电计指针_（填有或无）偏转（填有或无）偏转减小减小无无返回返回 8.已知铯的极限频率为已知铯的极限频率为4.5451014赫，钠的赫，钠的极限频率为极限频率为6.0001014赫，银的为赫，银的为1.153/1015赫赫，铂的为，铂的为1.5291015赫。当用波长为赫。当用波长为0.375微米微米的光照射它们时，可发生光电效应的是的光照射它们时，可发生光电效应的是 _ 。 f=c/= 3108 / 0.375 10 6 =8 1014Hz铯铯 、钠、钠返回返回8、一细束平行光经玻璃三棱镜折射后分解、一细束平行光经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为互相分离的三束光，分别照射到相同的金属板属板a，b，c上，如图所示已知金属板上，如图所示已知金属板b有有光电子放出，则可知光电子放出，则可知 ( )A板板a一定不放出光电子一定不放出光电子B板板a一定放出光电子一定放出光电子C板板c一定不放出光电子一定不放出光电子D板板c一定放出光电子一定放出光电子acbD返回返回2用某种单色光照射某种金属表面，发生光电效用某种单色光照射某种金属表面，发生光电效应，现将该单色光的光强减弱，则（应，现将该单色光的光强减弱，则（ ）A光电子的最大初动能不变光电子的最大初动能不变 B光电子的最大初动能减少光电子的最大初动能减少C单位时间内产生的光电子数减少单位时间内产生的光电子数减少 D可能不发生光电效应可能不发生光电效应A C返回返回 分别用波长为分别用波长为和和 的单色光照射同一的单色光照射同一金属板金属板,发出的光电子的最大初动能之比为发出的光电子的最大初动能之比为1:2,以以h表示普朗克常量表示普朗克常量,c表示真空中的光速表示真空中的光速,则此则此金属板的逸出功为金属板的逸出功为（ ） A B C D3412hc23hc45hchc43B返回返回已知金属铯的逸出功为已知金属铯的逸出功为1.9eV ，在光电效应实，在光电效应实验中，要使铯表面发出的光电子的最大动能为验中，要使铯表面发出的光电子的最大动能为1.0eV，入射光的波长应为，入射光的波长应为 m。解：解：根据爱因斯坦光电效应方程根据爱因斯坦光电效应方程E=h-WHzhWE143419100 . 71063. 6106 . 19 . 2mc7148103 . 4100 . 71034.310-7 m返回返回6图为图为X射线管的结构示意图，射线管的结构示意图，E为灯丝电源，要为灯丝电源，要使射管发出使射管发出X射线，须在射线，须在K、A两电极间加上几万伏的两电极间加上几万伏的直流高压，直流高压， ( ) （A）高压高源正极应接在）高压高源正极应接在P点，点，X射线从射线从K极发出极发出（B）高压电源正极应接在）高压电源正极应接在P点，点，X射线从射线从A极发出极发出（C）高压电源正极应接在）高压电源正极应接在Q点，点，X射线从射线从K极发出极发出（D）高压电源正极应接在）高压电源正极应接在Q点，点，X射线从射线从A极发出极发出D返回返回 20人眼对绿光最为敏感。正常人的眼睛接收到波人眼对绿光最为敏感。正常人的眼睛接收到波长为长为530nm的绿光时，只要每秒有的绿光时，只要每秒有6个绿光的光子射入个绿光的光子射入瞳孔，眼睛就能察觉。普朗克常量为瞳孔，眼睛就能察觉。普朗克常量为 6.6310-34 J S ，光速为光速为 3108 m/s ，则人眼能察觉到绿光时所接收到，则人眼能察觉到绿光时所接收到的最小功率是的最小功率是（ ）A 2.31018 W B 3.81019 WC 71048 W D 1.21048 WA返回返回 氦氦氖激光器发出波长为氖激光器发出波长为633nm的激光，当激光器的激光，当激光器的输出功率为的输出功率为1mW时，每秒发出的光子数为时，每秒发出的光子数为 （ ） A2.21015 B3.21015 C2.21014 D3.21014解：每个光子的能量为解：每个光子的能量为E1=hc/= 6.6310-34 3108633 10-9 =3.14 10-19J 由题意由题意 nE1=Pt n= Pt /E1= 10-3 / 3.14 10-19 = 3.21015 B04年上海年上海9、 在光电效应实验中在光电效应实验中,如果实验仪器及线路完好如果实验仪器及线路完好,当光照射到光电管上时当光照射到光电管上时,灵敏电流计中没有电流通过灵敏电流计中没有电流通过,可可能的原因是：能的原因是： 。入射光波长太大（或反向电压太大）入射光波长太大（或反向电压太大） 返回返回 已知一束可见光已知一束可见光a是由是由m、n、p三种三种单色光组成的。检测发现三种单色光中，单色光组成的。检测发现三种单色光中，n、p两种色两种色光的频率都大于光的频率都大于m色光；色光；n色光能使某金属发生光电效色光能使某金属发生光电效应，而应，而p色光不能使该金属发生光电效应。那么，光束色光不能使该金属发生光电效应。那么，光束a通过三棱镜的情况是通过三棱镜的情况是（ ）AanmpampnapmnamnpA.B.C.D.返回返回19下表给出了一些金属材料的逸出功。下表给出了一些金属材料的逸出功。 现用波长为现用波长为400nm的单色光照射上述材料，能产生光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？（电效应的材料最多有几种？（ ）(普朗克常量普朗克常量h = 6.610-34Js，光速，光速c = 3.00108m/s)A2种种 B3种种 C4种种 D5种种材料材料铯铯钙钙镁镁铍铍钛钛逸出功逸出功(10-19J)3.04.35.96.26.6解：照射光的能量为解：照射光的能量为 hc/= 4.9510-19J当照射光的能量大于逸出功即能产生光电效应。当照射光的能量大于逸出功即能产生光电效应。A返回返回17某光电管的阴极是用金属钾制成的，它的逸出功某光电管的阴极是用金属钾制成的，它的逸出功为为2.21eV，用波长为，用波长为2.510-7m的紫外线照射阴极，已的紫外线照射阴极，已知真空中光速为知真空中光速为3.0108m/s，元电荷为，元电荷为1.610-19C，普，普朗克常量为朗克常量为6.6310-34J s，求得钾的极限频率和该光电，求得钾的极限频率和该光电管发射的光电子的最大动能应分别是（管发射的光电子的最大动能应分别是（ ）A5.31014HZ，2.2J B5.31014HZ，4.410-19JC3.31033HZ，2.2J D3.31033HZ，4.410-19JB解：解：W= 2.21 1.610-19 = 3.5410-19J= h0 0 = W/h= 3.5410-19/6.6310-34 = 5.31014HZhc/=6.6310-343.0108/ 2.510-7=7.9610-19J EKm = hc/ W= 7.9610-19-3.5410-19 = 4.4210-19J返回返回
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