第十四章微觀粒子的波粒二象性14.1光電效應光子說??目標導航學問要點難易度1.光電效應現象：紫外線照射鋅板，光電子從鋅版逸出2.光子的能量：E=hν3.光電效應方程：★★★

★★★??學問精講一、光電效應現象1.試驗現象：圖（1）鋅板帶負電，用紫外線燈照射后，驗電器張開的指針夾角會變小。圖（2）鋅板不帶電，用紫外線燈照射后，驗電器指針張開。結論：紫外線會讓電子從鋅板表面逸出。裝置（1）裝置（2）2.光電效應：照射到金屬表面的光，能使金屬中的電子從表面逸出的現象。3.光電子：光電效應現象中從金屬表面逸出的電子常稱為光電子。二、光電效應的試驗規律1.光電效應的試驗裝置如圖（1）所示，把光信號轉化為電信號的裝置叫光電管。⑴陰極K和陽極A是密封在真空玻璃管中的兩個電極。陰極K與陽極A之間電壓U的大小用電壓表測量，可以通過滑動變阻器的調整，轉變電壓大小。電源的正負極也可以對調，圖中所加的電壓為正向電壓，即A極的電勢高于K極的電勢。⑵K在受到光照時能夠放射光電子。光電子從陰極K逸出后，在AK之間被電場加速。⑶陽極A吸取陰極K發出的光電子，形成光電流，用電流計測出光電流的大小。光電流越大，說明光電效應越強。圖（1）圖（2）2.試驗過程(1)施加正向電壓，如圖（1）：A接正極，K接負極①保持光照條件不變，調整滑動變阻器，增大電壓，測量光電流。②得到如圖（2）所示圖像，光電流隨電壓增大而增大，并趨于一個飽和值Im③分析：在肯定的光照條件下，單位時間內陰極K放射的光電子的數目是肯定的。電壓增加到肯定值時，全部光電子都被陽極A吸取，這時即使再增大電壓，電流也不會增大。(2)施加反向電壓，如圖（3）：K接正極，A接負極圖（3）圖（4）圖（5）①保持光照條件不變，調整滑動變阻器，增大反向電壓，測量光電流。②得到如圖（2）所示圖像，光電流隨反向電壓增大而減小，直至為0，測量此時的電壓UC。③分析：如圖（4），具有最大初動能的光電子到達A極時，動能剛好減小為零，電場力做功=最大初動能，即：，使光電流減小到0的反向電壓UC稱為遏止電壓。(3)更換不同頻率的色光，測量不同色光的I-U圖像。如圖（5）中的黃光和藍光，不同頻率的色光都存在飽和電流，但截止頻率不一樣。(4)對同一頻率的色光，轉變強度，測量I-U圖像。如圖（5）中的黃光（強）和黃光（弱），截止頻率相同，光強越大飽和電流越大。3.結論(1)對于同一種顏色（頻率）的光，無論光的強弱如何，遏止電壓都一樣。(2)光的頻率發生變化時，遏止電壓也會發生變化。這表明光電子的最大初動能只與入射光的頻率有關，與入射光的強弱無關。(3)截止頻率（極限頻率）：入射光的頻率必需高于某一極限頻率才能發生光電效應。當入射光的頻率低于截止頻率時不能發生光電效應。對于每種金屬，都有相應確定的截止頻率νc，即：①當入射光頻率ν>νc時，電子才能逸出金屬表面；②當入射光頻率ν<νc時，無論光強多大也無電子逸出金屬表面。(4)光電效應具有瞬時性，當光照射時馬上產生光電效應。例1.爭辯光電效應試驗如圖所示，用頻率為ν的可見光照射陰極K，電流表中有電流通過，則()A．用紫外線照射，電流表不肯定有電流通過B．用紅外線照射，電流表肯定無電流通過C．用頻率為ν的可見光照射陰極K，當滑動變阻器的滑片移到最右端時，電流表肯定無電流通過D．用頻率為ν的可見光照射陰極K，當滑動變阻器的滑片向左端移動時，電流表示數可能不變三、經典理論的沖突1.光電效應經典解釋依據經典電磁理論，光是電磁波，對光電效應有如下結論：(1)當光照射金屬表面時，電子會吸取光的能量。若電子吸取的能量超過逸出功，電子就能從金屬表面逸出，形成光電子。不管光的頻率如何，只要光足夠強，電子都可以獲得足夠能量從而逸出表面，不存在截止頻率。