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选择性必修 第三册2 光电效应第1课时学案
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这是一份选择性必修 第三册2 光电效应第1课时学案，共16页。
2 光电效应
第1课时 光电效应
[学习目标] 1.知道光电效应现象，了解光电效应的实验规律.2.知道光电效应与电磁理论的矛盾.3.理解爱因斯坦光子说及对光电效应的解释，会用爱因斯坦光电效应方程解决一些简单问题．
一、光电效应的实验规律
1．光电效应：照射到金属表面的光，能使金属中的电子从表面逸出的现象．
2．光电子：光电效应中发射出来的电子．
3光电效应的实验规律
(1)存在截止频率：当入射光的频率低于截止频率时不(填“能”或“不”)发生光电效应．
(2)存在饱和电流：在光的频率不变的情况下，入射光越强，饱和电流越大．
(3)存在遏止电压：使光电流减小到0的反向电压Uc，且满足mevc2＝eUc.
(4)光电效应具有瞬时性：光电效应几乎是瞬时发生的．
二、光电效应经典解释中的疑难
1．逸出功：使电子脱离某种金属，外界对它做功的最小值，用W0表示．不同种类的金属，其逸出功的大小不相同(填“相同”或“不相同”)．
2．光电效应经典解释
(1)不应存在截止频率．
(2)遏止电压Uc应该与光的强弱有关．
(3)电子获得逸出表面所需的能量需要的时间远远大于实验中产生光电流的时间．
三、爱因斯坦的光电效应理论
1．光子：光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，频率为ν的光的能量子为hν，其中h为普朗克常量．这些能量子后来称为光子．
2．爱因斯坦光电效应方程
(1)表达式：hν＝Ek＋W0或Ek＝hν－W0.
(2)物理意义：金属中电子吸收一个光子获得的能量是hν，在这些能量中，一部分大小为W0的能量被电子用来脱离金属，剩下的是逸出后电子的初动能Ek.
(3)Uc与ν、W0的关系
①表达式：Uc＝ν－.
②图像：Uc－ν图像是一条斜率为的直线．
1．判断下列说法的正误．
(1)任何频率的光照射到金属表面都可以发生光电效应．( × )
(2)金属表面是否发生光电效应与入射光的强弱有关．( × )
(3)“光子”就是“光电子”的简称．( × )
(4)逸出功的大小与入射光无关．( √ )
(5)光电子的最大初动能与入射光的频率成正比．( × )
2．某金属的逸出功为W0，则这种金属的截止频率νc＝________，用波长为λ的光照射该金属的表面，光电子的最大初动能Ek＝________.(已知普朗克常量为h，光速为c)
答案 h－W0
一、光电效应的实验规律 经典解释中的疑难
导学探究
图1是研究光电效应的电路图．
图1
(1)闭合开关后，当电压表的示数为0时，电流表的示数不是0，说明了什么？
(2)闭合开关，将滑动变阻器的滑片向右移动，会观察到什么现象？说明了什么？
(3)若将电源的正负极对调，闭合开关，滑动变阻器的滑片向右移动时，又会观察到什么现象？说明了什么？
答案 (1)说明发生了光电效应现象．
(2)电压表、电流表的示数均增大，当电流增大到一定值后，滑动变阻器的滑片再向右移动，电流也不再增大．说明存在饱和电流．
(3)电压表示数增大，电流表示数减小，最后电流表的示数可能减小到0.说明存在遏止电压．
知识深化
1．光电效应的实验规律
(1)任何一种金属都有一个截止频率，入射光的频率必须大于等于这个截止频率才能发生光电效应，低于这个截止频率则不能发生光电效应．
(2)发生光电效应时，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)大于截止频率的光照射金属时，光电流(反映单位时间内发射出的光电子数的多少)与入射光强度成正比．
(4)光电效应的发生几乎是瞬时的，产生电流的时间不超过10－9 s.
2．光电效应实验相关概念的理解
(1)光电子：光电效应中发射出来的电子，其本质还是电子．
(2)饱和电流
金属板飞出的光电子到达阳极，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，这个饱和值是饱和电流，在一定条件下，饱和电流与所加电压大小无关，只与入射光的强度有关．入射光越强，饱和电流越大．即：入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多．
(3)遏止电压 截止频率 逸出功
①遏止电压：使光电流减小到零的反向电压．用符号Uc表示．
计算方法：－eUc＝0－Ek
遏止电压与入射光的频率有关．入射光的频率不变，遏止电压不变，入射光的频率改变，遏止电压改变．这表明光电子的能量只与入射光的频率有关．
②截止频率：能使某种金属发生光电效应的入射光的最小频率叫作该种金属的截止频率．不同的金属对应着不同的截止频率．
③逸出功：电子从金属中挣脱出来，要克服金属表面层的一种力做功，电子脱离某种金属所需做功的最小值叫作这种金属的逸出功．不同金属的逸出功不同．
3．光电效应与经典电磁理论的矛盾
按光的电磁理论，应有：
(1)不存在截止频率，任何频率的光都能产生光电效应．
(2)光越强，光电子的初动能越大，遏止电压与光的强弱有关．
(3)在光很弱时，放出电子的时间应远大于10－9 s.
显然这三条与光电效应的实验规律相矛盾．
在演示光电效应实验中，原来不带电的一块锌板与灵敏验电器相连，用紫外线灯照射锌板时，验电器的指针张开一个角度，如图2所示，下列说法正确的是( )
图2
A．验电器的指针带正电
B．若仅增大紫外线的频率，则锌板的逸出功增大
C．若仅增大紫外线灯照射的强度，则单位时间内产生的光电子数减少
D．若仅减小紫外线灯照射的强度，则可能不发生光电效应
答案 A
解析 锌板原来不带电，用紫外线灯照射锌板时，验电器的指针发生了偏转，说明锌板在紫外线灯的照射下发生了光电效应，发生光电效应时，锌板向空气中发射电子，所以锌板带正电，验电器的指针也带正电，故A正确；金属的逸出功与金属本身的材料有关，与外界光的频率无关，故B错误；增大紫外线灯照射的强度，即单位时间内照在锌板上的光子数增多，所以单位时间内产生的光电子数增多，故C错误；能否发生光电效应与光照强度无关，取决于入射光的频率和金属截止频率之间的关系，故D错误．
(2020·北京北师大二附中高二月考)用如图3所示的装置研究光电效应现象，当用某种频率的光照射到光电管上时，电流表的读数为I.则( )
图3
A．将开关S断开，也会有电流流过电流表
B．将变阻器的触点c向a移动，光电子到达阳极时的速度必将变小
C．如果减小入射光的光强，光电管中可能不会有光电子产生
D．如果将电池极性反转，光电管中可能不会有光电子产生
答案 A
解析 开关S断开，由于仍能发生光电效应，光电子仍能到达阳极，故也会有电流流过电流表，故A正确；将变阻器的触点c向a移动，所加正向电压增大，则光电子到达阳极时的速度必将变大，故B错误；只要光的频率不变，就能发生光电效应，即光电管中有光电子产生，故C错误；将电池极性反转，光电管中仍然有光电子产生，只是电流表读数可能为零，故D错误．
二、爱因斯坦的光电效应理论
1．光子说：光子说的提出说明了光是由光子组成的．光子的能量ε＝hν，决定于光的频率．光的强度与光子的数目有关，在频率一定的情况下，光越强，单位时间内单位面积上的光子数越多．
2．光电效应方程：Ek＝hν－W0
(1)式中的Ek是光电子的最大初动能，就某个光电子而言，其离开金属时剩余动能大小可以是0～Ek范围内的任何数值．
(2)光电效应方程实质上是能量守恒方程．
①能量为ε＝hν的光子被电子吸收，电子把这些能量的一部分用来克服金属表面对它的吸引，另一部分就是电子离开金属表面时的初动能．
②如要克服吸引力做功最少为W0，则电子离开金属表面时动能最大为Ek，根据能量守恒定律可知：Ek＝hν－W0.
