光电效应(含解析)(4)

光电效应1.知识详解：知识点1光电效应和波粒二象性1.光电效应的实验规律(1)存在着饱和电流：对于一定颜色的光，入射光越强，单位时间发射的光电子数越多,饱和光电流越大.(2)存在着遏止电压和截止频率：光电子的能量只与入射光的频墜有关，而与入射光的强弱无关.当入射光的频率低丁•截止频率时不发生光电效应.使光电流减小到零的反向电圧叫遏止电压.(3)光电效应具有瞬时性：当频率超过截止频率时，无论入射光怎样微弱，儿乎在照到金属时立即产生光电流，时间不超过10®s.2.光子说爱因斯坦提出：空间传播的光不是连续的，而是一份一份的，每一份称为一个光子，光子具有的能量E=hvf其中力=6.63x10、4J・s.3.光电效应方程(1) 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 达式：hv=EkW()或E严加一％(2)物理意义：金属中的电子吸收一个光子获得的能量是尿,，这些能量的一部分用來克服金属的逸出功瞅)，剩下的表现为逸出后电子的最大初动能Ek=^mv2.4.光的波粒二象性(1)波动性：光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有泌性.(2)粒子性：光电效应、康普顿效应 说明 关于失联党员情况说明岗位说明总经理岗位说明书会计岗位说明书行政主管岗位说明书 光具有粒土性.(3)光既具有波动性,乂具有粒子性,称为光的波粒二象性.5.物质波(1)概率波光的干涉现象是大量光子的运动遵守波动规律的表现，亮条纹是光子到达概率木的地方，暗条纹是光子到达概率尘的地方，因此光波又叫概率波.(2)物质波任何一个运动着的物体，小到微观粒子大到宏观物体都有一种波与它对应，其波长2=眷，"为运动物体的动量，〃为普朗克常量.易错判断(1)光子说中的光子，指的是光电子.(x)(2)只要光足够强，照射时间足够长，就一定能发生光电效应.(X)(3)极限频率越大的金属 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 逸出功越大.W)知识点2a粒子散射实验与核式结构模型1.实验现象绝大多数a粒子穿过金箔后，基本上仍沿原來的方向前进，但少数a粒子发生了大角度偏转,极少数a粒子甚至被撞了回來.如图所示.a粒子散射实验的分析图2.原子的核式结构模型在原子中心有一个很小的核，原子全部的正电荷和儿乎全部质量都集中在核里,带负电的电子在核外空间绕核旋转.易错判断(1)原子核集中了原子全部的正电荷和质量.(x)(2)原子中绝大部分是空的，原子核很小.W)(3)核式结构学说是卢瑟福在a粒子散射实验的基础上提出的.W)知识点3氢原子光谱和玻尔理论1.光谱(1)光谱：用光栅或棱镜可以把光按波长展开，获得光的竝(频率)和强度分布的记录，即光谱.(2)光谱分类：①线状谱光谱是一条条的亮线.②连续谱光谱是连在一起的光带.(3)氢原子光谱的实验规律：巴耳末线系是氢原子光谱在可见光区的谱线，其波长公式士=二*)(”=3,4,5,…)，R是里徳伯常量:，/?=1.10xl0'm*,”为量子数.2.玻尔理论(1)定态：原子只能处于一系列不连续的能量状态中,在这些能量状态中原子是稳定的,电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量.(2)跃迁：原子从一种定态跃迁到另一种定态时，它辐射或吸收一定频率的光子，光子的能量由这两个定态的能量差决定，即hv=E,n—En(h是普朗克常量，力=6.63x10*J.S).(3)轨道：原子的不同能量状态跟电子在不同的圆周轨道绕核运动相对应.原子的定态是不连续他，因此电子的可能轨道也是不连续的.3.氢原子的能级、能级公式(1)氢原子的能级图能级图如图所示.(2)氢原子的能级公式匕=右£心=1,2,3,…)，其中&为基态能量，其数值为E\=—13.6_eV.(3)氢原子的半径公式尸”=也(”=1,2,3,...)»其中门为基态半径，乂称玻尔半径,其数值为ri=O.53xlO-,om.易错判断(1)在玻尔模型中，原子的状态是不连续的.W)(2)发射光谱可能是连续光谱，也可能是线状谱.W)(3)玻尔理论成功地解释了氢原子光谱，也成功地解释了氨原子光谱.(X)2.题型分析：一、对光电效应的理解1.