(2)光越強，光電子的初動能應當越大，所以截止電壓Uc應當與光的強弱有關。(3)假如光很弱，電子需要長時間（幾分鐘到十幾分鐘）才能獲得逸出表面所需的能量，這個時間遠遠大于試驗中產生光電流的時間。這些結論與試驗結果相沖突，經典電磁理論無法解釋。2光電效應經典解釋中的疑難點(1)初動能與光強無關，取決于入射光的頻率。(2)存在極限頻率(紅限)。(3)響應快慢與光強無關，沒有能量積累過程。四、光子說1.能量量子化認為：電磁波的輻射和吸取是不連續的，一份一份的，每一份叫做一個能量子。2.愛因斯坦認為：光本身就是由一個個不行分割能量子組成的。每一份稱為光量子，簡稱光子。3.光子的能量：E=hν，ν是光子的頻率。例2.光子的能量與其()A．頻率成正比 B．波長成正比C．速度成正比 D．速度平方成正比五、光電效應方程1.Ek是光子最大初動能，就某個光電子而言，其離開金屬時的動能大小可以是0~Ek范圍內的任何數值。W0是金屬的逸出功，是金屬的屬性，跟金屬種類有關，如圖（1）所示。式中h叫普朗克常量(h=6.63×10-34J·s)圖（1）圖（2）⑴截止頻率的解釋光照射到金屬中的電子時，一個電子只能吸取一個光子的能量，也就是hv的能量。hv>W0→產生光電效應hv<W0→無光電效應hv=W0→極限頻率v=光電效應圖像如圖（2）所示，Ek=hν

–W0①斜率k=h（普朗克常數）②橫截距νc（極限頻率）③縱截距為－W0（逸出功的負值）⑵遏止電壓的解釋對某種金屬W0肯定，遏止電壓Uc只與入射光的頻率有關，與光強無關。⑶瞬時性的解釋電子一次性吸取了光子的全部能量，所以自然不需要時間的積累。⑷飽和電流的解釋對于同種頻率的光，光較強時，單位時間內照射到金屬表面的光子數較多,照射金屬時產生的光電子較多，因而飽和電流較大。截止電壓Uc與光的頻率v和逸出功Wo的關系：U光子像其他粒子一樣，也具有能量。光電效應顯示了光的粒子性。例3.如圖所示，在演示光電效應的試驗中，谷靈同學分別用a、b兩種單色光照射鋅板。發覺用a光照射時與鋅板連接的驗電器的指針張開一個角度；用b光照射時與鋅板連接的驗電器的指針不動。下列說法正確的是（）A．增大b光的照射強度，驗電器的指針有可能張開一個角度B．增大a光的照射強度，光電子的最大初動能增加C．a光的頻率大于b光的頻率D．若用b光照射另一種金屬能發生光電效應，則用a光照射該金屬時可能不會發生光電效應例4.（多選）用圖甲所示裝置爭辯光電效應現象，三次用同一光電管在不同光照條件下試驗，記錄微安表的示數I隨光電管電壓U的變化狀況，得到甲、乙、丙三條光電流與電壓之間的關系曲線，如圖乙所示。下列說法正確的是（）A．大于B．光電管中電流方向由A指向KC．甲圖線表示光的強度比丙大D．甲圖線和乙圖線表示光產生的光電子最大初動能相同??考點題型考點01光電效應方程的定性分析例5.利用如圖所示的試驗裝置爭辯光電效應現象，用一束紫外線照射光電陰極材料，電流表無示數。則（）A．增大入射光的強度，電流表肯定有示數 B．增大入射光的頻率，電流表肯定有示數C．減小入射光的頻率，電流表可能有示數 D．減小入射光的波長，電流表可能有示數考點02光電效應方程的定量計算例6.單色光B的頻率為單色光A的兩倍，用單色光A照射到某金屬表面時，從金屬表面逸出的光電子最大初動能為E1；用單色光B照射該金屬表面時，逸出的光電子最大初動能為E2。則該金屬的逸出功為()A．E2－E1B．E2－2E1C．2E1－E2D．eq\f(E1＋E2,2)例7.如圖所示電路可爭辯光電效應規律。圖中標有A和K的為光電管，其中A為陽極，K為陰極，抱負電流計可檢測通過光電管的電流，抱負電壓表用來指示光電管兩端的電壓。