3．光子说对光电效应的解释
(1)饱和电流与光照强度的关系：同种频率的光，光照强度越大，包含的光子数越多，照射金属时产生的光电子越多，因而饱和电流越大．
(2)存在截止频率和遏止电压：
①由爱因斯坦光电效应方程知，光电子的最大初动能与入射光频率有关，与光强无关，所以遏止电压由入射光频率决定，与光强无关．
②若发生光电效应，则光电子的最大初动能必须大于零，即Ek＝hν－W0>0，亦即hν>W0，ν>＝νc，而νc＝恰好是光电效应的截止频率．
(2020·安徽师大附中期中)A、B两种光子的能量之比为2∶1，它们都能使某种金属发生光电效应，且所产生的光电子的最大初动能分别为EA、EB，普朗克常量为h，则下列说法正确的是( )
A．A、B两种光子的频率之比为1∶2
B．所产生光电子的最大初动能之比为2∶1
C．该金属的逸出功W0＝EA－2EB
D．该金属的截止频率νc＝
答案 C
解析 由ε＝hν 知，光子的能量与频率成正比，则A、B两种光子的频率之比为2∶1，故A错误；EA＝hνA－W0，EB＝hνB－W0，解得＝≠，W0＝EA－2EB，故B错误，C正确；该金属的截止频率为νc＝＝，故D错误．
针对训练 (2020·吕叔湘中学高二月考)频率为ν的光照射某金属材料，产生光电子的最大初动能为Ekm，若以频率为1.5ν的光照射同一金属材料，则光电子的最大初动能是( )
A．1.5Ekm B．1.5hν
C．Ekm＋0.5hν D．Ekm＋1.5hν
答案 C
解析 用频率为ν的光照射某种金属时，由光电效应方程得：Ekm＝hν－W0，若改用频率为1.5ν的光照射此种金属时，则有：Ek′＝1.5hν－W0＝0.5hν＋Ekm，故选C.
1．(光电效应的实验规律)(2020·江苏省新丰中学高二期中)关于光电效应，下列说法正确的是( )
A．光电子的动能越大，光电子形成的电流强度就越大
B．光电子的最大初动能与入射光的频率成正比
C．对于任何一种金属，都存在一个“最大波长”，入射光的波长必须小于等于这个波长，才能产生光电效应
D．用不可见光照射金属一定比用可见光照射同种金属逸出的光电子的初动能大
答案 C
解析 单位时间经过电路的电子数越多，电流越大，而光电子的动能越大，光电子形成的电流强度不一定越大，A错误；由爱因斯坦的光电效应方程Ek＝hν－W0可知，光电子的最大初动能与入射光的频率成一次函数关系，不成正比，B错误；入射光的频率大于等于金属的截止频率或入射光的波长小于等于金属的极限波长，才能产生光电效应，C正确；不可见光的频率不一定比可见光的频率大，因此用不可见光照射金属不一定比用可见光照射同种金属产生的光电子的初动能大，D错误．
2.(光电效应规律的理解)(2020·江苏省海门一中高二期中)如图4所示是研究光电效应的电路图，对于某金属用绿光照射时，电流表指针发生偏转．则以下说法正确的是( )
图4
A．将滑动变阻器滑动片向右移动，电流表的示数一定增大
B．如果改用紫光照射该金属，电流表无示数
C．将K极换成逸出功小的金属板，仍用相同的绿光照射时，电流表的示数一定增大
D．将电源的正负极调换，仍用相同的绿光照射时，将滑动变阻器滑动片向右移动一些，电流表的读数可能不为零
答案 D
解析 滑动变阻器滑片向右移动，电压虽然增大，但若已达到饱和电流，则电流表的示数可能不变，故A错误；如果改用紫光照射该金属，因频率增大，导致光电子最大初动能增大，则电流表一定有示数，故B错误；将K极换成逸出功小的金属板，仍用相同的绿光照射时，则光电子的最大初动能增大，但单位时间里通过金属表面的光子数没有变化，因而单位时间里从金属表面逸出的光电子也不变，饱和电流不会变化，则电流表的示数不一定增大，故C错误；电源的正负极调换，仍用相同的绿光照射时，将滑动变阻器滑片向右移一些，若此时的电压小于遏止电压，则电流表仍可能有示数，故D正确．
3．(光电效应方程的理解)运用光子说对下列光电效应现象进行解释，可以得出的正确结论是( )
A．当光照时间增大为原来的2倍时，光电流的强度也增大为原来的2倍
B．当入射光频率增大为原来的2倍时，光电子的最大初动能也增大为原来的2倍
C．当入射光波长增大为原来的2倍时，光电子的最大初动能也增大为原来的2倍
D．当入射光强度增大为原来的2倍时，单位时间内产生的光电子数目也增大为原来的2倍
答案 D
解析 根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0可知，当入射光频率增大为原来的2倍时，产生光电子的最大初动能大于原来的两倍，光电流的强度与光照时间无关，故A、B错误；根据爱因斯坦光电效应方程，Ek＝hν－W0＝－W0，当入射光波长增大为原来的2倍时，光电子的最大初动能减小，故C错误；当入射光强度增大为原来的2倍时，单位时间内照射到金属表面的光子数是原来的2倍，所以单位时间内产生的光电子数目也增大为原来的2倍，故D正确．
4．(光电效应方程的应用)(2021·江苏省震泽中学高二月考)研究光电效应现象的实验电路如图5所示，A、K为光电管的两个电极，电压表V、电流计G均为理想电表．已知该光电管阴极K的截止频率为ν0，元电荷电荷量为e，普朗克常量为h，开始时滑片P、P′上下对齐．现用频率为ν的光照射阴极K(ν>ν0)，则下列说法错误的是( )
图5
A．该光电管阴极材料的逸出功为hν0
B．若加在光电管两端的正向电压为U，则到达阳极A的光电子的最大动能为hν－hν0＋eU
C．若将滑片P向右滑动，则电流计G的示数一定会不断增大
D．若将滑片P′向右滑动，则当滑片P、P′间的电压为时，电流计G的示数恰好为0
答案 C
解析 由截止频率为ν0，故金属的逸出功为W0＝ hν0，A正确；由光电效应方程可知，光电子飞出时的最大动能为Ek＝hν－W0，由于加的正向电压U，由动能定理eU＝Ek′－Ek，解得Ek′＝hν－hν0＋eU，故B正确；若将滑片P向右滑动，如果电流达到饱和电流，则电流不再发生变化，故C错误；若将P′向右滑动，所加电压为反向电压，由eU′＝Ek，可得U′＝，则反向电压达到遏止电压后，动能最大的光电子刚好不能参与导电，则光电流为零，故D正确.