与光电效应有关的五组概念对比(1)光子与光电子：光子指光在空间传播时的每一份能量，光子不带电：光电子是金属表而受到光照射时发射出来的电子，其本质是电子.光子是因，光电子是果.(2)光电子的动能与光电子的最大初动能：只有金属表而的电子直接向外飞出时，只需克服原子核的引力做功的情况，才具有最大初动能.(3)光电流和饱和光电流：金属板飞岀的光电子到达阳极，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，这个饱和值是饱和光电流，在一定的光照条件下，饱和光电流与所加电压大小无关.(4)入射光强度与光子能疑：入射光强度指单位时间照射到金属表而单位面积上的总能量.(5)光的强度与饱和光电流：频率相同的光照射金属产生光电效应，入射光越强，饱和光电流越大，但不是简单的正比关系.2.两条对应关系：入射光强度大T光子数目多-发射光电子多-光电流大：光子频率高T光子能疑大-光电子的最大初动能大.例1.关于光电效应和康普顿效应的规律，下列说确的是()A.光电效应中，金属板向外发射的光电子又可以叫作光子B.康普顿效应说明光具有波动性C.对于同种金属而言，遏止电压与入射光的频率无关D.石墨对X射线散射时，部分X射线的散射光波长会变长，这个现象称为康普顿效应D［光电效应中，金属板向外发射的电子叫光电子，光子是光量子的简称，A错误；根据光电效应方程hv=WoeUc可知，对于同种金属而言（逸出功一样），入射光的频率越大，遏止电压也越大，即遏止电压与入射光的频率有关，C错误；在石墨对X射线散射时，部分X射线的散射光波长会变长的现象称为康普顿效应，康普顿效应说明光具有粒子性，B错误，D正确.］例2.（多选）光电效应的实验结论是：对某种金属（）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AD［每种金属都有它的极限频率w,只有入射光子的频率大于极限频率vo时，才会发生光电效应，选项A正确，B错误；光电子的初动能与入射光的强度无关，随入射光频率的增加而增大，选项D正确，C错误.］［反思 总结 初级经济法重点总结下载党员个人总结TXt高中句型全总结.doc高中句型全总结.doc理论力学知识点总结pdf ］两点提醒（1）  能否发生光电效应取决于入射光的频率而不是入射光的强度.（2）  光电子的最大初动能随入射光子频率的增大而增大，但二者不是正比关系.二、爱因斯坦的光电效应方程及应用1.三个关系（1）  爱因斯坦光电效应方程Ek=hv-Wo.（2）  光电子的最大初动能5可以利用光电管用实验的方法测得，即ES其中0•是遏I匕电压.（3）  光电效应方程中的附）为逸岀功，它与极限频率％的关系是Wo=hvc.2.四类图象图象名称图线形状由图线直接（间接）得到的物理量最大初动能5与入射光频率V的关系图线1极限频率：图线与V轴交点的横坐标W2逸出功：图线与£k轴交点的纵坐标的值，W（）=I-EI=£3普朗克常量：图线的斜率k=h颜色相同、强度不同的光，光电流与电压的关系图线1遏止电压以：图线与横轴的交点2饱和光电流人：电流的最大值3最大初动能：Ekm=eUc颜色不同时，光电流与电压的关系图线1遏止电压£/cl、Uc22饱和光电流3最大初动能Ek】=8,Eki=eUc2遏1上电压&与入射光频率V的关系图线1截止频率％:图线与横轴的交点2遏止电压以：随入射光频率的增大而增大3普朗克常量力：等于图线的斜率与电子电量的乘积，即力=加.（注：此时两极之间接反向电压）考向1光电效应方程的应用例3.（多选）（2017-全国【II卷）在光电效应实验中，分别用频率为％、巾的单色光°、b照射到同种金属上，测得相应的遏止电压分别为S和5、光电子的最大初动能分别为Ek“和Ekb.h为普朗克常量.下列说确的是（）A.若Va>Vb,则一定有Uavb,则一定有Ekd>EkbC.若UEUb，则一定有EkdVEk”D.若VQVb，则一定有hVa—Eka>hvb—E灶［题眼点拨］①“照射同种金属”，说明两种情况下的逸出功相同；②用Ek=hv-Wo分析Ek的大小，用qU=Ek分析遏止电压的大小.BC［光电效应中遏止电压与最大初动能之间的关系为eU=Ek，根据光电效应方程可知Ek=hv—VV（）,若则Eka>Ek/”Ua>Ub，选项A错误，选项B正确；若Uavq.=卩乙(2)光强相同的两种色光，如何比较单位时间照射到单位面积上的光子数的多少？