現接通電源，用光子能量為12.0eV的光照射陰極K，電流計中有示數，若將滑動變阻器的滑片P緩慢向右滑動，電流計的讀數漸漸減小，當滑至某一位置時電流計的讀數恰好為零，讀出此時電壓表的示數為5.0V。現保持滑片P位置不變，以下推斷正確的是（）A．光電管陰極材料的逸出功為5.0eVB．若增大入射光的強度，電流計的讀數不為零C．若用光子能量為15.0eV的光照射陰極K，光電子的最大初動能肯定變大D．若用光子能量為10.0eV的光照射陰極K，同時把滑片P向左移動少許，電流計的讀數肯定不為零考點03光電效應方程的圖像分析例8.用不同頻率的紫外線分別照射鎢和鋅的表面而產生光電效應，可得到光電子的最大初動能隨入射光頻率變化的圖像。已知鎢的逸出功是，鋅的逸出功是，若將二者的圖線畫在同一個坐標系中，用實線表示鎢、虛線表示鋅，則下列正確反映這一過程的圖是（）A．B．C．D．例9.1916年密立根測量金屬的遏止電壓（即圖甲所示電路中電流表G的讀數減小到零時加在電極K、A之間的反向電壓）與入射光頻率v的對應關系，試驗中推導計算出普朗克常量h。圖乙為某光電管發生光電效應時遏止電壓與入射光頻率v的關系圖像，已知光電子的電荷量為e，下列說法正確的是（）A．電極K的金屬材料的截止頻率為B．普朗克常量C．電極K的金屬材料逸出功隨入射光頻率的增大而減小D．光電子最大初動能與入射光頻率成正比考點04光譜和光電效應的綜合應用例10.鉀的逸出功是2.25eV。如圖為氫原子的能級示意圖，則下列對氫原子在能級躍遷過程中的特征生疏，正確的是（）A．一個處于能級的氫原子向基態躍遷時，能放出6種不同頻率的光B．用能量為10.5eV的光子轟擊氫原子，可使處于基態的氫原子躍遷到激發態C．用能量為12.09eV的電子轟擊氫原子，肯定可使處于基態的氫原子躍遷到激發態D．一群處于能級的氫原子向基態躍遷時，發出的光照射鉀板，鉀板表面所發出的光電子的最大初動能為9.84eV例11.氫原子的能級圖如圖甲所示，一群處于第4能級的氫原子，向低能級躍遷過程中能發出6種不同頻率的光，其中只有頻率為νa、νb兩種光可讓圖乙所示的光電管陰極K發生光電效應。分別用頻率為νa、νb的兩個光源照射光電管陰極K，測得電流隨電壓變化的圖像如圖丙所示。下列說法中正確的是（）A．處于第4能級的氫原子可以吸取一個能量為0.75eV的光子并電離B．圖丙中的圖線b所表示的入射光是氫原子由第4能級向基態躍遷發出的C．圖丙中的圖線b所表示的入射光的光子能量為12.09eVD．用圖丙中的a光照射陰極K時，光電子的最大初動能比用b光照射時更大??鞏固練習~A組~1.（多選）如圖所示，用導線把不帶電的驗電器與鋅板相連接，當用紫外線照射鋅板時，發生的現象是()A．有光子從鋅板逸出 B．有電子從鋅板逸出C．驗電器指針張開一個角度 D．鋅板帶負電2.如圖所示為一光電管電路，滑動變阻器觸頭位于ab上某點，用黃光照射光電管陰極，電表指針無偏轉，要使電表指針偏轉，可實行的可行措施有()A．增大黃光的強度 B．換用藍光照射C．將P向a滑動 D．將電源正、負極對調3.在光電效應試驗中，某試驗小組用同種頻率的單色光，先后照射鋅和銀的表面，都能產生光電效應。對這兩個過程，下列四個物理量中，可能相同的是()A．飽和光電流 B．遏止電壓C．光電子的最大初動能 D．逸出功4．某光源發出的光由不同波長的光組成，不同波長的光的強度如圖所示，表中給出了一些材料的極限波長，用該光源發出的光照射表中材料（）材料鈉銅鉑極限波長/nm541268196A．僅鈉能產生光電子 B．僅鈉、銅能產生光電子C．僅鈉、鉑能產生光電子 D．都能產生光電子5.爭辯光電效應的試驗裝置如圖所示，以頻率為ν的光照射光電管陰極K時，有光電子產生。由于光電管K、A間加的是反向電壓，光電子從陰極K放射后將向陽極A做減速運動。