考点一 光电效应现象及实验规律
1．(2020·江苏盐城高二期末)如图1所示，当光照射到光电管时，灵敏电流计指针没有发生偏转，检查电路没有发现断路情况，各元件也正常．发生这种情况可能的原因是( )
图1
A．电源电压太高
B．入射光波长太长
C．入射光强度较弱
D．光照射时间太短
答案 B
解析 此时光电管加上正向电压，若发生光电效应，则光电子做加速运动，一定能到达阳极，电路中能形成电流，可知没有电流与电源电压的高低无关，故A错误；灵敏电流计指针没有偏转，可能是未发生光电效应现象，若入射光波长太长，则入射频率很小，可能使入射频率小于截止频率，因而不会发生光电效应，故B正确；发生光电效应的条件是入射光的频率大于等于金属的截止频率，与入射光的强度及照射时间的长短无关，故C、D错误．
2．(2020·东北师大附中高二月考)下列关于光电效应现象的叙述中错误的是( )
A．光电效应是指照射到金属表面的光，能使金属中的电子从表面逸出的现象
B．光电效应存在截止频率
C．照射光光强太小时不可能发生光电效应
D．光电效应几乎是瞬时发生的
答案 C
解析 光电效应是指照射到金属表面的光，能使金属中的电子从表面逸出的现象，选项A正确；光电效应存在截止频率，当入射光的频率大于等于截止频率时才能发生光电效应，选项B正确；能否发生光电效应与入射光的强度无关，只与入射光的频率有关，选项C错误；光电效应几乎是瞬时发生的，不需要时间积累，选项D正确．
3．(2020·哈尔滨市第三十二中学高二期中)在研究光电效应实验时，如果绿光刚好可以发生光电效应，那么换成黄光时( )
A．一定能发生光电效应
B．只要时间足够长就会发生光电效应
C．能否发生光电效应取决于照射黄光的强度
D．不能发生光电效应
答案 D
解析 因为绿光刚好可以发生光电效应，说明该金属的截止频率等于绿光的频率．黄光的频率比绿光低，即小于金属的截止频率，因此无法产生光电效应，故A错误，D正确；发生光电效应的条件是入射光的频率大于等于金属的截止频率，与入射光的强度无关，与光照时间也无关，故B、C错误．
4. (2021·常州市第二中学高二期中)如图2所示，某种单色光射到光电管的阴极上时，电流表有示数，则下列说法不正确的是( )
图2
A．入射的单色光的频率必须大于阴极材料的截止频率
B．增大单色光的强度，电流表的示数将增大
C．滑片P向左移，电流表示数将增大
D．滑片P向左移，电流表示数将减小，甚至为零
答案 C
解析 单色光射到光电管的阴极上时，电流表有示数，说明发生了光电效应，因此入射的单色光的频率一定大于阴极材料的截止频率，故A正确，不符合题意；增大单色光的强度，则产生的光电流增大，电流表的示数增大，故B正确，不符合题意；当滑片P向左移时，K极板的电势比A极板高，光电管上加的是反向电压，电流表示数将减小，甚至为零，故C错误，符合题意，D正确，不符合题意．
5．(2021·江苏省海门中学高二月考)紫外光电管是利用光电效应原理对油库等重要场所进行火灾报警的装置，其工作电路如图3所示，其中A为阳极，K为阴极，只有当明火中的紫外线照射到K极时，电压表有读数且启动报警装置．已知太阳光中紫外线频率主要在7.5×1014～9.5×1014 Hz之间，而明火中的紫外线频率主要在1.1×1015～1.5×1015 Hz之间，下列说法正确的是( )
图3
A．为避免太阳光中紫外线干扰，K极材料的截止频率应大于1.5×1015 Hz
B．只有明火照射时间足够长，电压表才会有示数
C．图中电源左边接电源正极有利于提高报警装置的灵敏度
D．可以通过图中电压表示数变化监测火情的变化
答案 D
解析 入射光的频率大于等于截止频率，才会发生光电效应，则K极材料的截止频率应大于9.5×1014 Hz小于1.5×1015 Hz，故A错误；只有发生光电效应，电路中才有电流，电压表有示数，发生光电效应与明火的照射时间无关，故B错误；当加正向电压时，光电子被加速，有利于提高报警装置的灵敏度，则题图中电源右边接电源正极即为正向电压，故C错误；火势越大，明火中的紫外线越强，产生的光电流越大，电压表示数越大，故D正确．
考点二 爱因斯坦的光电效应理论
6．(2020·江苏常熟中学高二月考)用如图4的装置研究光电效应现象，当用光子能量为3.0 eV的光照射到光电管上时，电流表G的读数为0.2 mA，移动变阻器的触点c，当电压表的示数大于或等于0.7 V时，电流表读数为0，则( )
图4
A．开关K断开后，没有电流流过电流表G
B．所有光电子的初动能均为0.7 eV
C．光电管阴极的逸出功为2.3 eV
D．改用能量为1.5 eV的光子照射，电流表G也有电流，但电流较小
答案 C
解析 光电管两端接的是反向电压，当开关K断开后，光电管两端的电压为零，逸出的光电子能够到达另一端，则仍然有电流流过电流表G，故A错误；当电压表的示数大于或等于
0.7 V时，电流表的读数为0，可知遏止电压为0.7 V，根据动能定理得eUc＝Ek，则光电子的最大初动能为0.7 eV，故B错误；根据光电效应方程Ek＝hν－W0，代入解得逸出功W0＝
2.3 eV，故C正确；改用能量为1.5 eV的光子照射，因为光子能量小于光电管阴极的逸出功，则不会发生光电效应，没有光电流，故D错误．
7．用波长为300 nm的光照射锌板，电子逸出锌板表面的最大初动能为1.28×10－19 J．已知普朗克常量为6.63×10－34 J·s，真空中的光速为3.00×108 m·s－1.能使锌产生光电效应的单色光的最低频率约为( )
A．1×1014 Hz B．8×1014 Hz
C．2×1015 Hz D．8×1015 Hz
答案 B
解析 设单色光的最低频率为ν0，由Ek＝hν－W0知
Ek＝hν1－W0,0＝hν0－W0，又知ν1＝
整理得ν0＝－，解得ν0≈8×1014 Hz.