［捉示］频率大的光子能量大，在光强相同时，单位时间照射到单位面积上的光子数就少.D［当光照射到K极时，如果入射光的频率足够大(大于K极金属的极限频率)，就会从K极发出光电子•当反向电压增加到某一值时，电流表A中电流就会变为零，此时如“说=eUCf式中S表示光电子的最大初速度，e为电子的电荷量，S为遏止电压，根据爱因斯坦光电效应方程可知丙光的最大初动能较大，故丙光的频率较大，但丙光照射光电管发出光电子的初动能不一定比屮光照射光电管发出光电子的初动能大，所以A错误.对于屮、乙两束频率相同的光来说，入射光越强，单位时间发射的光电子数越多，所以B错误.对中、丙两束不同频率的光来说，光强相同是单位时间照射到光电管单位面积上的光子的总能量相等，山于丙光的光子频率较高，每个光子的能量较大，所以单位时间照射到光电管单位面积上的光子数就较少，所以单位时间发出的光电子数就较少，因此C错误.对于不同金属，若照射光频率不变，根据爱因斯坦光电效应方程Ek=hv~W,知Ek与金属的逸出功为线性关系，D正确.]例6.研究光电效应规律的实验装置如图所示，用频率为卩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做减速运动.光电流汕1图中电流计G测出，反向电压U山电压表V测出.当电流讣的示数恰好为零时，电压表的示数称为反向截止电压队，在下列表示光电效应实验规律的图象中，错误的是（）B[山光电效应规律可知，光电流的强度与光强成正比，光射到金属上时，光电子的发射是瞬时的，不需要时间积累，故A、D图象正确；从金属中发出的光电子，在反向电压作用下做减速运动，随着反向电压的增大，到达阳极的光电子数减少，故C图象正确；由光电效应方程可知：亦匸血Ekm,而eUc=Ekm,所以有加=/m)et/c,由此可知，B图象错误.］［反思总结］光电效应问题中的五个决定关系(1)逸出功Wo—定时，入射光的频率决定着能否产生光电效应以及光电子的最大初动能.(2)入射光的频率一定时，入射光的强度决定着单位时间发射出来的光电子数.(3)爱因斯坦光电效应方程：Ek=/n—W).(4)最大初动能与遏止电压的关系：Ek=eUc.C(5)逸出功与极限频率、极限波长的关系：・•例7.(2017-抚州模拟)人们发现光电效应具有瞬时性和对各种金属都存在极限频率的规律.请问谁提岀了何种学说很好地解释了上述规律？已知锌的逸出功为3.34eV,用某单色紫外线照射锌板时，逸出光电子的最大速度为106nVs,求该紫外线的波长2•(电子质量Mc=9.11xl0fkg,普朗克常量A=6.63xlO_34J-s,leV=1.60x10_19J)［解析］爱因斯坦提出的光子说很好地解释了光电效应现象.由爱因斯坦光电效应方程：Ek=hv-WQ  ①光速、波长、频率之间关系：联立①②得紫外线的波长为._he1iWo尹琳6.63xlO_34x3xlO8=1m3.34x1.6x10-19^9.11x107x101202.009x10-7m.［答案］爱因斯坦的光子说很好地解释了光电效应2.009x10-7m例8.(多选)(2017-模拟)如图是某金属在光的照射下产生的光电子的最大初动能Ek与入射光频率V的关系图象•山图象可知（）A.该金属的逸出功等于EB.该金属的逸出功等于加（）C.入射光的频率为2比时，产生的光电子的最大初动能为EABC[山爱因斯坦的光电效应方程：Ek=hv-W09对应图线可得，该金属的逸出功Wo=E=Jiv^A、B均正确；若入射光的频率为2vo,则产生的光电子的最大初动能Ek=2hv0-W0=hv0=E,故C正确；入射光的频率为号时，该金属不发生光电效应，D错误.]例9.某光电管的阴极是用金属钾制成的，它的逸出功为2.21eV,用波长为2.5x10—7m的紫外线照射阴极.已知真空中光速为3.0xl08m/s,元电荷为1.6xlO-,9C,普朗克常量为6.63x10_34Js,求得钾的极限频率和该光电管发射的光电子的最大初动能应分别是（）A・5.3X10MH乙2.2JB.5.3xlO14HzA4xlO",9JC.3.3xlO33H乙2.2JD.3.3xlO33HzA4xlO_,9JB[III  得Wp2・21xl・6xl0一19~h=6.63X10"34山光电效应方程加=WoEm得Ekm=hv-W0=hj-W0三、对波粒一•象性的理解1.