光電流i由圖中電流計G測出，反向電壓U由電壓表V測出，且遏止電壓為Uc.在下列表示光電效應試驗規律的圖象中，錯誤的是()6.（多選）在做光電效應的試驗時，某金屬被光照射發生了光電效應，試驗測得光電子的遏止電壓Uc與入射光的頻率ν的關系如圖所示，由試驗圖線可求出()A．該金屬的截止頻率 B．普朗克常量C．該金屬的逸出功 D．單位時間內逸出的光電子數7．從1907年起，美國物理學家密立根就開頭以精湛的技術測量光電效應中幾個重要的物理量。他通過如圖甲所示的試驗裝置測量某金屬的遏止電壓與入射光頻率，作出圖乙所示的圖象，由此算出普朗克常量h，并與普朗克依據黑體輻射測出的h相比較，以檢驗愛因斯坦光電效應方程的正確性。已知電子的電荷量為e，則下列普朗克常量h的表達式正確的是（）A． B．C． D．8.如圖所示，分別用1、2兩種材料作K極進行光電效應探究，其截止頻率ν1<ν2，保持入射光不變，則光電子到達A極時動能的最大值Ekm隨電壓U變化關系的圖像是()9．如圖所示，分別用頻率為v、2v的光照射某光電管，對應的遏止電壓之比為1：3，普郎克常量用h表示，則（

）A．用頻率為的光照射該光電管時有光電子逸出B．該光電管的逸出功為C．用2v的光照射時逸出全部光電子的初動能比用v的光照射時逸出全部光電子的初動能大D．加正向電壓時，用2v的光照射時飽和光電流肯定大10.（多選）某試驗小組用圖甲所示電路爭辯a、b兩種單色光的光電效應現象，通過試驗得到光電流I與電壓U的關系如圖乙所示，由圖可知（）A．光電子的最大初動能 B．兩種光的頻率C．兩種光照射金屬K時的逸出功一樣 D．兩種光的遏止電壓相同11.如圖甲所示，為爭辯某金屬材料的遏止電壓Uc與入射光頻率v的關系的電路圖，用不同頻率的光分別照射甲圖中同一光電管的陰極K，調整滑片P測出遏止電壓，并描繪Uc-v關系圖如圖乙所示。已知三種光的頻率分別設為以v1、v2、v3，光子的能量分別為1.8eV、2.4eV、3.0eV，測得遏止電壓分別為U1=0.8V、U2=1.4V、U3（圖乙中未知）。則下列說法正確的是（）A．普朗克常量可表達為B．圖乙中頻率為v3的光對應的遏止電壓U3=1.8VC．該陰極K金屬材料的逸出功為2.6eVD．將電源的正負極對換，仍用頻率為v2的光照射陰極K時，將滑片P向右滑動一些，電流表示數肯定不為零12．如圖所示為氫原子能級圖，以及從、4、5、6能級躍遷到能級時輻射的四條光譜線。則下列敘述正確的有（）A．、、、的頻率依次增大B．可求出這四條譜線的波長之比，、、、的波長依次增大C．處于基態的氫原子要吸取的能量才能被電離D．假如可以使某種金屬發生光電效應，肯定可以使該金屬發生光電效應13.如圖所示為氫原子的能級示意圖，一群氫原子處于的激發態，在自發躍遷中放出一些光子，用這些光子照射逸出功為的鉀，下列說法正確的是（）A．這些氫原子最多可能發出4種不同頻率的光B．這些氫原子發出的全部光子均能使金屬鉀發生光電效應C．用這些氫原子躍遷放出的光照射金屬鉀，逸出的光電子最大初動能肯定不大于D．氫原子在由高能級向低能級躍遷過程中，核外電子的動能也隨之減小14.鉀的逸出功是2.25eV。如圖為氫原子的能級示意圖，則下列對氫原子在能級躍遷過程中的特征生疏，正確的是（）A．一個處于能級的氫原子向基態躍遷時，能放出6種不同頻率的光B．用能量為10.5eV的光子轟擊氫原子，可使處于基態的氫原子躍遷到激發態C．用能量為12.09eV的電子轟擊氫原子，肯定可使處于基態的氫原子躍遷到激發態D．一群處于能級的氫原子向基態躍遷時，發出的光照射鉀板，鉀板表面所發出的光電子的最大初動能為9.84eV15.金屬板M在某種光照射下可以放射出最大速度為v的電子，電子從金屬板M運動到金屬網N形成電流。已知圖中兩電池的供電電壓都為U，電子的電荷量為e，質量為m，當單刀雙擲開關S與1接通時，電流表的示數剛好為零（即電子恰好不能運動到金屬網N）。現單刀雙擲開關S與2接通時，電子運動到金屬網N時的最大速度為（）A． B． C． D．