8．(2021·江苏南通高三一模)如图5所示，用频率为ν1和ν2的甲、乙两种光分别照射同一光电管，对应的遏止电压分别为U1和U2.已知ν1<ν2，则( )
图5
A．遏止电压U1
C．增加乙光的强度，遏止电压U2变大
D．滑动变阻器滑片P移至最左端，电流表示数为零
答案 A
解析 根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0，遏止电压与最大初动能的关系－eUc＝0－Ek，两式联立解得eUc＝hν－W0，所以入射光频率越大，遏止电压越大，遏止电压与入射光的强度无关，故A正确，C错误；金属的截止频率与入射光无关，取决于金属，因甲、乙两种光分别照射同一光电管，所以金属的截止频率相同，故B错误；滑动变阻器滑片P移至最左端，所加的反向电压为零，因能发生光电效应，所以电流表示数不为零，故D错误．
9．(2019·北京卷)光电管是一种利用光照射产生电流的装置，当入射光照在管中金属板上时，可能形成光电流．表中给出了6次实验的结果．
组
次
入射光子的
能量/eV
相对
光强
光电流大
小/mA
逸出光电子的
最大动能/eV
第
一
组
1
2
3
4.0
4．0
4．0
弱
中
强
29
43
60
0.9
0．9
0．9
第
二
组
4
5
6
6.0
6．0
6．0
弱
中
强
27
40
55
2.9
2．9
2．9
由表中数据得出的论断中不正确的是( )
A．两组实验采用了不同频率的入射光
B．两组实验所用的金属板材质不同
C．若入射光子的能量为5.0 eV，逸出光电子的最大动能为1.9 eV
D．若入射光子的能量为5.0 eV，相对光强越强，光电流越大
答案 B
解析 由于光子的能量E＝hν，又入射光子的能量不同，故入射光子的频率不同，A项正确；由爱因斯坦光电效应方程可得hν＝W0＋Ek，可求出两组实验的逸出功均为3.1 eV，故两组实验所用的金属板材质相同，B项错误；由hν＝W0＋Ek，逸出功W0＝3.1 eV可知，若入射光子能量为5.0 eV，则逸出光电子的最大动能为1.9 eV，C项正确；相对光强越强，单位时间内射出的光子数越多，单位时间内逸出的光电子数越多，形成的光电流越大，故D项正确．
10.如图6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K，发现电流表读数不为零．合上开关，调节滑动变阻器，发现当电压表读数小于0.6 V时，电流表读数仍不为零，当电压表读数大于或等于0.6 V时，电流表读数为零．由此可知阴极材料的逸出功为( )
图6
A．1.9 eV
B．0.6 eV
C．2.5 eV
D．3.1 eV
答案 A
解析 由题意知光电子的最大初动能为
Ek＝eUc＝0.6 eV，
所以根据光电效应方程Ek＝hν－W0可得
W0＝hν－Ek＝(2.5－0.6) eV＝1.9 eV，A正确．
11．(2020·江苏省海安高级中学高二月考)如图7所示，有一束单色光入射到截止频率为ν0的金属板K上，具有最大初动能的某出射电子，沿垂直于平行板电容器极板的方向，从左侧极板上的小孔入射到两极板间的匀强电场后，到达右侧极板时速度刚好为零．已知电容器的电容为C，带电荷量为Q，极板间距为d，普朗克常量为h，电子电荷量的绝对值为e，不计电子的重力．关于电容器右侧极板的带电情况和入射光的频率ν，以下判断正确的是( )
图7
A．带正电，ν0＋ B．带正电，ν0＋
C．带负电，ν0＋ D．带负电，ν0＋
答案 C
解析 电子在电容器里面减速运动，所以受到向左的电场力的作用，所以场强方向向右，电容器右侧极板带负电．一束单色光入射到截止频率为ν0的金属板K上，射出电子的最大初动能为Ek，hν－W0＝Ek，hν0＝W0，电子在电容器中减速运动，由动能定理得：－eU＝0－Ek，电容器两极板间的电势差为：U＝，根据以上各式，解得：ν＝ν0＋，故选项C正确．
12．(2020·浙江高三学业考试)如图8所示，某种频率的光照射金属钡使一些电子从钡表面发射出来．为了测量这些电子的最大初动能，在钡表面上方放置一带电金属板，调节金属板电势，使所有电子均不能到达金属板(金属板电势低于钡表面)．若钡表面相对于金属板的最小电势差为3.02 V，已知金属钡的逸出功为2.50 eV，普朗克常量为6.63×10－34 J·s，可见光的波长范围为400～700 nm，光速c＝3.0×108 m/s，则( )
图8
A．电子的最大初动能为2.50 eV
B．照射光的频率约为1.33×1015 Hz
C．所有电子返回钡表面时的动能都为3.02 eV
D．可见光照射金属钡一定不会发生光电效应
答案 B
解析 对逸出的电子，由动能定理可得eUc＝Ek，故电子的最大初动能为Ek＝3.02 eV，故A错误；由光电效应方程Ek＝hν－W0，可得照射光的频率为ν＝≈1.33×1015 Hz，故B正确；由于电子逸出时动能有大有小，故返回钡表面的速度不一定相同，动能也不一定相同，最大动能为3.02 eV，故C错误；钡的截止频率为νc＝≈6.03×1014 Hz，由题中数据，可见光频率的最大值为νm＝＝7.5×1014 Hz＞νc，故有部分可见光可以使钡发生光电效应，故D错误．
13．(2020·山东北镇中学高二月考)某学校科技活动小组设计了一个光电烟雾探测器(如图9甲)，当有烟雾进入探测器时(如图乙)，来自光源S的光会被烟雾散射进入光电管C，当光射到光电管中的钠表面时会产生光电流，当光电流大于10－8 A时，便会触发报警系统报警．已知钠的截止频率为6.0×1014 Hz，普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，光速c＝3.0×108 m/s，则下列说法正确的是( )
图9
A．要使该探测器正常工作，光源S发出的光波波长不能小于5.0×10－7 m
B．若光电管发生光电效应，那么光源的光变强时，并不能改变光电烟雾探测器的灵敏度
C．光电管C中能发生光电效应是因为光发生了全反射现象
D．当报警器报警时，钠表面每秒释放出的光电子最少数目是N＝6.25×1010个
答案 D
解析 根据光电效应方程有Ek＝hν－W0＝h－hνc
则光源S发出的光波最大波长
λmax＝＝ m＝5.0×10－7 m，
即要使该探测器正常工作，光源S发出的光波波长不能大于5.0×10－7 m，选项A错误；光源S发出的光波能使光电管发生光电效应，那么光源越强，被烟雾散射进入光电管C的光越多，越容易探测到烟雾，即光电烟雾探测器灵敏度越高，选项B错误；光电管C中能发生光电效应是因为照射光电管的光束能量大于钠的逸出功而使其发射出电子，选项C错误；光电流等于10－8 A时，每秒产生的光电子的个数N＝＝ 个＝6.25×1010个，选项D正确．
14．在光电效应实验中，频率与某金属的截止频率相等的光的波长为λ0，该金属的逸出功为________．若用波长为λ(λ＜λ0)的单色光做实验，则其遏止电压为________．已知电子的电荷量、真空中的光速和普朗克常量分别为e、c和h.
答案 h
解析 由W0＝hνc和ν＝得W0＝h.由爱因斯坦质能方程Ek＝h－W0，及Ek＝Uce，得
Uc＝.
15.(2021·江苏省常州二中高二期中)如图10所示是光电效应实验部分示意图．当用光子能量为hν＝3.1 eV的光照射某金属制成的极板K时，产生光电流．若K的电势高于A的电势，且电势差为0.9 V，此时光电流刚好截止．那么，当A的电势高于K的电势，且电势差也为0.9 V时，光电子到达A极时的最大动能是多大？此金属的逸出功是多大？
图10
答案 1.8 eV 2.2 eV
解析 设光电子逸出时最大初动能为Ek，到达A极的最大动能为Ek′
当A、K间所加反向电压为0.9 V时，由动能定理有
eU＝Ek
得Ek＝0.9 eV
当A、K间所加正向电压为0.9 V时，由动能定理有
eU′＝Ek′－Ek
得Ek′＝1.8 eV
由光电效应方程有Ek＝hν－W0
得W0＝2.2 eV.