对光的波动性和粒子性的进一步理解光的波动性光的粒子性实验基础干涉和衍射光电效应、康普顿效应表现1光是一种概率波，即光子在空间各点岀现的可能性大小（概率）可用波动规律来描述2大量的光子在传播时，表现出光的波动性1当光同物质发生作用时，这种作用是“一份一份"进行的，表现出粒子的性质2少量或个別光子容易显示出光的粒子性说明1光的波动性是光子本身的一种属性，不是光子之间相互作用产生的2光的波动性不同于宏观观念的波1粒子的含义是“不连续"、“一份一份“的2光子不同于宏观观念的粒子2•波动性和粒子性的对立与统一（1）大量光子易显示出波动性，而少量光子易显示出粒子性.⑵波长长（频率低）的光波动性强，而波长短（频率髙）的光粒子性强.（3）  光子说并未否泄波动说，E=hv=今中，v和2就是波的概念.（4）  波和粒子在宏观世界是不能统一的，而在微观世界却是统一的.例10.（2018-模拟）关于波粒二象性，下列说法中正确的是（）甲  乙  丙  丁A.图甲中紫光照射到锌板上可以发生光电效应，则其他可见光照射到锌板上也一定可以发生光电效应B.图乙中入射光的强度越大，则在阴极板上产生的光电子的最大初动能越大C.图丙说明光子既有粒子性也有波动性D.戴维和汤姆利用图丁证明了电子具有波动性D[在可见光中，紫光的频率最大，故紫光光子的能量最大，紫光照射到锌板上可以发生光电效应，但其他可见光照射到锌板上不一定发生光电效应，A错误；入射光的强度只能改变单位时间逸出光电子的数量，但不能增大逸出光电子的最大初动能，B错误；光的散射揭示了光的粒子性，没有揭示光的波动性，C错误；衍射是波特有的现象，故电子束衍射实验证明了电子具有波动性，D正确.]例11.(2017- 高考 地理事物空间分布特征语文高考下定义高考日语答题卡模板高考688高频词汇高考文言文120个实词 )2017年年初，我国研制的“光源”一极紫外自111电子激光装置，发出了波长在100nm(lnm=10-9m)附近连续可调的世界上最强的极紫外激光脉冲，“光源”因其光子的能量大、密度高，可在能源利用、光刻技术、雾霾治理等领域的研究中发挥重要作用.一个处于极紫外波段的光子所具有的能量可以电离一个分子，但乂不会把分子打碎.据此判断，能够电离一个分子的能量约为(取普朗克常量/^G.GxlO-34Js,真空光速c=3xlO8m/s)()A.10一21J  B.10_,8JC.10-15J  D.10_,2JB[—个处于极紫外波段的光子所具有的能量加=»=6.6xlOK盍罗冋0-5,选项B正确.]四、氢原子能级和能级跃迁1.两类能级跃迁(1)自发跃迁：高能级-低能级，释放能戢，发出光子.光子的频率、=¥=匚宀.(2)受激跃迁：低能级-高能级，吸收能量.1光照(吸收光子)：光子的能量必须恰等于能级差7/v=AE.2碰撞、加热等：只要入射粒子能量大于或等于能级差即可，EZE.3大于电离能的光子被吸收，将原子电离.2.电离电藹态与电离能电离态:n=8,E=0基态T电离态：E吸=0—(一13.6eV)=13.6eV电离能.n=2—电离态：E^=0-E2=3.4eV如吸收能量足够大，克服电离能后，获得自由的电子还携带动能.3.谱线条数的确左方法(1)一个氢原子跃迁发岀可能的光谱线条数最多为("一1).(2)—群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数的两种求解方法.1用数学中的组合知识求解：艸二c‘二几5「1)・n  22利用能级图求解：在氢原子能级图中将氢原子跃迁的各种可能情况一一画出，然后相加.例12.(多选)氢原子光谱在可见光部分只有四条谱线，它们分别是从〃为3、4、5、6的能级直接向/i=2能级跃迁时产生的.四条谱线中，一条红色、一条蓝色、两条紫色，则下列说确的是（）A.红色光谱是氢原子从“=3能级向”=2能级跃迁时产生的B.蓝色光谱是氢原子从”=6能级或n=5能级直接向”=2能级跃迁时产生的C.若氢原子从”=6能级直接向n=l能级跃迁，则能够产生红外线D.