~B組~16.（多選）圖甲為某種光電煙霧探測器裝置示意圖，光源S發出頻率為的光束，當有煙霧進入該探測器時，光束會被煙霧散射進入光電管C，當光照射到光電管中的金屬鈉表面時會產生光電子，進而在光電管中形成光電流，當光電流大于某臨界值時，便會觸發報警系統報警。用如圖乙所示的電路（光電管K極是金屬鈉）爭辯光電效應規律，得到鈉的遏止電壓與入射光頻率之間的關系，如圖丙所示，元電荷為e。下列說法正確的是（）A．由圖丙知，普朗克常量B．由圖丙知，金屬鈉的逸出功為C．圖甲中，光源S發出的光越強，探測器的靈敏度就越高，光電子的最大初動能就越大D．圖乙中，光電管K極使用的金屬材料逸出功越大，截止頻率越大，探測器的靈敏度就越高17.（多選）我國中微子探測試驗利用光電管把光信號轉換為電信號。如圖所示，A和K分別是光電管的陽極和陰極，加在A、K之間的電壓為U。現用發光功率為P的激光器發出頻率為v的光全部照射在K上，回路中形成電流。已知陰極K材料的逸出功為，普朗克常量為h，電子電荷量為e。以下說法正確的是（）A．光電子到達A時的最大動能為B．光電子到達A時的最大動能為C．若每入射N個光子會產生1個光電子且全部的光電子都能到達A，則回路的電流強度為D．若每入射N個光子會產生1個光電子且全部的光電子都能到達A，則回路的電流強度為18.如圖1所示，一驗電器與鋅板相連，在A處用一紫外線燈照射鋅板，關燈后，驗電器指針保特肯定偏角。（1）現用一帶少量負電的金屬小球與鋅板接觸，則驗電器指針偏角將_______（選填“增大”“減小”或“不變”）。（2）使驗電器指針回到零，再用相同強度的鈉燈發出的黃光照射鋅板，驗電器指針無偏轉．那么，若改用強度更大的紅外線燈照射鋅板，可觀看到驗電器指針__________（選填“有”或“無”）偏轉。（3）為了進一步爭辯光電效應的規律，設計了如圖2所示的電路，圖中標有A和K的為光電管，其中K為陰極，A為陽極．現接通電源，用光子能量為的光照射陰極K，電流計中有示數，若將滑動變阻器的滑片P緩慢向右滑動，電流計的讀數漸漸減小，當滑至某一位置時電流計的讀數恰好為零，讀出此時電壓表的示數為，則光電管陰極材料的逸出功為______。19.一群氫原子處于量子數n＝4的能級狀態，氫原子的能級圖如圖所示，氫原子可能放射____種頻率的光子；氫原子由量子數n＝4的能級躍遷到n＝2的能級時輻射光子的能量是____eV；用n＝4的能級躍遷到n＝2的能級時輻射的光子照射下表中幾種金屬，____金屬能發生光電效應。金屬銫鈣鎂鈦逸出功W/eV1.92.73.74.1幾種金屬的逸出功

20.如圖所示為氫原子最低的四個能級，當一群氫原子處于n=4的能級上向低能級躍遷時：（1）有可能放出幾種能量的光子？（2）在哪兩個能級間躍遷時，所放出光子波長最長？（3）已知金屬鈉的截止頻率為5.33×1014Hz，普朗克常量h=6.63×10-34Js請通過計算推斷，氫原子從其次激發態躍遷到第一微發態過程中發出的光射金屬鈉板，能否發生光電效應。21.小明同學用如圖所示的試驗裝置測量普朗克常量和某金屬的逸出功，通過轉變入射光的頻率并測出對應的遏止電壓U繪制圖像如圖甲所示，已知電子所帶電荷量大小是。（1）普朗克常量h=______，此金屬的逸出功W=______。（用e、、、、表示）（2）另一同學用小明同學的數據繪制（其中I為Ｇ的讀數）圖線如圖乙中d所示。他用相同試驗裝置，但只增大入射光強，則此時圖線應是圖乙中的____