2 光电效应
第1课时 光电效应
[学习目标] 1.知道光电效应现象，了解光电效应的实验规律.2.知道光电效应与电磁理论的矛盾.3.理解爱因斯坦光子说及对光电效应的解释，会用爱因斯坦光电效应方程解决一些简单问题．
一、光电效应的实验规律
1．光电效应：照射到金属表面的光，能使金属中的电子从表面逸出的现象．
2．光电子：光电效应中发射出来的电子．
3光电效应的实验规律
(1)存在截止频率：当入射光的频率低于截止频率时不(填“能”或“不”)发生光电效应．
(2)存在饱和电流：在光的频率不变的情况下，入射光越强，饱和电流越大．
(3)存在遏止电压：使光电流减小到0的反向电压Uc，且满足mevc2＝eUc.
(4)光电效应具有瞬时性：光电效应几乎是瞬时发生的．
二、光电效应经典解释中的疑难
1．逸出功：使电子脱离某种金属，外界对它做功的最小值，用W0表示．不同种类的金属，其逸出功的大小不相同(填“相同”或“不相同”)．
2．光电效应经典解释
(1)不应存在截止频率．
(2)遏止电压Uc应该与光的强弱有关．
(3)电子获得逸出表面所需的能量需要的时间远远大于实验中产生光电流的时间．
三、爱因斯坦的光电效应理论
1．光子：光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，频率为ν的光的能量子为hν，其中h为普朗克常量．这些能量子后来称为光子．
2．爱因斯坦光电效应方程
(1)表达式：hν＝Ek＋W0或Ek＝hν－W0.
(2)物理意义：金属中电子吸收一个光子获得的能量是hν，在这些能量中，一部分大小为W0的能量被电子用来脱离金属，剩下的是逸出后电子的初动能Ek.
(3)Uc与ν、W0的关系
①表达式：Uc＝ν－.
②图像：Uc－ν图像是一条斜率为的直线．
1．判断下列说法的正误．
(1)任何频率的光照射到金属表面都可以发生光电效应．( × )
(2)金属表面是否发生光电效应与入射光的强弱有关．( × )
(3)“光子”就是“光电子”的简称．( × )
(4)逸出功的大小与入射光无关．( √ )
(5)光电子的最大初动能与入射光的频率成正比．( × )
2．某金属的逸出功为W0，则这种金属的截止频率νc＝________，用波长为λ的光照射该金属的表面，光电子的最大初动能Ek＝________.(已知普朗克常量为h，光速为c)
答案 h－W0
一、光电效应的实验规律 经典解释中的疑难
导学探究
图1是研究光电效应的电路图．
图1
(1)闭合开关后，当电压表的示数为0时，电流表的示数不是0，说明了什么？
(2)闭合开关，将滑动变阻器的滑片向右移动，会观察到什么现象？说明了什么？
(3)若将电源的正负极对调，闭合开关，滑动变阻器的滑片向右移动时，又会观察到什么现象？说明了什么？
答案 (1)说明发生了光电效应现象．
(2)电压表、电流表的示数均增大，当电流增大到一定值后，滑动变阻器的滑片再向右移动，电流也不再增大．说明存在饱和电流．
(3)电压表示数增大，电流表示数减小，最后电流表的示数可能减小到0.说明存在遏止电压．
知识深化
1．光电效应的实验规律
(1)任何一种金属都有一个截止频率，入射光的频率必须大于等于这个截止频率才能发生光电效应，低于这个截止频率则不能发生光电效应．
(2)发生光电效应时，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)大于截止频率的光照射金属时，光电流(反映单位时间内发射出的光电子数的多少)与入射光强度成正比．
(4)光电效应的发生几乎是瞬时的，产生电流的时间不超过10－9 s.
2．光电效应实验相关概念的理解
(1)光电子：光电效应中发射出来的电子，其本质还是电子．
(2)饱和电流
金属板飞出的光电子到达阳极，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，这个饱和值是饱和电流，在一定条件下，饱和电流与所加电压大小无关，只与入射光的强度有关．入射光越强，饱和电流越大．即：入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多．
(3)遏止电压 截止频率 逸出功
①遏止电压：使光电流减小到零的反向电压．用符号Uc表示．
计算方法：－eUc＝0－Ek
遏止电压与入射光的频率有关．入射光的频率不变，遏止电压不变，入射光的频率改变，遏止电压改变．这表明光电子的能量只与入射光的频率有关．
②截止频率：能使某种金属发生光电效应的入射光的最小频率叫作该种金属的截止频率．不同的金属对应着不同的截止频率．
③逸出功：电子从金属中挣脱出来，要克服金属表面层的一种力做功，电子脱离某种金属所需做功的最小值叫作这种金属的逸出功．不同金属的逸出功不同．
3．光电效应与经典电磁理论的矛盾
按光的电磁理论，应有：
(1)不存在截止频率，任何频率的光都能产生光电效应．
(2)光越强，光电子的初动能越大，遏止电压与光的强弱有关．
(3)在光很弱时，放出电子的时间应远大于10－9 s.
显然这三条与光电效应的实验规律相矛盾．
在演示光电效应实验中，原来不带电的一块锌板与灵敏验电器相连，用紫外线灯照射锌板时，验电器的指针张开一个角度，如图2所示，下列说法正确的是( )
图2
A．验电器的指针带正电
B．若仅增大紫外线的频率，则锌板的逸出功增大
C．若仅增大紫外线灯照射的强度，则单位时间内产生的光电子数减少
D．若仅减小紫外线灯照射的强度，则可能不发生光电效应
答案 A
解析 锌板原来不带电，用紫外线灯照射锌板时，验电器的指针发生了偏转，说明锌板在紫外线灯的照射下发生了光电效应，发生光电效应时，锌板向空气中发射电子，所以锌板带正电，验电器的指针也带正电，故A正确；金属的逸出功与金属本身的材料有关，与外界光的频率无关，故B错误；增大紫外线灯照射的强度，即单位时间内照在锌板上的光子数增多，所以单位时间内产生的光电子数增多，故C错误；能否发生光电效应与光照强度无关，取决于入射光的频率和金属截止频率之间的关系，故D错误．
(2020·北京北师大二附中高二月考)用如图3所示的装置研究光电效应现象，当用某种频率的光照射到光电管上时，电流表的读数为I.则( )
图3
A．将开关S断开，也会有电流流过电流表
B．将变阻器的触点c向a移动，光电子到达阳极时的速度必将变小
C．如果减小入射光的光强，光电管中可能不会有光电子产生
D．如果将电池极性反转，光电管中可能不会有光电子产生
答案 A
解析 开关S断开，由于仍能发生光电效应，光电子仍能到达阳极，故也会有电流流过电流表，故A正确；将变阻器的触点c向a移动，所加正向电压增大，则光电子到达阳极时的速度必将变大，故B错误；只要光的频率不变，就能发生光电效应，即光电管中有光电子产生，故C错误；将电池极性反转，光电管中仍然有光电子产生，只是电流表读数可能为零，故D错误．
二、爱因斯坦的光电效应理论
1．光子说：光子说的提出说明了光是由光子组成的．光子的能量ε＝hν，决定于光的频率．光的强度与光子的数目有关，在频率一定的情况下，光越强，单位时间内单位面积上的光子数越多．
2．光电效应方程：Ek＝hν－W0
(1)式中的Ek是光电子的最大初动能，就某个光电子而言，其离开金属时剩余动能大小可以是0～Ek范围内的任何数值．
(2)光电效应方程实质上是能量守恒方程．
①能量为ε＝hν的光子被电子吸收，电子把这些能量的一部分用来克服金属表面对它的吸引，另一部分就是电子离开金属表面时的初动能．
②如要克服吸引力做功最少为W0，则电子离开金属表面时动能最大为Ek，根据能量守恒定律可知：Ek＝hν－W0.