若氢原子从n=6能级直接向n=3能级跃迁时辐射的光子不能使某金属发生光电效应，则氢原子从〃能级直接向“=2能级跃迁时辐射的光子将可能使该金属发生光电效应AD［从〃为3、4、5、6的能级直接向n=2能级跃迁时，从“=3跃迁到”=2能级辐射的光子频率最小，波长最大，可知为红色光谱，A正确；蓝光光子频率大于红光光子频率，小于紫光光子频率，可知是从“=4跃迁到n=2能级辐射的光子，B错误；氢原子从畀=6能级直接向能级跃迁，辐射的光子频率大于从“=6跃迁到“=2能级时辐射的紫光光子频率，即产生紫外线，C错误；从”=6跃迁到”=2能级辐射的光子频率大于从“=6跃迁到〃能级辐射的光子频率，III氢原子从“=6能级直接向〃=3能级跃迁时辐射的光子不能使某金属发生光电效应，但从〃=6跃迁到〃=2能级跃迁时辐射的光子可能使该金属发生光电效应，D正确.］例13.（2018.模拟）如图所示为氢原子能级图，氢原子中的电子从“=4能级跃迁到”=1能级可产生“光；从n=3能级跃迁到“=1能级可产生方光，“光和b光的波长分别为儿和几，“、〃两光照射逸出功为4.5eV的金属餌表面均可产生光电效应，遏止电压分别为/和3,,则)n8  £/cV0A•5  4  0.540.853  1.5!B.U0=4.30xl0I4Hz,A对，B错：该图线的斜率为普朗克常量,C对;金属的逸出功W=72v0=6.63x10wx4.30x1014/1.6x10_,9eVxl.8eV,D错.]9.如图甲所示，合上开关，用光子能量为2.5cV的一朿光照射阴极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0.60V时，电流表计数仍不为零，当电压表读数大于或等于0.60V时，电流表读数为零.把电路改为图乙，当电压表读数为2V时，则逸岀功及电子到达阳极时的最大动能为（）甲  乙A.1.5eV0.6eV  B.1.7eV1.9eVC.1.9eV2.6eV  D.3」eV4.5eVC[光子能M/7v=2.5eV的光照射阴极，电流表读数不为零，则能发生光电效应，当电压表读数大于或等于0.6V时，电流表读数为零，则电子不能到达阳极，由动能立理eU=^知，最大初动能£km=et/=0.6eV,由光电效应方程加,=£加%知必=1.9eV,对图乙，当电压表读数为2V时，电子到达阳极的最大动能Ekm'=Ekm"'=0.6cV2cV=2.6cV.故C正确.]10.研究光电效应的电路如图所示.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）,钠极板发射岀的光电子被阳极A吸收，在电路中形成光电流.下列光电流/与A、K之间的电压U\k的关系图象中，正确的是（）A  B  C  DC[由于光的频率相同，所以对应的反向遏止电压相同，A、B错误：发生光电效应时，在同样的加速电压下，光强度越大，逸出的光电子数目越多，形成的光电流越大，C正确，D错误•]波粒二象性11•用很弱的光做双缝干涉实验，把入射光减弱到可以认为光源和感光胶片之间不可能同时有两个光子存在，如图所示是不同数虽的光子照射到感光胶片上得到的照片.这些照片说明（）A.光只有粒子性没有波动性B.光只有波动性没有粒子性C.少量光子的运动显示波动性，大量光子的运动显示粒子性D.少量光子的运动显示粒子性，大量光子的运动显示波动性D[光具有波粒二彖性，这些照片说明少量光子的运动显示粒子性，大量光子的运动显示波动性，故D正确.]12.（多选）实物粒子和光都具有波粒二象性.下列事实中突出体现波动性的是（）A.电子束通过双缝实验装置后可以形成干涉图样B.卩射线在云室中穿过会留下淸晰的径迹C.人们利用电子显微镜观测物质的微观结构D.光电效应实验中，光电子的最大初动能与入射光的频率有关，与入射光的强度无关AC[电子朿具有波动性，通过双缝实验装置后可以形成干涉图样，选项A正确.卩射线在云室中高速运动时，径迹又细又直，表现岀粒子性，选项B错误.电子显微镜是利用电子束衍射工作的，体现了波动性，选项C正确.光电效应实验，体现的是光的粒子性，选项D错误.]氢原子光谱、波尔理论13.下列关于原子光谱的说法不正确的是（）A.原子光谱是由物质的原子从高能级向低能级跃迁时辐射光子形成的B.不同的谱线分布对应不同的元素C.不同的谱线对应不同的发光频率D.利用光谱分析不可以准确确定元素的种类D[原子光谱即线状谱，是由物质的原子从高能级向低能级跃迁时辐射光子形成的：每种原子都有自己的特征谱线，可以利用它来鉴别物质或确疋物质的组成部分.故D不正确，选D.]14.如图所示为氢原子的能级图，对于处在”=4能级的大量氢原子，下列说确的是（）A.这群氢原子向低能级跃迁时一共可以辐射岀4种不同频率的光子  ”  眈v