3．光子说对光电效应的解释
(1)饱和电流与光照强度的关系：同种频率的光，光照强度越大，包含的光子数越多，照射金属时产生的光电子越多，因而饱和电流越大．
(2)存在截止频率和遏止电压：
①由爱因斯坦光电效应方程知，光电子的最大初动能与入射光频率有关，与光强无关，所以遏止电压由入射光频率决定，与光强无关．
②若发生光电效应，则光电子的最大初动能必须大于零，即Ek＝hν－W0>0，亦即hν>W0，ν>＝νc，而νc＝恰好是光电效应的截止频率．
(2020·安徽师大附中期中)A、B两种光子的能量之比为2∶1，它们都能使某种金属发生光电效应，且所产生的光电子的最大初动能分别为EA、EB，普朗克常量为h，则下列说法正确的是( )
A．A、B两种光子的频率之比为1∶2
B．所产生光电子的最大初动能之比为2∶1
C．该金属的逸出功W0＝EA－2EB
D．该金属的截止频率νc＝
答案 C
解析 由ε＝hν 知，光子的能量与频率成正比，则A、B两种光子的频率之比为2∶1，故A错误；EA＝hνA－W0，EB＝hνB－W0，解得＝≠，W0＝EA－2EB，故B错误，C正确；该金属的截止频率为νc＝＝，故D错误．
针对训练 (2020·吕叔湘中学高二月考)频率为ν的光照射某金属材料，产生光电子的最大初动能为Ekm，若以频率为1.5ν的光照射同一金属材料，则光电子的最大初动能是( )
A．1.5Ekm B．1.5hν
C．Ekm＋0.5hν D．Ekm＋1.5hν
答案 C
解析 用频率为ν的光照射某种金属时，由光电效应方程得：Ekm＝hν－W0，若改用频率为1.5ν的光照射此种金属时，则有：Ek′＝1.5hν－W0＝0.5hν＋Ekm，故选C.
1．(光电效应的实验规律)(2020·江苏省新丰中学高二期中)关于光电效应，下列说法正确的是( )
A．光电子的动能越大，光电子形成的电流强度就越大
B．光电子的最大初动能与入射光的频率成正比
C．对于任何一种金属，都存在一个“最大波长”，入射光的波长必须小于等于这个波长，才能产生光电效应
D．用不可见光照射金属一定比用可见光照射同种金属逸出的光电子的初动能大
答案 C
解析 单位时间经过电路的电子数越多，电流越大，而光电子的动能越大，光电子形成的电流强度不一定越大，A错误；由爱因斯坦的光电效应方程Ek＝hν－W0可知，光电子的最大初动能与入射光的频率成一次函数关系，不成正比，B错误；入射光的频率大于等于金属的截止频率或入射光的波长小于等于金属的极限波长，才能产生光电效应，C正确；不可见光的频率不一定比可见光的频率大，因此用不可见光照射金属不一定比用可见光照射同种金属产生的光电子的初动能大，D错误．
2.(光电效应规律的理解)(2020·江苏省海门一中高二期中)如图4所示是研究光电效应的电路图，对于某金属用绿光照射时，电流表指针发生偏转．则以下说法正确的是( )
图4
A．将滑动变阻器滑动片向右移动，电流表的示数一定增大
B．如果改用紫光照射该金属，电流表无示数
C．将K极换成逸出功小的金属板，仍用相同的绿光照射时，电流表的示数一定增大
D．将电源的正负极调换，仍用相同的绿光照射时，将滑动变阻器滑动片向右移动一些，电流表的读数可能不为零
答案 D
解析 滑动变阻器滑片向右移动，电压虽然增大，但若已达到饱和电流，则电流表的示数可能不变，故A错误；如果改用紫光照射该金属，因频率增大，导致光电子最大初动能增大，则电流表一定有示数，故B错误；将K极换成逸出功小的金属板，仍用相同的绿光照射时，则光电子的最大初动能增大，但单位时间里通过金属表面的光子数没有变化，因而单位时间里从金属表面逸出的光电子也不变，饱和电流不会变化，则电流表的示数不一定增大，故C错误；电源的正负极调换，仍用相同的绿光照射时，将滑动变阻器滑片向右移一些，若此时的电压小于遏止电压，则电流表仍可能有示数，故D正确．
3．(光电效应方程的理解)运用光子说对下列光电效应现象进行解释，可以得出的正确结论是( )
A．当光照时间增大为原来的2倍时，光电流的强度也增大为原来的2倍
B．当入射光频率增大为原来的2倍时，光电子的最大初动能也增大为原来的2倍
C．当入射光波长增大为原来的2倍时，光电子的最大初动能也增大为原来的2倍
D．当入射光强度增大为原来的2倍时，单位时间内产生的光电子数目也增大为原来的2倍
答案 D
解析 根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0可知，当入射光频率增大为原来的2倍时，产生光电子的最大初动能大于原来的两倍，光电流的强度与光照时间无关，故A、B错误；根据爱因斯坦光电效应方程，Ek＝hν－W0＝－W0，当入射光波长增大为原来的2倍时，光电子的最大初动能减小，故C错误；当入射光强度增大为原来的2倍时，单位时间内照射到金属表面的光子数是原来的2倍，所以单位时间内产生的光电子数目也增大为原来的2倍，故D正确．
4．(光电效应方程的应用)(2021·江苏省震泽中学高二月考)研究光电效应现象的实验电路如图5所示，A、K为光电管的两个电极，电压表V、电流计G均为理想电表．已知该光电管阴极K的截止频率为ν0，元电荷电荷量为e，普朗克常量为h，开始时滑片P、P′上下对齐．现用频率为ν的光照射阴极K(ν>ν0)，则下列说法错误的是( )
图5
A．该光电管阴极材料的逸出功为hν0
B．若加在光电管两端的正向电压为U，则到达阳极A的光电子的最大动能为hν－hν0＋eU
C．若将滑片P向右滑动，则电流计G的示数一定会不断增大
D．若将滑片P′向右滑动，则当滑片P、P′间的电压为时，电流计G的示数恰好为0
答案 C
解析 由截止频率为ν0，故金属的逸出功为W0＝ hν0，A正确；由光电效应方程可知，光电子飞出时的最大动能为Ek＝hν－W0，由于加的正向电压U，由动能定理eU＝Ek′－Ek，解得Ek′＝hν－hν0＋eU，故B正确；若将滑片P向右滑动，如果电流达到饱和电流，则电流不再发生变化，故C错误；若将P′向右滑动，所加电压为反向电压，由eU′＝Ek，可得U′＝，则反向电压达到遏止电压后，动能最大的光电子刚好不能参与导电，则光电流为零，故D正确.
考点一 光电效应现象及实验规律
1．(2020·江苏盐城高二期末)如图1所示，当光照射到光电管时，灵敏电流计指针没有发生偏转，检查电路没有发现断路情况，各元件也正常．发生这种情况可能的原因是( )
图1
A．电源电压太高
B．入射光波长太长
C．入射光强度较弱
D．光照射时间太短
答案 B
解析 此时光电管加上正向电压，若发生光电效应，则光电子做加速运动，一定能到达阳极，电路中能形成电流，可知没有电流与电源电压的高低无关，故A错误；灵敏电流计指针没有偏转，可能是未发生光电效应现象，若入射光波长太长，则入射频率很小，可能使入射频率小于截止频率，因而不会发生光电效应，故B正确；发生光电效应的条件是入射光的频率大于等于金属的截止频率，与入射光的强度及照射时间的长短无关，故C、D错误．
2．(2020·东北师大附中高二月考)下列关于光电效应现象的叙述中错误的是( )
A．光电效应是指照射到金属表面的光，能使金属中的电子从表面逸出的现象
B．光电效应存在截止频率
C．照射光光强太小时不可能发生光电效应
D．光电效应几乎是瞬时发生的
答案 C
解析 光电效应是指照射到金属表面的光，能使金属中的电子从表面逸出的现象，选项A正确；光电效应存在截止频率，当入射光的频率大于等于截止频率时才能发生光电效应，选项B正确；能否发生光电效应与入射光的强度无关，只与入射光的频率有关，选项C错误；光电效应几乎是瞬时发生的，不需要时间积累，选项D正确．
3．(2020·哈尔滨市第三十二中学高二期中)在研究光电效应实验时，如果绿光刚好可以发生光电效应，那么换成黄光时( )
A．一定能发生光电效应
B．只要时间足够长就会发生光电效应
C．能否发生光电效应取决于照射黄光的强度
D．不能发生光电效应
答案 D
解析 因为绿光刚好可以发生光电效应，说明该金属的截止频率等于绿光的频率．黄光的频率比绿光低，即小于金属的截止频率，因此无法产生光电效应，故A错误，D正确；发生光电效应的条件是入射光的频率大于等于金属的截止频率，与入射光的强度无关，与光照时间也无关，故B、C错误．
4. (2021·常州市第二中学高二期中)如图2所示，某种单色光射到光电管的阴极上时，电流表有示数，则下列说法不正确的是( )
图2
A．入射的单色光的频率必须大于阴极材料的截止频率
B．增大单色光的强度，电流表的示数将增大
C．滑片P向左移，电流表示数将增大
D．滑片P向左移，电流表示数将减小，甚至为零
答案 C
解析 单色光射到光电管的阴极上时，电流表有示数，说明发生了光电效应，因此入射的单色光的频率一定大于阴极材料的截止频率，故A正确，不符合题意；增大单色光的强度，则产生的光电流增大，电流表的示数增大，故B正确，不符合题意；当滑片P向左移时，K极板的电势比A极板高，光电管上加的是反向电压，电流表示数将减小，甚至为零，故C错误，符合题意，D正确，不符合题意．
5．(2021·江苏省海门中学高二月考)紫外光电管是利用光电效应原理对油库等重要场所进行火灾报警的装置，其工作电路如图3所示，其中A为阳极，K为阴极，只有当明火中的紫外线照射到K极时，电压表有读数且启动报警装置．已知太阳光中紫外线频率主要在7.5×1014～9.5×1014 Hz之间，而明火中的紫外线频率主要在1.1×1015～1.5×1015 Hz之间，下列说法正确的是( )
图3
A．为避免太阳光中紫外线干扰，K极材料的截止频率应大于1.5×1015 Hz
B．只有明火照射时间足够长，电压表才会有示数
C．图中电源左边接电源正极有利于提高报警装置的灵敏度
D．可以通过图中电压表示数变化监测火情的变化
答案 D
解析 入射光的频率大于等于截止频率，才会发生光电效应，则K极材料的截止频率应大于9.5×1014 Hz小于1.5×1015 Hz，故A错误；只有发生光电效应，电路中才有电流，电压表有示数，发生光电效应与明火的照射时间无关，故B错误；当加正向电压时，光电子被加速，有利于提高报警装置的灵敏度，则题图中电源右边接电源正极即为正向电压，故C错误；火势越大，明火中的紫外线越强，产生的光电流越大，电压表示数越大，故D正确．
考点二 爱因斯坦的光电效应理论
6．(2020·江苏常熟中学高二月考)用如图4的装置研究光电效应现象，当用光子能量为3.0 eV的光照射到光电管上时，电流表G的读数为0.2 mA，移动变阻器的触点c，当电压表的示数大于或等于0.7 V时，电流表读数为0，则( )
图4
A．开关K断开后，没有电流流过电流表G
B．所有光电子的初动能均为0.7 eV
C．光电管阴极的逸出功为2.3 eV
D．改用能量为1.5 eV的光子照射，电流表G也有电流，但电流较小
答案 C
解析 光电管两端接的是反向电压，当开关K断开后，光电管两端的电压为零，逸出的光电子能够到达另一端，则仍然有电流流过电流表G，故A错误；当电压表的示数大于或等于
0.7 V时，电流表的读数为0，可知遏止电压为0.7 V，根据动能定理得eUc＝Ek，则光电子的最大初动能为0.7 eV，故B错误；根据光电效应方程Ek＝hν－W0，代入解得逸出功W0＝
2.3 eV，故C正确；改用能量为1.5 eV的光子照射，因为光子能量小于光电管阴极的逸出功，则不会发生光电效应，没有光电流，故D错误．
7．用波长为300 nm的光照射锌板，电子逸出锌板表面的最大初动能为1.28×10－19 J．已知普朗克常量为6.63×10－34 J·s，真空中的光速为3.00×108 m·s－1.能使锌产生光电效应的单色光的最低频率约为( )
A．1×1014 Hz B．8×1014 Hz
C．2×1015 Hz D．8×1015 Hz
答案 B
解析 设单色光的最低频率为ν0，由Ek＝hν－W0知
Ek＝hν1－W0,0＝hν0－W0，又知ν1＝
整理得ν0＝－，解得ν0≈8×1014 Hz.
8．(2021·江苏南通高三一模)如图5所示，用频率为ν1和ν2的甲、乙两种光分别照射同一光电管，对应的遏止电压分别为U1和U2.已知ν1<ν2，则( )
图5
A．遏止电压U1
C．增加乙光的强度，遏止电压U2变大
D．滑动变阻器滑片P移至最左端，电流表示数为零
答案 A
解析 根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0，遏止电压与最大初动能的关系－eUc＝0－Ek，两式联立解得eUc＝hν－W0，所以入射光频率越大，遏止电压越大，遏止电压与入射光的强度无关，故A正确，C错误；金属的截止频率与入射光无关，取决于金属，因甲、乙两种光分别照射同一光电管，所以金属的截止频率相同，故B错误；滑动变阻器滑片P移至最左端，所加的反向电压为零，因能发生光电效应，所以电流表示数不为零，故D错误．
9．(2019·北京卷)光电管是一种利用光照射产生电流的装置，当入射光照在管中金属板上时，可能形成光电流．表中给出了6次实验的结果．
组
次
入射光子的
能量/eV
相对
光强
光电流大
小/mA
逸出光电子的
最大动能/eV
第
一
组
1
2
3
4.0
4．0
4．0
弱
中
强
29
43
60
0.9
0．9
0．9
第
二
组
4
5
6
6.0
6．0
6．0
弱
中
强
27
40
55
2.9
2．9
2．9
由表中数据得出的论断中不正确的是( )
A．两组实验采用了不同频率的入射光
B．两组实验所用的金属板材质不同
C．若入射光子的能量为5.0 eV，逸出光电子的最大动能为1.9 eV
D．若入射光子的能量为5.0 eV，相对光强越强，光电流越大
答案 B
解析 由于光子的能量E＝hν，又入射光子的能量不同，故入射光子的频率不同，A项正确；由爱因斯坦光电效应方程可得hν＝W0＋Ek，可求出两组实验的逸出功均为3.1 eV，故两组实验所用的金属板材质相同，B项错误；由hν＝W0＋Ek，逸出功W0＝3.1 eV可知，若入射光子能量为5.0 eV，则逸出光电子的最大动能为1.9 eV，C项正确；相对光强越强，单位时间内射出的光子数越多，单位时间内逸出的光电子数越多，形成的光电流越大，故D项正确．
10.如图6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K，发现电流表读数不为零．合上开关，调节滑动变阻器，发现当电压表读数小于0.6 V时，电流表读数仍不为零，当电压表读数大于或等于0.6 V时，电流表读数为零．由此可知阴极材料的逸出功为( )
图6
A．1.9 eV
B．0.6 eV
C．2.5 eV
D．3.1 eV
答案 A
解析 由题意知光电子的最大初动能为
Ek＝eUc＝0.6 eV，
所以根据光电效应方程Ek＝hν－W0可得
W0＝hν－Ek＝(2.5－0.6) eV＝1.9 eV，A正确．
11．(2020·江苏省海安高级中学高二月考)如图7所示，有一束单色光入射到截止频率为ν0的金属板K上，具有最大初动能的某出射电子，沿垂直于平行板电容器极板的方向，从左侧极板上的小孔入射到两极板间的匀强电场后，到达右侧极板时速度刚好为零．已知电容器的电容为C，带电荷量为Q，极板间距为d，普朗克常量为h，电子电荷量的绝对值为e，不计电子的重力．关于电容器右侧极板的带电情况和入射光的频率ν，以下判断正确的是( )
图7
A．带正电，ν0＋ B．带正电，ν0＋
C．带负电，ν0＋ D．带负电，ν0＋
答案 C
解析 电子在电容器里面减速运动，所以受到向左的电场力的作用，所以场强方向向右，电容器右侧极板带负电．一束单色光入射到截止频率为ν0的金属板K上，射出电子的最大初动能为Ek，hν－W0＝Ek，hν0＝W0，电子在电容器中减速运动，由动能定理得：－eU＝0－Ek，电容器两极板间的电势差为：U＝，根据以上各式，解得：ν＝ν0＋，故选项C正确．
12．(2020·浙江高三学业考试)如图8所示，某种频率的光照射金属钡使一些电子从钡表面发射出来．为了测量这些电子的最大初动能，在钡表面上方放置一带电金属板，调节金属板电势，使所有电子均不能到达金属板(金属板电势低于钡表面)．若钡表面相对于金属板的最小电势差为3.02 V，已知金属钡的逸出功为2.50 eV，普朗克常量为6.63×10－34 J·s，可见光的波长范围为400～700 nm，光速c＝3.0×108 m/s，则( )
图8
A．电子的最大初动能为2.50 eV
B．照射光的频率约为1.33×1015 Hz
C．所有电子返回钡表面时的动能都为3.02 eV
D．可见光照射金属钡一定不会发生光电效应
答案 B
解析 对逸出的电子，由动能定理可得eUc＝Ek，故电子的最大初动能为Ek＝3.02 eV，故A错误；由光电效应方程Ek＝hν－W0，可得照射光的频率为ν＝≈1.33×1015 Hz，故B正确；由于电子逸出时动能有大有小，故返回钡表面的速度不一定相同，动能也不一定相同，最大动能为3.02 eV，故C错误；钡的截止频率为νc＝≈6.03×1014 Hz，由题中数据，可见光频率的最大值为νm＝＝7.5×1014 Hz＞νc，故有部分可见光可以使钡发生光电效应，故D错误．
13．(2020·山东北镇中学高二月考)某学校科技活动小组设计了一个光电烟雾探测器(如图9甲)，当有烟雾进入探测器时(如图乙)，来自光源S的光会被烟雾散射进入光电管C，当光射到光电管中的钠表面时会产生光电流，当光电流大于10－8 A时，便会触发报警系统报警．已知钠的截止频率为6.0×1014 Hz，普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，光速c＝3.0×108 m/s，则下列说法正确的是( )
图9
A．要使该探测器正常工作，光源S发出的光波波长不能小于5.0×10－7 m
B．若光电管发生光电效应，那么光源的光变强时，并不能改变光电烟雾探测器的灵敏度
C．光电管C中能发生光电效应是因为光发生了全反射现象
D．当报警器报警时，钠表面每秒释放出的光电子最少数目是N＝6.25×1010个
答案 D
解析 根据光电效应方程有Ek＝hν－W0＝h－hνc
则光源S发出的光波最大波长
λmax＝＝ m＝5.0×10－7 m，
即要使该探测器正常工作，光源S发出的光波波长不能大于5.0×10－7 m，选项A错误；光源S发出的光波能使光电管发生光电效应，那么光源越强，被烟雾散射进入光电管C的光越多，越容易探测到烟雾，即光电烟雾探测器灵敏度越高，选项B错误；光电管C中能发生光电效应是因为照射光电管的光束能量大于钠的逸出功而使其发射出电子，选项C错误；光电流等于10－8 A时，每秒产生的光电子的个数N＝＝ 个＝6.25×1010个，选项D正确．
14．在光电效应实验中，频率与某金属的截止频率相等的光的波长为λ0，该金属的逸出功为________．若用波长为λ(λ＜λ0)的单色光做实验，则其遏止电压为________．已知电子的电荷量、真空中的光速和普朗克常量分别为e、c和h.
答案 h
解析 由W0＝hνc和ν＝得W0＝h.由爱因斯坦质能方程Ek＝h－W0，及Ek＝Uce，得
Uc＝.
15.(2021·江苏省常州二中高二期中)如图10所示是光电效应实验部分示意图．当用光子能量为hν＝3.1 eV的光照射某金属制成的极板K时，产生光电流．若K的电势高于A的电势，且电势差为0.9 V，此时光电流刚好截止．那么，当A的电势高于K的电势，且电势差也为0.9 V时，光电子到达A极时的最大动能是多大？此金属的逸出功是多大？
图10
答案 1.8 eV 2.2 eV
解析 设光电子逸出时最大初动能为Ek，到达A极的最大动能为Ek′
当A、K间所加反向电压为0.9 V时，由动能定理有
eU＝Ek
得Ek＝0.9 eV
当A、K间所加正向电压为0.9 V时，由动能定理有
eU′＝Ek′－Ek
得Ek′＝1.8 eV
由光电效应方程有Ek＝hν－W0
得W0＝2.2 eV.
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